鄂爾多斯盆地東南部古巖溶特征及對(duì)氣藏的控制

郭 斌 王鳳琴 王寶清 佘 剛 王 婧 劉 偉

(1.西安石油大學(xué)地球與科學(xué)學(xué)院，西安 710065;2.中國(guó)石油測(cè)井有限公司青海事業(yè)部，甘肅敦煌 736202)

巖溶是大氣淡水溶解作用形成的自然構(gòu)造，以溶解作用和淡水與碳酸鹽母巖相互作用產(chǎn)生的宏觀和微觀特征為鑒別標(biāo)志［1］。巖溶作用可能在地表發(fā)生，也可能在地下發(fā)生，古巖溶是地質(zhì)歷史時(shí)期產(chǎn)生的巖溶。研究古巖溶的類型及其分布特征可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)古巖溶對(duì)油藏的控制作用，從而有效地、經(jīng)濟(jì)地勘探和開發(fā)油氣田。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是獨(dú)立發(fā)展起來的大型中生代內(nèi)陸沉積盆地。盆地構(gòu)造形態(tài)由南向北呈矩形分布，東翼寬緩、西翼陡窄，整體呈不對(duì)稱的大向斜。盆地邊緣發(fā)育斷裂褶皺，盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，地層平緩，傾角一般不到1°。而鄂爾多斯東南部構(gòu)造穩(wěn)定，碳酸鹽巖發(fā)育，在加里東運(yùn)動(dòng)晚期，盆地整體抬升，馬家溝組上部遭受了130 Ma的風(fēng)化剝蝕，形成大型古潛臺(tái)和古巖溶斜坡地貌，該區(qū)馬五段地層分布穩(wěn)定，區(qū)域上連片，被上古生界沉積披覆后，形成非常有利的地層 — 巖性圈閉［2］。

鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組地層位于中石炭統(tǒng)本溪組或太原組之下，上下為平行不整合接觸，不整合面上下的巖性完全不同。不整合之上以陸源碎屑沉積為主，主要為中石炭統(tǒng)本溪組或者太原組的地層，夾碳酸鹽巖，沉積相為海陸過渡相，底部以鋁土巖和高嶺石泥巖為主，常有赤鐵礦呈雞窩狀，不整合面的形態(tài)起伏，不整合面之下即馬家溝組則以碳酸鹽沉積為主，發(fā)育大量的溶蝕孔洞，溶蝕孔洞在原生孔隙和鑄?？椎幕A(chǔ)上發(fā)展。溶蝕裂縫也容易沿早就存在的一些裂縫發(fā)展。孔和縫進(jìn)一步擴(kuò)大可以成為洞，由于溶蝕孔洞縫的出現(xiàn)，大大提高了巖石的孔隙度。溶蝕孔洞縫常充填有黏土、方解石、白云石等礦物。大的溶洞中可充填砂、礫級(jí)的碳酸鹽或陸源碎屑巖巖屑。

2 古巖溶地貌及分布特征

鄂爾多斯盆地東南部的古巖溶發(fā)育在奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層，當(dāng)條件適宜時(shí)，這些碳酸鹽巖均有發(fā)育為巖溶儲(chǔ)層的可能［3］，古巖溶地貌是各類地質(zhì)作用與巖溶作用綜合作用下形成的，巖溶的發(fā)育又是由不同地貌形態(tài)所控制的，所以如果要掌握區(qū)內(nèi)古巖溶在空間上的分布規(guī)律以及對(duì)古巖溶儲(chǔ)層做出評(píng)價(jià)，就必須搞清楚古巖溶地貌區(qū)域分布的規(guī)律及古巖溶地貌特征。

根據(jù)鄂爾多斯盆地東南部馬五1、馬五1+2、馬五1+2+3的厚度，確定殘余厚度，根據(jù)馬家溝組各小層保存情況了解前石炭紀(jì)古地質(zhì)情況。在此基礎(chǔ)上分出3類二級(jí)地貌類型:巖溶臺(tái)地、巖溶斜坡和巖溶盆地。在二級(jí)地貌類型劃分的基礎(chǔ)上，將巖溶臺(tái)地劃分為高地、平臺(tái)、緩丘和淺洼;巖溶斜坡劃分為坡地、殘丘、洼地和溝槽;巖溶盆地劃分為(準(zhǔn))平原、殘丘和溝槽等多種三級(jí)地貌類型。研究區(qū)3種地貌呈南東—北西走向。由南西向北東依次為巖溶臺(tái)地、巖溶斜坡和巖溶盆地，各巖溶地貌帶之間存在一些過渡地帶(圖1)，在研究區(qū)內(nèi)部，又會(huì)有小的古巖溶地貌單元，如黃龍宜川地區(qū)，由西南向東北方向從洛1井到宜9井的古巖溶地貌由低到高呈巖溶盆地—巖溶斜坡—巖溶高地分布(圖2)。

