鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪生物礁及其储集性能

周俊烈，陈洪德，赵俊兴，苏中堂，张成弓，王玉萍，郝哲敏

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

生物礁是指由原地生长的造礁生物营造的碳酸盐岩有机建造，具有抗浪格架，呈现凸镜状或丘状的外部形态，并突出于四周同期沉积物［1－5］。生物礁是一种非常好的油气储集体，生物礁和相关的碳酸盐岩中蕴含着大约一半的油气储量［6］。中国自20世纪中后期开始开展了生物礁的调查与研究，发现了从震旦纪到新近纪发育分布范围很广的生物礁［7］。叶俭、杨友运等在20世纪90年代初对鄂尔多斯盆地西南部进行研究，发现了多处生物礁分布，并对这些生物礁的形成、发展和演化进行了系统总结［8］；夏明军等在2008年也发表了鄂尔多斯盆地奥陶系生物礁的研究，对生物礁的造礁生物类型、分布特征、岩相组合以及天然气勘探前景进行了研究［9］。本文在此基础上，对各个典型生物礁的发育特征进行分析，同时结合样品的地球化学特征，对生物礁的油气储集性能进行分析和预测。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北地台的西部，是一个多构造体系、多旋回演化、多沉积类型的大型盆地。根据地质演化史及地质构造特征，可将盆地划分为伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、晋西挠褶带、天环拗陷和西缘逆冲带等6个构造单元［10］。鄂尔多斯盆地西部为一个巨型冲断推覆构造，包括桌子山－贺兰山褶皱带、银川地堑和鄂尔多斯西缘冲断构造带等次级构造单元（图1）；西北部与阿拉善古陆为邻，西南部与秦祁海槽沟通，东部与鄂尔多斯台地相连［11］。

奥陶纪，鄂尔多斯盆地西部在贺兰拗拉槽沉积构造格架上发展起来，经历了拗陷→初始裂陷→海槽（活动）→闭合回返的一个完整的海水升降旋回；沉积环境经历了由三道坎期滨海→桌子山期碳酸盐陆棚→克里摩里期斜坡－海槽→平凉期海槽－海底扇→背锅山期隆升为陆的演化过程，地层发育齐全，厚度巨大，分布广泛，保存较为完整，著名的靖边气田就发现于此，所以一直以来受到石油勘探部门的关注与重视［11－13］。

2 生物礁的时空分布

图1 鄂尔多斯盆地西缘构造分区Fig.1 Structural divisions on the west edge of Ordos Basin

在野外实测过程中，在盆地西北部乌海桌子山地区下奥陶统桌子山组新发现了典型的生物礁（老石蛋地区），呈层状分布，累计厚度＞30m，单层厚度1～8m；含礁核造礁生物主要为珊瑚，横板珊瑚枝状生长，个体较大，至少具有2期生长过程。礁基－礁盖为泥晶灰岩夹泥岩，薄层状。

在盆地西缘宁夏彭阳县石节子沟发现生物礁出露于水坝下，向两侧延伸的可见范围有限，其余被黄土覆盖。与其相邻下伏地层平凉组也被黄土覆盖，岩沟向下，可见平凉组灰黄色砂岩。礁体总厚度89.5m，单层厚度0.5～20m，造礁生物主要为珊瑚，发育生物礁灰岩为主。

在岩心观测过程中，棋探1井在下奥陶统克里摩里组钻遇海绵礁灰岩，取心回次为7～10次，累计长度42.6m；地震相特征较为明显，总体上表现为较强振幅不连续反射和丘形反射特征，与厚层块状白云岩或灰岩的中弱反射特征（低频、弱振幅、弱连续性）有较大差异，是识别礁滩体的主要依据（图2）［14，15］。

通过此次对盆地西缘典型生物礁进行研究，总结出盆地西缘生物礁分布规律（图3），即盆地西缘发育礁滩相带，北部生物礁体发育的时代较早，主要位于桌子山组顶部（相当于马五顶）；中部生物礁发育的时代相对要晚，主要在克里摩里组（相当于马六）；南部生物礁发育最晚，位于平凉组－背锅山组。造礁生物北部为珊瑚，中部为海绵－层孔虫，南部为珊瑚，且个体较大。北段礁体生长发育2～3期，南段发育可达4期。北段及南端生物礁生长的水体环境相对较浅，中部相对较深。

3 典型生物礁的发育特征

3.1 下奥陶统生物礁

3.1.1 桌子山地区生物礁

在此次研究过程中，在盆地西缘桌子山地区新发现的典型生物礁，礁体形态明显，可见2期礁体生长。造礁生物主要为珊瑚，附礁生物主要为腹足、腕足、竹节虫、棘皮类等；主要岩石类型有生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、瘤状灰岩、泥晶灰岩、喀斯特灰岩等（图4）。

