鄂爾多斯盆地東部奧陶系古巖溶型碳酸鹽巖致密儲層特征、形成機(jī)理與天然氣富集潛力

王國亭，程立華，孟德偉，朱玉杰，孫建偉，黃錦袖，彭艷霞

[1.中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油 長慶油田分公司 第二采氣廠,陜西 榆林 719000；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院,北京 100083]

中國古巖溶型碳酸鹽巖儲集層廣泛發(fā)育并取得了一系列重大勘探開發(fā)突破，重點(diǎn)以塔里木盆地塔河油田奧陶系灰?guī)r油氣藏、鄂爾多斯盆地靖邊氣田下古奧陶系氣藏以及渤海灣盆地任丘油田奧陶系古巖溶油氣藏等為代表[1-3]。鄂爾多斯盆地是我國重要的含油氣盆地，蘊(yùn)含豐富的天然氣資源，目前天然氣探明(含基本探明)儲量已達(dá)5.7×1012m3，發(fā)現(xiàn)了蘇里格、靖邊、榆林、大牛地、神木和子洲等多個(gè)探明儲量超千億方的氣田。目前盆地絕大部分探明儲量都集中于上古生界山西組至下石盒子組碎屑巖儲層中，下古生界探明儲量主要集中于古巖溶風(fēng)化殼型儲層發(fā)育的靖邊氣田，其儲量規(guī)模僅占盆地總探明儲量規(guī)模的10%。目前針對盆地中部靖邊地區(qū)的古巖溶型儲層的研究較為系統(tǒng)，重點(diǎn)體現(xiàn)于有利沉積相帶評價(jià)、巖溶古地貌單元刻畫和成藏主控因素分析等方面。研究認(rèn)為硬石膏結(jié)核白云坪為有利沉積相類型，分布穩(wěn)定且連片性好，古巖溶斜坡有利于風(fēng)化殼儲層的形成且是氣藏集中發(fā)育部位，古溝槽側(cè)翼是發(fā)育高產(chǎn)富集區(qū)的有利部位[4-6]。近年來，鄂爾多斯盆地東部地區(qū)不斷有氣井鉆遇下古生界氣藏，且表現(xiàn)出良好的產(chǎn)能，展現(xiàn)出較好的勘探開發(fā)潛力。盆地東部地區(qū)巖溶古地貌背景、沉積環(huán)境皆發(fā)生較大變化，中部地區(qū)的研究認(rèn)識難以完全適用于東部地區(qū)，亟需開展針對性研究。目前，盆地東部的研究局限于靖邊氣田東側(cè)的局部區(qū)域，未延伸向盆地東部的主體區(qū)域，總體而言，東部地區(qū)研究相對薄弱且沒有儲量發(fā)現(xiàn)。本文以盆地東部神木地區(qū)為依托，深入開展盆地東部碳酸鹽巖風(fēng)化殼儲層特征分析、儲層形成機(jī)理及天然氣富集潛力評價(jià)，以明確盆地東部下古生界的勘探開發(fā)前景，從而為盆地東部下古生界古巖溶儲層天然氣儲量規(guī)模提升和開發(fā)潛力評價(jià)奠定基礎(chǔ)。

1 奧陶系構(gòu)造沉積與巖溶古地貌格局

古生代時(shí)期，鄂爾多斯盆地屬于華北克拉通盆地的一部分，南北兩側(cè)分別為古秦嶺洋和古興蒙洋。早古生代盆地演化主要受控于南側(cè)古秦嶺洋的演化，伴隨古洋盆的形成、擴(kuò)張、俯沖消減及最終閉合消亡，盆地內(nèi)部經(jīng)歷早期陸表海盆地、后期陸緣海盆地、洋盆閉合并整體抬升遭受剝蝕的演化過程[7-8]。鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)表現(xiàn)為“兩隆兩鞍兩坳陷”的古地貌特征，兩隆指北部伊盟隆起和西南部中央古隆起，兩鞍指兩個(gè)隆起間的銜接部位，兩坳陷指盆地東部米脂坳陷以及盆地西、南部的秦祁海槽[9]。上述古地貌控制著奧陶系沉積厚度的變化和相帶的展布，決定了鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)巖相古地理格局。

