鄂爾多斯盆地東南部古生界不整合面輸導(dǎo)體特征

趙曉東，趙雪嬌，秦曉艷

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069;2.陜西省煤田地質(zhì)局勘察研究院，陜西西安 710054)

鄂爾多斯盆地東南部古生界不整合面輸導(dǎo)體特征

趙曉東1，趙雪嬌2，秦曉艷1

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069;2.陜西省煤田地質(zhì)局勘察研究院，陜西西安 710054)

通過(guò)錄井、測(cè)井、鉆井取心資料結(jié)合薄片觀察分析鄂爾多斯盆地東北部不整合特征，根據(jù)不整合上下巖性及輸導(dǎo)物性角度將研究區(qū)不整合的微觀巖性劃分為:Ⅰ類(lèi):泥巖－鋁土巖－碳酸鹽巖/泥巖－碳酸鹽巖;Ⅱ類(lèi):砂礫巖－鋁土巖－碳酸鹽巖;Ⅲ類(lèi):灰?guī)r－鋁土巖－碳酸鹽巖;Ⅳ類(lèi):砂礫巖－碳酸鹽巖/灰?guī)r－碳酸鹽巖四種類(lèi)型，利用測(cè)井與錄井資料勾畫(huà)出研究區(qū)這四種不整合空間結(jié)構(gòu)及平面展布。結(jié)合巖性及孔洞縫特征，分析天然氣在各自通道中的運(yùn)移特征，確定其對(duì)古生界風(fēng)化殼成藏的影響。

鄂爾多斯盆地東南部;不整合面;輸導(dǎo)體;不整合面結(jié)構(gòu)

地層的不整合接觸是指因地殼運(yùn)動(dòng)影響而使同一地區(qū)的上下巖層間出現(xiàn)明顯的沉積間斷或在古生物演化序列上的不連續(xù)接觸關(guān)系。鄂爾多斯盆地下古生界馬家溝組與上覆地層為不整合接觸關(guān)系。不整合面的發(fā)育對(duì)于油氣藏的形成具有重要意義:不整合面上下形成大量圈閉，改造儲(chǔ)集條件，為油氣長(zhǎng)距離運(yùn)移提供了有利通道。不整合是一個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體，可劃分為不整合之上的巖石(底礫巖)、風(fēng)化粘土巖與半風(fēng)化巖石。對(duì)碳酸鹽巖頂部不整合結(jié)構(gòu)層已有的研究表明，不整合空間結(jié)構(gòu)對(duì)油氣運(yùn)移和封堵起關(guān)鍵作用。

1 不整合面之上的巖石特征

不整合面上的巖石指緊鄰不整合面之上，位于上覆巖層底部的那套巖石，從錄井與巖心觀察可以看出，研究區(qū)不整合面之上的巖石主要為泥巖(煤層)、砂礫巖與灰?guī)r。不整合面上的巖石以泥巖為主，泥巖主要分布在西部地區(qū)，砂礫巖與灰?guī)r主要分布在東部地區(qū)，西部砂礫巖零星分布，東部小面積連片分布，展布方向以近南北向?yàn)橹?。不整合面之上的砂礫巖厚度最小僅為0.53 m，最大為15 m，平均厚度為4.97 m，西部零星分布的砂體的厚度小于5 m，砂體一般厚度小于等于6 m，厚度分布較為集中。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，砂礫巖孔滲性較好并且普遍含氣，可以作為上部烴源巖向下運(yùn)移的證明，在這些小面積連通的砂體中，天然氣可以進(jìn)行小規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移，在運(yùn)移過(guò)程中遇到合適的向下運(yùn)移的通道可以進(jìn)入奧陶系風(fēng)化殼。

2 風(fēng)化粘土巖展布

風(fēng)化粘土層即為風(fēng)化殼最上部的古土壤層，是在物理風(fēng)化的基礎(chǔ)上，在生物，化學(xué)風(fēng)化作用下改造形成的細(xì)粒殘積物。本區(qū)風(fēng)化粘土層主要為鋁土巖，由菱形或團(tuán)粒狀的三鋁水石組成，巖心觀察為灰白色，有時(shí)夾雜砂質(zhì)或灰質(zhì)，斷面比較光滑，成巖作用強(qiáng)，較致密，在野外觀察中由于鋁土巖暴露地表接受風(fēng)化，呈現(xiàn)紅色或黃色，說(shuō)明該鋁土巖含鐵質(zhì)成分。鋁土巖封蓋性能好，為奧陶系風(fēng)化殼氣藏的直接蓋層。鋁土巖較薄或缺失的部位為盆地上古生界煤成氣與少量油型氣向下穿層運(yùn)移進(jìn)入奧陶系風(fēng)化殼聚集成藏的途徑。

