李寶成

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 延長(zhǎng)氣田采氣二廠，陜西 靖邊 718500 )

0 引言

鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系地層在加里東運(yùn)動(dòng)中整體抬升，暴露于大氣地表環(huán)境并遭受150 Ma以上的風(fēng)化、淋濾和剝蝕作用[1]。長(zhǎng)期的沖刷和溶蝕作用使馬家溝組頂部形成一套溶蝕孔、洞系統(tǒng)十分發(fā)育的巖溶風(fēng)化殼儲(chǔ)集層[2]，下古生界大牛地氣田[3-5]和靖邊氣田[6-7]等大氣田的形成與風(fēng)化殼儲(chǔ)集層的發(fā)育密切相關(guān)。因此，明確儲(chǔ)層的分布規(guī)律及控制因素對(duì)馬家溝組天然氣資源的進(jìn)一步勘探至關(guān)重要。

楊威等[8]、李百強(qiáng)等[9]認(rèn)為，碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布受控于巖相古地理環(huán)境。王國亭等[10]、李百強(qiáng)等[11]、王金娜等[12]、羅清清等[13]認(rèn)為，成巖作用與成巖相對(duì)儲(chǔ)層分布有重要影響。張寧寧等[14]認(rèn)為，構(gòu)造作用對(duì)裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布控制作用明顯。張銀德等[15]、邱隆偉等[16]、牛君等[17]、淡永等[18]、魏新善等[19]、ZHU Liwen等[20]、CAO Jianwen等[21]、曹紅霞等[22]認(rèn)為，巖溶古地貌等是風(fēng)化殼型碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，但主導(dǎo)風(fēng)化殼不同部位的碳酸鹽巖儲(chǔ)層的控制因素具有明顯差異。

以靖邊南部馬家溝組五段4(馬五4)亞段為例，在鉆井巖心觀察、薄片鑒定、物性資料統(tǒng)計(jì)分析及壓汞測(cè)試分析等儲(chǔ)層特征研究的基礎(chǔ)上，分析古構(gòu)造、巖相古地理、成巖作用和巖溶古地貌等因素對(duì)儲(chǔ)層的控制作用，明確靖邊南部馬五4亞段儲(chǔ)層的分布規(guī)律，為研究區(qū)天然氣勘探有利區(qū)優(yōu)選提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

奧陶系馬家溝組沉積時(shí)期，鄂爾多斯盆地內(nèi)部整體表現(xiàn)為坳隆相間的構(gòu)造格局[23]。盆地西南部的中央古隆起和東部的陜北凹陷長(zhǎng)期并存且相互作用，決定盆地的古構(gòu)造和古地理環(huán)境格局[24]。早古生代，盆地進(jìn)入穩(wěn)定克拉通發(fā)育時(shí)期，沉積一套區(qū)域上分布穩(wěn)定的海相碳酸鹽巖沉積建造[25]。根據(jù)巖性及沉積旋回，馬家溝組自下而上可分為馬一～馬六6個(gè)層段，而馬五段自上而下又可分為馬五1～馬五1010個(gè)亞段，其中馬五4亞段是在三級(jí)海平面下降背景下、四級(jí)海平面上升過程中形成的一套以石灰?guī)r為主夾白云巖的沉積(見圖1)。

圖2 延929井馬五4亞段地層、巖性和測(cè)井曲線響應(yīng)特征Fig.2 Formation, lithology and logging curves response of the Ma 54 Sub-member from well Yan 929

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)碳酸鹽巖巖石成因—結(jié)構(gòu)分類方案[26]，結(jié)合研究區(qū)馬五4亞段的碳酸鹽巖物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造特征，將研究區(qū)馬五4亞段儲(chǔ)集層巖石類型劃分為膏鹽溶蝕泥粉晶白云巖、巖溶角礫泥粉晶白云巖和砂礫屑泥晶白云巖三類。

2.1.1 膏鹽溶蝕泥粉晶白云巖

2.1.2 巖溶角礫泥粉晶白云巖

巖溶角礫泥粉晶白云巖是研究區(qū)風(fēng)化殼附近馬五4亞段的主要儲(chǔ)層巖石類型，巖石主要分布于靠近中央隆起帶的巖溶高地，巖溶坍塌并伴隨角礫化過程而形成角礫結(jié)構(gòu)(見圖3(b-c))。此外，由于研究區(qū)剝蝕較為嚴(yán)重，巖石中發(fā)育大量的灰質(zhì)、泥質(zhì)和粉砂質(zhì)膠結(jié)組分(見圖3(d))。

圖3 靖邊南部馬五4亞段儲(chǔ)集層微觀巖相特征Fig.3 Characteristics of micro-lithofacies of Ma 54 Sub-member in Southern Jingbian Area