鄂爾多斯盆地盆地中東部奧陶系馬家溝組(O1m)沉積期經(jīng)歷3次海進(jìn)與海退旋回，沉積了一套以碳酸鹽巖為主夾蒸發(fā)巖的地層，自下而上可劃分為馬一至馬六段(O1m1—O1m6)等6個(gè)巖性段。目的層馬五段O1m5自上而下細(xì)分為馬五1至馬五10(O1m5(1)—O1m5(10))亞段，形成于海退期，主要為以膏巖、鹽巖和白云巖為特色的沉積組合[10]。中奧陶世末，華北地塊因晚加里東運(yùn)動整體抬升，經(jīng)歷了約130～150 Ma的沉積間斷，盆地主體缺失晚奧陶—早石炭世沉積，下奧陶統(tǒng)馬家溝組經(jīng)歷了長期巖溶作用。該期盆地總體表現(xiàn)為西高東低的巖溶古地貌格局，可劃分為巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地等3種宏觀古地貌單元，神木地區(qū)處于巖溶盆地范圍內(nèi)(圖1，圖2)。巖溶儲層主要發(fā)育于馬五段頂部馬五1至馬五4亞段(O1m5(1)—O1m5(4))，巖性主要為含硬石膏結(jié)核白云巖及白云巖，是盆地中部靖邊地區(qū)下古生界的天然氣主要的儲層與產(chǎn)層。

2 盆地東部古巖溶儲層特征

2.1 古巖溶儲層巖石學(xué)及物性特征

碳酸鹽巖抬升裸露地表或近地表后受到各種復(fù)雜物理化學(xué)風(fēng)化營力作用影響，并伴隨各種機(jī)械、重力和化學(xué)等沉積作用，沉積期形成的原始地層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終形成多種復(fù)雜類型巖溶巖，可細(xì)分為巖溶建造巖和巖溶改造巖兩大類[2]。巖溶建造巖為巖溶溶洞中沉積并固化的地機(jī)械沉積物、化學(xué)沉淀物及其他搬運(yùn)至溶洞再堆積得物質(zhì)，原始地層結(jié)構(gòu)被徹底改變，可細(xì)分為殘積巖、塌積巖、沖積巖、填積巖和淀積巖，此類巖石物性普遍較差，難以形成儲層(圖3a—c)。經(jīng)歷過巖溶作用而仍保持一定原始沉積結(jié)構(gòu)的巖石稱為巖溶改造巖，根據(jù)巖溶作用方式及引起的物理化學(xué)變化，可劃分為巖溶溶蝕巖、巖溶變形巖及巖溶交代巖，前兩種利于儲層形成。盆地東部奧陶系頂部碳酸鹽巖地層發(fā)育的巖石類型包括硬石膏結(jié)核白云巖、白云巖、泥云巖、云膏巖、膏云巖、膏巖、云灰?guī)r、灰云巖及灰?guī)r等多種類型，總體為潮坪沉積環(huán)境的產(chǎn)物。發(fā)育硬石膏結(jié)核及柱狀晶體的白云巖在裸露風(fēng)化期因大氣淡水淋濾而形成溶蝕孔的巖溶溶蝕巖是研究區(qū)最重要的儲集巖(圖3d,f—i)。發(fā)生巖體張裂或假角礫化而形成的巖溶變形巖因發(fā)育溶濾縫和卸載縫也具有一定的儲集性能，取決于裂縫系統(tǒng)的后期充填程度(圖3e,j)。

圖1 鄂爾多斯盆地中部與東部奧陶系殘留地層分布格局Fig.1 Residual Ordovician stratum distribution in the eastern and central Ordos Basin

鄂爾多斯盆地東部儲集巖主要為硬石膏結(jié)核白云巖和白云巖，并以前者為主，與盆地中部靖邊氣田儲集巖性基本類似。盆地東部地區(qū)50余口探井密集取樣及測井解釋的物性分析表明，下古巖溶儲層總體表現(xiàn)出低孔、致密的特征。研究區(qū)儲層孔隙度分布于1%～7%，平均為3.8%，滲透率分布于0.005×10-3～1×10-3μm2，平均為0.82×10-3μm2(圖4)。就儲層相對發(fā)育的各亞段而言，Q1m5(1)亞段孔隙度分布于2%～7%，平均為4.5%，滲透率分布于0.01×10-3～1.20×10-3μm2，平均為0.95×10-3μm2；Q1m5(2)亞段孔隙度分布于1%～6%，平均為3.5%，滲透率分布于0.005×10-3～1.03×10-3μm2，平均為0.84×10-3μm2；Q1m5(4)亞段孔隙度分布于1%～5.5%，平均為3.3%，滲透率分布于0.005×10-3～0.75×10-3μm2，平均為0.63×10-3μm2。由上至下，儲層物性具有逐漸變差的趨勢。盆地中部烏審旗—靖邊—高橋一帶儲層平均孔隙為5.70%，平均滲透率為3.48×10-3μm2[4]，與其相比，東部地區(qū)儲層品質(zhì)有所降低。

