熊 鷹，李 凌,2，文彩霞，侯云東，肖 笛，鐘 原，聶萬才，曹 劍，譚秀成,2

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué) 中國石油碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沉積與成藏分室，四川 成都 610500；3.中國石油 長慶油田公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018；4.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

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鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2儲層特征及成因

熊 鷹1，李 凌1,2，文彩霞3，侯云東3，肖 笛1，鐘 原1，聶萬才3，曹 劍4，譚秀成1,2

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué) 中國石油碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沉積與成藏分室，四川 成都 610500；3.中國石油 長慶油田公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018；4.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

基于巖心、薄片和分析化驗(yàn)資料，研究鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2亞段的儲層特征及成因。結(jié)果表明，研究區(qū)馬五1+2亞段具有多樣性的儲集巖類和儲集空間類型。儲集巖類包括含膏?？啄喾劬г茙r、顆粒云巖、砂糖狀中-粗晶白云巖、微生物碳酸鹽巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖。相應(yīng)的儲集空間有膏模孔、滲流物間微孔、粒間(溶)孔、粒內(nèi)溶孔、晶間(溶)孔、窗格孔和礫間殘余孔洞。研究區(qū)儲集層整體表現(xiàn)為低孔、低滲孔隙型。其中，儲集性能以含膏?？啄喾劬г茙r最佳，但發(fā)育頻率及規(guī)模一般；而顆粒云巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖儲、滲性能略低于前者，但分布頻率及發(fā)育規(guī)模更大。儲層成因分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)儲層發(fā)育主要受沉積微相、多期疊合型巖溶的控制，為典型的相控巖溶型儲層。砂屑灘和膏云坪是儲層發(fā)育和后期巖溶疊加改造的物質(zhì)基礎(chǔ)，未成熟期表生巖溶對膏質(zhì)團(tuán)塊的溶蝕以及巖溶水沿早期砂屑灘孔滲層順層流動(dòng)溶蝕是儲集層形成的關(guān)鍵，而成熟期表生巖溶疊加改造未成熟期表生巖溶及其混合充填作用則使得先期儲集層遭到破壞或消失。

表生巖溶；儲層特征；儲層成因；馬家溝組；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖賦存有豐富的油氣資源，特別是中奧陶統(tǒng)的馬家溝組，其頂部發(fā)育的風(fēng)化殼儲層舉世聞名，吸引眾多學(xué)者開展了持續(xù)不斷的研究[1-7]，普遍認(rèn)為儲集巖類以含硬石膏結(jié)核或柱狀晶的泥粉晶白云巖以及晶粒云巖為主[8-10]，儲層形成于表生巖溶作用[8]，儲層成因研究的焦點(diǎn)集中于風(fēng)化殼古巖溶的期次[11-12]、垂向分帶[13]以及儲集空間的充填物類型等[14-15]。然而，隨著勘探程度和儲層非均質(zhì)性刻畫要求的不斷提高，在勘探過程中也逐漸發(fā)現(xiàn)了儲集層的細(xì)微變化。此外，由于長時(shí)間的風(fēng)化剝蝕和巖溶疊加改造，區(qū)內(nèi)各巖類的宏微觀特征多遭到不同程度的破壞，也制約了對儲集層的研究。從研究地區(qū)上講，前人工作多集中于中部地區(qū)[5-6]，而對另一個(gè)重點(diǎn)地區(qū)東北部，因勘探對象較單一，所以工作總體較少[15]。有鑒于此，本文針對盆地東北部地區(qū)，以重點(diǎn)目標(biāo)層馬五1+2亞段為重點(diǎn)，擬通過大量系統(tǒng)的巖心精細(xì)觀察描述、薄片鑒定、陰極發(fā)光及物性分析資料，闡明儲集層的基本特征，并結(jié)合研究區(qū)沉積環(huán)境、古巖溶期次及特征系統(tǒng)分析儲集層演化及其控制因素，這對于深化盆地馬家溝組儲層的研究和進(jìn)一步拓寬盆地東北部的油氣勘探領(lǐng)域具有重要意義，研究認(rèn)識也可供相似地質(zhì)背景地區(qū)參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北臺地西緣，為一矩形構(gòu)造盆地，面積約2.5×105km2。早奧陶世，由于西部賀蘭裂谷強(qiáng)烈的沉降擴(kuò)張以及肩部翹升導(dǎo)致沿鄂克托旗—慶陽—韓城一帶形成一“L”形的中央隆起，即中央古隆起，在其東側(cè)則因均衡調(diào)節(jié)作用而伴生形成以米脂-延安為沉降中心的邊側(cè)坳陷，即陜北坳陷[16](圖1)。二者相互協(xié)調(diào)，長期并存，不僅控制了華北海和祁連海的海域演變范圍，也決定了鄂爾多斯盆地中奧陶世馬家溝組的巖相古地理格局。馬家溝組沉積之后，中奧陶世末加里東運(yùn)動(dòng)使華北臺地抬升為陸，盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組上部經(jīng)受了長達(dá)1.3億多年的風(fēng)化剝蝕，形成了一套與風(fēng)化殼相關(guān)的儲集體。