圖1 延長(zhǎng)探區(qū)本溪組底部鋁土巖厚度

通過(guò)測(cè)井資料并結(jié)合錄井、取心資料識(shí)別鋁土巖。鋁土巖的測(cè)井特征為自然伽馬高峰狀突起，聲波時(shí)差高的鋸齒狀，深側(cè)向電阻率顯極低值(1～5 Ωm)，密度曲線底部為特高值段，易于識(shí)別。本次研究根據(jù)測(cè)井響應(yīng)特征識(shí)別研究區(qū)250口井的測(cè)井曲線，據(jù)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)鋁土巖的厚度分布范圍為0～13.7 m(圖1)。整體呈現(xiàn)西部薄東部厚的趨勢(shì)，其厚度分布明顯受古巖溶地貌的控制，對(duì)比該區(qū)前石炭紀(jì)古地貌圖，可以看出，鋁土巖較厚的地區(qū)位于中部與東部，該地區(qū)地勢(shì)較低，位于巖溶斜坡與巖溶盆地的過(guò)渡帶，巖溶斜坡帶鋁土巖的厚度一般為2～6 m，但是由于古溝槽的切割作用，出現(xiàn)了鋁土巖較薄甚至缺失的部位，在古溝槽的兩側(cè)或溝槽與溝槽之間出現(xiàn)了局部鋁土巖厚度較大的部位，處于西部古地貌高部位處鋁土巖厚度較薄，甚至缺失。

3 半風(fēng)化巖石

風(fēng)化粘土層之下為風(fēng)化淋濾帶和崩解帶，孔隙、裂縫或溶洞系統(tǒng)發(fā)育。半風(fēng)化巖層的孔、滲性能取決于該地層的巖石學(xué)性質(zhì)、風(fēng)化改造前的孔滲特征和風(fēng)化改造程度。研究區(qū)奧陶系不整合半風(fēng)化巖石主要為奧陶系頂部馬家溝組因古巖溶作用及其它地質(zhì)作用形成的風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層，主要由細(xì)粉晶云巖、泥晶云巖、含灰云巖及含云灰?guī)r等組成，由古巖溶作用形成孔、洞、縫的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較發(fā)育，具有良好的輸導(dǎo)能力。

3.1 巖心觀察孔、洞、縫發(fā)育特征

巖心觀察與收集到的孔、洞、縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)馬家溝組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層的孔、洞、縫極為發(fā)育(圖2)。

圖2 延長(zhǎng)探區(qū)馬家溝組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層巖心孔、洞、縫特征

孔、洞、縫分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖心內(nèi)裂縫密度平均可達(dá)19.2條/m，溶蝕孔洞的密度平均為15.7個(gè)/m。大小以1～4 mm為主，平均密度為20.3個(gè)/m。從縱向上看，各個(gè)層位孔、洞、縫的發(fā)育情況不平衡，對(duì)于裂縫來(lái)說(shuō)，越靠近不整合，裂縫發(fā)育越好，即在馬六段存在的區(qū)域，馬六段裂縫最發(fā)育，馬五段存在的區(qū)域，馬五段的裂縫最發(fā)育。但對(duì)于整個(gè)探區(qū)，馬六段裂縫的平均密度為15.4條/m，馬五1亞段為19.8條/m，馬五2亞段為16.4條/m。溶蝕孔洞在縱向上的情況表明，馬五1亞段最發(fā)育，其次為馬六段;平均密度馬六段為8.4個(gè)/m，馬五1亞段為19.5個(gè)/m，馬五2亞段為5.4個(gè)/m。馬五3亞段及馬五4亞段發(fā)育情況較上覆層位差。

分析結(jié)果表明，馬五1亞段為裂縫及溶蝕孔洞較為發(fā)育的層段，為研究區(qū)的主要儲(chǔ)集層。在長(zhǎng)達(dá)1.4億年的風(fēng)化侵蝕期間，研究區(qū)馬家溝組馬五1亞段的大部分暴露地表并接受大氣淡水的風(fēng)化淋濾作用，并且馬五1亞段主要為白云巖，原生粒間孔比較發(fā)育，為各類(lèi)孔、洞、縫的發(fā)育創(chuàng)造了良好的條件;馬六段主要為灰?guī)r類(lèi)，不易溶蝕而易于破裂，因此裂縫較為發(fā)育。

