鄂尔多斯盆地大牛地气田马五6亚段喀斯特储层分布规律

祁壮壮， 丁晓琪， 刘 鑫， 马 宁， 李春堂

( 1. 成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059； 2. 中国石化华北油气分公司 勘探开发研究院，河南 郑州 450006 )

0 引言

鄂尔多斯盆地大牛地气田马五5亚段以上的喀斯特储层天然气显示良好，马五1+2亚段提交探明储量104.97亿m3。马五5亚段发育区域性隔水层[1]，在马五5亚段区域性隔水层下钻遇一套喀斯特角砾岩，多口井获得工业油气流。目前，有关马五5亚段以下的喀斯特储层成因、分布规律及控制因素有待研究。

鄂尔多斯盆地奥陶系发现靖边气田等整装喀斯特气藏，且喀斯特储层天然气勘探潜力巨大[2]。贾会冲等[3]认为，喀斯特储层形成的必要条件为残丘和坡地古地貌，物质基础是镶嵌角砾岩相和角砾支撑角砾岩相，优质储层发育的关键是白云石化和溶蚀作用[4]。薛学亚等[5]、桑琴等[6]和钟广法等[7]分别采用测井数值、成像测井、地震相测试分析方法，识别岩溶相及不同岩溶结构单元的识别标志。朱颖[8]、邱隆伟等[9]、秦章晋等[10]、赵锐等[11]、牛君等[12]研究喀斯特储层，认为原生孔隙不发育，受多期构造运动及喀斯特作用的影响，储层储集性能得到较大改善。胡鑫等[13]、夏勇等[14]对研究区岩溶角砾岩相进行精细划分，认为水动力条件及淡水性质通常导致不同岩溶角砾岩相组合。朱颖[8]研究马五6亚段喀斯特储层的层序、沉积相、岩溶相及储层特征，认为岩性及淡水性质对岩溶相的分布起控制作用[8,15]。郑开兵等[16]分析塔里木盆地层间岩溶野外剖面特征，认为与海平面升降相关。德克萨斯二叠盆的艾伦伯格组也有类似特征，前期的勘探集中于艾伦伯格组不整合面附近的喀斯特储层，后期勘探在致密的隔水层下发现喀斯特储层，并获得油气发现[17]。

笔者以喀斯特角砾岩划分方案为基础[17]，结合岩心、薄片、测井等资料，研究大牛地气田马五6亚段岩性、沉积相分布规律、岩溶角砾岩相储层特征，以及喀斯特储层发育关键因素，对马五6亚段储层预测具有指导意义。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是一个构造简单的大型多旋回克拉通盆地。中奥陶世马家沟组沉积期，共经历三次大型海侵—海退旋回，马五段以海退时期局限台地沉积为主[1]。中奥陶世末，盆地中东部抬升遭受剥蚀，经历长达1.5亿年的沉积间断[18]，大牛地气田自南向北、自东向西出露地层依次变老(见图1)。马五段划分为10个亚段，其中马五6亚段划分4个小层。马五61、马五63小层以黏土质白云岩及泥晶云岩为主，泥质体积分数较高，沉积时的水体能力较弱，蒸发作用较强。马五62、马五64小层泥质体积分数较低，沉积时的水体相对较深，蒸发作用较弱。

图1 早石炭世古地质及研究区位置

2 沉积微相分布规律

鄂尔多斯地区马五6亚段处于海退阶段，在盆地中东部形成巨厚的膏盐岩，向台地边缘过渡为潮坪相白云岩[19]。大牛地气田马五6亚段主要发育含膏白云岩、黏土质白云岩、泥晶白云岩，发育少量白云质泥岩和泥岩。泥晶白云岩是马五6亚段的主要岩石类型，纹层状特征明显。由于较为致密，晶间孔不发育。黏土质白云岩多分布于马五61及马五63小层，黏土体积分数明显增高，泥质纹层发育。含膏白云岩以泥晶白云岩为主，夹板条状及结核状石膏，是马五6亚段次要发育岩石类型，厚度相对较薄。由于后期喀斯特化，石膏结核被溶蚀而形成膏模孔。

根据测井相、岩性特征及岩性组合[20-21]，结合区域资料[18,22]，研究区马五6亚段为潮间坪沉积，泥晶白云岩和含膏白云岩主要为低潮坪沉积，而黏土质白云岩和少量黏土岩为高潮坪沉积。马五6亚段由2个向上变浅的旋回构成，每个旋回的底部为低潮坪的泥晶白云岩或含膏白云岩，而旋回的上部为高潮坪的黏土质白云岩。在马五6亚段海退背景中，次级海侵构成向上变浅旋回的下部，形成潮间坪的泥晶白云岩和含膏白云岩。

马五6亚段2个向上变浅的旋回分布稳定(见图2)，可以进行井间对比。自西向东，马五61、马五63小层黏土质白云岩增多；马五62、马五64小层岩性较为均一，为白云岩，地层厚度向东减薄。

