胡思涵，蘇中堂，陳安清

（1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610059；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都610059）

鄂爾多斯盆地是我國(guó)重要的大型含油氣盆地。多年來(lái)，經(jīng)過(guò)堅(jiān)持不懈的探索，鄂爾多斯盆地的油氣勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)取得了引以為傲的業(yè)績(jī)，例如中生界的姬塬油田和上古生界的蘇里格氣田，都為中國(guó)的快速發(fā)展提供了巨大的能源儲(chǔ)量。目前，下古生界的海相碳酸鹽巖地層的油氣勘探除了1989年發(fā)現(xiàn)的靖邊氣田（大型巖溶古地貌氣藏）以外［1］，在古隆起東邊的區(qū)域也有了新的發(fā)現(xiàn)。

勘探研究成果表明，鄂爾多斯盆地下古生界海相碳酸鹽巖地層厚度大，分布面積廣，蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源，有望成為油氣勘探中的接替領(lǐng)域。其中，奧陶系馬家溝組為重點(diǎn)油氣勘探層位之一，目前發(fā)現(xiàn)的氣層主要為馬五段頂部的碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層。近年來(lái)，隨著我國(guó)海相碳酸鹽巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的理論與技術(shù)的日益成熟，現(xiàn)已在靖邊氣田附近發(fā)現(xiàn)了一些新的含氣層系［2］。除巖溶儲(chǔ)層外，馬家溝組非巖溶的白云巖儲(chǔ)層是否能成為另一個(gè)重要的勘探目標(biāo)是現(xiàn)階段急需探究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。本文結(jié)合顯微薄片鑒定、物性分析等資料，通過(guò)對(duì)蘇217井區(qū)（吳起一帶）下古生界奧陶系馬家溝組中組合（即馬五5—馬五10亞段）（圖1）白云巖儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、孔隙類型、物性特征、成巖作用等研究，揭示該地區(qū)白云巖致密儲(chǔ)集層的分布規(guī)律，為下一步的勘探開(kāi)發(fā)提供有利依據(jù)。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及地層綜合柱狀圖（右圖據(jù)［3］修改）

1 沉積地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個(gè)南北走向的大型陸內(nèi)坳陷盆地［4］，面積約25×104km2。蘇217井區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部的中段（圖1左）［3］。早古生代馬家溝組沉積期，盆地呈“三隆二鞍一坳陷”的古構(gòu)造格局，三個(gè)隆起共同控制著奧陶系的沉積體系和有利儲(chǔ)層的展布［5－6］。前期大量研究成果表明，馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有典型的低孔低滲的物性特征，頂部的馬五段儲(chǔ)層主要分布于中央古隆起以東的古巖溶斜坡區(qū)，表生期巖溶作用影響顯著［7］。早古生代末期，鄂爾多斯盆地受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，地殼整體抬升，經(jīng)歷了約為1.5億年的沉積間斷期［8］，導(dǎo)致奧陶系頂部碳酸鹽巖地層長(zhǎng)期暴露于地表，遭受大氣淡水淋濾，形成了范圍廣、深度大的風(fēng)化殼巖溶型儲(chǔ)層［9］，該套巖溶儲(chǔ)層的分布和發(fā)育與天然氣的運(yùn)聚成藏緊密相關(guān)，是鄂爾多斯盆地重要的勘探目標(biāo)。

2 巖石學(xué)特征

蘇217井區(qū)中組合的沉積環(huán)境包括潮緣灘、潮上云坪、潮間灰云坪、潮下灰坪等（圖1右）。巖石類型主要有泥微晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、含灰白云巖、灰質(zhì)白云巖、晶粒白云巖、殘余砂礫屑白云巖和巖溶角礫狀白云巖等（圖2）。

1）云質(zhì)灰?guī)r／灰質(zhì)云巖：該類結(jié)構(gòu)多樣，如泥微晶含灰／灰質(zhì)云巖，含膏含灰／灰質(zhì)云巖，殘余砂屑含灰／灰質(zhì)云巖等，常見(jiàn)去白云石化現(xiàn)象（圖2（a），（b））。

2）晶粒白云巖：常見(jiàn)粉晶白云巖和細(xì)晶白云巖，部分細(xì)晶白云巖是泥微晶白云巖經(jīng)白云石化和重結(jié)晶作用形成的，晶型可呈麥粒狀或菱形，晶間多半充填泥晶的白云石基質(zhì)（圖2（c））。

