張 威，丁曉琪，李春堂，祁壯壯

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢 430000；2.中國(guó)石化 華北油氣分公司，河南 鄭州 450000；3.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610000]

據(jù)估算全球20%～30%可采儲(chǔ)量與不整合面有關(guān)，國(guó)內(nèi)外的許多大油氣藏均來(lái)自喀斯特儲(chǔ)層[1]，如中國(guó)的塔河油田、靖邊氣田、龍王廟氣田和任丘油田；哈薩克斯坦的Kashagan油氣田，美國(guó)德克薩斯西部的Ellenburger油氣田以及阿拉巴馬州Knox油氣田等[2-4]。巖溶作用是喀斯特儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，以塔里木盆地奧陶系多層洞穴為例，將洞穴層歸位到早石炭世古地貌剖面中，根據(jù)洞穴層沿穩(wěn)定古潛水面發(fā)育的特征，在塔北、塔中、和田古隆起的中-下奧陶統(tǒng)中識(shí)別出3個(gè)期次的巖溶洞穴。巖溶洞穴的發(fā)育受古構(gòu)造(斷裂及其伴生裂縫)、巖溶地貌及古水系的控制，洞穴型儲(chǔ)層是多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的多期巖溶作用疊加改造的結(jié)果[5-6]。Craig 選用上覆地層的標(biāo)志層，編制標(biāo)志層與不整合面之間的厚度圖研究古地貌及古潛水面，進(jìn)而分析洞穴分布規(guī)律[7]。斷裂在喀斯特化過(guò)程中起著重要的作用，它是大氣淡水滲入的通道；同時(shí)也可以是溶蝕產(chǎn)物排出的通道。一方面增加喀斯特化的深度；另一方面淡水對(duì)斷裂及其伴生裂縫的溶蝕可以形成斷溶體，喀斯特化深度可達(dá)到1 200 m[8-9]?；?guī)r和白云巖由于原始儲(chǔ)集空間、溶解度的差別及力學(xué)性質(zhì)的不同，喀斯特化過(guò)程也有明顯差別[10-11]。

鄂爾多斯盆地奧陶系喀斯特儲(chǔ)層主要發(fā)育在中央古隆起東部的巖溶斜坡上，巖性為馬家溝組五段的含膏白云巖[12-14]。含膏白云巖經(jīng)歷淡水淋濾、溶蝕后，形成以晶間孔、裂縫和小溶洞(膏?？?為主的儲(chǔ)集空間，尚未見到大型的洞穴系統(tǒng)[15]。目前報(bào)道的洞穴僅集中在盆地西緣的克里摩里灰?guī)r中[16-17]。然而，盆地北部在加里東期抬升幅度遠(yuǎn)大于盆地內(nèi)部，不整合面下馬四段灰?guī)r出露。馬四段泥晶灰?guī)r中不發(fā)育晶間孔、粒間孔，取而代之的是大的洞穴、裂縫。由于前期的研究主要集中在馬五段白云巖喀斯特儲(chǔ)層上，對(duì)灰?guī)r喀斯特儲(chǔ)層的研究甚少。近年來(lái)盆地北部進(jìn)行上古生界致密砂巖氣勘探過(guò)程中，部分井鉆入不整合面下的奧陶系，在馬四段灰?guī)r鉆遇洞穴，見天然氣顯示，并獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示出良好的天然氣勘探潛力。然而，對(duì)于馬四段灰?guī)r中的洞穴是受斷裂控制的“斷溶”還是受潛水面控制的巖溶尚存爭(zhēng)議，平面上鉆遇的多層洞穴之間存在什么關(guān)系尚不清楚，如何利用地震資料進(jìn)行洞穴的預(yù)測(cè)？由于對(duì)洞穴形成機(jī)理和分布規(guī)律的不清楚，導(dǎo)致后期鉆井并未鉆遇規(guī)模型洞穴，制約了下一步天然氣的勘探。

本次研究根據(jù)儲(chǔ)集空間進(jìn)行儲(chǔ)層的分類，明確洞穴的剖面結(jié)構(gòu)和電性特征；選擇合適的基準(zhǔn)面，進(jìn)行上覆地層的壓實(shí)校正，研究風(fēng)化殼古地貌，分析洞穴在縱向上的成層性，闡釋巖溶洞穴的形成機(jī)理；最后井-震結(jié)合，研究不同類型洞穴的地震響應(yīng)，進(jìn)行洞穴在平面上的分布研究。

