鄂尔多斯盆地东南部古岩溶特征及对气藏的控制

2014-12-28王凤琴王宝清

重庆科技学院学报（自然科学版） 2014年1期

郭斌王凤琴王宝清佘刚王婧刘伟

(1.西安石油大学地球与科学学院，西安 710065;2.中国石油测井有限公司青海事业部，甘肃敦煌 736202)

岩溶是大气淡水溶解作用形成的自然构造，以溶解作用和淡水与碳酸盐母岩相互作用产生的宏观和微观特征为鉴别标志［1］。岩溶作用可能在地表发生，也可能在地下发生，古岩溶是地质历史时期产生的岩溶。研究古岩溶的类型及其分布特征可以准确地预测储层的分布规律，发现古岩溶对油藏的控制作用，从而有效地、经济地勘探和开发油气田。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是独立发展起来的大型中生代内陆沉积盆地。盆地构造形态由南向北呈矩形分布，东翼宽缓、西翼陡窄，整体呈不对称的大向斜。盆地边缘发育断裂褶皱，盆地内部构造相对简单，地层平缓，倾角一般不到1°。而鄂尔多斯东南部构造稳定，碳酸盐岩发育，在加里东运动晚期，盆地整体抬升，马家沟组上部遭受了130 Ma的风化剥蚀，形成大型古潜台和古岩溶斜坡地貌，该区马五段地层分布稳定，区域上连片，被上古生界沉积披覆后，形成非常有利的地层 — 岩性圈闭［2］。

鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组地层位于中石炭统本溪组或太原组之下，上下为平行不整合接触，不整合面上下的岩性完全不同。不整合之上以陆源碎屑沉积为主，主要为中石炭统本溪组或者太原组的地层，夹碳酸盐岩，沉积相为海陆过渡相，底部以铝土岩和高岭石泥岩为主，常有赤铁矿呈鸡窝状，不整合面的形态起伏，不整合面之下即马家沟组则以碳酸盐沉积为主，发育大量的溶蚀孔洞，溶蚀孔洞在原生孔隙和铸模孔的基础上发展。溶蚀裂缝也容易沿早就存在的一些裂缝发展。孔和缝进一步扩大可以成为洞，由于溶蚀孔洞缝的出现，大大提高了岩石的孔隙度。溶蚀孔洞缝常充填有黏土、方解石、白云石等矿物。大的溶洞中可充填砂、砾级的碳酸盐或陆源碎屑岩岩屑。

2 古岩溶地貌及分布特征

鄂尔多斯盆地东南部的古岩溶发育在奥陶纪碳酸盐岩地层，当条件适宜时，这些碳酸盐岩均有发育为岩溶储层的可能［3］，古岩溶地貌是各类地质作用与岩溶作用综合作用下形成的，岩溶的发育又是由不同地貌形态所控制的，所以如果要掌握区内古岩溶在空间上的分布规律以及对古岩溶储层做出评价，就必须搞清楚古岩溶地貌区域分布的规律及古岩溶地貌特征。

根据鄂尔多斯盆地东南部马五1、马五1+2、马五1+2+3的厚度，确定残余厚度，根据马家沟组各小层保存情况了解前石炭纪古地质情况。在此基础上分出3类二级地貌类型:岩溶台地、岩溶斜坡和岩溶盆地。在二级地貌类型划分的基础上，将岩溶台地划分为高地、平台、缓丘和浅洼;岩溶斜坡划分为坡地、残丘、洼地和沟槽;岩溶盆地划分为(准)平原、残丘和沟槽等多种三级地貌类型。研究区3种地貌呈南东—北西走向。由南西向北东依次为岩溶台地、岩溶斜坡和岩溶盆地，各岩溶地貌带之间存在一些过渡地带(图1)，在研究区内部，又会有小的古岩溶地貌单元，如黄龙宜川地区，由西南向东北方向从洛1井到宜9井的古岩溶地貌由低到高呈岩溶盆地—岩溶斜坡—岩溶高地分布(图2)。

