鄂爾多斯盆地靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4亞段巖溶儲層特征及分布

劉雨喬，羅順社，劉忠保，呂奇奇,，張 嚴，趙 卿，孫 寧

(1.長江大學 地球科學學院， 湖北 武漢 430100； 2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 武漢 430100)

鄂爾多斯盆地靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4亞段巖溶儲層特征及分布

劉雨喬1，羅順社2，劉忠保1，呂奇奇1,2，張 嚴1，趙 卿1，孫 寧1

(1.長江大學 地球科學學院， 湖北 武漢 430100； 2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 武漢 430100)

巖溶作用控制著鄂爾多斯盆地靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4亞段巖溶儲層發(fā)育特征。通過大量巖心觀察，結合薄片、掃描電鏡等分析資料，將鄂爾多斯盆地靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4亞段分為含硬石膏結核鑄模泥—泥微晶(藻)白云巖等12種巖石類型及膏?？椎?種儲集空間類型；并采用印模法對研究區(qū)前石炭系古地貌進行恢復，將其劃分為巖溶高地、巖溶斜坡以及巖溶盆地三個二級巖溶古地貌單元，并認為巖溶基準面和硬石膏含量共同控制著巖溶作用強度，其中巖溶斜坡的巖溶最強，巖溶高地次之，巖溶盆地最弱，其儲層展布主要受沉積相帶、古地貌特征、巖溶等成巖作用的共同控制。

巖溶作用；古地貌；儲層分布；靖邊潛臺

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地靖邊潛臺西側，東起橫山，西至延安，北抵烏審召，南達吳起，整體位于中央古隆起東側的伊陜斜坡構造帶上，工區(qū)面積3.8×104km2。研究區(qū)在中奧陶世馬家溝期沉積了一套以碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖以及過渡巖性為主的地層[1-3]。受全球構造事件的影響，在中奧陶統(tǒng)沉積之后，華北地臺經(jīng)歷了150 Ma的沉積間斷，缺失志留系、泥盆系和早石炭統(tǒng)的地層。由于馬家溝組長期暴露于地表，廣泛發(fā)育表生巖溶和白云巖化作用；之后，經(jīng)后期埋藏巖溶和白云巖化作用改造，形成了一套復雜的碳酸鹽巖儲層。此次研究目的層段為馬家溝組馬五4亞段，從下至上劃分為馬五43、馬五42、馬五41三個小層，巖石類型以白云巖、灰?guī)r、含膏云巖和膏質(zhì)云巖為主，為克拉通臺地陸表海碳酸鹽巖局限蒸發(fā)潮坪沉積[4-5]。

1 儲層巖石類型

根據(jù)大量巖心觀察，結合薄片、掃描電鏡等分析資料，研究區(qū)馬五4亞段巖石類型主要發(fā)育非蒸發(fā)巖(灰?guī)r、白云巖)，蒸發(fā)巖(硬石膏巖)，泥質(zhì)巖(泥巖)及其過渡巖性(見圖1)；以及少量的凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)泥巖，為馬五4亞段小層劃分的K1(馬五14底)、K3(馬五41底)標志層；并主要依據(jù)礦物組分、晶粒結構、顆粒結構等將研究區(qū)馬五4亞段分為12種主要巖石類型，其巖石類型及特征詳見表1。

注：(a) L5井，4 099.62 m，馬五41，膏模孔，含硬石膏結核鑄?？啄喾劬О自茙r，孔洞沿層面近平行成層分布；(b) L4井，3 931.9 m，馬五41，水平紋層；(c) SH431井，4 164.3 m，馬五，泥質(zhì)云巖；(d) S379井，3 749.25 m，馬五，中-粗粉晶云巖；(e) S13井，3 686.85 m，馬五42，含生物遺跡泥晶灰?guī)r；(f) S29井，3 667.77 m，馬五43，巖溶角礫；(g) SH70井，3 996.2 m，馬五41，巖溶角礫泥質(zhì)泥粉晶去巖，角礫大小不一；(h) SH441井，3 577.2 m，馬五，黑色泥巖；(i) SH109，3 239.5 m，馬五41，厚層石膏和泥質(zhì)云巖互層，石膏夾淺灰色云巖，石膏呈鐵絲雞籠狀。

圖1鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五4亞段巖心圖

2 儲集空間類型

通過巖心觀察及鑄體薄片、掃描電鏡等分析資料表明，研究區(qū)馬五4亞段主要發(fā)育膏?？住r溶角礫間孔、石膏晶?？滓约熬чg孔等儲集空間(見圖2)[6-7]。風化殼儲層發(fā)育的裂縫有一部分被方解石充填，儲集性能較差，但是仍能改善儲層的滲透性。研究區(qū)馬五4亞段各類儲集空間類型如下：

