蘇里格地區馬五段儲層控制因素與成藏規律

趙俊興 李 婕 盧 濤 馮強漢 王 勇 李鳳杰 申趙軍

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059；2.中國石油長慶油田分公司 勘探開發研究院，西安710021）

世界的油氣和生產資料顯示，50%的油氣儲量和產量是來自碳酸鹽巖。中國目前雖然發現了大量的碳酸鹽巖油氣儲集層，但是獲得的油氣儲量和產量遠遠低于其他一些國家，因此，碳酸鹽巖油氣勘探成為中國未來油氣勘探研究的重點。

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，蘇里格地區位于鄂爾多斯盆地的西北部、中央古隆起東北側（圖1），區域構造上屬伊陜斜坡北部中帶，其基底為太古界和元古界結晶變質巖系［1］。

近年來，隨著蘇里格氣田的勘探與開發，下古生界勘探取得了重大成果。認為蘇里格地區下古生界氣藏仍具有一定的勘探開發潛力，也將成為蘇里格大氣田的重要組成部分。因此，開展蘇里格地區下古生界成藏規律研究具有十分重要的理論意義和實際意義。

1 馬五段小層劃分及其發育特征

同靖邊氣田一樣，馬家溝組第5段（馬五段）為奧陶系主要含氣層位，屬古風化殼古喀斯特型碳酸鹽巖儲層。根據地震、地質、測井、古生物等特征，將馬五段劃分出馬五1－馬五10共10個小層（表1），其中主要含氣層分布于馬五4－馬五1段。

圖1 鄂爾多斯盆地單元劃分及研究區位置圖Fig.1 Schematic representation of tectonic units in the Ordos Basin and location of the study area

表1 蘇里格地區奧陶系馬五段小層劃分表Table 1 Strata division of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

由于受加里東運動抬升剝蝕影響，馬五段下部氣層組各小層分布范圍較大，而上部氣層組分布相對局限。就各小層而言，西部、北部地層缺失嚴重，而南部、東部地層相對發育，這與石炭系沉積前古地貌特征有關。總體來看，蘇里格地區馬五段具有以下特點：奧陶系標志層特征比較清楚，地層可對比性強；奧陶系多數出露馬五1－2及更老地層，地層保存程度較差；從北向南，奧陶系出露層位依次變新，以致出現蘇里格地區奧陶系保存較差，而靖邊氣田奧陶系保存較好的局面；蘇里格地區膏鹽巖不發育（而靖邊氣田更發育）；馬五5白云化作用較嚴重，這有利于下部氣層發育。

2 儲層物性與孔隙特征

蘇里格氣田東部馬五1－4儲層巖性以細粉晶白云巖、泥晶白云巖、泥細粉晶白云巖、粉晶白云巖為主，還有粉晶云灰巖（次生）、泥晶砂礫屑白云巖、泥細粉晶含灰云巖等。薄片鑒定分析表明，巖石成分中白云石含量最高，其平均質量分數達到83.4%。礦物成分中，方解石平均質量分數較高，達到32.1%；伊利石在區內發育比較普遍，但其平均質量分數較低，僅有3.1%；硅質、黃鐵礦、褐鐵礦、高嶺石等礦物也有不同程度的分布。

圖2 各小層平均氣層厚度直方圖Fig.2 The average gas thickness histogram of the small layers

圖3 各小層平均滲透率直方圖Fig.3 The average permeability histogram of the small layers

通過巖心觀察、薄片鑒定、孔隙圖像以及電鏡掃描分析可知，區內馬五1－4氣藏儲集空間以溶孔、晶間溶孔為主，其次為膏模孔和晶間孔，儲層面孔率在0.2%～13.5%之間，平均為3.54%。另外，風化殼儲層內存在部分裂縫，按成因及規模分為微裂縫和構造縫。裂縫是溝通孔、洞，提高儲層滲流能力的有利通道。

3 儲層控制因素分析

3.1 沉積相對儲層影響

受加里東構造運動影響，馬家溝組頂部地層于加里東期被侵蝕時間長達130Ma，形成了廣泛分布的侵蝕面，其風化殼厚度在局部地區可達100m左右。鄂爾多斯盆地下古生界天然氣主要集中分布于馬家溝組頂部風化殼部位，即為古風化殼喀斯特氣藏。

根據蘇里格地區沉積巖性特征、沉積構造、巖石組合、相分析，同時結合區域地質背景，認為馬五段沉積主要處于陸表海臺地相發育時期，潮坪環境十分發育［3－7］。馬五段為一套干旱氣候的強烈蒸發環境下的潮坪相沉積，蘇里格地區馬五段主要以潮上帶泥云坪、潮上云坪為主，局部也發育有潮上膏云坪、潮間灰坪等沉積。

