蘇里格地區(qū)馬五段儲(chǔ)層控制因素與成藏規(guī)律

趙俊興 李 婕 盧 濤 馮強(qiáng)漢 王 勇 李鳳杰 申趙軍

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安710021）

世界的油氣和生產(chǎn)資料顯示，50%的油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量是來(lái)自碳酸鹽巖。中國(guó)目前雖然發(fā)現(xiàn)了大量的碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)集層，但是獲得的油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他一些國(guó)家，因此，碳酸鹽巖油氣勘探成為中國(guó)未來(lái)油氣勘探研究的重點(diǎn)。

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，蘇里格地區(qū)位于鄂爾多斯盆地的西北部、中央古隆起東北側(cè)（圖1），區(qū)域構(gòu)造上屬伊陜斜坡北部中帶，其基底為太古界和元古界結(jié)晶變質(zhì)巖系［1］。

近年來(lái)，隨著蘇里格氣田的勘探與開(kāi)發(fā)，下古生界勘探取得了重大成果。認(rèn)為蘇里格地區(qū)下古生界氣藏仍具有一定的勘探開(kāi)發(fā)潛力，也將成為蘇里格大氣田的重要組成部分。因此，開(kāi)展蘇里格地區(qū)下古生界成藏規(guī)律研究具有十分重要的理論意義和實(shí)際意義。

1 馬五段小層劃分及其發(fā)育特征

同靖邊氣田一樣，馬家溝組第5段（馬五段）為奧陶系主要含氣層位，屬古風(fēng)化殼古喀斯特型碳酸鹽巖儲(chǔ)層。根據(jù)地震、地質(zhì)、測(cè)井、古生物等特征，將馬五段劃分出馬五1－馬五10共10個(gè)小層（表1），其中主要含氣層分布于馬五4－馬五1段。

圖1 鄂爾多斯盆地單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置圖Fig.1 Schematic representation of tectonic units in the Ordos Basin and location of the study area

表1 蘇里格地區(qū)奧陶系馬五段小層劃分表Table 1 Strata division of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

由于受加里東運(yùn)動(dòng)抬升剝蝕影響，馬五段下部氣層組各小層分布范圍較大，而上部氣層組分布相對(duì)局限。就各小層而言，西部、北部地層缺失嚴(yán)重，而南部、東部地層相對(duì)發(fā)育，這與石炭系沉積前古地貌特征有關(guān)。總體來(lái)看，蘇里格地區(qū)馬五段具有以下特點(diǎn)：奧陶系標(biāo)志層特征比較清楚，地層可對(duì)比性強(qiáng)；奧陶系多數(shù)出露馬五1－2及更老地層，地層保存程度較差；從北向南，奧陶系出露層位依次變新，以致出現(xiàn)蘇里格地區(qū)奧陶系保存較差，而靖邊氣田奧陶系保存較好的局面；蘇里格地區(qū)膏鹽巖不發(fā)育（而靖邊氣田更發(fā)育）；馬五5白云化作用較嚴(yán)重，這有利于下部氣層發(fā)育。

2 儲(chǔ)層物性與孔隙特征

蘇里格氣田東部馬五1－4儲(chǔ)層巖性以細(xì)粉晶白云巖、泥晶白云巖、泥細(xì)粉晶白云巖、粉晶白云巖為主，還有粉晶云灰?guī)r（次生）、泥晶砂礫屑白云巖、泥細(xì)粉晶含灰云巖等。薄片鑒定分析表明，巖石成分中白云石含量最高，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到83.4%。礦物成分中，方解石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)到32.1%；伊利石在區(qū)內(nèi)發(fā)育比較普遍，但其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，僅有3.1%；硅質(zhì)、黃鐵礦、褐鐵礦、高嶺石等礦物也有不同程度的分布。

圖2 各小層平均氣層厚度直方圖Fig.2 The average gas thickness histogram of the small layers

圖3 各小層平均滲透率直方圖Fig.3 The average permeability histogram of the small layers

通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、孔隙圖像以及電鏡掃描分析可知，區(qū)內(nèi)馬五1－4氣藏儲(chǔ)集空間以溶孔、晶間溶孔為主，其次為膏模孔和晶間孔，儲(chǔ)層面孔率在0.2%～13.5%之間，平均為3.54%。另外，風(fēng)化殼儲(chǔ)層內(nèi)存在部分裂縫，按成因及規(guī)模分為微裂縫和構(gòu)造縫。裂縫是溝通孔、洞，提高儲(chǔ)層滲流能力的有利通道。

