大牛地氣田奧陶系風化殼儲層特征及發育控制因素研究

吳永峰，雷 濤，劉緒鋼，歸平軍

(中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006)

大牛地氣田奧陶系風化殼儲層特征及發育控制因素研究

吳永峰，雷 濤，劉緒鋼，歸平軍

(中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006)

在巖心及薄片觀察鑒定、物性特征分析基礎上，重點研究了大牛地氣田奧陶系風化殼儲層特征及發育控制影響因素。研究表明：儲層主要為泥微晶-細粉晶白云巖、巖(膏)溶角礫狀白云巖和顆粒白云巖3類；儲滲體主要有4種類型：晶間孔隙型、溶蝕孔(洞)型、裂縫-孔洞型以及裂縫型，其中孔隙型儲層最為發育，溶蝕孔(洞)型、裂縫-孔洞型儲層次之，純裂縫型儲層相對較少；儲層孔隙度主要分布范圍小于4%，滲透率主要分布范圍(0.01～0.32)×10-3μm2，為低孔-低滲致密儲層。研究區下古生界奧陶系風化殼儲層主要受沉積和古巖溶作用的控制，在奧陶系頂部形成了大量溶蝕孔、洞、縫，形成了碳酸鹽巖巖溶儲層。

大牛地氣田；儲層特征；孔隙類型；巖石學特征；奧陶系；風化殼

鄂爾多斯盆地奧陶系以碳酸鹽巖為主，在盆地中部已發現靖邊整裝巖溶風化殼大氣田，地質儲量近5 000×108m3[1]。大牛地氣田構造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部(圖1)，成藏條件和靖邊氣田相似，下古生界奧陶系地層保存較好[2]，具備優質儲層形成的物質基礎。目前鉆至下古生界奧陶系內的多口井試氣效果良好，其中PG18井試獲無阻流量18.01×104m3/d的高產氣流，顯示出氣藏良好的勘探開發前景。因此，需要開展大牛地氣田奧陶系風化殼氣藏研究，特別是系統全面研究儲層特征與發育控制因素，對深入認識風化殼氣藏有重大意義。本文通過大量巖心分析資料和測井數據，從儲層巖石學特征入手，研究儲層孔隙及物性特征，進而分析儲層的發育控制因素，為下一步的勘探開發提供地質依據。

1 區域地質

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組沉積期[3]，盆地經歷了三次大的海退-海侵，構成了馬家溝組六個大的地層巖性段。加里東運動晚期盆地整體抬升，使奧陶系碳酸鹽巖遭受了長達150 Ma的風化剝蝕、雨水沖刷及化學溶蝕、淋濾作用，形成了特殊的古巖溶地貌，使得風化殼頂面具有顯著的喀斯特地形特征，在地表沿溪流、河道形成的溶蝕溝槽，以及地下滲流區、潛流區和塌陷區的巖溶作用共同作用下，馬五段頂部形成了大量的溶蝕孔、洞、縫系統，為奧陶系風化殼氣藏的形成提供了良好的儲集空間[4]。

勘探開發表明，大牛地氣田位于巖溶古地貌高地與臺地接合處[5]，馬五1-馬五3段地層均受到不同程度剝蝕，馬五4、馬五5亞段雖受到了巖溶作用的影響，但地層保存較全。研究區北部為巖溶臺地(高地)，出露層位為馬五3，中部及南部為巖溶斜坡，發育一系列的巖溶溝槽及殘丘，溝槽的展布以南北向和北西-南東向為主，與區域溝槽的分布基本一致，溝槽出露地層主要為馬五3，而殘丘出露層為馬五1和馬五2(圖1)。

2 儲層巖石學特征

通過巖心觀察與薄片鑒定，大牛地氣田馬五1-馬五3段主要為泥微晶-細粉晶白云巖、巖(膏)溶角礫狀白云巖和顆粒白云巖三類。

(1)泥微晶-細粉晶白云巖。該類巖石為潮上、潮間灰巖受白云石化作用形成的微-粉晶白云巖，微晶白云巖具有微晶結構，水平紋層較發育，局部可見重結晶現象，晶間孔隙較為發育，主要于馬五1+2、馬五5段發育。