鄂爾多斯盆地上古生界碎屑巖儲層孔、滲表現(xiàn)出明顯線性相關(guān)的特征[11]，受研究區(qū)碳酸巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)、殘余裂縫及孔洞的影響，下古生界儲層物性線性相關(guān)性總體偏差，數(shù)據(jù)分布較為分散(圖5a)。不發(fā)育裂縫、孔洞的基質(zhì)儲層孔、滲正相關(guān)性明顯，但線性相關(guān)性一般，隨著孔隙度增加滲透率逐漸增加，但數(shù)據(jù)點(diǎn)呈現(xiàn)分散、不集中的分布特征。部分樣品表現(xiàn)出高孔低滲特征，雖然儲層結(jié)核溶蝕孔較發(fā)育，但孔隙呈孤立狀分布，連通性差；部分樣品表現(xiàn)出低孔高滲特征，主要受裂縫影響，滲透性雖好，但儲集性差。

圖2 鄂爾多斯盆地前石炭系巖溶古地貌剖面Fig.2 Palaeomorphologic profile of the Pre-Carboniferous karst in the Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地東部巖溶儲層孔隙度(a)與滲透率特征(b)Fig.4 Porosity (a) and permeability (b) of the Ordovician paleokarst reservoirs in the eastern Ordos Basin

圖5 鄂爾多斯盆地東部巖溶儲層孔滲關(guān)系及物性下限確定Fig.5 Relationship between porosity and permeability and lower limit of physical property for the paleokarst reservoirs in the eastern Ordos Basina.孔隙度與滲透率關(guān)系;b.有效儲層物性下限確定

2.2 儲集空間特征

孔、洞、縫等三大類型儲集空間在盆地東部碳酸鹽巖風(fēng)化殼巖溶儲層中均有發(fā)育，以孔隙為主(圖3d,f—i)。偶可見溶洞，且多被后期填充。受巖溶與后期構(gòu)造作用影響，裂縫體系早期曾較發(fā)育，后期多被填充(圖3e,j)?？紫额愋椭饕獮橛彩嘟Y(jié)核溶蝕孔、白云石晶間微孔與巖溶角礫間孔等類型，并以前兩種為主。硬石膏結(jié)核溶孔呈圓形、橢圓形，直徑范圍是0.1～5 mm不等，并以1.5～3.0 mm為主，多被部分充填或全充填。白云石晶間微孔發(fā)育于細(xì)粉晶與泥晶白云巖中，也發(fā)育于硬石膏結(jié)核云巖基質(zhì)中，直徑范圍幾微米至近百微米(圖3n—o)?？傮w而言，盆地東部風(fēng)化殼巖溶儲層孔隙直徑分布于微米級至毫米級范圍，呈連續(xù)狀分布特征。

鑄體薄片孔喉圖像分析表明，隨著硬石膏結(jié)核溶孔填充程度的增加或發(fā)育程度的降低，對儲集性能貢獻(xiàn)作用較大的大孔隙發(fā)育比例逐漸降低，而微小孔隙發(fā)育比例逐漸升高。結(jié)核溶孔充填程度低的的云巖儲層孔隙總體小于5 mm，占總孔隙體積50%(即P50)以上的較大孔隙對應(yīng)的孔隙直徑下限為2 mm，即直徑為2～5 mm的大孔隙占總孔隙的50%，而結(jié)核溶孔充填程度高的白云巖、純云巖和泥云巖等P50%對應(yīng)的孔隙直徑下限分別為20,15和7 μm。喉道也表現(xiàn)出類似特征，低結(jié)核溶孔充填程度的白云巖儲層喉道總體小于 50 μm，占總喉道50%(即P50)以上的較大喉道對應(yīng)的喉道下限直徑為10 μm，即直徑10～50 μm的大喉道占總喉道的50%，而結(jié)核溶孔充填程度高的的云巖、純云巖和泥云巖等P50對應(yīng)的喉道直徑下限分別為4，3和2 μm(圖6)。泥云巖為非儲層類，分析表明其孔隙直徑總體小于30 μm，喉道直徑總體小于5 μm，可以此作為儲層與非儲層的孔-喉直徑分界。結(jié)核溶孔充填程度低的白云巖、結(jié)核溶孔充填程度高的白云巖和純云巖等儲層無效孔隙占的比例分別為10%,65%和80%，無效喉道占的比例分別為10%,55%和60%。總體而言，隨著結(jié)核溶孔填充程度的增加或發(fā)育程度的降低，無效孔喉占的比例逐漸增加。

