蘇里格氣田東區(qū)馬五段儲層特征及控制因素

馮敏 白慧 劉治恒 李浮萍 張吉

摘要：下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五1-5段是蘇里格氣田東區(qū)主要產(chǎn)層段，其勘探潛力巨大?；趲r心觀察、鑄體薄片及分析化驗等資料，對馬五段進(jìn)行儲層特征及控制因素分析。研究表明，蘇里格東區(qū)在馬五5期為局限臺地相帶的潮坪亞相沉積。馬五1-4為含膏云坪亞相，馬五5為顆粒灘相;發(fā)育含膏細(xì)-粉晶白云巖和中-粗晶白云巖。蘇里格氣田東區(qū)馬五1-5段儲集空間包括孔隙和裂縫2大類，其中孔隙主要為溶蝕孔、膏模孔、晶間孔、晶間溶孔和裂縫包括溶蝕縫、微裂縫和構(gòu)造縫等。儲層發(fā)育和分布主要受控于：沉積環(huán)境決定了多類型儲層發(fā)育;馬五1-4層段準(zhǔn)同生白云石化和滲透回流白云石化及馬五5段埋藏白云石化作用是碳酸鹽巖儲層發(fā)育的決定條件，白云石化作用改善了儲集性能;蘇里格氣田馬五1-5層段碳酸鹽巖儲層經(jīng)歷了不同階段溶蝕作用（同生、表生、埋藏）而形成有利的溶孔、溶縫儲層，提高了儲層儲集性能。

關(guān)鍵詞：蘇里格氣田;奧陶系;馬五段;儲層特征;控制因素

中圖分類號：TE 122文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0216文章編號：1672-9315（2019）02-0294-09

0引言

鄂爾多斯盆地下古生界海相碳酸鹽巖地層非常發(fā)育，依據(jù)海平面多次升降形成的沉積旋回和巖性特征，將馬家溝組自下而上可劃分為6段巖性段，其中馬一、三、五段為相對海退期，屬局限海蒸發(fā)臺地環(huán)境，主要為白云巖、膏巖發(fā)育段;馬二、四、六段為相對海侵期，屬陸表海陸棚環(huán)境，主要為石灰?guī)r發(fā)育層段。馬五段在盆地中部沉積厚度300～350 m，巖性以白云巖為主，夾灰?guī)r、泥巖及蒸發(fā)巖，其中馬五段為本區(qū)主要產(chǎn)氣層段。

勘探開發(fā)實踐表明，相對上古生界氣藏而言，蘇里格氣田東區(qū)下古生界氣井產(chǎn)氣能力較強(qiáng)[1-2]。由此可見，下古生界氣藏有待進(jìn)一步勘探開發(fā)，當(dāng)前情況下，對下古生界氣藏開發(fā)潛力的挖掘以“上下古立體開發(fā)”的思路為指導(dǎo)，最大程度上降低產(chǎn)能建設(shè)風(fēng)險，為實現(xiàn)氣田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。

盆地內(nèi)奧陶系馬家溝組上部遭受長期風(fēng)化剝蝕，發(fā)育風(fēng)化殼巖溶型儲層，形成了大型天然氣藏。根據(jù)氣藏特征將馬五1-4亞段氣藏稱為上部組合氣藏;馬五5-10亞段稱為中組合氣藏[3-5]，其中部組合氣藏的發(fā)現(xiàn)開辟了一個新的天然氣勘探領(lǐng)域。氣藏在不同層段和平面部位，其產(chǎn)氣能力差異較大，控制馬五段氣藏分布及其產(chǎn)量主要因素為儲層非均質(zhì)性，因此開展蘇里格氣田東區(qū)馬五段儲層特征及控制因素研究，將對馬五段氣藏開發(fā)潛力評價提供地質(zhì)依據(jù)和支撐。

