郝哲敏，蘇中堂，王玉萍

(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)的第二大沉積盆地，是我國(guó)天然氣勘探開(kāi)發(fā)較早的地區(qū)之一。到目前為止，盆地中北部已發(fā)現(xiàn)了一系列大氣田，如下古生界領(lǐng)域?yàn)橹鞯木高厷馓?，上古生界領(lǐng)域?yàn)橹鞯挠芰?、蘇里格、烏審旗、子洲等大氣田[1]。然而，盆地內(nèi)的天然氣勘探與研究工作多集中于盆地中北部，盆地西南部則相對(duì)薄弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，盆地內(nèi)下古生界探井有493口，主要集中分布于盆地的中部[2]。靖邊氣田的發(fā)現(xiàn)，表明盆地內(nèi)下古生界奧陶系碳酸鹽儲(chǔ)層具有重要潛力。因此，鄂爾多斯西南緣下古生界奧陶系儲(chǔ)層類(lèi)型與展布特征的研究，對(duì)盆地西南緣的天燃?xì)饪碧脚c研究工作具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景與地層劃分對(duì)比

鄂爾多斯西、南緣位于甘肅省安口鎮(zhèn)至寧夏回族自治區(qū)石溝驛一帶，與西南側(cè)東祁連褶皺逆沖帶相鄰。西緣地區(qū)北起桌子山、賀蘭山，南至寶雞，西界分別以賀蘭山西麓的磴口-阿拉善左旗斷裂和青銅峽-固原斷裂與阿拉善地塊和祁連加里東褶皺帶相毗鄰，被稱為西緣逆沖帶(圖1)。整個(gè)早古生代時(shí)期均以坳陷或者地槽沉積為主，水體深淺變化頻繁，區(qū)內(nèi)以碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積為主，局部表現(xiàn)為陸棚-斜坡相沉積[3]。鄂爾多斯西、南緣奧陶系沉積范圍廣、地層發(fā)育全，較鄂爾多斯盆地本部主要表現(xiàn)為這里發(fā)育了本部地區(qū)缺失的中晚奧陶世沉積地層。西、南緣地區(qū)的奧陶系主要巖性為海相碳酸鹽巖和泥巖，其中不乏存在良好的烴源巖層位和分布地區(qū)[4]。

奧陶系受華北海、秦祁海和中央古隆起的影響，鄂爾多斯地區(qū)形成了西緣、南緣和中東部 3 個(gè)不同的沉積分區(qū)[5]。研究區(qū)主要涉及西緣與南緣兩個(gè)分區(qū)，為方便研究工作的進(jìn)行，在何自新等[6]的研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)鄂爾多斯西、南緣地區(qū)地層進(jìn)行了分析對(duì)比，將冶里組、亮甲山組、馬家溝組歸屬到奧陶系下統(tǒng)，平?jīng)鼋M、背鍋山組分別對(duì)應(yīng)中統(tǒng)和上統(tǒng)(圖2)。

圖2 鄂爾多斯盆地西、南緣地區(qū)奧陶系地層劃分對(duì)比圖

2 儲(chǔ)層類(lèi)型

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯西南緣多口鉆井巖芯薄片的鏡下鑒定、巖石物性與厚度的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，鄂西南地區(qū)主要以育有礁灘型、白云巖型、古巖溶型三類(lèi)儲(chǔ)層，其中尤以馬家溝組白云巖型儲(chǔ)層最為發(fā)育。