2.1.3 砂礫屑泥晶白云巖

2.2 儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)馬五4亞段碳酸鹽巖主要發(fā)育次生孔隙，根據(jù)成因，可進(jìn)一步劃分為鑄?？紫?、晶間孔和晶間溶孔。

2.2.1 鑄?？紫?/p>

研究區(qū)馬五4亞段鑄?？紫栋ǜ嗄？紫逗望}?？紫?，主要發(fā)育在膏鹽溶蝕角礫泥、粉晶白云巖中(見圖4(a-b))，其形成機(jī)理為含膏或含鹽的泥粉晶白云巖在遭受早期淡水溶蝕后，易溶的硬石膏或石鹽組分被溶解，形成具有儲(chǔ)集能力的膏?？谆螓}模孔。若該類孔隙部分被圍巖碎屑充填，可以形成示底構(gòu)造，但未被充填的部分具有一定的儲(chǔ)集能力。

2.2.2 晶間孔和晶間溶孔

這兩類孔隙主要發(fā)育在砂礫屑粉細(xì)晶白云巖中(見圖4(c-d))，晶間孔是在淺埋藏階段由具有滲透性的顆粒灰?guī)r在被白云化流體交代過程中，離子半徑較小的Mg2+替代Ca2+后釋放的空間而形成[27]。此類孔隙連通性較好，是研究區(qū)重要的儲(chǔ)集空間類型。晶間溶孔是中、深埋藏階段的酸性地層水，沿微裂縫對(duì)晶間灰質(zhì)組分再次進(jìn)行組構(gòu)選擇性溶解而成。

圖4 研究區(qū)馬五4亞段主要儲(chǔ)集空間類型Fig.4 Major types of reservoir space of Ma 54 Sub-member in the study area

2.3 物性特征

實(shí)測(cè)巖心物性結(jié)果顯示，研究區(qū)57個(gè)馬五4亞段碳酸鹽巖樣品的孔隙度變化范圍相對(duì)較大，整體介于1.25%～9.50%，峰值區(qū)間主要分布于2.00%～7.00%。滲透率整體變化范圍相對(duì)較大，整體介于(0.01～7.10)×10-3μm2，主要分布于(0.01～0.10)×10-3μm2之間(見表1)，屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層。實(shí)測(cè)孔隙度與滲透率相關(guān)關(guān)系相對(duì)較差(見圖5(a))，表明儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。從樣品的實(shí)測(cè)孔隙度和最大進(jìn)汞飽和度關(guān)系可以看出，二者之間呈現(xiàn)一定的線性正相關(guān)關(guān)系(見圖5(b))，表明最大進(jìn)汞飽和度對(duì)儲(chǔ)層的孔隙度具有明顯的影響。

表1 研究區(qū)馬五4亞段物性數(shù)據(jù)

圖5 研究區(qū)馬五4亞段孔隙度與滲透率、最大進(jìn)汞飽和度交會(huì)Fig.5 Crossplot of measured porosity versus permeability and maximum mercury saturation of Ma 54 Sub-member in the study area

2.4 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

由于儲(chǔ)層孔隙度受最大進(jìn)汞飽和度影響明顯，首先根據(jù)最大進(jìn)汞飽和度，將研究區(qū)馬五4亞段儲(chǔ)層劃分為高飽和型(最大進(jìn)汞飽和度大于70%)、中飽和型(最大進(jìn)汞飽和度介于30%～70%)、低飽和型(最大進(jìn)汞飽和度介于10%～30%)和微飽和型(最大進(jìn)汞飽和度小于10%)4類；然后根據(jù)排驅(qū)壓力(排驅(qū)壓力小于0.1 MPa為低排型，介于0.1～1.0 MPa為中排型、大于1.0 MPa為高排型)和孔喉分布特征(壓汞曲線斜率小為單峰型，斜率大為多峰型)，對(duì)每一類孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究。

2.4.1 高飽和型孔隙結(jié)構(gòu)

此類孔隙結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步劃分為高飽低排單峰、高飽低排多峰、高飽中排多峰和中飽低排多峰4種亞類。具有大量鹽?？紫逗途чg孔的粉晶白云巖往往發(fā)育大量孔隙，并具有孔隙度高、儲(chǔ)集性能好的特點(diǎn)，排驅(qū)壓力低的樣品發(fā)育一般鹽?？?，并具有滲透性良好的微孔隙系統(tǒng)，其最大孔喉半徑大，壓汞曲線多具有雙峰及多峰特征(見圖6(a))。

2.4.2 中飽和型孔隙結(jié)構(gòu)

