鄂爾多斯盆地W地區(qū)馬五5亞段巖相特征及其與儲層分布關(guān)系

吳珍珍，郭艷琴，張俊杰，趙靈生，段武兵

西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065

0 引言

W地區(qū)目前已經(jīng)成為鄂爾多斯盆地下古生界天然氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域，天然氣的分布也嚴格受控于儲層分布范圍，因此，對儲層分布規(guī)律及其控制因素的研究有助于對天然氣分布規(guī)律的認識。但影響碳酸鹽巖儲層的因素眾多，包括巖相、巖相古地理環(huán)境[1]、成巖作用與成巖相[2]、巖溶古地貌以及古構(gòu)造[3]等。為了明確巖相分布與儲層的關(guān)系，本文以鄂爾多斯盆地W地區(qū)馬五5亞段為例，通過巖心觀察、薄片鑒定等方法，明確了儲層的主要巖石類型及結(jié)構(gòu)，利用單因素分析多因素綜合作圖法明確了研究區(qū)的巖相平面分布特征，結(jié)合測井解釋的儲層厚度分布圖，綜合分析了碳酸鹽巖巖相展布與儲層分布之間的關(guān)系，為下一步勘探有利區(qū)預(yù)測提供了理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地為華北地臺西緣三面環(huán)海的鄂爾多斯地塊，其南側(cè)為秦嶺海槽，北側(cè)為興蒙海槽，西北側(cè)為賀蘭坳拉槽，西側(cè)為祁連海槽[4-7]。早古生代，鄂爾多斯進入了克拉通盆地的穩(wěn)定發(fā)育時期，在多期快速海進和緩慢海退的過程中，沉積了巨厚的以海相碳酸鹽巖為主的沉積建造，地層厚度整體上呈北薄南厚、東薄西厚的特征[7-10]。現(xiàn)今鄂爾多斯盆地的主體構(gòu)造形態(tài)為軸心偏西的不對稱復(fù)式向斜，該復(fù)式向斜東翼平緩、西翼陡峭。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征，鄂爾多斯盆地劃分為伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷、陜北斜坡等六個一級構(gòu)造單元，此構(gòu)造格局雛形形成于中生代末期的燕山運動，定型于新生代末期的喜山運動[11]。研究區(qū)位于伊陜斜坡中部靖邊地區(qū)西南部區(qū)域（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地區(qū)域構(gòu)造及研究區(qū)位置Fig. 1 Regional structure of Ordos basin and location of study area

奧陶系馬家溝組是一套以石灰?guī)r和白云巖為主夾蒸發(fā)巖和泥質(zhì)巖的海相碳酸鹽臺地建造[12]，根據(jù)地層的巖性特征，馬家溝組自下而上劃分為馬一—馬六段，其中馬五段是盆地內(nèi)天然氣的主力產(chǎn)層段，并且自下而上又劃分為馬五1—馬五10亞段，其中馬五5亞段為短暫海侵期形成的以灰?guī)r為主的沉積，可以劃分為三個自下而上泥質(zhì)及白云質(zhì)組分增加的沉積旋回[13]。研究區(qū)馬五5亞段厚度介于15～20 m，巖性以灰黑色泥晶灰?guī)r為主，夾薄層粉細晶白云巖及灰云巖。

2 巖相特征

2.1 主要巖石類型及特征

薄片鑒定結(jié)果表明，研究區(qū)馬五5亞段巖石類型主要包括白云巖、含灰白云巖和次生灰?guī)r等。其中白云巖一般具有細粉晶殘余砂屑結(jié)構(gòu)（圖2-A、2-E）或粉晶殘余砂、礫屑結(jié)構(gòu)（圖2-F），具有此類結(jié)構(gòu)的白云巖成因一般為四級海平面上升中期，五級海平面下降過程中，蒸發(fā)環(huán)境下形成的鹵水交代下部具有滲透性的顆粒灰?guī)r的結(jié)果。含灰白云巖一般具有細粉晶殘余球粒結(jié)構(gòu)（圖2-B）或角礫狀砂屑泥晶結(jié)構(gòu)（圖2-C），次生灰?guī)r一般具有殘余砂、礫屑結(jié)構(gòu)（圖2-D），其可能為四級海平面上升、五級海平面下降過程中，早期沉積的白云巖在暴露條件下發(fā)生去白云石化作用的結(jié)果。整體來看，馬五5亞段無論是白云巖還是灰?guī)r，普遍發(fā)育殘余結(jié)構(gòu)，這也是去白云化或者白云巖化過程的一個重要指示[6-7]。

