李維嶺，周進高，吳興寧，吳東旭，王少依，丁振純，于 洲

1 中國石油杭州地質研究院；2 中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室

0 前 言

鄂爾多斯盆地寒武系深層具有良好的成藏條件和勘探潛力。近年來，相繼在盆地西南緣發(fā)現了多套富含有機質的規(guī)模有效烴源巖［1-8］，上覆的上古生界煤系烴源巖、奧陶系馬家溝組烴源巖以及寒武系徐莊組、三道撞組烴源巖均可為其供烴；寒武系頂部不整合面之上的上古生界煤系地層、奧陶系馬家溝組泥質碳酸鹽巖可作為有效區(qū)域蓋層；張夏組鮞粒灘、三山子組云坪可以作為良好的儲層［9-13］。然而長期以來，寒武系深層的油氣勘探并未取得重大突破，主要原因是勘探程度較低，缺乏沉積、儲層、成藏方面的系統(tǒng)研究。目前鄂爾多斯盆地鉆遇寒武系的井較少，僅有103 口，而且大多是兼探井，這種情況下依然有多口井見氣，如隴17 井、隴18 井見到工業(yè)氣流，因此鄂爾多斯盆地寒武系深層展現出良好的勘探前景。隨著勘探力度的不斷加大，寒武系深層碳酸鹽巖儲層也成為研究熱點。

前人的研究表明，寒武系張夏組廣泛發(fā)育鮞粒灘沉積［14-21］。張夏組鮞粒灘能否發(fā)育規(guī)模有效儲層，規(guī)模有效儲層發(fā)育受哪些因素控制，是勘探生產亟待解決的地質問題。通過野外剖面詳測和巖心、薄片觀察及實驗分析，對比分析了盆地南緣張夏組臺緣、臺內鮞粒灘儲層的特征，結合測井、地震等資料，對儲層主控因素開展研究，并預測出南緣兩大規(guī)模儲層發(fā)育區(qū)，以期為鄂爾多斯盆地寒武系深層勘探提供依據。

1 構造-沉積背景

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西緣［22］，其發(fā)育受控于周緣洋盆的擴張和消減［23-24］。盆地東部與華北地區(qū)相連，受華北陸表海的影響，它的南部受秦嶺洋控制，西南部受古祁連洋控制［22，25-32］。區(qū)域研究成果表明：前寒武紀冰期結束后，氣候開始轉暖，此時的華北板塊處于Rodinia 超大陸裂解所形成的拉張背景下，鄂爾多斯盆地西、南緣為被動大陸邊緣［33］。南部秦嶺海、西部祁連海的海水由南向北、從西向東逐漸海侵，中寒武世徐莊期—張夏期海侵達到寒武紀的高峰，鄂爾多斯全區(qū)基本上為廣闊的淺水海域覆蓋，形成了大規(guī)模的鮞粒灘沉積。

張夏組沉積時期，鄂爾多斯盆地南緣被西部祁連海槽和南部秦嶺海槽所環(huán)繞（圖1），為古陸—地臺—海槽構造古地理格局。前人的研究表明，鄂爾多斯盆地長城系發(fā)育一系列大致北東向展布的裂谷［34-36］，平面上具有塹壘相間的構造格局［20］，早期裂谷對中寒武世張夏期海槽的分布范圍也有一定的控制作用。徐莊期大面積海侵之后，張夏期開始緩慢海退，盆地地臺區(qū)為水體較淺的地表海環(huán)境，出露鎮(zhèn)原古陸。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣張夏組構造-沉積背景與地層厚度等值線圖Fig.1 Tectonic-sendimentary background and thickness contour of Zhangxia Formation in the sourthern margin of Ordos Basin

從南緣張夏組殘余地層厚度圖（圖1）來看，盆地中東部地臺區(qū)地層厚度薄，一般小于150 m；向西部、南部海槽方向地層厚度迅速加厚，一般超過200 m。地層厚值區(qū)可以代表海槽發(fā)育區(qū)域。