此類孔隙結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步劃分為中飽低排多峰、中飽低排細(xì)峰、中飽高排細(xì)峰和中飽中排多峰4種亞類。由于膏鹽溶蝕角礫云巖儲(chǔ)層的孔隙度較高，儲(chǔ)集性能較好。低排型樣品發(fā)育較多鹽?？?，其微孔隙系統(tǒng)具有較好滲透性。以晶間孔為主的儲(chǔ)層樣品的壓汞曲線具有細(xì)偏單峰特征。隨儲(chǔ)層中微孔隙系統(tǒng)發(fā)育程度降低，其孔隙結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為中飽中排多峰型孔隙結(jié)構(gòu)。如果鹽?？紫洞蟛糠直荒z結(jié)，則形成中飽高排細(xì)偏單峰型孔隙結(jié)構(gòu)(見圖6(b))。

2.4.3 低飽和型孔隙結(jié)構(gòu)

此類孔隙結(jié)構(gòu)主要包括低飽低排多峰、低飽中排細(xì)峰、低飽中排粗峰和低飽高排細(xì)峰4種亞類。對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)集層的孔隙發(fā)育相對(duì)較差，且非均質(zhì)性強(qiáng)，主要存在于非組構(gòu)選擇型溶蝕孔隙及微裂縫相對(duì)發(fā)育的巖溶角礫泥粉晶白云巖。此外，當(dāng)泥晶白云巖中的膏、鹽?？撞话l(fā)育或大部分被膠結(jié)，僅發(fā)育少量的微裂隙和微孔隙時(shí)，也形成低孔型孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層(見圖6(c))。

2.4.4 微飽和型孔隙結(jié)構(gòu)

此類孔隙結(jié)構(gòu)以微飽中排細(xì)偏結(jié)構(gòu)為主。由于致密泥晶白云巖中僅發(fā)育少量的微孔隙或微裂縫，孔隙喉道相對(duì)狹窄，儲(chǔ)集性能和滲流性能十分有限，是主要發(fā)育的儲(chǔ)層巖石類型(見圖6(d))。

圖6 研究區(qū)馬五4亞段孔隙結(jié)構(gòu)類型Fig.6 Pore structure types of Ma 54 Sub-member in the study area

2.5 儲(chǔ)層厚度平面分布特征

圖7 研究區(qū)馬小層儲(chǔ)層厚度等值線Fig.7 Reservoir thickness isogram of Ma Layer in the study area

3 儲(chǔ)層主控因素

3.1 古構(gòu)造高部位

奧陶紀(jì)馬家溝組沉積末期，鄂爾多斯盆地整體表現(xiàn)為自中央古隆起向東部米脂坳陷構(gòu)造趨勢(shì)逐漸降低的特征[28]。這一構(gòu)造格局在一定程度上長(zhǎng)期控制馬家溝組的沉積格局[29]，從而間接控制不同巖相的分布。研究區(qū)馬五4亞段頂部古構(gòu)造圖 (見圖8) 顯示，整體表現(xiàn)為西高東低的總趨勢(shì)，尤其在西北部S361井區(qū)達(dá)到古構(gòu)造最高部位，并向東南部逐漸降低。根據(jù)西部地區(qū)的儲(chǔ)層厚度分布，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層基本發(fā)育于J41井區(qū)、J60井區(qū)、J57井區(qū)、Y1193井區(qū)及J65井區(qū)等古構(gòu)造相對(duì)較高的部位。在研究區(qū)東部，雖然整體構(gòu)造部位較低，但地區(qū)儲(chǔ)層厚度分布趨勢(shì)顯示，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層位于Y908井區(qū)、J17井區(qū)及小河地區(qū)等構(gòu)造相對(duì)高部位地區(qū)。古構(gòu)造隆起部位有利于碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育。這是因?yàn)楣艠?gòu)造高部位促進(jìn)蒸發(fā)環(huán)境的形成，易形成后期白云巖化過程需要的白云化流體，從而有助于富含晶間孔的白云巖儲(chǔ)層的形成。

圖8 研究區(qū)馬小層儲(chǔ)層厚度與馬五4亞段頂部古構(gòu)造疊合Fig.8 Overlap map of reservoir thickness of Ma Layer with palaeotectonic of Ma 54 Sub-member in the study area

3.2 巖相古地理環(huán)境

圖9 研究區(qū)馬小層儲(chǔ)層厚度與馬五4亞段巖相古地理疊合Fig.9 Overlap map of reservoir thickness of Ma Layer with lithofacies palaeogeography of Ma 54 Sub-member in the study area