3 儲(chǔ)層控制因素分析

3.1 沉積相對(duì)儲(chǔ)層影響

受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，馬家溝組頂部地層于加里東期被侵蝕時(shí)間長(zhǎng)達(dá)130Ma，形成了廣泛分布的侵蝕面，其風(fēng)化殼厚度在局部地區(qū)可達(dá)100m左右。鄂爾多斯盆地下古生界天然氣主要集中分布于馬家溝組頂部風(fēng)化殼部位，即為古風(fēng)化殼喀斯特氣藏。

根據(jù)蘇里格地區(qū)沉積巖性特征、沉積構(gòu)造、巖石組合、相分析，同時(shí)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為馬五段沉積主要處于陸表海臺(tái)地相發(fā)育時(shí)期，潮坪環(huán)境十分發(fā)育［3－7］。馬五段為一套干旱氣候的強(qiáng)烈蒸發(fā)環(huán)境下的潮坪相沉積，蘇里格地區(qū)馬五段主要以潮上帶泥云坪、潮上云坪為主，局部也發(fā)育有潮上膏云坪、潮間灰坪等沉積。

沉積相在整個(gè)馬五1－4儲(chǔ)層的形成過(guò)程中有著重要的作用，它決定了沉積環(huán)境范圍內(nèi)的巖石類型，尤其是白云巖相的成巖對(duì)晶間孔儲(chǔ)集空間的發(fā)育至關(guān)重要，這些準(zhǔn)同生期蒸發(fā)泵白云石化過(guò)程中形成的含硬石膏結(jié)核或柱狀晶的粉晶白云巖成為儲(chǔ)層發(fā)育的主要物質(zhì)基礎(chǔ)［3］。在這些沉積相所形成的巖石類型在后期的成巖作用中被改造程度較深，在成巖作用的控制下，相對(duì)而言使得蘇里格地區(qū)馬家溝組沉積微相對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育影響有一定程度減弱，但總體來(lái)看沉積相對(duì)氣藏控制起到了基礎(chǔ)性作用。

3.2 成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響

蘇里格氣田奧陶系遭受130Ma風(fēng)化剝蝕作用，這使馬五41進(jìn)入表生成巖環(huán)境，位于古喀斯特斜坡的馬五段儲(chǔ)層，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的表生喀斯特作用的改造。古喀斯特作用成為本地區(qū)儲(chǔ)層改造、發(fā)育、分布的主控因素。馬五段儲(chǔ)層的主要成巖作用類型有（圖4）：白云石化作用、壓實(shí)作用、壓溶作用、重結(jié)晶作用、溶蝕作用、去膏化作用、去白云石化作用、黃鐵礦化等。其中，溶蝕作用（包括古喀斯特作用、埋藏溶蝕）、白云石化作用、去膏化作用、壓實(shí)、壓溶作用最為主要。在這些成巖作用中，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育起到建設(shè)性作用的有白云石化作用、溶蝕作用、重結(jié)晶作用、去膏化作用等，其中溶蝕作用（喀斯特作用）最為重要；而破壞性成巖作用主要有壓實(shí)作用、壓溶作用、去白云石化作用等等。

從古喀斯特作用來(lái)看，加里東運(yùn)動(dòng)造成中央古隆起的形成和發(fā)育，表生和埋藏成巖期所形成的次生孔、縫、洞為天然氣存儲(chǔ)提供了空間。表生期古喀斯特對(duì)馬五期頂部地層的主要儲(chǔ)集巖的孔隙發(fā)育過(guò)程有重要影響，即使得巖石中石膏、硬石膏結(jié)核和單晶淋濾溶解，形成大量溶斑孔、膏?？准按紊芸p，也造成巖石的局部角礫化。在表生期古喀斯特過(guò)程中，同時(shí)伴隨著不同程度的滲流物充填作用，使溶蝕孔洞有所降低。隨著埋藏深度增加，烴類成熟早期有機(jī)酸性水介質(zhì)引起埋藏溶解作用，使早期溶解孔洞縫中的充填組分再溶解、孔洞縫局部溶解擴(kuò)大。表生期喀斯特孔洞愈發(fā)育地區(qū)，埋藏溶解作用一般也愈強(qiáng)。埋藏溶解作用使充填在古喀斯特形成的溶解孔、洞、縫中的充填組分再溶解和古喀斯特孔洞縫的局部溶解擴(kuò)大。這些成巖作用形成了大量的次生孔、縫、洞，為天然氣存儲(chǔ)提供了空間。