3 古巖溶儲層形成機(jī)理

結(jié)合大量試氣、生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了儲層物性下限分析，結(jié)果表明，孔隙度低于3%、滲透率低于0.05×10-3μm2的儲層難以形成有效產(chǎn)層;孔隙度為3%、滲透率0.05×10-3μm2可界定為儲層的物性下限標(biāo)準(zhǔn)(圖5b)。儲層形成過程極為復(fù)雜，受有利沉積巖相、有效巖溶作用、建設(shè)性及破壞性綜合成巖作用的共同影響。

3.1 有利沉積巖相

盆地中東部地區(qū)馬家溝組為海平面周期性升降交替形成的碳酸鹽巖與膏巖交互沉積。盆地東部O1m5(1-4)亞段主體屬于潮坪沉積環(huán)境的產(chǎn)物，主要亞相類型為潮上帶與潮間帶，沉積巖相類型主要為含硬石膏結(jié)核白云巖、白云巖、泥云巖、云灰?guī)r、灰云巖、膏云巖及云膏巖等。盆地東部O1m5(1-4)亞段在加里東期遭受較強(qiáng)烈的巖溶淋濾作用[12-15]，原始沉積產(chǎn)物受到巖溶作用改造。

圖6 鄂爾多斯盆地東部巖溶儲層孔隙與喉道直徑分布Fig.6 Pore and throat diameter distribution in the Ordovician paleokarst reservoirs,eastern Ordos Basin

有利沉積巖相為儲層的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，研究表明潮間帶及潮上帶發(fā)育的含硬石膏結(jié)核的白云巖是盆地東部最有利的沉積巖相。此類沉積巖相由于發(fā)育大小適宜且易溶的硬石膏結(jié)核組分，在古巖溶作用中易于接受改造而形成百微米至毫米級溶孔，為盆地東部地區(qū)儲層的形成創(chuàng)造了條件(圖3d)。云巖、泥云巖、云灰?guī)r、灰云巖、灰?guī)r等不含易溶組分，難以受到巖溶改造作用的影響，不利于有效儲層的形成。膏云巖、云膏巖、膏巖等巖相易溶組分含量較高，在強(qiáng)巖溶淋濾作用下可能會因缺乏有效支撐而發(fā)生垮塌、填充而最終不利于儲集空間的保存。

3.2 有效巖溶改造

有利沉積巖相的存在為有效儲層的形成創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，但如果缺乏有效巖溶改造作用，難以轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?。因此有效巖溶改造是儲層形成的關(guān)鍵要素。加里東末期，盆地整體抬升，馬家溝組地層遭受長達(dá)130～150 Ma的風(fēng)化淋濾剝蝕。盆地前石炭紀(jì)古地貌分布以近南北向的中央古隆起為中心，古地勢逐漸向東西兩側(cè)降低，經(jīng)歷剝蝕改造的奧陶系頂部界面呈現(xiàn)為以鄂托克旗—定邊—慶陽一線為中心向東西傾伏的特點(diǎn)，并直接影響了盆地不同地區(qū)巖溶作用的發(fā)育強(qiáng)度[13-17]。

