苏里格地区马五段储层控制因素与成藏规律

赵俊兴 李 婕 卢 涛 冯强汉 王 勇 李凤杰 申赵军

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院，西安710021）

世界的油气和生产资料显示，50%的油气储量和产量是来自碳酸盐岩。中国目前虽然发现了大量的碳酸盐岩油气储集层，但是获得的油气储量和产量远远低于其他一些国家，因此，碳酸盐岩油气勘探成为中国未来油气勘探研究的重点。

鄂尔多斯盆地油气资源丰富，苏里格地区位于鄂尔多斯盆地的西北部、中央古隆起东北侧（图1），区域构造上属伊陕斜坡北部中带，其基底为太古界和元古界结晶变质岩系［1］。

近年来，随着苏里格气田的勘探与开发，下古生界勘探取得了重大成果。认为苏里格地区下古生界气藏仍具有一定的勘探开发潜力，也将成为苏里格大气田的重要组成部分。因此，开展苏里格地区下古生界成藏规律研究具有十分重要的理论意义和实际意义。

1 马五段小层划分及其发育特征

同靖边气田一样，马家沟组第5段（马五段）为奥陶系主要含气层位，属古风化壳古喀斯特型碳酸盐岩储层。根据地震、地质、测井、古生物等特征，将马五段划分出马五1－马五10共10个小层（表1），其中主要含气层分布于马五4－马五1段。

图1 鄂尔多斯盆地单元划分及研究区位置图Fig.1 Schematic representation of tectonic units in the Ordos Basin and location of the study area

表1 苏里格地区奥陶系马五段小层划分表Table 1 Strata division of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

由于受加里东运动抬升剥蚀影响，马五段下部气层组各小层分布范围较大，而上部气层组分布相对局限。就各小层而言，西部、北部地层缺失严重，而南部、东部地层相对发育，这与石炭系沉积前古地貌特征有关。总体来看，苏里格地区马五段具有以下特点：奥陶系标志层特征比较清楚，地层可对比性强；奥陶系多数出露马五1－2及更老地层，地层保存程度较差；从北向南，奥陶系出露层位依次变新，以致出现苏里格地区奥陶系保存较差，而靖边气田奥陶系保存较好的局面；苏里格地区膏盐岩不发育（而靖边气田更发育）；马五5白云化作用较严重，这有利于下部气层发育。

2 储层物性与孔隙特征

苏里格气田东部马五1－4储层岩性以细粉晶白云岩、泥晶白云岩、泥细粉晶白云岩、粉晶白云岩为主，还有粉晶云灰岩（次生）、泥晶砂砾屑白云岩、泥细粉晶含灰云岩等。薄片鉴定分析表明，岩石成分中白云石含量最高，其平均质量分数达到83.4%。矿物成分中，方解石平均质量分数较高，达到32.1%；伊利石在区内发育比较普遍，但其平均质量分数较低，仅有3.1%；硅质、黄铁矿、褐铁矿、高岭石等矿物也有不同程度的分布。

图2 各小层平均气层厚度直方图Fig.2 The average gas thickness histogram of the small layers

图3 各小层平均渗透率直方图Fig.3 The average permeability histogram of the small layers

通过岩心观察、薄片鉴定、孔隙图像以及电镜扫描分析可知，区内马五1－4气藏储集空间以溶孔、晶间溶孔为主，其次为膏模孔和晶间孔，储层面孔率在0.2%～13.5%之间，平均为3.54%。另外，风化壳储层内存在部分裂缝，按成因及规模分为微裂缝和构造缝。裂缝是沟通孔、洞，提高储层渗流能力的有利通道。

3 储层控制因素分析

3.1 沉积相对储层影响

受加里东构造运动影响，马家沟组顶部地层于加里东期被侵蚀时间长达130Ma，形成了广泛分布的侵蚀面，其风化壳厚度在局部地区可达100m左右。鄂尔多斯盆地下古生界天然气主要集中分布于马家沟组顶部风化壳部位，即为古风化壳喀斯特气藏。