沉積相在整個馬五1－4儲層的形成過程中有著重要的作用，它決定了沉積環境范圍內的巖石類型，尤其是白云巖相的成巖對晶間孔儲集空間的發育至關重要，這些準同生期蒸發泵白云石化過程中形成的含硬石膏結核或柱狀晶的粉晶白云巖成為儲層發育的主要物質基礎［3］。在這些沉積相所形成的巖石類型在后期的成巖作用中被改造程度較深，在成巖作用的控制下，相對而言使得蘇里格地區馬家溝組沉積微相對儲層的發育影響有一定程度減弱，但總體來看沉積相對氣藏控制起到了基礎性作用。

3.2 成巖作用及其對儲層的影響

蘇里格氣田奧陶系遭受130Ma風化剝蝕作用，這使馬五41進入表生成巖環境，位于古喀斯特斜坡的馬五段儲層，經歷了長期的表生喀斯特作用的改造。古喀斯特作用成為本地區儲層改造、發育、分布的主控因素。馬五段儲層的主要成巖作用類型有（圖4）：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、去白云石化作用、黃鐵礦化等。其中，溶蝕作用（包括古喀斯特作用、埋藏溶蝕）、白云石化作用、去膏化作用、壓實、壓溶作用最為主要。在這些成巖作用中，對儲層發育起到建設性作用的有白云石化作用、溶蝕作用、重結晶作用、去膏化作用等，其中溶蝕作用（喀斯特作用）最為重要；而破壞性成巖作用主要有壓實作用、壓溶作用、去白云石化作用等等。

從古喀斯特作用來看，加里東運動造成中央古隆起的形成和發育，表生和埋藏成巖期所形成的次生孔、縫、洞為天然氣存儲提供了空間。表生期古喀斯特對馬五期頂部地層的主要儲集巖的孔隙發育過程有重要影響，即使得巖石中石膏、硬石膏結核和單晶淋濾溶解，形成大量溶斑孔、膏模孔及次生溶縫，也造成巖石的局部角礫化。在表生期古喀斯特過程中，同時伴隨著不同程度的滲流物充填作用，使溶蝕孔洞有所降低。隨著埋藏深度增加，烴類成熟早期有機酸性水介質引起埋藏溶解作用，使早期溶解孔洞縫中的充填組分再溶解、孔洞縫局部溶解擴大。表生期喀斯特孔洞愈發育地區，埋藏溶解作用一般也愈強。埋藏溶解作用使充填在古喀斯特形成的溶解孔、洞、縫中的充填組分再溶解和古喀斯特孔洞縫的局部溶解擴大。這些成巖作用形成了大量的次生孔、縫、洞，為天然氣存儲提供了空間。

3.3 頂面構造特征及其對氣藏的控制

蘇里格地區東部位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，總體呈南北向延伸。現今的構造面貌為一區域性西傾大單斜，頂面構造總趨勢為東高西低，下降梯度為3‰～10‰，下降坡度十分小，與伊陜斜坡向西傾的趨勢一致。在極其平緩的構造背景上西傾單斜上分布一系列的近北東－南西方向的、相間排列的“鼻隆”和“鼻凹”構造，以北東向為主。褶皺變形為低幅度斷續褶皺，以短軸褶皺構造為主；褶皺翼部傾角極緩，為1°～2°，甚至近于水平；以NE－NEE為主，而且為右型雁列。這些構造特點構成穩定地塊的構造樣式，表明該區的構造背景為遠離造山帶弱擠壓或扭壓構造動力作用下，形成十分和緩的構造變形。

會議首先介紹了研究會今年以來的工作、近期的工作安排以及明年的工作打算，與會同志對研究會的工作作了交流，并對今后的發展提出了建設性的意見和建議。會議研究確定，12月下旬召開研究會2018年年會。

通過對研究區80多口鉆井下古生界氣藏統計可以發現，從鼻凹到鼻翼，從鼻翼再到鼻隆，出現氣井幾率逐步增加（圖5）。可以認為，頂面構造對研究區下古生界氣藏具有一定的作用和影響。從單因素角度出發，部署井位時，應該選擇鼻翼和鼻隆部位。若果我們按照小層進行統計，可以看到，無論哪個構造位置，氣層均集中發育在馬五14和馬五31；也就是說，在研究區部署井位應該重點考慮馬五和馬五。通過對研究區氣層物性和構造位置分析，可以看到，構造位置對氣層厚度、孔隙度、含氣飽和度的影響不大，對氣層滲透率的影響最大（圖6），尤其是研究區氣層發育層位馬五和馬五。由此，可以認為構造主要起溝通滲濾作用。