2.1 礁灘型

生物礁是由原地生長(zhǎng)的造礁生物組成一定格架，具有丘狀突起的、堅(jiān)固的碳酸鹽巖體， 多營(yíng)造于波浪帶，具有抗浪結(jié)構(gòu)[7]。生物礁是碳酸鹽巖中非常重要的油氣聚集體，世界上很多大型油氣田都與生物礁有關(guān)。西南緣造礁生物主要見(jiàn)有珊瑚、層孔蟲(chóng)，苔蘚蟲(chóng)、骨格鈣藻、疊層藻等，附礁生物見(jiàn)有腕足、腹足類(lèi)、及三葉蟲(chóng)、海百合、海綿骨針、介形蟲(chóng)等。主要巖石類(lèi)型有骨架巖、粘結(jié)巖、障積巖、生物碎屑灰?guī)r、藻屑灰?guī)r、顆?；?guī)r等。大多數(shù)礁中藻比較發(fā)育，鏡下以疊層藻、珊瑚及生物碎屑組成，也見(jiàn)有少量碎片等。據(jù)宏觀觀察，以生物礁核或含生物礁屑架間或粒間孔為主的儲(chǔ)集體，屬西南部特殊的儲(chǔ)集體。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)白云石化的生物礁灰?guī)r中沒(méi)有發(fā)育較好的孔隙存在，這也是至今礁灘型儲(chǔ)集體中尚未發(fā)現(xiàn)工業(yè)性油氣藏的原因。相比之下，白云石化的礁灘型儲(chǔ)集體物性明顯變好，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些晶間孔、晶間溶孔、生物體腔孔、縫合線、微裂縫中充填的暗色有機(jī)質(zhì)，而藻類(lèi)或其它生物殘?bào)w熱演化形成的CO2和羧酸可能會(huì)形成埋藏成巖環(huán)境中的次生孔隙帶。因此，礁灘型儲(chǔ)集體是盆地有潛力的天然氣儲(chǔ)層。

2.2 白云巖型

至目前為止，鄂爾多期盆地碳酸鹽巖中所有較好的儲(chǔ)集空間和油氣儲(chǔ)層及產(chǎn)層幾乎都為白云巖。此類(lèi)儲(chǔ)層巖石類(lèi)型以粉晶和細(xì)-中晶白云巖為主(楊華等，2004)，儲(chǔ)集空間主要為晶間孔、晶間溶孔和裂縫，其次有溶縫、縫合線、溶斑孔等。儲(chǔ)層空間部分被有機(jī)質(zhì)、自生石英、有機(jī)玻璃充填，多未被充填，孔隙面也率達(dá)2%～8%，最高可達(dá)15%。

1)晶間孔：發(fā)育于白云巖晶間，主要見(jiàn)于粗粉晶-細(xì)晶-中晶白云巖中，為準(zhǔn)同生期后或成巖白云化作用形成。晶間孔也見(jiàn)于顆粒云巖及其他云巖中，孔隙形態(tài)呈不規(guī)則多面體狀，西南部晶粒白云巖面孔率一般為2%～8%，也見(jiàn)部分為0～5%，孔徑可在2～150μm(圖2)，是西南緣白云巖儲(chǔ)層重要的儲(chǔ)集空間。

2)晶間溶孔：是晶間孔隙經(jīng)溶蝕擴(kuò)大而成的一種孔隙，其形態(tài)不規(guī)則，孔徑大者可達(dá)200μm，小者僅10～30μm，面孔率為1%～7%，孔徑略小，形態(tài)各異，可呈密集狀或分散狀分布，也可順層分布?？變?nèi)少見(jiàn)有殘余物，個(gè)別見(jiàn)有黃褐色泥質(zhì)充填，及后期局部孔壁見(jiàn)瀝青分布。晶間溶孔是淺埋藏-深埋藏作用的產(chǎn)物，主要同淡水或埋藏條件下的成巖水溶解作用，有機(jī)酸溶解作用這種孔隙形成起到明顯的作用。

3)裂縫：其成因主要由加里東抬升剝蝕期的風(fēng)化作用和中新生代構(gòu)造作用兩方面因素所致。大的構(gòu)造裂縫多已為淡水方解石充填，只有少量的微裂縫系統(tǒng)尚具一定的儲(chǔ)滲意義?？p寬多小于0.1mm，部分為泥鐵質(zhì)半充填。本區(qū)的裂縫發(fā)育多具層段性集中分布的特征，這在大部分探井的鉆井取芯及成像測(cè)井中都有所反映(楊華等，2004)。

2.3 古巖溶型

巖溶型儲(chǔ)層在我國(guó)油氣儲(chǔ)層中占有重要位置，該類(lèi)儲(chǔ)層主要與巖溶地質(zhì)作用有關(guān)。古巖溶型儲(chǔ)集體，是指位于不整合面之下，靠近不整合面的巖體，表生期暴露地表，經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化、溶蝕、在地表水和地下水的作用下形成的各種地表及地下巖溶。如溶蝕縫、溶孔、溶洞及風(fēng)化裂縫、溶洞垮塌等，都可以構(gòu)成有利的儲(chǔ)集空間，具有孔、洞、縫相互搭配而形成的古巖溶型儲(chǔ)集體。由于原巖層的巖類(lèi)組合不同，因此，所形成的古巖溶儲(chǔ)層類(lèi)型各異，巖溶巖的物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及巖溶巖組合(巖溶相)在很大程度上反映了一定的巖溶作用類(lèi)型和成因。當(dāng)風(fēng)化、淋濾作用對(duì)不整合面以下的碳酸巖進(jìn)行改造后又埋藏時(shí)，可形成潛伏型古巖溶型儲(chǔ)層。研究區(qū)內(nèi)古巖溶儲(chǔ)層可分為三類(lèi)：古巖溶-角礫巖類(lèi)、古巖溶-白云巖類(lèi)、古巖溶-顆粒(灰)云巖類(lèi)。