該研究成果的重要意義在于：明確灰?guī)r喀斯特儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間；闡釋多層洞穴的形成機(jī)理；明晰馬四段洞穴的地震響應(yīng)及分布規(guī)律。

1 地質(zhì)背景

奧陶紀(jì)鄂爾多斯地區(qū)屬于華北地臺(tái)的一部分，以中央古陸為界，西側(cè)為祁連陸緣海,東側(cè)為華北陸表海[18]。盆地北部接收低能的陸表海沉積，地層沉積穩(wěn)定，下奧陶統(tǒng)馬家溝組呈角度不整合覆蓋于寒武系、長(zhǎng)城系及太古界之上，缺失下奧陶統(tǒng)冶里組、亮甲山組、馬一段和馬二段(圖1a)。馬家溝組自下而上劃分為6段，馬一段、馬三段和馬五段形成于海退階段，以白云巖為主，夾厚度不等的石膏和石鹽，粘土含量偏高；馬二段、馬四段和馬六段為海侵階段的產(chǎn)物，以泥晶灰?guī)r為主，含數(shù)量不等的白云巖，粘土含量低。

加里東期盆地北部抬升幅度大，地層剝蝕量大，所以不整合面之下開殼層位自南向北依次變老。盆地北部杭錦旗-伊金霍洛旗地區(qū)在加里東期不整合面下大面積出露馬四段(圖1a)，殘留地層厚度0～80 m，自南向北，地層厚度減薄?，F(xiàn)今馬四段為一西傾單斜，傾角為0.5°，局部發(fā)育鼻狀構(gòu)造。馬四段為一套灰黑色泥晶灰?guī)r(圖1b)，形成于潮下開闊海，基質(zhì)孔不發(fā)育，基質(zhì)孔隙度普遍小于1%，但多口井鉆遇洞穴。

研究區(qū)內(nèi)目前鉆遇馬四的井有40余口，馬四段取心井有4口，其中兩口井在洞穴中取心(錦77井和錦151井)。

2 儲(chǔ)集空間分類

2.1 基質(zhì)孔

馬四段形成于海侵期，為一套低能的泥晶灰?guī)r，向中央古隆起周緣逐漸發(fā)生白云石化[19]。盆地北部杭錦旗地區(qū)的馬四段普遍沒有發(fā)生云化，薄片下幾乎不見基質(zhì)孔。

2.2 孔洞、洞穴分布特征

由于喀斯特化，馬四段泥晶灰?guī)r中不同程度地發(fā)育溶蝕縫、孔、洞，為了研究的方便，參考Lucia對(duì)孔隙的劃分標(biāo)準(zhǔn)[20]，對(duì)縫、孔、洞作以下定義。長(zhǎng)/寬比值大于10定義為縫；長(zhǎng)/寬比值小于10，空隙小于2 mm為孔隙，空隙大小0.2～25 cm為孔洞，大于25 cm則為洞穴。

2.2.1 風(fēng)化殼表層孔洞特征

馬四段頂部接近不整合處發(fā)育厚度0～6 m的喀斯特角礫巖，角礫巖中溶蝕孔洞、裂縫發(fā)育，但多被陸源碎屑和風(fēng)化殘積物充填，儲(chǔ)集能力有限。這種特征與塔里木盆地塔河油田奧陶系的地表巖溶帶非常相似，一般發(fā)育在滲流帶的上部[21]。

2.2.2 風(fēng)化殼內(nèi)部洞穴特征

馬四段內(nèi)部見多層洞穴分布，洞穴高度最小僅數(shù)十厘米，最高可達(dá)20 m。洞穴中-下部均不同程度被垮塌角礫或陸源的泥砂沉積物充填，但洞穴的上部往往發(fā)育孔洞和裂縫，是馬四段儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。洞穴一般形成于水平潛流帶上部，并進(jìn)一步發(fā)展為地下暗河。

3 洞穴剖面結(jié)構(gòu)

3.1 洞穴相

對(duì)于喀斯特洞穴，借鑒Loucks對(duì)洞穴相的劃分方案[22]，根據(jù)所處的位置及角礫類型將其劃分為洞頂相、洞壁相、洞穴未充填相、洞穴垮塌相和暗河沉積物充填相。