图2 瞬时相位剖面的礁滩相特征图Fig.2 Reef－bank features in the instantaneous phase section

图3 鄂尔多斯盆地西缘典型生物礁对比图Fig.3 The contrast diagram of the typical reefs on the west margin Ordos Basin

图4 桌子山剖面的珊瑚化石Fig.4 Coral fossils in the Zhuozishan profile

桌子山生物礁第一期礁体是在下伏深水环境泥微晶灰岩基础上发展起来的；此后，水体变浅，适宜于造礁生物珊瑚生长；同时竹节虫、腹足、头足、海百合等附礁生物大量繁殖，形成厚层生物屑灰岩。向上可以看到一些礁岩角砾，说明水动力加强，抗浪能力较强的生物礁发育，形成生物丘。此后，水体逐渐变浅，沉积环境过渡为滩相，不适宜生物礁生长，直至消亡，形成鲕粒灰岩和生物屑灰岩。第二期生物礁是在底部经压实呈廇状的泥质条带上发育起来的，部分地方可见礁岩角砾。礁基下部为凝灰质泥灰岩，将各期次礁体分开，并毒死下部礁致使其停止生长，说明该生物礁在生长过程中受到火山活动的影响（图5）。

3.1.2 棋探1井生物礁

在本次研究过程中观测了棋探1井岩心。主要造礁生物为层孔虫、海绵、珊瑚及钙藻等；附礁生物有介形虫、三叶虫、腹足、棘皮类、腕足等；主要的岩相组合有生物屑灰岩、层孔虫－海绵礁灰岩（图6）。

棋探1井生物礁发育在深水沉积的黑灰色云灰岩之上，随着水体变浅，适宜造礁生物生长。岩心观测中可见明显的藻纹层构造，藻类生物生长迅速，形成了层孔虫－海绵生物礁；此后，水动力作用加强，水体加深，生物礁骨架受到破坏，形成生物碎屑灰岩；随着水体再次变浅，水动力条件变缓，适宜造礁生物生长，形成了层孔虫－海绵礁灰岩（图7）。

图5 桌子山生物礁剖面图Fig.5 The sectional drawing of the organic reefs in Zhuozishan

3.2 上奥陶统石节子沟生物礁

石节子沟生物礁的造礁生物主要为珊瑚，附礁生物有腹足、腕足及介形虫等。珊瑚有单管珊瑚、四射珊瑚及床板珊瑚等，见大量腹足、腕足等生物碎屑。主要岩石类型有喀斯特角砾岩、生物灰岩、生物礁灰岩及生物碎屑灰岩等（图8）。

从造礁生物繁育情况可大致将该生物礁分为4层（图9）。第一层生物礁发育在生物礁灰岩上，厚度约43.5m；造礁生物珊瑚从生屑滩上发育而成，个体大，质纯；形成岩层向上逐渐变薄，表明水体逐渐加深而不利于珊瑚生长；附礁生物发育，形成生物碎屑灰岩及生物灰岩。第二层生物礁是由于生物碎屑逐渐增加使得水体变浅适宜珊瑚生长，从而在一个相对较长的时期内发育，形成生物礁灰岩，厚17m；珊瑚较第一层个体变小，但数量有所增加；随后由于水体加深，不利于珊瑚生长。第三层厚10.5m，礁核由珊瑚形成质纯的生物礁灰岩；珊瑚发育与第二层相似，个体小，数量相对多；但该层生物礁变化快，层厚薄，表明水体深浅变化频率加快，环境变化明显。第四层生物礁厚19.5m，顶部发育一套喀斯特角砾岩，基岩为中细晶灰岩，少见化石，可能是礁间沉积；而该层生物礁的礁体本身仅厚14.5m，且生物礁灰岩较薄，生物灰岩相对发育，珊瑚个体小，但数量多，且以单管珊瑚为主：说明此时环境适宜珊瑚生长，但环境变化快，不利于形成个体较大的珊瑚。

4 储集性能评价

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。鄂尔多斯盆地西缘奥陶系生物礁与各种类型的颗粒滩、生屑滩共生，通过礁滩连接，复合体的规模相当可观，发育礁滩型储层。礁滩型储层主要发育在早奥陶世桌子山期、克里摩里期和中奥陶世乌拉力克期。此时是盆地西南边缘向主动大陆边缘转化时期，贺兰海槽两侧形成了高能台地边缘相带，台地边缘区水体浅、能量较高，有利于礁滩相碳酸盐岩隆的发育，早期溶蚀或成岩白云石化可使它形成有利的礁滩相储集体［16］。

