鄂尔多斯盆地大牛地气田马五1+2段白云岩喀斯特储层特征

贾会冲, 丁晓琪

(1.中国石化 华北分公司，郑州 450000；2.成都理工大学 能源学院，成都 610059)



鄂尔多斯盆地大牛地气田马五1+2段白云岩喀斯特储层特征

贾会冲1, 丁晓琪2

(1.中国石化 华北分公司，郑州 450000；2.成都理工大学 能源学院，成都 610059)

探讨鄂尔多斯盆地大牛地气田马五1+2段白云岩喀斯特储层特征及主控因素，为喀斯特油气藏勘探提供理论依据。在喀斯特古地貌研究的基础上，通过岩心、薄片、测井响应等分析，研究了白云岩风化壳的岩石相、成岩相和储层特征。结果表明：(1)喀斯特古地貌划分为喀斯特高地和喀斯特斜坡，喀斯特斜坡进一步划分出残丘、坡地、洼地、沟槽及落水洞微地貌；(2)白云岩风化壳划分出4种岩石相：镶嵌角砾岩相、颗粒支撑角砾岩相、杂基支撑角砾岩相和溶洞充填砂砾岩相，镶嵌角砾岩相为具有储集性能的岩石相；(3)成岩相划分为白云石化成岩相、溶蚀成岩相、泥质充填成岩相及去云化成岩相。对喀斯特古地貌、岩石相和成岩相综合分析，白云岩风化壳储层主要为“三元控储”成因机理：镶嵌角砾岩相和颗粒支撑角砾岩相是物质基础；残丘和坡地古地貌是必要条件；白云石化和溶蚀作用是优质储层发育的关键。

白云岩；喀斯特；储层；奥陶系；大牛地

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组(O2m)马五1+2段以白云岩为主，在盆地中部的喀斯特斜坡上发现靖边整装风化壳气田[1]。近年来，在靖边气田的南部和东部又陆续发现了一系列的气田，显示出巨大的天然气勘探潜力[2-4]。大牛地位于伊陕斜坡的北部(图 1)，古地貌处在喀斯特斜坡与喀斯特高地的结合部位，喀斯特作用强烈[5]。强烈的喀斯特作用导致含膏白云岩地层在加里东期严重垮塌，储层质量差且非均质性强，勘探一直没有大的突破。直到“十二五”期间，随着水平井技术的引入，大牛地奥陶系风化壳气藏勘探取得重大突破，多口水平井无阻流量超过2×105m3。表明天然气勘探潜力巨大，需进一步对储层的分布规律进行研究。

图1　早石炭世古地质图及研究区位置图Fig.1　Paleogeologic map of early Carboniferous and location of study area

白云岩喀斯特储层一直是油气藏勘探的重点[6]，许多学者对马五段白云岩风化壳古地貌、储层特征及喀斯特机理进行研究，取得了大量成果[5,7,8]。对于马五段风化壳，含膏/膏质白云岩由于易溶产生储集空间，但长期的淡水淋滤造成地层垮塌，大量的溶孔、溶缝被泥质充填，也造成了储层的强烈非均质性[5]。因此，如何寻找保存相对完整的白云岩地层是预测储层的关键。本文主要通过岩心、薄片等分析测试资料对储层特征进行研究，从喀斯特古地貌、岩石相和成岩相3个方面总结储层的发育规律，以期对有效白云岩喀斯特储层预测提供理论支撑。

1　区域地质概况

早奥陶世，鄂尔多斯地台进入了相对稳定的陆表海沉积环境。大牛地马家沟组沉积了一套碳酸盐岩为主夹蒸发岩的地层，马五段主要以白云岩沉积为主，夹石灰岩及蒸发岩。中奥陶世末，晚加里东运动使华北地块整体抬升，经历了130 Ma的沉积间断，盆地主体缺失部分奥陶系至下石炭统[1]。马家沟组顶部由于经历了长期的风化剥蚀及淋滤作用，溶蚀孔、缝发育。晚石炭世，海水从东西2个方向入侵，形成海陆过渡相沉积，二叠系太原组第一段沉积后，风化壳基本被填平补齐。