3.3 成巖作用

碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間的形成一般始于沉積階段，終于成巖階段[2]。研究區(qū)馬五4亞段經(jīng)歷多期成巖作用的改造，從早期大氣淡水溶蝕到淺埋藏白云石化及表生期風(fēng)化巖溶作用等。其中，早期大氣淡水溶蝕屬于選擇性溶蝕，表現(xiàn)為淡水對(duì)硬石膏、石鹽等易溶礦物的溶蝕，從而形成膏?？谆螓}?？椎辱T?？紫?。淺埋藏白云石化作用屬于Mg2+交代Ca2+的過程，從而釋放大量的晶間孔隙[27]，進(jìn)一步提高白云巖的儲(chǔ)集能力。表生期巖溶作用屬于非選擇性溶蝕，規(guī)模大、溶蝕作用強(qiáng)烈并伴隨巖層角礫化，可形成角礫間溶孔或溶蝕縫等。這些儲(chǔ)集空間的形成改善研究區(qū)馬五4亞段白云巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力的重要因素。

3.4 巖溶古地貌

綜合印模法和殘余厚度法恢復(fù)的巖溶古地貌圖(見圖10)顯示，研究區(qū)西北部古地勢(shì)最高，為巖溶高地并向東南部過渡為巖溶斜坡，西南部和東北部地區(qū)同樣發(fā)育巖溶斜坡帶，巖溶斜坡帶之間發(fā)育巖溶階地，期間有巖溶洼地呈孤立狀分布，尤其是鐮刀灣以東地區(qū)。儲(chǔ)層厚度與巖溶古地貌疊合圖顯示，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層多數(shù)分布于西北部和西南部的巖溶斜坡帶，以及巖溶斜坡向巖溶階地過渡的地區(qū)(如靖40、靖67和靖68井區(qū))，在研究區(qū)東部呈現(xiàn)同樣規(guī)律：優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要分布于相對(duì)高地勢(shì)向相對(duì)低地勢(shì)過渡的地帶(如靖17井區(qū)等)。這是由于大氣淡水自西北部地勢(shì)相對(duì)高的巖溶高地(或巖溶斜坡)流向地勢(shì)較低的巖溶洼地過程中，途經(jīng)面積廣泛的巖溶斜坡(或巖溶階地)，巖溶作用時(shí)間較長(zhǎng)，溶蝕、淋濾作用進(jìn)行較充分，從而形成大量的溶蝕孔、洞，為儲(chǔ)層的形成提供豐富的儲(chǔ)集空間。

圖10 研究區(qū)馬小層儲(chǔ)層厚度與巖溶古地貌關(guān)系Fig.10 Relationship between reservoir thickness of Ma Layer and karst paleogeomorphology in the study area

4 儲(chǔ)層有利區(qū)

古構(gòu)造高部位、云坪和含泥云坪、晶間孔和晶間溶孔發(fā)育區(qū)、巖溶斜坡帶等因素，是影響儲(chǔ)層分布有利區(qū)優(yōu)選的重要因素，將具備4個(gè)要素的優(yōu)勢(shì)區(qū)劃為一類有利區(qū)，具備3個(gè)要素的劃為二類有利區(qū)，具備2個(gè)要素的劃為三類有利區(qū)。研究區(qū)儲(chǔ)層分布有利區(qū)見圖11。由圖11可以看出，一類有利區(qū)主要分布于研究區(qū)西部，多呈孤立狀分布，東部一類有利區(qū)分布在延507井區(qū)。二類有利區(qū)主要分布于東部青陽岔以南、王家灣以北地區(qū)。三類有利區(qū)在研究區(qū)分布范圍整體較廣。一類有利區(qū)和二類有利區(qū)可作為研究區(qū)天然氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。

圖11 靖邊南部馬五4亞段儲(chǔ)層有利區(qū)分布Fig.11 Distribution of favorable areas of Ma 54 Sub-member in South Jingbian

5 結(jié)論

(1)靖邊南部馬五4亞段碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的主要巖石類型包括膏鹽溶蝕泥粉晶白云巖、巖溶角礫泥粉晶白云巖及砂礫屑泥晶白云巖；儲(chǔ)集空間類型包括鑄?？紫?、晶間孔和晶間溶孔；儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為高飽和型、中飽和型、低飽和型及微飽和型4類。

(2)研究區(qū)儲(chǔ)層分布受多因素控制，其中古構(gòu)造中的高部位、古地理環(huán)境中的云坪沉積微相、成巖作用中的早期淡水溶蝕、白云石化和表生期巖溶作，以及古地貌中的巖溶斜坡帶是儲(chǔ)層發(fā)育的有利因素，同時(shí)具備幾種要素的區(qū)域?yàn)樘妓猁}巖儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)。