采用单一项测试分析、综合编图法[16]，编制马五6亚段的沉积微相图(见图2)。西部主要发育云坪微相，向东过渡为泥云坪微相。

3 喀斯特角砾岩相特征

根据岩心观察、测井曲线及成像测井等资料，结合角砾、角砾间充填物体积分数、角砾接触关系及角砾相对位置，将马五6亚段岩溶角砾岩相划分为裂纹—镶嵌角砾岩相、角砾支撑紊乱角砾岩相、杂基支撑紊乱角砾岩相和未改造原岩4种。

3.1 裂纹—镶嵌角砾岩相

岩石发生破裂，角砾几乎没有位移，处于镶嵌状(见图3(a-c))。角砾体积分数大于90%，以白云岩为主。角砾呈棱角—次棱角，分选较差。裂缝发育不均一，裂缝中多充填渗滤白云石砂或方解石，部分微裂缝未充填。

图3 不同岩溶角砾岩岩心、薄片显微照片及成像测井特征

3.2 角砾支撑紊乱角砾岩相

沉积物受应力作用而破裂，经过垮塌或短距离搬运，再次固结成岩。角砾体积分数约为60%，成分较复杂，主要为黏土质云岩、泥晶白云岩等，呈次圆—次棱角，分选一般—较差。角砾的接触以点—点接触为主(见图3(d-f))。角砾间为杂基或碎屑充填物，以黏土、渗滤白云石砂为主。

3.3 杂基支撑紊乱角砾岩相

杂基支撑紊乱角砾岩的角砾体积分数约为40%，主要有灰质白云岩、黏土质白云岩、泥晶云岩等。经过一定距离搬运，角砾呈次圆—次棱角，分选一般—较差。角砾间充填细碎屑与黏土，多悬浮于杂基(见图3(g-i))。杂基体积分数较高，约为45%，以黏土为主，其次为渗滤白云石砂。

3.4 未改造原岩

大牛地气田马五6亚段岩溶改造主要是潜流带地下水改造，角砾岩顺层垮塌，改造程度较弱，存在未被改造的原岩。主要包括泥晶白云岩、泥岩和云质泥岩。未改造的岩石岩性均一，井间连续性好，岩溶作用痕迹不明显(见图3(j-l))。

4 物性特征

4.1 孔渗特征

图4 不同岩溶角砾岩相孔渗交汇(据文献[23]修改)

将研究区7口井岩溶角砾岩相的142个样品孔渗数据投影到Lucia图版上[23]，可得孔隙度与渗透率没有明显的关系，说明孔隙结构复杂(见图4)。绝大部分样品不在晶间孔储层的分布区域，说明孔隙型储层有限。尽管孔隙度偏低，但部分样品的渗透率较高，说明微裂缝发育。个别样品落在Ⅰ区域，说明粗晶白云岩分布于Ⅰ区域(Lucia图版为Class1区域)，但马五6亚段的白云岩为泥晶—微晶，说明部分白云岩发育溶蚀孔，形成溶孔发育的孔隙型储层。孔隙度大于2%、渗透率大于0.1×10-3μm2的样品为裂纹—镶嵌角砾岩和角砾支撑紊乱角砾岩。

4.2 孔隙类型

大牛地气田马五6亚段白云岩晶粒一般小于20.00 μm，主要为非平面晶，原生孔隙不发育，主要储集空间为溶蚀孔、晶间孔及裂缝(见图5)。

图5 大牛地气田马五6亚段主要孔隙类型及裂纹—镶嵌角砾岩相CT扫描孔径

马五6亚段发育大量裂缝，裂缝形态多样(见图5(a))，缝体宽度不一，最大为5 mm，缝内多被泥质充填，部分被方解石充填。加里东期马五6亚段形成大量的溶蚀孔洞，孔洞周围应力集中，形成大量的裂缝。后期大气淡水沿裂缝下渗或侧向运移，流体在运移过程中沿裂缝面继续扩大溶蚀，形成良好的聚集空间。

由于马五6亚段整体受侧向淡水喀斯特作用的影响，选择性溶蚀石膏而形成大量的膏模孔(见图5(b))。膏模孔形态多样，分布相对集中，孔径为0.05～5.00 mm，部分膏模孔未完全充填。膏模孔是马五6亚段的主要储集空间。

白云岩晶间孔通常小于5.00 μm，在局部酸性流体的影响下，晶间孔发生扩溶，溶蚀孔孔径为5.00～10.00 μm(见图5(c))。晶间溶蚀孔是次要的储集空间类型。