圖1 鄂爾多斯盆地東南部奧陶系古巖溶古地貌圖

圖2 洛1井—宜9井古巖溶儲(chǔ)層剖面圖

2.1 巖溶臺(tái)地

巖溶臺(tái)地分布于研究區(qū)西南部，整體地勢(shì)較高，由南西向北東傾斜，臺(tái)地內(nèi)部地形較為平坦，以接受侵蝕為主，溶蝕作用強(qiáng)烈，馬五段地層被嚴(yán)重破壞，馬五1+2+3全被剝蝕掉，巖溶臺(tái)地能保存下來的主要是馬五4以下的地層。巖溶臺(tái)地在表生期地下巖溶水補(bǔ)給充分，垂向滲濾溶蝕作用強(qiáng)烈，有利于落水洞、垂直滲流巖溶帶等巖溶形態(tài)的形成，而分布不均一。垂直滲流巖溶帶的形成有利于埋藏期巖溶的發(fā)育，為其形成提供了良好的條件，能夠成為埋藏期巖溶的有利發(fā)育區(qū)。研究區(qū)巖溶臺(tái)地又分為高地、平臺(tái)、緩丘和淺洼三級(jí)地貌類型。其中，高地為古地表最高地帶，侵蝕作用最強(qiáng)烈，巖溶形態(tài)以垂向溶蝕縫為主，主要發(fā)育于研究區(qū)的西南部，在宜君、銅川、耀縣一帶，主要保存馬四及其以下地層。緩丘地勢(shì)相對(duì)較低，可保存于馬五10地層。淺洼是巖溶臺(tái)地上最低的地方，可保存馬五段大部分地層，而分布的范圍不大。巖溶臺(tái)地的其他廣大地區(qū)為平臺(tái)，地形平坦，分布面積廣，總體上以垂向巖溶為主(圖1)。

2.2 巖溶斜坡

研究區(qū)中部大多分布巖溶斜坡，呈南東 — 北西走向(圖1)。所謂巖溶斜坡是指巖溶臺(tái)地到巖溶盆地之間的地帶，廣泛發(fā)育在巖溶臺(tái)地周圍，環(huán)帶狀分布。巖溶斜坡處，地下主要發(fā)育水平潛流巖溶帶，而垂直滲流巖溶帶分布的范圍不是很大，巖溶作用比較強(qiáng)烈，形成了良好的溶蝕孔洞儲(chǔ)集體，為氣藏的形成提供了有利儲(chǔ)集空間。

巖溶斜坡又分為4種巖溶地貌類型:坡地、殘丘、洼地和溝槽(圖1)。其中，坡地為巖溶斜坡的主體部分，地勢(shì)平坦開闊，層位比較穩(wěn)定。巖溶斜坡大部分地區(qū)保存了馬五1地層。巖溶斜坡有較強(qiáng)的巖溶作用。依照水文地質(zhì)學(xué)的角度，將巖溶斜坡的巖溶發(fā)育的垂向結(jié)構(gòu)剖面細(xì)分為表層巖溶帶、垂直滲透帶、季節(jié)變動(dòng)帶、水平流動(dòng)帶(飽水帶)和深部緩流帶5個(gè)帶，通常水平流動(dòng)帶的水流為管道快速流式的水平運(yùn)動(dòng)，侵蝕、溶蝕能力強(qiáng)，形成較大規(guī)模的水平巖溶管道。洼地為巖溶斜坡表面經(jīng)受較強(qiáng)侵蝕的地帶，呈負(fù)地形。洼地中心成為地表水交匯以及滲流到地下作為補(bǔ)給的主要部位，因而比較發(fā)育垂向巖溶(如落水洞等)，其規(guī)模較大。經(jīng)受了侵蝕作用，部分位于溶溝的兩側(cè)或成為溶溝的源頭。溝槽為谷地的向源侵蝕形成的淺溝槽，一般長(zhǎng)度短，寬度小，切割的層位多為馬—馬