4.1 储集空间类型

生物格架孔和组构选择性溶蚀的溶孔是礁滩型储层的主要储集空间类型。前者主要发育在海绵礁灰岩中，海绵搭架形成孔隙。后者主要见于各种颗粒滩中的颗粒被选择性溶蚀，发育放射虫内的溶孔和藻屑溶孔；同时，还有一些受古喀斯特改造形成的溶蚀孔洞［17］，有的早期的孔隙已被充填，另外部分孔隙保存较好。

图6 棋探1井生物礁Fig.6 The organic reefs in Well Qitan 1

图7 棋探1井生物礁剖面图Fig.7 The sectional drawing of the organic reefs in Well Qitan 1

图8 石节子沟珊瑚生物礁Fig.8 Coral reefs of Shijiezigou

图9 石节子沟生物礁剖面图Fig.9 The sectional drawing of the organic reefs in Shijiezigou

4.2 物性特征

根据对研究区213个岩石孔渗样品分析，礁滩型储层孔隙度介于10.35%～0.1%，平均为1.45%；渗透率为（14.28～0.01）×10－3μm2，平均为1.24×10－3μm2。其中，81个生物礁灰岩样品分析显示其孔隙度平均为2.66%，渗透率平均为0.017×10－3μm2；107个颗粒滩相岩样孔隙度平均值为1.345%，渗透率平均值为0.332×10－3μm2；25个滩间灰岩样品平均孔隙度为0.7536%，平均渗透率为0.022×10－3μm2。生物礁具最好孔隙度，但其渗透性能不佳，滩间灰岩孔隙度和渗透率均不好，颗粒滩孔隙度介于二者之间，渗透率最好，表明不同沉积微相其物性条件存在差异。另外，部分发生溶蚀作用的岩石样品其孔隙度可达10.35%～5.26%，表明溶蚀作用能够改善礁滩型储层的物性条件。

从礁滩型储层的储集空间类型和物性条件来看，其储集性能不佳，主要有2个方面的原因。一方面由于生物礁在生长过程中受到水体深度变化的影响，无法形成具有抗浪性能的礁体；另一方面由于礁滩大多是灰岩未发生白云石化，或者后期白云石化程度不高，对其孔隙度和渗透率造成了影响。但是，生物礁储层与上古生界烃源岩相邻，气源充足，生、储、盖组合配套；同时，周围致密灰岩或白云岩构成有效圈闭，为油气的成藏提供有利场所［18］。由此认为，鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪台地边缘礁滩相带可作为油气勘探的重要目标。

5 结论

a.鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪发育有乌海桌子山地区下奥陶统桌子山组珊瑚生物礁、棋探1井下奥陶统克里摩里组层孔虫－海绵生物礁和石节子沟上奥陶统背锅山组珊瑚生物礁。北部生物礁发育时代早，南部晚；造礁生物北部为珊瑚，中部为海绵－层孔虫，南部为珊瑚，且个体较大；北段礁体生长发育2～3期，南段发育可达4期；北段及南端生物礁生长的水体环境相对较浅，中部相对较深。

b.桌子山地区生物礁的造礁生物为珊瑚，附礁生物为腹足、腕足、竹节虫、棘皮类等；主要岩石类型有生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、瘤状灰岩、泥晶灰岩、喀斯特灰岩等；生物礁有两期。棋探1井主要造礁生物为层孔虫、海绵、珊瑚及钙藻等，附礁生物有介形虫、三叶虫、腹足、棘皮、腕足等；主要的岩相组合有生物碎屑灰岩、层孔虫－海绵礁灰岩等。石节子沟生物礁的造礁生物主要为珊瑚，附礁生物有腹足、腕足及介形虫等；主要岩石类型有喀斯特角砾岩、生物灰岩、生物礁灰岩及生物碎屑灰岩等。这些典型生物礁的生长、发展和消亡受到水体变化以及构造活动的影响，呈现了不同的发育特征。

c.鄂尔多斯盆地西缘奥陶系生物礁与各种滩共生，发育礁滩型储层，生物格架孔和组构选择性溶蚀的溶孔是其主要储集空间类型。物性条件显示其储集性能不佳，可能与生物礁生长发育时水体变化以及后期白云石化的程度有关；但是，生物礁处在有利于礁滩储层发育的台地边缘相带，与上古生界烃源岩相邻，气源充足，生、储、盖组合配套，同时周围致密灰岩或白云岩构成有效圈闭，为油气的成藏提供有利场所。由此认为，盆地西缘奥陶纪台地边缘礁滩相带可以作为油气勘探的重要目标。

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