李依林

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059）

鄂爾多斯盆地古生界天然氣資源豐富，下古生界資源量達2.36×1012m3，但探明儲量僅6.50×1011m3，探明率較低[1-3]。下古生界奧陶系馬家溝組馬五段鹽下層具有良好的勘探前景，上覆煤系烴源巖具有較大生烴強度，在燕山期構(gòu)造反轉(zhuǎn)中大牛地地區(qū)為油氣運移指向區(qū)[4-5]。近期馬五段鹽下層獲得突破，大牛地氣田D1-519井于馬五6-10亞段獲日產(chǎn)無阻流量2.30×104m3。但目前由于鉆井較少，對于馬五段鹽下層儲層發(fā)育程度和儲集空間的成因尚不明確，影響了下一步勘探部署。

鄂爾多斯盆地馬家溝組目前已發(fā)現(xiàn)的氣藏儲層主要以巖溶風(fēng)化殼為主，其次為靖西地區(qū)馬五5亞段白云巖巖性氣藏[6]。這類白云巖巖性氣藏主要儲集空間為晶間孔、晶間溶孔、粒間孔、殘余粒間孔、裂縫、膏?？住⑽⒘芽p、溶縫及溶洞等[6-8]。鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了加里東期及海西期兩期構(gòu)造運動，盆地基底經(jīng)歷了抬升-剝蝕-穩(wěn)定沉降，形成了復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)，部分地區(qū)白云巖儲層中裂縫發(fā)育[9-11]。由于構(gòu)造運動及多期巖溶作用的影響，馬家溝組地區(qū)形成了孔、洞、縫共存的儲集空間；但受到多次充填及壓實作用的影響，部分儲集空間被破壞。總體上，馬家溝組儲層發(fā)育的影響因素較多，形成原因較為復(fù)雜[11-13]。

本文擬利用大牛地氣田巖心分析、錄井資料和測井資料對馬五段鹽下主要潛力層馬五7亞段的儲層巖石類型和儲集空間發(fā)育特征進行研究。通過成巖作用序列的建立來明確有效孔隙與裂縫的成因，并建立孔隙演化模式，為深化勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為軸部位于天池-環(huán)縣南北的狹窄地帶，西翼窄而陡，東翼寬且緩的不對稱向斜，西傾大單斜為其主體[14]。大牛地氣田處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段（圖1），總體為北東高、南西低的平緩單斜，區(qū)內(nèi)構(gòu)造和斷裂不發(fā)育，局部發(fā)育鼻狀隆起，未形成較大的構(gòu)造圈閉[15]。盆地的構(gòu)造演化主要可分為中新元古代坳拉谷盆地發(fā)育階段、古生代穩(wěn)定克拉通盆地發(fā)育階段、中生代內(nèi)陸坳陷盆地疊加發(fā)育階段及新生代周邊斷陷盆地發(fā)育階段四個階段[16-18]。在整個古生代，鄂爾多斯盆地以整體升降為主，構(gòu)造運動較為簡單，處于大型克拉通盆地穩(wěn)定發(fā)育期，到了中奧陶世后期構(gòu)造活動才開始趨于頻繁。奧陶紀時，盆地主要發(fā)生的構(gòu)造運動為中奧陶世末期和晚奧陶世末期受加里東運動影響的兩次構(gòu)造抬升[19-22]。中泥盆世末發(fā)生的海西運動繼承了加里東運動的抬升與風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致志留系、泥盆系及部分奧陶系地層缺失，直至晚石炭世才沉積了一套海陸過渡相地層。在加里東期至海西期之間的構(gòu)造抬升致使盆地內(nèi)馬家溝組經(jīng)歷了較強的巖溶作用[23-25]。

圖1 大牛地氣田構(gòu)造位置與研究區(qū)內(nèi)主要井位展布

根據(jù)前人研究，鄂爾多斯盆地奧陶系沉積環(huán)境為陸緣海，以碳酸鹽巖沉積為主，主要為淺水碳酸鹽巖臺地相[26-27]。馬家溝組沉積時期是鄂爾多斯盆地奧陶紀海相沉積層形成的主體時期，海侵-海退旋回明顯發(fā)育，形成碳酸鹽巖與蒸發(fā)膏鹽巖交替發(fā)育的局限海臺地相沉積序列[28]。馬家溝組自下而上根據(jù)巖性可劃分為六個段，馬一段、馬三段和馬五段沉積時期為海退期，馬二段、馬四段和馬六段沉積時期為海進期[26-30]。大牛地地區(qū)馬五段沉積相以局限臺地白云巖為主，受海平面周期性下降以及古干旱氣候的影響導(dǎo)致部分地區(qū)發(fā)育海水濃縮成因的膏鹽沉積[2，28]。根據(jù)測井響應(yīng)及巖性特征將馬五段劃分為馬五1-馬五10十個亞段（圖2），其中馬五7亞段處于短暫海侵期，主要發(fā)育膏質(zhì)白云巖和及少量灰?guī)r[2，6，12，21，26]。