2.3 巖溶殘丘

巖溶殘丘，即巖溶斜坡上相對(duì)較高的部位［4］，該處的殘丘也被稱為“溶丘”，為斜坡上古地勢(shì)相對(duì)較高、地表侵蝕不強(qiáng)、丘嶺相對(duì)集中連片分布的巖溶地帶。殘丘形態(tài)呈橢圓形或不規(guī)則狀。研究區(qū)大部分奧陶系巖溶殘丘保存了馬五1亞段。地層厚度較大，溶蝕作用強(qiáng)烈。巖溶殘丘作為東南部地區(qū)奧陶系古巖溶地貌中的三級(jí)地貌單元之一，其發(fā)育主要受巖性、構(gòu)造因素、地貌和古氣候等控制。

鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)奧陶系古巖溶地貌中，巖溶殘丘主要分布在巖溶斜坡。原因是這個(gè)二級(jí)地貌單元的古地面坡度相對(duì)較大，又處在巖溶水徑流帶，被溶溝和溝槽縱橫切割，易于形成巖溶殘丘塊體。

3 古巖溶地貌對(duì)氣藏的影響

鄂爾多斯盆地古生界奧陶系為油源巖的油氣資源十分豐富，鄂爾多斯盆地氣田天然氣賦存于奧陶系頂部馬家溝組中，儲(chǔ)集空間主要為古巖溶作用所形成的次生溶蝕孔、洞、縫［5］。奧陶系古巖溶也十分發(fā)育，具備形成大油氣田的地質(zhì)條件，古巖溶地貌對(duì)油氣成藏具有非常重要的意義［6］。巖溶縫洞型儲(chǔ)層有效儲(chǔ)集體發(fā)育程度是控制本區(qū)油氣分布和富集的關(guān)鍵因素［7］，地貌形態(tài)控制著巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育。因此古巖溶在區(qū)域上的分布規(guī)律及地貌特征控制著巖溶型儲(chǔ)集層發(fā)育的空間分布。巖溶作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響很大，主要表現(xiàn)在古巖溶地貌對(duì)儲(chǔ)層的控制上，通過古巖溶特征和油氣顯示可以說明問題。

3.1 古巖溶高地

古巖溶高地地形相對(duì)平坦、地勢(shì)整體較高，但是由于地形平坦所以很容易經(jīng)受侵蝕、溶蝕。因此古巖溶高地成為地下水的補(bǔ)給區(qū)，巖溶作用以垂向滲濾為主，垂直滲流巖溶帶發(fā)育，水平潛流巖溶帶不很發(fā)育。形成垂向溶蝕帶、落水洞等巖溶形態(tài)。保存地層以馬四段為主，馬五段頂部地層破壞嚴(yán)重，巖溶高地的部分地區(qū)特別是巖溶高地的邊緣，裂縫和孔洞均發(fā)育，如黃龍宜川地區(qū)宜9井，位于鄂爾多斯盆地東南部巖溶臺(tái)地(圖1)，發(fā)育一定的網(wǎng)狀裂縫(圖3)，馬五1+2— 馬五14試氣資料顯示日產(chǎn)氣量為395 m3。

圖3 宜9井，1 680.82 m，馬五14，粉晶云巖，溶孔

3.2 古巖溶斜坡

巖溶斜坡位于巖溶高地與巖溶盆地之間，處于古地形斜坡位置，在斜坡上有許多相間排列的正地形溶丘和負(fù)地形淺洼、溶洼。巖溶斜坡帶容易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層［1］。地下水徑流古巖溶斜坡，除了垂向滲流外，主要受到重力梯度控制從補(bǔ)給區(qū)(高地)流向排泄區(qū)(盆地)，主要沿水平方向流動(dòng)，所以地下水運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一條向下凹的弧線，補(bǔ)給區(qū)距離排泄區(qū)的越大，弧線則越長(zhǎng)，下凹的深度就越深，從而巖溶發(fā)育的程度就會(huì)越大［5］。研究區(qū)中的古巖溶斜坡地勢(shì)較平緩，屬巖溶緩斜坡，而且古巖溶斜坡很寬，(補(bǔ)給區(qū)到泄水區(qū)距離在100 km以上)，巖溶的發(fā)育程度較大，水平潛流溶蝕巖溶帶和垂直滲流巖溶帶都較發(fā)育，但以前者為主。水平潛流巖溶帶儲(chǔ)集特征是巖溶中的大型水平溶洞多被充填物充填，可作為較有利儲(chǔ)集層段，水平溶洞型儲(chǔ)集層發(fā)育比較連續(xù)，橫向上具有可對(duì)比性［4］。巖溶最為發(fā)育且保留較高的是巖溶斜坡，特別是巖溶緩坡及其上的次級(jí)巖溶殘丘，它是尋找?guī)r溶型儲(chǔ)集層的最佳地區(qū)，古巖溶斜坡是古巖溶儲(chǔ)層發(fā)育和天然氣富集的最有利部位［8］。巖溶斜坡層位主要為馬五段，巖性主要為泥— 粉晶白云巖、細(xì) — 粉晶云巖，含膏泥粉晶云巖。巖溶作用強(qiáng)烈，易形成大量的水平狀順層分布的溶蝕孔洞。古巖溶斜坡多形成孔洞—裂縫型和裂縫 —溶洞型儲(chǔ)層(圖4)，如宜8井，位于鄂爾多斯盆地東南部古巖溶斜坡上(圖1)，馬五1+2試氣結(jié)果顯示日產(chǎn)氣量1.230 1萬m3。