根据苏里格地区沉积岩性特征、沉积构造、岩石组合、相分析，同时结合区域地质背景，认为马五段沉积主要处于陆表海台地相发育时期，潮坪环境十分发育［3－7］。马五段为一套干旱气候的强烈蒸发环境下的潮坪相沉积，苏里格地区马五段主要以潮上带泥云坪、潮上云坪为主，局部也发育有潮上膏云坪、潮间灰坪等沉积。

沉积相在整个马五1－4储层的形成过程中有着重要的作用，它决定了沉积环境范围内的岩石类型，尤其是白云岩相的成岩对晶间孔储集空间的发育至关重要，这些准同生期蒸发泵白云石化过程中形成的含硬石膏结核或柱状晶的粉晶白云岩成为储层发育的主要物质基础［3］。在这些沉积相所形成的岩石类型在后期的成岩作用中被改造程度较深，在成岩作用的控制下，相对而言使得苏里格地区马家沟组沉积微相对储层的发育影响有一定程度减弱，但总体来看沉积相对气藏控制起到了基础性作用。

3.2 成岩作用及其对储层的影响

苏里格气田奥陶系遭受130Ma风化剥蚀作用，这使马五41进入表生成岩环境，位于古喀斯特斜坡的马五段储层，经历了长期的表生喀斯特作用的改造。古喀斯特作用成为本地区储层改造、发育、分布的主控因素。马五段储层的主要成岩作用类型有（图4）：白云石化作用、压实作用、压溶作用、重结晶作用、溶蚀作用、去膏化作用、去白云石化作用、黄铁矿化等。其中，溶蚀作用（包括古喀斯特作用、埋藏溶蚀）、白云石化作用、去膏化作用、压实、压溶作用最为主要。在这些成岩作用中，对储层发育起到建设性作用的有白云石化作用、溶蚀作用、重结晶作用、去膏化作用等，其中溶蚀作用（喀斯特作用）最为重要；而破坏性成岩作用主要有压实作用、压溶作用、去白云石化作用等等。

从古喀斯特作用来看，加里东运动造成中央古隆起的形成和发育，表生和埋藏成岩期所形成的次生孔、缝、洞为天然气存储提供了空间。表生期古喀斯特对马五期顶部地层的主要储集岩的孔隙发育过程有重要影响，即使得岩石中石膏、硬石膏结核和单晶淋滤溶解，形成大量溶斑孔、膏模孔及次生溶缝，也造成岩石的局部角砾化。在表生期古喀斯特过程中，同时伴随着不同程度的渗流物充填作用，使溶蚀孔洞有所降低。随着埋藏深度增加，烃类成熟早期有机酸性水介质引起埋藏溶解作用，使早期溶解孔洞缝中的充填组分再溶解、孔洞缝局部溶解扩大。表生期喀斯特孔洞愈发育地区，埋藏溶解作用一般也愈强。埋藏溶解作用使充填在古喀斯特形成的溶解孔、洞、缝中的充填组分再溶解和古喀斯特孔洞缝的局部溶解扩大。这些成岩作用形成了大量的次生孔、缝、洞，为天然气存储提供了空间。

3.3 顶面构造特征及其对气藏的控制

苏里格地区东部位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部，总体呈南北向延伸。现今的构造面貌为一区域性西倾大单斜，顶面构造总趋势为东高西低，下降梯度为3‰～10‰，下降坡度十分小，与伊陕斜坡向西倾的趋势一致。在极其平缓的构造背景上西倾单斜上分布一系列的近北东－南西方向的、相间排列的“鼻隆”和“鼻凹”构造，以北东向为主。褶皱变形为低幅度断续褶皱，以短轴褶皱构造为主；褶皱翼部倾角极缓，为1°～2°，甚至近于水平；以NE－NEE为主，而且为右型雁列。这些构造特点构成稳定地块的构造样式，表明该区的构造背景为远离造山带弱挤压或扭压构造动力作用下，形成十分和缓的构造变形。

会议首先介绍了研究会今年以来的工作、近期的工作安排以及明年的工作打算，与会同志对研究会的工作作了交流，并对今后的发展提出了建设性的意见和建议。会议研究确定，12月下旬召开研究会2018年年会。