對于鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組的沉積環(huán)境及格局，已有大量學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究，但同時(shí)也存在較大的爭議，包括陸棚模式[17]、障壁潟湖模式[18]、潮坪模式[19]、局限-蒸發(fā)臺地模式[20-21]等。受華北地臺南北兩側(cè)的兩大海槽(興蒙海槽和秦祁海槽)洋殼相向俯沖等構(gòu)造活動(dòng)的影響，鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段(馬五段)沉積期發(fā)生了大規(guī)模的海退，華北地臺的古氣候又周期性轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁?，盆地基底再次抬升，海平面下降，表現(xiàn)出快速海侵和緩慢海退的特征[20]。而盆地東北部馬五1+2亞段較盆地中部沉積環(huán)境相對開闊，能量更強(qiáng)，整體表現(xiàn)為局限-蒸發(fā)海臺地特征。

2 儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

通過對研究區(qū)取心井(32口)、鑄體薄片(120片)和陰極發(fā)光(30件)等的觀察分析，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2亞段具有多樣性的儲集巖類特征。選取區(qū)內(nèi)5口較為典型的系統(tǒng)取心井進(jìn)行了儲集巖發(fā)育厚度統(tǒng)計(jì)，包括米35井、榆102井、榆70井、榆140井和神42井(圖2)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)儲集巖以顆粒云巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖為主，次為含膏?？啄喾劬г茙r，此外，還發(fā)育有一定規(guī)模的殘余砂屑粉晶白云巖、砂糖狀中-粗晶白云巖和微生物碳酸鹽巖。

1) 含膏?？啄喾劬г茙r。宏觀上呈灰褐色、土黃色塊狀特征，高角度溶縫發(fā)育，膏模孔間可見大量半充填碎裂縫(圖3a)，可能為石膏溶解體積增大對基巖施壓而致[9]。該類巖石中膏?？灼毡榘l(fā)育，孔隙度平均值為4.87%，且連通性較好，主要發(fā)育于馬五2(1)和馬五1(3)小層，規(guī)模中等，是區(qū)內(nèi)最優(yōu)質(zhì)儲層。有時(shí)亦見零散分布的板條狀或針柱狀石膏假晶晶?？住２糠謳r石膏?？妆粷B流粉砂及方解石半-全充填。

2) 顆粒云巖。主要包括亮晶砂屑云巖和“花斑狀”砂屑云巖。前者可見明顯的砂屑結(jié)構(gòu)且未被破壞，顆粒支撐，砂屑含量55%～80%，粒徑0.2～0.4 mm，分選磨圓較好，多為次圓狀-圓狀。砂屑多呈點(diǎn)接觸-漂浮狀，其間為亮晶白云石充填(圖3b)?！盎ò郀睢鄙靶荚茙r則以巖心上以可明顯識別的不規(guī)則花斑狀構(gòu)造為主要特征，由巖溶作用影響而致[22]，“花斑”表現(xiàn)為深色斑塊和淺色斑塊的斑雜共存(圖3c)。其中深色斑塊溶蝕作用較強(qiáng)，主要由離散的砂屑顆粒與碳酸鹽砂構(gòu)成，并混有云泥質(zhì)，而淺色斑塊受巖溶作用影響較小，由砂屑云巖原巖構(gòu)成。該巖類在區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較高，主要位于馬五2(2)、馬五1(4)及馬五1(3)小層，經(jīng)溶蝕改造，粒間或粒內(nèi)溶孔發(fā)育，孔隙度平均值為2.68%，孔滲性能良好且分布較廣泛。

圖1 研究區(qū)位置(a)、取心井位分布(b)及馬五1+2亞段典型地層剖面(c)Fig.1 Locations of the study area(a) and coring wells(b) and its typical stratigraphic section of the Ma51+2 sub-member in the northeastern Ordos Basin(c)

圖2 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段各類儲集巖發(fā)育厚度比例Fig.2 Thickness percentage statistics for different types of reservoir rocks of the Ma51+2 sub-member in the northeastern Ordos Basin

此外，研究區(qū)亦可見少量殘余砂屑結(jié)構(gòu)粉晶云巖，其原巖為砂屑云巖或砂屑泥晶白云巖，但原始的顆粒結(jié)構(gòu)在后期強(qiáng)烈而徹底的白云石化和重結(jié)晶作用影響下變得模糊而顯示出晶粒結(jié)構(gòu)，宏觀上難與結(jié)晶白云巖相區(qū)別。鏡下晶粒結(jié)構(gòu)明顯，自形程度較高，呈緊密鑲嵌狀接觸(圖3d)。陰極發(fā)光下可識別清晰的砂屑原始輪廓，砂屑顆粒發(fā)暗紅光，呈次棱-次圓狀，泥粉晶白云石膠結(jié)物發(fā)紅光-亮紅光。該類巖石中晶間孔和小型微裂縫發(fā)育，為滲流粉砂和自形白云石半充填，孔隙度平均值為2.85%，具有一定的儲集意義。

