鄂爾多斯盆地志丹南部奧陶系巖溶儲(chǔ)層特征

靳程光，劉佳瑋

(西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

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鄂爾多斯盆地志丹南部奧陶系巖溶儲(chǔ)層特征

靳程光，劉佳瑋

(西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

[摘要]鄂爾多斯盆地志丹南部地區(qū)有較好的天然氣勘探前景。本文通過巖心觀察，鏡下薄片分析、壓汞成像分析等手段，進(jìn)行了儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間和物性特征研究，并對儲(chǔ)層進(jìn)行了分類和評價(jià)。研究認(rèn)為：志丹南部地區(qū)馬家溝組馬五段上部地層，以巖溶高地和巖溶斜坡為主。巖心易破碎，巖石類型主要為白云巖、石灰?guī)r和泥灰?guī)r。儲(chǔ)集空間以晶間孔隙和晶間溶孔為主?？紫抖群蜐B透率較低，孔滲相關(guān)性差。儲(chǔ)集性能較好的儲(chǔ)層為特低孔低滲儲(chǔ)層。

[關(guān)鍵詞]巖溶儲(chǔ)層；儲(chǔ)層特征；奧陶系；志丹南部

研究區(qū)域?yàn)槎鯛柖嗨古璧匾陵冃逼挛髂喜康闹镜つ喜康貐^(qū)。在早古生代奧陶紀(jì)該區(qū)處于鄂爾多斯盆地L型中央古隆起內(nèi)側(cè)拐彎地帶，沉積環(huán)境主要為蒸發(fā)臺地，沉積物以準(zhǔn)同生白云巖為主，其上馬家溝組馬三段、馬五段為海退型沉積，主要由深灰色準(zhǔn)同生泥晶白云巖、泥質(zhì)云巖、石膏巖、鹽巖構(gòu)成；而馬二段、馬四段屬于海進(jìn)型沉積，巖性主要由深灰色泥晶石灰?guī)r構(gòu)成。晚加里東運(yùn)動(dòng)使盆地抬升為陸，馬家溝組頂部遭受長期剝蝕，直到晚石炭世再次接受沉積。由于出露地表持續(xù)時(shí)間長達(dá)1.5億年，受到表生期長期的巖溶作用，使中、上奧陶統(tǒng)地層發(fā)育巖溶儲(chǔ)層。按照陳洪德(2009)奧陶系風(fēng)化殼巖溶地貌類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，二級巖溶地貌分為巖溶高地(石炭系厚度小于50 m)、巖溶斜坡(石炭系厚度50～90 m)、巖溶洼地(石炭系厚度大于90m) ，其中巖溶斜坡溶蝕作用最為強(qiáng)烈。本區(qū)石炭系殘余厚度為30～70 m，以巖溶高地和巖溶斜坡為主，巖溶斜坡主要位于西南部地區(qū)。根據(jù)地層旋回、巖性、電性組合地等特征，結(jié)合前人的研究成果，馬五段從上而下地層分為10個(gè)亞段(馬五1～馬五10)，馬六段東南部向西北部剝蝕程度減弱，東南部基本缺失馬六段地層。根據(jù)薄片觀察分析馬五4段沒有被溶蝕的膏巖，研究區(qū)馬家溝組頂部的五1～馬五3亞段為古巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的主要層段[1]，厚度為12～69 m，平均厚度為53 m。

1儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

1.1巖石礦物組分

通過對本區(qū)HH井47塊樣品分析得知，志丹南部馬家溝組馬五段碳酸鹽巖礦物成分，主要為白云石( 75.62%)和方解石(17.25%)、伊利石 ( 3.98%) ，還有其它少量礦物如黃鐵礦、硅質(zhì)等。該地區(qū)的主要造巖礦物是白云石和方解石。前者為成巖過程中方解石白云化作用的產(chǎn)物，后者為文石及高鎂方解石的成巖產(chǎn)物，以及白云巖去白云化作用和硬石膏去膏化作用的產(chǎn)物。

表1　 HH井馬五段碳酸鹽巖礦物成分分析

1.2巖石類型及特征

巖石類型是影響儲(chǔ)層重要因素，也是儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖石類型在很大程度上決定原始孔隙特征。根據(jù)該區(qū)取心資料分析，馬六段以石灰?guī)r為主，馬五1-4段的巖石類型主要為石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r三類巖石，并以白云巖為主。石灰?guī)r類型主要由角礫狀灰?guī)r、殘余礫屑灰?guī)r以及各類過渡巖類。白云巖主要包括泥晶白云巖、泥粉晶白云巖、粉細(xì)晶殘余砂屑白云巖、膏質(zhì)白云巖、云質(zhì)膏巖和角礫狀白云巖。