(1) 膏模孔。膏?？资茄芯繀^(qū)馬五4亞段地層風化殼儲層的主要儲集空間，且馬五41小層最為發(fā)育，形態(tài)為圓形或橢圓形，直徑范圍1 mm～6 mm，主要發(fā)育于細—粉晶白云巖中(見圖2(a))。未—半充填主要發(fā)育在中上部膏?？?，全充填主要集中在下部，面孔率為20%，分布較均勻，孔徑多為2 mm～4 mm。充填物以白云巖和石膏為主，次為方解石，巖溶作用較弱，溶蝕主要集中在膏?？椎闹猩喜?。

(2) 晶間孔及晶間溶孔。研究區(qū)馬五4亞段各小層均較發(fā)育晶間孔，局部同時發(fā)育晶間溶孔。該類儲集體的儲層巖石主要為粗粉晶、泥—粉晶結構的晶粒狀白云巖(見圖2(b))；白云石的晶粒大小為40 μm～120 μm，晶粒結構較均一，自形程度較高，多為半自形—自形狀，整體構造多為塊狀或厚層狀，紋層不太發(fā)育。除晶間孔部分被方解石、白云石等充填破壞，大多為有效孔，孔徑為2 μm～15 μm，面孔率為0.5%～3.5%。

表1 靖邊潛臺西側馬家溝組馬五4亞段主要巖石類型及特征

(3) 晶體鑄?？?晶?？?。晶體鑄?？字饕怯墒嗉笆}晶體被選擇性溶蝕形成的，呈柱狀和針狀(見圖2(c))。晶體偏大的柱狀石膏溶解形成柱狀膏?？祝紫缎螒B(tài)較規(guī)則，孔隙大小為0.3 mm～0.6 mm，局部主要為方解石充填，同時充填少量白云石及自生石英。晶體偏小的針狀石膏溶解形成針狀膏?？?，具明顯單向延長特征，孔隙長軸0.3 mm～0.5 mm，短軸0.02 mm～0.05 mm，局部主要為方解石充填，次為自生石英。

(4) 粒間溶孔。粒間溶孔由粒間的碳酸鹽膠結物溶蝕而成，多在顆粒灰?guī)r和具殘余結構的砂屑白云巖中發(fā)育；其邊緣不規(guī)則，呈港灣狀溶蝕邊緣；多呈孤立狀，少數(shù)連通性好，孔徑一般在0.01 mm～0.40 mm。

(5) 角粒間孔。角粒間孔為巖石經(jīng)溶蝕破碎，垮塌滑落，形成的不規(guī)則孔隙，其角礫大小不等，多被泥灰質(zhì)或碳酸鹽膠結物半充填或全充填(見圖2(d))，主要發(fā)育于研究區(qū)馬五41，由于后期風化剝蝕及淡水淋濾作用強烈，角粒間孔規(guī)模相對較大，形成有利的儲集空間。

注：(a) SH106，3 274.7 m，馬五41，硬石膏結核鑄?？祝?b) SH115，3 375.93 m，馬五41，晶間孔；(c) Z11井，3 254.5 m，馬五41，(-)，泥晶云巖與柱狀石膏晶體共生(已方解石化)；(d) T15，3 108.84 m，馬五41，巖溶角礫間孔。

圖2鄂爾多斯盆地奧陶系馬五4亞段儲集空間類型

3 巖溶作用對儲層的影響

3.1 巖溶古地貌特征

古巖溶地貌是巖溶作用與各類地質(zhì)作用綜合改造的結果，不同地貌形態(tài)對巖溶發(fā)育起著控制作用[8]。在地震資料對古地貌溝槽識別的基礎上，以上覆地層二疊系太原組二段毛兒溝灰?guī)r標志層，統(tǒng)計太原組該標志層頂至奧陶系頂部的厚度為補償厚度，采用印模法對研究區(qū)前石炭系古地貌進行恢復[9]，將其劃分為：巖溶高地、巖溶斜坡以及巖溶盆地。

(1) 巖溶高地。巖溶高地位于研究區(qū)吳倉堡—旦八鎮(zhèn)—永寧以及桃利廟—哈漢兔廟—城川的剝蝕線邊緣一帶。其補償厚度在40 m線向西和向南，補償厚度逐漸減小，說明馬家溝組地層為相對較高的高地。從古地貌圖看出，地層出露的寬度由東向西逐漸變窄，反映出巖溶高地區(qū)塊由東向西地層傾角逐漸變大的趨勢。