根據(jù)盆地巖溶古地貌宏觀格局，可劃分為巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地等3種宏觀古地貌單元(圖2)。巖溶高地古地勢較高，侵蝕作用強(qiáng)烈、地層缺失嚴(yán)重，巖溶作用以垂向滲濾為主，形成垂向溶蝕帶、落水洞等巖溶形態(tài)，地層垮塌嚴(yán)重且非均質(zhì)性較強(qiáng)。巖溶斜坡地帶巖溶作用方式以水平狀慢速擴(kuò)散流溶蝕為主，有利于良好溶蝕性儲層的形成，儲層均質(zhì)性較好，靖邊氣田即位于巖溶斜坡部位[16-19]。巖溶盆地為巖溶斜坡以東大片地區(qū)古地勢平坦開闊區(qū)，巖溶作用以沿地表侵蝕帶的溶蝕及淺層地下徑流帶的巖石溶解為主，層狀溶蝕作用偏弱，非均質(zhì)性更強(qiáng)，此外，該區(qū)處于水流的匯水排泄區(qū)，充填、淀積作用強(qiáng)，巖溶空間充填作用高[13]。整體而言，盆地東部大部分地區(qū)都處于巖溶盆地范圍，巖溶作用強(qiáng)度不如靖邊氣田所處的巖溶斜坡部位。

雖然盆地東部巖溶盆地區(qū)巖溶作用強(qiáng)度整體不如盆地中部區(qū)，但仍存在有效儲層發(fā)育的條件。依據(jù)神木地區(qū)奧陶系風(fēng)化殼上覆地層石炭系厚度及分布趨勢、風(fēng)化殼殘余厚度及殘余邊界分布將巖溶盆地內(nèi)古地貌刻畫為丘臺、坡地、溝槽-洼地等次級微地貌單元。丘臺、坡地是古地形相對較高，其上發(fā)育有利沉積巖相的部位可受到有效巖溶作用的改造，是盆地東部地區(qū)有利于有效儲層發(fā)育的沉積巖相-微地貌組合單元。有限的試氣資料表明，產(chǎn)氣井主要分布于丘臺、斜坡部位，溝槽-洼地部位因巖溶作用過于強(qiáng)烈，導(dǎo)致地層缺失嚴(yán)重，為匯水排泄區(qū)，充填作用也較強(qiáng)，不利于儲層的保存和發(fā)育(圖7)，實(shí)測孔隙度平面等值線圖也證明了這一點(diǎn)(圖8)。同盆地中部靖邊地區(qū)相比，神木地區(qū)巖溶作用總體偏弱且非均質(zhì)性變強(qiáng)，有效儲層連通性較差，西部、南部區(qū)比東部區(qū)有效儲層發(fā)育。

3.3 成巖作用

鄂爾多斯盆地中東部下古碳酸鹽巖地層經(jīng)歷了極其復(fù)雜的成巖作用過程，主要成巖作用類型包括大氣淡水溶蝕作用、白云石沉淀、干化脫水、機(jī)械壓實(shí)、壓溶、去白云石化、巖溶化和角礫化與膠結(jié)等眾多類型[18]。

圖7 鄂爾多斯盆地東部神木地區(qū)次級巖溶古地貌劃分與富集區(qū)分布Fig.7 Subdivision of palaeogeomorphology and gas enrichment area of Shenmu block in the estern Ordos Basin

同生期及淋濾剝蝕期之前的淺埋藏期主要發(fā)生大氣淡水溶蝕、白云石沉淀、干化脫水、壓實(shí)和膠結(jié)等成巖作用。白云石沉淀主要發(fā)生在同生期，在微生物作用下從高鹽度、富鎂海水中沉淀的白云石，埋藏期次生孔隙中也有少量白云山沉淀。干化脫水發(fā)生于沉積物尚為固結(jié)成堅(jiān)硬的巖石之前，壓實(shí)作用比干化脫水作用持續(xù)的久一些。前3種為該階段主要的建設(shè)性成巖作用類型。淋濾溶蝕期主要發(fā)生溶蝕改造、巖溶化及角礫化等成巖作用類型，溶蝕改造作用是最主要的建設(shè)性成巖作用類型，為有利沉積巖相轉(zhuǎn)化成儲層創(chuàng)造了必要條件。淋濾剝蝕期之后的埋藏期主要發(fā)生埋藏溶蝕、壓溶、膠結(jié)以及白云石化等成巖作用，此階段建設(shè)性與破壞性成巖作用的綜合疊加決定有效儲層的最終形成。埋藏溶蝕和白云石化對儲層的改造是建設(shè)性的，在一定程度上提高了儲層儲集性能，而膠結(jié)充填作用是后期最主要的破壞性成巖作用，也是影響作用做大的成巖作用，此作用過程堵塞了巖溶改造階段形成的溶蝕孔隙，使儲層品質(zhì)大幅降低。