圖2 大牛地氣田馬家溝組地層剖面

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)奧陶系馬五7亞段主要以白云巖為主，局部發(fā)育膏巖，含少量灰質(zhì)云巖及灰?guī)r，屬于典型的蒸發(fā)環(huán)境。巖心表面可見泥云-膏云互層現(xiàn)象，并可見部分早期的膏?？妆话自剖胺浇馐涮罨虬氤涮睢０自茙r中未見生物擾動現(xiàn)象。根據(jù)X射線衍射分析（表1），研究區(qū)內(nèi)馬五7亞段白云石含量較高，白云石平均含量為94.5%，方解石及石膏含量較少；同時，還存在極少量來自于陸源的石英和長石。

表1 大牛地氣田馬五7亞段巖石礦物組成 %

白云巖以晶粒結(jié)構(gòu)為主，自形程度較好，晶粒粒度普遍小于0.10 mm。主要發(fā)育泥晶白云巖、粉晶白云巖，混有少量的粉-細晶及細晶白云巖。根據(jù)鏡下觀察，樣品中粒徑達到粉晶以上的白云巖僅占15%。除晶粒白云巖外，馬五7亞段偶見含鮞粒白云巖。膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)，另含少量泥質(zhì)。

3 儲集空間類型及特征

基于D81井和D124井兩口取心井分析測試結(jié)果，大牛地氣田馬五7亞段發(fā)育低孔低滲-特低滲儲層，孔隙度為0.64%～7.38%，平均值為3.53%，滲透率為0.182×l0-3～6.106×l0-3μm2，平均值為1.730×l0-3μm2（表2）。總體來講孔滲較低，但在橫向上孔滲差異較大，位于研究區(qū)西南部的D124井馬五7亞段儲層孔滲明顯高于東部的D81井。

表2 大牛地氣田馬五7亞段巖石孔隙度和滲透率

馬五7亞段儲集空間主要包括裂縫（溶縫）、晶間孔、晶間溶孔、膏膜孔及殘余粒間孔五種類型。其中主要為晶間孔、晶間溶孔及裂縫，膏?？准皻堄嗔ｉg孔發(fā)育較少（圖2）。局部地區(qū)出現(xiàn)溶洞，但數(shù)量較少，鏡下未見明顯溶洞發(fā)育，僅在巖心上可見。橫向上研究區(qū)西部D124井及D48井溶蝕較強，東部D81井及D126井未見明顯溶蝕。

圖2 大牛地氣田馬五7亞段儲集空間類型

裂縫主要發(fā)育在泥晶白云巖及粉晶白云巖中。薄片下可見較多構(gòu)造裂縫發(fā)育，縫寬通常小于0.02 mm，少量裂縫受溶蝕作用改造。裂縫型儲集空間約占總孔隙度的25%，局部被瀝青及方解石充填或半充填，方解石膠結(jié)物主要發(fā)育于研究區(qū)東部。部分地區(qū)裂縫受到一定的溶蝕改造。

晶間孔是研究區(qū)內(nèi)主要孔隙，大多發(fā)育于自形程度較高、晶粒較大的粉晶白云巖或粉-細晶白云巖中。其平均孔隙度為2.10%，約占總孔隙度的一半，孔徑為0.02～0.10 mm，通常差異較大，受溶蝕作用改造形成晶間溶孔并與原生孔隙組成良好的儲集空間。但由于局部地區(qū)溶蝕作用較弱，對儲層改造不明顯，導(dǎo)致晶間溶孔與晶間孔的區(qū)分實際上沒有一個嚴格的標準，所以本文僅將出現(xiàn)大面積溶蝕現(xiàn)象的孔隙劃分為晶間溶孔。在D124井中晶間溶孔發(fā)育，對儲集空間有較大貢獻，但在D81井的5塊樣品中及D48井樣品中均未見到任何大面積溶蝕現(xiàn)象，推測是部分地區(qū)未受溶蝕作用或溶蝕強度較小。由于統(tǒng)計了未受巖溶作用的樣品，晶間溶孔平均面孔率較低，僅為0.80%。