1.2.1白云巖類巖石特征

1)泥微晶白云巖

含針狀石膏假晶，大部分被方解石交代，部分硅質(zhì)交代，具有泥晶結(jié)構(gòu)，常見隱藻類形成的聚凝狀藻斑點(diǎn)見透鏡體狀紋層交錯(cuò)層理，微細(xì)晶間孔發(fā)育(如圖1a)。主要分布于馬五1-4段。形成于局限海臺地咸化瀉湖及蒸發(fā)臺地云坪，是高鹽度環(huán)境碳酸鹽巖沉積物快速同生或準(zhǔn)同生的產(chǎn)物。

2)泥粉晶白云巖

見膏鹽假晶、呈板條狀、針狀，局部具擾動(dòng)構(gòu)造，黃鐵礦星點(diǎn)狀。泥-細(xì)粉晶結(jié)構(gòu)，白云石它形-半自形，鑲嵌狀接觸，微孔隙斑狀富集，溶孔較為發(fā)育。主要分布于馬五1-4段。

3)粉細(xì)晶殘余砂屑白云巖

含板狀石膏假晶，大部分灰化，少量硅化。白云巖殘余砂屑結(jié)構(gòu)，白云石呈他形細(xì)粉晶結(jié)構(gòu)，原巖為砂屑結(jié)構(gòu)，顆粒輪廓大小0.2～0.5 mm，粒間孔十分細(xì)小，連通性差。主要分布于馬五1-4段，是蒸發(fā)臺地潮間帶早期成巖階段混合水白云化或重結(jié)晶作用的產(chǎn)物。

4)膏質(zhì)白云巖和云質(zhì)膏巖

含云含泥膏巖和含泥含云膏巖，為層狀和塊狀巖石。石膏巖中柱狀結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)及扇狀結(jié)構(gòu)也很發(fā)育，由于石膏存在常使得其孔洞率較高，微裂隙較發(fā)育，連通性較好。主要分布于馬五4段。

5) 角礫狀白云巖

含石鹽假晶，被原巖白云石、方解石和硅質(zhì)充填，其中可見少量晶間孔，石鹽假晶大小1-1.5mm。白云石呈系粉晶他形、半自形。原巖具顯微紋層，云化重結(jié)晶呈殘余狀。巖溶期形成溶蝕角礫，礫間充填粗晶塊狀方解石。偶爾可看到由于網(wǎng)狀裂縫切割形成類似角礫狀白云巖(如圖1b)。主要分布于馬五1-4段。溶蝕角礫狀白云巖是由膏溶作用形成的角礫巖，其成因與風(fēng)化殼和蒸發(fā)巖有關(guān)，是判斷巖溶作用的重要標(biāo)志。

圖1　志丹HH井巖石薄片鑒定照片

2儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間

研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間主要為孔隙、喉道及裂縫。通過薄片鑒定孔隙特征較好的為白云巖，石灰?guī)r由于后期各種作用使其孔隙充填，巖性致密、孔隙性較差。

表2 　HH井馬五段碳酸鹽孔隙類型統(tǒng)計(jì)表

2.1孔隙與喉道

根據(jù)巖芯觀察、鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞曲線和圖像等分析，研究區(qū)最大孔隙直徑為1 500μm，主要分布于20～100 μm之間。原生孔隙保留較少，以晶間孔隙、膏?？?、溶孔等次生孔隙為主(表2)。微裂縫、晶間隙、孔隙縮小型為主要的喉道類型[4]

1)晶間孔隙及喉道：多見于細(xì)粉晶，孔徑2～30μm，孔間的連通性較好。喉道類型為晶間隙型，比裂縫型喉道具較短而平的特點(diǎn)，形態(tài)以短喉型和不平直型為主。形成于基質(zhì)泥晶白云巖經(jīng)早、晚成巖期白云石化或低、中程度重結(jié)晶作用及石灰?guī)r的回流滲透和混合水白云巖化過程。

2)晶間溶孔及喉道：星散狀分布，也可順層密集分布，多呈港灣狀。溶解組分主要為方解石等，溶孔孔徑50～200 μm之間，為主要的孔隙類型。白云石晶間孔隙經(jīng)表生-晚成巖期溶蝕作用改造后進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大形成的溶蝕孔隙，或溶蝕后晶間孔彼此聯(lián)通，形成晶間溶孔。

