準(zhǔn)層序與白云石有序度關(guān)系的研究——以鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組為例

張中欣，王起琮，王乃軍，胡立忠，楊 欣

(1.中國石油玉門油田分公司，甘肅酒泉 735019;2.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西西安 710065;3.延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西延安 717111)

準(zhǔn)層序與白云石有序度關(guān)系的研究
——以鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組為例

張中欣1，2，王起琮2，王乃軍2，胡立忠2，楊 欣3

(1.中國石油玉門油田分公司，甘肅酒泉 735019;2.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西西安 710065;3.延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西延安 717111)

為了研究準(zhǔn)層序與白云石有序度的對應(yīng)關(guān)系，在分析鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖地球化學(xué)資料、鏡下薄片資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用經(jīng)典層序地層學(xué)準(zhǔn)層序的理論來討論鄂爾多斯盆地馬家溝組準(zhǔn)層序中碳氧同位素、白云石有序度與儲層物性之間關(guān)系。研究表明，在研究區(qū)，位于準(zhǔn)層序頂部后期形成的巖石受暴露、降雨以及溶解作用的影響，白云石有序度普遍高于底部先期形成的白云石，這種關(guān)系在研究區(qū)與孔隙度有非常好的對應(yīng)關(guān)系。準(zhǔn)層序與白云石有序度及儲層物性的對應(yīng)關(guān)系主要表現(xiàn)在，準(zhǔn)層序的頂部白云石有序度比較高，儲層物性比較好;準(zhǔn)層序的底部白云石有序度比較低，物性比較差。

準(zhǔn)層序;白云石有序度;孔隙度;馬家溝組;鄂爾多斯盆地

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于中國大陸中部，面積37×104km2，是夾持于周邊活動帶之間的穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、扭動明顯位于古老結(jié)晶基底之上的多旋回穩(wěn)定克拉通沉積盆地。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部，區(qū)域構(gòu)造上大部分屬于伊陜斜坡［1－3］。

2 準(zhǔn)層序劃分

我們對研究區(qū)進(jìn)行了小層劃分、橫向?qū)Ρ取⒎治龌?、鏡下觀察等大量研究。對主力含氣層段馬五一馬五小層內(nèi)的準(zhǔn)層序識別和劃分的主要依據(jù)是關(guān)鍵界面、巖性組合、巖石電性特征。

1)關(guān)鍵界面 包括短期地表暴露面和亞相(微相)突變面。多數(shù)準(zhǔn)層序頂部具有暴露標(biāo)志，準(zhǔn)層序頂部侵蝕面(暴露面)是海平面下降相對幅度最大的產(chǎn)物。

2)巖性組合 主要反映在潮間、潮上帶巖相組合。

3)巖石電性特征 在研究區(qū)主要為碳酸鹽巖的巖石電性特征，特征比較明顯的是自然伽瑪測井曲線。

3 成巖作用與準(zhǔn)層序

3.1 溶解作用/去膏化作用

研究區(qū)馬五4－1亞段處于振蕩性海退期，氣候亞熱干燥，蒸發(fā)條件強(qiáng)烈，準(zhǔn)層序大部分屬于暴露型準(zhǔn)層序。準(zhǔn)層序形成的晚期，隨著海水深度逐漸變淺，沉積環(huán)境發(fā)生變化，變?yōu)槌鄙匣虺遍g帶，在強(qiáng)烈蒸發(fā)氣候條件下含石膏或石鹽沉積，準(zhǔn)層序上部已溶礦物受降雨作用的影響，石膏可能經(jīng)過溶解作用形成膏溶鑄模孔，也可能經(jīng)過去膏化作用形成石膏假晶。準(zhǔn)層序形成于海水突然變深時期，準(zhǔn)層序下部，沉積環(huán)境海水相對較深，多為潮間或潮下帶，泥質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)相對較高，缺乏原始石膏以及石鹽，溶解和去膏化作用不明顯。

在鏡下發(fā)現(xiàn)較多溶蝕現(xiàn)象或去膏巖化現(xiàn)象突變，據(jù)此大致可以判斷出準(zhǔn)層序的頂?shù)孜恢谩Ｈ芙庾饔脤儆诮ㄔO(shè)性成巖作用，可以改善巖石孔隙度，各個準(zhǔn)層序都有準(zhǔn)層序頂部孔隙度高于準(zhǔn)層序底部孔隙度的趨勢［4－5］。

由于準(zhǔn)層序頂部巖層的長期暴露，使準(zhǔn)層序頂部的巖石得以改造形成溶蝕角礫狀白云巖(圖1)，短期暴露可以形成較為完整的鑄?？准熬W(wǎng)狀溶蝕縫(圖2)。

