鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)馬家溝組馬五儲(chǔ)層特征

何 丹，潘天湊，趙淑平

(西安石油大學(xué) 油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

鄂爾多斯對(duì)盆地奧陶系馬家溝組為一套碳酸鹽巖為主夾蒸發(fā)巖的地層，該組沉積后晚加里東運(yùn)動(dòng)使盆地抬升為陸，直至晚石炭世又接受沉積，其頂部遭受到不同程度的剝蝕。依據(jù)古生物特征、沉積旋回及區(qū)域性標(biāo)將奧陶系馬家溝組分為5個(gè)地層巖性段，自下而上為馬一至馬五段。富縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，構(gòu)造上屬于二級(jí)單元陜北斜坡，該斜坡為由東向西傾斜的大型單斜，近南北向展布，地層平緩，地層傾角一般小于一度，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的變形與褶皺，因差異壓實(shí)作用在局部地區(qū)形成幅度較小的鼻隆構(gòu)造，對(duì)油氣富集具有一定的控制作用［1］。研究區(qū)北起延安、南抵宜君、西至永寧、東達(dá)宜川，面積約3×103km2。

1 沉積特征

富縣地區(qū)下古生界馬家溝組沉積期間有多次的海水進(jìn)退，形成頻繁的潮上、潮下多旋回沉積組合。馬一、馬三、馬五期為海退沉積，主要巖性為深灰色泥晶云巖、泥質(zhì)云巖、膏巖及鹽巖;馬二、馬四為海進(jìn)沉積，主要巖性為深灰色泥晶灰?guī)r夾云巖;縱向上組成3個(gè)海退—海進(jìn)旋回。

富縣地區(qū)馬家溝組其頂部地層自東北向西南依次為峰峰組、馬五段、馬四段，馬家溝組上部地層在該區(qū)作退覆沉積，通過(guò)后期的剝蝕，向古隆起方向地層變薄，層位漸老［2］。該地區(qū)僅保留馬家溝組馬5段及以下地層，缺失馬家溝組馬五1—馬五4段。

富縣馬家溝組沉積亞相包括局限海臺(tái)地和蒸發(fā)臺(tái)地亞相。沉積微相主要有瀉湖、潮坪淺灘，泥云坪、泥膏云坪、膏云坪等。巖石類(lèi)型主要為溶塌角礫狀白云巖、亮晶鮞粒白云巖、泥晶藻云巖、泥晶含灰云巖。

2 巖石學(xué)特征

碳酸鹽巖的礦物主要由方解石、白云石、凌特礦、菱鎂礦等碳酸鹽巖礦物組成，常含有一些非碳酸鹽巖自生礦物，如石膏、硬石膏、天青石、重晶石、螢石、石鹽、自生石英、黃鐵礦、赤鐵礦、海綠石、膠磷礦、自生粘土礦物等，還可含有一定量的陸源碎屑礦物［3］。碳酸鹽巖最常見(jiàn)的是主要由方解石組成的石灰?guī)r和主要由白云石組成的白云巖。

富縣地區(qū)馬家溝組馬五段碳酸鹽巖礦物成分主要為方解石(24%)、白云石(48%)和伊利石(12%)，還有其它的礦物含量如圖1。方解石是該地區(qū)主要的造巖礦物，是成巖作用過(guò)程中文石及高鎂方解石的成巖產(chǎn)物以及酸性地層水交代白云巖及硬石膏的產(chǎn)物。白云石也是該地區(qū)主要的造巖礦物，是成巖過(guò)程中方解石白云化得產(chǎn)物。

圖1 富縣地區(qū)馬家溝組馬五段碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布直方圖

3 儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的空隙可以分為原生空隙、殘余空隙及次生空隙［4］。與原生孔隙相比，次生孔隙形成的時(shí)間較漫長(zhǎng)。富縣地區(qū)馬家溝組馬五段原生空隙極為罕見(jiàn)，空隙多為成巖過(guò)程中形成的次生空隙。次生空隙形成主要跟巖石結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、構(gòu)造應(yīng)力、古地貌等因素有關(guān)。

1)晶間空隙及晶間溶孔

晶間空隙形成于基質(zhì)泥晶白云巖的重結(jié)晶以及石灰?guī)r的回流滲透和混合水白云巖化過(guò)程，不包括充填粒間孔、裂縫及溶孔的方解石膠結(jié)物晶體間的空隙。晶間孔是重要的儲(chǔ)集空間之一。(圖版Ⅰ1)。

晶間溶孔是白云石晶間空隙進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大形成的溶蝕空隙，也是結(jié)晶云巖的主要空隙類(lèi)型，形態(tài)不規(guī)則，但富縣地區(qū)最大晶間溶孔達(dá)500μm，星散狀分布，也可順層密集分布(圖版Ⅰ2)。