(2) 巖溶斜坡。巖溶斜坡位于巖溶高地與巖溶盆地之間，大致沿剝蝕線以東處于烏拉特老亥廟—巴音來登—沙爾利—靖邊—大路溝—西河口一帶，呈帶狀分布。補償厚度40 m～60 m，巖溶作用充分，地形平坦，水力梯度較小，巖溶作用方式以慢速擴散流溶蝕為主，可形成良好的溶蝕孔洞。頂部發(fā)育有巖溶溶洞建造巖，規(guī)模不等，大致在3 m～4 m，主要為塌積巖和填積巖。

(3) 巖溶盆地。巖溶盆地位于研究區(qū)東部的小紀漢—殿市—子長—延安一帶，其補償厚度大于80 m。進一步可劃分出洼地、溝槽兩個三級地貌單元。

3.2 巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)馬五4亞段在各巖溶古地貌單元之上發(fā)育的巖溶儲層差異性明顯[10-11]。受白云石化等成巖作用的影響下，在巖溶高地和巖溶斜坡區(qū)馬五4亞段地層主要發(fā)育含硬石膏結核鑄模泥—泥微晶(藻)白云巖、細—中晶白云巖、角礫狀白云巖等巖石類型，儲集空間類型以膏模孔、晶間孔、晶間溶孔、角粒間孔以及裂縫為主，孔隙多呈未充填—半充填；其特點主要為硬石膏不發(fā)育，但巖溶角礫極為發(fā)育，部分角礫位移較小，多數(shù)位移明顯，呈次棱角—次圓狀，說明該區(qū)的馬五4亞段地層屬于潛流帶，部分處于滲流帶。巖溶盆地區(qū)馬五4亞段地層以膏質(zhì)云巖、云質(zhì)膏鹽、泥—泥微晶白云巖為主，儲集空間類型以晶體鑄?？?、晶間孔為主，膏?？咨倭堪l(fā)育，其特點主要為硬石膏較為發(fā)育，但巖溶角礫發(fā)育較少，說明說明該區(qū)的馬五4亞段地層處于緩流帶，基本不受奧陶系古地貌影響，巖溶作用較弱，充填作用較強。

研究區(qū)馬五4亞段的膏?？椎某涮钐卣鞅砻?，巖溶高地中，大部分膏?？字形闯涮畈糠直壤^小，個別比例較大，充填物以白云石為主，其次為方解石；巖溶斜坡中，膏?？字形闯涮畈糠直壤^大，充填物以白云石為主，其次為方解石，再次為黃鐵礦和石英；巖溶盆地中，膏?？字形闯涮畈糠謽O少，充填物以方解石、硬石膏和白云石為主。在剝蝕線附近，膏模孔中未充填部分比例較小，充填物除了白云石和方解石外，常見石英和黃鐵礦。進而可以總結出，巖溶斜坡的巖溶最強，巖溶高地次之，巖溶盆地最弱。這與巖溶基準面決定的巖溶高地的巖溶強度比巖溶斜坡強有所不同，原因在于硬石膏的含量是影響巖溶強度的另一個重要因素：硬石膏自身可溶性極強，且SO42-在低溫條件下能加速白云石的溶解[12-13]。

3.3 巖溶基準面對巖溶的影響

通過對巖溶發(fā)育特征研究，結合靖邊潛臺西側奧陶系古地貌特征表明：位于巖溶盆地馬五41小層的膏?？缀土芽p中見硬石膏，但巖溶角礫發(fā)育較少，且研究區(qū)巖溶盆地的范圍與馬五41小層塊狀硬石膏的分布范圍大部分重合，說明位于巖溶盆地中的馬五41小層及其以下地層處于緩流帶，基本不受奧陶系古地貌影響，巖溶作用較弱，充填作用較強；位于巖溶斜坡和巖溶高地馬五41、馬五42和馬五43小層的膏?？着c裂縫中均未見硬石膏，但巖溶角礫極為發(fā)育，部分角礫位移較小，多數(shù)位移明顯，呈次棱角—次圓狀，說明處于巖溶斜坡和巖溶高地的馬五4亞段屬于潛流帶，部分處于滲流帶。

