發布時間：2020-01-03所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：鄂爾多斯盆地富縣地區位于巖溶高地，巖溶作用具有時間長強度大的特點，主力氣層橫向不連續。為了明確奧陶系馬五段儲層分布規律，通過巖心資料、測井資料及各種分析測試資料對富縣地區馬五段喀斯特儲層進行研究，結果表明：①馬五段地層角礫化嚴重，可
摘要：鄂爾多斯盆地富縣地區位于巖溶高地，巖溶作用具有時間長強度大的特點，主力氣層橫向不連續。為了明確奧陶系馬五段儲層分布規律，通過巖心資料、測井資料及各種分析測試資料對富縣地區馬五段喀斯特儲層進行研究，結果表明：①馬五段地層角礫化嚴重，可以劃分為4種巖溶相、3種洞穴相，巖溶強度自西向東逐漸增強;②馬五段儲層物性整體較差，儲集空間主要為未被完全充填的溶蝕孔洞、膏�？�、裂縫及晶間溶孔，優質儲層主要分布于北部馬五6亞段頂部的裂紋—鑲嵌角礫巖相中;③馬五段儲層發育規律主要受巖性、巖溶相—洞穴相和古地貌3個因素控制，巖性與古地貌控制巖溶相—洞穴相的形成與分布，巖溶相—洞穴相控制儲層的分布規律。
關鍵詞：馬五段;喀斯特儲層;巖溶相;洞穴相;儲層發育規律
0引言
隨著我國油氣勘探不斷深入，淺層油氣勘探難度日益加大，油氣勘探方向逐漸轉向古生界的海相碳酸鹽巖[1]�？λ固貎幼鳛橹匾囊活愄妓猁}巖儲層，受到許多石油地質學家的關注[2-5]。世界上許多含油氣盆地中都發現了古巖溶儲層，如美國德克薩斯州中西部受巖溶控制的下奧陶統Ellenburger組碳酸鹽巖油藏、意大利加爾加諾半島西北部Ros-poMare油田、中國塔里木盆地塔河油田與鄂爾多斯盆地靖邊氣田和大牛地氣田、四川盆地燈影組、黃龍組等[6-11]。因此，開展喀斯特儲層特征研究對我國油氣增儲上產具有重要意義。
富縣地區位于鄂爾多斯盆地東南部，構造位置處于鄂爾多斯盆地“L”型古隆起的東側，屬巖溶高地(圖1)[12，13]。目前，鄂爾多斯盆地奧陶系的勘探開發主要集中在巖溶斜坡上，尚未對巖溶高地進行詳細研究。已有研究成果表明，巖溶高地主要為剝蝕區，水平巖溶不發育，大氣淡水以垂直滲流為主，主要形成一些連通性較差的孤立狀溶縫，儲集條件較差[14]。然而，富縣地區多口探井在馬家溝組鉆遇工業氣流，顯示出該區良好的天然氣勘探潛力。由于古地形起伏較大，在石灰巖、白云巖、石膏及過渡巖性存在的情況下，巖溶發育規律及儲層發育控制因素不確定，儲層發育規律不清楚。本文基于巖溶相與洞穴相的研究，主要從巖性、古地貌2個方面討論儲層的發育分布規律，以期為后續富縣地區油氣勘探開發提供地質依據。
1地質背景
鄂爾多斯盆地是一個多旋回疊合的克拉通盆地，屬于華北地臺西部的次級構造單元[15-17]。馬家溝組沉積期，中央古隆起將臺地分割為秦祁海和華北海兩大海域，古隆起以西屬于秦祁邊緣海，以東屬于華北陸表海[18，19]。早奧陶世馬家溝期，經歷了3次大規模的海侵—海退，海侵期以開闊臺地沉積為主，海退期以局限臺地和蒸發臺地沉積為主[20]。根據巖性與電性特征，馬家溝組自下而上可以劃分為6個巖性段，馬一段、馬三段和馬五段主要以白云巖、石膏、鹽巖為主，夾少量灰巖;馬二段、馬四段、馬六段以石灰巖和少量白云巖為主[21]。晚奧陶世受加里東運動影響，鄂爾多斯盆地被抬升，經歷長達1.4億年的沉積間斷，缺失奧陶系頂部到石炭系底部的地層[22，23]。
