鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系储层类型及其空间展布

2012-01-09郝哲敏苏中堂王玉萍

中国矿业 2012年11期

郝哲敏，苏中堂，王玉萍

(1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610059；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059)

鄂尔多斯盆地是我国的第二大沉积盆地，是我国天然气勘探开发较早的地区之一。到目前为止，盆地中北部已发现了一系列大气田，如下古生界领域为主的靖边气田，上古生界领域为主的榆林、苏里格、乌审旗、子洲等大气田[1]。然而，盆地内的天然气勘探与研究工作多集中于盆地中北部，盆地西南部则相对薄弱。据统计，盆地内下古生界探井有493口，主要集中分布于盆地的中部[2]。靖边气田的发现，表明盆地内下古生界奥陶系碳酸盐储层具有重要潜力。因此，鄂尔多斯西南缘下古生界奥陶系储层类型与展布特征的研究，对盆地西南缘的天燃气勘探与研究工作具有指导意义。

1 地质背景与地层划分对比

鄂尔多斯西、南缘位于甘肃省安口镇至宁夏回族自治区石沟驿一带，与西南侧东祁连褶皱逆冲带相邻。西缘地区北起桌子山、贺兰山，南至宝鸡，西界分别以贺兰山西麓的磴口-阿拉善左旗断裂和青铜峡-固原断裂与阿拉善地块和祁连加里东褶皱带相毗邻，被称为西缘逆冲带(图1)。整个早古生代时期均以坳陷或者地槽沉积为主，水体深浅变化频繁，区内以碳酸盐岩台地相沉积为主，局部表现为陆棚-斜坡相沉积[3]。鄂尔多斯西、南缘奥陶系沉积范围广、地层发育全，较鄂尔多斯盆地本部主要表现为这里发育了本部地区缺失的中晚奥陶世沉积地层。西、南缘地区的奥陶系主要岩性为海相碳酸盐岩和泥岩，其中不乏存在良好的烃源岩层位和分布地区[4]。

奥陶系受华北海、秦祁海和中央古隆起的影响，鄂尔多斯地区形成了西缘、南缘和中东部 3 个不同的沉积分区[5]。研究区主要涉及西缘与南缘两个分区，为方便研究工作的进行，在何自新等[6]的研究成果基础上，对鄂尔多斯西、南缘地区地层进行了分析对比，将冶里组、亮甲山组、马家沟组归属到奥陶系下统，平凉组、背锅山组分别对应中统和上统(图2)。

图2 鄂尔多斯盆地西、南缘地区奥陶系地层划分对比图

2 储层类型

通过对鄂尔多斯西南缘多口钻井岩芯薄片的镜下鉴定、岩石物性与厚度的统计发现，鄂西南地区主要以育有礁滩型、白云岩型、古岩溶型三类储层，其中尤以马家沟组白云岩型储层最为发育。

2.1 礁滩型

生物礁是由原地生长的造礁生物组成一定格架，具有丘状突起的、坚固的碳酸盐岩体，多营造于波浪带，具有抗浪结构[7]。生物礁是碳酸盐岩中非常重要的油气聚集体，世界上很多大型油气田都与生物礁有关。西南缘造礁生物主要见有珊瑚、层孔虫，苔藓虫、骨格钙藻、叠层藻等，附礁生物见有腕足、腹足类、及三叶虫、海百合、海绵骨针、介形虫等。主要岩石类型有骨架岩、粘结岩、障积岩、生物碎屑灰岩、藻屑灰岩、颗粒灰岩等。大多数礁中藻比较发育，镜下以叠层藻、珊瑚及生物碎屑组成，也见有少量碎片等。据宏观观察，以生物礁核或含生物礁屑架间或粒间孔为主的储集体，属西南部特殊的储集体。镜下观察发现，未经白云石化的生物礁灰岩中没有发育较好的孔隙存在，这也是至今礁滩型储集体中尚未发现工业性油气藏的原因。相比之下，白云石化的礁滩型储集体物性明显变好，已经发现一些晶间孔、晶间溶孔、生物体腔孔、缝合线、微裂缝中充填的暗色有机质，而藻类或其它生物残体热演化形成的CO2和羧酸可能会形成埋藏成岩环境中的次生孔隙带。因此，礁滩型储集体是盆地有潜力的天然气储层。