3）殘余砂礫屑白云巖：砂礫屑結(jié)構(gòu)，砂礫屑通常為微粉晶結(jié)構(gòu)的白云石，分選磨圓一般。砂礫屑間膠結(jié)物常為亮晶方解石，少數(shù)可見(jiàn)兩期膠結(jié)，第一世代為粒狀白云石，第二世代為粒狀方解石（圖2（d））。部分砂礫屑中可見(jiàn)晶面彎曲的馬鞍狀白云石（圖2（e））。部分巖石由于受到強(qiáng)烈的白云石化作用、重結(jié)晶作用和溶蝕作用，砂礫屑結(jié)構(gòu)變得不夠明顯。

4）巖溶角礫白云巖：主要為巖溶作用而成，即表生期的大氣淡水順層溶蝕而成，該巖石類型在研究區(qū)較少，主要發(fā)育于頂部風(fēng)化殼附近。巖石中各角礫可以具有不同的結(jié)構(gòu)組分，常見(jiàn)的有：紋層狀膏質(zhì)白云巖，含泥的細(xì)晶白云巖，白云石化的細(xì)晶灰云巖等（圖2（f））。

3 儲(chǔ)層特征

3.1 孔隙類型

通過(guò)儲(chǔ)層顯微薄片鑒定，研究區(qū)的孔縫類型按成因可分為原生孔隙和次生孔隙兩大類。其中原生孔隙主要為剩余粒間孔，次生孔隙包括晶間孔、溶孔、鑄模孔等。

1）粒間孔：砂礫屑白云巖中砂屑或礫屑之間的原生孔隙。受后期膠結(jié)作用、充填作用、重結(jié)晶等成巖作用的影響，粒間孔部分或大部分被成巖礦物占據(jù)，成為剩余原生孔（圖2（d），（e））。部分樣品的砂礫屑由于白云石化作用而成為殘余砂礫屑白云巖。當(dāng)砂礫屑?xì)堄嗖幻黠@，晶形特征占優(yōu)勢(shì)時(shí)，則歸為晶粒白云巖，孔隙類型也歸為晶間孔。

圖2 蘇217井區(qū)儲(chǔ)層微觀特征相片

2）晶間孔：發(fā)育于晶粒白云巖中，白云石晶粒越大，晶間孔越發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)以粉－細(xì)晶白云巖為主，晶體常鑲嵌在一起，因此晶間孔的孔隙較?。▓D2（c））。

3）溶孔：遭受不同因素的溶蝕作用改造形成的不規(guī)則孔隙。分布不均勻，多未被充填（圖2（g））。其中，受巖溶作用的晶粒白云巖和砂礫屑白云巖中該類孔隙甚為發(fā)育。

4）鑄模孔：又稱溶?？祝x擇性溶蝕作用將粒屑或晶粒全部溶蝕后保留其原有外形的一種孔隙［10］。井區(qū)內(nèi)含石膏的晶粒白云巖和含石膏的砂屑白云巖（圖2（h））內(nèi)可見(jiàn)石膏被溶后形成的膏?？?，里面多充填有方解石或自生石英。

3.2 縫隙類型

裂縫或裂溶縫一般是由構(gòu)造作用或成巖作用形成的，發(fā)育可從幾厘米至幾公里不等［11］。在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，裂縫或裂溶縫可溝通孔隙空間，大大改善儲(chǔ)集的滲透能力，使之成為油氣的主要儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道［12］。

1）溶縫：流體沿破裂縫流動(dòng)過(guò)程中，裂縫兩側(cè)巖石組分遭受溶蝕后具有明顯的溶蝕痕［12］，形態(tài)彎曲，數(shù)量不等，寬窄不一（圖2（f））。研究區(qū)內(nèi)受溶蝕作用改造的巖石中或多或少均可見(jiàn)巖溶縫，居總的孔縫類型頻率的第三位。

