大牛地氣田奧陶系古地貌特征研究

雷 濤 劉緒鋼 閆淑紅

（中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

大牛地氣田奧陶系古地貌特征研究

雷 濤 劉緒鋼 閆淑紅

（中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

鄂爾多斯盆地大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼具有顯著的喀斯特地貌特征，其儲層展布與風(fēng)化殼古地貌特征關(guān)系密切。以大牛地氣田東區(qū)為例，通過地層古出露狀況分析，明確了古地層出露與古地貌的對應(yīng)關(guān)系；建立了古溝槽識別方法，明確了主溝槽北西南東向展布特征，并運(yùn)用殘厚法結(jié)合開殼層位分布研究奧陶系古地貌特征；在此基礎(chǔ)上研究古地貌特征與儲層分布的關(guān)系，明確了大牛地東區(qū)馬五2和馬五5儲層分布控制因素與范圍。

古地貌特征 風(fēng)化殼 古溝槽 儲層分布 大牛地氣田

0 引言

鄂爾多斯盆地北部在加里東運(yùn)動晚期整體抬升，使早古生代中奧陶世海退之后暴露地表的下古生界碳酸鹽巖遭受了長達(dá)150Ma的風(fēng)化剝蝕、雨水沖刷及化學(xué)溶蝕、淋濾作用，形成了特殊的古巖溶地貌，使得風(fēng)化殼頂面具有顯著的喀斯特地形特征。在地表沿溪流、河道形成的溶蝕溝槽，及地下滲流區(qū)、潛流區(qū)和塌陷區(qū)的巖溶作用共同作用下，馬五段頂部形成了具不同發(fā)育程度的溶蝕孔、洞、縫系統(tǒng)，為奧陶系風(fēng)化殼氣藏的形成提供了良好的儲集空間［1-2］。

研究表明［2-4］：下古風(fēng)化殼儲層展布除與大面積展布的馬五段潮坪沉積有關(guān)外，主要是受長期風(fēng)化淋濾、水流沖蝕形成的古風(fēng)化殼中次生孔洞縫發(fā)育和充填程度的控制，并與所處古地貌部位相關(guān)。因此深入研究古巖溶地貌特征及其區(qū)域分布規(guī)律，對認(rèn)識儲層特性及風(fēng)化殼氣藏的分布規(guī)律有重大意義。筆者以大牛地氣田東區(qū)奧陶系為例，對其地層出露狀況和溝槽特征進(jìn)行分析，通過奧陶系風(fēng)化殼古地貌特征研究，確定古地貌單元對馬五2和馬五5儲層展布的控制作用。

1 地層（古）出露情況

在前石炭系西北高東南低的古構(gòu)造背景下，大牛地氣田奧陶系遭受物理風(fēng)化剝蝕、面狀流水侵蝕和化學(xué)淋濾溶蝕等作用，造成頂部地層缺失［3］293。其地層缺失機(jī)制有所差異：西北部為古巖溶高地，古地貌上表現(xiàn)為多條向東南延伸的剝蝕脊，地層為物理風(fēng)化剝蝕造成的缺失；中東部為巖溶臺地，地層為線狀流水侵蝕和化學(xué)淋濾溶蝕造成的缺失。氣田東區(qū)主要位于巖溶臺地區(qū)，出露地層為馬五段，風(fēng)化殼馬五1—馬五5一般厚60～100m。通過研究區(qū)62口井地層劃分對比，明確了風(fēng)化殼地層出露情況：研究區(qū)馬五1—馬五3段地層均受到不同程度剝蝕，尤其馬五1段地層，在全區(qū)僅5口井鉆遇，以3個孤立的小面積區(qū)塊存在，區(qū)內(nèi)主要出露層位是馬五2及以下地層。統(tǒng)計表明，鉆遇馬五22地層的井45口，馬五22地層占原始沉積面積的73%；馬五41地層保存較好，為原始沉積面積的96%。

風(fēng)化殼地層出露特征可反映馬五段古地貌特征［3］296，而地層出露特征與殘留厚度存在良好的對應(yīng)性。圖1為地層出露層位與馬五1—馬五4殘留厚度關(guān)系圖，其中1～7分別代表出露馬五41、馬五33…馬五14地層。圖中表明，隨著出露地層變老殘留厚度變小，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)82.65%以上。由于古構(gòu)造十分寬緩，而碳酸巖鹽原始沉積厚度相近，因此，殘留厚度分布特征基本代表了古地貌形態(tài)。為此采用馬五1到馬五4層組的殘留厚度基本可以反映加里東期構(gòu)造抬升后馬五段地層頂面風(fēng)化面貌。