洞壁相與洞頂相的形成機(jī)理相似，只是一個(gè)發(fā)育在洞穴的頂部，另一個(gè)發(fā)育在洞穴的側(cè)面。洞壁相主要由裂紋角礫巖構(gòu)成，自洞穴向外，裂縫的發(fā)育程度逐漸變?nèi)?。盡管洞穴的寬度可能不大，但洞壁相的延伸范圍可數(shù)倍于洞穴[3]。部分鉆井鉆遇洞壁相后，經(jīng)壓裂后與洞穴溝通，可以具有很高的產(chǎn)量(如錦58P38井)。

圖2 鄂爾多斯盆地奧陶系馬四段洞穴相巖心照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of cavity facies in the Ordovician Ma 4 Member cores,Ordos Basina.洞頂相，溶縫及溶洞中充填白云石，錦151井3 731.6 m；b.暗河沉積物，可見大小不等的碎屑角礫，角礫均為灰?guī)r,重力流沉積，錦151井3 730.5 m；c.下部為暗河沉積的石英砂巖，上部為灰?guī)r宿主巖，錦151井3 728.8 m。cal：方解石；d.a的顯微照片，可見溶縫-裂縫中 充填方解石；e.c下部砂巖的顯微照片，石英碎屑具有較好的磨圓度，碎屑之間為粘土sed.暗河沉積物；sand.石英砂巖；lime.灰?guī)r；qtz.石英顆粒

洞穴未充填相位于洞頂之下，沒有被垮塌角礫和地下暗河沉積物充填的部分，是油氣的主要儲(chǔ)集空間[25]。未充填相在洞穴中分布極不均勻，體積有時(shí)大，有時(shí)小，局部可能不發(fā)育，這在現(xiàn)代溶洞中得到很好的顯示[8]。對(duì)于洞穴未充填相，往往造成取心收獲率低。

洞穴垮塌相位于洞穴底部，大小不等的灰?guī)r角礫相互支撐，大的垮塌角礫可達(dá)數(shù)米(圖3)；角礫之間可以是細(xì)小的灰?guī)r碎屑，也可以是泥質(zhì)。角礫來(lái)自洞頂和洞壁，成分相對(duì)單一，無(wú)分選和磨圓?？逅嗫梢猿錆M大半個(gè)洞穴甚至整個(gè)洞穴。洞穴垮塌相由于粘土和細(xì)碎屑充填嚴(yán)重，不發(fā)育儲(chǔ)層。然而，國(guó)外許多大油田的儲(chǔ)層主要位于洞穴垮塌相中[22,24]。

暗河沉積物充填相主要是洞穴砂礫巖，具有流水成因的構(gòu)造，如平行層理、交錯(cuò)層理、水平層理、粒序?qū)永淼?，偶爾也可見重力流沉積[26]。洞穴砂礫巖為地下暗河的沉積物，可以明顯分為兩種：一種是碎屑顆粒來(lái)自馬四段的垮塌物，分選磨圓差，成層性不好(圖2b)；另一種是碎屑顆粒來(lái)自洞穴外，以石英碎屑為主，磨圓較好，與上古生界的沉積物可對(duì)比，推測(cè)為二疊紀(jì)海侵的產(chǎn)物(圖2c—e)。洞穴沉積物充填相可以出現(xiàn)在洞穴的底部，也可與洞穴垮塌相交替出現(xiàn)(圖3)，厚度變化大，平面分布不穩(wěn)定。該相帶由于分選差，粘土含量高，膠結(jié)強(qiáng)，儲(chǔ)層不發(fā)育。

3.2 洞穴剖面結(jié)構(gòu)

從錦77井的取心資料來(lái)看，該井點(diǎn)位置上洞穴高約18.7 m，洞穴中部和下部由洞穴垮塌相和洞穴沉積物充填相交替組成，角礫最大直徑超過(guò)2.25 m，整個(gè)洞穴只有頂部1.7m是未充填的。洞頂相中裂縫發(fā)育，大氣淡水沿著裂縫進(jìn)行溶蝕形成溶縫、溶溝，白云石沿縫壁進(jìn)行半充填。一個(gè)理想的洞穴自下而上是：交替出現(xiàn)的洞穴垮塌相和暗河沉積物；洞穴未充填相和洞頂及洞壁相(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)馬四段洞穴剖面結(jié)構(gòu)(錦77井)Fig.3 Cavity section of the Ma 4 Member in Hangjinqi area,Ordos Basin (Well Jin 77)