3) 砂糖狀中-粗晶白云巖。次生晶粒結(jié)構(gòu)，中-粗晶白云石多表現(xiàn)為砂糖狀，晶粒較粗，粒徑普遍在0.25 mm以上，發(fā)育針孔及小型溶洞。鏡下晶粒呈凹凸-鑲嵌接觸，晶間孔及晶間溶孔極其發(fā)育(圖3e)，孔隙度平均值可達(dá)5.20%，儲滲性能優(yōu)越，但發(fā)育規(guī)模較小，目前僅在研究區(qū)西部榆140井馬五1(2)小層有所發(fā)現(xiàn)。

圖3 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段主要儲集巖石類型Fig.3 Reservoir rock types of the Ma51+2 sub-member in the northeastern Ordos Basina.含膏?？啄喾劬г茙r，膏?？组g發(fā)育大量半充填碎裂縫，米39井，埋深2 558.64 m，馬五1(3)；b.亮晶砂屑云巖，砂屑為點(diǎn)接觸-漂浮狀，粒內(nèi)溶孔發(fā)育，米35井，埋深2 580.62 m，馬五1(3)；c.“花斑狀”砂屑云巖，米37井，埋深2 837.42 m，馬五2(1)；d.殘余砂屑粉晶白云巖，晶粒自形程度較高，呈緊密鑲嵌狀接觸，晶間孔發(fā)育，米35井，埋深2 589.47 m，馬五2(1)；e.砂糖狀中-粗晶白云巖，晶間(溶)孔大量發(fā)育，榆140井，埋深3 115.50m，馬五1(2)；f.凝塊云巖，凝塊間見早期泥粉晶白云石膠結(jié)物和晚期中-粗晶方解石充填物，米35井，埋深2 589.71 m，馬五2(2)；g.藻粘結(jié)砂屑云巖，砂屑間亮晶白云石膠結(jié)充填，粒間溶孔發(fā)育，米35井，埋深2 589.56 m，馬五2(1)；h.溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，角礫成分復(fù)雜，其間為離散的碳酸鹽砂充填，角礫充填物間的殘余孔洞發(fā)育，孔徑0.1～1.5cm，雙106井，埋深2 525.57 m，馬五1(1)

4) 微生物碳酸鹽巖，包括凝塊云巖及藻粘結(jié)砂屑云巖。前者主要表現(xiàn)為由藍(lán)細(xì)菌及其分泌物粘結(jié)海水中的細(xì)粒沉積物所構(gòu)成的深褐色-黑色網(wǎng)狀或團(tuán)簇狀凝塊結(jié)構(gòu)(圖3f)。后者由藍(lán)細(xì)菌粘結(jié)、纏繞砂屑生長而成，具典型的砂屑結(jié)構(gòu)，顆粒支撐，砂屑間填隙物以亮晶自形白云石為主(圖3g)。經(jīng)溶蝕改造，該類巖石中(擴(kuò)溶)殘余窗格孔和粒間孔發(fā)育，孔隙度平均值為3.50%，儲集性能良好，但規(guī)模較小。

5) 溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖。巖溶改造巖類，受巖溶及充填作用而致，發(fā)育頻率較高，在研究區(qū)馬五1+2各小層均有著廣泛的分布，主要表現(xiàn)為含有多成分云巖角礫和粗粒(砂級)雜基。角礫成分復(fù)雜，與母巖成分相佐，角礫間多為離散的碳酸鹽砂、泥粉晶白云石或少量砂屑顆粒充填，發(fā)育少量高角度不規(guī)則狀小型溶縫。該類巖石中角礫充填物間的殘余溶孔及溶洞發(fā)育(圖3h)，孔隙度平均值為2.32%，但發(fā)育規(guī)模巨大，具有重要的儲集意義。該儲集巖類多發(fā)育于似層狀巖溶系統(tǒng)中，為先期孔滲層受早成巖期巖溶改造的產(chǎn)物[23]，顆粒巖類的未成熟期表生巖溶改造和充填物類型及充填程度是控制該類儲層形成的關(guān)鍵因素。

綜合來看，含膏?？啄喾劬г茙r主要發(fā)育于馬五2(1)和馬五1(3)小層，規(guī)模中等，是區(qū)內(nèi)最優(yōu)質(zhì)儲層。顆粒云巖在區(qū)內(nèi)發(fā)育頻率較高，主要位于馬五2(2)、馬五1(4)及馬五1(3)小層。砂糖狀中-粗晶白云巖發(fā)育規(guī)模較小，目前僅在研究區(qū)西部榆140井馬五1(2)小層有所發(fā)現(xiàn)。微生物碳酸鹽巖整體發(fā)育規(guī)模較小，而溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖則發(fā)育頻率較高，在研究區(qū)馬五1+2各小層均有著廣泛的分布。

