延安地區(qū)奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙特征及天然氣成藏期次研究

， ，

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

延安地區(qū)奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙特征及天然氣成藏期次研究

郭星，章敏，張振旭

(西北大學(xué)，陜西 西安 710069)

以鄂爾多斯盆地延安地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖為研究對(duì)象，研究觀察儲(chǔ)層特征，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及資料，對(duì)天然氣成藏期次和機(jī)理進(jìn)行的探討。通過(guò)對(duì)研究區(qū)大量鑄體薄片的觀察，歸納總結(jié)奧陶系頂部碳酸鹽巖儲(chǔ)集的空間特征，認(rèn)為馬家溝組儲(chǔ)層主要發(fā)育次生溶蝕孔，少量晶間孔，原生孔隙不發(fā)育，孔徑分布范圍在0.001～1.5 mm之間。針對(duì)包裹體均一溫度的測(cè)定分析，結(jié)合前人的研究成果及區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為馬家溝組成藏期有多期充注，其中存在一期來(lái)源于山西組早白堊世末。

鄂爾多斯盆地；下古生界；儲(chǔ)層；成藏期次

近年來(lái)，許多專家和學(xué)者利用包裹體、古地溫史以及地層埋藏史等對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏等展開了很多研究[1]，但對(duì)下古生界天然氣成藏研究較少，勘探成功率較低，極大的限制了對(duì)人們對(duì)下古生界天然氣勘探領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。因此，通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地延安地區(qū)上古-下古儲(chǔ)層中流體包裹體的研究，使人們對(duì)該地區(qū)下古生界天然氣的成藏期次、運(yùn)移方向以及成藏時(shí)間等產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)，這將對(duì)鄂爾多斯盆地下古生界進(jìn)一步天然氣勘探開發(fā)及部署具有重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及研究現(xiàn)狀

鄂爾多斯盆是我國(guó)第二大含油氣盆地，位于中國(guó)東西部構(gòu)造區(qū)域的結(jié)合區(qū)。研究區(qū)延安地區(qū)位于盆地東南部，研究區(qū)面積約4.19×104km2。(圖1)

1989年陜參1井鉆遇下奧陶統(tǒng)馬家溝組風(fēng)化殼，獲得無(wú)阻流量28.3×104m3/d的高產(chǎn)穩(wěn)定氣流[2]，拉開了鄂爾多斯盆地大氣田發(fā)現(xiàn)的序幕，截至2014年底，鄂爾多斯盆地奧陶系已經(jīng)累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量逾6 500×108m3，每年新增儲(chǔ)量超過(guò)5 000×108m3，處于儲(chǔ)量增長(zhǎng)高峰期。展現(xiàn)了盆地海相碳酸鹽巖層系良好的勘探潛力[3-4]。

根據(jù)前人研究，鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系天然氣主要來(lái)源于上古生界煤系烴源巖[5-8]，有效烴源巖層為二疊系太原組和山西組的一套海陸交互相的含煤層系，包括暗色泥巖和煤層，其中煤系烴源巖是主要供應(yīng)者。煤層厚度一般為5～30 m，其有機(jī)碳含量為70.8%～83.2%，暗色泥巖厚35～245 m，有機(jī)碳含量為0.43%～3.79%。煤和泥巖以腐殖型即Ⅲ型干酪根為主，δ13C 值為-26. 23‰～-21. 23‰有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，達(dá)到高-過(guò)成熟干氣階段，鏡質(zhì)體反射率R0值介于1.78%～2.16%之間，生烴強(qiáng)度最高可達(dá)40×108m3/km2[9-12]。

圖1 研究區(qū)域位置圖

2 儲(chǔ)層類型

通過(guò)鏡下觀察大量延安地區(qū)奧陶系碳酸鹽鑄體薄片，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中壓實(shí)作用、白云化作用、硅化作用、溶蝕作用、黃鐵礦化等成巖作用均有不同程度的顯現(xiàn),如圖2所示?？紫额愋椭饕匀芪g孔隙為主，孔徑大都分0.001～1.5 mm之間，晶間孔隙等次生孔隙也有一定的發(fā)育，原生孔隙幾乎不發(fā)育。早-中-晚期裂縫均有發(fā)育，但存在一部分裂縫被方解石、白云石完全充填，其余裂縫或多或少被泥質(zhì)、瀝青等其他有機(jī)質(zhì)充填。除此，該套地層方解石脈體也十分發(fā)育。結(jié)合前人研究，本研究區(qū)的儲(chǔ)層類型為風(fēng)化殼溶孔型儲(chǔ)層和白云巖晶間孔型儲(chǔ)層。儲(chǔ)層段平面上分布連續(xù)、穩(wěn)定，這為研究區(qū)內(nèi)風(fēng)化殼氣藏大面積的形成奠定了基礎(chǔ)[13]。