马五段划分为10个层，若干个小层(表1)。从大量的钻井岩心资料和露头资料来看，马五5层主要为一套微晶灰岩，底部发育一套厚度为1 m左右的砂屑灰岩和0.5～2 m的叠层石灰岩，中部及上部主要为灰岩，局部发育白云岩段，形成微晶—粗粉晶云岩。马五4层中部及下部为膏云岩、泥云岩的互层，上部发育厚度为2～5 m的含膏白云岩。马五3层为泥云岩、含膏泥云岩的互层，局部夹薄层的含膏云岩。马五2和马五1层为含膏白云岩、微—粉晶白云岩的互层，但马五1层的含膏程度要高于马五2层。

表1鄂尔多斯盆地奥陶系地层划分表

Table 1Subdivision and stratigraphic nomenclature of the Ordovician section in the Ordos Basin

2　喀斯特古地貌特征

喀斯特古地貌一方面反映地层的保留程度，另一方面控制着风化剥蚀期地表水的径流方向，所以说喀斯特古地貌是风化壳储层发育的关键[9]。本文采用残厚法和印模法进行古地貌的恢复。

从整个盆地来看，大牛地由于处在喀斯特高地和喀斯特斜坡的过渡带上，剥蚀强度大，部分区域剥蚀至马五3小层，甚至到马五4小层。所以，作者进行残厚图的编制时，将基准面选择为马五5小层顶。一方面是马五5小层分布稳定、特征明显；另一方面是尚没有马五1小层被剥蚀的区域存在。通过统计马五5小层之上奥陶系的厚度，编制了奥陶系残余地层厚度图。

图2　大牛地奥陶系风化壳古地貌图Fig.2　Palaeogeomorphology of Ordovian karst, Daniudi area

用印模法编制上覆地层厚度图时，认为太1段沉积结束时，风化壳被填平补齐。因此太1段+本溪组厚度间接反映了古地貌的形态。综合残留厚度图和印模厚度，编制了喀斯特古地貌图(图 2)，将古地貌划分为喀斯特高地和喀斯特斜坡，喀斯特斜坡进一步划分出残丘、坡地、洼地、沟槽及落水洞微地貌。研究区大面积发育坡地古地貌，残丘仅零星分布。

3　岩石相特征

通过对大牛地马家沟组岩心、薄片的观察，结合国内外学者对喀斯特相的总结[10]，根据角砾的接触关系和支撑类型，将马五1+2层岩相划分为以下几类。

a.镶嵌角砾岩相：由于风化、淋滤作用导致岩石发生破裂，主要表现为裂缝较为发育，且互相切割。角砾基本没有发生明显位移(图3-A)。薄片观察，主要发育晶间孔、晶间溶孔，且大多与微裂缝相伴生。在测井曲线上自然伽马曲线为平直、低值，说明镶嵌角砾岩泥质充填较弱，角砾主要为含膏质粉晶白云岩、粉-细晶白云岩，是研究区主要的储集岩石类型。

b.颗粒支撑角砾岩相：洞穴顶板及洞壁因重力垮塌而形成的角砾岩，特征是角砾支撑、分选差、磨圆差。角砾由多种类型岩石组成，角砾间充填灰黑色云泥杂基(图3-B)。

c.杂基支撑角砾岩相： 顶板及洞壁的垮塌角砾岩经短距离的搬运，角砾分选差，但有一定磨圆。角砾漂浮在泥质杂基或云泥质杂基中(图3-C)，白云岩角砾发生不同程度的去云化。

d.溶洞充填砂砾岩相：主要指局部的溶洞在 未垮塌之前，由水平潜流带搬运而来的杂乱角砾和泥质堆积充填而成。角砾类型多样，主要是白云岩，其次是石英碎屑、变质岩屑；角砾质量分数<20%；角砾间充填黑色钙泥质杂基，局部见炭屑及牵引流构造(图3-D)。

图3　大牛地奥陶系风化壳典型岩石相照片Fig.3　Typical lithofacies photos of Ordovician karst, Daniudi area(A)镶嵌角砾岩相，角砾间被方解石和淡水白云石充填，大65井; (B)颗粒支撑角砾岩相，角砾无分选，磨圆中等，角砾间充填泥质，大60井; (C)杂基支撑角砾岩相，角砾漂浮在云质泥岩杂基中，大60井; (D)砂砾岩相，角砾的质量分数<20%，泥岩中纹层明显，大107井

