陳鳳喜 王東旭

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院)

0 引言

鄂爾多斯盆地靖邊氣田地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，圈閉類型為巖性圈閉氣藏，奧陶系下古馬家溝組馬五41為主要目的層(圖1)，儲(chǔ)層巖性主要為顆粒白云巖、粗粉晶白云巖和細(xì)粉晶白云巖；儲(chǔ)集空間以溶蝕孔洞等次生孔隙為主。研究成巖作用與孔隙演化對(duì)儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)及尋找高產(chǎn)富集區(qū)塊具有十分重要的意義。

1 儲(chǔ)層巖性特征

靖邊氣田北部馬五41亞段碳酸鹽巖儲(chǔ)集巖類十分豐富，巖石組構(gòu)組成較為復(fù)雜，除一般碳酸鹽地層中常見的顆粒和晶粒外，還含有少量生物碎屑及相關(guān)組分，形成了多種多樣的巖石類型。其中白云巖最為豐富，種類繁多，廣泛分布于各層段之中，占該套地層厚度的80%以上，儲(chǔ)層主要分布在該類巖石中。膏鹽巖相對(duì)較豐富，多成為夾層，儲(chǔ)集性能極差?；?guī)r較少，儲(chǔ)集性能欠佳。

(1)白云巖類

以其孔隙發(fā)育而成為靖邊北主要儲(chǔ)集巖和天然氣儲(chǔ)層，結(jié)構(gòu)以晶粒狀結(jié)構(gòu)為主。其中，具殘余顆粒結(jié)構(gòu)的晶粒白云巖在研究層段中分布較廣(占50%以上)，殘余顆粒以砂屑為主，生物碎屑少見，其特征是在顯微鏡下常見較污濁的白云石集合體，并隱約可見顆粒的內(nèi)部圈層或顆粒外形。其次為泥晶白云巖(占20%左右)，粉晶、粉晶-微晶白云巖(占20%左右)以及及巖溶、膏溶角礫狀白云巖(占10%左右)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

(2)石灰?guī)r類

石灰?guī)r在奧陶系馬家溝組馬五41主要巖石類型包括含生物碎屑灰?guī)r、具殘余砂屑結(jié)構(gòu)灰?guī)r及結(jié)晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r等。生物碎屑灰?guī)r中常見介屑灰?guī)r、腹足灰?guī)r、棘屑灰?guī)r等，也可以由多種生物碎屑堆積形成混合生屑灰?guī)r，其中常有砂屑、泥質(zhì)等與其共生，重結(jié)晶強(qiáng)，泥質(zhì)含量較少時(shí)可形成孔隙。具殘余砂屑結(jié)構(gòu)灰?guī)r隱約可見殘余砂屑結(jié)構(gòu)，多為橢圓形，扁平狀，方解石晶體間多被泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)所充填，故孔隙不發(fā)育。

(3)其他碳酸鹽巖類

研究區(qū)馬五41中還存在較多的巖溶角礫巖、膏溶角礫巖、泥質(zhì)角礫狀白云巖及含粒屑白云巖，這些都可以作為儲(chǔ)集巖類。

2 成巖作用類型及特征

通過大量的薄片觀察、巖心分析，認(rèn)為研究區(qū)馬五41儲(chǔ)層的主要成巖作用類型有白云石化作用、壓實(shí)作用、壓溶作用、重結(jié)晶作用、溶蝕作用、去膏化作用、去白云巖化作用、黃鐵礦化等。其中，溶蝕作用(包括古巖溶作用、埋藏溶蝕)、白云巖化作用、去膏化作用、壓實(shí)、壓溶作用最為主要成巖作用。

2.1 白云石化作用

(1)準(zhǔn)同生期蒸發(fā)泵白云石化

形成早，沉積環(huán)境鹽度高、pH值高、Mg2+/Ca2+比高、氣候干旱，屬原生白云巖類，常為泥晶白云巖、含泥白云巖、膏質(zhì)白云巖等，其結(jié)構(gòu)細(xì)，有水平紋層，可有石膏晶體或與石膏層共生，多產(chǎn)于潮上云坪、泥云坪、云泥坪及膏湖中。其成因機(jī)理可以應(yīng)用“蒸發(fā)泵白云石化模式”來解釋(圖2)。巖石的孔隙度和滲透率均差，反映該機(jī)理白云石化后未經(jīng)后期改造。研究區(qū)馬五41儲(chǔ)層中準(zhǔn)同生期白云巖多泥晶-粉晶，含泥多，多呈自形，無核心、無環(huán)帶構(gòu)造，常與石膏伴生。如陜159井泥晶白云巖，泥質(zhì)含量約10%，自形晶體(圖3)。