2）構(gòu)造縫：在超過(guò)巖石彈性限度的構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生破裂而形成的裂縫，張開(kāi)縫屬于構(gòu)造縫現(xiàn)象的一種（圖2（i））。據(jù)觀察，本區(qū)構(gòu)造縫中等發(fā)育，在（具紋層構(gòu)造的）去膏化的晶粒白云巖中可見(jiàn)，特點(diǎn)是邊緣平直，具有明顯的方向性，有規(guī)律的分布（圖2（j）），后期多被泥質(zhì)，方解石等充填。

3）收縮縫：多發(fā)育在泥質(zhì)白云巖中，因上部壓力作用導(dǎo)致相對(duì)松散的泥質(zhì)紋層出現(xiàn)泄水現(xiàn)象，從而產(chǎn)生收縮縫。多平行于層面分布，沿泥質(zhì)紋層走向，形狀不規(guī)則（圖2（k））。

3.3 物性特征

儲(chǔ)層物性分析表明，研究區(qū)內(nèi)奧陶系馬家溝組中組合段白云巖儲(chǔ)層的孔隙度相對(duì)較低，分布范圍為0.5%～8%，峰值在2%～5%之間（圖3（a））。滲透率范圍為0.01～5mD，沒(méi)有明顯主峰值（圖3（b））。滲透率和孔隙度的相關(guān)分析表明（圖3（c）），相關(guān)系數(shù)較小，約0.27，即孔隙度和滲透率的相關(guān)性差，表明儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。顯微鏡下，對(duì)115個(gè)樣品的不同孔隙類型分布頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（圖3（d）），可知儲(chǔ)層主要孔隙類型為晶間孔和粒間孔，頻率占48.8%，溶孔和溶縫所占比例比晶間孔和粒間孔稍少，溶孔和溶縫共41.5%。說(shuō)明儲(chǔ)層受后期溶蝕作用和構(gòu)造改造作用較強(qiáng)，不均勻的溶蝕作用和構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層的改善有較大貢獻(xiàn)，并且導(dǎo)致了儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性。

圖3 蘇217井區(qū)孔隙類型及物性特征分析圖

4 成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的控制

儲(chǔ)層的顯微薄片組構(gòu)分析表明，主要的成巖作用有白云石化作用、溶蝕作用、壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用、交代作用和充填作用等：

1）白云石化作用：灰?guī)r在富鎂流體作用下，Mg2＋交代Ca2＋形成白云巖的過(guò)程。白云石化現(xiàn)象在研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層中非常普遍，其產(chǎn)物主要有晶粒白云巖（圖2（c）），殘余砂礫屑白云巖（圖2（d））和白云巖中的馬鞍狀白云石（圖2（e））。白云石化的減體積效應(yīng)在一定量上增加了晶間孔。

2）溶蝕作用：在巖溶風(fēng)化殼附近常見(jiàn)的一種現(xiàn)象。研究區(qū)內(nèi)溶蝕作用主要為大氣淡水的順層溶蝕作用，按溶蝕對(duì)象可分為膏鹽溶蝕（圖2（h））、顆粒溶蝕和晶粒溶蝕（圖2（g））。溶蝕作用不僅生成溶孔、溶洞和擴(kuò)大的晶間粒間溶孔等儲(chǔ)集空間，還發(fā)育溶縫（圖2（f））、巖溶脈等?？偟膩?lái)說(shuō)溶蝕作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)很大，生成的溶孔、膏?？缀腿芸p共占41.5%。

3）壓實(shí)壓溶作用：在上覆壓力作用下，致使沉積物或沉積巖產(chǎn)生的體積縮小，孔隙度降低的過(guò)程。研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層的壓實(shí)壓溶作用導(dǎo)致顆粒晶格變形或破裂，甚至成縫合線狀接觸（圖2（i）），部分巖石中可見(jiàn)假瘤狀構(gòu)造（圖2（k））。

4）膠結(jié)作用：常見(jiàn)于富晶間孔的晶粒白云巖和砂屑白云巖中，多為方解石亮晶膠結(jié)。部分可見(jiàn)兩期膠結(jié)，第一世代為針狀的方解石，第二世代為櫛殼狀的方解石；或者第一世代為白云石膠結(jié)物，第二世代為方解石膠結(jié)物（圖2（d））。