圖2 馬家溝組碳酸鹽巖中不同成巖作用

2.1 孔隙特征

2.1.1 孔隙類型

研究區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖中的孔隙主要有兩大類：

(1)原生孔隙，主要為粒內(nèi)孔隙和粒間孔隙，孔隙直徑為0.1～0.24 mm。但在該區(qū)發(fā)育的原生孔隙比較少見(jiàn)。

(2)次生孔隙，主要包括晶間孔、溶孔和溶洞三種類型。

研究觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖中的次生孔隙以溶孔、溶洞為主，晶間孔隙次之。晶間孔隙在延安地區(qū)奧陶系頂部碳酸鹽巖發(fā)育并不是很明顯，且孔徑相對(duì)較小，孔徑主要介于0.050～0.225 mm。溶蝕孔隙(又稱溶孔)，是指碳酸鹽巖中易溶礦物被流體溶解形成的孔隙。延安地區(qū)的溶蝕孔隙十分發(fā)育，孔徑最大可達(dá)2 mm，但可能由于溶解作用在碳酸鹽巖成巖過(guò)程中就已經(jīng)發(fā)生，并且一直延續(xù)到成巖作用以后，故而使之形成的多數(shù)溶孔被方解石、白云石、石英、石膏等其他礦物不同程度的充填。

2.1.2 孔隙充填情況

研究中采集25口井的巖樣，顯微鏡下觀察50個(gè)鑄體薄片，共拍攝485張溶孔、裂縫、脈體照片，通過(guò)顯微觀察分析發(fā)現(xiàn)奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖以溶蝕孔隙為主，且大部分發(fā)育有不同程度的充填，這對(duì)于儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能及運(yùn)移通道研究有重要意義。本文依據(jù)充填程度的不同，將其劃分為全充填孔隙、半充填孔隙、無(wú)充填孔隙和溶洞四類，如圖3所示。同時(shí)，采用SmileView軟件對(duì)不同類型溶孔孔徑進(jìn)行測(cè)量并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)孔徑數(shù)據(jù)分布情況進(jìn)行了進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。

圖3 馬家溝組碳酸鹽巖溶蝕孔隙

(1)全充填孔隙

研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖全充填溶蝕孔隙主要被方解石、白云石充填，其次為石膏、石英等礦物?？紫缎螒B(tài)比較規(guī)整，多呈圓形、橢球形，且雙孔隙、多孔隙同生的現(xiàn)象較為普遍。據(jù)鏡下顯微觀察及數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該類溶蝕孔隙孔徑0.25～1.25 mm，中-粗孔隙，近連續(xù)分布，部分較大孔隙孔徑大于2.0 mm(圖4)。

(2)半充填孔隙

半充填溶蝕孔隙在奧陶系頂部碳酸鹽巖中相對(duì)較發(fā)育。通過(guò)鏡下發(fā)現(xiàn)，該類孔隙主要被白云石礦物顆粒充填，白云石自形性較好，表面渾濁，可明顯區(qū)分于母巖基質(zhì)。除此，該類孔隙多相互連通，或被裂縫貫穿。據(jù)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，該類孔隙孔徑主要介于0.25～1.5 mm,且相對(duì)集中于0.75 mm。該類孔隙中也存在較大孔隙，孔徑最大大于2 mm,但極為少數(shù)(圖4)。

(3) 未充填孔隙

研究區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖中的未被充填的溶孔相對(duì)少于全充填、半充填溶孔。這類溶蝕孔隙主體呈橢球性，其他礦物有時(shí)會(huì)沿著溶孔邊緣向內(nèi)生長(zhǎng)。根據(jù)鏡下測(cè)量統(tǒng)計(jì)，這類溶孔孔徑主要介于0.25～1.0 mm，細(xì)～中孔隙皆有分布，少數(shù)溶孔孔徑大于1.1 mm，(圖4)。

(4)溶洞及其他

除了上述幾種溶蝕孔隙外，延安地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中還存在孔洞分布，孔徑大于2.5 mm，但這些孔洞大都被方解石、白云石所充填，方解石、白云石礦物可里較大、晶形較完整(圖4)。

