王彥良，王建國(guó)，常 森，曹朋亮，王 力

（1．中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710000；2．中國(guó)石油大學(xué)（北京））

蘇里格氣田東區(qū)下奧陶統(tǒng)馬五5厚層白云巖儲(chǔ)層成因

王彥良1，王建國(guó)2，常 森1，曹朋亮1，王 力1

（1．中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710000；2．中國(guó)石油大學(xué)（北京））

蘇里格氣田東區(qū)下奧陶統(tǒng)馬五5白云巖儲(chǔ)層具有單井厚度大、橫向尖滅快等特征，顯著區(qū)別于鄰區(qū)靖邊氣田的馬五1–4亞段白云巖單層薄且連片分布特征。本區(qū)儲(chǔ)層巖性主要為細(xì)中晶白云巖和細(xì)粉晶白云巖，是蒸發(fā)泵白云化、回流滲透白云化和埋藏白云化等三種模式共同作用的結(jié)果?？紫额?lèi)型主要為晶間孔和晶間溶孔。通過(guò)巖石學(xué)、地球化學(xué)、成巖作用等方面研究，探究得到本區(qū)白云巖儲(chǔ)層成因：顆粒灘沉積微相是形成有利儲(chǔ)層的重要條件，埋藏白云巖化作用是先決條件，埋藏期溶解作用是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵因素。

蘇里格氣田；下奧陶統(tǒng)；白云巖儲(chǔ)層；顆粒灘

碳酸鹽巖分布占全球沉積巖總面積的20%，所蘊(yùn)藏的油氣儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的52%，碳酸鹽巖油田的平均可采儲(chǔ)量為碎屑巖油田的近兩倍；來(lái)自碳酸鹽巖油氣藏的油氣產(chǎn)量約占油氣總產(chǎn)量的60%，日產(chǎn)量穩(wěn)定在千噸以上的油井也絕大多數(shù)是在碳酸鹽巖油氣田中；白云巖儲(chǔ)層約占碳酸鹽巖儲(chǔ)層的一半左右。因此，白云巖儲(chǔ)層成因研究一直是世界油氣勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)問(wèn)題。

蘇里格氣田東區(qū)位于靖邊氣田北側(cè)，構(gòu)造位置位于伊盟隆起南側(cè)和陜北斜坡的北緣，其二疊系碎屑巖層系探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量5 652×108m3，但其平均單井日產(chǎn)量?jī)H5 000 m3/d[1]。在東區(qū)下奧陶統(tǒng)馬五5亞段發(fā)現(xiàn)的白云巖氣藏中，其單井產(chǎn)量高達(dá)50×104m3/d。馬五5亞段高產(chǎn)井區(qū)的白云巖具有單層厚度大、橫向尖滅快的特點(diǎn)，與靖邊氣田馬五1–4亞段白云巖單層薄且連片分布特征形成鮮明對(duì)比[2–3]。馮曉偉等將本區(qū)的馬五41小層和馬五5亞段白云巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，但未利用地球化學(xué)手段對(duì)白云巖成因進(jìn)行論述[4]。陳志遠(yuǎn)等認(rèn)為馬五5亞段白云巖是在海水–淡水混合白云石化作用下形成的[5]。朱廣社等認(rèn)為該區(qū)馬五5亞段白云巖成為準(zhǔn)同生白云化疊加埋藏白云化，給出了白云巖巖石學(xué)證據(jù)，但未給出地球化學(xué)證據(jù)[6]。

筆者從巖石學(xué)、儲(chǔ)層孔隙特征、白云巖成因、成巖作用等角度綜合探究蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段厚層白云巖儲(chǔ)層的成因，以期為研究區(qū)勘探部署提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