圖1 地層出露層位與馬五1—馬五4殘留厚度關(guān)系圖

2 溝槽識別及展布

正確識別侵蝕溝槽是研究巖溶古地貌特征的關(guān)鍵［4-6］，因為古溝槽是風(fēng)化殼儲層形成的重要因素，在溝槽邊緣有較大的殘余巖溶強(qiáng)度，換言之，次生孔隙發(fā)育強(qiáng)度與風(fēng)化殼發(fā)育強(qiáng)度有一定的相關(guān)性。因而，要了解氣井間的連通規(guī)律，精選井位，提高鉆井成功率，降低氣田開發(fā)風(fēng)險，必須分析各層間溝槽形態(tài)的變化趨勢，勾勒出真實的地下溝槽分布，這是儲層精細(xì)描述及開發(fā)潛力評價的重要環(huán)節(jié)之一。

2.1 古溝槽識別方法

依據(jù)印模法和殘厚法，通過本區(qū)風(fēng)化殼上下地層對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合古巖溶分帶特征，即可對古溝槽進(jìn)行識別。

1）區(qū)內(nèi)上古生界石炭系填平補(bǔ)齊沉積與下伏馬家溝組殘留厚度變化有著良好的對應(yīng)關(guān)系。即馬五段地層缺失明顯，而上覆石炭系充填厚度較周圍大，明顯為古溝槽侵蝕所致。統(tǒng)計表明該區(qū)溝槽上覆石炭系充填厚度在70～90m之間，比非溝槽明顯加厚20～30m。如圖2中，D70-4井位于古溝槽部位，其上覆石炭系厚度為84.92m，而毗鄰的大6井和大115井分別為53.12m、64.48m。

2）不少研究者將馬五段層位的缺失作為古溝槽的識別判斷標(biāo)準(zhǔn)［6-7］。但在大牛地氣田西北部侵蝕高地，強(qiáng)烈的物理風(fēng)化作用使得馬五段地層缺失嚴(yán)重。以大112井為例，該井開殼層位馬五33，石炭系沉積厚度58.2m，明顯低于溝槽部位沉積厚度。因此，當(dāng)下奧陶統(tǒng)馬五段缺失較多，而上覆石炭系充填厚度與周圍厚度一致或相應(yīng)減薄，表明存在古構(gòu)造因素，不屬于古溝槽顯示。

3）古溝槽發(fā)育部位，由于水流長期侵蝕沖刷，一般缺失上覆石炭系底部的鋁土巖沉積，常以砂、泥巖充填沉積為特征，這是溝槽識別的重要標(biāo)志（圖2）。由于缺失鋁土巖封蓋層，下奧陶統(tǒng)馬五段儲層段的孔洞白云巖直接與石炭系砂、泥巖接觸，成為上古烴源巖排烴通道。

4）古溝槽的延伸方向受到古構(gòu)造控制。整個加里東期，氣田古地形呈西北高東南低的格局，這種古地貌特點(diǎn)決定了主溝槽沿北西南東向延伸。根據(jù)單井識別的溝槽發(fā)育特征可追蹤古溝槽的延伸方向。2.2 古溝槽展布特征

圖2 大牛地氣田風(fēng)化殼侵蝕溝槽特征圖

通過對單井溝槽特征識別并結(jié)合風(fēng)化殼地層出露狀況，明確了研究區(qū)溝槽的展布特征。經(jīng)過連井剖面分析和多次修正，繪制了代表現(xiàn)階段地質(zhì)認(rèn)識的風(fēng)化殼古地質(zhì)圖（圖3）。從圖3可知：研究區(qū)主要發(fā)育兩條北西南東向延伸的主溝槽，其延伸方向與古地形的傾斜方向一致；溝槽切割深度一般在20～30m之間，切割層位多在馬五22—馬五32。北部主溝槽在氣田延伸距離較短，長度12km，寬度在2～5 km；南部主溝槽在氣田內(nèi)延伸長度28km，寬度在2～5km，展布方向雖在局部有迂回，但總體與古地形一致。

3 古地貌單元特征

筆者采用殘厚法進(jìn)行古地貌單元劃分研究，根據(jù)小層出露狀況與風(fēng)化殼殘留地層分布特征研究成果，結(jié)合溝槽識別，建立了氣田古地貌劃分標(biāo)準(zhǔn)（表