2.2 儲集空間類型

與多種類型的儲集巖類發(fā)育相對應(yīng)，研究區(qū)馬家溝組儲層的儲集空間類型也很多樣。

1) 膏?？住８噘|(zhì)團(tuán)塊或石膏假晶受酸性流體或大氣淡水淋濾而成，為區(qū)內(nèi)最優(yōu)質(zhì)的儲集空間類型，發(fā)育頻率中等。外部輪廓保留較好，多呈不規(guī)則橢圓形，孔徑約0.4～1.5 mm，可被滲流粉砂、細(xì)-粉晶白云石不同程度充填(圖4a)，該類孔隙可進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大形成蜂窩狀孔隙溶擴(kuò)型溶洞(圖4b)。

2) 滲流物間微孔。該類孔隙多見于膏?？變?nèi)部，為膏質(zhì)團(tuán)塊經(jīng)早期大氣淡水淋溶、滲流粉砂及后期方解石膠結(jié)物充填形成的孔隙系統(tǒng)，膏模孔內(nèi)多表現(xiàn)為下部滲流粉砂，上部方解石的“示頂?shù)住睒?gòu)造(圖4c)。而早期的滲流粉砂充填物因相對松散且充填程度較低，其間往往發(fā)育大量微孔，具有一定的油氣儲集意義。

3) 粒間(溶)孔。粒間孔主要為顆粒巖中由顆粒結(jié)構(gòu)支撐形成的粒間孔以及顆粒間被粉-細(xì)晶白云石膠結(jié)充填后的殘余粒間孔隙(圖4d)，多形成于顆粒巖沉積期，并可作為孔隙流體的滲流通道，為溶蝕作用、白云巖化作用等后期成巖改造奠定基礎(chǔ)。粒間溶孔則為成巖流體沿先存的粒間孔進(jìn)行擴(kuò)大溶蝕的產(chǎn)物，可部分溶蝕顆粒間膠結(jié)物或基質(zhì)形成孔徑相對更大的溶蝕孔隙(圖4e)，面孔率通常3%～6%。部分溶孔經(jīng)后期方解石膠結(jié)、滲流粉砂半充填而降低了儲集性能。該類孔隙主要發(fā)育于與顆粒巖相關(guān)的亮晶砂屑云巖、“花斑狀”砂屑云巖及藻粘結(jié)砂屑云巖中，是研究區(qū)主要的孔隙類型之一。

4) 粒內(nèi)溶孔。主要分布于部分顆粒巖內(nèi)，發(fā)育頻率較低，為準(zhǔn)同生期大氣淡水對碳酸鹽顆粒內(nèi)部選擇性溶蝕而成。形態(tài)多不規(guī)則，孔徑大小0.1～0.4 mm，后可被自形白云石半充填并發(fā)生二次溶蝕，形成不規(guī)則狀或殘片狀白云石充填物(圖4f)。

圖4 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段儲集空間類型Fig.4 Pore types of the Ma51+2 sub-member reservoir in the northeastern Ordos Basina.含膏?？啄嗑г茙r，膏模孔為滲流粉砂、細(xì)-粉晶白云石半充填，榆70井，埋深2 766.40 m，馬五1(2)；b.膏?？走M(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大形成的蜂窩狀孔隙溶擴(kuò)型溶洞，米17井，埋深2 758.50 m，馬五1(1)；c.滲流物間微孔，發(fā)育于相對松散的滲流粉砂充填物間，膏?？诪闈B流粉砂、粗晶方解石半充填，形成“示頂?shù)住睒?gòu)造，米35井，埋深2 579.07 m，馬五1(3)；d.藻粘結(jié)砂屑云巖，殘余粒間孔，細(xì)-中晶自形白云石半充填，榆102井，埋深2 550.46 m，馬五1(2)；e.亮晶砂屑云巖，粒間溶孔，滲流粉砂和泥粉晶白云石半充填，米35井，埋深2 580.62 m，馬五1(3)；f.亮晶砂屑云巖，粒內(nèi)溶孔，局部見自形白云石發(fā)生二次溶蝕，形成的不規(guī)則殘片狀白云石充填物，米35井，埋深2 580.62 m，馬五1(3)；g.中-粗晶白云巖，晶間(溶)孔，榆140井，埋深3 115.5 m，馬五12；h.凝塊云巖，(擴(kuò)溶)殘余窗格孔，米35井，埋深2 589.69 m，馬五2(1)；i.溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，角礫及松散滲流粉砂充填 物間的殘余孔隙，米35井，埋深2 580.50m，馬五1(3)

5) 晶間(溶)孔。多見于砂糖狀中-粗晶白云巖及殘余砂屑粉晶白云巖中，晶間孔由白云石化及重結(jié)晶作用形成，一般形態(tài)較規(guī)則，邊緣平直(圖4g)。晶間孔可進(jìn)一步溶蝕、擴(kuò)大形成晶間溶孔，呈不規(guī)則多邊形，孔徑0.05～0.4 mm，內(nèi)邊緣具明顯的溶蝕痕跡，面孔率可達(dá)4%～10%，且孔隙間連通性較好，發(fā)育頻率中等。