圖2 準(zhǔn)同生蒸發(fā)泵白云石化作用模式

(2)同生、成巖早期滲透回流白云石化

潮間膏盆、潮間云坪及局限臺(tái)地瀉湖微相中，蒸發(fā)環(huán)境下產(chǎn)生的高鎂鹽水在地表無出路的情況下向下回流滲透，穿過下伏石灰?guī)r使其白云石化(圖4)。其特點(diǎn)與蒸發(fā)泵白云石化白云巖相似，但較少與石膏共生，常是厚度較大的泥晶白云巖，儲(chǔ)集性能也較差。馬五41儲(chǔ)層中這種白云巖多為粉-細(xì)晶白云石，晶體多他形，鑲嵌接觸，含泥較前述白云巖少，較干凈，不含石膏或石膏少量(圖5)。

圖3準(zhǔn)同生期泥晶白云巖，(一)×100(5)39/50陜159

圖4 滲透回流白云石化作用模式

圖5微晶—粉晶白云巖，(一)，4×10，(10)14/74，陜148

(3)埋藏白云石化

主要沿古巖溶形成的溶解孔、洞、縫發(fā)育，其特征表現(xiàn)為團(tuán)塊狀或沿縫兩側(cè)的片狀，晶體較前兩種大，多粉-細(xì)晶，少許達(dá)到中晶級(jí)別，晶間孔發(fā)育，常跟溶蝕孔連通，但僅限于白云石化的區(qū)域，與其他部分的白云石連通性不好，期間可能還受到重結(jié)晶作用的影響。

(4)混合水白云石化

馬五41中混合水白云巖化出現(xiàn)于海平面下降的海岸潛流帶地下水透鏡體及其下伏的半咸水帶中，為準(zhǔn)同生期—成巖早期的潮間—潮下的白云巖化作用(圖6)。另外，在這個(gè)混合白云巖化作用模式中，灰?guī)r—白云巖界限沿地下水透鏡體下界分布，這一地下水透鏡體使兩個(gè)巖相具有一個(gè)傾斜的界面，這一界面的變動(dòng)還可以反映海平面的波動(dòng)。這種白云巖化主要形成了斑狀白云巖，巖石常為灰色中-厚層狀粉晶-細(xì)晶的斑狀白云巖透鏡體，白云石常為半自形-自形晶(圖7)，往往可見環(huán)帶構(gòu)造(“霧心亮邊”)。

圖6 馬五41混合水白云巖化模式

圖7 “霧心亮邊”(一)×40統(tǒng)16

2.2 溶蝕作用

(1)表生巖溶作用

受加里東運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)奧陶系遭受約1.3億年～1.5億年風(fēng)化剝蝕作用,這使馬五41進(jìn)入表生成巖環(huán)境，位于古風(fēng)化殼頂部，發(fā)生巖溶作用。與靖邊氣田中部相比，北部地區(qū)處于巖溶斜坡中下部，地表風(fēng)化殼較接近潛流面(圖8)。因此，本區(qū)以水平潛流帶的巖溶特征為主，絕大多數(shù)溶解孔洞都是因石膏、硬石膏被溶解而成，許多晶?？兹员３制渫旰镁渭傧螅叶喑蕦訝钫共?。

圖8 巖溶地貌及地下水動(dòng)力分帶

(2)埋藏溶解作用

奧陶系風(fēng)化殼被上覆上古生界及中生界地層沉積后不斷進(jìn)入埋藏期，并由表生期開放體系進(jìn)入封閉環(huán)境，特別是上覆含煤系地層在壓實(shí)過程中不斷排出富含有機(jī)質(zhì)酸性壓釋水，運(yùn)移到奧陶系地層中而產(chǎn)生溶蝕作用。它主要發(fā)生在表生期古巖溶的淺部，疊加在表生期巖溶之上。對(duì)埋藏期的巖溶作用主要表現(xiàn)為表生期巖溶作用形成孔隙及充填物的被溶蝕和形成特征的自生礦物或白云石充填。

綜上，表生期的溶蝕作用對(duì)馬五41儲(chǔ)層的最終形成起到至關(guān)重要的作用：沉積期白云石化孔隙欠發(fā)育，由于表生巖溶作用選擇性溶解并形成的有利巖溶地貌為埋藏期各種儲(chǔ)層空間提供了先決條件，使得孔縫相連，最終成為較有利儲(chǔ)層。

2.3 去膏化作用

主要發(fā)生在表生作用階段，主要表現(xiàn)為方解石交代石膏，部分方解石后期又被白云石化，局部可見硅化，總體上保留了石膏的原始形狀，如針狀、放射狀、團(tuán)塊狀、斑狀等，所形成的方解石干凈，結(jié)晶程度較好。

2.4 壓實(shí)與壓溶作用

壓實(shí)作用發(fā)生于埋藏環(huán)境之中，雖然碳酸鹽巖具成巖快速之特點(diǎn)，但壓實(shí)作用仍然強(qiáng)烈改造著本地區(qū)泥微晶白云巖，尤其生成于干旱潮坪環(huán)境下含膏白云巖，承載上覆壓力易變形，留下各種變形構(gòu)造，另外在強(qiáng)壓實(shí)作用下可產(chǎn)生大量的裂縫(成巖縫)。在掃描電鏡下，微晶白云巖或方解石多呈面-鑲嵌接觸，巖石致密，僅留少量晶間微孔隙，如陜246井的泄水構(gòu)造(圖9)。

