大牛地氣田奧陶系馬五7亞段儲集空間類型及成因

李依林

（成都理工大學能源學院，四川 成都 610059）

鄂爾多斯盆地古生界天然氣資源豐富，下古生界資源量達2.36×1012m3，但探明儲量僅6.50×1011m3，探明率較低[1-3]。下古生界奧陶系馬家溝組馬五段鹽下層具有良好的勘探前景，上覆煤系烴源巖具有較大生烴強度，在燕山期構造反轉中大牛地地區為油氣運移指向區[4-5]。近期馬五段鹽下層獲得突破，大牛地氣田D1-519井于馬五6-10亞段獲日產無阻流量2.30×104m3。但目前由于鉆井較少，對于馬五段鹽下層儲層發育程度和儲集空間的成因尚不明確，影響了下一步勘探部署。

鄂爾多斯盆地馬家溝組目前已發現的氣藏儲層主要以巖溶風化殼為主，其次為靖西地區馬五5亞段白云巖巖性氣藏[6]。這類白云巖巖性氣藏主要儲集空間為晶間孔、晶間溶孔、粒間孔、殘余粒間孔、裂縫、膏模孔、微裂縫、溶縫及溶洞等[6-8]。鄂爾多斯盆地經歷了加里東期及海西期兩期構造運動，盆地基底經歷了抬升-剝蝕-穩定沉降，形成了復雜的裂縫系統，部分地區白云巖儲層中裂縫發育[9-11]。由于構造運動及多期巖溶作用的影響，馬家溝組地區形成了孔、洞、縫共存的儲集空間；但受到多次充填及壓實作用的影響，部分儲集空間被破壞。總體上，馬家溝組儲層發育的影響因素較多，形成原因較為復雜[11-13]。

本文擬利用大牛地氣田巖心分析、錄井資料和測井資料對馬五段鹽下主要潛力層馬五7亞段的儲層巖石類型和儲集空間發育特征進行研究。通過成巖作用序列的建立來明確有效孔隙與裂縫的成因，并建立孔隙演化模式，為深化勘探開發提供依據。

1 地質背景

鄂爾多斯盆地現今構造形態為軸部位于天池-環縣南北的狹窄地帶，西翼窄而陡，東翼寬且緩的不對稱向斜，西傾大單斜為其主體[14]。大牛地氣田處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段（圖1），總體為北東高、南西低的平緩單斜，區內構造和斷裂不發育，局部發育鼻狀隆起，未形成較大的構造圈閉[15]。盆地的構造演化主要可分為中新元古代坳拉谷盆地發育階段、古生代穩定克拉通盆地發育階段、中生代內陸坳陷盆地疊加發育階段及新生代周邊斷陷盆地發育階段四個階段[16-18]。在整個古生代，鄂爾多斯盆地以整體升降為主，構造運動較為簡單，處于大型克拉通盆地穩定發育期，到了中奧陶世后期構造活動才開始趨于頻繁。奧陶紀時，盆地主要發生的構造運動為中奧陶世末期和晚奧陶世末期受加里東運動影響的兩次構造抬升[19-22]。中泥盆世末發生的海西運動繼承了加里東運動的抬升與風化剝蝕，導致志留系、泥盆系及部分奧陶系地層缺失，直至晚石炭世才沉積了一套海陸過渡相地層。在加里東期至海西期之間的構造抬升致使盆地內馬家溝組經歷了較強的巖溶作用[23-25]。

圖1 大牛地氣田構造位置與研究區內主要井位展布

根據前人研究，鄂爾多斯盆地奧陶系沉積環境為陸緣海，以碳酸鹽巖沉積為主，主要為淺水碳酸鹽巖臺地相[26-27]。馬家溝組沉積時期是鄂爾多斯盆地奧陶紀海相沉積層形成的主體時期，海侵-海退旋回明顯發育，形成碳酸鹽巖與蒸發膏鹽巖交替發育的局限海臺地相沉積序列[28]。馬家溝組自下而上根據巖性可劃分為六個段，馬一段、馬三段和馬五段沉積時期為海退期，馬二段、馬四段和馬六段沉積時期為海進期[26-30]。大牛地地區馬五段沉積相以局限臺地白云巖為主，受海平面周期性下降以及古干旱氣候的影響導致部分地區發育海水濃縮成因的膏鹽沉積[2，28]。根據測井響應及巖性特征將馬五段劃分為馬五1-馬五10十個亞段（圖2），其中馬五7亞段處于短暫海侵期，主要發育膏質白云巖和及少量灰巖[2，6，12，21，26]。

圖2 大牛地氣田馬家溝組地層剖面

2 巖石學特征

研究區奧陶系馬五7亞段主要以白云巖為主，局部發育膏巖，含少量灰質云巖及灰巖，屬于典型的蒸發環境。巖心表面可見泥云-膏云互層現象，并可見部分早期的膏模孔被白云石及方解石充填或半充填。白云巖中未見生物擾動現象。根據X射線衍射分析（表1），研究區內馬五7亞段白云石含量較高，白云石平均含量為94.5%，方解石及石膏含量較少；同時，還存在極少量來自于陸源的石英和長石。