2 沉積相分布特征

近十年以來，前人針對鄂爾多斯盆地張夏組沉積相做了一些研究工作，對張夏組構造巖相古地理格局有了初步的認識：有的學者認為張夏期發(fā)育局限/開闊臺地、臺地邊緣、斜坡/陸棚-盆地［14-20］，也有學者認為發(fā)育開闊臺地、緩坡、海槽［20］。但是，由于這些研究對近年來新的鉆井資料、數據尚未采用，而且側重于巖相古地理整體格局的刻畫，對鮞粒灘的刻畫以及鮞粒灘分布規(guī)律的研究十分薄弱，因此無法滿足當前油氣勘探的需求。筆者在系統(tǒng)梳理前人已有成果認識的基礎上，進一步通過露頭、最新的鉆井資料、測井巖性解釋資料的研究，結合地層厚度、主要巖性百分比等單因素分析方法，來恢復鄂爾多斯盆地南緣寒武紀張夏期構造巖相古地理。

研究認為，盆地南緣寒武系張夏組主要發(fā)育剝蝕古陸、局限臺地、臺地邊緣、斜坡、盆地相（圖2）。西部發(fā)育鎮(zhèn)原古陸，由前寒武紀變質白云巖、變質砂巖組成，寒武紀無沉積。局限臺地相分布較為廣泛，為中東部的主要沉積相類型，巖性主要以薄層粉晶白云巖、鮞粒白云巖為主，石灰?guī)r很少分布；發(fā)育較多的臺內鮞粒灘沉積，灘體沿古陸邊緣近南北向或北東向展布，灘體厚度較薄，累計厚度一般小于100 m。臺地邊緣主要分布在盆地西緣固原東部至平涼一帶的狹長地帶，以及盆地南緣岐山—黃陵南部一帶和富平—河津一帶，其中南緣岐山—黃陵南部一帶的臺緣鮞粒灘以深灰色厚層鮞粒白云巖夾粉—細晶白云巖為主，富平—河津一帶的臺緣鮞粒灘巖性以灰色厚層鮞?；?guī)r為主，夾泥—粉晶灰?guī)r。臺緣帶鮞粒白云巖/灰?guī)r發(fā)育較厚，累計厚度一般超過150 m，鮞粒間多為亮晶膠結，反映較強的水動力條件。斜坡、盆地相主要分布在盆地西部及南部，沿固原—平涼西部—岐山南部—河津南部分布，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、泥質灰?guī)r夾灰質泥巖為主，其分布反映古祁連洋及古秦嶺洋的海槽范圍。

圖2 鄂爾多斯盆地南緣張夏組沉積相圖Fig.2 Sedimentary facies of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

3 鮞粒白云巖儲層特征

縱向上，研究區(qū)張夏組發(fā)育1 個三級層序，4 個四級海退層序旋回，四級海退層序旋回中上部發(fā)育鮞粒灘沉積。以麟探1井為例（圖3），該井位于鄂爾多斯盆地西南部，井深4 570 m，張夏組地層鉆厚157.8 m，底部與徐莊組深灰色泥質灰?guī)r、灰質泥巖整合接觸，頂部與三山子組深灰色泥質白云巖整合接觸。從沉積旋回看，麟探1 井發(fā)育4 個四級海退層序旋回。自下向上，第1個旋回由一段褐灰色白云質灰?guī)r組成，為云灰質灘間海沉積，厚度約為41 m。第2 個海退旋回底部為深灰色—灰黑色含泥白云巖、粉晶白云巖，為云灰質灘間海沉積，厚度約為16 m；頂部為2 套深灰色—灰色厚層鮞粒白云巖夾同色灰質白云巖、泥質白云巖，總厚度約為20 m，為臺緣鮞粒灘沉積。第3個海退旋回底部為深灰色—灰黑色粉晶白云巖，厚度約為10 m，含泥紋層發(fā)育，為云灰質灘間海沉積；頂部發(fā)育深灰色厚層（殘余）鮞粒白云巖，為臺緣鮞粒灘沉積。第4 個海退旋回底部為灰黑色粉晶白云巖夾泥質白云巖，厚度約為27 m，為灘間灰云坪沉積；頂部為深灰色—灰黑色鮞粒白云巖，夾少量含灰白云巖、粉晶白云巖，厚度約為22 m，為臺緣鮞粒灘沉積。總體上，麟探1井處于華北地臺陸緣附近，張夏組鮞粒灘累計厚度較大，早期以潮坪沉積為主，中后期鮞粒灘發(fā)育。這些厚層灘體，主要發(fā)育在第2 至第4 個海退旋回的頂部，通過準同生或后期溶蝕作用，形成優(yōu)質儲層。