本文根據(jù)殘留的硬石膏確定研究區(qū)馬五4亞段的巖溶基準面(見圖3)，從其模式圖3看出位于巖溶斜坡和巖溶高地的馬五4亞段地層明顯受巖溶作用影響，位于巖溶盆地的馬五4亞段地層基本上不受巖溶作用影響，巖溶基準面決定了研究區(qū)西部地區(qū)馬五4亞段以風化殼巖溶儲層為主，巖溶作用對儲集性能有重要影響。

綜上所述，巖溶基準面和硬石膏含量共同決定了馬五4亞段巖溶斜坡的巖溶最強，巖溶高地次之，巖溶盆地最弱。

4 儲層物性特征與展布

儲層發(fā)育與否主要受沉積環(huán)境和巖溶等成巖作用的控制[14-16]。通過大量巖心樣品物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計，研究區(qū)馬五4亞段儲集巖孔隙度多為1%～10%，平均孔隙度為4.3%，滲透率多為0.001×10-3μm2～13.1×10-3μm2，滲透率平均值為0.23×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲儲層。依據(jù)大量巖心樣品物性分析資料以及測井物性分析資料，結合沉積相的展布特點，繪制了研究區(qū)馬五41小層孔隙度、滲透率等值線平面圖(見圖4、圖5)。再結合沉積相展布、古地貌特征、儲層物性展布特征綜合評價，對馬五41小層儲層的平面展布進行了刻畫表明(見圖6)：馬五41小層儲層主要分布在有利沉積微相含膏云坪、膏云坪中，儲層連片分布，巖溶斜坡處物性最好，巖溶高地次之，巖溶盆地較差，儲層厚度一般大于4 m，最大可達10 m。

圖3鄂爾多斯盆地奧陶系馬五4亞段巖溶基準面模式圖

圖4 靖邊潛臺西側奧陶系馬五41小層孔隙度等值線圖

圖5 靖邊潛臺西側奧陶系馬五41小層滲透率等值線圖

圖6靖邊潛臺西側奧陶系馬五41小層儲層厚度等值線圖

5 結 論

(1) 根據(jù)大量巖心觀察，結合薄片、掃描電鏡等分析資料，研究區(qū)馬五4亞段主要發(fā)育的巖石類型為：含硬石膏結核鑄模泥—泥微晶(藻)白云巖、泥—泥微晶(藻)白云巖、泥—泥微晶泥質(zhì)白云巖、細—中晶白云巖、泥—粉晶(殘余)顆粒白云巖或(殘余)顆粒泥—粉晶白云巖、泥—泥微晶石灰?guī)r、泥微—細晶含灰白云巖—云質(zhì)石灰?guī)r、巖溶溶洞塌積角礫狀白云巖、巖溶溶洞沖積白云巖質(zhì)砂礫巖、云質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r—凝灰質(zhì)泥巖、膏質(zhì)云巖—云質(zhì)膏鹽。

(2) 通過巖心觀察及鑄體薄片、掃描電鏡等分析資料表明，研究區(qū)馬五4亞段地層風化殼儲層發(fā)育膏?？?、巖溶角礫間孔、石膏晶?？?、晶間孔等主要儲集空間類型。

(3) 根據(jù)研究區(qū)地層展布特征結合古構造背景，應用印模法恢復了研究區(qū)前石炭系巖溶古地貌，將該區(qū)的巖溶古地貌劃分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地，并對各單元中的流體運動特征進行了細致的分析，認為巖溶高地和巖溶斜坡是主要的儲層發(fā)育區(qū)域。且?guī)r溶基準面和硬石膏含量共同決定了馬五4亞段巖溶斜坡的巖溶最強，巖溶高地次之，巖溶盆地最弱。

(4) 通過儲層物性和厚度圖，結合沉積相的展布特點以及儲層物性綜合評價，認為馬五41小層儲層主要分布在有利沉積微相含膏云坪、膏云坪中，儲層連片分布，巖溶斜坡處物性最好，巖溶高地次之，巖溶盆地較差。

[1] 蘇中堂,陳洪德,趙俊興,等.鄂爾多斯盆地靖邊北部奧陶系馬五4-1段成巖作用特征[J].成都理工大學(自然科學版),2008,35(2):194-200.

[2] 趙俊興,陳洪德,張錦泉,等.鄂爾多斯盆地中部馬五段白云巖成因機理研究[J].石油學報,2005,26(5):38-47.

[3] 楊 華,黃道軍,鄭聰斌,等.鄂爾多斯盆地奧陶系巖溶古地貌氣藏特征及勘探進展[J].石油地質(zhì),2006，11(3):1-13．

[4] 喬 琳,沈昭國,方少仙,等.鄂爾多斯盆地靖邊潛臺及其周邊地區(qū)中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五1-4亞段儲層非均質(zhì)性主要控制因素[J].海相油氣地質(zhì),2007,12(1):12-20.