富縣地區馬五段屬于潮坪沉積環境，根據巖性組合特征，馬五段自下而上可以劃分為10個亞段[24]。研究區古地形起伏較大，西南部受中央古隆起的控制作用，地勢較高，風化剝蝕嚴重，開殼層位低，東北部地勢相對較低，地層保存較完整，缺失馬五6亞段以上地層，僅在部分井中鉆遇馬五5石灰巖。馬五6—馬五10亞段為微—粉晶白云巖夾含膏云巖，受大氣淡水影響，溶蝕—跨塌—充填形成一套巖溶角礫巖(圖2)。富縣馬五段主力產層為馬五6亞段，為便于研究，根據沉積旋回特征，進一步將馬五6亞段劃分為3個小層，即馬五16、馬五26與馬五36。
2巖溶相與洞穴相特征及分類
2.1巖溶相
通過巖心觀察，根據角礫的接觸關系和角礫間充填物的類型與含量，并參考Loucks[25]關于巖溶角礫巖的劃分方案，將富縣地區馬五段巖溶角礫巖劃分為裂紋—鑲嵌角礫巖相、紊亂角礫巖相和洞穴砂礫巖相。
2.1.1裂紋—鑲嵌角礫巖相
裂紋—鑲嵌角礫巖相包括裂紋角礫巖相和鑲嵌角礫巖相。裂紋角礫巖中角礫間沒有明顯位移，代表巖石的初始破裂。角礫間常被方解石和滲濾白云石粉砂充填。鑲嵌角礫巖與裂紋角礫巖比較類似，不同之處在于鑲嵌角礫巖角礫發生了旋轉，但角礫類型一樣。由于裂紋角礫巖與鑲嵌角礫巖二者伽馬值較低(20～50API)，電性特征相似，測井曲線上很難將二者區分開，本文研究將其稱之為裂紋—鑲嵌角礫巖[圖3(a)]。
裂紋—鑲嵌角礫巖分布范圍較廣，在馬五5-10所有亞段均有發育，主要分布于馬五5亞段、馬五6亞段、馬五9亞段和馬五10亞段�？紫抖葹�0.3%～6.7%，滲透率為(0.001～9.827)×10-3μm2，是研究區馬五段物性最好的巖溶相類型。
2.1.2紊亂角礫巖相
該巖相角礫成分復雜，分選較差，部分角礫由于溶蝕作用與地下水的搬運作用，有一定的磨圓。根據角礫含量及角礫間的接觸關系可分為角礫支撐紊亂角礫巖(角礫含量大于55%，小于85%)和雜基支撐紊亂角礫巖(角礫含量小于55%)。
(1)角礫支撐紊亂角礫巖相。角礫間相互接觸，角礫間被滲濾白云石和黏土充填[圖3(b)]。該巖相具有中等自然伽馬和電阻率值，自然伽馬值介于50～75API之間。該類巖溶相主要分布于馬五6亞段和馬五10亞段，物性較差，孔隙度為0.4%～3.3%，滲透率為(0.003～1.760)×10-3μm2。
(2)雜基支撐紊亂角礫巖相。該巖相雜基含量較高(超過45%)，主要為黏土、陸源粉砂和滲濾白云石[圖3(c)]。角礫“漂浮”于雜基之中，分選較差。測井曲線上表現為中—高伽馬(75～120API)和低電阻率，曲線齒化明顯。常夾于角礫支撐紊亂角礫巖中，在馬五6亞段底部、馬五9亞段和馬五10亞段中上部最為發育。物性很差，最大孔隙度僅為3.5%，滲透率一般小于0.04×10-3μm2。
2.1.3洞穴砂礫巖相該巖相
與碎屑巖中的砂礫巖類似，角礫主要為白云巖和地表水帶來的陸源碎屑顆粒，偶見石英顆粒[圖3(d)]，可發育流水成因的各種沉積構造。該巖相在測井曲線上特別容易識別，表現為高自然伽馬(>120API)和低電阻率。在研究區發育較薄，僅在個別層段發育。洞穴砂礫巖物性極差，最大孔隙度不足2%。
2.2洞穴相