6) 窗格孔。窗格孔一般認(rèn)為是碳酸鹽巖沉積早期形成的原生孔隙[24]。研究區(qū)發(fā)育的窗格孔主要為藍(lán)細(xì)菌凝塊間的未被后期白云石、方解石等所充填的殘余原生孔或經(jīng)后期溶蝕擴(kuò)大后形成的溶擴(kuò)孔(圖4h)，孔徑大小0.1～0.3 mm，面孔率約2%～5%。該類孔隙主要分布于區(qū)內(nèi)微生物碳酸鹽巖中，發(fā)育頻率較低。

7) 礫間殘余孔洞。多見于溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖中，為溶洞充填云巖角礫間的殘余孔洞或角礫間相對松散的滲流粉砂間的孔隙(圖4i)，粒徑變化較大，從微孔到宏觀孔洞均有發(fā)現(xiàn)，是研究區(qū)最主要的儲集空間類型。

除上述儲集空間類型外，研究區(qū)可見多期構(gòu)造縫相互切割，整體上裂縫較平直且大多被后期白云石或方解石全充填，偶見沿充填裂縫發(fā)生晚期溶蝕形成的微孔隙、微裂縫，整體上儲集意義不大，僅提高局部滲透率。

2.3 儲層物性特征

研究區(qū)大量樣品的物性分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖5)表明：其儲層孔隙度分布范圍為0.46%～13.77%，平均值為3.23%，主峰位于2%～4%，約占樣品總數(shù)的45.9%。滲透率分布范圍為0.000 43×10-3～6.73×10-3μm2，主峰位于0.000 1×10-3～0.01×10-3μm2，約占樣品總數(shù)的75%。整體上馬五1+2儲集層呈現(xiàn)低孔、低滲特征。

在孔-滲相關(guān)圖(圖6)中，研究區(qū)馬五1+2儲層滲透率與孔隙度具有一定的正相關(guān)性，同時(shí)存在部分樣品在同一孔隙度范圍內(nèi)而滲透率出現(xiàn)2～3個(gè)數(shù)量級的變化，其儲集層滲流能量可能受到溶蝕微裂縫的改善?？傮w上，研究區(qū)馬五1+2儲層類型以孔隙型為主，伴有少量裂縫—孔隙型儲集層。

3 儲層成因

3.1 有利的沉積微相是儲集層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

研究區(qū)整體發(fā)育局限-蒸發(fā)海臺地相，但臺地內(nèi)不同微相的儲集性能有所差異。由巖性與物性關(guān)系(圖7)可知，含膏?？啄喾劬г茙r、顆粒云巖以及溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖儲集物性整體較好，而這幾類巖石的發(fā)育和分布顯然是受沉積微相的控制。臺地內(nèi)的砂屑灘往往發(fā)育于臺地內(nèi)部水下地貌高地，且沉積界面處于平均浪基面之上的高能環(huán)境，波浪淘洗作用充分，沉積物以粗粒結(jié)構(gòu)為主，原生孔隙發(fā)育，并作為流體的滲流通道，有利于溶蝕、白云化等成巖作用的發(fā)生。在后期強(qiáng)烈的多期巖溶疊加改造影響下，最終形成亮晶(殘余)砂屑云巖、“花斑狀”砂屑云巖、溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖等，孔滲性能較好，且發(fā)育程度高，是區(qū)內(nèi)最主要的儲集層(圖8)。在持續(xù)的緩慢海退和顆粒灘沉積速率較高的聯(lián)合影響下，水下地貌高地上的顆粒灘逐漸向上生長并向高地周緣不斷擴(kuò)展，當(dāng)顆粒灘生長至海平面附近時(shí)，可容空間變小，顆粒灘將側(cè)向發(fā)育，而灘頂則由于能量降低，且處于較強(qiáng)蒸發(fā)作用下而發(fā)育含膏云坪沉積，受后期巖溶改造，形成大量含膏?？啄喾劬г茙r，儲集性能優(yōu)越，是區(qū)內(nèi)的優(yōu)質(zhì)儲集層。

圖5 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段儲集層物性分布直方圖Fig.5 Physical property distribution diagram of the Ma51+2sub-member reservoir in the northeastern Ordos Basina.孔隙度；b.滲透率

圖6 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段儲集層孔-滲相關(guān)圖Fig.6 Correlation diagram of porosity and permeability of the Ma51+2 sub-member reservoir in the northeastern Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段不同巖性儲層物性直方圖Fig.7 Physical property distribution diagram of various lithologies of the Ma51+2 sub-member in the northeastern Ordos Basina.孔隙度；b.滲透率

砂屑灘和膏云坪是研究區(qū)馬五1+2儲層發(fā)育的有利相帶，其具有較高的初始孔隙度與膏質(zhì)團(tuán)塊等不穩(wěn)定礦物含量，并為后期的巖溶改造及巖溶儲集層的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)不同沉積微相儲層物性統(tǒng)計(jì)資料(圖9)，儲層物性以膏云坪最好，其孔隙度平均值為4.87%，滲透率平均值為0.283 3×10-3μm2。砂屑灘微相次之，平均孔隙度為2.53%，平均滲透率為0.037×10-3μm2，但其發(fā)育頻率及規(guī)模最大，整體儲集性能較好，是區(qū)內(nèi)不可忽視的重要儲集體。灘間海及半局限潟湖微相儲層孔隙度滲透率相對較低，一般不利于儲層發(fā)育。