[5] 姚涇利,王保全,王 一,等.鄂爾多斯盆地下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五段白云巖的地球化學特征[J].沉積學報,2009,27(3):281-289.

[6] 羅軍梅.靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4、馬五5儲層特征研究[D]:武漢:長江大學,2012.

[7] 楊西燕,包洪平,任軍峰,等.鄂爾多斯盆地馬五5白云巖儲層特征及主控因素[J]. 西南石油大學學報(自然科學版),2017,39(2):27-34.

[8] 羅香建,田景春,張錦泉.高橋地區(qū)奧陶系馬家溝組馬五1-2亞段巖溶作用與孔隙演化[J].地質(zhì)科技情報,2014,33(4):60-65.

[9] 胡光明,李國棟,魏新善,等.靖邊潛臺西側奧陶系馬五4亞段巖相古地理特征[J].沉積學報,2017,35(3):527-539.

[10] 王振宇,李 凌,譚秀成,等.塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖古巖溶類型識別[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2008,30(5):11-16.

[11] 羅順社,金姍姍,郝 放,等.靖邊潛臺西側奧陶系馬家溝組馬五4段沉積微相研究[J].海洋地質(zhì)前沿,2011,27(11):25-31.

[12] 夏明軍,戴金星,鄒才能，等.鄂爾多斯盆地南部加里東期巖溶古地貌與天然氣成藏條件分析[J].石油勘探與開發(fā),2007,34(3):291-292.

[13] 夏日元,唐建生,鄒勝章,等.碳酸鹽巖油氣田古巖溶研究及其在油氣勘探開發(fā)中的應用[J].地球學報,2006,27(5):503-509.

[14] 王寶清,章貴松.鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)奧陶系古巖溶儲層成巖作用[J].石油實驗地質(zhì),2006,28(6):518-522.

[15] 鄭聰斌,冀小林,賈疏源.陜甘寧盆地中部奧陶系風化殼古巖溶發(fā)育特征[J].中國巖溶,1995，14(3):280-288.

[16] 張銀德,周 文,鄧 昆,等.鄂爾多斯盆地高橋構造平緩地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶古地貌特征與儲層分布[J].巖石學報,2014,30(3):757-767.

CharacteristicsandDistributionofKarstReservoirsofMa54SubMember,OrdovicianMajiagouFormation,WesternJingbianBur-iedPlatforminOrdosBasin

LIU Yuqiao1, LUO Shunshe2, LIU Zhongbao1, LV Qiqi1,2, ZHANG Yan1, ZHAO Qing1, SUN Ning1

(1.SchoolofGeosciences,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China；2HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas(YangtzeUniversity),Wuhan,Hubei430100,China)

Karstification controls the karst reservoir development characteristics of Ordovician Ma54sub member of the western Jingbian buried platform in Ordos Basin. In this paper based on core ob-servation, combined with thin section and SEM analysis data, the western Jingbian buried platform of Ordovician Ma54sub member in Ordos Basin is divided into anhydrite-nodules bearing mold micrite-microcrystalline (algae) dolomite and other 12 kinds of rock types and gypsum mould pore and other 4 kinds of reservoir space. The Precarboniferous paleogeomorphic of study area was restored by the method of impression, and then divided into 3 types of karst highland, karst inclining and karst basin karst paleogeomorphic unit. It is recognized that the karst base level and anhydrite content jointly control the karstification intensity, among them, karst inclining has the strongest karstification, followed by karst highland, and karst basin is the weakest, its reservoir distribution is mainly controlled by sedimentary facies belts, paleogeomorphic characteristics and karstification.

karstification;paleogeomorphic;reservoirdistribution;Jingbianburiedplatfor

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.05.013

2017-04-30

2017-05-25

國家自然科學基金項目(41672099)；中國地質(zhì)大學構造與油氣資源教育部重點實驗室開放課題項目(TPR-2015-13)；長江青年基金項目(2016cqn16)

劉雨喬(1994—)，女，遼寧盤錦人，碩士研究生，研究方向為沉積學。E-mail：liuyuqiao941006@163.com

羅順社(1961—)，男，陜西西安人，教授，博士，博士生導師，主要從事沉積學與儲層地質(zhì)學教學與研究工作。

E-mail: 429330504@qq.com

P618.130.2

A

1672—1144(2017)05—0076—06