圖4 宜8井，2 248.84 m，馬五41，紋層狀泥晶云巖，溶孔

3.3 巖溶盆地

巖溶盆地是巖溶準(zhǔn)平原化不斷擴(kuò)大形成的負(fù)地形地貌，有殘丘和孤峰存在［1］。古巖溶斜坡與盆地過渡區(qū)地勢(shì)低而平緩，由于接近巖溶盆地，潛水面已近于地表，或位于地表。幾乎無滲流帶和潛流帶，巖溶作用弱，而沉淀和充填作用較強(qiáng)。巖溶谷地中靠近巖溶斜坡一側(cè)，巖溶發(fā)育特征近似于巖溶斜坡，但充填作用更嚴(yán)重，其余部分巖溶作用不發(fā)育。環(huán)繞巖溶斜坡區(qū)，巖溶盆地中靠近巖溶斜坡區(qū)的部位，巖溶發(fā)育特征相似于巖溶斜坡，巖溶水平潛流帶較發(fā)育，垂向序列發(fā)育完整，但垂直滲流巖溶帶較薄(一般小于120 m)，且水平潛流巖溶帶及次級(jí)潛流改造巖溶帶中的水平溶洞均被地下暗河沉積所充填，目前尚未見未充填的溶洞。巖溶盆地離非巖溶發(fā)育區(qū)較近一側(cè)，有上奧陶統(tǒng)覆蓋，巖溶欠發(fā)育，巖溶垂向序列不完整，垂直滲流巖溶帶及水平潛流巖溶帶厚度都較薄欠發(fā)育，在地表甚至可形成積水區(qū)?？砂l(fā)育一些小型溶蝕孔洞和溶縫［4］，如鄂爾多斯盆地東南部宜15井，位于巖溶斜坡靠近巖溶盆地區(qū)的部位。巖溶發(fā)育特征與巖溶斜坡相似，泥晶灰?guī)r具溶蝕縫(圖5)。對(duì)宜15井馬五31試氣，結(jié)果3 d累計(jì)產(chǎn)氣量為7.537 7萬m3，平均日產(chǎn)氣量為2.512 5萬m3，試氣結(jié)果良好。

總體而言，本區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶殘丘主要形成于表生成巖環(huán)境，在埋藏成巖環(huán)境中得到修飾，最終定型，并在其中形成孔 — 洞 — 縫儲(chǔ)集系統(tǒng)，為天然氣富集提供空間。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)奧陶紀(jì)地層古巖溶發(fā)育，古巖溶地貌劃分為古巖溶臺(tái)地，古巖溶斜坡和古巖溶盆地3類二級(jí)地貌類型及高地、平臺(tái)、緩丘、淺洼等9類三級(jí)地貌類型。

圖5 宜15井，2 388.88 m，馬五31，泥晶灰?guī)r，具溶蝕縫

(2)巖溶最為發(fā)育且保留較高的是巖溶斜坡，特別是巖溶緩坡及其上的次級(jí)巖溶殘丘，它是尋找?guī)r溶型儲(chǔ)集層的最佳地區(qū)，古巖溶斜坡是古巖溶儲(chǔ)層發(fā)育和天然氣富集的最有利部位。

(3)古巖溶斜坡多形成孔洞 — 裂縫型和裂縫—溶洞型儲(chǔ)層，孔洞和溶洞為油氣提供了有效的儲(chǔ)集空間，而裂縫為油氣的運(yùn)移提供了有效的運(yùn)移通道，所以古巖溶斜坡的油氣顯示較好，為油氣的富集提供了有利的條件。

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