鄂爾多斯盆地西緣奧陶紀(jì)生物礁及其儲集性能

周俊烈，陳洪德，趙俊興，蘇中堂，張成弓，王玉萍，郝哲敏

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室（成都理工大學(xué)），成都610059）

生物礁是指由原地生長的造礁生物營造的碳酸鹽巖有機建造，具有抗浪格架，呈現(xiàn)凸鏡狀或丘狀的外部形態(tài)，并突出于四周同期沉積物［1－5］。生物礁是一種非常好的油氣儲集體，生物礁和相關(guān)的碳酸鹽巖中蘊含著大約一半的油氣儲量［6］。中國自20世紀(jì)中后期開始開展了生物礁的調(diào)查與研究，發(fā)現(xiàn)了從震旦紀(jì)到新近紀(jì)發(fā)育分布范圍很廣的生物礁［7］。葉儉、楊友運等在20世紀(jì)90年代初對鄂爾多斯盆地西南部進行研究，發(fā)現(xiàn)了多處生物礁分布，并對這些生物礁的形成、發(fā)展和演化進行了系統(tǒng)總結(jié)［8］；夏明軍等在2008年也發(fā)表了鄂爾多斯盆地奧陶系生物礁的研究，對生物礁的造礁生物類型、分布特征、巖相組合以及天然氣勘探前景進行了研究［9］。本文在此基礎(chǔ)上，對各個典型生物礁的發(fā)育特征進行分析，同時結(jié)合樣品的地球化學(xué)特征，對生物礁的油氣儲集性能進行分析和預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺的西部，是一個多構(gòu)造體系、多旋回演化、多沉積類型的大型盆地。根據(jù)地質(zhì)演化史及地質(zhì)構(gòu)造特征，可將盆地劃分為伊盟隆起、伊陜斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)拗陷和西緣逆沖帶等6個構(gòu)造單元［10］。鄂爾多斯盆地西部為一個巨型沖斷推覆構(gòu)造，包括桌子山－賀蘭山褶皺帶、銀川地塹和鄂爾多斯西緣沖斷構(gòu)造帶等次級構(gòu)造單元（圖1）；西北部與阿拉善古陸為鄰，西南部與秦祁海槽溝通，東部與鄂爾多斯臺地相連［11］。

奧陶紀(jì)，鄂爾多斯盆地西部在賀蘭拗拉槽沉積構(gòu)造格架上發(fā)展起來，經(jīng)歷了拗陷→初始裂陷→海槽（活動）→閉合回返的一個完整的海水升降旋回；沉積環(huán)境經(jīng)歷了由三道坎期濱?！雷由狡谔妓猁}陸棚→克里摩里期斜坡－海槽→平?jīng)銎诤２郏５咨取冲伾狡诼∩秊殛懙难莼^程，地層發(fā)育齊全，厚度巨大，分布廣泛，保存較為完整，著名的靖邊氣田就發(fā)現(xiàn)于此，所以一直以來受到石油勘探部門的關(guān)注與重視［11－13］。

2 生物礁的時空分布

圖1 鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Structural divisions on the west edge of Ordos Basin

在野外實測過程中，在盆地西北部烏海桌子山地區(qū)下奧陶統(tǒng)桌子山組新發(fā)現(xiàn)了典型的生物礁（老石蛋地區(qū)），呈層狀分布，累計厚度＞30m，單層厚度1～8m；含礁核造礁生物主要為珊瑚，橫板珊瑚枝狀生長，個體較大，至少具有2期生長過程。礁基－礁蓋為泥晶灰?guī)r夾泥巖，薄層狀。

在盆地西緣寧夏彭陽縣石節(jié)子溝發(fā)現(xiàn)生物礁出露于水壩下，向兩側(cè)延伸的可見范圍有限，其余被黃土覆蓋。與其相鄰下伏地層平?jīng)鼋M也被黃土覆蓋，巖溝向下，可見平?jīng)鼋M灰黃色砂巖。礁體總厚度89.5m，單層厚度0.5～20m，造礁生物主要為珊瑚，發(fā)育生物礁灰?guī)r為主。