4 古地貌特征

為了研究巖溶儲(chǔ)層的空間分布規(guī)律，對(duì)杭錦旗前石炭世的古地貌進(jìn)行了恢復(fù)。巖溶古地貌決定著下伏地層的保存程度，也控制著喀斯特地層的地表水系和地下水系，古地貌與喀斯特儲(chǔ)層發(fā)育程度有著密切的聯(lián)系。

首先對(duì)上覆太原組進(jìn)行去壓實(shí)校正，校正系數(shù)：砂巖為1.45，粉砂巖為1.59，泥巖為2.05，煤為2.86。編制太原組去壓實(shí)校正后的厚度圖；其次結(jié)合井-震資料，編制馬四段地層厚度圖。前人對(duì)鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼古地貌的恢復(fù)主要是基于不整合面之上的本溪組、太原組厚度以及不整面之下的馬五段厚度進(jìn)行的[27]，但是研究區(qū)由于古地貌位置高，缺少本溪組，甚至太原組，下覆也沒有馬五段，所以根據(jù)去壓實(shí)校正后太原組厚度和殘留馬四段厚度，建立了適合研究區(qū)的風(fēng)化殼古地貌劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)，進(jìn)行古地貌圖的編制(圖4)?？傮w來(lái)看，研究區(qū)具有北高南低，東西方向上脊-谷相間的特點(diǎn)。研究區(qū)東部分布有3條規(guī)模較大的溝谷，西部有2條小規(guī)模的溝谷，造成東部剝蝕強(qiáng)度大而西部相對(duì)剝蝕弱。

表1 鄂爾多斯盆地北部杭錦旗地區(qū)古地貌劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for dividing the paleo-landform in Hangjinqi area,northern Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地北部杭錦旗地區(qū)前石炭世古地貌Fig.4 Paleo-landform of the Pre-Carboniferous in Hangjinqi area,northern Ordos Basin

5 洞穴分布規(guī)律

5.1 洞穴縱向分布規(guī)律

5.1.1 洞穴的測(cè)井響應(yīng)

奧陶系馬四段由于巖性致密，不發(fā)育基質(zhì)孔，所以測(cè)井曲線表現(xiàn)為低自然伽瑪、高電阻。洞穴層由于不同程度被洞穴沉積物及垮塌角礫巖充填，自然伽瑪曲線出現(xiàn)增高并齒化，增加幅度與洞穴充填物中的粘土含量有關(guān)，粘土含量越高，自然伽瑪值越大。不管是垮塌角礫巖還是洞穴沉積物，大量細(xì)碎屑物導(dǎo)致微孔增加，聲波時(shí)差升高，中子變大，同時(shí)電阻減小。

第四，以書法雅集、收藏、品評(píng)、鑒賞和書法名勝旅游為載體的活動(dòng)成為社會(huì)交往目的。群體活動(dòng)具有一個(gè)明顯的目的性：社會(huì)交往。社會(huì)交往往往需要一種適合共同參與的活動(dòng)載體，如喝茶、登山，如書法雅集，書法筆會(huì)，書法收藏品評(píng)鑒賞，書法名勝旅游等等活動(dòng)。比較遺憾的是，到目前為止，書法活動(dòng)尚未成為人們?cè)谌穗H交往中約定俗成的行為模式，把書法活動(dòng)作為社會(huì)交往目的的載體未引起人們的重視，即使有也是小范圍的效應(yīng)，需要積極倡導(dǎo)和實(shí)踐。

全充填層段，如錦151井3 027.8～3 030.0 m，洞穴被泥質(zhì)中-細(xì)砂巖全充填(圖2)，表現(xiàn)出中-高伽瑪、低電阻；密度略有減小，中子和聲波略有增加(圖5a)；在未充填-半充填層段，如錦77井2 819.50～2 822 m，錦58p33井3 179.8～3 181.0 m，洞穴半充填(圖3，圖5b)，則表現(xiàn)出三低兩高的特點(diǎn)(低伽瑪、密度、電阻；高聲波、中子)。

