靖邊氣田下古儲層巖溶作用差異性分析

王軍杰，王 旭，鄭海亮，黃偉民

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

靖邊氣田下古儲層巖溶作用差異性分析

王軍杰，王 旭，鄭海亮，黃偉民

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

儲層發育受沉積、成巖、構造運動等諸多因素影響。靖邊氣田下古氣藏屬古風化殼氣藏，儲集層主要受控于古巖溶作用。靖邊氣田主力氣層馬五段主要經歷了早表生期、裸露風化期、半裸露淺埋藏期，中深埋藏器、深埋藏器五期巖溶作用，這些作用互相疊加，形成了古風化殼巖溶孔洞儲集體。在這五期巖溶過程中，裸露風化期屬全開放的環境，馬五段地層與生物圈、大氣圈二氧化碳環境直接聯系，作用最為強烈，影響作用也最大。本文重點針對裸露風化期的巖溶作用特點及巖溶差異性對儲層發育的影響做以闡述，旨在尋找不同小層可能的儲層發育有利區。

風化殼氣藏；巖溶作用；儲層；有利區

1 靖邊氣田奧陶系裸露風化期巖溶特征

裸露期風化殼巖溶，是指碳酸鹽層因加里東運動的影響、長期暴露地表、大氣淡水滲入循環其中，伴隨風化殼形成而發育的巖溶。

這類古巖溶的形成和發育，跨越了加里東與海西早期的構造運動階段。該階段的古地貌格局，古地質特征及古水文環境對氣田西側裸露期巖溶的發育和分布具有決定性作用。

在裸露條件下。巖溶系統具有開放型特征，巖溶作用的動力因素主要是大氣淡水、溶入水中的CO2和可溶性巖層，主要影響因素是氣侯、水動力條件和含水介質結構。氣田西側奧陶系風化殼含膏白云巖巖溶層組在裸露期風化殼巖溶作用主要有溶解與交代、動力侵蝕與塌陷、沉積充填與膠結等作用過程。

巖溶發育條件的變遷和碳酸鹽巖的巖性與介質結構是巖溶形態組合的主要控制因素。氣田西側裸露期風化殼巖溶系統的主要特點：一是白云巖含水層具有孔隙—裂隙介質結構特征，溶質傳遞以滲流形式為主；二是地表條件下，巖溶介質中方解石的溶蝕速度大于白云石，差異性溶蝕作用顯著。在巖溶系統中水—巖作用以白云石晚于方解石達到平衡（飽和）為特征；三是白云巖系統的巖溶形態組合以小形態為主，多見蜂窩狀溶孔、小溶隙、溶縫，在巖層產狀較平緩的情況下，與膏巖互層或夾膏層的白云巖溶蝕系統，在巖性接觸面附近形成強巖溶發育帶，常有較大空間的溶洞、溶縫。同時硬石膏吸水膨脹，造成白云巖的裂隙化。且隨著石膏溶解遷出，易產生接觸面的崩塌使巖石的角礫化作用增強；白云巖含水層以慢速滲流為主，水流交替較緩慢，CO2源的輸入不暢，水對碳酸鹽巖的溶蝕容量有限。

依據巖芯觀察，并結合本區巖溶環境分析，裸露風化條件下區內的巖溶形態組合與發育特征如下：

（1）在古巖溶風化殼的近地表，普遍發育延伸較淺的溶溝或溶縫，一般0.2～2.0 m，巖芯觀察中見充填溶溝的最大深度為2.8 m（壓實后），后期埋藏受壓形成大小雜亂的角礫云巖層；

（2）晚期濕熱氣候條件下溶蝕、侵蝕作用造成了廣泛的夷平，古地貌形態總體平緩，高差小，垂向巖溶相對較氣田以東發育。

（3）石膏層和石膏結核的存在，增強了白云巖的巖溶化。其層狀分布特征也是造成本區巖溶層狀發育的主要因素之一。石膏層與白云巖接觸帶的順層巖溶化常形成較大的溶蝕空間，引起白云巖脹裂、卸荷破裂、崩塌、普遍產生膏溶角礫化，這是本區巖溶作用的重要特色（見圖1）。白云巖中的石膏結核溶蝕，不僅造成了巖石的孔洞化，而且增強了微裂隙的發育，如在馬五13和馬五41等石膏結核分布密度較大的巖層中，溶蝕孔洞率較高，而且連通性較好，溶孔之間有微裂縫相聯。

（4）地下淺部巖溶相當復雜，在地表下60～80 m范圍內，普遍發育各類巖溶建造巖和巖溶改造巖，其中以膏溶角礫巖、崩塌（填積）角礫巖、淀積灰泥巖、破（碎）裂白云巖、溶孔（斑）白云巖、次生灰巖等較為常見，一般相鄰井之間還可對比，可見其具有普遍性。在馬家溝組“千層糕”式的地層組合中，石膏優先溶解而導致上覆地層的失衡破碎是研究區古巖溶的主要特色。