通过对研究区80多口钻井下古生界气藏统计可以发现，从鼻凹到鼻翼，从鼻翼再到鼻隆，出现气井几率逐步增加（图5）。可以认为，顶面构造对研究区下古生界气藏具有一定的作用和影响。从单因素角度出发，部署井位时，应该选择鼻翼和鼻隆部位。若果我们按照小层进行统计，可以看到，无论哪个构造位置，气层均集中发育在马五14和马五31；也就是说，在研究区部署井位应该重点考虑马五和马五。通过对研究区气层物性和构造位置分析，可以看到，构造位置对气层厚度、孔隙度、含气饱和度的影响不大，对气层渗透率的影响最大（图6），尤其是研究区气层发育层位马五和马五。由此，可以认为构造主要起沟通渗滤作用。

图4 苏里格地区马五段主要成岩作用特征Fig.4 Main diagenetic features of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige area

图5 苏里格地区不同构造位置气井发育率Fig.5 Gas well development rate of different tectonic positions in the Sulige area

图6 不同构造部位对储层物性参数影响程度Fig.6 The influence degree of different structural parts on the reservoir physical parameters

从目前单井试气成果来看，桃2井区比苏东区块受构造影响明显。根据靖边气田小幅度构造研究成果，认为小幅度构造不具备圈闭和分隔气藏的能力，但对天然气的储渗条件有一定的控制作用；在含气层存在的情况下，正向构造部位有利于气井高产，是开发井部署的主要依据之一。鉴于此，建议在部署井位时，也应考虑顶面构造的特征。

3.4 古地貌对气藏的控制作用

中奥陶世末加里东运动使华北地台整体抬升，缺失了泥盆系、志留系和下石炭统。至中石炭世又整体沉降，接受了中、上石炭统海陆交互相的含煤系碎屑岩沉积，从而在上、下古生界之间形成了一个区域性的大型古侵蚀面。在古侵蚀面之下，古喀斯特产生了较稳定的缝－孔洞型储层，即奥陶系顶部古风化壳储层。风化壳及其溶蚀孔、缝发育，是鄂尔多斯盆地下古生界的主要天然气储、产层［2］。奥陶系马家沟组顶部存在长期沉积间断的不整合面，不整合面之下的碳酸盐岩往往能形成古喀斯特，古喀斯特中溶蚀孔、洞、缝发育，总是较原生碳酸盐岩具有更好的储集性能，并能形成油气藏［2］。

古地貌控制了古喀斯特发育特征，而古喀斯特作用又控制了本地区的古喀斯特储层分布，二者关系密不可分［8］。在区域上，古生界风化壳层位是穿时分布的，在加里东抬升剥蚀期，受中央古隆起影响，盆地中部古地形总的面貌是西高东低，从而其西部地区比东部风化剥蚀强烈。西部城川一带奥陶系顶部层位是马五14小层，风化壳底部层位是马五6；而靖边气田中部奥陶系顶部层位是马五2或者马五1段，底部层位是马五4段。古风化壳的顶部和底部层位自西向东逐渐变新［9］。

苏里格气田东区下古生界储层属于奥陶系古潜台向北部延伸的古斜坡之上。古斜坡包括次一级的地貌单元，有古台地、古沟槽、古残丘等。苏里格地区古地貌总体上具有西高东低、北高南低的分布特征。其中，上覆石炭系沉积厚度＜10m的分布于西部及西北部一线，这些地区是由于地处高地貌部位而使得沉积地层保留厚度小；石炭系地层分布较厚的地区位于苏里格地区的中东部及南部，主要为古沟槽发育地带或者是喀斯特斜坡中一些相对比较低洼地带。苏里格东部沟槽系基本上呈东西向展布，之间为一些残丘或者梁将其分割。在高地和沟槽或盆地之间的斜坡过渡带（石炭系沉积厚度基本上在10～25m），主要是在大的喀斯特斜坡背景下的一些残丘、洼地及沟槽末端。