在巖心觀測過程中，棋探1井在下奧陶統(tǒng)克里摩里組鉆遇海綿礁灰?guī)r，取心回次為7～10次，累計長度42.6m；地震相特征較為明顯，總體上表現(xiàn)為較強振幅不連續(xù)反射和丘形反射特征，與厚層塊狀白云巖或灰?guī)r的中弱反射特征（低頻、弱振幅、弱連續(xù)性）有較大差異，是識別礁灘體的主要依據(jù)（圖2）［14，15］。

通過此次對盆地西緣典型生物礁進行研究，總結(jié)出盆地西緣生物礁分布規(guī)律（圖3），即盆地西緣發(fā)育礁灘相帶，北部生物礁體發(fā)育的時代較早，主要位于桌子山組頂部（相當(dāng)于馬五頂）；中部生物礁發(fā)育的時代相對要晚，主要在克里摩里組（相當(dāng)于馬六）；南部生物礁發(fā)育最晚，位于平?jīng)鼋M－背鍋山組。造礁生物北部為珊瑚，中部為海綿－層孔蟲，南部為珊瑚，且個體較大。北段礁體生長發(fā)育2～3期，南段發(fā)育可達4期。北段及南端生物礁生長的水體環(huán)境相對較淺，中部相對較深。

3 典型生物礁的發(fā)育特征

3.1 下奧陶統(tǒng)生物礁

3.1.1 桌子山地區(qū)生物礁

在此次研究過程中，在盆地西緣桌子山地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的典型生物礁，礁體形態(tài)明顯，可見2期礁體生長。造礁生物主要為珊瑚，附礁生物主要為腹足、腕足、竹節(jié)蟲、棘皮類等；主要巖石類型有生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、瘤狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、喀斯特灰?guī)r等（圖4）。

圖2 瞬時相位剖面的礁灘相特征圖Fig.2 Reef－bank features in the instantaneous phase section

圖3 鄂爾多斯盆地西緣典型生物礁對比圖Fig.3 The contrast diagram of the typical reefs on the west margin Ordos Basin

圖4 桌子山剖面的珊瑚化石Fig.4 Coral fossils in the Zhuozishan profile

桌子山生物礁第一期礁體是在下伏深水環(huán)境泥微晶灰?guī)r基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；此后，水體變淺，適宜于造礁生物珊瑚生長；同時竹節(jié)蟲、腹足、頭足、海百合等附礁生物大量繁殖，形成厚層生物屑灰?guī)r。向上可以看到一些礁巖角礫，說明水動力加強，抗浪能力較強的生物礁發(fā)育，形成生物丘。此后，水體逐漸變淺，沉積環(huán)境過渡為灘相，不適宜生物礁生長，直至消亡，形成鮞?；?guī)r和生物屑灰?guī)r。第二期生物礁是在底部經(jīng)壓實呈廇狀的泥質(zhì)條帶上發(fā)育起來的，部分地方可見礁巖角礫。礁基下部為凝灰質(zhì)泥灰?guī)r，將各期次礁體分開，并毒死下部礁致使其停止生長，說明該生物礁在生長過程中受到火山活動的影響（圖5）。

3.1.2 棋探1井生物礁

在本次研究過程中觀測了棋探1井巖心。主要造礁生物為層孔蟲、海綿、珊瑚及鈣藻等；附礁生物有介形蟲、三葉蟲、腹足、棘皮類、腕足等；主要的巖相組合有生物屑灰?guī)r、層孔蟲－海綿礁灰?guī)r（圖6）。

棋探1井生物礁發(fā)育在深水沉積的黑灰色云灰?guī)r之上，隨著水體變淺，適宜造礁生物生長。巖心觀測中可見明顯的藻紋層構(gòu)造，藻類生物生長迅速，形成了層孔蟲－海綿生物礁；此后，水動力作用加強，水體加深，生物礁骨架受到破壞，形成生物碎屑灰?guī)r；隨著水體再次變淺，水動力條件變緩，適宜造礁生物生長，形成了層孔蟲－海綿礁灰?guī)r（圖7）。