(2)巖(膏)溶角礫狀白云巖。由膏溶、巖溶作用而形成的次生角礫巖，原巖多為泥微晶灰巖，角礫大小懸殊，一般為毫米級至厘米級，大者可達數十厘米，巖石中發育礫間孔、洞和網狀裂縫，彌漫性孔隙較多，儲集性能中等。該類巖石類型主要發育馬五1+2段。

圖1 研究區位置及前石炭紀古地質圖

(3)顆粒白云巖。具殘余顆粒結構的晶粒白云巖，殘余顆粒以砂屑為主，該類巖石主要由砂屑灰巖、生物碎屑灰巖經云化和重結晶作用轉化而來，沉積于相對較深水的高能環境中，如潮間帶，馬五1+2、馬五4段發育。

綜上，大牛地氣田風化殼馬五1-馬五4段有利儲層以巖性較純的白云巖發育為主，微-粉晶白云巖和細晶白云巖為主要儲集巖相類型，馬五5段儲層包括灰巖白云化形成的細粉晶白云巖或灰質白云巖及裂縫泥晶灰巖。

3 儲層孔隙及物性特征

3.1 儲集空間類型

通過對研究區巖心觀察以及鑄體薄片鑒定結果分析得知，大牛地氣田奧陶系風化殼馬五段儲層在早成巖期、表生成巖期等多次成巖作用的疊加改造下孔、洞、縫都較為發育，主要孔隙類型有：晶間孔、晶間溶孔，溶洞、構造裂縫、溶縫、等。

3.1.1 孔隙

研究區的白云巖儲層孔隙類型主要包括晶間孔、晶間溶孔、膏模孔以及溶孔[6]。

晶間孔：研究區晶間孔形成于白云石化不同成巖階段，馬五2準同生階段白云石化形成的晶間孔較小，通常發育在泥微晶白云巖、細粉晶白云巖中，并常伴有交代不徹底的灰質。而重結晶作用所形成的晶間孔明顯較大，主要發育于馬五5段細、粉晶白云巖中，孔徑一般介于0.01～0.50 mm，晶間孔面孔率一般在3%～14%，是研究區白云巖儲層的一種重要儲集空間。

晶間溶孔：是晶間孔或晶間膠結物被溶蝕擴大所形成的孔隙。此類孔隙在研究區比較發育，形態因溶蝕而不規則，孔徑相對變化較大，一般在0.02～0.80 mm，面孔率為0.1%～7.5%?？臻g分布不規則，其分布形態為分散狀，或順層密集分布。晶間溶孔為馬五2段主要儲集空間類型。

膏?？祝菏前自茙r中的石膏晶體或石膏結核被選擇性溶蝕后形成的孔隙。石膏晶體受選擇性溶蝕所形成的晶模孔常呈板條狀，主要發育于馬五1頂部泥微晶白云巖中，以半充填和充填狀態為主，這些孔隙相對獨立，缺乏良好的聯通通道，對儲集性影響不大。

溶孔：地層出露地表后，在大氣淡水淋濾下溶蝕形成的孔隙，溶孔大小不一，直徑一般0.05～2.00 mm，其形狀呈不規則狀。研究區溶蝕孔隙十分發育，以沿晶間孔隙或晶體接合面滲透溶蝕為主，溶孔形狀相對比較均稱，主要呈圓形、橢圓形，發育強烈時可呈蜂窩狀。溶孔是研究區白云巖儲層發育最為重要的孔隙類型之一，面孔率0.5%～13%。

3.1.2 溶洞

溶洞是指直徑在2 mm以上的孔隙，研究區馬五段白云巖溶洞一般形成于古巖溶發育階段，主要由表生期巖溶作用和埋藏期巖溶作用形成。巖心薄片研究觀察發現研究區內溶洞見方解石充填，被完全充填的溶洞對儲集性貢獻不大，僅反映成巖演化過程。早期溶洞的充填殘余洞，具備一定的儲集空間，對白云巖儲層發育有重要影響。

