鄂尔多斯盆地W地区马五5亚段岩相特征及其与储层分布关系

2021-08-04吴珍珍郭艳琴张俊杰赵灵生段武兵

河北地质大学学报 2021年2期

吴珍珍，郭艳琴，张俊杰，赵灵生，段武兵

西安石油大学地球科学与工程学院陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西西安 710065

0 引言

W地区目前已经成为鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探开发的重点区域，天然气的分布也严格受控于储层分布范围，因此，对储层分布规律及其控制因素的研究有助于对天然气分布规律的认识。但影响碳酸盐岩储层的因素众多，包括岩相、岩相古地理环境[1]、成岩作用与成岩相[2]、岩溶古地貌以及古构造[3]等。为了明确岩相分布与储层的关系，本文以鄂尔多斯盆地W地区马五5亚段为例，通过岩心观察、薄片鉴定等方法，明确了储层的主要岩石类型及结构，利用单因素分析多因素综合作图法明确了研究区的岩相平面分布特征，结合测井解释的储层厚度分布图，综合分析了碳酸盐岩岩相展布与储层分布之间的关系，为下一步勘探有利区预测提供了理论依据。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地为华北地台西缘三面环海的鄂尔多斯地块，其南侧为秦岭海槽，北侧为兴蒙海槽，西北侧为贺兰坳拉槽，西侧为祁连海槽[4-7]。早古生代，鄂尔多斯进入了克拉通盆地的稳定发育时期，在多期快速海进和缓慢海退的过程中，沉积了巨厚的以海相碳酸盐岩为主的沉积建造，地层厚度整体上呈北薄南厚、东薄西厚的特征[7-10]。现今鄂尔多斯盆地的主体构造形态为轴心偏西的不对称复式向斜，该复式向斜东翼平缓、西翼陡峭。根据区域构造特征，鄂尔多斯盆地划分为伊盟隆起、渭北隆起、西缘逆冲带、晋西挠褶带、天环坳陷、陕北斜坡等六个一级构造单元，此构造格局雏形形成于中生代末期的燕山运动，定型于新生代末期的喜山运动[11]。研究区位于伊陕斜坡中部靖边地区西南部区域（图1）。

图1 鄂尔多斯盆地区域构造及研究区位置Fig. 1 Regional structure of Ordos basin and location of study area

奥陶系马家沟组是一套以石灰岩和白云岩为主夹蒸发岩和泥质岩的海相碳酸盐台地建造[12]，根据地层的岩性特征，马家沟组自下而上划分为马一—马六段，其中马五段是盆地内天然气的主力产层段，并且自下而上又划分为马五1—马五10亚段，其中马五5亚段为短暂海侵期形成的以灰岩为主的沉积，可以划分为三个自下而上泥质及白云质组分增加的沉积旋回[13]。研究区马五5亚段厚度介于15～20 m，岩性以灰黑色泥晶灰岩为主，夹薄层粉细晶白云岩及灰云岩。

2 岩相特征

2.1 主要岩石类型及特征

薄片鉴定结果表明，研究区马五5亚段岩石类型主要包括白云岩、含灰白云岩和次生灰岩等。其中白云岩一般具有细粉晶残余砂屑结构（图2-A、2-E）或粉晶残余砂、砾屑结构（图2-F），具有此类结构的白云岩成因一般为四级海平面上升中期，五级海平面下降过程中，蒸发环境下形成的卤水交代下部具有渗透性的颗粒灰岩的结果。含灰白云岩一般具有细粉晶残余球粒结构（图2-B）或角砾状砂屑泥晶结构（图2-C），次生灰岩一般具有残余砂、砾屑结构（图2-D），其可能为四级海平面上升、五级海平面下降过程中，早期沉积的白云岩在暴露条件下发生去白云石化作用的结果。整体来看，马五5亚段无论是白云岩还是灰岩，普遍发育残余结构，这也是去白云化或者白云岩化过程的一个重要指示[6-7]。

图2 鄂尔多斯盆地W地区马五5亚段岩相特征Fig. 2 Lithofacies characteristics of Ma 55 sub-member in W area，Ordos basin

2.2 物性特征

物性分析统计结果显示，次生灰岩孔隙度一般介于0.85%～3.25%，平均1.57%，渗透率较低，平均0.02 mD。含灰白云岩孔隙度变化范围相对较大，一般介于0.69%～14.03%，平均3.51%，渗透率介于0.01～3.88 mD；白云岩孔隙度一般介于0.69%～3.97%，平均为1.76%，渗透率介于0.01～3.88 mD，平均0.58 mD。

3 岩相展布

3.1 单因素分析多因素综合作图

碳酸盐岩岩相图的绘制一般依据冯增昭[14]提出的单因素分析多因素综合作图法，该方法认为碳酸盐岩岩相图的绘制要以各剖面的定量单因素资料为基础，通过对各单因素图的叠加分析及综合判断来绘制最终的定量岩相图。