圖5 桌子山生物礁剖面圖Fig.5 The sectional drawing of the organic reefs in Zhuozishan

3.2 上奧陶統(tǒng)石節(jié)子溝生物礁

石節(jié)子溝生物礁的造礁生物主要為珊瑚，附礁生物有腹足、腕足及介形蟲等。珊瑚有單管珊瑚、四射珊瑚及床板珊瑚等，見大量腹足、腕足等生物碎屑。主要巖石類型有喀斯特角礫巖、生物灰?guī)r、生物礁灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r等（圖8）。

從造礁生物繁育情況可大致將該生物礁分為4層（圖9）。第一層生物礁發(fā)育在生物礁灰?guī)r上，厚度約43.5m；造礁生物珊瑚從生屑灘上發(fā)育而成，個體大，質(zhì)純；形成巖層向上逐漸變薄，表明水體逐漸加深而不利于珊瑚生長；附礁生物發(fā)育，形成生物碎屑灰?guī)r及生物灰?guī)r。第二層生物礁是由于生物碎屑逐漸增加使得水體變淺適宜珊瑚生長，從而在一個相對較長的時期內(nèi)發(fā)育，形成生物礁灰?guī)r，厚17m；珊瑚較第一層個體變小，但數(shù)量有所增加；隨后由于水體加深，不利于珊瑚生長。第三層厚10.5m，礁核由珊瑚形成質(zhì)純的生物礁灰?guī)r；珊瑚發(fā)育與第二層相似，個體小，數(shù)量相對多；但該層生物礁變化快，層厚薄，表明水體深淺變化頻率加快，環(huán)境變化明顯。第四層生物礁厚19.5m，頂部發(fā)育一套喀斯特角礫巖，基巖為中細晶灰?guī)r，少見化石，可能是礁間沉積；而該層生物礁的礁體本身僅厚14.5m，且生物礁灰?guī)r較薄，生物灰?guī)r相對發(fā)育，珊瑚個體小，但數(shù)量多，且以單管珊瑚為主：說明此時環(huán)境適宜珊瑚生長，但環(huán)境變化快，不利于形成個體較大的珊瑚。

4 儲集性能評價

生物礁是碳酸鹽巖中非常重要的油氣聚集體，世界上很多大型油氣田都與生物礁有關(guān)。鄂爾多斯盆地西緣奧陶系生物礁與各種類型的顆粒灘、生屑灘共生，通過礁灘連接，復(fù)合體的規(guī)模相當(dāng)可觀，發(fā)育礁灘型儲層。礁灘型儲層主要發(fā)育在早奧陶世桌子山期、克里摩里期和中奧陶世烏拉力克期。此時是盆地西南邊緣向主動大陸邊緣轉(zhuǎn)化時期，賀蘭海槽兩側(cè)形成了高能臺地邊緣相帶，臺地邊緣區(qū)水體淺、能量較高，有利于礁灘相碳酸鹽巖隆的發(fā)育，早期溶蝕或成巖白云石化可使它形成有利的礁灘相儲集體［16］。

4.1 儲集空間類型

生物格架孔和組構(gòu)選擇性溶蝕的溶孔是礁灘型儲層的主要儲集空間類型。前者主要發(fā)育在海綿礁灰?guī)r中，海綿搭架形成孔隙。后者主要見于各種顆粒灘中的顆粒被選擇性溶蝕，發(fā)育放射蟲內(nèi)的溶孔和藻屑溶孔；同時，還有一些受古喀斯特改造形成的溶蝕孔洞［17］，有的早期的孔隙已被充填，另外部分孔隙保存較好。

圖6 棋探1井生物礁Fig.6 The organic reefs in Well Qitan 1

圖7 棋探1井生物礁剖面圖Fig.7 The sectional drawing of the organic reefs in Well Qitan 1

圖8 石節(jié)子溝珊瑚生物礁Fig.8 Coral reefs of Shijiezigou

圖9 石節(jié)子溝生物礁剖面圖Fig.9 The sectional drawing of the organic reefs in Shijiezigou