表1 大牛地氣田馬五7亞段巖石礦物組成 %

白云巖以晶粒結構為主，自形程度較好，晶粒粒度普遍小于0.10 mm。主要發育泥晶白云巖、粉晶白云巖，混有少量的粉-細晶及細晶白云巖。根據鏡下觀察，樣品中粒徑達到粉晶以上的白云巖僅占15%。除晶粒白云巖外，馬五7亞段偶見含鮞粒白云巖。膠結物主要為鈣質膠結，另含少量泥質。

3 儲集空間類型及特征

基于D81井和D124井兩口取心井分析測試結果，大牛地氣田馬五7亞段發育低孔低滲-特低滲儲層，孔隙度為0.64%～7.38%，平均值為3.53%，滲透率為0.182×l0-3～6.106×l0-3μm2，平均值為1.730×l0-3μm2（表2）。總體來講孔滲較低，但在橫向上孔滲差異較大，位于研究區西南部的D124井馬五7亞段儲層孔滲明顯高于東部的D81井。

表2 大牛地氣田馬五7亞段巖石孔隙度和滲透率

馬五7亞段儲集空間主要包括裂縫（溶縫）、晶間孔、晶間溶孔、膏膜孔及殘余粒間孔五種類型。其中主要為晶間孔、晶間溶孔及裂縫，膏模孔及殘余粒間孔發育較少（圖2）。局部地區出現溶洞，但數量較少，鏡下未見明顯溶洞發育，僅在巖心上可見。橫向上研究區西部D124井及D48井溶蝕較強，東部D81井及D126井未見明顯溶蝕。

圖2 大牛地氣田馬五7亞段儲集空間類型

裂縫主要發育在泥晶白云巖及粉晶白云巖中。薄片下可見較多構造裂縫發育，縫寬通常小于0.02 mm，少量裂縫受溶蝕作用改造。裂縫型儲集空間約占總孔隙度的25%，局部被瀝青及方解石充填或半充填，方解石膠結物主要發育于研究區東部。部分地區裂縫受到一定的溶蝕改造。

晶間孔是研究區內主要孔隙，大多發育于自形程度較高、晶粒較大的粉晶白云巖或粉-細晶白云巖中。其平均孔隙度為2.10%，約占總孔隙度的一半，孔徑為0.02～0.10 mm，通常差異較大，受溶蝕作用改造形成晶間溶孔并與原生孔隙組成良好的儲集空間。但由于局部地區溶蝕作用較弱，對儲層改造不明顯，導致晶間溶孔與晶間孔的區分實際上沒有一個嚴格的標準，所以本文僅將出現大面積溶蝕現象的孔隙劃分為晶間溶孔。在D124井中晶間溶孔發育，對儲集空間有較大貢獻，但在D81井的5塊樣品中及D48井樣品中均未見到任何大面積溶蝕現象，推測是部分地區未受溶蝕作用或溶蝕強度較小。由于統計了未受巖溶作用的樣品，晶間溶孔平均面孔率較低，僅為0.80%。

溶蝕作用不僅形成溶縫及晶間溶孔，還會形成膏膜孔。膏模孔通常是由于大氣水的淋濾作用導致石膏被溶解而形成，一般孔徑較大但連通性較差，很難單獨形成良好儲層。根據觀察發現研究區內膏模孔部分被充填破壞，邊界形狀大多不規則。在馬五7亞段薄片中發現的膏模孔較少，平均面孔率小于0.10%，但在取樣巖心上可發現大量膏模孔。

此外，研究區內還發現少量殘余粒間孔，殘余的顆粒結構不是十分明顯。殘余粒間孔通常是由粒間孔經壓實及膠結作用改造形成，在馬五7亞段不發育，孔徑通常小于0.10 mm，但孔隙間連通性較好，可與晶間孔或晶間溶孔組成有效儲集空間。

4 儲集空間成因

4.1 白云石化作用

研究區大部分白云巖呈晶粒結構，粒度較小，多為泥晶或粉晶白云巖，屬于滲透回流成因，其晶間孔發育程度相對較差。也存在部分晶粒較大的粉-細晶白云巖及細晶白云巖，這類白云巖中白云石有序度較高，大多在0.90以上，平均值為0.93，主要為淺埋藏成因。根據鏡下觀察結果（圖3），可以看到白云巖晶間孔發育明顯優于其他巖性，而晶間孔面孔率較高的樣品普遍來自埋藏成因的粉-細晶白云巖，因此判斷淺埋藏白云石化對于晶間孔的大量發育更加有利。