（5）無論是地表巖溶還是地下巖溶，均以順層水平溶蝕為主要特征。

（6）在水流通暢、溶蝕空間較大的情況下以物理充填為主，充填物成分復雜，多為溶蝕殘余物（粘土、石英、磁鐵礦等）和巖屑、角礫及地表水沖積物等；在水流滯緩和微細孔隙、裂隙及溫度、壓力突變帶則以化學充填為主，充填物的主要礦物成分是方解石、石英及少量白云石。

（7）形成的巖溶孔縫充填物明顯具有淡水作用的特征；①淡水白云石：粉晶菱形，干凈明亮，犬牙狀，主要充填于孔洞下部；②淡水方解石：細粉晶、自形、半自形、犬牙狀，充填孔洞下部及裂縫、溶縫中；③高嶺石：微晶質粒狀，假六方片狀，一般成集合體。風化淋濾形成，多充填于孔洞的中上部；④石英：以復三方柱狀雙錐形態為主。呈馬牙狀充填于孔壁、洞壁，并與自形菱形淡水白云石、方解石、高嶺石等共生。

2 靖邊氣田前石炭系古地貌特征

巖溶古地貌是古巖溶與各類地質作用綜合作用的結果。其發育形態受古構造、古地質、古水文條件等多種因素制約，不同地貌形態對巖溶發育起著控制作用。所以研究巖溶古地貌特征及其分布規律，對掌握巖溶發育的空間分布和儲層特性有著重要意義。

據前人研究表明，加里東運動使氣田區全面抬升，遭受風化剝蝕，強烈的巖溶作用，靖邊氣田下古主要儲層的形成，是古巖溶長期作用的結果，儲層的發育程度受古地貌的控制。因此，研究前石炭紀巖溶地貌形態，特別是侵蝕溝槽的展布對于認識氣田儲層發育及高產富集區的控制因素十分重要。

通常在構造微弱、地層平緩的地臺區，恢復古地貌的方法主要依據印模法和殘厚法來完成。根據震資料的特點，利用奧陶系頂部侵蝕溝槽解釋成果、并結合馬五1＋2殘留厚度來恢復前石炭紀古地貌。

靖邊氣田古地貌總趨勢為西高東低，西部奧陶系剝蝕嚴重，馬五1+2地層殘留厚度小，下古出露層位老，而東部奧陶系殘留厚度大，下古出露層位老保層位新。古地貌顯示，下古層位保存基本齊全，局部區域發育馬六地層，大范圍內下古出露馬五11、2地層。

靖邊氣田下古儲層為巖溶性儲層，古地貌是控制巖溶作用的主要因素，因此研究前石炭紀巖溶古地貌形態及劃分地貌單元對于井位部署具有重要意義。

多方法綜合評價前石炭紀古地貌形態，根據巖溶地貌形態，將靖邊氣田巖溶地貌劃分為巖溶臺地，巖溶斜坡、巖溶洼地、巖溶殘丘、溝槽、潛坑等6個地貌單元。

古臺地奧陶系頂部出露層位大多為馬五11或馬五12，且分布穩定，連片性強，巖溶作用強烈，儲層溶蝕孔洞呈層狀分布，孔洞具半充填的示頂底構造為特征。古殘丘為古巖溶斜坡上相對孤立且地勢高差較大、分布較小的古高地，呈近似丘狀地形，奧陶系頂部層位為馬五1或馬六段。古洼地為古巖溶斜坡上相比周圍高程略低，且呈孤立狀分布的地區，主要分布于古巖溶斜坡之外側，由于缺乏主力產層，整體含氣性偏差。古溝槽為古臺地邊緣古地表經受強烈侵蝕、溶蝕而形成的樹枝狀、長條狀低洼地帶。

3 巖溶差異性研究及古巖溶地貌對天然氣富集的影響

3.1 巖溶差異性

靖邊氣田下古儲層的巖溶差異主要表現在水平差異和縱向差異。水平差異具體表現在同一小層，儲層非均值性強，尤其馬五4小層在靖邊氣田大面積分布但儲層只在氣田西側陜231和陜181井區集中發育?？v向巖溶差異表現在，同一口井個別層段發育而其它層段不發育。

分析認為水平方向的巖溶差異受以下幾個因素影響：

（1）風化剝蝕強弱程度，靖邊氣田古地貌西高東低，因此西部的風化剝蝕比東部強烈，風化剝蝕深度比東部也深。前人研究表明，古風化殼的厚度自西向東逐漸減薄，西部80 m，東部50 m，平均70 m。這就使得西部更深的地層接受溶蝕改造而發育成儲層。