2.3.1 巖溶角礫巖型儲(chǔ)層

在奧陶系頂部風(fēng)化殼以下普遍發(fā)育一套角礫巖，這些角礫巖下部為被充填而形成的基質(zhì)支撐的角礫巖，中部由于垮塌而形成溶洞充填角礫支撐的云質(zhì)角礫巖，上部進(jìn)入滲流帶，風(fēng)化裂縫發(fā)育，形成頂部溶蝕、裂縫網(wǎng)縫鑲嵌巖溶角礫巖。這些角礫巖組成整個(gè)喀斯特風(fēng)化殼，有可能是鄂西南地區(qū)潛在的儲(chǔ)集巖和產(chǎn)氣層段。

2.3.2 巖溶-晶粒白云巖型儲(chǔ)層

該類(lèi)儲(chǔ)層在西南部大多數(shù)井及剖面中都有分布，包括粉晶白云巖型、粉晶-細(xì)晶云巖型、細(xì)-中晶白云巖型、灰質(zhì)白云巖型等。巖性以各類(lèi)晶粒白云石為主，白云石晶體呈半自形晶最普遍，少量自形或它形晶。粉晶白云巖中，白云石晶體多以鑲嵌狀接觸，晶間孔細(xì)小，不很發(fā)育。細(xì)晶-中晶白云巖中，白云石晶體部分呈晶面接觸，但發(fā)育部分晶間孔。晶粒白云巖普遍含少量泥質(zhì)，泥質(zhì)可分布于白云石晶間孔中或晶間縫中，含量1%～3%。大多數(shù)情況下,白云石晶體呈半自形晶，它形晶粒結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)集空間以晶間孔、晶間溶孔、破裂縫、溶洞組成，但大多數(shù)被硅質(zhì)、方解石、淡水白云石、黃鐵礦、碳化瀝青等充填，只殘余少量晶間孔。面孔率一般在1%～2%左右。

2.3.3 巖溶-殘余顆粒型儲(chǔ)層

西南緣顆粒(灰)云巖常見(jiàn)于奧陶系馬家溝組的部分層段(主要是馬6段)，巖性多以殘余顆粒粉晶云巖為主，見(jiàn)有砂屑粉晶白云巖、殘余鮞粒粉晶白云巖、殘余骨屑白(灰)云巖、云化礫屑灰?guī)r、云化藻屑(灰)云巖、云化藻屑球粒白云灰?guī)r等。儲(chǔ)集空間以裂隙縫、溶縫、溶孔、晶間溶孔為主。

除孔隙發(fā)育較好的顆粒(灰)云巖外，在馬家溝組取樣的鑄體片薄片中，均發(fā)現(xiàn)大量的殘余顆粒云巖(尤其是鮞粒白云巖)。由于受成巖作用的改造，重結(jié)晶作用非常普遍，造成鮞粒和膠結(jié)物強(qiáng)烈粉晶化。大多數(shù)巖石中鮞粒呈幻影，甚至消失，致使原巖變?yōu)闅堄圊b粒粉細(xì)晶白云巖或殘余鮞粒中-粗晶白云巖。白云石晶形好，普遍具霧心亮邊結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)殘余鮞粒結(jié)構(gòu)。在部分巖石的鮞粒間發(fā)育少量晶間溶孔，馬家溝組的殘余砂屑白云巖中也常見(jiàn)晶間溶孔。成巖白云石Mg(mol%)/Ca(mol%)比值和有序度，與中晚成巖階段的成巖環(huán)境和成巖流體性質(zhì)較為一致。由強(qiáng)烈重結(jié)晶作用形成的白云石晶形孔和晶間孔及晶間溶孔完全消失，溶孔被不斷被白云石化作用所充填，局部也見(jiàn)充填有自生石英晶體和較多的炭化瀝青。據(jù)充填溶孔的自生石英及殘余顆粒白云巖成巖強(qiáng)度，可確定該期次埋藏白云巖化和深部結(jié)晶作用發(fā)生在>4000m的深度范圍內(nèi)。

