大牛地气田奥陶系马五7亚段储集空间类型及成因

2021-04-22李依林

石油地质与工程 2021年6期

李依林

（成都理工大学能源学院，四川成都 610059）

鄂尔多斯盆地古生界天然气资源丰富，下古生界资源量达2.36×1012m3，但探明储量仅6.50×1011m3，探明率较低[1-3]。下古生界奥陶系马家沟组马五段盐下层具有良好的勘探前景，上覆煤系烃源岩具有较大生烃强度，在燕山期构造反转中大牛地地区为油气运移指向区[4-5]。近期马五段盐下层获得突破，大牛地气田D1-519井于马五6-10亚段获日产无阻流量2.30×104m3。但目前由于钻井较少，对于马五段盐下层储层发育程度和储集空间的成因尚不明确，影响了下一步勘探部署。

鄂尔多斯盆地马家沟组目前已发现的气藏储层主要以岩溶风化壳为主，其次为靖西地区马五5亚段白云岩岩性气藏[6]。这类白云岩岩性气藏主要储集空间为晶间孔、晶间溶孔、粒间孔、残余粒间孔、裂缝、膏模孔、微裂缝、溶缝及溶洞等[6-8]。鄂尔多斯盆地经历了加里东期及海西期两期构造运动，盆地基底经历了抬升-剥蚀-稳定沉降，形成了复杂的裂缝系统，部分地区白云岩储层中裂缝发育[9-11]。由于构造运动及多期岩溶作用的影响，马家沟组地区形成了孔、洞、缝共存的储集空间；但受到多次充填及压实作用的影响，部分储集空间被破坏。总体上，马家沟组储层发育的影响因素较多，形成原因较为复杂[11-13]。

本文拟利用大牛地气田岩心分析、录井资料和测井资料对马五段盐下主要潜力层马五7亚段的储层岩石类型和储集空间发育特征进行研究。通过成岩作用序列的建立来明确有效孔隙与裂缝的成因，并建立孔隙演化模式，为深化勘探开发提供依据。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地现今构造形态为轴部位于天池-环县南北的狭窄地带，西翼窄而陡，东翼宽且缓的不对称向斜，西倾大单斜为其主体[14]。大牛地气田处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部东段（图1），总体为北东高、南西低的平缓单斜，区内构造和断裂不发育，局部发育鼻状隆起，未形成较大的构造圈闭[15]。盆地的构造演化主要可分为中新元古代坳拉谷盆地发育阶段、古生代稳定克拉通盆地发育阶段、中生代内陆坳陷盆地叠加发育阶段及新生代周边断陷盆地发育阶段四个阶段[16-18]。在整个古生代，鄂尔多斯盆地以整体升降为主，构造运动较为简单，处于大型克拉通盆地稳定发育期，到了中奥陶世后期构造活动才开始趋于频繁。奥陶纪时，盆地主要发生的构造运动为中奥陶世末期和晚奥陶世末期受加里东运动影响的两次构造抬升[19-22]。中泥盆世末发生的海西运动继承了加里东运动的抬升与风化剥蚀，导致志留系、泥盆系及部分奥陶系地层缺失，直至晚石炭世才沉积了一套海陆过渡相地层。在加里东期至海西期之间的构造抬升致使盆地内马家沟组经历了较强的岩溶作用[23-25]。

图1 大牛地气田构造位置与研究区内主要井位展布

根据前人研究，鄂尔多斯盆地奥陶系沉积环境为陆缘海，以碳酸盐岩沉积为主，主要为浅水碳酸盐岩台地相[26-27]。马家沟组沉积时期是鄂尔多斯盆地奥陶纪海相沉积层形成的主体时期，海侵-海退旋回明显发育，形成碳酸盐岩与蒸发膏盐岩交替发育的局限海台地相沉积序列[28]。马家沟组自下而上根据岩性可划分为六个段，马一段、马三段和马五段沉积时期为海退期，马二段、马四段和马六段沉积时期为海进期[26-30]。大牛地地区马五段沉积相以局限台地白云岩为主，受海平面周期性下降以及古干旱气候的影响导致部分地区发育海水浓缩成因的膏盐沉积[2，28]。根据测井响应及岩性特征将马五段划分为马五1-马五10十个亚段（图2），其中马五7亚段处于短暂海侵期，主要发育膏质白云岩和及少量灰岩[2，6，12，21，26]。

图2 大牛地气田马家沟组地层剖面

2 岩石学特征

研究区奥陶系马五7亚段主要以白云岩为主，局部发育膏岩，含少量灰质云岩及灰岩，属于典型的蒸发环境。岩心表面可见泥云-膏云互层现象，并可见部分早期的膏模孔被白云石及方解石充填或半充填。白云岩中未见生物扰动现象。根据X射线衍射分析（表1），研究区内马五7亚段白云石含量较高，白云石平均含量为94.5%，方解石及石膏含量较少；同时，还存在极少量来自于陆源的石英和长石。