在早奧陶紀(jì)沉積時(shí)，研究區(qū)為華北海向伊盟古陸過(guò)渡地帶，馬家溝組地層共有4次海侵（馬一早期、馬二期、馬四期和馬六期）和4次海退（馬一晚期、馬三期、馬五期、馬六期末）。巖相古地理的分布主要受到海侵海退、古隆起和凹地的控制[7–8]。海退時(shí)，在古隆起區(qū)域常形成蒸發(fā)臺(tái)地沉積，在凹地則形成瀉湖沉積，其間是廣闊的潮間坪環(huán)境。海侵時(shí)，主要以開(kāi)闊臺(tái)地沉積為主。在馬五期海退半旋回中，沉積組合在縱向上又表現(xiàn)出若干次一級(jí)的海侵海退旋回。馬五5是馬五期海退半旋回中的一次較大規(guī)模海侵，研究區(qū)沉積物類(lèi)型及其相應(yīng)的巖類(lèi)也發(fā)生了明顯的變化。除了泥晶灰?guī)r外，同時(shí)還發(fā)育了砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、風(fēng)暴沉積系列的顆?；?guī)r類(lèi)，為后期的白云巖化和儲(chǔ)層形成奠定了非常好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 白云巖儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

2.1.1 泥微晶殘余砂礫屑白云石

泥晶白云巖含量85%～98%，常見(jiàn)菌球狀黃鐵礦微粒，黏土含量1%～2%（圖1a）。此類(lèi)白云巖由原始結(jié)構(gòu)泥晶灰?guī)r組成，并含絲網(wǎng)狀隱藻，與其同時(shí)沉積析出的針狀石膏也在水動(dòng)力的作用下定向排列。

陜198井馬五5段3 029.20 m井段的殘余砂礫屑結(jié)構(gòu)泥微晶白云巖陰極發(fā)光分析表明，白云石含量70%，方解石含量27%，黏土含量3%。礫屑含量30%，砂屑含量45%，粒間充填物含量25%。砂礫屑顆粒大小不均，粒徑主要為0.3～2.5 mm，最大為5.0 mm，顆粒排列雜亂，部分礫屑含有大量已灰化的石膏假晶。白云石化后，顆粒白云石與基質(zhì)白云石同等大小，白云石晶體粒徑0.01～0.03 mm。石膏假晶方解石呈他形粉晶結(jié)構(gòu)，白云石不發(fā)光或發(fā)暗灰紫色光，石膏假晶方解石發(fā)暗橘紅色，而重結(jié)晶方解石發(fā)亮橘紅色光（圖1b、c），前者屬于淺埋藏環(huán)境中組構(gòu)性溶蝕與充填形成的方解石，后者是在深埋藏環(huán)境中重結(jié)晶作用形成的方解石。

圖1 蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段厚層白云巖薄片

2.1.2 粉晶殘余砂礫屑白云巖

殘余砂礫屑結(jié)構(gòu)粉晶白云巖中白云石含量75%～98%，常殘留較多方解石組分，其含量5%～25%，泥質(zhì)含量2%～5%，多具殘余砂礫屑結(jié)構(gòu)（圖1d）。白云化后，白云石呈粉晶自形、半自形結(jié)構(gòu)，大部分晶體具平直邊。砂礫屑呈殘余狀，晶體與基質(zhì)白云石大小相同，常見(jiàn)已灰化的石膏假晶，屬于成巖期鹵水的析出產(chǎn)物，石膏晶體普遍粗大，有的形成燕尾雙晶，自形程度普遍較高。在地表巖溶期溶蝕并被方解石充填，其溶蝕交代的同時(shí)，甚至圍巖也遭到不同的淋溶，但其假晶依然保持著石膏晶體平直的邊緣（圖1e）。

2.1.3 細(xì)晶和中晶殘余砂礫屑白云巖

細(xì)晶白云巖中白云石含量最高可達(dá)96%，最低達(dá)63%，常含部分方解石，其含量0～37%（圖1f）。方解石呈粉晶他形，充填晶間孔。泥質(zhì)含量1%～3%，泥質(zhì)一般分布在晶間孔的邊緣；砂礫屑顆粒含量一般為70%～80%，粒徑0.5～1.0 mm，其形態(tài)多呈圓形、橢圓形。部分顆粒呈板粒狀，普遍磨圓度很好，多呈次圓、圓狀，形成顆粒支撐。顆粒邊緣可能形成皮殼狀初始膠結(jié)物，保證了顆粒在負(fù)荷壓力條件下不被壓實(shí)形變的形貌特征。白云石化后，白云石呈細(xì)晶自形、半自形結(jié)構(gòu)，顆粒白云石與基質(zhì)白云石晶體同等大小，但陰極發(fā)光下不難看出其顆粒形態(tài)（圖1g、h）。砂礫屑周?chē)紫吨幸虺涮罘浇馐l(fā)光鮮亮，這類(lèi)方解石因含Mn2+豐富而發(fā)橙紅色光。