圖5 不同充填程度的洞穴測(cè)井響應(yīng)Fig.5 Well log responses of cavities with different degrees of fillinga.錦151井；b.錦58P33井

通過(guò)不同充填程度洞穴層段測(cè)井響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)，建立了未充填-半充填洞穴和全充填洞穴的測(cè)井圖版(圖6)。對(duì)于未充填-半充填洞穴，自然伽瑪小于60API，密度小于2.6 g/cm3,聲波大于215 μs/m，中子大于16%。

圖6 不同充填程度洞穴的測(cè)井響應(yīng)交匯圖版Fig.6 Cross plot of log responses of cavities with diverse degrees of fillinga.伽瑪-密度交匯圖版；b.聲波-中子交匯圖版

5.1.2 基準(zhǔn)面的選取

一般來(lái)說(shuō)，碳酸鹽巖中規(guī)模較大的洞穴形成于表生期，與碳酸鹽巖地層的長(zhǎng)期暴露有關(guān)，洞穴主要發(fā)育在古潛水面附近[3,6,28]。潛水面在較小的區(qū)域范圍內(nèi)，可以認(rèn)為是近似水平的。隨著構(gòu)造的隆升，潛水面下降，當(dāng)潛水面趨于穩(wěn)定，地下水長(zhǎng)時(shí)間溶蝕碳酸鹽巖形成下一層洞穴。因此，研究洞穴的縱向分布就變成了研究古潛水面的位置了。為此，要在奧陶系不整合面之上選取盡可能靠近不整合，全區(qū)均有分布，巖性易識(shí)別的某個(gè)水平層作為基準(zhǔn)面，認(rèn)為該基準(zhǔn)面近似平行于古潛水面[7,29]。不整合面之上太1段頂部的煤層正好滿足這個(gè)條件，煤層在全區(qū)均有分布(圖7)，可以認(rèn)為喀斯特地貌已被填平補(bǔ)齊。因此，將煤層拉平之后，洞穴的位置就代表古潛水面的位置。為了消除上覆地層的差異壓實(shí)影響，還要對(duì)基準(zhǔn)面與不整合面之間的地層進(jìn)行去壓實(shí)厚度校正，這樣才能真正反映古潛水面的位置。

5.1.3 洞穴縱向分布規(guī)律

按照不同巖性的壓實(shí)系數(shù)，恢復(fù)煤層到不整合面之間的地層厚度。拉平基準(zhǔn)面后，從圖7可以看出，不整合面之下發(fā)育三層洞穴，第一層洞穴位于基準(zhǔn)面之下60～70 m處；第二層洞穴位于基準(zhǔn)面之下85～110 m處；第三層洞穴則位于125 m附近。

圖7 杭錦旗馬四段洞穴分布規(guī)律(壓實(shí)校正后太原組頂拉平)Fig.7 Cavity distribution in the Ma 4 Member,Hangjinqi area (flattened top of the Taiyuan Formation after compaction correction)

由于古地貌起伏較大，三層洞穴離不整合面的距離并無(wú)明顯規(guī)律可尋，但普遍在不整合面下50 m范圍內(nèi)。研究區(qū)東部由于發(fā)育3條規(guī)模較大的溝谷(圖4)，第一層洞穴被剝蝕殆盡，主要發(fā)育第二層洞穴；而西部溝谷規(guī)模較小，三層洞穴較好地被保存下來(lái)(圖8)。

圖8 鄂爾多斯盆地北部馬四段洞穴分布規(guī)律Fig.8 Schematic diagram showing the distribution of the Ma 4 Member cavities in the northern Ordos Basin

三層洞穴的鉆遇程度也各不相同，鉆遇率分布為5%，3.5%和2%。鉆遇率低一方面是因?yàn)槎囱▽挾容^??；另一方面是這些鉆井均不是以下古生界喀斯特儲(chǔ)層為目的層的。

5.1.4 洞穴形成機(jī)理

鄂爾多斯地區(qū)奧陶系沉積后，由于加里東運(yùn)動(dòng)，盆地整體抬升剝蝕，缺失部分上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及部分石炭系，沉積間斷達(dá)1.4億年。由于鄂爾多斯盆地奧陶系喀斯特化主要發(fā)育在馬五段上部的含膏白云巖中，洞穴層的旋回性模糊，加里東運(yùn)動(dòng)的期次性表現(xiàn)不明顯，不像塔里木盆地加里東運(yùn)動(dòng)具有明顯的期次性[6]。盆地北部馬四段灰?guī)r洞穴對(duì)加里東運(yùn)動(dòng)的期次性具有指示作用。