3)鑄?？准昂淼?/p>

不具選擇性，方解石、白云石等充填其中，鑄模孔中以膏?？诪橹鳎嗄？卓讖?0～100 μm，平均65 μm。溶模孔隙由石鹽、石膏晶體或其結(jié)核狀集合體在大氣淡水作用下被溶解而形成的鑄?？紫禰4]。

2.2裂縫

碳酸鹽巖由于巖性脆，易破裂，發(fā)育裂縫，裂縫既是儲(chǔ)集空間，又是主要的滲濾通道。碳酸鹽巖產(chǎn)油氣層均與裂縫的發(fā)育有著密切的關(guān)系。裂縫按成因類型分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩大類。非構(gòu)造裂縫又可分為成巖裂縫、風(fēng)化裂縫和壓溶裂縫三類。

層間縫、壓溶縫及微裂縫等成巖裂縫在研究區(qū)馬家溝組上部巖溶掃描電鏡照片中均可見到。層間縫最寬，寬約15 μm；經(jīng)表生成巖期-晚成巖期溶蝕作用形成的壓溶縫，寬窄不均，寬處約12 μm，窄處約1～3 μm 。這些縫常?？梢詫⑵渌障洞?，提高儲(chǔ)集巖的滲濾能力，改善儲(chǔ)滲性能。溶縫寬窄不一，形態(tài)各異，相互切割，多條溶縫拼接而成，形成網(wǎng)狀，方解石、白云石和陸源碎屑物等充填寬縫，窄縫不易被充填，利于保存，有些薄片面孔率可達(dá)3%，可作為儲(chǔ)集空間，溶縫將孤立的孔隙彼此連通。

3儲(chǔ)層物性特征

孔隙度和滲透率是反映碳酸鹽巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集和滲濾性能的兩個(gè)基本參數(shù)(吳勝和，1997)。通過對研究區(qū)馬家溝組馬54上部巖心常規(guī)物性分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，巖溶儲(chǔ)層孔隙度最小值0.47%，最大值8.53%，平均3.51%，滲透率最小值0.008×10-3μm2，最大值5.632×10-3μm2，平均0.08×10-3μm2。

從孔隙度直方圖2a中可以看出，孔隙度主要分布在4%～5%之間，其次是2%～3%之間，孔隙度在2%～5%占樣品總數(shù)的50%左右呈不聯(lián)續(xù)分布狀態(tài)。

滲透率分布直方圖2b呈現(xiàn)單峰態(tài)分布，峰值處于(0.05～0.1)×10-3μm2之間，占樣品總數(shù)的47.5%。該地區(qū)滲透率比較低?？紫抖群蜐B透率分布點(diǎn)非常分散，孔隙度和滲透率相關(guān)性差。

4儲(chǔ)層類型與評價(jià)

通過上述對物性參數(shù)以及壓汞參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，本區(qū)主要為特低孔特低滲儲(chǔ)層，部分由于裂縫的存在儲(chǔ)集性能較好。根據(jù)鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)(方少仙修改，2004)，建立本區(qū)的馬家溝組馬五4上部碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)下(表3)。

圖2　馬家溝組儲(chǔ)層孔隙度和滲透率直方圖

常規(guī)物性孔隙結(jié)構(gòu)特征儲(chǔ)層類別孔隙度/%滲透率/×10-3μm2排驅(qū)壓力Mpa中值半徑(μm)汞飽和度/%中值壓力Ⅰ類儲(chǔ)層>6>1<0.5>0.03>4015～35Ⅱ類儲(chǔ)層3～60.05～0.10.5～20.01～0.0420～4020～65Ⅲ類儲(chǔ)層2～4<0.1>20.002～0.015～2060～110

I類儲(chǔ)層：本區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集性能較好的儲(chǔ)層，巖性主要為細(xì)粉晶白云巖，顯微紋層，因云化重結(jié)晶而呈殘余狀。泥微晶-細(xì)晶白云巖，發(fā)育晶間孔、晶間溶孔、溶孔及裂縫?？紫抖戎荡笥?%，滲透率值大于>1×10-3μm2，屬于特低孔低滲型儲(chǔ)層。毛管壓力曲線飽和度高，進(jìn)汞飽和度大于40%，退汞效率約40%。排驅(qū)壓力和中值壓力都較低，喉道半徑中等，大于0.03μm。喉道分選較好，特征表現(xiàn)為中-粗歪度特征。