壓溶作用表現(xiàn)為縫合線在較大尺度的巖心及小尺度薄片中均較發(fā)育，縫合線內(nèi)又發(fā)育溶縫或張開縫(圖10)。壓溶作用所產(chǎn)生的破壞性效應(yīng)遠(yuǎn)大于建設(shè)性成巖效應(yīng)。

圖9 壓實(shí)作用造成的泄水構(gòu)造

2.5 重結(jié)晶作用

研究區(qū)馬五41的泥粉晶白云巖經(jīng)歷了不同程度的重結(jié)晶作用改造，常見到的是由微粉晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹屑?xì)晶結(jié)構(gòu)，晶體之間鑲嵌接觸，孔隙沒有因重結(jié)晶而得到改善。同時(shí)重結(jié)晶作用使得原砂屑結(jié)構(gòu)僅有隱約輪廓依稀可見，轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗌靶冀Y(jié)構(gòu)。

圖10 壓溶作用下形成的縫合線構(gòu)造

2.6 去白云石化作用

多發(fā)生在溶縫及溶蝕孔比較發(fā)育的白云巖地區(qū)，少數(shù)去白云石化不徹底，表現(xiàn)為方解石交代白云石，方解石較臟，且白云石似乎漂浮于其上，所形成石灰?guī)r在區(qū)內(nèi)巖性致密，孔隙度、滲透率都低，是一種破壞性成巖作用，不利于孔隙的形成和演化。

3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)

根據(jù)巖芯觀察及薄片鑒定、掃描電鏡分析，馬五41亞段的孔隙類型按照成因分類主要有原生孔隙和次生孔隙兩大類。其中原生孔隙主要有鳥眼孔隙；次生孔隙儲(chǔ)集空間有八種孔隙類型(表1)。以次生孔隙分布頻率最高，為主要儲(chǔ)集空間。在次生孔隙中以晶間孔與溶蝕孔出現(xiàn)的比率最高；膏?？着c張開縫仍為馬五41亞段中的主要儲(chǔ)集空間；而晶?？住ⅧB?？准笆湛s縫則只在少量樣品中出現(xiàn)。

4 成巖演化階段及孔隙演化模式

成巖作用受沉積期后的埋藏條件、海平面升降變化、粒間溶液的變化、物理和化學(xué)性質(zhì)、溫度、以及所處體系的開放程度等成巖環(huán)境的影響，而其變遷受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。研究區(qū)的成巖環(huán)境類型有近地表成巖環(huán)境(海底、潮坪、大氣水)、表生成巖環(huán)境、淺埋藏成巖環(huán)境、中-深埋藏成巖環(huán)境。成巖環(huán)境的演化途徑(圖11)和成巖作用類型多樣，且相互影響，使研究區(qū)馬五41巖層孔隙演化更為復(fù)雜。加里東期少有孔隙形成，且不易保存；海西淺埋藏期不同程度的溶解作用將前期各種孔洞擴(kuò)大化；在深埋藏成巖期，自生石英、方解石等充填溶蝕孔洞，使儲(chǔ)集性能進(jìn)一步降低。隨成巖階段的演化，埋深的增加，原生孔隙急劇減少，而加里東末期的巖溶作用形成最大的次生孔隙，雖經(jīng)成巖階段變化有所減少，但其對(duì)于儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)優(yōu)于原生孔隙。孔隙演化模式見圖12。

表1 研究區(qū)馬五41孔隙特征表

圖11 研究區(qū)成巖演化序次圖(據(jù)何自新等改，2004)

圖12鄂爾多斯盆地中部下古生界碳酸鹽巖孔隙演化模式(據(jù)何自新，2004)

5 結(jié)論

(1)馬五41儲(chǔ)層的成巖作用主要有溶蝕作用、白云巖化作用、去膏化作用、壓實(shí)、壓溶作用等。其中白云石化作用、溶蝕作用、去膏化作用等為建設(shè)性成巖作用，壓實(shí)與壓溶作用、重結(jié)晶作用、去白云巖化作用等為破壞性成巖作用。

(2)儲(chǔ)集空間以溶蝕孔洞為主，裂縫是溝通孔、洞，提高儲(chǔ)層滲流能力的有利通道，孔隙與裂縫組合的儲(chǔ)層，如溶孔-裂縫型、晶間孔-裂縫型儲(chǔ)層是研究區(qū)最主要的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

(3)本區(qū)的成巖環(huán)境類型有近地表成巖環(huán)境、表生成巖環(huán)境、淺埋藏成巖環(huán)境、中-深埋藏成巖環(huán)境等等，從而造成孔隙演化較為復(fù)雜。加里東末期的巖溶作用形成最大的次生孔隙，雖經(jīng)成巖階段變化有所減少，但其對(duì)于儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)優(yōu)于原生孔隙。

(4)本區(qū)馬五41段儲(chǔ)層屬良好的天然氣儲(chǔ)層，該區(qū)西南及東北方向?qū)⑹邱R五41儲(chǔ)層天然氣勘探的重要方向。

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