3.1.3 裂縫

風化殼馬五段儲層微裂縫較為發育，按照成因可細分為溶縫、構造縫兩類。

溶縫：指受構造抬升后，淡水流體沿地層裂縫滲流過程中，對其運移通道不斷溶蝕擴大而形成的溶蝕通道。在研究區溶蝕發育的區域，溶縫寬度最寬可達數十毫米；鉆井巖心可見該溶縫兩側的巖石具明顯的溶蝕跡象。馬五1+2段為溶縫最為發育層段，鏡下觀察，溶縫目前多被方解石、泥質等充填或半充填，局部偶見未充填。

構造縫：其形成與構造力作用有關。薄片觀察，偶見構造縫切穿白云石晶粒、方解石脈、縫合線現象。研究區內構造縫存在部分半充填、未充填，這些沒有被完全充填的縫隙很多為有效縫，對儲層儲集性改善具有一定的作用。

3.2 儲滲體類型

“儲滲體”主要是指碳酸鹽巖地層中某一地層或巖性邊界為限的具有統一孔滲系統的獨立儲集體，“儲滲體”可由某種單一地質作用形成，也可以是多種地質成因的綜合儲集體。研究區儲滲體可以劃分為晶間孔隙型、溶蝕孔(洞)型、裂縫型、裂縫-孔洞型[7]，本文主要對儲集空間成因類型、物性特征及其發育規律進行探討，明確各類儲滲體的測井響應特征，總結孔隙類型在層位上、區域上的差別及其空間分布(表1)。

3.2.1 晶間孔隙型

主要為晶間孔及晶間微孔、晶間溶孔。晶間孔一般是粉晶白云石化、重結晶作用、交代方解石脈、交代泥微晶白云巖、粉晶白云巖形成的。微孔一般是泥微晶白云巖內白云石晶間孔，白云化過程中泥微晶白云巖內形成的微孔隙。該類儲層物性孔隙度較好，一般1%～5%，滲透率一般小于1×10-3μm2，是主要的儲層類型。電性特征表現為低伽馬，三孔隙度測井均反應出孔隙發育的特征，低電阻，且光滑有較小幅差(表1)。該孔隙類型在馬五5中最為常見，其次是馬五4以上地層。

表1 大牛地氣田奧陶系馬五段儲集體分類

3.2.2 溶蝕孔(洞)型

主要發育在(含)膏質白云巖中，少量存在于次生灰巖中，如D13井井深2 849.2 m(馬五13)處7 cm的巖心上見大小孔洞縫13個，其中最大一個晶洞約5 cm，洞深4 cm，其它的2～5 cm。該類儲層主要發育在風化殼的頂部，儲集物性較好，孔隙度可達10%左右，滲透率大于1×10-3μm2，為該地區風化殼儲層的重要儲集類型。

溶蝕孔(洞)型儲層的電性特征與晶間孔隙型較為相似，唯一的差別是電阻率呈現齒化，這是由于(含)膏質白云巖中石膏含量的非均質性強，縱向變化較快，而且石膏在溶解過程中，體積增大，形成大量的微裂縫，最終導致電阻率呈現齒化(表1)，該類型儲層在馬五1和馬五2中最為常見。

3.2.3 裂縫型

該地區馬五地層發育的裂縫基本是高角度裂縫及網狀縫，裂縫大部分被充填，多為溶蝕縫，偶見構造縫。該類儲層的物性表現為高滲透率，最高可達到100×10-3μm2，孔隙度分布范圍較大(1%～10%)，即裂縫對滲透率的貢獻大，對孔隙度的影響不是很明顯。所分析的138塊樣品中有13塊樣品有裂縫存在，基本被充填，孔隙度范圍為0.63%～7.05%，平均值2.97%，滲透率范圍(0.776～102.98)×10-3μm2，平均值為18.75×10-3μm2。D29井井深2 827.81 m(馬五5)巖心中的構造縫基本被充填，巖心孔隙度為0.63%，滲透率19.805×10-3μm2，表明在致密的巖石中即使發育少量裂縫，對滲透率都有很大的改善。裂縫型儲層的電性特征是聲波發生跳躍而電阻減低，深淺電阻率明顯存在幅差(表1)。純裂縫性儲層在馬五5灰巖中較為發育，其它層段中相對較少。