圖8 鄂爾多斯盆地東部神木地區(qū)O1m5(2-2)孔隙度平面等值線Fig.8 Porosity isopleth of the Q1m5(2-2) in Shenmu block in the estern Ordos Basin

鄂爾多斯盆地東部巖溶儲層發(fā)育多種膠結(jié)礦物類型，包括白云石、方解石、鐵白云石、石英、高嶺石、硬石膏和螢石等，并以前4種為主?？紫赌z結(jié)物總體以白云石為主體，與其他礦物相組合形成復(fù)雜的孔隙充填物組合類型(圖3,f—i)。根據(jù)充填程度的強(qiáng)弱可分為全充填型和半充填型。全充填類型中，孔隙填充物組合包括白云石+方解石、白云石+方解石+石英、白云石+鐵白云石+石英、白云石+高嶺石、白云石+硬石膏、白云石+鐵白云石+高嶺石、白云石+鐵白云石+螢石等，其中前3種常見，后4種較少。半充填類型中，孔隙充填物組合包括白云山為主、白云石+鐵白云石、白云山+石英、白云石+鐵白云石+石英等組合類型，其中白云山為主最常見，后3種較常見。全充填型的硬石膏結(jié)核云巖雖然具備有利沉積巖相基礎(chǔ)，也曾受到有效巖溶作用的改造，但因后期溶孔被完全充填堵死，儲層品質(zhì)變差，最終難以成為有效儲層，而半充填型硬石膏結(jié)核云巖的溶蝕孔隙得以部分保存，儲層品質(zhì)較好，最終成為盆地東部地區(qū)最重要的有效儲層類型(圖3,f,g)。

3.4 裂縫發(fā)育影響

鄂爾多斯盆地東部下古頂部風(fēng)化殼地層受巖溶改造、構(gòu)造運(yùn)動以及成巖收縮等多種因素影響，裂縫系統(tǒng)較為發(fā)育，主要為溶蝕縫、構(gòu)造縫和成巖縫等三種類型。裂縫鏡下寬0.01～1 mm，巖心觀察寬度一般在0.5～3 mm，最寬可達(dá)1 cm(圖3 m)。裂縫系統(tǒng)能夠有效改善儲層儲集性能，尤其是滲流性能，物性分析也表明，殘存裂縫系統(tǒng)的發(fā)育使部分儲層具有低孔、高滲的特征(圖5a)。在后期成巖作用階段裂縫網(wǎng)絡(luò)大都被膠結(jié)物充填，因此對儲層儲集與滲流性能的最終改善作用有限，僅少量殘存裂縫系統(tǒng)可局部改善儲層物性?？傮w而言，裂縫系統(tǒng)對盆地東部地區(qū)下古碳酸鹽巖風(fēng)化殼型有效儲層的形成起較為有限的影響作用。

4 盆地東部天然氣富集潛力及與靖邊氣田對比

4.1 天然氣富集潛力

4.1.1 儲層發(fā)育與分布

盆地東部下古碳酸鹽巖巖溶地層有效儲層的形成受有利沉積巖相、有效巖溶改造、后期成巖作用與裂縫發(fā)育等因素的綜合影響。神木地區(qū)儲層評價(jià)結(jié)果表明：O1m5(1)和O1m5(2)亞段有利沉積巖相發(fā)育，受到有效巖溶作用改造，儲層相對發(fā)育且物性較好；O1m5(3)亞段以膏巖沉積為主，有利沉積巖相不發(fā)育，不具備儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；O1m5(4)段層有利沉積巖相發(fā)育，但由于巖溶改造作用偏弱，儲層發(fā)育程度低且物性偏差。據(jù)鉆井資料揭示，神木地區(qū)厚度大于2 m的碳酸鹽巖巖溶風(fēng)化殼儲層鉆遇率為51.81%，厚度主要分布于2～8 m(圖9)。神木地區(qū)位于巖溶盆地主體部位，面積覆蓋廣泛，其儲層發(fā)育特征具有較強(qiáng)的代表性，雖然其內(nèi)部儲層特征具有一定差異性，但總體能夠代表盆地東部的整體儲層特征?？傮w而言，盆地東部地區(qū)仍具備相對較好的有效儲層發(fā)育基礎(chǔ)。