1區(qū)域地質(zhì)特征

蘇里格氣田區(qū)域構(gòu)造上屬于陜斜坡北部中帶（圖1），位于鄂爾多斯盆地奧陶系中央古隆起東北側(cè)，其馬家溝組屬于局限陸表海沉積環(huán)境，形成了一套以碳酸鹽巖為主夾蒸發(fā)巖地層序列，巖性主要為淺灰色、灰褐色泥-粉晶白云巖、白云質(zhì)巖溶角礫巖，溶孔溶洞及裂縫發(fā)育，且部分裂縫被泥晶白云巖充填或半充填，部分為泥質(zhì)和黃鐵礦充填，部分未充填，其基底為太古界和元古界結(jié)晶變質(zhì)巖系[6-7]。

馬家溝組地層中馬五段巖層在縱向上整體表現(xiàn)為巖性、厚度變化大，并且該巖層呈東南厚西北薄的特點，主要巖性為白云巖，在白云巖內(nèi)部有灰?guī)r和膏巖的夾層，是該區(qū)重要的油氣儲集層[8-9]。馬五段進(jìn)一步自上而下可細(xì)劃分為馬五1-10單元。就整體沉積環(huán)境而言，研究區(qū)馬五段地層為陸表海蒸發(fā)潮坪相[10-12]，主要沉積亞相為潮上帶和潮間帶，潮下帶亞相所占比例較小。

斜坡地勢整體呈西北高東南低的特點，斜坡被風(fēng)化溝槽所切割。研究區(qū)東部和南部分布2條呈東西向展布主溝槽，在這2條主溝槽上分布沿各個方向延伸的支溝槽，在主溝槽與支溝槽共同作用下，將研究區(qū)巖斜坡切割，使巖溶古地貌復(fù)雜化。在相鄰溝槽之間地勢較高部位通常可見明顯古溶丘地貌，如蘇里格氣田東區(qū)就屬于古溶丘地貌，但分布范圍不大。通過對馬家溝出露地層的對比，發(fā)現(xiàn)其東北部地層最老，北部次之，東南部地層最新。由于研究區(qū)殘丘和溝槽普遍發(fā)育，且兩者相間分布，形成了該區(qū)獨(dú)特古地貌特征，另外，殘丘和溝槽兩者之間的過渡部位對于氣藏的發(fā)育極為有利。

2儲層特征

2.1巖性特征

蘇里格氣田東區(qū)馬五1-4儲層主要以角礫白云巖、含灰白云巖、泥晶白云巖和細(xì)粉晶白云巖為主要巖石類型等，其中細(xì)-粉晶白云巖又分為含膏和不含膏細(xì)-粉晶白云巖，其含膏細(xì)粉晶白云巖為本區(qū)主要儲集巖，常呈褐灰色、灰色，根據(jù)白云巖中石膏結(jié)核和石膏晶模組成不同，進(jìn)一步劃分為含石膏結(jié)核的細(xì)-粉晶白云巖及含石膏晶模的細(xì)-粉晶白云巖，總體上沉積相屬于潮上帶（含）膏質(zhì)云坪相。

灰色角礫白云巖：為同沉積角礫巖和溶塌角礫巖，角礫常呈混雜堆積，礫間常被白云石碎片和方解石充填，角礫大小不一（圖2（a）），此類巖石類型占馬五1-4段10%～20%.

含灰白云巖：巖石常呈深灰色，詳細(xì)劃分為含灰白云巖、灰質(zhì)白云巖及含泥灰質(zhì)白云巖等（圖2（b））。這類巖石中膏核溶孔、晶模溶孔、巖溶裂縫、縫合線構(gòu)造發(fā)育，其溶裂孔縫常被粉砂白云石和亮晶方解石充填，也可能是含石膏細(xì)-粉晶云巖，發(fā)生去膏化作用形成方解石，局部發(fā)生去白云石化作用形成的，沿裂縫常呈團(tuán)塊狀分布。多為非儲層段，屬于潮間帶各種灰云坪，此類巖石類型占馬五1-4段10%～15%.

泥晶白云巖：這類巖石常呈深灰色致密塊狀（圖2（c））。泥質(zhì)含量較高，一般在10%～35%之間，偶見黃鐵礦分布。常發(fā)育水平或低角度波狀紋層，可以見到生物擾動痕跡;另外發(fā)育一種其結(jié)構(gòu)比較均一，無明顯紋層、泥晶白云巖，常發(fā)育膏核溶孔，溶孔被滲流粉砂白云石和亮晶方解石充填（圖2（d）），該類巖石在研究區(qū)馬五段1-4段各層段均有分布，屬于潮間帶含泥云坪，此類巖石類型占馬五1-4段10%～15%.