5）交代作用：沉積物中某種礦物被另一種化學(xué)成分不同的礦物所取代的現(xiàn)象［13］。儲(chǔ)層中所出現(xiàn)的方解石或白云石的硅化、黃鐵礦化以及去白云石化、石膏去膏化硅化（圖2（b））等都屬于交代作用的范疇。其中白云石被方解石交代，次生方解石晶粒將變大，若不伴隨溶解作用則會(huì)阻塞原白云石晶間孔。

6）充填作用：砂礫屑白云巖的粒間孔及白云石化作用和溶蝕作用形成的晶間孔、溶孔、溶縫、巖溶脈部分被方解石、白云石、自生石英、有機(jī)質(zhì)或泥質(zhì)等填充的現(xiàn)象（圖2（g），（h）），該成巖作用減少了儲(chǔ)集空間，阻礙了孔縫的連通，致使儲(chǔ)集物性變差。

7）重結(jié)晶作用：重結(jié)晶作用可貫穿于自生礦物形成的始終，研究區(qū)重結(jié)晶作用具有雙重性，即早成巖階段的建設(shè)性成巖作用和中—晚成巖階段的破壞性成巖作用。早成巖階段，一般泥—微晶白云巖通過(guò)重結(jié)晶作用可變?yōu)榉邸?xì)晶白云巖，變大的晶粒相互支撐，擴(kuò)大了晶間孔；中—晚成巖階段，晶體隨著結(jié)晶越晚變得越大，逐漸擠占了原有的孔隙空間，少數(shù)巖石內(nèi)還觀察到因重結(jié)晶作用而集結(jié)成的大斑塊（圖2（l））。另外，部分砂屑白云巖會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈的重結(jié)晶作用，致使砂屑結(jié)構(gòu)不清楚，也就是前面所提到的殘余砂礫屑結(jié)構(gòu)。

根據(jù)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)，將上述成巖作用劃分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用兩類。顯微薄片顯示，壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、充填作用、和重結(jié)晶作用為破壞性成巖作用，他們導(dǎo)致了研究區(qū)的巖石致密化，大部分巖石類型受這些破壞性成巖作用的影響，孔隙幾乎喪失殆盡；溶蝕作用和白云巖化作用為主的巖石類型，孔隙度相對(duì)較高，即這兩種成巖作用為建設(shè)性成巖作用，并且它們往往發(fā)生在潮緣灘相。

編制的沉積微相圖和孔隙度疊合圖揭示，潮緣灘分布于潮上云坪，沿古隆起邊緣發(fā)育，儲(chǔ)集性能較好（圖4）。這可能與潮緣灘相的砂礫屑碳酸鹽巖原生粒間孔較發(fā)育有關(guān)，原生粒間孔有利于加里東晚期抬升暴露時(shí)大氣淡水下滲，引起了順層溶蝕作用，從而形成了溶蝕孔縫，并且至今仍然有部分被保存下來(lái)；同時(shí)也有利于白云化流體的進(jìn)入，發(fā)生白云巖化作用形成白云巖晶間孔。

圖4 蘇217井區(qū)中組合沉積微相與孔隙度疊合圖

綜上，白云巖儲(chǔ)層主要受沉積相和成巖作用的控制。因此，蘇379井－蓮28井－蓮14井一帶及蘇127井－蓮30井一帶的潮緣灘相白云巖為有利勘探區(qū)。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)中組合儲(chǔ)集層巖石類型主要以白云巖為主，包括晶粒白云巖和殘余砂礫屑白云巖。儲(chǔ)層孔縫類型以晶間孔、殘余粒間孔、溶孔和溶縫為主，孔隙度峰值分布在2%～5%之間，滲透率范圍為0.01～5mD，沒(méi)有明顯主峰值，屬于低孔低滲儲(chǔ)層，孔滲相關(guān)性差，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

2）壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、充填作用和重結(jié)晶作用是儲(chǔ)層致密化的主控因素；古隆起斜坡上的大氣淡水下滲引起的順層溶蝕作用以及潮緣灘微相中發(fā)生的選擇性白云巖化作用對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性貢獻(xiàn)，是該地區(qū)致密白云巖儲(chǔ)層的形成的主要因素。

3）鄂爾多斯盆地蘇217井區(qū)奧陶系馬家溝組中組合的潮緣灘相致密白云巖儲(chǔ)層是值得關(guān)注的儲(chǔ)層段，有可能成為今后海相碳酸鹽巖油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的重要目標(biāo)。

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