1），進(jìn)行地貌單元劃分并繪制了奧陶系風(fēng)化殼古地質(zhì)圖（圖3）。

表1 大牛地奧陶系古地貌單元劃分標(biāo)準(zhǔn)表

圖3 大牛地氣田東部奧陶系風(fēng)化殼古地質(zhì)圖

本次研究共劃分出斜坡臺丘、斜坡區(qū)、侵蝕溝槽、剝蝕區(qū)4種地貌單元類型，不同地貌單元的特征如下：

1）斜坡臺丘。地層保存較好、殘留厚度較大的正向地貌單元，馬五1-4段地層殘留厚度一般在60m以上，主要出露馬五14及以上地層，保全了主力氣層馬五21小層。

2）斜坡區(qū)。馬五1-4段地層殘留厚度在45～60m之間，出露層位為馬五21至馬五22，為臺丘區(qū)向溝槽和剝蝕區(qū)的過渡地區(qū)。

3）侵蝕溝槽。區(qū)域背景下水流溶蝕沖刷形成的負(fù)向地貌單元，馬五1-4段地層殘留厚度小于45m，出露層位在馬五31及以下，石炭系地層厚度大于70 m。由于溝槽的切割，使得區(qū)內(nèi)地貌呈現(xiàn)出以臺為主，溝臺并存的局面。

4）剝蝕區(qū)。主要發(fā)育于氣田北部，其風(fēng)化剝蝕層位較深，出露層位在馬五31及以下，馬五1-4段地層殘留厚度小于45m，石炭系地層厚度小于50m。研究區(qū)僅大107井位于剝蝕區(qū)，風(fēng)化殼出露層位馬五33，風(fēng)化殼殘留厚度37.8m，石炭系地層厚度39.2m。

從圖3可以看出：臺丘區(qū)是由許多小規(guī)模的丘狀突起組合而成，零星分布在研究區(qū)內(nèi)。斜坡區(qū)為臺丘區(qū)與溝槽或剝蝕區(qū)的過渡地區(qū)，為研究區(qū)主要的古地貌單元類型，占總面積的64.6%。

4 古地貌對儲層發(fā)育的控制作用

大量研究證實［8-11］，風(fēng)化殼古地貌控制儲層的空間展布。但多數(shù)都局限于研究古地貌單元對馬五13、馬五21白云巖儲層的影響，因為古地貌高的臺丘和斜坡區(qū)地層保存好，淋濾溶蝕作用充分，溝槽導(dǎo)通效果好，溶蝕孔洞發(fā)育，易于形成優(yōu)質(zhì)儲層。通過7口井巖心、測井物性資料統(tǒng)計，溝槽附近馬五1+2儲層巖心實測孔隙度、測井解釋孔隙度分別為5.1%、4.4%，略好于斜坡區(qū)的3.6%、3.9%。從研究區(qū)馬五2段白云巖分布特征可知：儲層分布受到古地貌控制，斜坡臺丘和斜坡區(qū)馬五2段白云巖厚度大，而侵蝕溝槽由于地層缺失，無馬五2段白云巖分布（圖4）。

圖4 大牛地氣田東部馬五2段白云巖分布圖

通過對馬五5白云巖儲層分布特征研究認(rèn)為：馬五5白云巖儲層的白云化作用受侵蝕溝槽控制，為表生期調(diào)整白云石化作用。①統(tǒng)計表明，侵蝕溝槽附近單井在馬五5段上部都發(fā)生較強(qiáng)的白云化作用，使

其在電性上表現(xiàn)出與下部灰?guī)r存在較大的差別，表現(xiàn)為低巖性密度、低電阻、高聲波時差等特點(diǎn)（表2），且離侵蝕溝槽的距離越遠(yuǎn)，白云石化強(qiáng)度越弱。②平面上馬五5段白云巖展布特征與溝槽發(fā)育吻合，證明侵蝕溝槽為馬五5段白云石化作用提供有利通道（圖5）。

表2 馬五5段白云巖與灰?guī)r電性特征對比表

圖5 大牛地氣田東部馬五5段白云巖分布圖

5 結(jié)論

1）風(fēng)化殼地層出露狀況可反映馬五段古地貌特征，且出露層位與殘留厚度關(guān)系密切，這是殘厚法識別古地貌的基礎(chǔ)。

2）通過侵蝕溝槽特征剖面，利用古風(fēng)化殼上下地層對應(yīng)關(guān)系及石炭系底部鋁土巖的缺失，可對古溝槽進(jìn)行識別和預(yù)測；研究區(qū)識別出兩條主溝槽，其展布方向主要為北西南東向。

3）大牛地氣田東區(qū)奧陶系古地貌復(fù)雜，采用殘厚法明確了4類地貌單元的特征與展布，其中斜坡區(qū)最為發(fā)育。古地貌單元與儲層展布關(guān)系密切，斜坡臺丘和斜坡區(qū)馬五2儲層發(fā)育，而溝槽則控制著馬五5白云巖儲層的分布。

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（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2014）01-0008-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.01.003

2013-03-12

2013-09-15

受國家重大專項“鄂爾多斯盆地大牛地致密低滲氣田勘探開發(fā)示范工程”（項目編號：2011ZX05045）資助。

雷濤（1983-），助理工程師，從事氣藏開發(fā)地質(zhì)研究工作。E-mail：netnet-168@163.com。