細(xì)-粉晶白云巖：淺灰色、褐灰色，部分巖石發(fā)育富泥紋層、富屑紋層規(guī)則相間，排列多呈微波狀起伏，稱為藻紋層細(xì)-粉晶白云巖，不見生物擾動痕跡;常發(fā)育鳥眼孔或窗格孔，被白云石或方解石所充填，稱為具鳥眼細(xì)-粉晶白云巖;此外，結(jié)構(gòu)相對均一，略發(fā)育水平紋層，稱為塊狀細(xì)-粉晶白云巖（圖2（e）），這類巖石是研究區(qū)馬五1-4層發(fā)育最為廣泛的巖石，是研究區(qū)主要儲集巖石類型，約占馬五1-4段70%～85%.

馬五5儲層巖石類型包括細(xì)粉晶-粗粉晶白云巖、中-細(xì)晶白云巖、微晶白云巖及巖溶角礫巖等，其中，粉晶-粗粉晶及中-細(xì)晶白云巖為有效儲層（圖2（g）、圖2（h）、圖2（i）、圖2（j）、圖2（k）和圖2（l））。比起馬五1-4層段，馬五5粒度偏粗大，主要為埋藏作用的重結(jié)晶。

2.2儲集空間特征

蘇里格氣田東區(qū)馬五1-4儲層孔隙類型多樣，包括有：東區(qū)馬五1-4段儲集空間包括孔隙和裂縫2大類，由于經(jīng)歷較長成巖過程，碳酸鹽巖主要的儲集空間為次生孔隙和裂縫，其孔隙的類型多樣，主要為溶蝕孔、膏?？住⒕чg孔、晶間溶孔、溶蝕縫、微裂縫等。

溶蝕孔（圖3（a））：主要在風(fēng)化殼巖溶和埋藏溶蝕作用下形成的大的孔，一般以橢圓-圓狀居多，常呈蜂窩狀成層分布;孔徑大小不一，介于0.2～4 mm，最大達(dá)5 mm，常被方解石充填或半充填，占總孔隙40%～50%.

晶間溶孔（圖3（b））：白云石晶間孔被溶蝕而擴(kuò)大，常形與晶間孔、裂縫相伴生，形態(tài)呈不規(guī)則狀溶蝕孔形狀，孔徑一般為0.04～0.2 mm，呈分散點狀或順層密集點狀分布，連通性較好，占總孔隙10%～20%.

膏?？祝▓D3（c））：主要為白云巖中的石膏被溶蝕而形成的孔隙，有時被方解石充填，孔隙大小和形態(tài)受石膏晶體大小控制，孔徑一般在01～3 mm之間。在該類孔隙周邊常伴有微裂縫，使各球膏模孔之間相互連通，從而形成較好的氣藏儲層，占總孔隙30%～40%.

晶間孔（圖3（d））：白云石晶體間發(fā)育比較多的溶孔，孔隙大小與晶體相關(guān)，孔徑大小一般在002～0.05 mm之間，占總孔隙5%～10%.

微裂縫（圖3（e）、圖3（f）、圖3（g）、圖3（h））：馬五1-5儲層中裂縫發(fā)育，主要發(fā)育網(wǎng)狀縫、構(gòu)造縫和溶蝕縫，其中網(wǎng)狀縫和溶蝕縫溝通附近的膏?？?、溶孔同時，增加了溶蝕程度，加劇了溶蝕孔隙的產(chǎn)生和分布范圍，因此存在的微裂縫極大的改善了儲層滲透能力，其占總孔隙15%～20%.