2)鑄模孔

溶蝕作用比較嚴(yán)格時(shí)，相對(duì)易溶的顆粒被完全溶解后就會(huì)留下一個(gè)大小和形態(tài)等同于已溶顆粒的溶孔，稱(chēng)為鑄模孔。鑄模孔是一種特殊類(lèi)型的孔隙，一般是賦存在巖石中的石膏、鹽巖以及部分沉積顆粒組分在大氣淡水作用下被溶解而形成的(圖版Ⅰ3、4)。馬五段的鑄?？装l(fā)育比較好，但絕大多數(shù)都已經(jīng)被淡水方解石充填。

圖版Ⅰ

3)粒間溶孔

粒間溶孔形成于顆粒(內(nèi)碎屑、鮞粒、生物碎屑等)間膠結(jié)物和泥晶基質(zhì)(＜5μm)的溶蝕作用，是顆?；?guī)r或顆粒云巖中的主要空隙類(lèi)型。馬五段的粒間溶孔發(fā)育比較少。

4)粒內(nèi)溶孔

指發(fā)育于顆粒內(nèi)部的孔隙，形成于顆粒內(nèi)易溶組分。馬五段的粒內(nèi)溶孔發(fā)育也比較少。

裂縫也是碳酸鹽巖有中一種重要的孔隙類(lèi)型，分布十分廣泛。由于裂縫的發(fā)育使得碳酸鹽巖的滲透性能得到極大的改善，流體可以在重力及壓力差作用下自由流動(dòng)，是非常好的一類(lèi)空隙。

4 孔喉分布

孔喉為孔隙之間控制流體滲流的狹窄空間?？紫逗淼赖膸缀涡螤?、大小、分布及其相互連通關(guān)系，主要是通過(guò)毛細(xì)管壓力曲線(xiàn)和鑄體薄片來(lái)反映。以下是四張進(jìn)汞曲線(xiàn)和退汞曲線(xiàn)圖，在壓力大于10Pc/MPa進(jìn)汞曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的平坦段，當(dāng)壓力在0Pc/MPa－10Pc/MPa之間時(shí)，曲線(xiàn)出現(xiàn)了平坦段，表明吼道的分選性程度低，吼道的歪斜度中等，壓汞曲線(xiàn)總體上具有排驅(qū)壓力低，退汞效率高等特征。

圖2 富縣地區(qū)馬家溝組馬五段進(jìn)汞曲線(xiàn)和退汞曲線(xiàn)圖

5 儲(chǔ)層物性參數(shù)特征

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的孔隙度和滲透率是反映儲(chǔ)集層儲(chǔ)集和滲濾性能的兩個(gè)基本參數(shù)［5］。通過(guò)對(duì)馬家溝組馬五段的常規(guī)物性資料的統(tǒng)計(jì)，得出孔隙度平均值為3.10%，滲透率平均值為0.413×10－3μm2。

圖3 富縣馬五段儲(chǔ)層孔隙度分布直方圖

從孔隙度直方圖中可以看出，孔隙度主要分布在1% －3%之間，其次是5% －6%之間，呈不聯(lián)系分布狀態(tài)?？紫抖绕叩脑蚴前丝锥纯紫抖群土芽p孔隙度。由此可見(jiàn)富縣地區(qū)馬家溝組儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙主要集中分布在1% －3%之間，占樣品總數(shù)的67%。

圖4 富縣馬五段儲(chǔ)層滲透率分布直方圖

滲透率分布直方圖呈現(xiàn)單峰分布狀態(tài)，峰位在(0－0.5)×10－3μm2之間，該地區(qū)滲透率比較低。

從儲(chǔ)層的孔/滲關(guān)系圖中可以看出孔隙度和滲透率相關(guān)性很不好，即儲(chǔ)集巖滲透率的大小不受孔隙大小的控制，富縣地區(qū)馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率大小主要受儲(chǔ)集巖內(nèi)在因素的影響。

圖5 富縣地區(qū)馬家溝組馬五段儲(chǔ)層孔/滲關(guān)系圖

6 儲(chǔ)層特征影響因素分析

6.1 沉積相對(duì)儲(chǔ)層的影響

不同沉積相帶的碳酸鹽巖，由于原始組成物質(zhì)不同，它們的成巖與孔隙演化有明顯的差異，尤其是在早期階段，使不同相帶的儲(chǔ)層具有各不相同的儲(chǔ)滲空間類(lèi)型與特性。低能環(huán)境下形成的白云巖，由于原始孔隙網(wǎng)絡(luò)不發(fā)育，所以溶蝕性的酸性地下水難以滲入其中，因而溶蝕孔洞也不發(fā)育［6］。高能環(huán)境下儲(chǔ)層的早期溶孔發(fā)育期粒屑灘出露海面，開(kāi)闊臺(tái)地內(nèi)高能沉積相帶發(fā)育的較純凈的碳酸鹽巖，經(jīng)后期風(fēng)化淋濾形成的巖溶儲(chǔ)層往往厚度大，孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育好。