圖4馬家溝組碳酸鹽巖溶蝕孔隙孔徑分布直方圖

2.2 裂縫及脈體

裂縫油氣形成過(guò)程中重要的儲(chǔ)集空間，也是關(guān)鍵的油氣運(yùn)移通道之一。世界上的大型的碳酸鹽巖油氣藏與裂縫的發(fā)育都有著密不可分的關(guān)系。研究區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖中裂縫也比較發(fā)育，裂縫形態(tài)平直，有的存在分叉現(xiàn)象。據(jù)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，部分裂縫存被方解石、白云石完全充填，這一部分裂縫寬度主要介于0.01～0.02 mm，推測(cè)屬于早期構(gòu)造裂縫，一般無(wú)儲(chǔ)集意義。除此還存在部分被半充填的裂縫，主要被泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、瀝青等充填，其寬度主要介于0.001～0.3 mm之間?？傮w而言，裂縫寬度主要分布于0.001 ～0.06 mm(圖5)。

圖5 馬家溝組碳酸鹽巖裂縫

研究區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖中脈體較為發(fā)育是其另一個(gè)重要特征。這些脈體有方解石脈體、白云石-方解石脈體、石英脈體(圖6)，但主要以前兩者為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，脈體寬度為0.001～0.3 mm(圖7)，圍巖主要為細(xì)晶-亮晶白云巖。較為發(fā)育的脈體，為后期包裹體的研究提供了很好的樣本資源。

圖6 馬家溝組碳酸鹽巖脈體

圖7 馬家溝組碳酸鹽巖脈體寬度分布直方圖

3 成藏機(jī)制

3.1 成藏期次

表1 馬家溝組碳酸鹽巖中流體包裹體均一溫度表 ℃

為了明確鄂爾多斯盆地上古生界天然氣的成藏時(shí)間,劃分成藏期次，采用了流體包裹體測(cè)溫方法，獲得了均一溫度數(shù)據(jù)，如表1。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，馬家溝組流體包裹體均一溫度主要分布在165℃～185℃(圖8)，結(jié)合古地溫史和儲(chǔ)層埋藏史曲線(圖9)，推測(cè)其沖注地質(zhì)歷史時(shí)間為90～100 Ma，為早白堊世。結(jié)合前人研究成果[10，14，15]，認(rèn)為馬家溝組應(yīng)經(jīng)歷兩期油氣充注，分別對(duì)應(yīng)于中-晚侏羅世和早白堊世。

圖8 馬家溝組包裹體均一溫度分布直方圖

圖9 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)下古生界馬家溝組油氣成藏期次及時(shí)間

3.2 成藏模式

上生下儲(chǔ)、下部成藏模式是研究區(qū)馬家溝組油氣成藏的主要模式。奧陶系馬家溝組沉積時(shí)期，研究區(qū)發(fā)育一套海相碳酸鹽巖。馬五段沉積的含膏白云巖為后期儲(chǔ)層發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。加里東運(yùn)動(dòng)使盆地抬升，暴露地表，進(jìn)入表生作用期，經(jīng)受了長(zhǎng)達(dá)1.4億多年的風(fēng)化淋濾作用[16-17]，產(chǎn)生的溶蝕孔、洞、縫形成了主要的儲(chǔ)集空間。石炭系的鋁土質(zhì)泥巖是其直接蓋層。烴源巖主要是上覆的石炭系—二疊系煤系地層，其在晚三疊世末開始生烴，受構(gòu)造-熱事件影響，在早白堊世進(jìn)入生烴高峰期[18]。在烴源巖、儲(chǔ)層之間剩余壓差的作用下，天然氣以砂體-裂縫輸導(dǎo)體系向下運(yùn)移，聚集成藏。早白堊世后盆地抬升，地層溫度減低，烴源巖生烴能力下降，鄂爾多斯盆地下古生界氣藏進(jìn)入后期調(diào)整階段，形成了如今的氣藏。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)奧陶系碳酸鹽巖中壓實(shí)作用、白云化作用、硅化作用、溶蝕作用、黃鐵礦化等成巖作用均有不同程度的顯現(xiàn)?？紫额愋椭饕匀芪g孔隙為主，孔徑最大可達(dá)2 mm。研究區(qū)的儲(chǔ)層類型為風(fēng)化殼溶孔型儲(chǔ)層和白云巖晶間孔型儲(chǔ)層。

(2)馬家溝組方解石膠結(jié)物中流體包裹體均一溫度主峰區(qū)間位于165℃～185℃，應(yīng)該有來(lái)源于山西組早白堊世晚期上古生界的天然氣充注。在早白堊世晚期山西組烴源巖大規(guī)模生氣并向下運(yùn)移。運(yùn)移過(guò)程中，以砂體-裂縫垂向運(yùn)移，在古溝槽處和巖溶高地鋁土巖缺失處進(jìn)入馬家溝組風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層，進(jìn)入儲(chǔ)層后沿不整合面運(yùn)移，最終在延安地區(qū)西南部、西部、西北部和中部等有利部位匯聚成藏。

[1]米敬奎,肖賢明,劉德漢,等.利用包裹體信息研究鄂爾多斯盆地上古生界深盆氣的運(yùn)移規(guī)律[J].石油學(xué)報(bào).2003.05:46-51.