圖2 鄂爾多斯盆地W地區(qū)馬五5亞段巖相特征Fig. 2 Lithofacies characteristics of Ma 55 sub-member in W area，Ordos basin

2.2 物性特征

物性分析統(tǒng)計結(jié)果顯示，次生灰?guī)r孔隙度一般介于0.85%～3.25%，平均1.57%，滲透率較低，平均0.02 mD。含灰白云巖孔隙度變化范圍相對較大，一般介于0.69%～14.03%，平均3.51%，滲透率介于0.01～3.88 mD；白云巖孔隙度一般介于0.69%～3.97%，平均為1.76%，滲透率介于0.01～3.88 mD，平均0.58 mD。

3 巖相展布

3.1 單因素分析多因素綜合作圖

碳酸鹽巖巖相圖的繪制一般依據(jù)馮增昭[14]提出的單因素分析多因素綜合作圖法，該方法認為碳酸鹽巖巖相圖的繪制要以各剖面的定量單因素資料為基礎(chǔ)，通過對各單因素圖的疊加分析及綜合判斷來繪制最終的定量巖相圖。

3.1.1 礦物含量測井解釋模型

研究區(qū)馬五5亞段碳酸鹽巖礦物含量測井解釋采用的是多礦物測井解釋模型，其核心是把巖性復(fù)雜的地層看作是由不均勻的幾部分組成：幾種骨架礦物（∑Vmai）、粘土（Vcl）和孔隙（φ）。通常可選擇多種礦物成分并設(shè)置四種儲集層參數(shù)，即未知量向量為：

以密度曲線為例，巖石的密度測井值可以表示為：

式中：Vj、ρj分別為地層中第j種礦物的體積含量和密度，VΦ、ρΦ分別為第m種礦物的體積含量和密度，即孔隙體積和孔隙密度。

同理，GR、AC、CNL等測井曲線也可表示為與上式相同的測井響應(yīng)方程（假定有N-1條測井曲線L，要計算m種礦物含量，包括孔隙體積VΦ，并且N≥m）：

式中Li為測井曲線讀值（i≤N-1）；Pij為礦物測井響應(yīng)參數(shù)；Vj為礦物體積含量（j

3.1.2 測井解釋結(jié)果驗證

利用多礦物模型對研究區(qū)Ys-95井馬五5亞段的碳酸鹽巖礦物含量和巖性進行了測井解釋。結(jié)果顯示，該井馬五5亞段主要礦物為方解石和白云石，底部發(fā)育少量粘土礦物，基本不含硬石膏和石鹽礦物。實測礦物含量與測井解釋的礦物含量對比結(jié)果顯示，3 654～3 655 m處測井解釋方解石含量可高達80%以上，白云石含量基本小于20%，不含泥質(zhì)以及硬石膏和石鹽等礦物，而實測的方解石和白云石含量與此結(jié)果十分接近（圖3）。同樣，在3 666～3 667 m處也表現(xiàn)出相似的趨勢。上述分析表明，多礦物測井解釋模型在研究區(qū)馬五5亞段的碳酸鹽巖礦物含量及巖性解釋中具有較強的適用性。