溶蝕作用不僅形成溶縫及晶間溶孔，還會形成膏膜孔。膏模孔通常是由于大氣水的淋濾作用導(dǎo)致石膏被溶解而形成，一般孔徑較大但連通性較差，很難單獨形成良好儲層。根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)膏?？撞糠直怀涮钇茐模吔缧螤畲蠖嗖灰?guī)則。在馬五7亞段薄片中發(fā)現(xiàn)的膏?？纵^少，平均面孔率小于0.10%，但在取樣巖心上可發(fā)現(xiàn)大量膏?？住?/p>

此外，研究區(qū)內(nèi)還發(fā)現(xiàn)少量殘余粒間孔，殘余的顆粒結(jié)構(gòu)不是十分明顯。殘余粒間孔通常是由粒間孔經(jīng)壓實及膠結(jié)作用改造形成，在馬五7亞段不發(fā)育，孔徑通常小于0.10 mm，但孔隙間連通性較好，可與晶間孔或晶間溶孔組成有效儲集空間。

4 儲集空間成因

4.1 白云石化作用

研究區(qū)大部分白云巖呈晶粒結(jié)構(gòu)，粒度較小，多為泥晶或粉晶白云巖，屬于滲透回流成因，其晶間孔發(fā)育程度相對較差。也存在部分晶粒較大的粉-細晶白云巖及細晶白云巖，這類白云巖中白云石有序度較高，大多在0.90以上，平均值為0.93，主要為淺埋藏成因。根據(jù)鏡下觀察結(jié)果（圖3），可以看到白云巖晶間孔發(fā)育明顯優(yōu)于其他巖性，而晶間孔面孔率較高的樣品普遍來自埋藏成因的粉-細晶白云巖，因此判斷淺埋藏白云石化對于晶間孔的大量發(fā)育更加有利。

圖3 大牛地氣田馬五7亞段樣品巖性及晶間孔面孔率

4.2 溶蝕作用

晶間溶孔、膏?？准叭芸p的形成都與巖溶作用有關(guān)。通常根據(jù)成巖期將巖溶作用劃分為準同生巖溶，埋藏巖溶及表生巖溶（風(fēng)化殼巖溶）三種，其中未見異形礦物等明顯埋藏巖溶標志。根據(jù)碳氧同位素特征，奧陶紀海水的穩(wěn)定同位素值δ13C為-2.0%～+0.5%，δ18O為-6.6%～-4.0%[31]。本次共選取馬五7亞段8塊樣品進行同位素測試，δ13C為-1.21%～0.19%，平均值為-0.38%；δ18O為-7.4%～-6.51%，平均值為-6.94%（表3）；其中碳同位素處于正常值，氧同位素偏負。分析認為馬五7亞段存在淡水溶蝕作用，由于巖溶作用不夠強烈或地層沒有處于暴露地表的頂部，但蒸發(fā)環(huán)境導(dǎo)致大量CO2氣體蒸發(fā)使得碳同位素偏高，氧同位素偏負程度較低。Sr同位素比值一般會隨表生巖溶作用中放射性鍶的加入而升高。研究區(qū)中下奧陶統(tǒng)沉積時海水的87Sr/86Sr比值為0.708 7～0.708 9[38]。測試結(jié)果顯示，Sr同位素比值為0.708 8～0.710 5，平均值為0.709 5，高于中下奧陶統(tǒng)沉積時海水的Sr同位素比值，表明受到陸源放射性鍶的影響。表生巖溶作用與同生巖溶作用都會受淡水作用影響，但表生巖溶由于構(gòu)造抬升和海平面下降通常會經(jīng)歷長期的大面積暴露溶蝕，更有可能會出現(xiàn)陸源物質(zhì)，且這種巖溶作用不具有組構(gòu)選擇性。研究發(fā)現(xiàn)部分白云巖中有泥質(zhì)充填，且多集中于風(fēng)化縫中。區(qū)內(nèi)受表生溶蝕作用影響形成大量晶間溶孔、膏溶孔，局部可見裂縫的擴溶現(xiàn)象。因此，綜合分析認為發(fā)生的主要溶蝕作用為表生期的淡水溶蝕作用[32-33]。