根據洞穴系統內不同位置的巖石類型及組成，將富縣地區洞穴相自下而上劃分為：①洞穴垮塌相，通常位于洞穴底部，角礫成分單一，無分選磨圓，角礫間多被泥質充填;②洞穴充填相，常發育在洞穴垮塌角礫巖之上，位于洞穴中部，角礫成分復雜，分選較差，部分角礫有一定磨圓，泥質含量較高，局部可見流水改造的痕跡，洞底垮塌相和中部洞穴充填相可交替出現;③洞穴頂板相，位于洞穴的頂部，其形成主要是由于下部地層溶蝕垮塌后，受上覆地層壓力作用，地層發生破裂，裂縫常被方解石與白云石砂充填，少量被泥質充填(圖4)。
2.3巖溶相與洞穴相的關系
巖溶相與洞穴相分別是從2個不同的角度去認識馬五段的喀斯特作用。巖溶相主要是根據角礫的含量及接觸關系總結認識喀斯特作用的強弱，不同巖溶相所受喀斯特作用由強到弱依次為：洞穴砂礫巖相、雜基支撐紊亂角礫巖相、角礫支撐紊亂角礫巖相及裂紋—鑲嵌角礫巖相。洞穴相則根據洞穴系統內部的巖石類型及組成來研究古巖溶特征。洞穴系統內不同洞穴相對應不同巖溶相，洞穴垮塌相由角礫支撐紊亂角礫巖組成，洞穴充填相由雜基支撐紊亂角礫巖和洞穴砂礫組成，洞穴頂板相由裂紋—鑲嵌角礫巖組成。
2.4古巖溶發育規律
通過取心段巖溶相電性特征的提取，發現自然伽馬對巖溶相最為敏感，可以較好地區別不同巖溶相與洞穴相。因此可以通過自然伽馬研究不同巖溶相—洞穴相在縱向上和平面上的分布規律。
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縱向上馬五段發育2層大的洞穴系統，第一層洞穴系統為馬五5—馬五8亞段;第二層洞穴系統為馬五9亞段到馬五10亞段中部(圖5)。馬五36小層上部、馬五8亞段和馬五10亞段中部雜基支撐紊亂角礫巖和洞穴砂礫巖較發育，主要為洞穴充填相。馬五36小層下部、馬五10亞段中下部和馬五7亞段跨塌相對較弱，巖溶角礫巖主要為角礫支撐紊亂角礫巖，局部發育雜基支撐紊亂角礫巖，為洞穴垮塌相。馬五5亞段與馬五9亞段地層保存最完整，以裂紋—鑲嵌角礫巖為主，基本沒有垮塌，為洞穴頂板相。
富縣石炭系沉積前古地形呈現西高東低的趨勢，自西南向東北風化剝蝕程度逐漸增強，西南部馬五段被剝蝕殆盡，開殼層位低。通過統計各井不同巖溶相的百分含量發現自南向北，雜基支撐紊亂角礫巖相逐漸減少，裂紋—鑲嵌角礫巖逐漸增加，在富古4井區、新富2井—新富4井—富古7井區和富古2井—富古5井區裂紋—鑲嵌角礫巖相百分量最高，平均百分含量超過45%。表明這些區域巖溶作用較弱，地層垮塌不嚴重。
3儲層特征及發育分布規律
3.1儲層特征
3.1.1孔隙類型
鑄體薄片觀察表明，不同巖溶相具有不同的孔隙類型。裂紋—鑲嵌角礫巖發育膏�？住⒕чg孔、晶間溶孔、裂縫和少量未被完全充填的溶蝕孔洞，較大的孔縫常被白云石、方解石充填或半充填[圖6(a)—圖6(c)];角礫支撐紊亂角礫巖儲集空間主要為晶間孔及晶間溶孔和少量未被充填的裂縫[圖6(d)];雜基支撐紊亂角礫巖孔隙基本不發育，局部可見少量未被充填的裂縫[圖6(e)];洞穴砂礫巖可見孔較少，孔隙基本不發育[圖6(f)]。
3.1.2物性特征
不同巖溶相物性特征分析表明(圖7)，馬五段孔隙度大于3%的樣品，主要為裂紋—鑲嵌角礫巖和少量角礫支撐紊亂角礫巖，裂紋—鑲嵌角礫巖孔隙度分布范圍最大，物性最好。其次為角礫支撐紊亂角礫巖，有個別樣品孔隙度超過3%。雜基支撐紊亂角礫巖與洞穴砂礫巖物性最差，孔隙度分布范圍最窄，最大孔隙度不超過3%，主要分布在0～1.6%范圍內，說明雜基支撐紊亂角礫巖與洞穴砂礫巖不能作為儲集層。
3.2儲層發育分布規律