3.1.1 矿物含量测井解释模型

研究区马五5亚段碳酸盐岩矿物含量测井解释采用的是多矿物测井解释模型，其核心是把岩性复杂的地层看作是由不均匀的几部分组成：几种骨架矿物（∑Vmai）、粘土（Vcl）和孔隙（φ）。通常可选择多种矿物成分并设置四种储集层参数，即未知量向量为：

以密度曲线为例，岩石的密度测井值可以表示为：

式中：Vj、ρj分别为地层中第j种矿物的体积含量和密度，VΦ、ρΦ分别为第m种矿物的体积含量和密度，即孔隙体积和孔隙密度。

同理，GR、AC、CNL等测井曲线也可表示为与上式相同的测井响应方程（假定有N-1条测井曲线L，要计算m种矿物含量，包括孔隙体积VΦ，并且N≥m）：

式中Li为测井曲线读值（i≤N-1）；Pij为矿物测井响应参数；Vj为矿物体积含量（j

3.1.2 测井解释结果验证

利用多矿物模型对研究区Ys-95井马五5亚段的碳酸盐岩矿物含量和岩性进行了测井解释。结果显示，该井马五5亚段主要矿物为方解石和白云石，底部发育少量粘土矿物，基本不含硬石膏和石盐矿物。实测矿物含量与测井解释的矿物含量对比结果显示，3 654～3 655 m处测井解释方解石含量可高达80%以上，白云石含量基本小于20%，不含泥质以及硬石膏和石盐等矿物，而实测的方解石和白云石含量与此结果十分接近（图3）。同样，在3 666～3 667 m处也表现出相似的趋势。上述分析表明，多矿物测井解释模型在研究区马五5亚段的碳酸盐岩矿物含量及岩性解释中具有较强的适用性。

3.2 岩相展布特征

在对多矿物解释模型的结果验证合理的前提下，利用多矿物解释模型对研究区其余上百口井马五5亚段的矿物含量进行了测井解释。在此基础上，采用冯增昭提出的单因素分析、多因素综合作图法绘制了研究区各层位的岩相展布图。具体思路如下：根据矿物含量测井解释结果分别绘制了白云石、方解石、泥质、硬石膏以及石盐的百分含量等值线图，然后将其进行叠加分析。首先，将白云石、方解石和泥质体积分数大于50%的区域分别综合确定为白云岩、石灰岩和泥岩发育区，将硬石膏和石盐体积分数大于25%的区域分别界定为膏岩和盐岩的分布范围。其次，将含量介于50%～25%的组分用“……质”做岩石名称前缀，含量介于25%～10%的组分用“含……”做岩石名称前缀，若各组分含量在45%～55%之间为混合岩，按含量由少到多进行联合命名，本文采用的具体岩石命名方案如表1。

表1 鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成分分类方案（据冯增昭，1994）[15]Table 1 Classification scheme of Ordovician carbonate rock composition in the Ordos basin

以马五51小层为例，单因素分析多因素综合作图结果显示，该小层平面上主要发育灰云岩、云灰岩、含云灰岩以及泥晶灰岩（图3）。其中，灰云岩相主要多呈孤立状分布于研究区西部Yj-09—Ss-55井区和研究区西南缘。云灰岩相带一般围绕灰云岩相带分布，在西部连片性较好，在东部同样呈孤立状分布于XM地区和Jl-井—Yj-51井区。含云灰岩相带一般围绕云灰岩相带分布，但连片性较好，分布于研究区西部、东北部和东南部地区。其余广大地区均为泥晶灰岩相带分布区域。

图3 Ys-95井马五5亚段矿物含量及岩性测井解释Fig. 3 Logging interpretation of mineral content and rock type of Ma 55 sub-member of Ys-95 well

4 岩相与储层分布关系

同样以马五51小层为例，测井解释的储层厚度整体介于0.22 ～6.89 m之间，平均为1.39 m，储层基本呈孤立分布。研究区西部Ss-66井—Yj-09井区一带储层最厚，其次为Yj-51井区和Js-1井区（图4）。从储层厚度等值线与岩相平面展布图的叠合图中可以看出，储层的发育（尤其是优质储层厚度大、分布面积相对较广）与岩相分布具有密切的关系。灰云岩相带是马五51小层储层分布的最有利岩相带，这可能是由于此类岩相中白云化程度相对其他几种岩相较为彻底，提供了相对较多的白云石晶间孔隙，研究区西部此类岩相带内储层厚度最大接近7 m。其次为云灰岩相带，这是由于此类岩相在一定程度上也是由颗粒灰岩发生一定程度的白云石化产生白云石晶间孔而成，但是云化程度相对较低，晶间孔含量并非太高，该相带内储层厚度最大接近4 m，但储层分布面积相对较小。研究区泥晶灰岩中储层整体不发育，这是由于泥晶灰岩整体较致密，基本未发生白云岩化，孔隙不发育，无法提供有利的储集空间。