3.2.4 裂縫-孔洞型

地層也經常出現上面三種儲層類型的組合，即孔隙型及溶蝕孔洞型儲層中有裂縫存在，構成裂縫-孔洞型儲層，這類儲層類型為儲集性好的儲滲體，儲集物性一般為孔隙度中-高、滲透率較高的特點。如D30井井深3 022.06 m(馬五52)樣品中發育一條微裂縫部分被充填，巖心的孔隙度6.29%，滲透率35.11×10-3μm2，測井孔隙度為7.98%。

裂縫-孔洞型儲層的電性特征是自然伽馬低，裂縫和孔洞的存在導致中子值變化不大而聲波時差明顯增加、電阻率較低且存在小幅差(表1)。裂縫-孔洞型儲層在馬五5及以上地層較為常見。

3.3 儲層物性

根據大牛地馬五段物性數據的統計，孔隙度分布范圍為0.1%～14%，平均值2.59%，主要分布區小于4%；滲透率分布范圍為(0.0035～102.98)×10-3μm2，平均值0.9×10-3μm2，主要分布區間為(0.01～0.32)×10-3μm2，其中92%樣品的滲透率值小于1×10-3μm2，而滲透率很高的樣品主要受巖樣中裂縫的影響。總體上表明馬五段儲層為低孔、低滲致密儲層(圖2)。

圖2 大牛地氣田奧陶系風化殼儲層孔、滲頻率分布

孔隙度與滲透率的關系一般呈正相關，若相關性差別大，反映了儲層孔隙類型的影響。由于風化殼儲層孔隙類型多樣性，不同的孔隙類型具有不同的孔、滲關系，其結果導致了整個風化殼儲層孔隙度、滲透率關系很差(圖3)。進一步對所測試樣品的孔隙度、滲透率關系分析可知：①滲透率大于1×10-3μm2的樣品均有裂縫存在，裂縫對滲透率的影響明顯，對孔隙度的影響不大。②孔隙度很低(小于2%)，但滲透率較高((0.1～1.0)×10-3μm2)，原因可能是晶間溶孔、溶蝕孔的溶蝕作用及石膏溶解形成的微裂縫改善了孔隙喉道大小，使得滲透率明顯增大，而孔隙度基本沒有變化。③孔隙度大(大于8%)，滲透率大((1～10)×10-3μm2)，物性相當好，溶蝕孔發育，極大的改善了儲層的滲透性[8-9]，為溶孔、溶洞型儲層。

圖3 大牛地氣田馬五段孔滲相關性分布

4 儲層發育控制因素分析

依據前人對風化殼儲層發育控制因素的大量研究[3-10]，結合研究區的巖心、薄片、測井等資料，明確了奧陶系儲層發育控制的兩個主要因素：即沉積環境是儲層形成的基礎，古巖溶作用控制儲層孔隙的發育。

4.1 沉積環境對儲層的控制

研究區馬五段沉積環境主要以臺地相沉積環境為主[8]，其中馬五1+2亞段形成于陸表海局限臺地相沉積環境，廣泛發育潮上帶沉積，潮上帶沉積以膏云坪、含膏云坪、云坪、泥云坪微相為主。在研究區馬五1+2段發育的膏云坪、含膏云坪為十分重要的微相類型，巖石類型以淺灰色膏質云巖、含膏質云巖為主；該微相在后期的溶蝕作用影響下，能形成大量的膏溶孔洞，成為該層段主要的儲集類型之一，對白云巖儲層的發育意義重大。云坪微相巖性主要為泥-粉晶白云巖，偶見細晶白云巖，在大氣淡水淋濾作用影響下能形成大量的晶間溶孔以及一些淋濾管道和溶蝕縫、洞，有利于儲層儲集性發育。泥云坪微相在研究區內發育較少，且儲集性也相對較差，通常泥質含量較高，且晶體顆粒較細；巖性組成以泥質泥微晶白云巖、泥質粉晶微晶白云巖為主；溶蝕作用，特別是埋藏古巖溶對泥云坪微相影響相對較弱，在研究區內儲集空間主要為微構造裂縫、晶間孔。