4.1.2 源-運(yùn)-儲配置關(guān)系

鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，煤巖平均有機(jī)碳67.3%，碳質(zhì)泥巖平均有機(jī)碳2.93%，具有較強(qiáng)的生氣能力，是奧陶系頂部氣藏的主要?dú)庠磶r。盆地東部地區(qū)上古生界源巖生烴強(qiáng)度大，生烴強(qiáng)度范圍為20×108～40×108m3/km2，平均為36×108m3/km2，高于盆地中西部地區(qū)，氣源供給充分[4]。在生排挺高峰期，天然氣沿古溝槽與巖溶不整合面向下近距離運(yùn)移，與風(fēng)化殼巖溶儲層構(gòu)成良好上生下儲組合關(guān)系[20-24]。

在氣源巖、有效儲層與運(yùn)移通道都具備的條件下，三者良好的配置關(guān)系是盆地東部區(qū)域下古天然氣能夠有效富集的關(guān)鍵。盆地東部區(qū)域神木地區(qū)下古奧陶系頂部地層巖溶侵蝕差異明顯，總體而言，神木地區(qū)的西部巖溶作用強(qiáng)于東部，西部地區(qū)巖溶溝槽多切割至O1m5(3)，局部甚至可達(dá)O1m5(4)，而東部普遍溶蝕切割至O1m5(2)(圖10)。發(fā)育于丘臺、斜坡部位的馬家溝組上部O1m5(1-2)段的儲層在側(cè)向或垂向可與巖溶不整合面及巖溶古溝槽等優(yōu)勢運(yùn)移通道緊密相鄰，并且臨近上古氣源巖，源-運(yùn)-儲配置關(guān)系最佳，有利于天然氣富集。O1m5(4)亞段地層總體發(fā)育完整，雖然儲層發(fā)育，但因O1m5(3)段厚層穩(wěn)定泥云巖遮擋，優(yōu)勢運(yùn)移通道難以與儲層充分接觸，源-運(yùn)-儲配置關(guān)系不佳，總體不利于天然氣富集，僅在西部距離深切溝槽較近的區(qū)域有氣層發(fā)育，東部區(qū)域則主要發(fā)育氣水層、含氣水層(圖11)。此外，盆地東部的西部地區(qū)巖溶作用比東部地區(qū)相對強(qiáng)烈，儲層品質(zhì)較好，巖溶不整合面及古溝槽切割深度大，且上覆本溪組地層厚度薄，天然氣運(yùn)送距離短，源-運(yùn)-儲配置關(guān)系良好，因此氣層發(fā)育程度比東部地區(qū)大。

圖9 鄂爾多斯盆地東部神木地區(qū)巖溶地層有效儲層厚度分布(O1m5(1-4))Fig.9 Effective reservoir thickness of Shenmu block in the eastern Ordos Basin [Q1m5(1-4)]

圖10 鄂爾多斯盆地東部神木地區(qū)殘存巖溶地層Fig.10 Residual karst strata of Shenmu block in the eastern Ordos Basin

總體而言，盆地東部區(qū)域上部層位O1m5(1-2)比下部層位O1m5(4)源-運(yùn)-儲配置關(guān)系佳，西部地區(qū)比東部地區(qū)源-運(yùn)-儲配置關(guān)系佳，即盆地東部區(qū)域發(fā)育于巖溶丘臺、斜坡部位的O1m5(1-2)段比保存相對較為完整O1m5(4)小層更有利于天然氣富集，盆地東部區(qū)域靠近巖溶斜坡的西部地區(qū)比處于巖溶盆地的東部地區(qū)更利于天然氣富集。