图6 大牛地气田马五6 亚段DK13-FP8井原岩与角砾岩关系

4.3 孔隙结构

选择大37井马五6亚段的一个样品进行CT扫描(见图5(d-f))。该样品为含膏模孔的白云岩(红色部分为孔隙；蓝色、绿色部分为碳酸盐岩矿物)，孔隙分布不均匀，孔隙体积分数为4.74%。该样品含有较多的溶蚀孔洞，而白云岩晶间孔较少(见图5(f))。孔隙主要为孔径较大的溶蚀孔洞，小孔隙不太发育。因此，马五6亚段主要储集空间类型是含膏白云岩溶蚀孔洞。

5 喀斯特储层分布规律

大牛地气田马五6亚段沉积于相对封闭的潮坪环境，受蒸发作用影响而形成富Mg2+卤水，向下渗透回流与灰岩发生交代作用而形成泥晶—微晶结构白云石。同期伴生膏化作用而形成石膏结核。与灰岩喀斯特化形成洞穴不同[24-26]，马五6亚段白云岩未形成大的洞穴。

5.1 角砾岩相纵向分布

DK13-FP8井马五6亚段全段取心，长度为37.7 m。岩性以白云岩、黏土质白云岩、含膏白云岩为主，含少量泥岩。马五61、马五63小层的黏土质体积分数较高，紊乱角砾岩及黏土岩较发育；马五62、马五64小层发育较纯的白云岩或含膏白云岩，主要表现为裂纹—镶嵌角砾岩(见图6)。

白云岩主要改造为裂纹—镶嵌角砾岩相和部分未改造岩性；黏土质白云岩改造为紊乱角砾岩，角砾之间常充填黏土，自然伽马曲线GR增大。角砾间孔被充填，宏观孔隙不发育，见少量的微孔，紊乱角砾岩不能作为马五6亚段储层。马五6亚段整体发生角砾化，角砾化程度较弱。裂纹—镶嵌角砾岩相是主要的储层发育段。

5.2 储层发育模式

马五6亚段是顺层岩溶，角砾基本来自原地，可以通过角砾的岩性恢复原始岩性。不同原岩经过喀斯特改造形成不同的角砾岩(见图7)。泥晶白云岩岩性致密，淡水很难渗入，即使有裂缝发育，淡水在碳酸盐岩地层中很快饱和，很难进行规模溶蚀，形成未改造岩性和少量裂纹—镶嵌角砾岩(见图7(a))。含膏白云岩中石膏的溶解度远高于白云岩的，硬石膏遇水发生膨胀而形成微裂缝，促进含膏白云岩溶蚀，形成裂纹—镶嵌角砾岩(见图7(b))。由于黏土与白云石晶体之间结合力弱，黏土质白云岩在淡水作用下易发生溶蚀，边溶边垮，形成角砾支撑紊乱角砾岩(见图7(c))。由于石膏易溶，纹层状石膏上覆地层垮塌、搬运，形成杂基支撑紊乱角砾岩(见图7(d))。

图7 不同原岩岩溶作用改造结果

以区域性隔水层马五5亚段为界，之上为非承压水系统，之下为承压水系统。非承压水系统中，地下水以垂向补给为主，以侧向补给为辅。承压水系统中，以侧向补给为主，地下水主要来自于研究区西侧和北侧的马五6亚段出露区(见图1)。在靠近淡水补给区的区域，白云岩孔隙度较大；随地下水运移距离增加，溶蚀能力变弱，白云岩孔隙度也变小(见图8)。

图8 大牛地气田马五6亚段白云岩孔隙度分布

马五6亚段储层的发育受淡水性质和岩性共同控制(见图9)。在靠近西部淡水补给区及岩溶高地的北部，地下水饱和度低且溶解能力强，岩溶带深度范围大且溶蚀程度强，向岩溶盆地方向，随淡水运移路径增加，地下水溶解能力变弱，向沉淀区过渡。泥云岩、膏/云互层易被溶蚀、垮塌严重，形成紊乱角砾岩相；含膏云岩被溶蚀程度较弱，裂缝及溶蚀孔洞发育，形成裂纹—镶嵌角砾岩相，物性好且分布稳定。明确海退背景中次级海侵旋回是储层发育段，储层主要发育在大牛地气田西部的云坪微相中。马五6亚段岩溶带的发现拓宽喀斯特气藏的勘探领域。

图9 大牛地气田马五6亚段喀斯特储层发育模式

6 结论

(1) 鄂尔多斯盆地大牛地气田马五6亚段主要发育裂纹—镶嵌角砾岩相、角砾支撑紊乱角砾岩相、杂基支撑紊乱角砾岩相和未改造原岩4种岩相。马五6亚段的裂纹—镶嵌角砾岩物性最好，为有效储层；其他角砾岩相物性较差，大多为非储层。

(2) 马五5亚段为区域性隔水层，处于承压水岩溶系统，岩溶作用主要发生在靠近淡水补给区的区域，在研究区西北部溶蚀作用较强。

(3) 马五6亚段喀斯特储层受岩性及淡水条件控制，云坪微相是储层形成的物质基础，侧向淡水淋滤是岩溶作用发育的主要方式。