大牛地气田奥陶系古地貌特征研究

2014-02-18刘绪钢闫淑红

天然气技术与经济 2014年1期

关键词：风化壳奥陶系沟槽

雷涛刘绪钢闫淑红

（中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

大牛地气田奥陶系古地貌特征研究

雷涛刘绪钢闫淑红

（中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

鄂尔多斯盆地大牛地气田奥陶系碳酸盐岩风化壳具有显著的喀斯特地貌特征，其储层展布与风化壳古地貌特征关系密切。以大牛地气田东区为例，通过地层古出露状况分析，明确了古地层出露与古地貌的对应关系；建立了古沟槽识别方法，明确了主沟槽北西南东向展布特征，并运用残厚法结合开壳层位分布研究奥陶系古地貌特征；在此基础上研究古地貌特征与储层分布的关系，明确了大牛地东区马五2和马五5储层分布控制因素与范围。

古地貌特征风化壳古沟槽储层分布大牛地气田

0 引言

鄂尔多斯盆地北部在加里东运动晚期整体抬升，使早古生代中奥陶世海退之后暴露地表的下古生界碳酸盐岩遭受了长达150Ma的风化剥蚀、雨水冲刷及化学溶蚀、淋滤作用，形成了特殊的古岩溶地貌，使得风化壳顶面具有显著的喀斯特地形特征。在地表沿溪流、河道形成的溶蚀沟槽，及地下渗流区、潜流区和塌陷区的岩溶作用共同作用下，马五段顶部形成了具不同发育程度的溶蚀孔、洞、缝系统，为奥陶系风化壳气藏的形成提供了良好的储集空间［1-2］。

研究表明［2-4］：下古风化壳储层展布除与大面积展布的马五段潮坪沉积有关外，主要是受长期风化淋滤、水流冲蚀形成的古风化壳中次生孔洞缝发育和充填程度的控制，并与所处古地貌部位相关。因此深入研究古岩溶地貌特征及其区域分布规律，对认识储层特性及风化壳气藏的分布规律有重大意义。笔者以大牛地气田东区奥陶系为例，对其地层出露状况和沟槽特征进行分析，通过奥陶系风化壳古地貌特征研究，确定古地貌单元对马五2和马五5储层展布的控制作用。

1 地层（古）出露情况

在前石炭系西北高东南低的古构造背景下，大牛地气田奥陶系遭受物理风化剥蚀、面状流水侵蚀和化学淋滤溶蚀等作用，造成顶部地层缺失［3］293。其地层缺失机制有所差异：西北部为古岩溶高地，古地貌上表现为多条向东南延伸的剥蚀脊，地层为物理风化剥蚀造成的缺失；中东部为岩溶台地，地层为线状流水侵蚀和化学淋滤溶蚀造成的缺失。气田东区主要位于岩溶台地区，出露地层为马五段，风化壳马五1—马五5一般厚60～100m。通过研究区62口井地层划分对比，明确了风化壳地层出露情况：研究区马五1—马五3段地层均受到不同程度剥蚀，尤其马五1段地层，在全区仅5口井钻遇，以3个孤立的小面积区块存在，区内主要出露层位是马五2及以下地层。统计表明，钻遇马五22地层的井45口，马五22地层占原始沉积面积的73%；马五41地层保存较好，为原始沉积面积的96%。

风化壳地层出露特征可反映马五段古地貌特征［3］296，而地层出露特征与残留厚度存在良好的对应性。图1为地层出露层位与马五1—马五4残留厚度关系图，其中1～7分别代表出露马五41、马五33…马五14地层。图中表明，随着出露地层变老残留厚度变小，二者相关系数达82.65%以上。由于古构造十分宽缓，而碳酸岩盐原始沉积厚度相近，因此，残留厚度分布特征基本代表了古地貌形态。为此采用马五1到马五4层组的残留厚度基本可以反映加里东期构造抬升后马五段地层顶面风化面貌。

图1 地层出露层位与马五1—马五4残留厚度关系图

2 沟槽识别及展布

正确识别侵蚀沟槽是研究岩溶古地貌特征的关键［4-6］，因为古沟槽是风化壳储层形成的重要因素，在沟槽边缘有较大的残余岩溶强度，换言之，次生孔隙发育强度与风化壳发育强度有一定的相关性。因而，要了解气井间的连通规律，精选井位，提高钻井成功率，降低气田开发风险，必须分析各层间沟槽形态的变化趋势，勾勒出真实的地下沟槽分布，这是储层精细描述及开发潜力评价的重要环节之一。