总之，受长期喀斯特作用的改造，研究区整个马五段喀斯特白云岩角砾极为发育，且充填严重，主要以泥质、方解石充填为主，但部分层段充填较弱且保留较好的储集性能。岩石相的分布受古地貌控制作用明显，镶嵌角砾岩主要位于垂直渗流带，且发育大量微裂缝、膏溶孔，泥质充填较弱，能够成为主要的储集岩，主要发育在马五1-4、马五1-3、马五2-1小层。

4　成岩相特征

成岩相是地层在埋藏阶段所经历的成岩作用的综合反映，也是表征储层性质、反映储层主控因素的标志[11-13]。研究区喀斯特作用强烈，且经历了复杂的成岩演化过程，因此，本次研究主要通过薄片进行成岩作用研究；利用测井资料，总结不同成岩相的电性特征，从而对成岩相的空间分布规律进行研究。

4.1白云石化成岩相

马五1+2小层，特别是马五2小层，部分层段为粉晶白云岩，白云石之间发育晶间微孔。加里东运动使其抬升地表后，白云岩发生溶蚀，形成晶间溶孔(图4-A)，局部发育微裂缝。总体来看，具有该成岩相的白云岩，储集物性中等；测井曲线表现为低自然伽马值，低-中电阻率值，中等补偿中子值。该岩石相是马五1+2段主要的储集成岩相。

4.2溶蚀成岩相

马五1+2小层发育含膏白云岩、膏质白云岩。石膏主要以结核状、板条状产出，白云岩以微-粉晶结构为主。在近地表条件下，易溶矿物(膏质)的溶蚀形成大量的溶蚀孔洞(图4-B)，与溶蚀孔洞相伴生的微裂缝更加促进了溶蚀作用的发生。大气淡水的淋滤会导致自然伽马曲线小幅度增加、中子值增高、电阻率降低。

4.3泥质充填成岩相

马五段经历了长期的暴露，遭受了强烈的喀斯特作用，近地表及裂缝充填了大量的机械充填物(图4-C)，充填物成分复杂，多为溶蚀残余物和地表水冲积物等。受渗流条件控制，泥质充填主要发育在邻近古喀斯特面的浅部，叠加在裸露期喀斯特之上。测井曲线上泥质成岩相特征明显，具有高伽马值、高中子值以及低电阻率值的特点。

图4　大牛地奥陶系典型成岩相照片Fig.4　Typical diagenetic microphotographs of Ordovician karst, Daniudi area(A)粉晶云岩，白云岩中发育少量晶间孔和晶间溶孔，D42井，马五2，深度2 638.87 m; (B)白云岩中板条状石膏被溶形成膏模孔，D98井，马五1，深度2 880.9 m; (C)喀斯特角砾间充填云泥，D77井，深度2 725.25 m; (D)白云岩发生去云化，D27井，深度2 724.92 m

4.4去白云石化成岩相

在喀斯特斜坡的低洼区域，如洼地微地貌，由于处于汇水区域，Ca2+交代Mg2+发生去白云石化作用，加之含大量的Fe3+，形成粉红色的次生灰岩(图4-D)。这也往往导致储层储集性能急剧降低。去云化成岩相在测井曲线上表现为低中子和高电阻率的特征。

图5　大牛地马五1+2成岩相图Fig.5　Diagenetic facies map of , Daniudi area

通过岩心资料，结合不同成岩相的电性特征，编制了马五1+2的成岩相分布图(图5)。在残丘部位，一般发育溶蚀成岩相。在溶蚀成岩相的外侧，也就是古地貌坡地上，大面积发育白云石化成岩相。喀斯特高地边部及沟槽两侧，马五2较薄时，一般发育泥质充填成岩相；而在洼地区域，则去云化成岩相明显。

5　储层类型

白云岩作为骨架岩性对储层的发育具有重要作用。根据储集空间类型，大牛地马五1+2小层喀斯特储层主要发育以下几种类型：裂缝-膏模孔型、晶间(溶)孔隙型、裂缝-膏模孔-晶间(溶)孔隙型。

a.裂缝-膏模孔型：主要发育在马五1小层含膏粉晶白云岩中。马五1小层沉积期，由于大牛地位于盆地边缘，受大气淡水的影响，海水的盐度偏低，粉晶白云岩中硬石膏结核较少，取而代之的主要是成岩阶段形成的板条状硬石膏。加里东期，马家沟组被抬升至地表，硬石膏遇水变成软石膏(CaSO4·2H2O)，体积增加20%，对围岩造成 挤压，形成网状裂缝(图 6-A)。膏模孔被方解石严重充填，仅部分古地貌位置较高的区域膏模孔被淡水白云石或地开石充填，淡水白云石和地开石中晶间孔发育。在测井曲线上表现为自然伽马曲线齿化、补偿中子中-高值、电阻率为低值。