中晶白云巖分布于蘇東37–58井的3 113.23～3 116.10 m，與上覆粉晶白云巖形成粒度上的正旋回。從巖心上可以看出相當(dāng)部分的礫屑粒徑為 2.0～7.0 mm（圖 1i）。顆粒磨圓度普遍較好，并具定向排列的趨勢(shì)。礫屑含量35%～85%，砂屑含量40%左右，顆粒大小混雜，形成顆粒支撐結(jié)構(gòu)。粒間充填物15%～25%，其中泥質(zhì)含量很低，多數(shù)樣品泥質(zhì)含量不足1%。白云石化程度很高，平均可達(dá)95%，在6塊樣品中，只有2塊樣品含方解石，平均僅4.5%。因而，中晶白云巖儲(chǔ)層孔隙性很好，鏡下面孔率4%～18%，平均達(dá)12%。

2.2 儲(chǔ)層物性特征

蘇里格氣田東區(qū)下古生界物性無(wú)論在橫向上還是縱向上具有明顯的非均質(zhì)性[9]，表現(xiàn)為低滲透背景下局部發(fā)育中、高滲區(qū)。巖心物性分析結(jié)果表明，蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段白云巖儲(chǔ)層的孔隙度1.37%～14.2%，平均為4.68%；滲透率0.004×10-3～11.89×10-3μm2，平均為 1.55×10-3μm2（表 1）。細(xì)中晶白云巖物性最好，平均孔隙度8.7%，平均滲透率3.887×10-3μm2，為區(qū)內(nèi)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；粉晶白云巖物性次之，平均孔隙度3.51%，平均滲透率0.020×10-3μm2；泥微晶白云巖物性低，平均孔隙度1.98%，平均滲透率0.012×10-3μm2，基本不具備形成儲(chǔ)層的能力。

表1 不同巖性及物性數(shù)據(jù)表

2.3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

2.3.1 晶間微孔

晶間微孔隙屬原始孔隙，孔隙極小，普通偏光顯微鏡下不易辯認(rèn)，在掃描電鏡下十分清晰，通過(guò)壓汞分析證實(shí)它確實(shí)存在。一般認(rèn)為泥微晶云巖的原始晶間孔形成于低能環(huán)境，十分微小，在埋藏壓實(shí)前原始孔隙度最高可達(dá)70%左右，埋藏過(guò)程中通過(guò)機(jī)械壓實(shí)作用和化學(xué)壓溶作用使孔隙度急劇降低，最終趨于消失。晶間微孔主要發(fā)育于泥微晶白云巖中，孔徑一般小于0.002 mm（圖2a）。

2.3.2 晶間孔

本區(qū)儲(chǔ)層中晶間孔可分為3類(lèi)：

（1）粉晶白云石晶間孔，發(fā)育于粉晶白云巖中，孔徑較小，一般0.002～0.050 mm（圖2b）；

（2）硬石膏結(jié)核鑄模孔內(nèi)充填粉晶白云石晶間孔，孔徑一般0.02～0.08 mm，主要發(fā)育于馬五11、馬五1

2、馬五13、馬五4

1a中；

（3）細(xì)中晶白云石晶間孔，發(fā)育于埋藏白云石化形成的細(xì)中晶白云巖中，具多邊形與四面體型，孔徑較大，可達(dá)0.05～0.02 mm（圖2c）。

2.3.3 晶間溶孔

圖2 蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段厚層白云巖電鏡照片

由晶間孔、晶間微孔溶蝕擴(kuò)大形成，或由硬石膏結(jié)核鑄模內(nèi)充填粉晶白云石晶間孔溶蝕擴(kuò)大形成，形態(tài)不規(guī)則，孔徑一般0.010～0.050 mm，最大可達(dá)2 mm（圖 3a、b）。

2.3.4 溶孔、溶洞

由石膏結(jié)核和晶體、石鹽晶體溶蝕形成，孔徑0.05～5.00 mm，形態(tài)呈圓形、橢圓形、新月型和不規(guī)則形，多數(shù)為經(jīng)半充填后的殘余溶孔，充填物類(lèi)型也是多種多樣，孔隙多為各種礦物充填后的殘余孔隙（圖3c、d）。2.3.5 裂縫