盆地北部加里東期不整合面下為基底花崗片麻巖和元古界長(zhǎng)城系石英砂巖，向南過(guò)渡為馬三段。馬三段巖性以泥云巖和泥巖為主，巖性致密，所以在馬三段出露區(qū)以北，大氣降水以地表徑流為主，盡管有溶蝕作用發(fā)生，但很難有孔洞保留下來(lái)。地表水進(jìn)入馬四段后，通過(guò)裂隙、落水洞轉(zhuǎn)變?yōu)榈厮拢瑢?duì)石灰?guī)r進(jìn)行淋濾、溶蝕。從杭錦旗地區(qū)奧陶系的三層洞穴可以得知，加里東運(yùn)動(dòng)在盆地北部至少表現(xiàn)為3幕。構(gòu)造穩(wěn)定階段，在潛水面附近形成水平溶洞。隨著構(gòu)造的隆升，潛水面下降，在構(gòu)造平靜期，形成下一層洞穴。由于長(zhǎng)時(shí)間的暴露，部分溝槽已切穿第一層洞穴，甚至第二層洞穴。盆地北部的洞穴分布規(guī)律如圖8所示。

錦58P33井在馬四段鉆遇第二層洞穴(圖5b)，洞穴高1.2 m，半充填，無(wú)阻流量19.8×104m3/d。錦58P38井在馬四段并未直接鉆遇洞穴，但在3 217～3 219 m處見氣顯示，常規(guī)測(cè)井中無(wú)明顯的孔縫特征(圖9a)。壓裂試氣獲無(wú)阻流量3.5×104m3/d，生產(chǎn)640 d，累計(jì)產(chǎn)氣683×104m3/d，壓降 0.011 MPa/d(圖9b)。通過(guò)井間對(duì)比，推測(cè)該井鉆遇第一層洞穴的洞壁，洞壁發(fā)育高角度裂縫，所以常規(guī)測(cè)井并不能有效反映；然而裂縫導(dǎo)致錄井過(guò)程中氣測(cè)異常，經(jīng)壓裂試氣后裂縫與洞穴溝通，因而獲工業(yè)氣流。

圖9 鄂爾多斯盆地北部錦58P38井測(cè)井成果及產(chǎn)氣曲線Fig.9 Well logs and natural gas production curves in Well Jin 58P38,northern Ordos Basin

5.2 洞穴地震響應(yīng)與分布預(yù)測(cè)

5.2.1 洞穴的地震反射波特征

杭錦旗地區(qū)奧陶系馬四段頂?shù)牟徽厦嬖诘卣鹌拭嫔媳憩F(xiàn)為強(qiáng)波峰反射(T9b)，是該區(qū)古生界典型標(biāo)志層(圖10)。當(dāng)馬四段灰?guī)r發(fā)育洞穴時(shí)，由于洞穴的地震速度明顯低于圍巖，同相軸T9b就會(huì)產(chǎn)生波形下拉、錯(cuò)斷等異常反射，波形的形態(tài)、反射能量主要反映洞穴的尺度、垮塌及充填程度等(圖11a)。研究區(qū)不同類型洞穴在剖面上有3種反射特征。

圖10 鄂爾多斯盆地錦92井測(cè)井-地震綜合標(biāo)定圖Fig.10 Integrated logging-seismic calibration of Well Jin 92,Ordos Basin

當(dāng)洞穴規(guī)模大且嚴(yán)重垮塌，形成地表下切河谷時(shí)，奧陶系頂部地震同相軸T9b表現(xiàn)為波形錯(cuò)斷，且上部山西組頂部同相軸T9d呈現(xiàn)大幅下拉(圖11a中①,②,③位置)。

當(dāng)洞穴規(guī)模較大時(shí)，形成落水洞或地下暗河，橫切洞穴的同相軸T9b呈現(xiàn)為“V”字型下拉，其下波谷反射局部出現(xiàn)類似“串珠”現(xiàn)象，上部同相軸T9d呈現(xiàn)微幅下拉(圖11a中④，⑤，⑥，⑦位置)。