图6　风化壳储层的典型孔隙类型照片Fig.6　Typical pores microphotographs of karst reservoir(A)石膏结核周边微裂缝发育，膏模孔依次被淡水白云石、方解石、地开石充填，发育淡水白云石晶间孔和地开石晶间孔，大107井，深度2 560.83 m; (B)白云岩被溶形成晶间溶孔，大15井，深度2 731.47 m; (C)石膏被溶后地开石充填，形成地开石晶间孔，基质被溶形成晶间溶孔，大98井，深度2 882.75 m

b.晶间(溶)孔隙型：主要发育在马五2不含石膏的粉晶白云岩中。该类白云岩与含膏白云岩相比，沉积期海水的盐度偏低，白云石的成核速率减缓，导致其晶粒相对偏粗，可达细粉晶级，发育晶间孔[14,15]。该类白云岩暴露地表后，由于大气淡水的溶蚀作用，形成晶间溶孔(图 6-B)。该类孔隙可在埋藏成岩阶段被方解石部分充填。测井曲线上自然伽马呈低值，中子曲线为中值，电阻率为中-低值。

c.裂缝-膏模孔-晶间(溶)孔隙型：主要发育在马五1和部分马五2层段中。该类型储层与裂缝-膏模孔型储层相比，除膏模孔中发育地开石晶间孔和渗滤粉砂晶间孔外，基质白云岩由于溶蚀作用，也形成晶间溶孔(图 6-C)。自然伽马呈低值，中子曲线为高值，电阻率为低值。

6　储层发育控制机理

6.1喀斯特古地貌对储层的控制作用

通过大量的试气资料统计，发现马五1和马五2气层主要发育在风化壳10 m范围内(图 7)。

进一步研究发现，残丘主要出露马1小层。由于普遍含板条状石膏且处于垂直渗流带中，大气淡水对其进行淋滤溶蚀形成各种溶蚀孔隙。随着孔隙水下渗距离的增加，水体中由于石膏、白云石溶解而导致Ca2+浓度增加，对白云岩的溶蚀能力变弱。所以在残丘位置的马五1小层物性较好，而马五2小层物性不好。洼地和坡地均出露马五2，但洼地通常接收流经残丘的富Ca2+地层水，为汇水区，溶蚀能力弱，往往出现去白云石化，储集物性不好。坡地区域的马五2接收大气淡水的淋滤，孔隙水向沟槽及时排出；尽管马五2小层在研究区含膏程度低，甚至大量出现无膏层段，但

图7　不整合面下奥陶系风化壳气层分布规律Fig.7　Distribution rules of gas layers of Ordovician karst under uncomformity

大气淡水仍可对白云岩进行溶蚀形成晶间溶孔。所以，马五1在残丘部位储集物性好，而马五2在坡地部位储集物性好 (图 8)。

6.2岩相对储层的控制作用

镶嵌角砾岩相的角砾间一般为淡水白云石、方解石或泥云岩，由于角砾没有发生明显位移，再加上微裂缝的发育，角砾中的孔隙可以相互连通。该岩相储集物性好，孔隙度可达4.0%。颗粒支撑角砾岩相尽管角砾相互接触，但角砾间往往被云岩、泥云岩、云泥岩所充填，这些泥云岩和云泥岩致密无孔。该岩相中的角砾普遍发生不同程度的去云化，导致白云岩角砾的储集空间部分消失，最终结果是该岩相物性较差。杂基支撑角砾岩相与颗粒支撑角砾岩相相比，角砾的含量降低，而云泥岩和泥质杂基含量增加，导致其储集物性更差。洞穴充填砂砾岩相由于云质泥基的质量分数>60%，甚至达到80%以上，薄片下基本无可见孔，不具备储集能力。

图8　古地貌斜坡上储层发育规律Fig.8　Development rules of reservoirs in slope of palaeogeomorphology