图1 鄂尔多斯盆地东南部奥陶系古岩溶古地貌图

图2 洛1井—宜9井古岩溶储层剖面图

2.1 岩溶台地

岩溶台地分布于研究区西南部，整体地势较高，由南西向北东倾斜，台地内部地形较为平坦，以接受侵蚀为主，溶蚀作用强烈，马五段地层被严重破坏，马五1+2+3全被剥蚀掉，岩溶台地能保存下来的主要是马五4以下的地层。岩溶台地在表生期地下岩溶水补给充分，垂向渗滤溶蚀作用强烈，有利于落水洞、垂直渗流岩溶带等岩溶形态的形成，而分布不均一。垂直渗流岩溶带的形成有利于埋藏期岩溶的发育，为其形成提供了良好的条件，能够成为埋藏期岩溶的有利发育区。研究区岩溶台地又分为高地、平台、缓丘和浅洼三级地貌类型。其中，高地为古地表最高地带，侵蚀作用最强烈，岩溶形态以垂向溶蚀缝为主，主要发育于研究区的西南部，在宜君、铜川、耀县一带，主要保存马四及其以下地层。缓丘地势相对较低，可保存于马五10地层。浅洼是岩溶台地上最低的地方，可保存马五段大部分地层，而分布的范围不大。岩溶台地的其他广大地区为平台，地形平坦，分布面积广，总体上以垂向岩溶为主(图1)。

2.2 岩溶斜坡

研究区中部大多分布岩溶斜坡，呈南东 — 北西走向(图1)。所谓岩溶斜坡是指岩溶台地到岩溶盆地之间的地带，广泛发育在岩溶台地周围，环带状分布。岩溶斜坡处，地下主要发育水平潜流岩溶带，而垂直渗流岩溶带分布的范围不是很大，岩溶作用比较强烈，形成了良好的溶蚀孔洞储集体，为气藏的形成提供了有利储集空间。

岩溶斜坡又分为4种岩溶地貌类型:坡地、残丘、洼地和沟槽(图1)。其中，坡地为岩溶斜坡的主体部分，地势平坦开阔，层位比较稳定。岩溶斜坡大部分地区保存了马五1地层。岩溶斜坡有较强的岩溶作用。依照水文地质学的角度，将岩溶斜坡的岩溶发育的垂向结构剖面细分为表层岩溶带、垂直渗透带、季节变动带、水平流动带(饱水带)和深部缓流带5个带，通常水平流动带的水流为管道快速流式的水平运动，侵蚀、溶蚀能力强，形成较大规模的水平岩溶管道。洼地为岩溶斜坡表面经受较强侵蚀的地带，呈负地形。洼地中心成为地表水交汇以及渗流到地下作为补给的主要部位，因而比较发育垂向岩溶(如落水洞等)，其规模较大。经受了侵蚀作用，部分位于溶沟的两侧或成为溶沟的源头。沟槽为谷地的向源侵蚀形成的浅沟槽，一般长度短，宽度小，切割的层位多为马—马

2.3 岩溶残丘

岩溶残丘，即岩溶斜坡上相对较高的部位［4］，该处的残丘也被称为“溶丘”，为斜坡上古地势相对较高、地表侵蚀不强、丘岭相对集中连片分布的岩溶地带。残丘形态呈椭圆形或不规则状。研究区大部分奥陶系岩溶残丘保存了马五1亚段。地层厚度较大，溶蚀作用强烈。岩溶残丘作为东南部地区奥陶系古岩溶地貌中的三级地貌单元之一，其发育主要受岩性、构造因素、地貌和古气候等控制。

鄂尔多斯盆地东南部地区奥陶系古岩溶地貌中，岩溶残丘主要分布在岩溶斜坡。原因是这个二级地貌单元的古地面坡度相对较大，又处在岩溶水径流带，被溶沟和沟槽纵横切割，易于形成岩溶残丘块体。

3 古岩溶地貌对气藏的影响

鄂尔多斯盆地古生界奥陶系为油源岩的油气资源十分丰富，鄂尔多斯盆地气田天然气赋存于奥陶系顶部马家沟组中，储集空间主要为古岩溶作用所形成的次生溶蚀孔、洞、缝［5］。奥陶系古岩溶也十分发育，具备形成大油气田的地质条件，古岩溶地貌对油气成藏具有非常重要的意义［6］。岩溶缝洞型储层有效储集体发育程度是控制本区油气分布和富集的关键因素［7］，地貌形态控制着岩溶储层的发育。因此古岩溶在区域上的分布规律及地貌特征控制着岩溶型储集层发育的空间分布。岩溶作用对储集层的影响很大，主要表现在古岩溶地貌对储层的控制上，通过古岩溶特征和油气显示可以说明问题。