當(dāng)洞穴規(guī)模較小時(shí)，往往垮塌范圍小或者未垮塌，同相軸T9b呈現(xiàn)為小幅下拉，對(duì)上、下同相軸(T9d，T10)影響較小，通常為連續(xù)平緩反射(圖11a中⑧位置)。

5.2.2 洞穴分布預(yù)測(cè)

奧陶系頂面地震反射波(T9b)的不連續(xù)性是預(yù)測(cè)洞穴的主要依據(jù)，反映這種不連續(xù)性的主要地震屬性有相干屬性、均方根振幅屬性、波阻抗屬性、結(jié)構(gòu)張量屬性等[30,31]。通過(guò)井-震結(jié)合，屬性優(yōu)選，認(rèn)為結(jié)構(gòu)張量屬性(圖11b)與相干屬性(圖11c)對(duì)本區(qū)巖溶縫洞型儲(chǔ)層的響應(yīng)較敏感，能較好地預(yù)測(cè)該區(qū)洞穴的分布。

圖11 鄂爾多斯盆地錦58井區(qū)地震反射剖面(a)，奧陶系地震結(jié)構(gòu)張量(b)與相干(c)屬性平面圖Fig.11 Seismic reflection section (a),structure tensor (b),and coherence attributes (c) of the Ordovician in Well Jin 58,Ordos Basin

從地震結(jié)構(gòu)張量屬性平面圖(圖11b)與相干屬性平面圖(圖11c)可以看出，研究區(qū)馬四段洞穴普遍發(fā)育，根據(jù)屬性異常體的平面幾何形態(tài)，可以劃分為兩種類型。第一類呈孤立圓點(diǎn)或圓圈狀異常體，直徑一般為100～300 m，最大可達(dá)500 m，解釋為落水洞及其周邊垮塌的綜合響應(yīng)；第二類呈不規(guī)則彎曲條帶狀，寬度為100～200 m，解釋為由地下暗河形成的溶洞?？傮w來(lái)看，北部以第一類為主，大量的落水洞存在，說(shuō)明地表水通過(guò)落水洞轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤Ｄ喜恳缘诙悶橹?，為辮狀-蛇曲狀的喀斯特洞穴。洞穴沒有明顯的方向性說(shuō)明其形成可能與斷裂關(guān)系不大。以上兩種類型的喀斯特體系組成了馬四段的洞穴系統(tǒng)，控制了喀斯特儲(chǔ)層的分布。

6 結(jié)論

1) 洞穴是馬四段喀斯特儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間，一個(gè)完整的洞穴自下而上包括垮塌相、暗河沉積物充填相、未充填相、洞頂相和洞壁相。洞穴中未充填部分、洞頂和洞壁的裂縫、溶縫、溶洞是主要儲(chǔ)集空間。

2) 盆地北部馬四段發(fā)育3層洞穴，分別位于基準(zhǔn)面之下60～70 m，85～110 m，125 m附近。3層洞穴的出現(xiàn)說(shuō)明加里東期，盆地北部至少經(jīng)歷了3次構(gòu)造隆升，形成了3個(gè)較穩(wěn)定的古潛水面。3層洞穴的發(fā)現(xiàn)為今后水平井或大斜度井的部署提供了依據(jù)。

3) 風(fēng)化殼古地貌具有北高南低，東西方向上谷-脊相間的特征。由于北部古地貌高，以剝蝕為主，落水洞發(fā)育為特征，為地下水的補(bǔ)給區(qū)；南部古地貌低，以發(fā)育地下暗河為特征。東部由于溝槽發(fā)育，第一層洞穴被剝蝕殆盡，主要發(fā)育第二層洞穴；西部馬四段保存較完整，三層洞穴均有發(fā)育。洞穴普遍位于不整合面下50 m范圍內(nèi)。

4) 基于洞穴的發(fā)育模式，運(yùn)用結(jié)構(gòu)張量屬性和相干屬性進(jìn)行了洞穴平面預(yù)測(cè)。洞穴在平面上呈辮狀-蛇曲狀分布，南部較北部發(fā)育，洞穴的形成受斷裂影響不大，古潛水面是洞穴發(fā)育的主要因素。