3.2 白云石化作用

準(zhǔn)層序內(nèi)白云巖石從上至下組構(gòu)有所變化，準(zhǔn)層序形成早期，潮間帶沉積環(huán)境和強(qiáng)烈蒸發(fā)氣候條件使灰泥發(fā)生準(zhǔn)同生白云石化作用;準(zhǔn)層序形成晚期，強(qiáng)烈蒸發(fā)暴露環(huán)境使得泥粉晶白云石晶間孔隙水濃度變大，剩余富鎂流體發(fā)生向下滲流，準(zhǔn)層序下部及底部白云巖再次發(fā)生白云石化作用。

研究區(qū)部分區(qū)塊的準(zhǔn)層序(如準(zhǔn)層序1、2、3、4)的頂、底部白云巖形成機(jī)理不一致。準(zhǔn)層序下部，水體相對較深，膏鹽湖中海水中較高的Mg2+和Ca2+濃度比值使底部灰泥巖白云石化變?yōu)榘自剖瑸楦帑}湖型準(zhǔn)同生白云石云化。準(zhǔn)層序上部，水體較淺，為潮間—潮上帶強(qiáng)烈蒸發(fā)暴露作用形成的云坪型準(zhǔn)同生白云石化。

圖3為J1井深度3 163.8 m下的奧陶系馬家溝組(O2m5)的粉～細(xì)晶白云巖，在陰極射線下發(fā)紫色光且晶體較大，是回流滲透白云石化作用形成的。

圖4為FG7井，2961.2m下的奧陶系馬家溝組(O2m5)的泥微晶白云巖。從圖4可以看出，泥微晶白云石中鹽類假晶被溶，通過陰極發(fā)光顏色可以看出，發(fā)紫紅色的是原巖白云石，發(fā)光暗淡的是淡水方解石，中間充填的發(fā)光暗淡的淡水方解石說明白云石化作用不徹底。

3.3 壓溶作用

圖5為正交偏光+云母試×40下深度為2 872.97 m的Y9井奧陶系馬家溝組(O2m5)硬石膏巖中的壓溶蝕縫隙。從圖5可以看出，在鑄體薄片中紅色部分為鑄體，代表巖石中分布在硬石膏周圍的孔隙，孔隙比較多反映出壓溶作用并不是非常強(qiáng)烈，形成機(jī)理可能與流體作用不強(qiáng)烈有關(guān)。圖6為J1井奧陶系馬家溝組(O2m5)準(zhǔn)層序頂部縫合線構(gòu)造與縫洞和角礫裂紋相伴生的壓溶縫合線，形成機(jī)理與準(zhǔn)層序邊界壓溶作用比較強(qiáng)烈有關(guān)，由于壓溶作用出現(xiàn)壓溶縫合線現(xiàn)象。

縫合線在研究區(qū)多發(fā)育于準(zhǔn)層序界面上下，對于準(zhǔn)層序界面的識別有很好的輔助作用。準(zhǔn)層序下部，水體較深，泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量較高，在熱演化脫羧過程中產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸，使準(zhǔn)層序下部巖層的壓溶作用顯著強(qiáng)于準(zhǔn)層序上部巖層，可以形成縫合線或非縫合線狀壓溶。

4 準(zhǔn)層序與白云石有序度及儲層物性關(guān)系

4.1 準(zhǔn)層序與白云石有序度

準(zhǔn)層序與白云石有序度關(guān)系見表1。白云石有序度與其所含CaCO3的摩爾分?jǐn)?shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性，一般規(guī)律是CaCO3的摩爾分?jǐn)?shù)越接近理論值50%，白云石有序度就越高，越接近于1。碳酸鹽巖儲層中如果白云石含量越高，即白云石化越徹底，白云石有序度越好，反映在巖性上，一般結(jié)晶程度好、晶形較粗大的白云石有序度好于泥晶、泥微晶白云石［6－7］。每一準(zhǔn)層序形成早期，海水相對較深，沉積物中有機(jī)質(zhì)含量和泥質(zhì)含量比較高，白云石有序度一般較低;準(zhǔn)層序形成晚期，在持續(xù)暴露蒸發(fā)下，泥、粉晶準(zhǔn)同生白云石晶間孔隙水濃度增大，使準(zhǔn)層序下部的白云巖被再次云化形成結(jié)晶白云巖，白云石有序度一般高于準(zhǔn)層序早期形成的白云巖。

表1 準(zhǔn)層序與白云石有序度關(guān)系

4.2 準(zhǔn)層序與孔隙度、滲透率

準(zhǔn)層序形成早期，海水相對較深，沉積環(huán)境由原來的潮上或潮間帶突變?yōu)槌遍g或潮下帶，沉積物中泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量相對較高;在準(zhǔn)層序形成的晚期，隨著海水逐漸變淺，沉積環(huán)境由潮間或潮下帶轉(zhuǎn)化為潮上或潮間帶，在強(qiáng)蒸發(fā)氣候條件下一般表現(xiàn)為泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量相對較低的含石膏或石鹽沉積。在暴露期，準(zhǔn)層序上部也會受到降雨的影響，部分石膏溶解形成膏溶鑄?？谆蛘呓?jīng)去膏化作用形成石膏假晶，因此準(zhǔn)層序上部的孔隙度一般高于準(zhǔn)層序下部。馬家溝組準(zhǔn)層序與儲層物性關(guān)系見圖7，從7圖中可看出，無論是S157井準(zhǔn)層序7還是T7井準(zhǔn)層序1，準(zhǔn)層序由底到頂孔隙度、滲透率呈遞增趨勢。