表3 大牛地氣田D124井馬五7亞段白云巖碳氧鍶同位素

由于馬五7亞段上覆地層厚，且在馬五5亞段灰?guī)r隔水層之下，認為巖溶水是通過西部高地出露后的先期巖溶面或裂縫系統(tǒng)順層向海拔較低處流動并改造已有儲集空間。研究區(qū)西部的D124井儲集空間未受大規(guī)模膠結(jié)作用及壓實作用的破壞，母巖與巖溶水能夠充分接觸，使儲層受到大規(guī)模溶蝕改造；但東部的D81井距離較遠，充填物較多，儲集空間發(fā)育較差，進而導(dǎo)致溶蝕作用不明顯，從而使得D124井物性優(yōu)于D81井。

4.3 膠結(jié)作用及壓實作用

研究區(qū)內(nèi)膠結(jié)作用及壓溶壓實作用對于儲層主要起破壞作用。殘余粒間孔就是原生粒間孔經(jīng)歷壓溶壓實作用及膠結(jié)作用的破壞而殘留的儲集空間。除殘余粒間孔外其他儲集空間在埋藏期也會受壓實，壓溶壓實常形成縫合線并被瀝青和泥質(zhì)充填或半充填。研究區(qū)東部發(fā)育的裂縫常被膠結(jié)物充填破壞，膠結(jié)物主要以鈣質(zhì)和泥質(zhì)為主（圖4）。

圖4 大牛地氣田D81井馬五7亞段白云巖裂縫中方解石膠結(jié)物及裂縫充填物鏡下特征

4.4 破裂作用

研究區(qū)馬家溝組巖心可見大量風(fēng)化縫，呈網(wǎng)狀分布，鏡下則主要為構(gòu)造縫。通過對裂縫充填物測試分析發(fā)現(xiàn)，裂縫主要形成于海西期、印支期、燕山-喜山期，對應(yīng)三次較大的構(gòu)造運動。其中燕山-喜山期是裂縫最主要的形成時期，受以剪應(yīng)力為主的應(yīng)力作用產(chǎn)生大量構(gòu)造縫，且形成的裂縫多為半充填-未充填狀態(tài)，有效性較高。破裂作用不僅能形成裂縫，并能夠改善儲集空間連通性，形成裂縫-溶孔型儲層。

5 孔隙演化

本文以儲集空間發(fā)育較好的D124井晶粒白云巖儲層為例，根據(jù)白云巖的成巖作用序列建立孔隙演化模式（圖5）。晶粒白云巖在準同生期主要經(jīng)歷白云石化作用，準同生白云石化形成泥-粉晶白云巖，發(fā)育晶間孔。淺埋藏期孔隙主要受壓實作用影響，孔隙度降低，同時也發(fā)生了淺埋藏白云石化作用，致使晶間孔進一步發(fā)育。在加里東期和海西期抬升后，馬五7亞段被抬升至地表受淡水溶蝕，巖溶水從西部斜坡順層流動，大氣淡水的淋溶導(dǎo)致大量晶間溶孔和膏模孔的形成；同時溶蝕還能增強晶間孔和膏模孔的連通性。表生期形成了研究區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的儲集空間，晶間孔、少量裂縫及溶縫與溶蝕孔-洞疊加形成良好的儲層。進入埋藏期后，主要受壓溶壓實和膠結(jié)作用等破壞性作用影響。但膠結(jié)程度較低，對儲層破壞較小。除此之外，在深埋藏期由于晚期構(gòu)造運動產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，這些裂縫進一步改善了儲層的連通性，形成了一部分裂縫-溶孔-溶洞型儲層。

圖5 大牛地氣田馬五7亞段成巖序列與孔隙演化

6 結(jié)論

（1）大牛地氣田馬五7亞段巖性以白云巖為主，局部有少量灰質(zhì)及膏質(zhì)，儲層類型為低孔低滲-特低滲，晶間孔、晶間溶孔和裂縫是該段主要的儲集空間。

（2）大牛地氣田孔隙的形成主要受白云石化、表生巖溶、破裂作用影響。研究區(qū)內(nèi)表生期巖溶主要為順層溶蝕，成巖作用對儲層的改造在研究區(qū)西部以建設(shè)性為主，東部以破壞性為主。