3.2 巖相展布特征

在對多礦物解釋模型的結(jié)果驗證合理的前提下，利用多礦物解釋模型對研究區(qū)其余上百口井馬五5亞段的礦物含量進行了測井解釋。在此基礎(chǔ)上，采用馮增昭提出的單因素分析、多因素綜合作圖法繪制了研究區(qū)各層位的巖相展布圖。具體思路如下：根據(jù)礦物含量測井解釋結(jié)果分別繪制了白云石、方解石、泥質(zhì)、硬石膏以及石鹽的百分含量等值線圖，然后將其進行疊加分析。首先，將白云石、方解石和泥質(zhì)體積分數(shù)大于50%的區(qū)域分別綜合確定為白云巖、石灰?guī)r和泥巖發(fā)育區(qū)，將硬石膏和石鹽體積分數(shù)大于25%的區(qū)域分別界定為膏巖和鹽巖的分布范圍。其次，將含量介于50%～25%的組分用“……質(zhì)”做巖石名稱前綴，含量介于25%～10%的組分用“含……”做巖石名稱前綴，若各組分含量在45%～55%之間為混合巖，按含量由少到多進行聯(lián)合命名，本文采用的具體巖石命名方案如表1。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖成分分類方案（據(jù)馮增昭，1994）[15]Table 1 Classification scheme of Ordovician carbonate rock composition in the Ordos basin

以馬五51小層為例，單因素分析多因素綜合作圖結(jié)果顯示，該小層平面上主要發(fā)育灰云巖、云灰?guī)r、含云灰?guī)r以及泥晶灰?guī)r（圖3）。其中，灰云巖相主要多呈孤立狀分布于研究區(qū)西部Yj-09—Ss-55井區(qū)和研究區(qū)西南緣。云灰?guī)r相帶一般圍繞灰云巖相帶分布，在西部連片性較好，在東部同樣呈孤立狀分布于XM地區(qū)和Jl-井—Yj-51井區(qū)。含云灰?guī)r相帶一般圍繞云灰?guī)r相帶分布，但連片性較好，分布于研究區(qū)西部、東北部和東南部地區(qū)。其余廣大地區(qū)均為泥晶灰?guī)r相帶分布區(qū)域。

圖3 Ys-95井馬五5亞段礦物含量及巖性測井解釋Fig. 3 Logging interpretation of mineral content and rock type of Ma 55 sub-member of Ys-95 well

4 巖相與儲層分布關(guān)系

同樣以馬五51小層為例，測井解釋的儲層厚度整體介于0.22 ～6.89 m之間，平均為1.39 m，儲層基本呈孤立分布。研究區(qū)西部Ss-66井—Yj-09井區(qū)一帶儲層最厚，其次為Yj-51井區(qū)和Js-1井區(qū)（圖4）。從儲層厚度等值線與巖相平面展布圖的疊合圖中可以看出，儲層的發(fā)育（尤其是優(yōu)質(zhì)儲層厚度大、分布面積相對較廣）與巖相分布具有密切的關(guān)系。灰云巖相帶是馬五51小層儲層分布的最有利巖相帶，這可能是由于此類巖相中白云化程度相對其他幾種巖相較為徹底，提供了相對較多的白云石晶間孔隙，研究區(qū)西部此類巖相帶內(nèi)儲層厚度最大接近7 m。其次為云灰?guī)r相帶，這是由于此類巖相在一定程度上也是由顆粒灰?guī)r發(fā)生一定程度的白云石化產(chǎn)生白云石晶間孔而成，但是云化程度相對較低，晶間孔含量并非太高，該相帶內(nèi)儲層厚度最大接近4 m，但儲層分布面積相對較小。研究區(qū)泥晶灰?guī)r中儲層整體不發(fā)育，這是由于泥晶灰?guī)r整體較致密，基本未發(fā)生白云巖化，孔隙不發(fā)育，無法提供有利的儲集空間。

圖4 鄂爾多斯盆地W地區(qū)馬五51巖相與儲層厚度等值線疊合圖Fig. 4 Overlay map of lithofacies and reservoir thickness contour of Ma551 in W area，Ordos basin

5 結(jié)論

（1）W地區(qū)馬五5亞段主要的巖相類型包括殘余砂、礫屑次生灰?guī)r，細粉晶殘余球粒或角礫狀砂屑泥晶含灰白云巖，細粉晶殘余砂屑白云巖和粉晶殘余砂、礫屑白云巖。

（2）優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育與巖相分布具有密切的關(guān)系。馬五51小層儲層分布的最有利巖相帶為灰云巖相帶，多呈孤立狀分布于研究區(qū)西部Yj-09—Ss-56井區(qū)和研究區(qū)西南緣。