Ⅱ類儲(chǔ)層：本區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集性能中等的儲(chǔ)層，巖性主要為次生石灰?guī)r和角礫白云巖。見少量晶間孔、溶孔及微裂隙。孔隙度值為3%～6%，滲透率值為0.05×10-3μm2-0.1×10-3μm2，屬于特低孔低滲型儲(chǔ)層。毛管壓力曲線飽和度中等，進(jìn)汞飽和度為20%～40%之間，退汞效率約42%。排驅(qū)壓力和中值壓力比I類儲(chǔ)層要高，喉道半徑較低，喉道分選較好，特征表現(xiàn)為細(xì)歪度特征，由于裂縫發(fā)育程度較低，以片狀吼道為主，孔隙之間的連通性不好，導(dǎo)致儲(chǔ)集性能一般。

Ⅲ類儲(chǔ)層：本區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集性能較差的儲(chǔ)層，巖性主要為粉-細(xì)晶殘余鮞粒含灰白云巖，砂礫屑白云巖。儲(chǔ)層空間少且連通差?？紫抖戎禐?%～4%，滲透率值小于0.1×10-3μm2，屬于特低孔特低滲型儲(chǔ)層。毛管壓力曲線飽和度較低，進(jìn)汞飽和度為5%～20%之間，退汞效率小于30%。排驅(qū)壓力和中值壓力比Ⅱ類儲(chǔ)層要高，喉道半徑低，分選差歪度細(xì)。

5結(jié)語

通過本次研究，對研究區(qū)巖溶儲(chǔ)層特征有了基本的了解，得到以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)巖石類型主要為石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r三類巖石，并以白云巖為主。石灰?guī)r類型主要由角礫狀灰?guī)r、殘余礫屑灰?guī)r以及各類過渡巖類。白云巖主要包括泥晶白云巖、泥粉晶白云巖、粉細(xì)晶殘余砂屑白云巖、膏質(zhì)白云巖、云質(zhì)膏巖和角礫狀白云巖。

(2)研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間主要為孔隙、喉道及裂縫。原生孔隙保留較少，以晶間孔隙、膏?？住⑷芸椎却紊紫稙橹?。微裂縫、晶間隙、孔隙縮小型為主要的喉道類型。通過薄片鑒定孔隙特征較好的為白云巖，石灰?guī)r由于后期各種作用使其孔隙充填，巖性致密、孔隙性較差。

(3)研究區(qū)巖溶儲(chǔ)層孔隙度主要分布在4%～5%之間，孔隙度在2%～5%占樣品總數(shù)的50%左右呈不聯(lián)續(xù)分布狀態(tài)。滲透率較低，峰值處于(0.05～0.1)×10-3μm2之間，孔隙度和滲透率分布點(diǎn)非常分散，孔隙度和滲透率相關(guān)性差。

(4)研究區(qū)中I類儲(chǔ)層為特低孔低滲型儲(chǔ)層，巖性主要為細(xì)粉晶白云巖，儲(chǔ)集性能最好，Ⅱ類儲(chǔ)層為特低孔低滲儲(chǔ)層，巖性主要為次生石灰?guī)r和角礫白云巖，儲(chǔ)集性能一般，Ⅲ類儲(chǔ)層為特低孔特低滲儲(chǔ)層，巖性主要為粉-細(xì)晶殘余鮞粒含灰白云巖，砂礫屑白云巖，儲(chǔ)層空間少且連通差，儲(chǔ)集性能最差。

參考文獻(xiàn)

[1]袁衛(wèi)國，趙一鳴.鄂爾多斯南部地區(qū)早古生代被動(dòng)大陸邊緣特征與演化[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).1996，26 (5)： 451-454.

[2]路鳳香，桑隆康.巖石學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社.2002：1-386.

[3]包茨.天然氣地質(zhì)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社.1988：1-390.

[4]頓鐵軍.儲(chǔ)層研究狀況與發(fā)展趨勢向[J].西北地質(zhì).1995，16(2)：1-15.

[5]鄭求根，張育民，趙德勇.太康隆起下古生界碳酸鹽巖孔隙類型及特征[J].河南石油.1996，10(5)：1-5.

[6]李林，張學(xué)豐. 碳酸鹽巖孔隙分類方法綜述[J].內(nèi)蒙古石油化工.2009，08:51-54.

[7]何江，方少仙，侯方浩，等. 鄂爾多斯盆地中部氣田中奧陶統(tǒng)馬家溝組巖溶型儲(chǔ)層特征.

[收稿日期]2015-09-29

[作者簡介]靳程光(1990-)，男，陜西渭南人，在讀碩士研究生，主攻方向：儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。

[中圖分類號]TE122.2+3

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0239-03