4.2 與盆地中部氣田對比

靖邊氣田位于鄂爾多斯盆地中部，是盆地碳酸巖巖溶地層發(fā)現(xiàn)的唯一探明儲量超千億方的氣田。對比評價(jià)表明，盆地東部有利沉積相/巖相組合不如中部靖邊地區(qū)發(fā)育程度好，表生巖溶作用亦不如靖邊地區(qū)有效，巖溶孔隙的填充程度也比靖邊地區(qū)高，儲層品質(zhì)總體相對偏差(表1)。但盆地東部地區(qū)下古碳酸鹽巖巖溶儲層平均有效厚度為4.5 m，局部地區(qū)可達(dá)8 m以上(圖9)，多層疊置也可大面積連片分布，總體仍較為發(fā)育，且盆地東部平均生烴強(qiáng)度達(dá)36×108m3/km2，遠(yuǎn)高于盆地中部地區(qū)，氣源供給充分。盆地東部神木地區(qū)評價(jià)結(jié)果表明，Q1m5(1-4)段平均儲量豐度為0.52×108m3/km2，局部地區(qū)可與靖邊地區(qū)相當(dāng)。鄂爾多斯盆地東部地區(qū)面積廣闊，圍繞神木—米脂—清澗—宜川一線，面積可達(dá)3×108km2，下古碳酸鹽巖地層具備局部較大天然氣勘探開發(fā)潛力。

圖11 鄂爾多斯盆地東部下古生界頂部巖溶氣藏富集模式Fig.11 Gas enrichment pattern of the top paleokarst reservoirs in the Lower Paleozoic in the eastern Ordos Basin

參數(shù)盆地中部盆地東部平均孔隙度/%5.703.80平均滲透率/(10-3 μm2)3.480.82平均儲層厚度/m6.604.50平均生烴強(qiáng)度/(108 m3·km-2)24.036.0儲量豐度/(108 m3·km-2)0.720.52孔喉特征以結(jié)核溶蝕孔為主,晶間孔及膏?？状沃?屬微米至毫米級孔隙,孔隙充填程度中等-偏高;可見微裂縫,可有效改善儲層滲透性以結(jié)核溶蝕孔為主,晶間孔及膏?？状沃?裂縫屬微米至毫米級孔隙,孔隙充填程度普遍較高;微裂縫大多被充填,對儲層滲透性的改善作用有限有利沉積巖相潮上含硬石膏結(jié)核云坪,分布廣、連續(xù)性普遍較好,大面積連片分布潮間含硬石膏結(jié)核云坪,分布局限、單層連續(xù)性較差,但多層疊合也可連片巖溶古地貌背景主體位于巖溶斜坡淋濾溶蝕區(qū),存在垂直擴(kuò)散滲濾、水平潛流及潛水面以下深部緩流等3種水流方式作用,表生巖溶作用較強(qiáng),形成大量石膏結(jié)核溶蝕孔 主體位于巖溶盆地匯水區(qū),表生巖溶作用偏弱,填充作用偏強(qiáng),局部微構(gòu)造高部位(丘臺、坡地)存在強(qiáng)溶蝕區(qū),有利于石膏結(jié)核溶蝕孔發(fā)育儲層分布特征主力層位大面積連片分布,儲層連續(xù)及連通性好;非主力層呈孤立井點(diǎn)狀、孤島狀分布主體以孤立井點(diǎn)狀、孤島狀分布為主,多層疊置可連片,儲層連通性總體偏差

5 結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地東部奧陶系頂部碳酸鹽巖風(fēng)化殼地層儲層發(fā)育，以硬石膏結(jié)核云巖為主，儲層孔隙直徑分布于微米級至毫米級，喉道直徑分布于幾微米至幾十微米，孔隙直徑為30 μm、喉道直徑5 μm作為儲層與非儲層的孔-喉界限標(biāo)準(zhǔn)。下古儲層總體表現(xiàn)為低孔-特低孔、低滲-致密的特征。

2) 儲層發(fā)育受有利沉積巖相、有效巖溶作用、成巖綜合作用及裂縫的綜合影響。有利巖相是儲層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，有效巖溶改造是儲層形成的關(guān)鍵，而成巖綜合作用決定有效儲層的最終形成，半充填型硬石膏結(jié)核云巖為盆地東部地區(qū)最重要的儲層類型。由于大多被充填，裂縫系統(tǒng)對儲層的形成影響有限。

3) 天然氣富集受儲層發(fā)育與分布以及源-運(yùn)-儲配置關(guān)系影響。儲層發(fā)育是天然氣能夠富集的基本條件，源-運(yùn)-儲配置關(guān)系盆地東部區(qū)域下古天然氣能夠富集的關(guān)鍵?？傮w而言，盆地東部碳酸鹽巖風(fēng)化殼儲層較為發(fā)育，氣源供給充足，具備天然氣大規(guī)模富集的條件，具有較大的天然氣勘探開發(fā)潛力。