3.2 多期疊合型巖溶對儲層差異改造

已有大量的研究表明，鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組頂部發(fā)育一套典型的巖溶性儲集層，并具有多期次的巖溶改造特征[8,11-12]。研究區(qū)馬五1+2儲集層則先后經(jīng)歷了3個(gè)期次的巖溶改造，包括(準(zhǔn))同生期巖溶、未成熟期表生巖溶以及成熟期表生巖溶，需要說明的是，本次研究發(fā)現(xiàn)，未成熟期表生巖溶和成熟期表生巖溶按成巖階段均屬于早成巖期，但因具明顯的溶洞充填成分差異和巖溶切割關(guān)系而分為兩期。目前，對未成熟期巖溶發(fā)生時(shí)間的確定還沒有確鑿的標(biāo)志和證據(jù)，有待下一步深入研究。而成熟期巖溶和過去所謂的表生期巖溶、風(fēng)化殼巖溶等大致相當(dāng)，不同期次的巖溶類型對儲集層物性的改造影響不同。

圖8 鄂爾多斯盆地東北部神42井2 189～2 199 m井段巖性、物性及沉積環(huán)境特征Fig.8 Lithologies,physical properties and sedimentary environment characteristics of 2 189～2 199m interval in Well Shen42 in the northeastern Ordos Basin

1) (準(zhǔn))同生期巖溶。發(fā)生時(shí)間較早，伴隨著海平面相對下降及頻繁波動(dòng)，處于松散或半固結(jié)狀態(tài)的顆粒灘物質(zhì)間歇性暴露受大氣淡水淋濾作用，發(fā)生對顆粒碳酸鹽巖內(nèi)部欠穩(wěn)定的文石、高鎂方解石的選擇性溶蝕，而粒間膠結(jié)物不溶的現(xiàn)象。該期巖溶以組構(gòu)選擇性溶蝕為特征，往往形成粒內(nèi)溶孔(圖4f)，這種孔隙類型較為孤立。不過，其在(準(zhǔn))同生期形成的孔隙很可能為后期巖溶的發(fā)生奠定了更為有利的條件，成為后期巖溶水的優(yōu)勢疊加改造區(qū)域。

2) 未成熟期表生巖溶。長期以來，表生環(huán)境被認(rèn)為是巖溶儲集層孔隙發(fā)育的重要場所[25-26]，研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的未成熟期表生巖溶與經(jīng)典早成巖期巖溶特征[27]相似，主要發(fā)生于未成熟與半成熟的碳酸鹽巖中，并因此形成了以塑性角礫為代表的一些極具特征的溶蝕產(chǎn)物，這也是對該期巖溶識別，以及稱其為“早成巖未成熟期巖溶”以區(qū)別于后一期“早成巖成熟期巖溶”的重要依據(jù)。結(jié)合研究區(qū)儲集巖類發(fā)育及相關(guān)溶蝕特征發(fā)現(xiàn)，未成熟期表生巖溶對區(qū)內(nèi)儲集層的發(fā)育具有重要的建設(shè)性作用，主要表現(xiàn)在兩方面：其一，未成熟期表生巖溶對含膏質(zhì)結(jié)核泥粉晶云巖的改造主要表現(xiàn)在對石膏的溶蝕，使得膏?？状罅堪l(fā)育(圖10a，d)，孔滲性均較好，最終形成研究區(qū)最優(yōu)質(zhì)的含膏?？啄喾劬г茙r儲集巖類，但發(fā)育頻率一般。其二，未成熟期表生巖溶對顆粒巖類具有強(qiáng)烈的改造作用，當(dāng)巖溶水下滲并沿相對相對高滲的顆粒巖層發(fā)生流動(dòng)，不斷擴(kuò)溶改造顆粒巖殘余粒間孔。早期弱固結(jié)含孔隙顆粒灘被大氣淡水不同程度溶解，溶蝕程度較弱時(shí)，形成類似于“花斑狀”砂屑云巖的小型巖溶花斑(圖3c，圖10e)。溶蝕程度強(qiáng)烈時(shí)形成溶洞，顆粒灘強(qiáng)烈垮塌并伴隨上部地層部分垮塌，充填物以各類型垮塌角礫和相對疏松的碳酸鹽巖砂為主(圖10b，e)。最終形成大量以粒間(溶)孔及礫間充填殘余孔洞為特征的顆粒云巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，其孔滲性能雖略低于含膏?？啄嗑г茙r，但發(fā)育頻率極高，且橫向連通性較好，是區(qū)內(nèi)重要的儲集體。

圖9 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段不同沉積微相儲層物性直方圖Fig.9 Physical property distribution diagram of various sedimentary microfacies of the Ma51+2 sub-member in the northeastern Ordos Basina.孔隙度；b.滲透率