[2]汪正江,許效松. 鄂爾多斯盆地下古生界儲(chǔ)層氣氣源探討[J]. 沉積與特提斯地質(zhì).2003.04:84-90.

[3]陳安定,王文軍. 鄂爾多斯盆地古生界天然氣勘探啟示[J]. 海相油氣地質(zhì).2003.Z1:57-60+8-9.

[4]王禹諾,任軍峰,楊文敬,等.鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組天然氣成藏特征及勘探潛力[J].海相油氣地質(zhì).2015.04:29-37.

[5]楊華,劉新社.鄂爾多斯盆地古生界煤成氣勘探進(jìn)展[J].石油勘探與開發(fā).2014.02:129-137.

[6]關(guān)德師,張文正,裴戈. 鄂爾多斯盆地中部氣田奧陶系產(chǎn)層的油氣源[J].石油與天然氣地質(zhì).1993.03:191-199.

[7]程付啟,金強(qiáng),劉文匯,等. 鄂爾多斯盆地中部氣田奧陶系風(fēng)化殼混源氣成藏分析[J].石油學(xué)報(bào).2007.01:38-42.

[8]戴金星,李劍,羅霞,等. 鄂爾多斯盆地大氣田的烷烴氣碳同位素組成特征及其氣源對(duì)比[J].石油學(xué)報(bào).2005.01:18-26.

[9]吳曉青,陳玉林,唐建云.鄂爾多斯盆地東部下古生界山西組流體包裹體測(cè)溫及其反映的成藏史[J].地下水.2013.01:124-126.

[10]楊華,劉新社,張道鋒. 鄂爾多斯盆地奧陶系海相碳酸鹽巖天然氣成藏主控因素及勘探進(jìn)展[J].天然氣工業(yè).2013.05:1-12.

[11]王震亮,魏麗,王香增,等. 鄂爾多斯盆地延安地區(qū)下古生界天然氣成藏過(guò)程和機(jī)理[J]. 石油學(xué)報(bào).2016.S1:99-110.

[12]趙曉東.鄂爾多斯盆地東南部上古生界流體動(dòng)力演化及對(duì)下古生界成藏的影響[D].西北大學(xué).2014.

[13]任軍峰,包洪平,孫六一,等. 鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層孔洞充填特征及機(jī)理[J]. 海相油氣地質(zhì).2012.02:63-69.

[14]郭敏. 鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣成藏特征研究[D].成都理工大學(xué).2010.

[15]趙雪嬌. 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)下古生界天然氣成藏動(dòng)力及輸導(dǎo)體系研究[D].西北大學(xué).2012.

[16]樊愛(ài)萍,楊仁超,馮喬,等. 鄂爾多斯盆地上古生界流體包裹體特征及研究[J]. 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006.02:20-22+26.

[17]馮增昭,鮑志東,康祺發(fā),等. 鄂爾多斯奧陶紀(jì)古構(gòu)造[J]. 古地理學(xué)報(bào).1999.03:83-94.

[18]劉新社,席勝利,付金華,等.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣生成[J].天然氣工業(yè).2000.06:19-23+9-8.

PorositycharacteristicsandgasaccumulationstagesofcarbonatereservoirsinOrdovicianMajiagouFormationinYananarea

GUOXing，ZHANGMin，ZHANGZhen-xu

(Northwestern University, Xi'an 710069, China)

Taking Ordovician carbonate rocks in Yanan area and Ordos Basin as the object of study, the characteristics of reservoir are studied, and the formation times and mechanism of gas accumulation are discussed in the light of relevant literature and data. Through the observation of cast thin sections of the study area,summarize the characteristics of space at the top of the Ordovician carbonate reservoir, that Majiagou reservoir mainly developed secondary pore and small intergranular pore, less primary pores, and the pore size distribution in the range of 0.001～1.5 mm. Based on the determination and analysis of the homogenization temperature of inclusions, combined with the previous research results and regional geological background, it is considered that there is a multi-stage filling period in Majiagou formation, of which the first stage is from the early Cretaceous in Shanxi formation.

Ordos Basin；lower Paleozoic；reservoir；accumulation period

P618.130.2+1

A

1004-1184(2017)05-0107-04

2017-05-08

郭星(1993-)，男，陜西西安人，主攻方向：石油地質(zhì)學(xué)。