富縣屬于巖溶高地，角礫化嚴重，角礫間多被云質泥巖和泥質白云巖充填，儲層物性相對較差，平均孔隙度低于2%，平均滲透率低于0.1×10-3μm2。儲集空間主要為未被完全充填的膏�？住⒘芽p及晶間溶孔�？紫抖却笥�3%和滲透率大于0.1×10-3μm2的儲集層主要分布在馬五6亞段上部溶而不垮的裂紋—鑲嵌角礫巖中。平面上，由于富縣古地形起伏較大，喀斯特強度差異明顯，呈現西南強東北弱的格局，儲集性能與產能差異明顯，優質儲層主要分布于東北部巖溶古地貌較高的殘丘，即富古4井區、新富5井區—新富4井區—富古7井區和富古2井區—富古5井區。
4討論
4.1巖性控制著巖溶相—洞穴相的發育規律
巖溶相—洞穴相的分布受巖石類型控制，不同巖性在大氣淡水中的溶解度差別較大，淡水中石膏的溶解度是白云石的上千倍，泥云巖由于泥質含量較高，結構疏松，其溶解度也遠高于白云巖[27，28]。
潮上帶發育的硬石膏、紋層狀泥云巖與白云巖互層，在大氣淡水環境中易溶蝕跨塌，巖溶相以紊亂角礫巖相和洞穴砂礫巖相為主，存在形式為洞穴垮塌相和洞穴充填相。潮間帶含膏白云巖、白云巖及潮下帶灰質云巖、云巖，由于相對難溶，往往溶而不跨形成裂紋—鑲嵌角礫巖相，以洞穴頂板的形式存在。
4.2巖溶相—洞穴相對儲層的控制
洞穴頂板相中的裂紋—鑲嵌角礫巖相喀斯特作用相對較弱，角礫間沒有明顯位移，地層保存較全。由于大氣淡水對含膏云巖的選擇性溶蝕，后期雖然被方解石與白云石等物質充填，但在膏�？准皾B濾粉砂中仍保留有一部分白云石晶間孔，極大地改善了儲層物性，使洞穴頂板中的裂紋—鑲嵌角礫巖相成為馬五段的優質儲層。
洞穴垮塌相中的角礫支撐紊亂角礫巖相與洞穴充填相中的雜基支撐紊亂角礫巖相和洞穴砂礫巖相是地層骨架遭受強烈喀斯特作用后的產物，角礫間基本被泥質和滲濾白云石充填，局部被上古生界的陸源碎屑物質充填。薄片下基本不見孔隙發育，孔隙度一般不超過3%，儲層物性極差，不具備儲集能力。
4.3巖溶古地貌對儲層的控制
巖溶古地貌既能反映地層的風化剝蝕情況，又能控制表生期古水流的方向，對喀斯特儲層的形成與演化有著重要的控制作用[29]。
通過對比富縣、大牛地氣田及中部氣田喀斯特儲層物性特征發現，富縣喀斯特儲層物性較差，孔隙度略低于大牛地氣田和中部氣田�？紫抖却笥�4%和滲透率大于0.1×10-3μm2的樣品比例明顯小于中部氣田(表1)。古地貌差異是造成3個區塊物性差異的重要原因之一。中部氣田位于巖溶斜坡，有利于風化殼儲層的保存，大牛地氣田位于巖溶高地與巖溶斜坡的結合部位，巖溶強度弱于富縣[3，11]。富縣地區位于巖溶高地上，開殼層位為馬五5—馬五10亞段，溶蝕時間長，強度大，地層跨塌嚴重，風化殼厚度大，主力氣層橫向不連續。
富縣馬五段有利儲層主要分布在東北部的殘丘，出露層位為馬五5亞段。表生期大氣淡水沿著馬五5亞段風化裂隙下滲，對馬五16小層與馬五26小層含膏云巖選擇性溶蝕，形成各種溶蝕孔隙，大氣水在溶蝕下滲的過程中，水體中Ca2+濃度增加，對白云巖的溶蝕能力降低，甚至在局部交代白云石中的Mg2+，發生去云化現象，所以在殘丘位置馬五6亞段底部儲層物性較差。在地勢相對較低的洼地與溝谷，由于長期接收流經殘丘富Ca2+的地層水，地層溶蝕受限，而且由于CaCO3的沉淀，早期形成的溶孔多被方解石充填，儲集性能較差。
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