野外露頭、巖心、薄片觀察與實驗分析對比表明：盆地南緣張夏組發(fā)育臺緣鮞粒白云巖、臺內鮞粒白云巖兩類有利儲層，這兩類儲層在儲層巖性、儲集空間類型、物性、鮞粒灘厚度、白云石化程度等5 個方面存在明顯差異。

圖3 鄂爾多斯盆地南緣麟探1井張夏組層序-沉積-儲層綜合柱狀圖Fig.3 Sequence-sedimentary-reservoir comprehensive column of Zhangxia Formation of Well LT1 in the southern margin of Ordos Basin

3.1 巖性特征

盆地南緣張夏組野外及鉆井薄片資料統(tǒng)計顯示，臺緣、臺內儲層巖性均以（殘余）鮞粒白云巖為主，粉細晶白云巖、砂屑白云巖、生物碎屑白云巖中儲層很少發(fā)育。臺緣、臺內發(fā)育的鮞粒白云巖比例相近，臺緣白云巖中鮞粒白云巖占比為71.4%，臺內白云巖中鮞粒白云巖占比為79.0%（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地南緣張夏組各類白云巖比例Fig.4 Proportion of various types of dolomite of Zhangxia Formation inthe southern margin of Ordos Basin

臺緣鮞粒白云巖與臺內鮞粒白云巖的巖石結構存在一定的差異。對野外樣品、巖心及薄片中的鮞粒粒徑進行統(tǒng)計，結果顯示：臺緣灘鮞粒粒徑為0.03～2.25 mm，平均為1.25 mm；臺內灘鮞粒粒徑為0.03～1.55 mm，平均為0.85 mm。臺緣鮞粒粒徑值分布范圍較臺內廣，平均值較臺內大，這說明臺緣帶鮞粒沉積期處于更為強烈和動蕩的水體環(huán)境之中，而臺內鮞粒沉積環(huán)境能量較臺緣弱且相對穩(wěn)定。

3.2 儲集空間特征

盆地南緣張夏組臺緣與臺內鮞粒灘儲層的儲集空間均以次生溶孔為主，其中臺緣鮞粒灘主要發(fā)育溶蝕孔洞、粒間溶孔、晶間（溶）孔（圖5a—5c），臺內鮞粒灘主要發(fā)育溶蝕孔洞、粒間溶孔（圖5d—5f）。由于臺緣帶白云石化程度超過臺內，因此臺緣鮞粒灘白云石晶體結晶程度較高，儲層中晶間（溶）孔相較臺內更發(fā)育。

圖5 鄂爾多斯盆地南緣張夏組鮞粒白云巖儲層儲集空間特征Fig.5 Reservior space characteristics of oolitic dolomite of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

3.3 物性特征

對研究區(qū)臺緣、臺內測井孔隙度大于1%的儲層段進行了統(tǒng)計（表1），結果表明：臺緣鮞粒白云巖儲層測井孔隙度介于1.0%～6.3%，平均為2.0%，滲透率介于(0.001～0.467)×10-3μm2，平均為0.038×10-3μm2；臺內鮞粒白云巖儲層測井孔隙度介于1.0%～18.6%，平均為3.3%，滲透率介于(0.002～25.853)×10-3μm2，平均為2.787×10-3μm2。臺緣和臺內其他巖石的物性均較差，平均孔隙度小于1.4%，平均滲透率小于0.314×10-3μm2。因此，鮞粒白云巖物性最好，張夏組儲層主要發(fā)育于鮞粒白云巖之中。

表1 鄂爾多斯盆地南緣張夏組測井物性統(tǒng)計表（N=1 696）Table 1 Logging physical property of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin（N=1 696）

3.4 鮞粒灘厚度

利用巖性錄井、野外實測等資料，統(tǒng)計了盆地南緣張夏組鮞粒灘厚度，結果顯示：臺緣帶鮞粒灘累計厚度集中在50～300 m 之間，臺內鮞粒灘厚度在50～120 m之間。可見臺緣鮞粒灘厚度明顯大于臺內。

在單個四級層序旋回內，臺緣鮞粒灘厚度也大于臺內。前期研究表明，張夏組發(fā)育1個三級層序、4 個四級層序旋回，鮞粒灘發(fā)育在海退旋回的中上部（圖3）。對比臺緣帶和臺內單個四級層序旋回的厚度，臺緣帶為50～90 m，臺內為30～60 m，臺緣帶厚度較大（圖6）。由于海退旋回的中上部鮞粒灘較為發(fā)育，因此推斷在單個四級層序旋回內，臺緣鮞粒灘厚度大于臺內。