表1 大牛地气田马五7亚段岩石矿物组成 %

白云岩以晶粒结构为主，自形程度较好，晶粒粒度普遍小于0.10 mm。主要发育泥晶白云岩、粉晶白云岩，混有少量的粉-细晶及细晶白云岩。根据镜下观察，样品中粒径达到粉晶以上的白云岩仅占15%。除晶粒白云岩外，马五7亚段偶见含鲕粒白云岩。胶结物主要为钙质胶结，另含少量泥质。

3 储集空间类型及特征

基于D81井和D124井两口取心井分析测试结果，大牛地气田马五7亚段发育低孔低渗-特低渗储层，孔隙度为0.64%～7.38%，平均值为3.53%，渗透率为0.182×l0-3～6.106×l0-3μm2，平均值为1.730×l0-3μm2（表2）。总体来讲孔渗较低，但在横向上孔渗差异较大，位于研究区西南部的D124井马五7亚段储层孔渗明显高于东部的D81井。

表2 大牛地气田马五7亚段岩石孔隙度和渗透率

马五7亚段储集空间主要包括裂缝（溶缝）、晶间孔、晶间溶孔、膏膜孔及残余粒间孔五种类型。其中主要为晶间孔、晶间溶孔及裂缝，膏模孔及残余粒间孔发育较少（图2）。局部地区出现溶洞，但数量较少，镜下未见明显溶洞发育，仅在岩心上可见。横向上研究区西部D124井及D48井溶蚀较强，东部D81井及D126井未见明显溶蚀。

图2 大牛地气田马五7亚段储集空间类型

裂缝主要发育在泥晶白云岩及粉晶白云岩中。薄片下可见较多构造裂缝发育，缝宽通常小于0.02 mm，少量裂缝受溶蚀作用改造。裂缝型储集空间约占总孔隙度的25%，局部被沥青及方解石充填或半充填，方解石胶结物主要发育于研究区东部。部分地区裂缝受到一定的溶蚀改造。

晶间孔是研究区内主要孔隙，大多发育于自形程度较高、晶粒较大的粉晶白云岩或粉-细晶白云岩中。其平均孔隙度为2.10%，约占总孔隙度的一半，孔径为0.02～0.10 mm，通常差异较大，受溶蚀作用改造形成晶间溶孔并与原生孔隙组成良好的储集空间。但由于局部地区溶蚀作用较弱，对储层改造不明显，导致晶间溶孔与晶间孔的区分实际上没有一个严格的标准，所以本文仅将出现大面积溶蚀现象的孔隙划分为晶间溶孔。在D124井中晶间溶孔发育，对储集空间有较大贡献，但在D81井的5块样品中及D48井样品中均未见到任何大面积溶蚀现象，推测是部分地区未受溶蚀作用或溶蚀强度较小。由于统计了未受岩溶作用的样品，晶间溶孔平均面孔率较低，仅为0.80%。

溶蚀作用不仅形成溶缝及晶间溶孔，还会形成膏膜孔。膏模孔通常是由于大气水的淋滤作用导致石膏被溶解而形成，一般孔径较大但连通性较差，很难单独形成良好储层。根据观察发现研究区内膏模孔部分被充填破坏，边界形状大多不规则。在马五7亚段薄片中发现的膏模孔较少，平均面孔率小于0.10%，但在取样岩心上可发现大量膏模孔。

此外，研究区内还发现少量残余粒间孔，残余的颗粒结构不是十分明显。残余粒间孔通常是由粒间孔经压实及胶结作用改造形成，在马五7亚段不发育，孔径通常小于0.10 mm，但孔隙间连通性较好，可与晶间孔或晶间溶孔组成有效储集空间。

4 储集空间成因

4.1 白云石化作用

研究区大部分白云岩呈晶粒结构，粒度较小，多为泥晶或粉晶白云岩，属于渗透回流成因，其晶间孔发育程度相对较差。也存在部分晶粒较大的粉-细晶白云岩及细晶白云岩，这类白云岩中白云石有序度较高，大多在0.90以上，平均值为0.93，主要为浅埋藏成因。根据镜下观察结果（图3），可以看到白云岩晶间孔发育明显优于其他岩性，而晶间孔面孔率较高的样品普遍来自埋藏成因的粉-细晶白云岩，因此判断浅埋藏白云石化对于晶间孔的大量发育更加有利。

