孫宜樸，李維，張軍濤，李淑筠，范柏氵育

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249)

鄂爾多斯盆地馬家溝組風化殼氣層特征分析

孫宜樸1，李維2，張軍濤1，李淑筠1，范柏氵育2

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249)

為了對鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組風化殼氣藏進行有效的巖性識別和氣層識別，通過巖心描述、薄片觀察、物性測試及測井分析等手段，結合試氣成果，明確了風化殼儲層的巖石學特征、孔隙結構特征以及電性和含氣性特征，并在此基礎上建立了巖性和氣層解釋標準。研究認為：含膏白云巖是盆地中東部風化殼主要儲層類型，膏?？资侵饕獌臻g；儲層低孔低滲，溶孔發(fā)育的非均質性加劇了儲層非均質性；密度-深側向電阻率交會圖版可以很好地區(qū)分灰?guī)r和白云巖，聲波時差-深側向電阻率交會圖版也有較好的識別效果；應用聲波時差-深側向電阻率交會圖版和密度-深側向電阻率圖版可以確定氣層的電性下限并對氣層進行有效識別。

巖石孔隙特征；含膏白云巖；氣層識別；四性關系；馬家溝組；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼氣藏主要分布在盆地中東部，目前已在中部發(fā)現(xiàn)氣田，在富縣、大牛地多井有工業(yè)氣流，馬家溝組已成為盆地天然氣勘探開發(fā)的重要接替領域[1]。前期研究認為：氣藏類型為風化殼氣藏，層位主要為馬五段；含膏云坪相是主要沉積類型，含膏白云巖是主要巖石類型[2-4]；C-P泥巖及煤層為主要烴源巖[5-7]，馬五段儲層與上覆本溪組泥巖形成主要儲蓋組合，天然氣側向運移為成藏的主要方式；本溪組泥巖厚度、風化殼古地貌為控藏主要因素。但不同區(qū)帶儲層巖性、孔隙結構仍存在較大差異，巖性和氣層電性特征的識別仍是勘探工作的重點內(nèi)容[8]。

1 風化殼儲層的巖石學特征

前人研究表明，馬五段沉積時期盆地東部發(fā)育膏鹽湖，中部和中東部整體為蒸發(fā)潮坪相沉積[9]。鉆井揭示馬家溝組風化殼儲層的巖石類型主要為白云巖、含膏白云巖及灰?guī)r，含膏白云巖儲層是其中最重要的儲層類型，分布層位為馬家溝組五段的1到4亞段及6到10亞段，主要見于鄂爾多斯盆地的中東部含膏云坪相。石膏常以柱狀單晶和圓形或次圓形結核存在于灰?guī)r和白云巖中，主要存在于白云巖中。由于富含石膏結核，巖心上常常顯現(xiàn)麻點狀、蜂窩狀(圖1)。此類巖石主要形成于蒸發(fā)環(huán)境下的潮坪環(huán)境中，海水鹽度不斷增大，硬石膏緩慢析出，這也促進了白云石的形成，即薩布哈白云巖化模式。這是靖邊、富縣和大牛地地區(qū)馬五段最重要的儲層巖石類型。

圖1 含膏白云巖儲層巖石特征

2 儲集空間特征與主要成巖作用

含膏云坪相儲層中最主要的儲集空間為膏溶鑄?？?，含膏云巖中存在大量易溶組分硬石膏，后在加里東暴露巖溶時期，易溶組分溶解，形成最重要的儲集空間鑄?？?。由于石膏多以結核或者單晶形式產(chǎn)出，故鑄?？自陲@微鏡下多呈現(xiàn)出圓形或者規(guī)則的多邊形(圖2)。后期鑄?？子殖３１环浇馐?、白云石或石英充填，形成石膏假晶或石膏假“結核”。通過薄片分析認為，馬家溝組主要成巖作用類型有白云巖化作用、壓實作用、溶蝕作用和充填作用。