3.2 微觀孔、洞、縫發(fā)育特征

普通薄片及掃描電鏡觀察顯示，研究區(qū)奧陶系馬家溝組主要的孔隙類(lèi)型有晶間孔、溶蝕孔洞、粒內(nèi)溶孔、鑄?？?，及壓溶縫、構(gòu)造縫等(圖3)。

圖3 延長(zhǎng)探區(qū)馬家溝組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層鏡下孔、洞、縫特征

研究區(qū)白云石顆粒細(xì)小，粒徑10～20 μm，呈半自形－自形，排列緊密，以面接觸為主，在局部點(diǎn)接觸處存在少量的晶間孔，孔徑4～8 μm，主要是因?yàn)榘自剖乃俣群芸?，形成泥晶白云巖，晶間孔發(fā)育較少(圖3a);掃描電鏡分析顯示在白云石晶體中常見(jiàn)粒內(nèi)溶孔，孔徑小于1 μm(圖3b);研究區(qū)主要的孔隙類(lèi)型為溶蝕孔洞，這些溶孔大多數(shù)孤立存在，呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，孔徑變化較大，處于0.1～3.4 mm之間，孔內(nèi)石英、方解石半充填或全充填(圖3c、d、e)。鑄模孔主要包括生物鑄?？准案嗄？?，生物鑄?？字饕獮樯锼樾歼x擇性溶蝕形成的孔隙，生物的碎屑被溶蝕后保留原來(lái)形態(tài)的孔隙類(lèi)型(圖3f)，生物壁被泥晶方解石充填，體腔被亮晶方解石充填。膏?？子墒嗑w溶解后形成，晶體的輪廓被保留，成板狀、棒狀或長(zhǎng)條狀，探區(qū)膏?？组L(zhǎng)約0.8～3 mm，分布分散，多被方解石充填(圖3g)。

鏡下觀察研究區(qū)的裂縫主要有壓溶縫及構(gòu)造縫兩種。壓溶縫主要是在成巖過(guò)程中由于壓溶作用形成的，成鋸齒狀，壓溶縫大多未開(kāi)啟，被泥質(zhì)及方解石充填(圖3h);構(gòu)造縫在薄片中較常見(jiàn)，縫寬0.04～2.8 mm，有一定的開(kāi)啟度并且未被充填，大多數(shù)為有效縫，部分被方解石、白云石充填—半充填(圖3i)。孤立的溶孔溶洞常常由微裂縫相溝通，組成了復(fù)雜的孔、洞、縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(圖3j)，構(gòu)成了良好的天然氣儲(chǔ)集空間，同時(shí)也成為了天然氣在奧陶系頂風(fēng)化殼內(nèi)的運(yùn)移通道。

3.3 充填物特征

孔、洞、縫內(nèi)的充填物主要有機(jī)械沉積與化學(xué)沉積兩大類(lèi)，機(jī)械沉積主要為鋁土質(zhì)及泥質(zhì)充填，化學(xué)沉積主要為方解石、白云石、石膏、石英、黃鐵礦等充填(圖 3c、d、e)。充填物的成分與充填的程度等方面決定了儲(chǔ)層的有效空間，據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)西部以白云石充填為主夾少量的石英、方解石充填，充填程度高，為有利的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，而東部主要以方解石充填為主，局部夾少量的白云石充填，充填程度高，巖性致密，形成巖性遮擋帶。

3.4 孔、洞、縫演化及匹配關(guān)系

在最大埋深時(shí)期馬家溝儲(chǔ)層的成巖已經(jīng)處于成巖后深埋藏的熱水期巖溶階段，此時(shí)溶蝕孔洞已經(jīng)定型，為氣藏的形成奠定了基礎(chǔ)。表生及埋藏成巖期所形成的孔、洞、縫的發(fā)育與保存為形成儲(chǔ)層的關(guān)鍵，印支期及燕山期構(gòu)造裂隙的形成與生、排烴高峰期相匹配，形成了奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼氣藏。在本次巖心及薄片觀察中可以看到巖心中充填的方解石脈呈現(xiàn)暗色，熒光下觀察發(fā)藍(lán)白色熒光(圖4a)，并且在充填的方解石脈中觀察到含烴的包裹體(圖4c、d)，而普通薄片中有黃鐵礦的存在，及膠結(jié)物發(fā)暗色(圖4b)，證明了曾經(jīng)有烴類(lèi)的活動(dòng)，可見(jiàn)該裂隙的發(fā)育與生、排烴高峰期相匹配，為油氣運(yùn)移的有效通道。天然氣由古溝槽處和巖溶高地鋁土巖缺失部位垂向穿層進(jìn)入風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層，在裂縫的溝通作用下轉(zhuǎn)為小層內(nèi)的側(cè)向運(yùn)移，然后向古地貌高部位運(yùn)移成藏。