3.3 頂面構(gòu)造特征及其對(duì)氣藏的控制

蘇里格地區(qū)東部位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，總體呈南北向延伸?，F(xiàn)今的構(gòu)造面貌為一區(qū)域性西傾大單斜，頂面構(gòu)造總趨勢(shì)為東高西低，下降梯度為3‰～10‰，下降坡度十分小，與伊陜斜坡向西傾的趨勢(shì)一致。在極其平緩的構(gòu)造背景上西傾單斜上分布一系列的近北東－南西方向的、相間排列的“鼻隆”和“鼻凹”構(gòu)造，以北東向?yàn)橹?。褶皺變形為低幅度斷續(xù)褶皺，以短軸褶皺構(gòu)造為主；褶皺翼部?jī)A角極緩，為1°～2°，甚至近于水平；以NE－NEE為主，而且為右型雁列。這些構(gòu)造特點(diǎn)構(gòu)成穩(wěn)定地塊的構(gòu)造樣式，表明該區(qū)的構(gòu)造背景為遠(yuǎn)離造山帶弱擠壓或扭壓構(gòu)造動(dòng)力作用下，形成十分和緩的構(gòu)造變形。

會(huì)議首先介紹了研究會(huì)今年以來(lái)的工作、近期的工作安排以及明年的工作打算，與會(huì)同志對(duì)研究會(huì)的工作作了交流，并對(duì)今后的發(fā)展提出了建設(shè)性的意見(jiàn)和建議。會(huì)議研究確定，12月下旬召開(kāi)研究會(huì)2018年年會(huì)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)80多口鉆井下古生界氣藏統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，從鼻凹到鼻翼，從鼻翼再到鼻隆，出現(xiàn)氣井幾率逐步增加（圖5）?？梢哉J(rèn)為，頂面構(gòu)造對(duì)研究區(qū)下古生界氣藏具有一定的作用和影響。從單因素角度出發(fā)，部署井位時(shí)，應(yīng)該選擇鼻翼和鼻隆部位。若果我們按照小層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看到，無(wú)論哪個(gè)構(gòu)造位置，氣層均集中發(fā)育在馬五14和馬五31；也就是說(shuō)，在研究區(qū)部署井位應(yīng)該重點(diǎn)考慮馬五和馬五。通過(guò)對(duì)研究區(qū)氣層物性和構(gòu)造位置分析，可以看到，構(gòu)造位置對(duì)氣層厚度、孔隙度、含氣飽和度的影響不大，對(duì)氣層滲透率的影響最大（圖6），尤其是研究區(qū)氣層發(fā)育層位馬五和馬五。由此，可以認(rèn)為構(gòu)造主要起溝通滲濾作用。

圖4 蘇里格地區(qū)馬五段主要成巖作用特征Fig.4 Main diagenetic features of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

圖5 蘇里格地區(qū)不同構(gòu)造位置氣井發(fā)育率Fig.5 Gas well development rate of different tectonic positions in the Sulige area

圖6 不同構(gòu)造部位對(duì)儲(chǔ)層物性參數(shù)影響程度Fig.6 The influence degree of different structural parts on the reservoir physical parameters

從目前單井試氣成果來(lái)看，桃2井區(qū)比蘇東區(qū)塊受構(gòu)造影響明顯。根據(jù)靖邊氣田小幅度構(gòu)造研究成果，認(rèn)為小幅度構(gòu)造不具備圈閉和分隔氣藏的能力，但對(duì)天然氣的儲(chǔ)滲條件有一定的控制作用；在含氣層存在的情況下，正向構(gòu)造部位有利于氣井高產(chǎn)，是開(kāi)發(fā)井部署的主要依據(jù)之一。鑒于此，建議在部署井位時(shí)，也應(yīng)考慮頂面構(gòu)造的特征。