2.2 白云岩型

至目前为止，鄂尔多期盆地碳酸盐岩中所有较好的储集空间和油气储层及产层几乎都为白云岩。此类储层岩石类型以粉晶和细-中晶白云岩为主(杨华等，2004)，储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔和裂缝，其次有溶缝、缝合线、溶斑孔等。储层空间部分被有机质、自生石英、有机玻璃充填，多未被充填，孔隙面也率达2%～8%，最高可达15%。

1)晶间孔：发育于白云岩晶间，主要见于粗粉晶-细晶-中晶白云岩中，为准同生期后或成岩白云化作用形成。晶间孔也见于颗粒云岩及其他云岩中，孔隙形态呈不规则多面体状，西南部晶粒白云岩面孔率一般为2%～8%，也见部分为0～5%，孔径可在2～150μm(图2)，是西南缘白云岩储层重要的储集空间。

2)晶间溶孔：是晶间孔隙经溶蚀扩大而成的一种孔隙，其形态不规则，孔径大者可达200μm，小者仅10～30μm，面孔率为1%～7%，孔径略小，形态各异，可呈密集状或分散状分布，也可顺层分布。孔内少见有残余物，个别见有黄褐色泥质充填，及后期局部孔壁见沥青分布。晶间溶孔是浅埋藏-深埋藏作用的产物，主要同淡水或埋藏条件下的成岩水溶解作用，有机酸溶解作用这种孔隙形成起到明显的作用。

3)裂缝：其成因主要由加里东抬升剥蚀期的风化作用和中新生代构造作用两方面因素所致。大的构造裂缝多已为淡水方解石充填，只有少量的微裂缝系统尚具一定的储渗意义。缝宽多小于0.1mm，部分为泥铁质半充填。本区的裂缝发育多具层段性集中分布的特征，这在大部分探井的钻井取芯及成像测井中都有所反映(杨华等，2004)。

2.3 古岩溶型

岩溶型储层在我国油气储层中占有重要位置，该类储层主要与岩溶地质作用有关。古岩溶型储集体，是指位于不整合面之下，靠近不整合面的岩体，表生期暴露地表，经受长期的风化、溶蚀、在地表水和地下水的作用下形成的各种地表及地下岩溶。如溶蚀缝、溶孔、溶洞及风化裂缝、溶洞垮塌等，都可以构成有利的储集空间，具有孔、洞、缝相互搭配而形成的古岩溶型储集体。由于原岩层的岩类组合不同，因此，所形成的古岩溶储层类型各异，岩溶岩的物质组分、结构、沉积构造及岩溶岩组合(岩溶相)在很大程度上反映了一定的岩溶作用类型和成因。当风化、淋滤作用对不整合面以下的碳酸岩进行改造后又埋藏时，可形成潜伏型古岩溶型储层。研究区内古岩溶储层可分为三类：古岩溶-角砾岩类、古岩溶-白云岩类、古岩溶-颗粒(灰)云岩类。

2.3.1 岩溶角砾岩型储层

在奥陶系顶部风化壳以下普遍发育一套角砾岩，这些角砾岩下部为被充填而形成的基质支撑的角砾岩，中部由于垮塌而形成溶洞充填角砾支撑的云质角砾岩，上部进入渗流带，风化裂缝发育，形成顶部溶蚀、裂缝网缝镶嵌岩溶角砾岩。这些角砾岩组成整个喀斯特风化壳，有可能是鄂西南地区潜在的储集岩和产气层段。