整體來看，未成熟期表生巖溶對顆粒巖類的改造具鮮明的相控型巖溶特征，主要體現(xiàn)在對相控孔洞層的疊加，溶蝕孔洞及大型溶洞系統(tǒng)多發(fā)育于高能砂屑灘中，而在經(jīng)歷早期成巖致密化的巖類中主要以發(fā)育垂直或斜交狀的溶溝為特征(圖8)。這表明先期相控型儲層對巖溶具有控制作用，先期孔滲層可作為巖溶水的輸導(dǎo)體系，并制約了巖溶水以散流和漫流形式在孔隙中運(yùn)動(dòng)[28]，對先期孔洞溶蝕、擴(kuò)大，形成巖溶疊加擴(kuò)大的孔洞系統(tǒng)，因此，未成熟期表生巖溶是盆地東部馬五1+2儲集層發(fā)育形成的關(guān)鍵因素。

3) 成熟期表生巖溶。成熟期表生巖溶發(fā)生于馬六段沉積后大面積長時(shí)間的陸相暴露環(huán)境，薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)馬五1+2中顆粒點(diǎn)接觸的頻率極低，多呈漂浮狀，且?guī)缀跷匆婎w粒變形或縫合線構(gòu)成等較深埋藏成巖作用結(jié)果，表明馬五1+2碳酸鹽巖整體上僅經(jīng)歷了淺埋藏成巖作用即抬升為陸，其埋藏深度遠(yuǎn)不及淺埋藏下限深度(1 000 m)[29]，故將其視為早成巖期巖石，其發(fā)生的巖溶作用也屬于早成巖期巖溶范疇。成熟期表生巖溶其主要表現(xiàn)為對未成熟期表生巖溶的疊加改造，產(chǎn)生大量溶溝及溶縫不斷切割、疊加改造早期溶洞充填段，并帶入大量地表風(fēng)化產(chǎn)物及黑色、灰綠色泥質(zhì)混合充填于溶洞角礫間(圖10c，e)，巖心上表現(xiàn)為泥質(zhì)巖溶角礫巖，具有泥質(zhì)含量高、充填致密的特征，極大地破壞了早期溶洞充填段的儲集性能。因此，成熟期表生巖溶對儲層的影響主要表現(xiàn)為疊加改造未成熟期巖溶，在成熟期巖溶的混合充填作用下則儲層破壞或消失，否則將進(jìn)一步疊加改造儲層。

3.3 埋藏期孔洞充填物對儲集層物性差異影響

有關(guān)鄂爾多斯盆地馬家溝組孔洞充填物及其對儲層發(fā)育的影響已有大量研究，普遍認(rèn)為白云石對儲集空間的保存具有建設(shè)性作用，方解石對儲集空間的保存具有破壞性作用[14-15]。石炭紀(jì)之后，中奧陶統(tǒng)經(jīng)歷了漫長的成巖作用過程，其充填物主要包括中-粗晶白云石、中-巨晶方解石及少量螢石、石英、瀝青等。而有效孔隙能否得以保存也主要取決于充填物類型及充填程度，中-粗晶白云石、中-巨晶方解石常見于膏?？住⑷芏醇叭軠蟽?nèi)，其中，充填白云石由于自身晶粒較粗、自形程度高，常發(fā)育晶間孔，充填程度較低，對有效孔隙保存的破壞性作用相對較小。而方解石則因形成時(shí)間跨度較長、溫度變化較大、持續(xù)生長而表現(xiàn)出晶粒粗大、自形程度低的特征，且大多完全充填于孔洞，對儲集層破壞性較大。此外，區(qū)內(nèi)還可見部分螢石、石英和瀝青充填物，但僅在局部井段有所發(fā)現(xiàn)，對儲集層物性的整體影響不大。

4 結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地東北部奧陶系馬五1+2具有多樣性的儲集巖石類型和儲集空間類型特征，儲集巖類包括含膏?？啄喾劬г茙r、顆粒云巖、砂糖狀中-粗晶白云巖、微生物碳酸鹽巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，相應(yīng)的儲集空間主要有膏?？?、滲流物間微孔、粒間(溶)孔、粒內(nèi)溶孔、晶間(溶)孔、窗格孔和礫間殘余孔洞。

圖10 鄂爾多斯盆地東北部馬五1+2亞段表生期巖溶特征及孔隙發(fā)育模式Fig.10 Epigenic karstification characteristics and its pore development models of the Ma51+2 sub-member reservoir in the northeastern Ordos Basina.含膏?？啄喾劬г茙r，未成熟期表生巖溶對膏質(zhì)團(tuán)塊溶蝕，形成大量膏?？祝啾粷B流粉砂和細(xì)粉晶白云石半充填，榆70井，埋深2 760.73 m，馬五1(1)；b.溶洞充填砂質(zhì)角礫云巖，未成熟期表生巖溶沿相對高滲的顆粒巖層發(fā)生溶蝕形成溶洞，充填物以垮塌角礫和疏松的碳酸鹽砂為主，見大量礫間殘余孔洞，雙106井，埋深2 525.46 m，馬五1(1)；c.溶洞充填泥質(zhì)角礫云巖，成熟期表生期巖溶形成溶溝切割未成熟期表生巖溶溶洞充填段，并帶入大量灰綠色泥質(zhì)致密充填于早期殘余孔洞，儲集層遭到破壞，神36井，埋深2 260.71 m，馬五3(1)；d.膏?？仔蛢瘜涌紫栋l(fā)育模式；e.砂屑灘型儲集層孔隙發(fā)育模式