4.2 物性特征

根據(jù)對研究區(qū)213個巖石孔滲樣品分析，礁灘型儲層孔隙度介于10.35%～0.1%，平均為1.45%；滲透率為（14.28～0.01）×10－3μm2，平均為1.24×10－3μm2。其中，81個生物礁灰?guī)r樣品分析顯示其孔隙度平均為2.66%，滲透率平均為0.017×10－3μm2；107個顆粒灘相巖樣孔隙度平均值為1.345%，滲透率平均值為0.332×10－3μm2；25個灘間灰?guī)r樣品平均孔隙度為0.7536%，平均滲透率為0.022×10－3μm2。生物礁具最好孔隙度，但其滲透性能不佳，灘間灰?guī)r孔隙度和滲透率均不好，顆粒灘孔隙度介于二者之間，滲透率最好，表明不同沉積微相其物性條件存在差異。另外，部分發(fā)生溶蝕作用的巖石樣品其孔隙度可達10.35%～5.26%，表明溶蝕作用能夠改善礁灘型儲層的物性條件。

從礁灘型儲層的儲集空間類型和物性條件來看，其儲集性能不佳，主要有2個方面的原因。一方面由于生物礁在生長過程中受到水體深度變化的影響，無法形成具有抗浪性能的礁體；另一方面由于礁灘大多是灰?guī)r未發(fā)生白云石化，或者后期白云石化程度不高，對其孔隙度和滲透率造成了影響。但是，生物礁儲層與上古生界烴源巖相鄰，氣源充足，生、儲、蓋組合配套；同時，周圍致密灰?guī)r或白云巖構(gòu)成有效圈閉，為油氣的成藏提供有利場所［18］。由此認(rèn)為，鄂爾多斯盆地西緣奧陶紀(jì)臺地邊緣礁灘相帶可作為油氣勘探的重要目標(biāo)。

5 結(jié)論

a.鄂爾多斯盆地西緣奧陶紀(jì)發(fā)育有烏海桌子山地區(qū)下奧陶統(tǒng)桌子山組珊瑚生物礁、棋探1井下奧陶統(tǒng)克里摩里組層孔蟲－海綿生物礁和石節(jié)子溝上奧陶統(tǒng)背鍋山組珊瑚生物礁。北部生物礁發(fā)育時代早，南部晚；造礁生物北部為珊瑚，中部為海綿－層孔蟲，南部為珊瑚，且個體較大；北段礁體生長發(fā)育2～3期，南段發(fā)育可達4期；北段及南端生物礁生長的水體環(huán)境相對較淺，中部相對較深。

b.桌子山地區(qū)生物礁的造礁生物為珊瑚，附礁生物為腹足、腕足、竹節(jié)蟲、棘皮類等；主要巖石類型有生物碎屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、喀斯特灰?guī)r等；生物礁有兩期。棋探1井主要造礁生物為層孔蟲、海綿、珊瑚及鈣藻等，附礁生物有介形蟲、三葉蟲、腹足、棘皮、腕足等；主要的巖相組合有生物碎屑灰?guī)r、層孔蟲－海綿礁灰?guī)r等。石節(jié)子溝生物礁的造礁生物主要為珊瑚，附礁生物有腹足、腕足及介形蟲等；主要巖石類型有喀斯特角礫巖、生物灰?guī)r、生物礁灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r等。這些典型生物礁的生長、發(fā)展和消亡受到水體變化以及構(gòu)造活動的影響，呈現(xiàn)了不同的發(fā)育特征。

c.鄂爾多斯盆地西緣奧陶系生物礁與各種灘共生，發(fā)育礁灘型儲層，生物格架孔和組構(gòu)選擇性溶蝕的溶孔是其主要儲集空間類型。物性條件顯示其儲集性能不佳，可能與生物礁生長發(fā)育時水體變化以及后期白云石化的程度有關(guān)；但是，生物礁處在有利于礁灘儲層發(fā)育的臺地邊緣相帶，與上古生界烴源巖相鄰，氣源充足，生、儲、蓋組合配套，同時周圍致密灰?guī)r或白云巖構(gòu)成有效圈閉，為油氣的成藏提供有利場所。由此認(rèn)為，盆地西緣奧陶紀(jì)臺地邊緣礁灘相帶可以作為油氣勘探的重要目標(biāo)。

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