圖4 蘇里格地區馬五段主要成巖作用特征Fig.4 Main diagenetic features of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

圖5 蘇里格地區不同構造位置氣井發育率Fig.5 Gas well development rate of different tectonic positions in the Sulige area

圖6 不同構造部位對儲層物性參數影響程度Fig.6 The influence degree of different structural parts on the reservoir physical parameters

從目前單井試氣成果來看，桃2井區比蘇東區塊受構造影響明顯。根據靖邊氣田小幅度構造研究成果，認為小幅度構造不具備圈閉和分隔氣藏的能力，但對天然氣的儲滲條件有一定的控制作用；在含氣層存在的情況下，正向構造部位有利于氣井高產，是開發井部署的主要依據之一。鑒于此，建議在部署井位時，也應考慮頂面構造的特征。

3.4 古地貌對氣藏的控制作用

中奧陶世末加里東運動使華北地臺整體抬升，缺失了泥盆系、志留系和下石炭統。至中石炭世又整體沉降，接受了中、上石炭統海陸交互相的含煤系碎屑巖沉積，從而在上、下古生界之間形成了一個區域性的大型古侵蝕面。在古侵蝕面之下，古喀斯特產生了較穩定的縫－孔洞型儲層，即奧陶系頂部古風化殼儲層。風化殼及其溶蝕孔、縫發育，是鄂爾多斯盆地下古生界的主要天然氣儲、產層［2］。奧陶系馬家溝組頂部存在長期沉積間斷的不整合面，不整合面之下的碳酸鹽巖往往能形成古喀斯特，古喀斯特中溶蝕孔、洞、縫發育，總是較原生碳酸鹽巖具有更好的儲集性能，并能形成油氣藏［2］。

古地貌控制了古喀斯特發育特征，而古喀斯特作用又控制了本地區的古喀斯特儲層分布，二者關系密不可分［8］。在區域上，古生界風化殼層位是穿時分布的，在加里東抬升剝蝕期，受中央古隆起影響，盆地中部古地形總的面貌是西高東低，從而其西部地區比東部風化剝蝕強烈。西部城川一帶奧陶系頂部層位是馬五14小層，風化殼底部層位是馬五6；而靖邊氣田中部奧陶系頂部層位是馬五2或者馬五1段，底部層位是馬五4段。古風化殼的頂部和底部層位自西向東逐漸變新［9］。

蘇里格氣田東區下古生界儲層屬于奧陶系古潛臺向北部延伸的古斜坡之上。古斜坡包括次一級的地貌單元，有古臺地、古溝槽、古殘丘等。蘇里格地區古地貌總體上具有西高東低、北高南低的分布特征。其中，上覆石炭系沉積厚度＜10m的分布于西部及西北部一線，這些地區是由于地處高地貌部位而使得沉積地層保留厚度小；石炭系地層分布較厚的地區位于蘇里格地區的中東部及南部，主要為古溝槽發育地帶或者是喀斯特斜坡中一些相對比較低洼地帶。蘇里格東部溝槽系基本上呈東西向展布，之間為一些殘丘或者梁將其分割。在高地和溝槽或盆地之間的斜坡過渡帶（石炭系沉積厚度基本上在10～25m），主要是在大的喀斯特斜坡背景下的一些殘丘、洼地及溝槽末端。

實踐證明，馬五段的含氣面積受古風化殼斜坡上臺地、古殘丘、古溝槽的控制（圖7）。一般在古殘丘與古溝槽之間的過渡地帶是有利的含氣部位。這是因為，蘇里格地區下古生界氣藏的形成具有以下特點：馬五氣藏頂部為石炭系鐵鋁巖及泥質巖區域性封蓋；底部是馬五5厚層－塊狀致密石灰巖，或者是馬五－馬五小層致密的泥質云巖作為遮擋底板；側向上為古地貌溝槽充填物和成巖致密帶所封堵，從而為大面積圈閉提供了條件。

4 成藏規律與成藏模式

加里東運動末期，蘇里格地區奧陶紀時受“L”形中央古隆起影響，這種構造格局經加里東運動抬升暴露剝蝕時呈現喀斯特高地－喀斯特斜坡－喀斯特盆地的古喀斯特地貌，后來經燕山、喜馬拉雅運動改造遂成現在的面貌。正是位于古喀斯特斜坡上的溶蝕溝槽，后期上覆太原組、本溪組為區內最主要的源巖之一，直接覆蓋與侵蝕溝槽之上，有利于天然氣進入儲層，形成了上生下儲的有利生儲蓋組合，對于下古生界天然氣富集起到了重要作用（圖8）。