表1 靖邊氣田古巖溶地貌單元劃分

（2）古構造影響，靖邊氣田的古構造是東傾單斜，這就使西部地層抬升，更老的地層進入溶蝕帶接受溶蝕帶接受溶蝕改造。這也就是馬五41，甚至馬五5（馬五41、馬五5相對中部主力氣層馬五13老）等氣層在西部出現的原因。

（3）古地貌影響,巖溶臺地和巖溶斜坡在裸露風化期，環境更為開放，與水及二氧化碳的作用更強烈，且溶解物質極易被帶走，所以巖溶臺地和巖溶斜坡區的儲層較為發育。

（4）巖性差異，古風化殼的發育程度與奧陶系頂部地層巖性密貼相關，白云巖分布區，古巖溶作用強、分化深度大、范圍廣。而灰巖區，古風化殼發育程度低，局部巖溶。究其原因，是因為白云巖的透水性好于灰巖。灰巖的溶解度大于白云巖，但是構造穩定，泥灰晶灰巖致密，裂縫、空隙貧乏。而準同生白云巖在白云巖化的過程中已形成晶間孔和干縮縫隙，因此具有一定的透水性，也就具備了巖溶的基本條件。

垂直方向的巖溶差異性主要有如下幾種原因：

（1）巖溶作用的本身垂直分帶性，表生巖溶作用一般垂向上劃分三帶：垂直滲流帶、水平潛流帶、深部緩流帶，一般說來垂直滲流帶和水平潛流帶溶蝕作用較強。

（2）小層巖性差異，除灰巖和白云巖的差異外，就是在一口井中，同是白云巖地層且處同一巖溶垂相帶，但是巖溶作用也不同。原因有二，一是白云巖的純度，二是石膏含量。白云巖純度越高，石膏含量越大巖溶作用就越強烈。

3.2 古地貌對天然氣富集的影響

高產氣井一般分布在巖溶臺地和巖溶斜坡有利巖溶地貌帶，而巖溶洼地一般為低產氣井分布區，區內巖溶殘丘零星分布。溝槽為古臺地邊緣地表受強烈侵蝕、溶蝕而形成的樹枝狀、長條狀低洼地帶，是區域背景下水流溶蝕沖刷形成的負向地貌單元。主溝槽溝長15～55 km，溝寬 1～3.5 km，最大切割深度 25～40 m，最深切割層位可達馬五33。支潛溝為古溝槽向古臺地區的延伸部分，發育規模較小，溝寬一般1～3 km，溝長3～15 km，最大切割深度20～30 m，切割層位為馬五14～馬五2。靖邊氣田主溝槽一般自東向西延伸（目前自南向北發育16條主溝槽），并且在主溝槽兩側有多條支溝向外部延伸，使得靖邊氣田古地貌變得極為復雜，給鉆井帶來較大的風險。但溝槽附近區域一般儲層受到強烈的溶蝕改造儲層物性一般都較好，通常在溶蝕溝槽附近出現較多的高產氣井。侵蝕坑是巖溶臺地分布有大小不等的侵蝕坑，最大切割深度5～15 m，切割層位為馬五13～馬五14，一般侵蝕坑在地震上顯示不明顯，地質上也較難識別，因此在周圍一口井在鄰井氣層鉆遇較好的情況下地層存在缺失的情況。

如圖3所示，古巖溶斜坡是天然氣聚集的最有利區。

4 結論

（1）鄂爾多斯盆地奧陶系古風化殼形成階段，裸露風化期屬全開放的環境，馬五段地層與生物圈、大氣圈二氧化碳環境直接聯系，作用最為強烈，影響作用也最大。

（2）靖邊氣田馬五儲層水平方向的巖溶差異受風化剝蝕強弱程度、古構造、古地貌、巖性差異等方面的影響。

（3）靖邊氣田馬五儲層垂直方向的巖溶差異性主要受巖溶作用的本身垂直分帶性和垂相巖性差異影響。

（4）靖邊氣田奧陶系古地貌單元中古巖溶斜坡是天然氣聚集的最有利區。

[1] 鄭聰斌，等.鄂爾多斯盆地西緣古巖溶洞穴特征[J] .天然氣工業，2005，（4）:59-62.

[2] 鄭聰斌，等.鄂爾多斯盆地東部奧陶系儲層特征及控制因素[J] .天然氣工業，2004，（6）：42-47.

TE311

A

1673-5285（2012）07-0038-04

2012－04-03

王軍杰，長慶油田公司第一采氣廠地質研究所工程師，從事開發地質工作。