3.4 古地貌對(duì)氣藏的控制作用

中奧陶世末加里東運(yùn)動(dòng)使華北地臺(tái)整體抬升，缺失了泥盆系、志留系和下石炭統(tǒng)。至中石炭世又整體沉降，接受了中、上石炭統(tǒng)海陸交互相的含煤系碎屑巖沉積，從而在上、下古生界之間形成了一個(gè)區(qū)域性的大型古侵蝕面。在古侵蝕面之下，古喀斯特產(chǎn)生了較穩(wěn)定的縫－孔洞型儲(chǔ)層，即奧陶系頂部古風(fēng)化殼儲(chǔ)層。風(fēng)化殼及其溶蝕孔、縫發(fā)育，是鄂爾多斯盆地下古生界的主要天然氣儲(chǔ)、產(chǎn)層［2］。奧陶系馬家溝組頂部存在長(zhǎng)期沉積間斷的不整合面，不整合面之下的碳酸鹽巖往往能形成古喀斯特，古喀斯特中溶蝕孔、洞、縫發(fā)育，總是較原生碳酸鹽巖具有更好的儲(chǔ)集性能，并能形成油氣藏［2］。

古地貌控制了古喀斯特發(fā)育特征，而古喀斯特作用又控制了本地區(qū)的古喀斯特儲(chǔ)層分布，二者關(guān)系密不可分［8］。在區(qū)域上，古生界風(fēng)化殼層位是穿時(shí)分布的，在加里東抬升剝蝕期，受中央古隆起影響，盆地中部古地形總的面貌是西高東低，從而其西部地區(qū)比東部風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈。西部城川一帶奧陶系頂部層位是馬五14小層，風(fēng)化殼底部層位是馬五6；而靖邊氣田中部奧陶系頂部層位是馬五2或者馬五1段，底部層位是馬五4段。古風(fēng)化殼的頂部和底部層位自西向東逐漸變新［9］。

蘇里格氣田東區(qū)下古生界儲(chǔ)層屬于奧陶系古潛臺(tái)向北部延伸的古斜坡之上。古斜坡包括次一級(jí)的地貌單元，有古臺(tái)地、古溝槽、古殘丘等。蘇里格地區(qū)古地貌總體上具有西高東低、北高南低的分布特征。其中，上覆石炭系沉積厚度＜10m的分布于西部及西北部一線，這些地區(qū)是由于地處高地貌部位而使得沉積地層保留厚度?。皇肯档貙臃植驾^厚的地區(qū)位于蘇里格地區(qū)的中東部及南部，主要為古溝槽發(fā)育地帶或者是喀斯特斜坡中一些相對(duì)比較低洼地帶。蘇里格東部溝槽系基本上呈東西向展布，之間為一些殘丘或者梁將其分割。在高地和溝槽或盆地之間的斜坡過(guò)渡帶（石炭系沉積厚度基本上在10～25m），主要是在大的喀斯特斜坡背景下的一些殘丘、洼地及溝槽末端。

實(shí)踐證明，馬五段的含氣面積受古風(fēng)化殼斜坡上臺(tái)地、古殘丘、古溝槽的控制（圖7）。一般在古殘丘與古溝槽之間的過(guò)渡地帶是有利的含氣部位。這是因?yàn)?，蘇里格地區(qū)下古生界氣藏的形成具有以下特點(diǎn)：馬五氣藏頂部為石炭系鐵鋁巖及泥質(zhì)巖區(qū)域性封蓋；底部是馬五5厚層－塊狀致密石灰?guī)r，或者是馬五－馬五小層致密的泥質(zhì)云巖作為遮擋底板；側(cè)向上為古地貌溝槽充填物和成巖致密帶所封堵，從而為大面積圈閉提供了條件。

4 成藏規(guī)律與成藏模式

加里東運(yùn)動(dòng)末期，蘇里格地區(qū)奧陶紀(jì)時(shí)受“L”形中央古隆起影響，這種構(gòu)造格局經(jīng)加里東運(yùn)動(dòng)抬升暴露剝蝕時(shí)呈現(xiàn)喀斯特高地－喀斯特斜坡－喀斯特盆地的古喀斯特地貌，后來(lái)經(jīng)燕山、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)改造遂成現(xiàn)在的面貌。正是位于古喀斯特斜坡上的溶蝕溝槽，后期上覆太原組、本溪組為區(qū)內(nèi)最主要的源巖之一，直接覆蓋與侵蝕溝槽之上，有利于天然氣進(jìn)入儲(chǔ)層，形成了上生下儲(chǔ)的有利生儲(chǔ)蓋組合，對(duì)于下古生界天然氣富集起到了重要作用（圖8）。