3 各種儲(chǔ)層的展布

3.1 礁灘型

生物礁相主要發(fā)育在盆地南緣的中、上奧陶統(tǒng)及盆地東緣的下奧陶統(tǒng)亮甲山組。南緣中、上奧陶統(tǒng)的生物礁一般為丘狀、透鏡狀或不規(guī)則狀，因受成礁環(huán)境限制，礁體規(guī)模很小，多為點(diǎn)礁，其次是生物丘，有的是斷續(xù)順層分布較遠(yuǎn)的層狀。據(jù)宏觀觀察，以生物礁核或含生物礁屑架間或粒間孔為主的儲(chǔ)集體，屬西南部特殊的儲(chǔ)集體。中奧陶世臺(tái)地南部邊緣有保存良好的生物礁灘相沉積，如涇陽(yáng)、耀縣、銅川、蒲城一帶。造礁生物珊瑚、紅藻、苔蘚蟲(chóng)十分發(fā)育，有多處生物礁發(fā)現(xiàn)。中奧陶世平?jīng)銎?，主要有涇?yáng)徐家山的珊瑚-層孔蟲(chóng)礁；銅川、富平和耀縣等地的珊瑚-鈣藻障積丘；耀縣桃曲坡和淳化鐵瓦殿一帶的鈣藻障積丘、鈣藻層孔蟲(chóng)生物礁及鈣藻-珊瑚-層孔蟲(chóng)生物礁。晚奧陶世主要發(fā)育有石節(jié)子溝泥晶生屑海綿礁灰?guī)r、禮泉東莊的障積丘和珊瑚-層孔蟲(chóng)骨架礁等。

3.2 白云巖型

鄂爾多斯盆地南部奧陶系粉-粗晶白云巖出露較廣，在研究區(qū)內(nèi)地層幾乎均有分布，出露地層厚度不均，主要為馬家溝組地層，其中以馬5段最為發(fā)育。白云巖主要發(fā)育于研究區(qū)西北部及慶陽(yáng)古隆起的邊緣一帶,其中以定邊地區(qū)及盆地南部旬邑-彬縣-淳化一帶出露的地層最厚，均大于300m，主要沿中部定探1井-定探2井-城川1井以及南部的蓮3井、旬探1井-永參1井-淳探1井一帶分布，最高為城川1井達(dá)579.56m。分布范圍相對(duì)較集中，形狀似橢球形，西北部的定邊地區(qū)可能主要為潮上云坪沉積環(huán)境，盆地南部可能與臺(tái)地生物礁的發(fā)育有關(guān)。其次，在慶陽(yáng)古隆起的邊緣一帶出露的地層相對(duì)較厚，沿蓮4井-蓮3井-慶深1井-蓮1井-富探1井-宜探1井一線分布；東部巖溶平原米脂-子洲-綏德一線南部出露的地層較薄，普遍不超過(guò)20m，但也有局部地區(qū)的井位厚度較大，如榆9井達(dá)113m，可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)榆9井地區(qū)為地勢(shì)低洼的坳陷地區(qū)；北部巖溶臺(tái)地賀蘭-銀川-永寧-靈武-李莊子-布拉格蘇木附近及蘇66井-蘇44井-蘇42井-爾1井一帶地層出露較薄，最小為鄂19井和爾1井,僅為7m，而分布于其間的三喜拉-毛爾蓋-鄂托克前旗這一狹長(zhǎng)地帶出露的地層也較厚，平均超過(guò)200m(圖3)。

3.3 古巖溶型

鄂爾多斯盆地南部奧陶系角礫云(灰)巖分布較零散，層位主要為馬家溝組，其中以馬5段分布最廣，可能是由于盆地南部長(zhǎng)期遭受海侵，暴露地表遭受風(fēng)化剝蝕時(shí)間較短，出露的地層厚度也不大。研究區(qū)內(nèi)剖面數(shù)據(jù)以平?jīng)?隴縣地區(qū)厚度最大，在20～54m,淳化和西磑口厚度也在10～25m。單井奧陶系角礫云(灰)巖厚度以富探1井17m最厚，惠探1井以13.03m次之，而最薄的為蓮1井、米11井和陜120井，僅為1m。其余地區(qū)地層厚度均在1～12m之間，主要分布范圍為研究區(qū)中部北緯37°線附近及盆地南端合試1井、宜探1井周?chē)?/p>