就蘇里格地區而言，氣藏主要賦存于潮上云坪、云灰坪微相中的白云巖中；就單個儲層單元來講，氣水分布表現為高海拔處為氣、低海拔處為水，屬常規的氣藏；縱向上氣層之上覆蓋著潮上泥云坪微相、潮間帶的泥云巖和灰巖，儲層之上覆地層的綜合封蓋能力也決定著氣的聚集。從古地貌上看，蘇東區塊為遭受剝蝕較強的古喀斯特發育區，區內古喀斯特殘丘、喀斯特溝槽區相對發育，地勢起伏較大，古喀斯特殘丘地層保存相對完整；古構造上總體為北西高、南東低，內部呈現波狀起伏；氣藏主要分布于鼻凹帶向兩側的鼻隆帶上傾和低幅背斜構造內；巖性為白云巖和灰質白云巖，屬于潮上云坪和灰云坪微相；主要產氣井均位于古喀斯特殘丘斜坡上。由此可見，馬家溝組頂部的古喀斯特殘丘對氣藏的形成具有重要意義。

根據氣藏剖面和試氣鉆井分布規律，可以總結出蘇里格氣田馬五段氣藏分布規律為（圖8）：喀斯特作用較為發育，古殘丘、古溝槽為主要微地貌單元類型，古殘丘內的白云巖、含膏云巖遭受淋濾，形成高溶蝕孔洞的儲層；風化剝蝕過程中對馬五段的溶蝕如果在殘丘的中部，不易遭受淋濾的部位，就不能形成溶蝕孔洞，則不利于儲層的發育，而殘丘兩側對于溶蝕作用最為有利；在古喀斯特的溝槽中，上覆的本溪組烴源巖深陷在古殘丘之間，在演化過程中，產生的油氣就近運移到古殘丘兩側的儲層中保存下來，并作為蓋層易于形成古地貌古喀斯特圈閉油氣藏。因此，古殘丘－古溝槽（洼地）之間的過渡地帶最有利于成藏，是下一步開發井位部署優選部位，也是今后蘇里格地區下古生界有利勘探方向。

圖7 蘇東48－42井區古地質地貌與氣藏分布規律Fig.7 Distribution of ancient geological features and gas pool of Well 48－42area in the east of Sulige

圖8 蘇里格氣田東區馬五段成藏模式示意圖Fig.8 Accumulation model diagram of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the east of Sulige

5 結論

通過上述研究與討論，認為蘇里格地區下古生界碳酸鹽巖氣藏主要為受古地貌、古喀斯特控制的地層－巖性圈閉氣藏。蘇里格氣田下古生界今后的有利勘探方向如下。

a.古殘丘－古溝槽（洼地）之間的過渡地帶最有利于成藏，是下一步勘探開發井位部署優選部位。

b.構造對研究區下古生界氣藏具有一定的作用和影響，部署井位時，應該選擇鼻翼和鼻隆部位。

d.由于下古生界氣藏為古喀斯特氣藏，因此，無論是縱向上層位選擇，還是平面上井位選擇，都應該首選喀斯特作用強烈發育地帶。

［1］王寶清，章貴松.鄂爾多斯盆地蘇里格地區奧陶系古巖溶儲層成巖作用［J］.石油實驗地質，2006，28（6）：518－522.

［2］何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣［M］.北京：石油工業出版社，2003.

［3］趙俊興，陳洪德，張錦泉，等.鄂爾多斯盆地中部馬五段白云巖成因機理研究［J］.石油學報，2005，26（5）：38－47.

［4］侯方浩，方少仙，董兆雄，等.鄂爾多斯盆地中奧陶統馬家溝組沉積環境與巖相發育特征［J］.沉積學報，2003，21（1）：106－112.

［5］姚涇利，趙永剛，雷卞軍，等.鄂爾多斯盆地西部馬家溝期層序巖相古地理［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2008，30（1）：33－37.

［6］何剛，盧濤，雷卞軍，等.靖邊氣田東側馬五＿（1－2）儲層成巖作用及孔隙演化［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（3）：18－26.

［7］鄭聰斌，王飛雁，賈疏源.陜甘寧盆地中部奧陶系風化殼巖溶巖及巖溶相模式［J］.中國巖溶，1997，16（4）：351－361.

［8］趙俊興，陳洪德，時志強.古地貌恢復技術方法及其研究意義［J］.成都理工學院學報，2001，28（3）：260－266.

［9］馬振芳，付鎖堂，陳安寧.鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼氣藏分布規律［J］.海相油氣地質，2000，5（1／2）：98－102.