圖2 含膏云坪相儲層顯微特征

2.1 白云巖化作用

研究區(qū)馬家溝組白云化作用發(fā)生在同生—成巖早期[10]，海水的強烈蒸發(fā)作用使巖石中孔隙水的Mg2+/Ca2+比值提高，形成白云石。晶粒細小的泥粉晶白云石顆粒及與之伴生的蒸發(fā)巖礦物是薩布哈白云巖化的典型特征[11]。

2.2 壓實作用

馬五段主要有泥微晶云巖、含生物屑泥微晶灰?guī)r，夾少量泥頁巖，偶見顆粒碳酸鹽巖，表明馬五段沉積時期，沉積物以細碎屑碳酸鹽巖為主。因此，馬五時期松散碳酸鹽沉積物轉變?yōu)楣探Y的碳酸鹽巖，其固結成巖方式以壓實作用為主，膠結成巖作用所占的比例極小(體積分數(shù)<5%)。

2.3 溶蝕作用

加里東運動末期構造抬升，馬家溝組碳酸鹽巖被抬升到地表，長期接受大氣淡水淋濾，形成風化殼[12]。古巖溶作用形成了大量晶間溶孔、鑄模孔和各種溶蝕孔洞，改善了儲層的儲集性能，是風化殼儲層形成的關鍵。

2.4 充填作用

馬五段碳酸鹽巖地層膏?？状嬖诓煌潭鹊某涮睢３涮畹V物類型主要有方解石、白云石和石英3種，根據(jù)充填程度又分為未充填、半充填和完全充填3類。按充填物成因可分為機械充填和化學充填。機械充填主要發(fā)生在古巖溶時期，由地表水帶來的粉砂、黏土或碳酸鹽細碎屑物充填在風化殼內(nèi)各種成因的溶孔、溶洞、裂隙中(圖2(a))。化學充填是指從水溶液中以化學方式沉淀出來的礦物充填在早已形成的溶蝕孔縫中，晶粒粗大是其最典型的標志，例如亮晶方解石膠結物(圖2(b))和粗晶鐵白云石充填(圖2(c))。

3 儲層物性與孔隙結構特征

奧陶系馬家溝組風化殼儲層非均質性較強，物性變化大，屬低孔、低滲致密儲層。富縣區(qū)塊132個巖心孔隙度-滲透率測試結果表明，孔隙度0.03%～10.34%，平均1.79%。滲透率(0.005～17.130)×10-3μm2，平均0.80×10-3μm2，大部分小于0.4×10-3μm2；大牛地地區(qū)569個巖心測試結果表明，孔隙度0.1%～14.0%，平均2.59%。滲透率(0.003 5～102.980 0)×10-3μm2，平均0.90×10-3μm2，大部分小于0.60×10-3μm2。

表1 馬五段風化殼儲層毛細管壓力參數(shù)(據(jù)中石化華北局，2012)

圖3 風化殼儲層各類樣品毛管壓力曲線

綜合物性參數(shù)和孔隙結構參數(shù)分析，鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼儲層屬低孔、低滲、小孔、微細喉儲層，膏?？椎陌l(fā)育程度對儲集性能影響明顯，溶孔充填程度不一可能是孔滲性能非均質性強的重要因素。

4 巖電特征及巖性識別

盆地中東部馬家溝組風化殼的主要巖石類型為白云巖、灰質白云巖、白云質灰?guī)r及灰?guī)r。從目前勘探發(fā)現(xiàn)來看，氣層主要存在于白云巖發(fā)育段，灰?guī)r氣層較少。因此，白云巖和灰?guī)r的區(qū)分已成為一項重要研究內(nèi)容。根據(jù)取心和測井資料分別對不同巖性的聲波時差、密度、中子及電阻率測井數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計，對不同巖性的電性特征進行分析，結果發(fā)現(xiàn)不同巖性的測井響應存在很大差別。