4 不整合空間結(jié)構(gòu)與油氣運(yùn)聚

不整合的空間結(jié)構(gòu)不僅影響了油氣運(yùn)移通道，而且對(duì)油氣成藏模式也起到控制作用。根據(jù)不整合上下巖性及輸導(dǎo)物性角度可將研究區(qū)不整合的微觀巖性劃分為:

Ⅰ類(lèi):泥巖—鋁土巖—碳酸鹽巖/泥巖—碳酸鹽巖;

Ⅱ類(lèi):砂礫巖—鋁土巖—碳酸鹽巖;

Ⅲ類(lèi):灰?guī)r—鋁土巖—碳酸鹽巖;

Ⅳ類(lèi):砂礫巖—碳酸鹽巖/灰?guī)r—碳酸鹽巖四種類(lèi)型，根據(jù)測(cè)井與錄井資料勾畫(huà)出研究區(qū)這四種不整合空間結(jié)構(gòu)的平面展布(圖5)。可以看出研究區(qū)上下古生界之間的不整合微觀巖性組合主要為I類(lèi)，分布在該區(qū)的大部分區(qū)域，II類(lèi)不整合在該區(qū)小面積成片分布，III類(lèi)與IV類(lèi)不整合分布范圍較局限。I類(lèi)不整合只有碳酸鹽巖可以作為天然氣運(yùn)移的通道，但當(dāng)此類(lèi)不整合的鋁土巖較薄或缺失并且泥巖為暗色的烴源巖時(shí)，該烴源巖生成的天然氣可以直接進(jìn)入碳酸鹽巖儲(chǔ)層;II類(lèi)與III類(lèi)不整合，鋁土巖上下的巖石均可以成為天然氣運(yùn)移的通道，此類(lèi)不整合具有側(cè)向運(yùn)移的特點(diǎn)，可以將天然氣運(yùn)移到適宜的部位然后向下運(yùn)移進(jìn)入碳酸鹽巖儲(chǔ)層;IV類(lèi)不整合主要為天然氣垂向運(yùn)移的不整合類(lèi)型。

圖4 延長(zhǎng)探區(qū)馬家溝組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層內(nèi)裂縫充填物特征

圖5 不整合微觀巖性結(jié)構(gòu)類(lèi)型平面分布圖

5 結(jié)語(yǔ)

本區(qū)上下古生界間的不整合一般發(fā)育三層結(jié)構(gòu)，古地貌高部位與古溝槽處由于鋁土巖缺失發(fā)育二層結(jié)構(gòu)。不整合面上巖石以泥巖為主，砂礫巖主要分布在東部地區(qū)，展布方向近南北向，砂礫巖中普遍含氣，孔滲性較好，為油氣側(cè)向運(yùn)移的通道。風(fēng)化粘土巖鋁土巖的分布與古地貌相匹配，古地貌高部位與古溝槽處鋁土巖常缺失，被本溪組底部的暗色泥巖及砂巖充填，為天然氣進(jìn)入風(fēng)化殼的途徑。半風(fēng)化巖石為前期馬家溝組碳酸鹽巖經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化、剝蝕、淋濾等作用而形成的，其間發(fā)育的各種溶蝕孔洞及裂縫，構(gòu)成了復(fù)雜的孔、洞、縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，越靠近風(fēng)化殼，裂縫發(fā)育越好，馬五1亞段為裂縫及溶蝕孔洞較為發(fā)育的層段，裂縫的形成時(shí)間與上古生界烴源巖生、排烴高峰期相匹配。

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B

1004－1184(2013)05－0131－04

2013-06-13

趙曉東(1988-)，男，陜西寶雞人，在讀碩士研究生，主攻方向:油氣運(yùn)移與成藏。