靖邊氣田馬五41儲層成巖作用及孔隙演化

2012-01-11 11:31:58陳鳳喜王東旭

天然氣勘探與開發 2012年1期

陳鳳喜王東旭

(中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院)

0 引言

鄂爾多斯盆地靖邊氣田地處內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗境內，區域構造屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，圈閉類型為巖性圈閉氣藏，奧陶系下古馬家溝組馬五41為主要目的層(圖1)，儲層巖性主要為顆粒白云巖、粗粉晶白云巖和細粉晶白云巖；儲集空間以溶蝕孔洞等次生孔隙為主。研究成巖作用與孔隙演化對儲層綜合評價及尋找高產富集區塊具有十分重要的意義。

1 儲層巖性特征

靖邊氣田北部馬五41亞段碳酸鹽巖儲集巖類十分豐富，巖石組構組成較為復雜，除一般碳酸鹽地層中常見的顆粒和晶粒外，還含有少量生物碎屑及相關組分，形成了多種多樣的巖石類型。其中白云巖最為豐富，種類繁多，廣泛分布于各層段之中，占該套地層厚度的80%以上，儲層主要分布在該類巖石中。膏鹽巖相對較豐富，多成為夾層，儲集性能極差?；規r較少，儲集性能欠佳。

(1)白云巖類

以其孔隙發育而成為靖邊北主要儲集巖和天然氣儲層，結構以晶粒狀結構為主。其中，具殘余顆粒結構的晶粒白云巖在研究層段中分布較廣(占50%以上)，殘余顆粒以砂屑為主，生物碎屑少見，其特征是在顯微鏡下常見較污濁的白云石集合體，并隱約可見顆粒的內部圈層或顆粒外形。其次為泥晶白云巖(占20%左右)，粉晶、粉晶-微晶白云巖(占20%左右)以及及巖溶、膏溶角礫狀白云巖(占10%左右)。

圖1 研究區位置示意圖

(2)石灰巖類

石灰巖在奧陶系馬家溝組馬五41主要巖石類型包括含生物碎屑灰巖、具殘余砂屑結構灰巖及結晶灰巖、角礫狀灰巖等。生物碎屑灰巖中常見介屑灰巖、腹足灰巖、棘屑灰巖等，也可以由多種生物碎屑堆積形成混合生屑灰巖，其中常有砂屑、泥質等與其共生，重結晶強，泥質含量較少時可形成孔隙。具殘余砂屑結構灰巖隱約可見殘余砂屑結構，多為橢圓形，扁平狀，方解石晶體間多被泥質或有機質所充填，故孔隙不發育。

(3)其他碳酸鹽巖類

研究區馬五41中還存在較多的巖溶角礫巖、膏溶角礫巖、泥質角礫狀白云巖及含粒屑白云巖，這些都可以作為儲集巖類。

2 成巖作用類型及特征

通過大量的薄片觀察、巖心分析，認為研究區馬五41儲層的主要成巖作用類型有白云石化作用、壓實作用、壓溶作用、重結晶作用、溶蝕作用、去膏化作用、去白云巖化作用、黃鐵礦化等。其中，溶蝕作用(包括古巖溶作用、埋藏溶蝕)、白云巖化作用、去膏化作用、壓實、壓溶作用最為主要成巖作用。

2.1 白云石化作用

(1)準同生期蒸發泵白云石化

形成早，沉積環境鹽度高、pH值高、Mg2+/Ca2+比高、氣候干旱，屬原生白云巖類，常為泥晶白云巖、含泥白云巖、膏質白云巖等，其結構細，有水平紋層，可有石膏晶體或與石膏層共生，多產于潮上云坪、泥云坪、云泥坪及膏湖中。其成因機理可以應用“蒸發泵白云石化模式”來解釋(圖2)。巖石的孔隙度和滲透率均差，反映該機理白云石化后未經后期改造。研究區馬五41儲層中準同生期白云巖多泥晶-粉晶，含泥多，多呈自形，無核心、無環帶構造，常與石膏伴生。如陜159井泥晶白云巖，泥質含量約10%，自形晶體(圖3)。

圖2 準同生蒸發泵白云石化作用模式

(2)同生、成巖早期滲透回流白云石化

潮間膏盆、潮間云坪及局限臺地瀉湖微相中，蒸發環境下產生的高鎂鹽水在地表無出路的情況下向下回流滲透，穿過下伏石灰巖使其白云石化(圖4)。其特點與蒸發泵白云石化白云巖相似，但較少與石膏共生，常是厚度較大的泥晶白云巖，儲集性能也較差。馬五41儲層中這種白云巖多為粉-細晶白云石，晶體多他形，鑲嵌接觸，含泥較前述白云巖少，較干凈，不含石膏或石膏少量(圖5)。

圖3準同生期泥晶白云巖，(一)×100(5)39/50陜159

圖4 滲透回流白云石化作用模式

圖5微晶—粉晶白云巖，(一)，4×10，(10)14/74，陜148

(3)埋藏白云石化

主要沿古巖溶形成的溶解孔、洞、縫發育，其特征表現為團塊狀或沿縫兩側的片狀，晶體較前兩種大，多粉-細晶，少許達到中晶級別，晶間孔發育，常跟溶蝕孔連通，但僅限于白云石化的區域，與其他部分的白云石連通性不好，期間可能還受到重結晶作用的影響。