4.1 巖電特征分析

從聲波時差測井數(shù)據(jù)看(圖4)，白云巖表現(xiàn)為高聲波時差特征，灰?guī)r為低聲波時差特征，利用聲波時差能夠很好地區(qū)分白云巖和灰?guī)r，而區(qū)分白云巖、灰質白云巖和白云質灰?guī)r的能力較差。不同巖性的中子測井和聲波測井響應較為相似(圖5)，白云巖表現(xiàn)為高中子，灰?guī)r為低中子，能夠較好區(qū)分白云巖和灰?guī)r。不同巖性的密度特征差別明顯，白云巖密度明顯高于灰?guī)r(圖6)?；?guī)r表現(xiàn)為高電阻率特征，其他3種巖性為低電阻率(圖7)。不同巖性測井響應特征的差別奠定了應用聲波時差、中子、密度和電阻率測井響應進行巖性劃分的基礎。盡管不同曲線的巖性區(qū)分能力存在差異，但對白云巖和灰?guī)r的區(qū)分能力是可以肯定的。

圖4 不同巖性聲波時差直方圖

圖5 不同巖性補償中子直方圖

圖6 不同巖性密度直方圖

圖7 不同巖性深側向電阻率直方圖

4.2 巖性識別

應用單個測井指標進行巖性識別具有局限性，識別精度較差，這種情況下采用交會圖方式，應用聲波時差、密度、中子和側向電阻率測井資料進行綜合分析，能夠較好地區(qū)分灰?guī)r和白云巖。

圖8是富縣地區(qū)馬五6—10小層密度和聲波時差測井交會圖。從中可以看出，白云巖測井值表現(xiàn)為高聲波、高密度的特征，灰?guī)r特點則為低密度、低聲波時差，應用判別公式能夠很好地區(qū)分2種巖性。判別方程為

FX= 523.33-133.33D-DT。

FX≥ 0 為白云巖；FX<0 為灰?guī)r。

式中：FX為判別系數(shù)；DT為聲波時差，μs/m；D為密度，g/cm3；145

但是該方法在大牛地地區(qū)(風化殼層位為馬五1—4小層)區(qū)分精度不高，可能是由于溶孔發(fā)育和充填狀況存在差異，或是聲波時差受含氣性影響較大的緣故。

圖8 富縣地區(qū)馬家溝組不同巖性聲波時差-密度交會圖

從富縣地區(qū)密度和側向電阻率交會圖版(圖9)可以看出，白云巖總體表現(xiàn)為高密度、低電阻率的特征，而灰?guī)r表現(xiàn)為低密度、高電阻率， 兩種巖性處于

圖9 富縣地區(qū)馬家溝組不同巖性密度—深側向電阻率交會圖

不同的區(qū)域，應用判別方程可以很好地進行區(qū)分，判別方程表示如下：

FX=-13.2 + 6.0D-lg(RLLD)。

FX≥0 為灰?guī)r；FX<0 為白云巖。

式中：FX為判別系數(shù)；RLLD為深側向電阻率，Ω·m；D為密度，g/cm3；100

在大牛地地區(qū)電阻率與密度交會圖版(圖10)可以看出，灰?guī)r和白云巖的分布特征與富縣地區(qū)基本相似，白云巖表現(xiàn)為高密度、低電阻特征，灰?guī)r表現(xiàn)為低密度、高電阻的特點。判別方程因層位的差別而有所差別，大牛地地區(qū)巖性識別方程為

FX=-28.66 + 11.54D-lg(RLLD)。

FX≥0為灰?guī)r；FX<0 為白云巖。

式中：FX為判別系數(shù)；RLLD為深側向電阻率，Ω·m；D為密度，g/cm3；100

圖10 大牛地地區(qū)不同巖性密度-深側向電阻率交會圖

分析一系列交會圖認為中子測井對2種巖性的識別能力較差(圖11)，而聲波時差、密度和深側向電阻率測井對巖性的識別能力較強。在測井巖性解釋過程中，先采用上述3種判別方程進行巖性識別，再根據(jù)地區(qū)的差異選取合適的解釋結果。