3.1 古岩溶高地

古岩溶高地地形相对平坦、地势整体较高，但是由于地形平坦所以很容易经受侵蚀、溶蚀。因此古岩溶高地成为地下水的补给区，岩溶作用以垂向渗滤为主，垂直渗流岩溶带发育，水平潜流岩溶带不很发育。形成垂向溶蚀带、落水洞等岩溶形态。保存地层以马四段为主，马五段顶部地层破坏严重，岩溶高地的部分地区特别是岩溶高地的边缘，裂缝和孔洞均发育，如黄龙宜川地区宜9井，位于鄂尔多斯盆地东南部岩溶台地(图1)，发育一定的网状裂缝(图3)，马五1+2— 马五14试气资料显示日产气量为395 m3。

图3 宜9井，1 680.82 m，马五14，粉晶云岩，溶孔

3.2 古岩溶斜坡

岩溶斜坡位于岩溶高地与岩溶盆地之间，处于古地形斜坡位置，在斜坡上有许多相间排列的正地形溶丘和负地形浅洼、溶洼。岩溶斜坡带容易形成优质储层［1］。地下水径流古岩溶斜坡，除了垂向渗流外，主要受到重力梯度控制从补给区(高地)流向排泄区(盆地)，主要沿水平方向流动，所以地下水运动的轨迹就是一条向下凹的弧线，补给区距离排泄区的越大，弧线则越长，下凹的深度就越深，从而岩溶发育的程度就会越大［5］。研究区中的古岩溶斜坡地势较平缓，属岩溶缓斜坡，而且古岩溶斜坡很宽，(补给区到泄水区距离在100 km以上)，岩溶的发育程度较大，水平潜流溶蚀岩溶带和垂直渗流岩溶带都较发育，但以前者为主。水平潜流岩溶带储集特征是岩溶中的大型水平溶洞多被充填物充填，可作为较有利储集层段，水平溶洞型储集层发育比较连续，横向上具有可对比性［4］。岩溶最为发育且保留较高的是岩溶斜坡，特别是岩溶缓坡及其上的次级岩溶残丘，它是寻找岩溶型储集层的最佳地区，古岩溶斜坡是古岩溶储层发育和天然气富集的最有利部位［8］。岩溶斜坡层位主要为马五段，岩性主要为泥— 粉晶白云岩、细 — 粉晶云岩，含膏泥粉晶云岩。岩溶作用强烈，易形成大量的水平状顺层分布的溶蚀孔洞。古岩溶斜坡多形成孔洞—裂缝型和裂缝 —溶洞型储层(图4)，如宜8井，位于鄂尔多斯盆地东南部古岩溶斜坡上(图1)，马五1+2试气结果显示日产气量1.230 1万m3。

图4 宜8井，2 248.84 m，马五41，纹层状泥晶云岩，溶孔

3.3 岩溶盆地

岩溶盆地是岩溶准平原化不断扩大形成的负地形地貌，有残丘和孤峰存在［1］。古岩溶斜坡与盆地过渡区地势低而平缓，由于接近岩溶盆地，潜水面已近于地表，或位于地表。几乎无渗流带和潜流带，岩溶作用弱，而沉淀和充填作用较强。岩溶谷地中靠近岩溶斜坡一侧，岩溶发育特征近似于岩溶斜坡，但充填作用更严重，其余部分岩溶作用不发育。环绕岩溶斜坡区，岩溶盆地中靠近岩溶斜坡区的部位，岩溶发育特征相似于岩溶斜坡，岩溶水平潜流带较发育，垂向序列发育完整，但垂直渗流岩溶带较薄(一般小于120 m)，且水平潜流岩溶带及次级潜流改造岩溶带中的水平溶洞均被地下暗河沉积所充填，目前尚未见未充填的溶洞。岩溶盆地离非岩溶发育区较近一侧，有上奥陶统覆盖，岩溶欠发育，岩溶垂向序列不完整，垂直渗流岩溶带及水平潜流岩溶带厚度都较薄欠发育，在地表甚至可形成积水区。可发育一些小型溶蚀孔洞和溶缝［4］，如鄂尔多斯盆地东南部宜15井，位于岩溶斜坡靠近岩溶盆地区的部位。岩溶发育特征与岩溶斜坡相似，泥晶灰岩具溶蚀缝(图5)。对宜15井马五31试气，结果3 d累计产气量为7.537 7万m3，平均日产气量为2.512 5万m3，试气结果良好。

总体而言，本区奥陶系碳酸盐岩岩溶残丘主要形成于表生成岩环境，在埋藏成岩环境中得到修饰，最终定型，并在其中形成孔 — 洞 — 缝储集系统，为天然气富集提供空间。