2.3.2 岩溶-晶粒白云岩型储层

该类储层在西南部大多数井及剖面中都有分布，包括粉晶白云岩型、粉晶-细晶云岩型、细-中晶白云岩型、灰质白云岩型等。岩性以各类晶粒白云石为主，白云石晶体呈半自形晶最普遍，少量自形或它形晶。粉晶白云岩中，白云石晶体多以镶嵌状接触，晶间孔细小，不很发育。细晶-中晶白云岩中，白云石晶体部分呈晶面接触，但发育部分晶间孔。晶粒白云岩普遍含少量泥质，泥质可分布于白云石晶间孔中或晶间缝中，含量1%～3%。大多数情况下,白云石晶体呈半自形晶，它形晶粒结构。储集空间以晶间孔、晶间溶孔、破裂缝、溶洞组成，但大多数被硅质、方解石、淡水白云石、黄铁矿、碳化沥青等充填，只残余少量晶间孔。面孔率一般在1%～2%左右。

2.3.3 岩溶-残余颗粒型储层

西南缘颗粒(灰)云岩常见于奥陶系马家沟组的部分层段(主要是马6段)，岩性多以残余颗粒粉晶云岩为主，见有砂屑粉晶白云岩、残余鲕粒粉晶白云岩、残余骨屑白(灰)云岩、云化砾屑灰岩、云化藻屑(灰)云岩、云化藻屑球粒白云灰岩等。储集空间以裂隙缝、溶缝、溶孔、晶间溶孔为主。

除孔隙发育较好的颗粒(灰)云岩外，在马家沟组取样的铸体片薄片中，均发现大量的残余颗粒云岩(尤其是鲕粒白云岩)。由于受成岩作用的改造，重结晶作用非常普遍，造成鲕粒和胶结物强烈粉晶化。大多数岩石中鲕粒呈幻影，甚至消失，致使原岩变为残余鲕粒粉细晶白云岩或残余鲕粒中-粗晶白云岩。白云石晶形好，普遍具雾心亮边结构，常见残余鲕粒结构。在部分岩石的鲕粒间发育少量晶间溶孔，马家沟组的残余砂屑白云岩中也常见晶间溶孔。成岩白云石Mg(mol%)/Ca(mol%)比值和有序度，与中晚成岩阶段的成岩环境和成岩流体性质较为一致。由强烈重结晶作用形成的白云石晶形孔和晶间孔及晶间溶孔完全消失，溶孔被不断被白云石化作用所充填，局部也见充填有自生石英晶体和较多的炭化沥青。据充填溶孔的自生石英及残余颗粒白云岩成岩强度，可确定该期次埋藏白云岩化和深部结晶作用发生在>4000m的深度范围内。

3 各种储层的展布

3.1 礁滩型

生物礁相主要发育在盆地南缘的中、上奥陶统及盆地东缘的下奥陶统亮甲山组。南缘中、上奥陶统的生物礁一般为丘状、透镜状或不规则状，因受成礁环境限制，礁体规模很小，多为点礁，其次是生物丘，有的是断续顺层分布较远的层状。据宏观观察，以生物礁核或含生物礁屑架间或粒间孔为主的储集体，属西南部特殊的储集体。中奥陶世台地南部边缘有保存良好的生物礁滩相沉积，如泾阳、耀县、铜川、蒲城一带。造礁生物珊瑚、红藻、苔藓虫十分发育，有多处生物礁发现。中奥陶世平凉期，主要有泾阳徐家山的珊瑚-层孔虫礁；铜川、富平和耀县等地的珊瑚-钙藻障积丘；耀县桃曲坡和淳化铁瓦殿一带的钙藻障积丘、钙藻层孔虫生物礁及钙藻-珊瑚-层孔虫生物礁。晚奥陶世主要发育有石节子沟泥晶生屑海绵礁灰岩、礼泉东庄的障积丘和珊瑚-层孔虫骨架礁等。