圖11 大牛地地區(qū)不同巖性補償中子—密度交會圖

5 氣層特征識別

氣層特征與識別是氣藏評價的重要內(nèi)容，一般將試氣成果與試氣層電性特征相結合，通過綜合分析來確定氣層的電性下限。本研究主要利用大牛地及富縣地區(qū)試氣資料及測井數(shù)據(jù)交會圖版確定氣層的電性下限。

5.1 電阻率和聲波時差測井響應判別氣層法

從聲波時差與深側向電阻率交會圖版可以看出(圖12)，氣層表現(xiàn)為高電阻率、 高聲波時差的特點，水層則具有低電阻率、低聲波時差的特點。氣層主要分布在2個區(qū)域，氣層下限可以表示如下：

①DT≥175 μs/m時，RLLD≥70 Ω·m為氣層，RLLD<70 Ω·m為水層。

②DT<175 μs/m時，F(xiàn)X=12.35-0.06DT-lg(RLLD)，F(xiàn)X≥0 為氣層，F(xiàn)X<0 為水層。

式中：FX為判別系數(shù)；RLLD為深側向電阻率，Ω·m;DT為聲波時差，μs/m。

圖12 馬家溝組風化殼氣藏聲波時差-深側向電阻率交會圖

5.2 電阻率和密度測井響應判別氣層法

從密度和深側向電阻交會圖版(圖13)可以看出，由于氣層孔隙發(fā)育，表現(xiàn)出低密度和高電阻率的特征，而干層和水層密度較大，與聲波時差相比，密度曲線更能反映氣藏的特征。利用交會圖版確定氣層的判別標準如下：

①D<2.63 g/m3時，RLLD≥70 Ω·m為氣層，RLLD<70 Ω·m為水層。

②D≥2.63 g/m3時，F(xiàn)X=-31.27+12.5D-lg(RLLD)，F(xiàn)X≥0 為氣層，F(xiàn)X<0 為水層。

式中：FX為判別系數(shù)；RLLD為深側向電阻率，Ω·m;D為密度，g/m3。

圖13 馬家溝組風化殼氣藏密度-深側向電阻率交會圖

從氣層聲波時差和密度曲線交會圖(圖14)可以看出，盡管交會圖對氣層具有一定的識別能力，但并不能很好地區(qū)分氣水層，無法確定氣層的電性下限。因此，用密度、聲波時差與深側向電阻率交會圖版作為氣層識別的主要方法。在實際應用中，根據(jù)不同區(qū)域和儲層情況選擇不同的判別標準，如含膏白云巖較為發(fā)育的地區(qū)，氣層密度小，采用密度和深側向電阻的交會是首選；在裂縫發(fā)育的氣層中，采用聲波時差與深側向電阻的交會可更好地進行氣層識別。

圖14 馬家溝組風化殼氣藏聲波時差-密度交會圖

6 結 論

(1)盆地中東部馬家溝組主要發(fā)育含膏云坪相，含膏白云巖是主要儲層類型，膏溶鑄?？诪橹饕紫额愋?。

(2)單因素區(qū)分碳酸鹽巖難度較大，利用密度-深側向電阻率圖版可有效識別馬五段的灰?guī)r和白云巖。聲波時差-深側向電阻率交會圖版對盆地偏南的馬五6—10風化殼儲層識別效果較好，而對北部的馬五1—4地層識別精度不高，與中子測井相關的交會圖版難以實現(xiàn)有效區(qū)分。

(3)馬家溝組風化殼氣層具有顯著的高聲波時差、低密度、高電阻率特點，應用聲波時差-深側向電阻率交會圖版和密度-深側向電阻率交會圖版可以確定氣層的電性下限，并對氣層進行識別。

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責任編輯：王 輝

2014-09-13

國家自然科學基金“濟陽坳陷天然氣中氫氣的地球化學特征”(編號：41102075)

孫宜樸(1967-)，男，博士，高級工程師，主要從事含油氣盆地成藏、評價研究。E-mail:sunyp.syky@sinopec.com

1673-064X(2015)03-0041-06

TE122.2+21

A