2.3儲層物性特征

蘇里格氣田各層巖心分析孔隙度均值相當(dāng)，主頻分布范圍在2.0%～6.0%之間;巖心分析滲透率均值差異較大，主頻分布范圍存在兩段（0.01～0.5）/（1～10）（×10-3 μm2）之間，從而反映裂縫儲層的發(fā)育（圖4）。

3儲層發(fā)育的主控因素

影響蘇里格氣田馬五1-5層段碳酸鹽儲層發(fā)育的因素很多，其中形成環(huán)境不同、成巖作用類型多樣、多期和程度等對白云巖形成、孔隙發(fā)育和儲集空間等都有較大的相關(guān)性。

3.1沉積相

沉積相是馬五段儲層形成的基礎(chǔ)重要的作用，它決定了沉積環(huán)境范圍內(nèi)的巖石類型，尤其對白云巖化作用形成的晶間孔儲集空間的形成發(fā)育至關(guān)重要，這些準(zhǔn)同生期蒸發(fā)泵白云石經(jīng)過白云巖化形成的含硬石膏結(jié)核或柱狀晶的粉晶白云巖成為優(yōu)質(zhì)儲層。在這些沉積相所形成的巖石類型在后期的成巖作用中被改造的程度較深，因此，形成好的儲層。相對靖邊氣田而言使得蘇里格地區(qū)馬家溝組沉積微相對儲層的發(fā)育影響有一定程度減弱，但總體來看沉積相對氣藏控制起到了基礎(chǔ)性作用。

3.1.1沉積微相決定巖石類型

沉積相首先決定著白云巖的形成，進(jìn)而控制著有效儲層的分布。蘇里格東區(qū)在晚奧陶世馬五段沉積時期，整體馬五段處于局限臺地相帶的潮坪亞相沉積。馬五段有效儲層受沉積作用控制明顯，在云坪、含膏云坪、顆粒灘相有效儲層較為發(fā)育，灰云坪及含泥云坪次之。馬五1+2有效儲層主要分布在云坪，灰云坪次之，在含泥云坪幾乎不發(fā)育。馬五14有效儲層主要分布在含膏云坪，在剝蝕線附近的含泥云坪也有分布的較少。馬五5有效儲層主要分布在顆粒灘及白云坪，灰云坪次之（圖5），云坪、含膏云坪發(fā)育含膏細(xì)粉晶白云巖，由于石膏易于溶解，有利于膏溶儲層發(fā)育。

3.1.2含膏云坪沉積相帶是形成馬五1-4氣藏風(fēng)化殼儲層的基礎(chǔ)馬五4時期海水退去，變?yōu)樗w最淺的潮上帶沉積，是馬五期一次重要膏鹽巖發(fā)育期，古隆起東側(cè)地區(qū)以膏云坪，含膏云坪為主，也有利于風(fēng)化殼溶孔型儲層的發(fā)育。受沉積微相控制，中、東區(qū)上組合巖石雖都以細(xì)粉晶白云巖為主，但東區(qū)云巖中石膏含量較高，易溶膏鹽礦物有利于后期的風(fēng)化溶蝕，因此含膏云坪沉積為溶孔型風(fēng)化殼儲集體發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)（圖6）。

3.1.3顆粒灘相沉積是形成馬五5晶間孔型儲層的基礎(chǔ)沉積期盆地內(nèi)一次較大的海侵期是馬五5，受古隆起東側(cè)水動力強(qiáng)弱影響，西側(cè)以云坪相沉積為主;東側(cè)以灰坪、云灰坪等沉積為主，局部發(fā)育顆粒灘相是最有利的沉積相帶。

3.2成巖作用對儲層發(fā)育影響

馬五段儲層的主要成巖作用類型有：白云石化作用、壓實作用、壓溶作用、重結(jié)晶作用、溶蝕作用、去膏化作用、去白云石化作用、黃鐵礦化等[13-14]。其中，對儲層發(fā)育起到建設(shè)性作用的有白云石化作用、溶蝕作用、重結(jié)晶作用、去膏化作用等;而破壞性成巖作用主要有壓實作用、壓溶作用、去白云石化作用等等。