3.2 白云岩型

鄂尔多斯盆地南部奥陶系粉-粗晶白云岩出露较广，在研究区内地层几乎均有分布，出露地层厚度不均，主要为马家沟组地层，其中以马5段最为发育。白云岩主要发育于研究区西北部及庆阳古隆起的边缘一带,其中以定边地区及盆地南部旬邑-彬县-淳化一带出露的地层最厚，均大于300m，主要沿中部定探1井-定探2井-城川1井以及南部的莲3井、旬探1井-永参1井-淳探1井一带分布，最高为城川1井达579.56m。分布范围相对较集中，形状似椭球形，西北部的定边地区可能主要为潮上云坪沉积环境，盆地南部可能与台地生物礁的发育有关。其次，在庆阳古隆起的边缘一带出露的地层相对较厚，沿莲4井-莲3井-庆深1井-莲1井-富探1井-宜探1井一线分布；东部岩溶平原米脂-子洲-绥德一线南部出露的地层较薄，普遍不超过20m，但也有局部地区的井位厚度较大，如榆9井达113m，可能是因为当时榆9井地区为地势低洼的坳陷地区；北部岩溶台地贺兰-银川-永宁-灵武-李庄子-布拉格苏木附近及苏66井-苏44井-苏42井-尔1井一带地层出露较薄，最小为鄂19井和尔1井,仅为7m，而分布于其间的三喜拉-毛尔盖-鄂托克前旗这一狭长地带出露的地层也较厚，平均超过200m(图3)。

3.3 古岩溶型

鄂尔多斯盆地南部奥陶系角砾云(灰)岩分布较零散，层位主要为马家沟组，其中以马5段分布最广，可能是由于盆地南部长期遭受海侵，暴露地表遭受风化剥蚀时间较短，出露的地层厚度也不大。研究区内剖面数据以平凉-陇县地区厚度最大，在20～54m,淳化和西磑口厚度也在10～25m。单井奥陶系角砾云(灰)岩厚度以富探1井17m最厚，惠探1井以13.03m次之，而最薄的为莲1井、米11井和陕120井，仅为1m。其余地区地层厚度均在1～12m之间，主要分布范围为研究区中部北纬37°线附近及盆地南端合试1井、宜探1井周围。

4 有利区预测

从镜下鉴定结果与各类储层岩性分布来看，不管是岩溶储层还是礁滩相储层，白云岩化是一个非常重要的条件，最终形成古岩溶-白云岩型和礁滩-白云岩型储层。由于储层时代老、埋藏深，因此这两类综合型储层是否有裂缝叠加改造,是另一个非常关键的因素。结合西南缘奥陶系地层岩石分布、沉积相分布、岩溶地貌分布以及西南缘物性分布特征，圈定了两个最有利储集区，值得开展下一步工作(图3)。其中，Ⅰ号有利区主要发育于西北部天池-鄂托克前旗-定边一带，为古岩溶-白云岩型储层；南部的Ⅱ号有利区为礁滩-白云岩型滩和颗粒白云岩型储集体，发育在彬县-旬邑-淳化一带。

5 结论

1)通过对鄂尔多斯西南缘多口钻井岩芯薄片的镜下鉴定、岩石物性与厚度的统计，认为鄂尔多斯西南缘奥陶系的主要储层类型有礁滩型、白云岩型、古岩溶型三种，其中以白云岩型储层最为有利。

2)分析了各类储层的展布特征，指出礁滩型储层主要发育在盆地南缘的中、上奥陶统及盆地东缘的下奥陶统亮甲山组；白云岩型储层主要发育于马家沟组地层，其中以马5段最为发育，主要分布在研究区西北部及庆阳古隆起的边缘一带；古岩溶型储层主要发育于盆地南部马5段地层中，主要分布于研究区中部北纬37°线附近及盆地南端合试1井、宜探1井周围。