圖3 大牛地氣田馬五7亞段樣品巖性及晶間孔面孔率

4.2 溶蝕作用

晶間溶孔、膏模孔及溶縫的形成都與巖溶作用有關。通常根據成巖期將巖溶作用劃分為準同生巖溶，埋藏巖溶及表生巖溶（風化殼巖溶）三種，其中未見異形礦物等明顯埋藏巖溶標志。根據碳氧同位素特征，奧陶紀海水的穩定同位素值δ13C為-2.0%～+0.5%，δ18O為-6.6%～-4.0%[31]。本次共選取馬五7亞段8塊樣品進行同位素測試，δ13C為-1.21%～0.19%，平均值為-0.38%；δ18O為-7.4%～-6.51%，平均值為-6.94%（表3）；其中碳同位素處于正常值，氧同位素偏負。分析認為馬五7亞段存在淡水溶蝕作用，由于巖溶作用不夠強烈或地層沒有處于暴露地表的頂部，但蒸發環境導致大量CO2氣體蒸發使得碳同位素偏高，氧同位素偏負程度較低。Sr同位素比值一般會隨表生巖溶作用中放射性鍶的加入而升高。研究區中下奧陶統沉積時海水的87Sr/86Sr比值為0.708 7～0.708 9[38]。測試結果顯示，Sr同位素比值為0.708 8～0.710 5，平均值為0.709 5，高于中下奧陶統沉積時海水的Sr同位素比值，表明受到陸源放射性鍶的影響。表生巖溶作用與同生巖溶作用都會受淡水作用影響，但表生巖溶由于構造抬升和海平面下降通常會經歷長期的大面積暴露溶蝕，更有可能會出現陸源物質，且這種巖溶作用不具有組構選擇性。研究發現部分白云巖中有泥質充填，且多集中于風化縫中。區內受表生溶蝕作用影響形成大量晶間溶孔、膏溶孔，局部可見裂縫的擴溶現象。因此，綜合分析認為發生的主要溶蝕作用為表生期的淡水溶蝕作用[32-33]。

表3 大牛地氣田D124井馬五7亞段白云巖碳氧鍶同位素

由于馬五7亞段上覆地層厚，且在馬五5亞段灰巖隔水層之下，認為巖溶水是通過西部高地出露后的先期巖溶面或裂縫系統順層向海拔較低處流動并改造已有儲集空間。研究區西部的D124井儲集空間未受大規模膠結作用及壓實作用的破壞，母巖與巖溶水能夠充分接觸，使儲層受到大規模溶蝕改造；但東部的D81井距離較遠，充填物較多，儲集空間發育較差，進而導致溶蝕作用不明顯，從而使得D124井物性優于D81井。

4.3 膠結作用及壓實作用

研究區內膠結作用及壓溶壓實作用對于儲層主要起破壞作用。殘余粒間孔就是原生粒間孔經歷壓溶壓實作用及膠結作用的破壞而殘留的儲集空間。除殘余粒間孔外其他儲集空間在埋藏期也會受壓實，壓溶壓實常形成縫合線并被瀝青和泥質充填或半充填。研究區東部發育的裂縫常被膠結物充填破壞，膠結物主要以鈣質和泥質為主（圖4）。

圖4 大牛地氣田D81井馬五7亞段白云巖裂縫中方解石膠結物及裂縫充填物鏡下特征

4.4 破裂作用

研究區馬家溝組巖心可見大量風化縫，呈網狀分布，鏡下則主要為構造縫。通過對裂縫充填物測試分析發現，裂縫主要形成于海西期、印支期、燕山-喜山期，對應三次較大的構造運動。其中燕山-喜山期是裂縫最主要的形成時期，受以剪應力為主的應力作用產生大量構造縫，且形成的裂縫多為半充填-未充填狀態，有效性較高。破裂作用不僅能形成裂縫，并能夠改善儲集空間連通性，形成裂縫-溶孔型儲層。

5 孔隙演化

本文以儲集空間發育較好的D124井晶粒白云巖儲層為例，根據白云巖的成巖作用序列建立孔隙演化模式（圖5）。晶粒白云巖在準同生期主要經歷白云石化作用，準同生白云石化形成泥-粉晶白云巖，發育晶間孔。淺埋藏期孔隙主要受壓實作用影響，孔隙度降低，同時也發生了淺埋藏白云石化作用，致使晶間孔進一步發育。在加里東期和海西期抬升后，馬五7亞段被抬升至地表受淡水溶蝕，巖溶水從西部斜坡順層流動，大氣淡水的淋溶導致大量晶間溶孔和膏模孔的形成；同時溶蝕還能增強晶間孔和膏模孔的連通性。表生期形成了研究區內規模最大的儲集空間，晶間孔、少量裂縫及溶縫與溶蝕孔-洞疊加形成良好的儲層。進入埋藏期后，主要受壓溶壓實和膠結作用等破壞性作用影響。但膠結程度較低，對儲層破壞較小。除此之外，在深埋藏期由于晚期構造運動產生構造裂縫，這些裂縫進一步改善了儲層的連通性，形成了一部分裂縫-溶孔-溶洞型儲層。

圖5 大牛地氣田馬五7亞段成巖序列與孔隙演化

6 結論

（1）大牛地氣田馬五7亞段巖性以白云巖為主，局部有少量灰質及膏質，儲層類型為低孔低滲-特低滲，晶間孔、晶間溶孔和裂縫是該段主要的儲集空間。

（2）大牛地氣田孔隙的形成主要受白云石化、表生巖溶、破裂作用影響。研究區內表生期巖溶主要為順層溶蝕，成巖作用對儲層的改造在研究區西部以建設性為主，東部以破壞性為主。