5 結(jié) 論

1)受成巖作用影響，準(zhǔn)層序上部的巖石以溶解作用/去膏化作用為主，以準(zhǔn)同生白云巖化作用形成的泥—粉晶白云巖為主;下部為次生白云石化形成的細(xì)粉晶—粗粉晶白云巖;層序界面附近多出現(xiàn)壓溶作用形成的縫合線構(gòu)造。

2)準(zhǔn)層序形成晚期，在持續(xù)暴露蒸發(fā)下，泥粉晶準(zhǔn)同生白云石晶間孔隙水濃度增大，使準(zhǔn)層序上部的白云巖被再次云化形成結(jié)晶白云巖，白云石有序度一般高于準(zhǔn)層序早期形成的白云巖。

3)在暴露期，準(zhǔn)層序上部也會受到降雨的影響，部分石膏溶解形成膏溶鑄?？谆蛘呓?jīng)去膏化作用形成石膏假晶，因此準(zhǔn)層序上部的孔隙度一般高于準(zhǔn)層序下部。

4)層序的頂部白云石有序度一般比較高，對應(yīng)的孔隙度一般也比較高。準(zhǔn)層序與白云石有序度的對應(yīng)關(guān)系，一般表現(xiàn)為準(zhǔn)層序控制成巖作用，成巖作用控制白云石有序度，白云石有序度控制儲層物性。準(zhǔn)層序與白云石有序度的對應(yīng)關(guān)系，可以預(yù)測出準(zhǔn)層序中有利儲層的位置。

［1］ 馮增昭，陳繼新，張吉森.鄂爾多斯地區(qū)早古生代巖相古地理［M］.北京:地質(zhì)出版社，1991.

［2］ 何自新，楊奕華.鄂爾多斯盆地奧陶系儲層圖冊［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004.

［3］ 楊華，付鎖堂，馬振芳，等.天環(huán)地區(qū)奧陶系白云巖儲集體特征［J］.天然氣工業(yè)，2004，24(9):11－14.

［4］ 周勁松，趙澄林.陜甘寧盆地中部馬五段上部成巖層序地層學(xué)研究及其意義［J］.巖石礦物學(xué)雜志，2000，19(2):113－130.

［5］ 周勁松，趙澄林，余炳俊.陜甘寧地中部馬五段上部準(zhǔn)層序劃分其特征［J］.沉積學(xué)報，1999(17):747－751.

［6］ 曾理，萬茂霞，彭英.白云石有序度及其在石油地質(zhì)中的應(yīng)用［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2004，27(4):64－66.

［7］ 王小芬，楊欣，王起琮.鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組白云石有序度研究［J］.新疆石油天然氣，2011，7(1):12－16.

Relationship Between Order Degree of Dolomite and Parasequence——Majiagou Formation of Ordovician in Ordos Basin

ZHANG Zhong-xin1，2，WANG Qi-zong2，WANG Nai-jun2，HU Li-zhong2，YANG Xin3
(1.Yumen Oilfield Company，PetroChina，Jiuquan 735019，Gansu，China;2.School of Oil and Gas，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，Shaanxi，China;3.Shaanxi Yanchang Petroleum Limited Liability，Yan’an 717111，Shaanxi，China)

Applying the sequence stratigraphy theory establishes the sequence stratus frame of parasequence controls dolomitization.This paper references the data records of geochemistry and thin section analysis to discuss the relationship of the carbon and oxygen isotopes，the order degree of dolomite，and the porosity and permeability in the Ordovician Majiagou Group parasequence.The research indicates that in the research area，the rocks located on the top of the parasequence and formatted later are affected by the later rainfall，exposure and dissolution，so the order degree of dolomite is higher than the dolomite located in the bottom and firstly formed.This relationship has very good corresponding relation with the porosity in the research area;the order degree of dolomite on the top of sequence is generally higher;and the porosity of corresponding dolomite is higher too.Parasequence strongly controls the order degree of dolomite，and the relationship existed generally in the region.

parasequence;order degree of dolomite;porosity;Majiagou Group;Ordos Basin

TE12

B

1008-9446(2012)01-0013-05

國家重大專項專題(大型油氣田及煤層氣開發(fā)):2008ZX05005-004-008HZ

2011-10-23

張中欣(1984－)，男，山東冠縣人，西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院09級碩士研究生，主要從事層序地層與隱蔽油氣藏研究。