2) 研究區(qū)儲集層整體表現(xiàn)為低孔、低滲孔隙型儲層，其中，儲集性能以含膏?？啄喾劬г茙r最佳，但發(fā)育頻率及規(guī)模一般，而以顆粒云巖和溶洞充填砂質(zhì)角礫屑云巖為主要代表的顆粒灘及相關(guān)巖溶改造巖類雖然物性略低于前者，但其分布頻率及發(fā)育規(guī)模更大，縱橫向連續(xù)性較好，勘探意義重大。

3) 儲層成因分析表明，區(qū)內(nèi)儲集層的發(fā)育主要受沉積微相、多期疊合型巖溶的控制，具有典型的相控巖溶型儲層特征。其中以砂屑灘和膏云坪微相儲集性能最優(yōu)，構(gòu)成了盆地東北部馬五1+2亞段最主要的儲集體與勘探對象，其較高的初始孔隙度與膏質(zhì)團(tuán)塊等不穩(wěn)定礦物組分為后期的巖溶疊加改造提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。未成熟期表生巖溶對膏質(zhì)團(tuán)塊的溶蝕以及巖溶水沿早期砂屑灘孔滲層順層流動(dòng)、溶蝕改造是儲集層發(fā)育的關(guān)鍵因素，而成熟期表生巖溶疊加改造未成熟期表生巖溶及其混合充填作用則是先期儲集層遭到破壞或消失的主要原因。

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(編輯 張亞雄)

Characteristics and genesis of Ordovician Ma51+2sub-member reservoir in northeastern Ordos Basin

Xiong Ying1,Li Ling1,2,Wen Caixia3,Hou Yundong3,Xiao Di1,Zhong Yuan1,Nie Wancai3,Cao Jian4,Tan Xiucheng1,2

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu，Sichuan610500,China; 2.PetroChinaDepositionandAccumulationDepartmentofKeyLaboratoryofCarbonateReservoirs,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofPetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an,Shaanxi710018,China;4.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing，Jiangsu210023,China)

Characteristics and genesis of Ma51+2sub-member reservoir (the 1stand 2ndsub-member of the 5thmember of Ordovician Majiagou Formation) in the northeastern Ordos Basin are studied based on core,thin section and physical property analysis.The result shows that diverse types of reservoir rocks and reservoir spaces occur in Ma51+2sub-member in the study area.The reservoir rock types include gypsiferous micritic to very fine crystalline dolomite,grain dolomite,saccharoidal medium-coarse crystalline dolomite,microbial carbonate and sandy rubble dolomite with caverns filled.And the corresponding reservoir space types are gypsum mould pore,micropore between pore fillings,intergranular (dissolved) pore,intragranular dissolved pore,intercrystalline (dissolved) pore,fenestral pores,inter-breccia residual vuggs.The reservoirs in Ma51+2sub-member are typical porous reservoirs with low porosity and low permeability as a whole.The micritic and very fine crystalline dolomite with gypsum mold pores have the best reservoir properties but fair frequency and scale of occurrence.In contrast,the grain dolomite and sandy breccia dolomite have poorer reservoir properties but larger frequency and scale of occurrence than the former.Reservoir genesis analysis indicates that the formation and distribution of the Ma51+2sub-member reservoirs in this region are mainly controlled by sedimentary microfacies and multi-stage superimposed karstification,thus they are typical facies-controlling karst reservoirs.The psammitic banks and the gypsiferous dolomite flat provided the material foundation for the reservoir development and later karst reformation.The dissolution of gypsum clumps via epigenic karstification in the immature stage,the dissolution caused by layer-parallel flowing of karst water along the porous beds of early psammitic banks played a key role in the formation of the reservoirs.However,the overprint of epigenic karstification in the mature stage on that in the immature stage and the hybrid filling destroyed the earlier reservoirs or made them disappear.

epigenic karstification,reservoir characteristics,reservoir genesis,Majiagou Formation,Ordos Basin

0253-9985(2016)05-0691-11

10.11743/ogg20160509

2016-04-14;

2016-09-06。

熊鷹(1993—)，男，碩士研究生，儲層地質(zhì)學(xué)。E-mail:xiongying511602@163.com。

簡介：譚秀成(1970—)，男，教授、博士生導(dǎo)師，儲集層沉積學(xué)。E-mail:tanxiucheng70@163.com。

國家科技攻關(guān)重大專項(xiàng)(2016ZX05004002-001,2016ZX05004006-001-002)。

TE122.2

A