实践证明，马五段的含气面积受古风化壳斜坡上台地、古残丘、古沟槽的控制（图7）。一般在古残丘与古沟槽之间的过渡地带是有利的含气部位。这是因为，苏里格地区下古生界气藏的形成具有以下特点：马五气藏顶部为石炭系铁铝岩及泥质岩区域性封盖；底部是马五5厚层－块状致密石灰岩，或者是马五－马五小层致密的泥质云岩作为遮挡底板；侧向上为古地貌沟槽充填物和成岩致密带所封堵，从而为大面积圈闭提供了条件。

4 成藏规律与成藏模式

加里东运动末期，苏里格地区奥陶纪时受“L”形中央古隆起影响，这种构造格局经加里东运动抬升暴露剥蚀时呈现喀斯特高地－喀斯特斜坡－喀斯特盆地的古喀斯特地貌，后来经燕山、喜马拉雅运动改造遂成现在的面貌。正是位于古喀斯特斜坡上的溶蚀沟槽，后期上覆太原组、本溪组为区内最主要的源岩之一，直接覆盖与侵蚀沟槽之上，有利于天然气进入储层，形成了上生下储的有利生储盖组合，对于下古生界天然气富集起到了重要作用（图8）。

就苏里格地区而言，气藏主要赋存于潮上云坪、云灰坪微相中的白云岩中；就单个储层单元来讲，气水分布表现为高海拔处为气、低海拔处为水，属常规的气藏；纵向上气层之上覆盖着潮上泥云坪微相、潮间带的泥云岩和灰岩，储层之上覆地层的综合封盖能力也决定着气的聚集。从古地貌上看，苏东区块为遭受剥蚀较强的古喀斯特发育区，区内古喀斯特残丘、喀斯特沟槽区相对发育，地势起伏较大，古喀斯特残丘地层保存相对完整；古构造上总体为北西高、南东低，内部呈现波状起伏；气藏主要分布于鼻凹带向两侧的鼻隆带上倾和低幅背斜构造内；岩性为白云岩和灰质白云岩，属于潮上云坪和灰云坪微相；主要产气井均位于古喀斯特残丘斜坡上。由此可见，马家沟组顶部的古喀斯特残丘对气藏的形成具有重要意义。

根据气藏剖面和试气钻井分布规律，可以总结出苏里格气田马五段气藏分布规律为（图8）：喀斯特作用较为发育，古残丘、古沟槽为主要微地貌单元类型，古残丘内的白云岩、含膏云岩遭受淋滤，形成高溶蚀孔洞的储层；风化剥蚀过程中对马五段的溶蚀如果在残丘的中部，不易遭受淋滤的部位，就不能形成溶蚀孔洞，则不利于储层的发育，而残丘两侧对于溶蚀作用最为有利；在古喀斯特的沟槽中，上覆的本溪组烃源岩深陷在古残丘之间，在演化过程中，产生的油气就近运移到古残丘两侧的储层中保存下来，并作为盖层易于形成古地貌古喀斯特圈闭油气藏。因此，古残丘－古沟槽（洼地）之间的过渡地带最有利于成藏，是下一步开发井位部署优选部位，也是今后苏里格地区下古生界有利勘探方向。

图7 苏东48－42井区古地质地貌与气藏分布规律Fig.7 Distribution of ancient geological features and gas pool of Well 48－42area in the east of Sulige

图8 苏里格气田东区马五段成藏模式示意图Fig.8 Accumulation model diagram of Member 5of Ordovician Majiagou Formation in the east of Sulige

5 结论

通过上述研究与讨论，认为苏里格地区下古生界碳酸盐岩气藏主要为受古地貌、古喀斯特控制的地层－岩性圈闭气藏。苏里格气田下古生界今后的有利勘探方向如下。

a.古残丘－古沟槽（洼地）之间的过渡地带最有利于成藏，是下一步勘探开发井位部署优选部位。

b.构造对研究区下古生界气藏具有一定的作用和影响，部署井位时，应该选择鼻翼和鼻隆部位。

d.由于下古生界气藏为古喀斯特气藏，因此，无论是纵向上层位选择，还是平面上井位选择，都应该首选喀斯特作用强烈发育地带。

［1］王宝清，章贵松.鄂尔多斯盆地苏里格地区奥陶系古岩溶储层成岩作用［J］.石油实验地质，2006，28（6）：518－522.

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