(4)混合水白云石化

馬五41中混合水白云巖化出現于海平面下降的海岸潛流帶地下水透鏡體及其下伏的半咸水帶中，為準同生期—成巖早期的潮間—潮下的白云巖化作用(圖6)。另外，在這個混合白云巖化作用模式中，灰巖—白云巖界限沿地下水透鏡體下界分布，這一地下水透鏡體使兩個巖相具有一個傾斜的界面，這一界面的變動還可以反映海平面的波動。這種白云巖化主要形成了斑狀白云巖，巖石常為灰色中-厚層狀粉晶-細晶的斑狀白云巖透鏡體，白云石常為半自形-自形晶(圖7)，往往可見環帶構造(“霧心亮邊”)。

圖6 馬五41混合水白云巖化模式

圖7 “霧心亮邊”(一)×40統16

2.2 溶蝕作用

(1)表生巖溶作用

受加里東運動影響，研究區奧陶系遭受約1.3億年～1.5億年風化剝蝕作用,這使馬五41進入表生成巖環境，位于古風化殼頂部，發生巖溶作用。與靖邊氣田中部相比，北部地區處于巖溶斜坡中下部，地表風化殼較接近潛流面(圖8)。因此，本區以水平潛流帶的巖溶特征為主，絕大多數溶解孔洞都是因石膏、硬石膏被溶解而成，許多晶模孔仍保持其完好晶形假象，且多呈層狀展布。

圖8 巖溶地貌及地下水動力分帶

(2)埋藏溶解作用

奧陶系風化殼被上覆上古生界及中生界地層沉積后不斷進入埋藏期，并由表生期開放體系進入封閉環境，特別是上覆含煤系地層在壓實過程中不斷排出富含有機質酸性壓釋水，運移到奧陶系地層中而產生溶蝕作用。它主要發生在表生期古巖溶的淺部，疊加在表生期巖溶之上。對埋藏期的巖溶作用主要表現為表生期巖溶作用形成孔隙及充填物的被溶蝕和形成特征的自生礦物或白云石充填。

綜上，表生期的溶蝕作用對馬五41儲層的最終形成起到至關重要的作用：沉積期白云石化孔隙欠發育，由于表生巖溶作用選擇性溶解并形成的有利巖溶地貌為埋藏期各種儲層空間提供了先決條件，使得孔縫相連，最終成為較有利儲層。

2.3 去膏化作用

主要發生在表生作用階段，主要表現為方解石交代石膏，部分方解石后期又被白云石化，局部可見硅化，總體上保留了石膏的原始形狀，如針狀、放射狀、團塊狀、斑狀等，所形成的方解石干凈，結晶程度較好。

2.4 壓實與壓溶作用

壓實作用發生于埋藏環境之中，雖然碳酸鹽巖具成巖快速之特點，但壓實作用仍然強烈改造著本地區泥微晶白云巖，尤其生成于干旱潮坪環境下含膏白云巖，承載上覆壓力易變形，留下各種變形構造，另外在強壓實作用下可產生大量的裂縫(成巖縫)。在掃描電鏡下，微晶白云巖或方解石多呈面-鑲嵌接觸，巖石致密，僅留少量晶間微孔隙，如陜246井的泄水構造(圖9)。

壓溶作用表現為縫合線在較大尺度的巖心及小尺度薄片中均較發育，縫合線內又發育溶縫或張開縫(圖10)。壓溶作用所產生的破壞性效應遠大于建設性成巖效應。

圖9 壓實作用造成的泄水構造

2.5 重結晶作用

研究區馬五41的泥粉晶白云巖經歷了不同程度的重結晶作用改造，常見到的是由微粉晶結構轉變為中細晶結構，晶體之間鑲嵌接觸，孔隙沒有因重結晶而得到改善。同時重結晶作用使得原砂屑結構僅有隱約輪廓依稀可見，轉變為殘余砂屑結構。

圖10 壓溶作用下形成的縫合線構造

2.6 去白云石化作用

多發生在溶縫及溶蝕孔比較發育的白云巖地區，少數去白云石化不徹底，表現為方解石交代白云石，方解石較臟，且白云石似乎漂浮于其上，所形成石灰巖在區內巖性致密，孔隙度、滲透率都低，是一種破壞性成巖作用，不利于孔隙的形成和演化。

3 儲層孔隙結構

根據巖芯觀察及薄片鑒定、掃描電鏡分析，馬五41亞段的孔隙類型按照成因分類主要有原生孔隙和次生孔隙兩大類。其中原生孔隙主要有鳥眼孔隙；次生孔隙儲集空間有八種孔隙類型(表1)。以次生孔隙分布頻率最高，為主要儲集空間。在次生孔隙中以晶間孔與溶蝕孔出現的比率最高；膏模孔與張開縫仍為馬五41亞段中的主要儲集空間；而晶?？?、鳥?？准笆湛s縫則只在少量樣品中出現。

4 成巖演化階段及孔隙演化模式

成巖作用受沉積期后的埋藏條件、海平面升降變化、粒間溶液的變化、物理和化學性質、溫度、以及所處體系的開放程度等成巖環境的影響，而其變遷受控于構造運動。研究區的成巖環境類型有近地表成巖環境(海底、潮坪、大氣水)、表生成巖環境、淺埋藏成巖環境、中-深埋藏成巖環境。成巖環境的演化途徑(圖11)和成巖作用類型多樣，且相互影響，使研究區馬五41巖層孔隙演化更為復雜。加里東期少有孔隙形成，且不易保存；海西淺埋藏期不同程度的溶解作用將前期各種孔洞擴大化；在深埋藏成巖期，自生石英、方解石等充填溶蝕孔洞，使儲集性能進一步降低。隨成巖階段的演化，埋深的增加，原生孔隙急劇減少，而加里東末期的巖溶作用形成最大的次生孔隙，雖經成巖階段變化有所減少，但其對于儲集空間的貢獻優于原生孔隙。孔隙演化模式見圖12。