2.1 古沟槽识别方法

依据印模法和残厚法，通过本区风化壳上下地层对应关系，结合古岩溶分带特征，即可对古沟槽进行识别。

1）区内上古生界石炭系填平补齐沉积与下伏马家沟组残留厚度变化有着良好的对应关系。即马五段地层缺失明显，而上覆石炭系充填厚度较周围大，明显为古沟槽侵蚀所致。统计表明该区沟槽上覆石炭系充填厚度在70～90m之间，比非沟槽明显加厚20～30m。如图2中，D70-4井位于古沟槽部位，其上覆石炭系厚度为84.92m，而毗邻的大6井和大115井分别为53.12m、64.48m。

2）不少研究者将马五段层位的缺失作为古沟槽的识别判断标准［6-7］。但在大牛地气田西北部侵蚀高地，强烈的物理风化作用使得马五段地层缺失严重。以大112井为例，该井开壳层位马五33，石炭系沉积厚度58.2m，明显低于沟槽部位沉积厚度。因此，当下奥陶统马五段缺失较多，而上覆石炭系充填厚度与周围厚度一致或相应减薄，表明存在古构造因素，不属于古沟槽显示。

3）古沟槽发育部位，由于水流长期侵蚀冲刷，一般缺失上覆石炭系底部的铝土岩沉积，常以砂、泥岩充填沉积为特征，这是沟槽识别的重要标志（图2）。由于缺失铝土岩封盖层，下奥陶统马五段储层段的孔洞白云岩直接与石炭系砂、泥岩接触，成为上古烃源岩排烃通道。

4）古沟槽的延伸方向受到古构造控制。整个加里东期，气田古地形呈西北高东南低的格局，这种古地貌特点决定了主沟槽沿北西南东向延伸。根据单井识别的沟槽发育特征可追踪古沟槽的延伸方向。2.2 古沟槽展布特征

图2 大牛地气田风化壳侵蚀沟槽特征图

通过对单井沟槽特征识别并结合风化壳地层出露状况，明确了研究区沟槽的展布特征。经过连井剖面分析和多次修正，绘制了代表现阶段地质认识的风化壳古地质图（图3）。从图3可知：研究区主要发育两条北西南东向延伸的主沟槽，其延伸方向与古地形的倾斜方向一致；沟槽切割深度一般在20～30m之间，切割层位多在马五22—马五32。北部主沟槽在气田延伸距离较短，长度12km，宽度在2～5 km；南部主沟槽在气田内延伸长度28km，宽度在2～5km，展布方向虽在局部有迂回，但总体与古地形一致。

3 古地貌单元特征

笔者采用残厚法进行古地貌单元划分研究，根据小层出露状况与风化壳残留地层分布特征研究成果，结合沟槽识别，建立了气田古地貌划分标准（表

1），进行地貌单元划分并绘制了奥陶系风化壳古地质图（图3）。

表1 大牛地奥陶系古地貌单元划分标准表

图3 大牛地气田东部奥陶系风化壳古地质图

本次研究共划分出斜坡台丘、斜坡区、侵蚀沟槽、剥蚀区4种地貌单元类型，不同地貌单元的特征如下：

1）斜坡台丘。地层保存较好、残留厚度较大的正向地貌单元，马五1-4段地层残留厚度一般在60m以上，主要出露马五14及以上地层，保全了主力气层马五21小层。

2）斜坡区。马五1-4段地层残留厚度在45～60m之间，出露层位为马五21至马五22，为台丘区向沟槽和剥蚀区的过渡地区。

3）侵蚀沟槽。区域背景下水流溶蚀冲刷形成的负向地貌单元，马五1-4段地层残留厚度小于45m，出露层位在马五31及以下，石炭系地层厚度大于70 m。由于沟槽的切割，使得区内地貌呈现出以台为主，沟台并存的局面。

4）剥蚀区。主要发育于气田北部，其风化剥蚀层位较深，出露层位在马五31及以下，马五1-4段地层残留厚度小于45m，石炭系地层厚度小于50m。研究区仅大107井位于剥蚀区，风化壳出露层位马五33，风化壳残留厚度37.8m，石炭系地层厚度39.2m。

从图3可以看出：台丘区是由许多小规模的丘状突起组合而成，零星分布在研究区内。斜坡区为台丘区与沟槽或剥蚀区的过渡地区，为研究区主要的古地貌单元类型，占总面积的64.6%。

4 古地貌对储层发育的控制作用

大量研究证实［8-11］，风化壳古地貌控制储层的空间展布。但多数都局限于研究古地貌单元对马五13、马五21白云岩储层的影响，因为古地貌高的台丘和斜坡区地层保存好，淋滤溶蚀作用充分，沟槽导通效果好，溶蚀孔洞发育，易于形成优质储层。通过7口井岩心、测井物性资料统计，沟槽附近马五1+2储层岩心实测孔隙度、测井解释孔隙度分别为5.1%、4.4%，略好于斜坡区的3.6%、3.9%。从研究区马五2段白云岩分布特征可知：储层分布受到古地貌控制，斜坡台丘和斜坡区马五2段白云岩厚度大，而侵蚀沟槽由于地层缺失，无马五2段白云岩分布（图4）。