6.3成岩相对储层的控制作用

研究区主要发育溶蚀成岩相、白云石化成岩相、泥质充填成岩相及去白云石化成岩相，成岩相的变化在一定程度上是喀斯特古地貌和原岩综合作用的结果。溶蚀成岩相出现在残丘古地貌上，该残丘一般出露马五1-3和马五1-4，由于该层段含膏云岩发育，易形成溶蚀成岩相。白云石化成岩相主要发育在坡地微地貌上出露马五2小层的区域，只有当马五1小层被剥蚀殆尽，马五2小层暴露地表后，马五2小层的无膏白云岩才能充分接收淋滤形成白云石化成岩相；否则，马五2小层的溶蚀较弱，很难形成有效储层。去云化成岩相主要出现在低洼的汇水区域，如洼地微地貌，大气淡水对石膏、白云岩的溶蚀导致水体中Ca2+富集，溶蚀能力减弱。富Ca2+的地层水不能及时排出时，将交代白云石中的Mg2+形成次生灰岩。泥质充填成岩相一方面出现在溶蚀较强的区域，由于地层垮塌严重，垮塌角砾间被泥质充填；另一方面出现在沟槽的两侧，上覆地层沉积后，由于压实作用，沟槽中的“泥水”被挤入风化壳地层中，在沟槽两侧形成“泥饼”，导致泥质充填成岩相的形成。

综上所述，马家沟组白云岩风化壳储层受喀斯特古地貌、岩石相和成岩相“三元”共同控制。镶嵌角砾岩相和颗粒支撑角砾岩相储集物性好；古地貌中的残丘和坡地由于易溶，且溶蚀产物易被带出，溶蚀强而充填弱。白云石化和溶蚀作用是优质储层发育的关键。

7　结 论

a.大牛地马五1+2发育4类岩相：镶嵌角砾岩相、颗粒支撑角砾岩相、杂基支撑角砾岩相和溶洞充填砂砾岩相；3类储层：裂缝-膏模孔型、晶间(溶)孔隙型、裂缝-膏模孔-晶间(溶)孔隙型。

b.风化壳储层“三元控储”机理：镶嵌角砾岩相是储层发育的物质基础；残丘和坡地是储层发育的充分条件；溶蚀成岩相和白云石化成岩相是储层发育的关键。

c.残丘微地貌上的马五1小层和坡地微地貌上的马五2小层是有利储层发育的区域和层段。

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Characteristics of dolomite karst reservoirs in the M 51+2Member of Majiagou Formation, Daniudi gasfield, Ordos Basin, China

JIA Hui-chong1, DING Xiao-qi2

1.NorthChinaCompanyofSINOPEC,Zhengzhou450000,China;2.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

The main controlling factors and characteristics of dolomite karst reservoirs are discussed so as to provide theoretical basis of natural gas exploration in the M 51+2Member of Majiagou Formation, Daniudi gasfield, Ordos Basin. Lithofacies, diagenetic facies and reservoir characteristics of dolostone karst in the area are studied by analyzing drilling cores, thin sections and well logging data on the basis of karst palaeogeomorphology. It reveals that the karst landform can be divided into karst highland and karst slope and the latter include monadnock karst slope, slope, depressions, grooves and ponor landforms. There are four lithofacies for the dolomite weathering crust, including mosaic breccia, clast-supported breccia, matrix-supported breccia and cave-sediment filling facies in which the cave-sediment filling facies possess potential for oil and gas reservoir. Diagenetic facies in the area are divided into dolomitization lithofacies, dissolution diagenetic facies, argillaceous filling diagenetic facies and secondary limestone lithofacies respectively. Based on the analysis of diagenesis and pore types, four types of diagenetic facies and three types of reservoirs are recognized. It shows that dolomite karst reservoirs are controlled by a three-factor-controlled mechanism, which the mosaic breccias and clast-support breccias are the material base of reservoirs, monadnock and palaeogeomorphology slope provide essential condition for reservoirs formation, and dolomitization and dissolution are the key to the development of high quality reservoirs.

dolostone; karst; reservoir; Ordovician; Daniudi

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.04.04

1671-9727(2016)04-0415-08

2016-04-30。

国家科技重大专项(2011ZX05045)；成都理工大学中青年骨干教师培养计划项目；成都理工大学校级科研团队资助项目(KYTD201401)。

贾会冲(1970-),男，硕士，高级工程师，研究方向：石油天然气地质勘探, E-mail:jiahuichong@163.com。

丁晓琪(1981-)，男，博士，副教授，研究方向：储层地质学, E-mail:xiaoqiding@qq.com。

TE122.23

A