3.5 白云石化程度

基于測井解釋、野外露頭實測等資料，采用單因素分析綜合作圖方法，繪制了鄂爾多斯盆地南緣張夏組白云巖厚度等值線圖。結果顯示，臺緣帶西段（耀參1井以西）白云巖厚度主要集中在50～200 m之間，臺內白云巖厚度集中在0～100 m 范圍內，臺緣帶東段（耀參1井以東）基本未白云石化（圖7）。

薄片資料統(tǒng)計顯示：臺緣帶白云巖中，粉晶、細晶、中晶和粗晶白云石所占的比例分別為45.2%、37.7%、9.4%和7.8%；臺內白云巖中，相應比例分別為60.0%、38.4%、1.6%和0%（圖8）。臺緣帶白云石礦物中的中晶和粗晶的比例遠大于臺內，可見臺緣帶白云巖中白云石的結晶程度更高。

盆地南緣張夏組臺緣帶、臺內儲層在沉積、埋藏過程中，經歷了不同的沉積環(huán)境、成巖環(huán)境和孔隙演化過程，因此臺緣帶、臺內儲層特征才會出現這5 種較為明顯的差異。這些特征差異，也反過來佐證了張夏組臺緣帶的存在。

圖6 鄂爾多斯盆地南緣張夏組四級海退層序旋回對比（剖面位置見圖2）Fig.6 Comparison of fourth-order regressive sequence cycles of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin（location is shown in Fig.2）

圖7 鄂爾多斯盆地南緣張夏組白云巖厚度等值線圖Fig.7 Contour map of dolomite thickness of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地南緣張夏組不同結晶程度白云石礦物比例Fig.8 Proportion of dolomites with different crystallinity of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

4 儲層發(fā)育主控因素

盆地南緣張夏組臺緣鮞粒白云巖、臺內鮞粒白云巖可以形成規(guī)模有效儲層，規(guī)模有效儲層的發(fā)育受鮞粒灘相、白云石化和層序界面的控制。

4.1 鮞粒灘相

鮞粒灘相是儲層發(fā)育的有利相帶。張夏組儲層的主要巖性為鮞粒白云巖（圖4），主體由渾圓、次圓形鮞粒構成的鮞粒灘沉積，具有良好的孔隙空間和滲透性，沉積期鮞粒灘良好的儲集物性，為現今的鮞粒白云巖儲層的形成奠定了良好的物質基礎。對張夏組巖心、野外樣品的統(tǒng)計顯示，無論臺緣帶還是臺內的有效儲層，都發(fā)育在鮞粒白云巖中。

4.2 白云石化

白云石化作用是孔隙保存的關鍵因素。研究區(qū)張夏組臺緣、臺內鮞粒灘沉積時期，經歷了滲透回流白云石化作用，形成的白云石具有抗壓實作用的能力，為白云石化程度較高的臺緣帶西部鮞粒灘原生粒間孔隙的保存起到積極作用。從單井上看，在同一四級層序旋回的鮞粒灘中，白云石化程度越高，孔隙度越高，而石灰?guī)r中孔滲層不發(fā)育（圖3）。

4.3 層序界面

三級/四級層序界面控制儲層發(fā)育位置。臺緣鮞粒白云巖儲層受四級層序界面控制，臺內鮞粒白云巖儲層受三級層序界面控制。

4.3.1 臺緣鮞粒白云巖儲層受四級層序界面控制

臺緣鮞粒白云巖儲層受四級層序界面控制，孔隙層發(fā)育在四級海退層序旋回的中上部（圖3）。在四級海退旋回中上部，準同生溶蝕孔隙得到保存，發(fā)育溶蝕孔洞（圖5a）、粒間溶孔（圖5b）、晶間孔（圖5c）。

碳、氧同位素分析表明：臺內鮞粒白云巖δ18OVPDB值基本在同期海水的范圍內；臺緣鮞粒白云巖樣品δ18OVPDB值受到大氣淡水的影響，明顯偏負（圖9a）。鍶同位素分析表明：臺內鮞粒白云巖的87Sr/86Sr值分布在同期海水的范圍內；臺緣鮞粒白云巖的87Sr/86Sr值可能受到大氣淡水鍶的影響，大部分樣品偏正（圖9b）。