馬五5段屬開闊海臺地相潮下靜水環境，主要發育潮下灰坪微相，巖性組成上以深灰、灰黑色泥微晶灰巖為主，通過巖心、薄片觀察可見，在表生期馬五5亞段泥微晶灰巖局部白云石化，形成粉-細晶云巖。此類云巖晶徑一般為0.05～0.1 mm，多為自形-半自形結構，晶間孔發育，為研究區白云巖儲層的重要層段。

4.2 古巖溶作用對儲層的控制

加里東運動末期，鄂爾多斯地區整體抬升，遭受長達1億多年的風化剝蝕，在奧陶系頂面形成溝壑縱橫、槽臺相間(侵蝕溝槽與巖溶臺地相間分布)的巖溶古地貌特征[7-8]。受當時西高東低古構造格局影響，由西向東依次發育巖溶臺地、巖溶階地、巖溶盆地等古地貌單元，奧陶系頂面巖溶作用強度具有由西向東依次減弱的特征。研究區因主體處于巖溶臺地-巖溶斜坡區，馬五1-馬五2地層部分被剝蝕，巖溶作用強度也較大，在馬五13、馬五21等(有利孔隙發育的)含膏云坪相帶形成的沉積層段中形成較好的有效孔隙層段。馬五1+2段古巖溶作用控制儲層孔隙發育，古地貌高的臺丘和斜坡區地層保存好，淋濾溶蝕作用充分，易于形成優質儲層。儲層主要分布在中北部、中部、南部以及東南部區域；中北部D106井區-E5井區面積相對較大，屬于整體巖溶，白云巖厚度平均在3.5 m以上，且厚度分布相對均勻；中下部D11井區-D24井區白云巖分布面積稍小，南部D62井區-D66井區位于南部的溝槽之間，白云巖平均厚度大于2 m。

5 結論

(1)大牛地氣田風化殼馬五1-馬五4段以微-粉晶白云巖和細晶白云巖為主的儲集巖相類型，馬五5段儲層以灰巖白云化形成的白云巖或者灰質白云巖及裂縫泥晶灰巖為主。

(2)儲層主要孔隙類型為晶間孔、晶間溶孔、溶洞、構造裂縫、溶縫等。按照儲集空間類型及組合特征儲滲體可分為晶間孔隙型、溶蝕孔(洞)型、裂縫-孔洞型和裂縫型四種，其中孔隙型儲層最為發育，溶蝕孔(洞)型、裂縫-孔洞型儲層次之，純裂縫型儲層相對較少。

(3) 研究區儲層孔隙度主要分布小于4%， 滲透率分布區間在(0.01～0.32)×10-3μm2，整體具有低孔低滲致密儲層特征，且孔隙類型的多樣性導致了整個風化殼儲層孔隙度、滲透率相關性差。

(4)儲層發育受到沉積環境、古巖溶作用的控制。馬五1+2段潮上帶膏云坪、含膏云坪沉積的淺灰色膏質云巖、含膏質云巖在后期的溶蝕作用影響下，能形成大量的膏溶孔洞，成為該層段主要的儲集類型；馬五5段為潮下靜水環境的深灰、灰黑色泥微晶灰巖，在表生期馬五5亞段泥微晶灰巖局部白云石化，形成粉-細晶白云巖或灰質白云巖儲層。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)03-0001-05

2015-02-15

吳永峰，1985年生，2009年畢業于西南石油大學資源勘查專業，現從事氣藏開發地質研究。

國家重大專項“鄂爾多斯盆地大牛地致密低滲氣田勘探開發示范工程 ”(2011ZX05045)資助。

TE112.23

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