裂縫可分為2類(lèi)。①溶解縫：為各種成因的裂縫經(jīng)溶蝕擴(kuò)大形成，形態(tài)呈蛇曲狀或不規(guī)則狀，縫壁呈蠶食狀，縫寬不均一。區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層的溶縫主要是由風(fēng)化殼大氣淡水溶解作用形成的。②構(gòu)造縫：形成的構(gòu)造裂縫大多數(shù)已被方解石、白云石或石英全充填（圖 3e、f）。

圖3 蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段厚層白云巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型

3 儲(chǔ)層主控因素分析

3.1 沉積微相對(duì)儲(chǔ)層影響

沉積相在整個(gè)儲(chǔ)層的形成過(guò)程中有著重要的作用，控制著白云巖的分布[10]。馬五5沉積期為海退期中的短暫海進(jìn)期，水體相對(duì)開(kāi)闊，海水鹽度普遍偏低，局部地區(qū)存在水下隆起[11]。研究區(qū)共266口井鉆遇馬五5地層，主要發(fā)育沉積微相類(lèi)型有潮上帶云坪、顆粒灘、灰坪、灰泥丘四種。通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同微相的物性和儲(chǔ)層發(fā)育概率可以看出，顆粒灘物性比其他微相物性好（表2）。

表2 馬五5地層各沉積微相物性和儲(chǔ)層發(fā)育概率數(shù)據(jù)

3.2 白云巖化作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性影響

本區(qū)馬五5亞段白云巖化過(guò)程是蒸發(fā)泵、回流滲透和埋藏白云化多種作用疊加的結(jié)果[11–14]。蒸發(fā)泵作用：海水強(qiáng)蒸發(fā)后導(dǎo)致 Mg2+極其富集、快速結(jié)晶而形成泥微晶白云巖，表現(xiàn)為晶粒?。▓D4a）、有序度低、Sr含量較高、Fe和Mn含量低、碳氧同位素向零靠近的特點(diǎn)。埋藏白云化作用：Mg2+僅來(lái)源于地層水或上覆黏土礦物蝕變，Mg2+量較少，慢速結(jié)晶形成細(xì)中晶白云巖，表現(xiàn)為晶粒大（圖4c）、有序度高、Sr含量很低、Fe和Mn含量高、碳氧同位素均向負(fù)值方向偏移的特點(diǎn)。回流滲透作用：Mg2+來(lái)源于高濃度鹽水的向下運(yùn)動(dòng)，濃度要低于蒸發(fā)泵作用，但要高于埋藏白云化作用，因此其白云石的特點(diǎn)介于前兩者之間（圖4b）。

從馬五5不同成因白云巖與物性關(guān)系表來(lái)看，埋藏白云化的物性最好，平均孔隙度8.71%，平均滲透率 3.88×10-3μm2；其次為回流滲透白云化，平均孔隙度3.32%，平均滲透率0.017×10-3μm2；蒸發(fā)泵白云化的物性最差，平均孔隙度2.05%，平均滲透率 0.000 9×10-3μm2（表 3）。

圖4 蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段厚層白云巖薄片

表3 不同白云化類(lèi)型及物性數(shù)據(jù)

3.3 溶解作用對(duì)儲(chǔ)層控制作用

碳酸鹽巖在地表和埋藏過(guò)程中溶蝕形成的次生孔隙和洞穴是重要的油氣儲(chǔ)集空間[15–16]。20世紀(jì)70年代以來(lái)，碳酸鹽巖在近地表?xiàng)l件下溶蝕機(jī)制和控制因素的研究一直備受重視[17]。近年來(lái)，隨著碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究的深入[18]，有關(guān)埋藏環(huán)境下碳酸鹽巖溶蝕的研究已經(jīng)有很多報(bào)道。筆者從沉積期、表生期和埋藏期三個(gè)時(shí)期來(lái)論述不同期次的溶蝕作用。

3.3.1 沉積期溶蝕作用

當(dāng)沉積物還處于沉積狀態(tài)的時(shí)候，潮上帶甚至潮間帶的未固結(jié)和弱固結(jié)狀態(tài)暴露于大氣淡水之下，接受了淋溶作用的改造，其中與碳酸鹽伴生的膏鹽類(lèi)礦物便發(fā)生了溶解（圖5a），沉積巖溶僅僅限于組構(gòu)性溶蝕。83個(gè)薄片中，有沉積巖溶現(xiàn)象的有33塊樣品，其見(jiàn)孔率可達(dá)39.8%，但是溶蝕程度很小，平均僅為0.88%，即溶孔面孔率平均不足1%，而充填程度卻高達(dá)99.8%，形成的有效儲(chǔ)集空間非常有限。3.3.2 表生期巖溶作用