就蘇里格地區(qū)而言，氣藏主要賦存于潮上云坪、云灰坪微相中的白云巖中；就單個(gè)儲(chǔ)層單元來(lái)講，氣水分布表現(xiàn)為高海拔處為氣、低海拔處為水，屬常規(guī)的氣藏；縱向上氣層之上覆蓋著潮上泥云坪微相、潮間帶的泥云巖和灰?guī)r，儲(chǔ)層之上覆地層的綜合封蓋能力也決定著氣的聚集。從古地貌上看，蘇東區(qū)塊為遭受剝蝕較強(qiáng)的古喀斯特發(fā)育區(qū)，區(qū)內(nèi)古喀斯特殘丘、喀斯特溝槽區(qū)相對(duì)發(fā)育，地勢(shì)起伏較大，古喀斯特殘丘地層保存相對(duì)完整；古構(gòu)造上總體為北西高、南東低，內(nèi)部呈現(xiàn)波狀起伏；氣藏主要分布于鼻凹帶向兩側(cè)的鼻隆帶上傾和低幅背斜構(gòu)造內(nèi)；巖性為白云巖和灰質(zhì)白云巖，屬于潮上云坪和灰云坪微相；主要產(chǎn)氣井均位于古喀斯特殘丘斜坡上。由此可見(jiàn)，馬家溝組頂部的古喀斯特殘丘對(duì)氣藏的形成具有重要意義。

根據(jù)氣藏剖面和試氣鉆井分布規(guī)律，可以總結(jié)出蘇里格氣田馬五段氣藏分布規(guī)律為（圖8）：喀斯特作用較為發(fā)育，古殘丘、古溝槽為主要微地貌單元類型，古殘丘內(nèi)的白云巖、含膏云巖遭受淋濾，形成高溶蝕孔洞的儲(chǔ)層；風(fēng)化剝蝕過(guò)程中對(duì)馬五段的溶蝕如果在殘丘的中部，不易遭受淋濾的部位，就不能形成溶蝕孔洞，則不利于儲(chǔ)層的發(fā)育，而殘丘兩側(cè)對(duì)于溶蝕作用最為有利；在古喀斯特的溝槽中，上覆的本溪組烴源巖深陷在古殘丘之間，在演化過(guò)程中，產(chǎn)生的油氣就近運(yùn)移到古殘丘兩側(cè)的儲(chǔ)層中保存下來(lái)，并作為蓋層易于形成古地貌古喀斯特圈閉油氣藏。因此，古殘丘－古溝槽（洼地）之間的過(guò)渡地帶最有利于成藏，是下一步開(kāi)發(fā)井位部署優(yōu)選部位，也是今后蘇里格地區(qū)下古生界有利勘探方向。

圖7 蘇東48－42井區(qū)古地質(zhì)地貌與氣藏分布規(guī)律Fig.7 Distribution of ancient geological features and gas pool of Well 48－42area in the east of Sulige

圖8 蘇里格氣田東區(qū)馬五段成藏模式示意圖Fig.8 Accumulation model diagram of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the east of Sulige

5 結(jié)論

通過(guò)上述研究與討論，認(rèn)為蘇里格地區(qū)下古生界碳酸鹽巖氣藏主要為受古地貌、古喀斯特控制的地層－巖性圈閉氣藏。蘇里格氣田下古生界今后的有利勘探方向如下。

a.古殘丘－古溝槽（洼地）之間的過(guò)渡地帶最有利于成藏，是下一步勘探開(kāi)發(fā)井位部署優(yōu)選部位。

b.構(gòu)造對(duì)研究區(qū)下古生界氣藏具有一定的作用和影響，部署井位時(shí)，應(yīng)該選擇鼻翼和鼻隆部位。

d.由于下古生界氣藏為古喀斯特氣藏，因此，無(wú)論是縱向上層位選擇，還是平面上井位選擇，都應(yīng)該首選喀斯特作用強(qiáng)烈發(fā)育地帶。

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