图3 大牛地气田马五7亚段样品岩性及晶间孔面孔率

4.2 溶蚀作用

晶间溶孔、膏模孔及溶缝的形成都与岩溶作用有关。通常根据成岩期将岩溶作用划分为准同生岩溶，埋藏岩溶及表生岩溶（风化壳岩溶）三种，其中未见异形矿物等明显埋藏岩溶标志。根据碳氧同位素特征，奥陶纪海水的稳定同位素值δ13C为-2.0%～+0.5%，δ18O为-6.6%～-4.0%[31]。本次共选取马五7亚段8块样品进行同位素测试，δ13C为-1.21%～0.19%，平均值为-0.38%；δ18O为-7.4%～-6.51%，平均值为-6.94%（表3）；其中碳同位素处于正常值，氧同位素偏负。分析认为马五7亚段存在淡水溶蚀作用，由于岩溶作用不够强烈或地层没有处于暴露地表的顶部，但蒸发环境导致大量CO2气体蒸发使得碳同位素偏高，氧同位素偏负程度较低。Sr同位素比值一般会随表生岩溶作用中放射性锶的加入而升高。研究区中下奥陶统沉积时海水的87Sr/86Sr比值为0.708 7～0.708 9[38]。测试结果显示，Sr同位素比值为0.708 8～0.710 5，平均值为0.709 5，高于中下奥陶统沉积时海水的Sr同位素比值，表明受到陆源放射性锶的影响。表生岩溶作用与同生岩溶作用都会受淡水作用影响，但表生岩溶由于构造抬升和海平面下降通常会经历长期的大面积暴露溶蚀，更有可能会出现陆源物质，且这种岩溶作用不具有组构选择性。研究发现部分白云岩中有泥质充填，且多集中于风化缝中。区内受表生溶蚀作用影响形成大量晶间溶孔、膏溶孔，局部可见裂缝的扩溶现象。因此，综合分析认为发生的主要溶蚀作用为表生期的淡水溶蚀作用[32-33]。

表3 大牛地气田D124井马五7亚段白云岩碳氧锶同位素

由于马五7亚段上覆地层厚，且在马五5亚段灰岩隔水层之下，认为岩溶水是通过西部高地出露后的先期岩溶面或裂缝系统顺层向海拔较低处流动并改造已有储集空间。研究区西部的D124井储集空间未受大规模胶结作用及压实作用的破坏，母岩与岩溶水能够充分接触，使储层受到大规模溶蚀改造；但东部的D81井距离较远，充填物较多，储集空间发育较差，进而导致溶蚀作用不明显，从而使得D124井物性优于D81井。

4.3 胶结作用及压实作用

研究区内胶结作用及压溶压实作用对于储层主要起破坏作用。残余粒间孔就是原生粒间孔经历压溶压实作用及胶结作用的破坏而残留的储集空间。除残余粒间孔外其他储集空间在埋藏期也会受压实，压溶压实常形成缝合线并被沥青和泥质充填或半充填。研究区东部发育的裂缝常被胶结物充填破坏，胶结物主要以钙质和泥质为主（图4）。

图4 大牛地气田D81井马五7亚段白云岩裂缝中方解石胶结物及裂缝充填物镜下特征

4.4 破裂作用

研究区马家沟组岩心可见大量风化缝，呈网状分布，镜下则主要为构造缝。通过对裂缝充填物测试分析发现，裂缝主要形成于海西期、印支期、燕山-喜山期，对应三次较大的构造运动。其中燕山-喜山期是裂缝最主要的形成时期，受以剪应力为主的应力作用产生大量构造缝，且形成的裂缝多为半充填-未充填状态，有效性较高。破裂作用不仅能形成裂缝，并能够改善储集空间连通性，形成裂缝-溶孔型储层。

5 孔隙演化

本文以储集空间发育较好的D124井晶粒白云岩储层为例，根据白云岩的成岩作用序列建立孔隙演化模式（图5）。晶粒白云岩在准同生期主要经历白云石化作用，准同生白云石化形成泥-粉晶白云岩，发育晶间孔。浅埋藏期孔隙主要受压实作用影响，孔隙度降低，同时也发生了浅埋藏白云石化作用，致使晶间孔进一步发育。在加里东期和海西期抬升后，马五7亚段被抬升至地表受淡水溶蚀，岩溶水从西部斜坡顺层流动，大气淡水的淋溶导致大量晶间溶孔和膏模孔的形成；同时溶蚀还能增强晶间孔和膏模孔的连通性。表生期形成了研究区内规模最大的储集空间，晶间孔、少量裂缝及溶缝与溶蚀孔-洞叠加形成良好的储层。进入埋藏期后，主要受压溶压实和胶结作用等破坏性作用影响。但胶结程度较低，对储层破坏较小。除此之外，在深埋藏期由于晚期构造运动产生构造裂缝，这些裂缝进一步改善了储层的连通性，形成了一部分裂缝-溶孔-溶洞型储层。