3.2.1白云石化作用

白云巖的成因一直以來是個難題，目前比較認(rèn)同的有薩布哈蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、毛細(xì)管濃縮模式、地下混合水帶模式、區(qū)域性深埋藏模式、熱液白云石化模式[15-16]及微生物白云巖[17-18]等多種模式[19-21]，不同的模式具有一定的區(qū)域適應(yīng)性。白云石化作用由碳酸鈣在Mg2+/Ca2+的比值大于8.4的水溶液中發(fā)生溶解，溶解后物質(zhì)在巖石中發(fā)生沉淀而形成[22]。通過對該區(qū)域巖心描述及鑄體薄片觀察，結(jié)合該區(qū)巖溶古地貌特征，認(rèn)為蘇里格氣田奧陶系主要有3種白云巖化的方式。圖5鄂爾多斯盆地蘇東地區(qū)馬五沉積相平面分布

1）準(zhǔn)同生蒸發(fā)泵白云化作用。馬五1-4段在準(zhǔn)同生期白云石化作用下主要形成了泥晶白云巖、細(xì)-粉晶白云巖等巖石，由于當(dāng)時沉積環(huán)境具有較高PH值、高鹽度、高M(jìn)g2+/Ca2+比等特征。因此位于研究區(qū)東部的SD39-62C1井和SD40-66井形成于蒸發(fā)潮坪環(huán)境，主要發(fā)育準(zhǔn)同生期白云石化作用，且形成時間較早，具有顆粒較細(xì)、以微晶為代表、沉積構(gòu)造清晰，自形晶較為發(fā)育的典型特征（圖7（a）），此類白云巖在整個研究區(qū)分布較穩(wěn)定且成層性較好;

2）回流滲透白云化作用?；亓鳚B透白云石化作用常發(fā)生在潮上帶或潮間帶云坪、局限臺地等蒸發(fā)環(huán)境下，是由于高鎂粒間鹽水向下回流滲透與下伏石灰?guī)r沉積物接觸時發(fā)生白云石化，而這些高鎂粒間鹽水通常由蒸發(fā)泵作用或毛細(xì)管濃縮作用而產(chǎn)生，形成的泥晶白云巖具有厚度較大，儲集性能較差，不與石膏共生等特點。在馬五1-5段地層中，回流滲透白云化作用形成的白云巖晶粒比較粗，泥質(zhì)含量低，晶體間為鑲嵌狀接觸，與準(zhǔn)同生白云巖相比，其泥質(zhì)含量較少（<5%），不含石膏且晶體干凈;

3）埋藏白云化作用。早期的沉積物隨著上覆沉積物的沉積，壓力增大，隨著深度增加，逐漸進(jìn)入深埋藏成巖環(huán)境，在還原環(huán)境下發(fā)生白云石化交代作用。晚石炭世以后，馬家溝組碳酸鹽巖埋藏深度不斷加深，溫度也隨之升高。在此階段中，早期形成的泥晶灰?guī)r、泥晶云巖、泥-粉晶云巖處于淺埋藏環(huán)境中，經(jīng)歷細(xì)菌作用、有機(jī)質(zhì)演化產(chǎn)生的CO2，H2S和有機(jī)酸等酸性物質(zhì)輕微溶蝕作用，形成溶蝕裂縫或孔隙，為富鎂濃鹽水的向下滲流提供了通道。向下滲流的富鎂鹽水與先前生成的礦物巖石發(fā)生反應(yīng)，使得白云石化作用持續(xù)進(jìn)行下去。經(jīng)過之前同生白云石化作用，高濃富鎂鹽水等流體中Mg2+離子濃度己大大降低，減緩了交代速度，導(dǎo)致埋藏白云巖化晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為晶體增大（圖7（b））。

研究區(qū)馬五段的白云石化作用主要發(fā)生在準(zhǔn)同期巖溶作用形成的洞、孔、縫邊緣（圖7（c）），埋藏白云化作用可以使充填組分白云石晶粒和基質(zhì)白云石發(fā)生白云石化。所形成的白云石含鐵量較高，呈片狀或團(tuán)塊狀沿縫兩側(cè)分布，晶體較大，多為細(xì)晶，甚至發(fā)育至粗晶，且晶間孔與溶蝕孔洞連通性較好。通常情況下，由埋藏白云化作用形成的細(xì)晶白云巖與粗粉晶白云巖呈共生關(guān)系，其晶間溶孔、晶間孔發(fā)育較好，面孔率可達(dá)到10%.