圖9 鄂爾多斯盆地南緣張夏組鮞粒白云巖儲層碳、氧和鍶同位素特征Fig.9 Carbon,oxygen and strontium isotopic characteristics of oolitic dolomite reservoir of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

4.3.2 臺內鮞粒白云巖儲層受三級層序界面控制

臺內鮞粒白云巖儲層受三級層序界面控制，孔隙層發(fā)育在寒武系頂不整合面之下。準同生期，臺內鮞粒灘間歇性暴露溶蝕，四級層序旋回頂部形成少量溶蝕孔隙。寒武紀末期，張夏組處于晚表生期，中央古隆起抬升剝蝕（圖2），張夏組臺內鮞粒白云巖大規(guī)模暴露溶蝕，構造裂縫的大量發(fā)育為晚表生期大氣淡水溶蝕改造創(chuàng)造條件（圖5d），不整合面之下發(fā)育溶縫伴生的溶蝕孔隙、孔洞（圖5d，5e）。

臺內鮞粒白云巖儲層受不整合面的控制明顯，平面上發(fā)育在不整合面剝蝕區(qū)域附近，縱向上發(fā)育在不整合面之下，發(fā)育與構造裂縫伴生的溶蝕孔隙、孔洞。以鎮(zhèn)原古陸東部，即隴東地區(qū)為例，寒武系頂部不整合面之下張夏組儲層發(fā)育，隴17井獲工業(yè)氣流。

臺緣鮞粒灘的發(fā)育程度和白云石化程度均高于臺內，但由于臺內鎮(zhèn)原古陸及周緣處于古地貌高部位，受巖溶改造強烈，而處于盆地南緣的臺緣處于古地貌低部位，溶蝕作用較弱，因此臺內鮞粒白云巖儲層的性質優(yōu)于臺緣鮞粒白云巖儲層（表1）。

5 規(guī)模有利儲層分布區(qū)

通過疊合鮞粒灘分布區(qū)（圖2）、白云巖分布區(qū)（圖7）與張夏組頂部不整合范圍，預測出盆地南緣張夏組兩大規(guī)模有利儲層分布區(qū)（圖10）。

圖10 鄂爾多斯盆地南緣張夏組儲層厚度等值線圖Fig.10 Contour map of reservior thickness of Zhangxia Formation in the southern margin of Ordos Basin

臺緣帶有利儲層分布在岐山—旬邑一帶（圖10下部桔黃色虛線范圍），分布面積為9 332 km2；臺內有利儲層分布在隴東地區(qū)（圖10 上部褐色虛線范圍），分布面積為3 205 km2。

6 結 論

（1）鄂爾多斯盆地南緣張夏組主要發(fā)育臺緣鮞粒白云巖、臺內鮞粒白云巖2 類儲層，這2 類儲層在巖性、儲集空間、物性、鮞粒灘厚度、白云石化程度等5個方面具有明顯差異，體現了臺緣、臺內鮞粒灘經歷了不同的沉積環(huán)境、成巖環(huán)境和孔隙演化過程。

（2）臺緣帶、臺內規(guī)模有效儲層的發(fā)育受鮞粒灘相、白云石化和層序界面3 大因素的控制。臺緣規(guī)模有利儲層發(fā)育在四級海退層序中上部的鮞粒白云巖地層中；臺內規(guī)模有利儲層受三級層序界面控制，發(fā)育在寒武系頂部不整合面之下的鮞粒白云巖地層中。

（3）臺緣鮞粒灘的發(fā)育程度和白云石化程度均高于臺內，但由于臺內鎮(zhèn)原古陸及周緣處于古地貌高部位，受巖溶改造強烈，而處于盆地南緣的臺緣處于古地貌低部位，溶蝕作用較弱，因此臺內鮞粒白云巖儲層的性質優(yōu)于臺緣鮞粒白云巖儲層。

（4）盆地南緣張夏組發(fā)育兩大規(guī)模有利儲層發(fā)育區(qū)：臺緣帶有利儲層分布在岐山—旬邑一帶，分布面積為9 332 km2；臺內有利儲層分布在隴東地區(qū)，分布面積為3 205 km2。