由于本區(qū)馬五段主要為云坪相、硬石膏白云巖盆緣坪相，其白云巖厚度大，晶間孔、晶間溶孔和膏?？?、洞發(fā)育，使其儲(chǔ)層物性較好的主要因素。

6.2 古巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

古巖溶作用使儲(chǔ)層物性進(jìn)一步提高，對(duì)油氣儲(chǔ)層的改造具有積極的意義，可形成優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層［7］。所以古巖溶地貌特征及其區(qū)域分布規(guī)律控制著巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的空間分布。

巖性特征巖溶地貌分為溶蝕臺(tái)地、斜坡以及溶蝕盆地，其中巖溶斜坡作用最為強(qiáng)烈，形成多種類(lèi)型的此次孔隙。剛好北地區(qū)的古巖溶斜坡屬于巖溶緩斜坡，其地勢(shì)較平緩，巖溶發(fā)育程度大，巖溶作用強(qiáng)烈，易形成大量的水平狀順層分布的溶蝕孔洞。

6.3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

碳酸鹽巖主要儲(chǔ)集空間是成巖后生期改造過(guò)程中產(chǎn)生的次生空隙，不同類(lèi)型的成巖作用對(duì)儲(chǔ)層有著不一樣的影響。馬家溝組主要控制影響因素是白云石化作用、壓實(shí)及壓溶作用、膠結(jié)及充填作用。

6.3.1 白云石化作用

白云巖化作用形成大量的晶間孔、晶間隙，不僅改善了儲(chǔ)集性能，并為以后的溶蝕作用創(chuàng)造了條件。白云石化作用主要發(fā)生在沉積之后不久的準(zhǔn)同生期和淺埋藏下的成巖早期［8］。一般來(lái)說(shuō)，白云石化作用以后，晶粒增大，巖性變疏松，孔隙度和滲透率大為增加。

6.3.2 壓實(shí)及壓溶作用

壓實(shí)作用使巖石顆粒發(fā)生變形，顆粒或晶粒呈鑲嵌狀接觸，儲(chǔ)層變得更加致密。壓實(shí)作用是隨埋藏深度增加，壓力溫度都增加，使沉積物孔隙度降低、厚度變薄的過(guò)程［9］。然而隨著壓力的持續(xù)增加所產(chǎn)生的微裂隙在一定程度上能夠改善滲透率，但使孔隙度大幅降低，是一種重要的破壞性成巖作用。

6.3.3 膠結(jié)及充填作用

膠結(jié)作用是一種孔隙水的物理化學(xué)和生物化學(xué)的沉淀作用，作用的結(jié)果把松散的沉積物顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)楣探Y(jié)的堅(jiān)硬巖石［10］。膠結(jié)作用發(fā)生于成巖作用階段的自始自終，溶解了碳酸鹽巖的空隙水溶，把溶解的碳酸鹽巖帶到其它地方沉積。膠結(jié)作用主要發(fā)生在海底及淺地表大氣淡水成巖環(huán)境，可以使沉積物中的原生孔隙及早期溶蝕孔隙全被充填，造成碳酸鹽巖孔隙度的降低，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間具有破壞作用，特別是巖溶化和角礫后的膠結(jié)作用。馬家溝組巖溶作用和角礫化作用都很普遍，所以?xún)?chǔ)層中溶蝕孔洞主要被膠結(jié)物充填。

7 結(jié)論

1)富縣地區(qū)馬家溝組馬五段的主要的沉積相為局限海臺(tái)地和蒸發(fā)臺(tái)地亞相。

2)富縣地區(qū)馬家溝組馬五段礦物成分主要為方解石、白云石和伊利石。方解石和白云石該地區(qū)主要的造巖礦物。

3)富縣地區(qū)馬家溝組馬五段空隙多為成巖過(guò)程中形成的次生空隙，主要有晶間空隙、晶間溶孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔等?？紫抖绕骄禐?.10%，滲透率平均值為0.413×10－3μm2，根據(jù)四張汞注入和退出曲線(xiàn)圖分析得出這一地區(qū)吼道的分選性差，孔喉分布偏細(xì)，屬于低孔低滲儲(chǔ)層。

4)沉積相和古巖溶作用是對(duì)儲(chǔ)層的早期影響，成巖作用伴隨著儲(chǔ)層發(fā)育，是影響儲(chǔ)層物性的主要因素，壓實(shí)作用、膠結(jié)及充填作用是孔滲降低、儲(chǔ)層物性變差。

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