白云石化作用是本區(qū)碳酸鹽儲層發(fā)育的先決條件，首先白云巖比灰?guī)r抗壓實巖溶強(qiáng)，在壓實過程中比灰?guī)r更容易保存孔隙度和滲透率，其次，白云巖脆性更強(qiáng)，更易于斷裂，從而使儲層滲透率得到極大提高，因此白云石化作用改善了儲集性能[21-22]。根據(jù)本區(qū)內(nèi)巖石學(xué)特征，本區(qū)內(nèi)主要白云石化作用以準(zhǔn)同生白云巖化、滲透回流白云巖化和埋藏白云巖化為主，其中準(zhǔn)同生白云巖化和滲透回流白云巖化主要發(fā)育在馬五1-4，埋藏白云石化主要發(fā)育在馬五5。

3.2.2溶蝕作用

溶蝕作用可形成有利的溶縫儲層，并將溶模孔連通起來，提高了儲層的儲集性能[23-24]。蘇里格氣田東區(qū)馬五段白云巖儲層，經(jīng)歷了近地表（海底、潮坪、大氣水）、淺埋藏、表生、中—深埋藏等多種成巖環(huán)境，溶蝕作用可發(fā)生在同生、表生、埋藏作用的各個階段（圖8）。

1）同生期溶蝕作用。研究區(qū)馬五1-5總體為潮坪沉積環(huán)境，沉積物在沉積過程中或受到周期性海平面升降變化，暴露于海水之上，由于受到大氣淡水溶蝕作用形成小的孤立溶孔，同生期巖溶作用具有多起發(fā)育特征。

2）表生期溶蝕充填作用。受早加里東運(yùn)動影響，研究區(qū)抬升遭受風(fēng)化剝蝕，進(jìn)入表生期成巖環(huán)境，表生期巖溶使得巖石中石膏、硬石膏結(jié)核和單晶淋濾溶解，形成大量溶蝕孔、膏?？准按紊芸p，同時造成巖石部分角礫化;

3）埋藏期溶蝕作用。進(jìn)入埋藏期后，由表生期開放水動力體系進(jìn)入封閉成巖環(huán)境。在上覆地層和沉積物壓實作用下，上古煤層酸性壓釋水向下滲透至巖溶的淺部產(chǎn)生溶蝕作用，使早期溶解孔洞縫中的充填組分再溶解、孔洞縫部分溶解擴(kuò)大。

4結(jié)論

1）蘇里格氣田東區(qū)馬五1-4儲層巖石類型包括角礫白云巖、泥晶白云巖和細(xì)粉晶白云巖和含灰白云巖等，含膏細(xì)-粉晶白云巖為本區(qū)主要儲集巖，馬五5儲層以粉-細(xì)晶及中-粗晶白云巖為本區(qū)主要儲集巖;

2）蘇里格氣田東區(qū)馬五1-4段儲集空間包括孔隙和裂縫2大類，主要為溶蝕孔、膏?？?、晶間孔、晶間溶孔、溶蝕縫、微裂縫等。巖心分析孔隙度主頻分布范圍在2.0%～6.0%之間;巖心分析滲透率均值差異較大，主頻分布范圍存在兩段（0.01～0.5）/（1～10）（×10-3 μm2）之間，從而反映裂縫儲層的發(fā)育;

3）影響蘇里格氣田東區(qū)馬五1-5層段碳酸鹽儲層發(fā)育因素主要為：沉積環(huán)境決定了馬五1-4含膏云坪沉積相帶和馬五5為顆粒灘相沉積，因此發(fā)育含膏細(xì)粉晶白云巖和中粗粉晶白云巖，是后期風(fēng)化殼儲層的基礎(chǔ);馬五1-4層段準(zhǔn)同生白云巖化和滲透回流白云巖化及馬五5段埋藏白云石化作用是本區(qū)碳酸鹽儲層發(fā)育的先決條件，白云石化作用改善了儲集性能。蘇里格氣田東區(qū)馬五1-5層段碳酸鹽儲層經(jīng)歷了不同階段溶蝕作用（同生、表生、埋藏）形成有利的溶孔和溶縫儲層，溶縫溝通溶模孔，增加了連通性，提高了滲透率。

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