地表巖溶期，區(qū)域性的地殼抬升，部分泥晶灰?guī)r破裂成縫，大氣淡水沿著裂縫溶蝕，使巖石溶蝕形成巖溶角礫或發(fā)生非組構(gòu)性溶蝕孔洞（圖5b）。由于馬五5地層以致密的泥晶灰?guī)r為主，成巖介質(zhì)排替不暢，長(zhǎng)期處于CaCO3飽和狀態(tài)，因此所溶蝕的孔、洞、縫絕大部分被方解石嵌晶充填而致密化。統(tǒng)計(jì)83個(gè)薄片中具有地表巖溶標(biāo)志的占到 48塊樣品，見(jiàn)孔率可達(dá)57.8%，溶蝕程度平均達(dá)3.04%，然而充填程度高達(dá)99.96%，有效孔隙非常有限，且本區(qū)馬五5灰?guī)r中很少見(jiàn)及與其伴生石鹽、石膏等蒸發(fā)礦物，因而不能形成諸如中部大氣田以膏鹽、巖鹽等溶解而形成的儲(chǔ)集空間。3.3.3 埋藏期溶解作用

圖5c為埋藏期溶解作用實(shí)例，圖中可見(jiàn)，在粗大的白云石晶體中發(fā)育的晶間溶孔，孔徑大小可以達(dá)到1.5～3 mm。從現(xiàn)有的取心資料來(lái)看，該類(lèi)孔隙發(fā)育頻率較低，這可能與取心資料并未取自研究區(qū)內(nèi)馬五5最好的儲(chǔ)層有關(guān)。從馬五5沉積和成巖的背景來(lái)看，該類(lèi)孔隙應(yīng)該是蘇東馬五5儲(chǔ)層的主要孔隙類(lèi)型。

4 結(jié)論

（1）蘇里格東區(qū)馬五5亞段從泥微晶白云巖到細(xì)中晶白云巖，均可見(jiàn)殘余砂礫屑結(jié)構(gòu)，白云化首先發(fā)生在原生物性較好的顆粒灘沉積物中，白云巖是蒸發(fā)泵白云化、回流滲透白云化和埋藏白云化等三種模式共同作用的結(jié)果。蒸發(fā)泵白云化主要形成泥微晶白云巖，表現(xiàn)為晶粒??；埋藏白云化主要形成細(xì)中晶白云巖，表現(xiàn)為晶粒大；回流滲透白云化形成的白云巖特點(diǎn)介于蒸發(fā)泵白云巖和埋藏白云巖之間。

（2）本區(qū)儲(chǔ)層的孔隙主要賦存于細(xì)粉晶白云巖和細(xì)中晶白云巖中，孔隙類(lèi)型比較簡(jiǎn)單，以晶間孔、晶間溶孔為主，可見(jiàn)部分非組構(gòu)性溶孔和少量的膏模孔，偶見(jiàn)殘余粒間孔。經(jīng)過(guò)成巖演化，巖石中的原生孔隙基本喪失殆盡，而發(fā)育在白云巖中的晶間孔、晶間溶孔等次生孔隙形成了本區(qū)的儲(chǔ)集層。

（3）蘇里格東區(qū)下奧陶統(tǒng)馬五5亞段儲(chǔ)層發(fā)育特征分析結(jié)果表明，顆粒灘沉積微相是儲(chǔ)層形成的重要條件，回流滲透和埋藏白云巖化作用是先決條件，埋藏期溶解作用是關(guān)鍵因素。

圖5 蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段溶解作用

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TE112.22

A

1673–8217（2017）06–0020–06

2017–06–06

王彥良，工程師，1982年生，2005年7月畢業(yè)于東北石油大學(xué)資源勘查專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事致密氣藏產(chǎn)能建設(shè)相關(guān)工作。

中國(guó)石油大學(xué)（北京）科研基金（2462015Y Q0222）資助。

蒲洪果