4 有利區(qū)預(yù)測(cè)

從鏡下鑒定結(jié)果與各類(lèi)儲(chǔ)層巖性分布來(lái)看，不管是巖溶儲(chǔ)層還是礁灘相儲(chǔ)層，白云巖化是一個(gè)非常重要的條件，最終形成古巖溶-白云巖型和礁灘-白云巖型儲(chǔ)層。由于儲(chǔ)層時(shí)代老、埋藏深，因此這兩類(lèi)綜合型儲(chǔ)層是否有裂縫疊加改造,是另一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。結(jié)合西南緣奧陶系地層巖石分布、沉積相分布、巖溶地貌分布以及西南緣物性分布特征，圈定了兩個(gè)最有利儲(chǔ)集區(qū)，值得開(kāi)展下一步工作(圖3)。其中，Ⅰ號(hào)有利區(qū)主要發(fā)育于西北部天池-鄂托克前旗-定邊一帶，為古巖溶-白云巖型儲(chǔ)層；南部的Ⅱ號(hào)有利區(qū)為礁灘-白云巖型灘和顆粒白云巖型儲(chǔ)集體，發(fā)育在彬縣-旬邑-淳化一帶。

5 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)鄂爾多斯西南緣多口鉆井巖芯薄片的鏡下鑒定、巖石物性與厚度的統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為鄂爾多斯西南緣奧陶系的主要儲(chǔ)層類(lèi)型有礁灘型、白云巖型、古巖溶型三種，其中以白云巖型儲(chǔ)層最為有利。

2)分析了各類(lèi)儲(chǔ)層的展布特征，指出礁灘型儲(chǔ)層主要發(fā)育在盆地南緣的中、上奧陶統(tǒng)及盆地東緣的下奧陶統(tǒng)亮甲山組；白云巖型儲(chǔ)層主要發(fā)育于馬家溝組地層，其中以馬5段最為發(fā)育，主要分布在研究區(qū)西北部及慶陽(yáng)古隆起的邊緣一帶；古巖溶型儲(chǔ)層主要發(fā)育于盆地南部馬5段地層中，主要分布于研究區(qū)中部北緯37°線附近及盆地南端合試1井、宜探1井周?chē)?/p>

1-野外露頭；2-鉆井及編號(hào)；3-地名；4-有利儲(chǔ)集區(qū)及編號(hào)

3)根據(jù)各儲(chǔ)層發(fā)育的層位，分布范圍、巖性等條件，在研究區(qū)中圈定了兩個(gè)最有利儲(chǔ)集區(qū)。Ⅰ號(hào)有利區(qū)位于西北部天池-西北部天池-鄂托克前旗-定邊一帶，為古巖溶-白云巖型儲(chǔ)層；Ⅱ號(hào)有利區(qū)為礁灘-白云巖型灘和顆粒白云巖型儲(chǔ)集體，發(fā)育在彬縣-旬邑-淳化一帶。這一成果對(duì)下一步的油氣勘探與研究工作具有指導(dǎo)意義。

[1] 朱建輝，呂劍虹，繆九軍，等.鄂爾多斯西南緣下古生界烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2011，33(6)：662-670.

[2] 付金華，魏新善，任軍峰，等.鄂爾多斯盆地天然氣勘探形勢(shì)與發(fā)展前景[J].石油學(xué)報(bào)，2006，27 (6)：1-4.

[3] 葉伽仁，趙鵬大，陸明德．鄂爾多斯盆地下古生界油氣地質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究[J]．中國(guó)科學(xué)D輯:地球科學(xué)，2000，30(1)：40-46.

[4] 萬(wàn)延周.鄂爾多斯西緣奧陶系烴源巖及儲(chǔ)蓋層特征研究[D].西安：西北大學(xué)，2009.

[5] 陳強(qiáng)，張慧元，李文厚，等.鄂爾多斯奧陶系碳酸鹽巖碳氧同位素特征及其意義[J].古地理學(xué)報(bào)，2012，14(1)：117-124.

[6] 何自新，楊華，袁效奇.鄂爾多斯盆地地質(zhì)剖面圖集[M].北京:石油工業(yè)出版社，2004.

[7] 趙邦六，杜小弟.生物礁地質(zhì)特征與地球物理識(shí)別[M].北京:石油工業(yè)出版社，2009.