鄂尔多斯盆地苏217井区奥陶系中组合白云岩储层特征及成岩作用

胡思涵，苏中堂，陈安清

（1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都610059；2.成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都610059）

鄂尔多斯盆地是我国重要的大型含油气盆地。多年来，经过坚持不懈的探索，鄂尔多斯盆地的油气勘探开发事业取得了引以为傲的业绩，例如中生界的姬塬油田和上古生界的苏里格气田，都为中国的快速发展提供了巨大的能源储量。目前，下古生界的海相碳酸盐岩地层的油气勘探除了1989年发现的靖边气田（大型岩溶古地貌气藏）以外［1］，在古隆起东边的区域也有了新的发现。

勘探研究成果表明，鄂尔多斯盆地下古生界海相碳酸盐岩地层厚度大，分布面积广，蕴藏着丰富的天然气资源，有望成为油气勘探中的接替领域。其中，奥陶系马家沟组为重点油气勘探层位之一，目前发现的气层主要为马五段顶部的碳酸盐岩岩溶储层。近年来，随着我国海相碳酸盐岩油气勘探开发的理论与技术的日益成熟，现已在靖边气田附近发现了一些新的含气层系［2］。除岩溶储层外，马家沟组非岩溶的白云岩储层是否能成为另一个重要的勘探目标是现阶段急需探究的一个重点问题。本文结合显微薄片鉴定、物性分析等资料，通过对苏217井区（吴起一带）下古生界奥陶系马家沟组中组合（即马五5—马五10亚段）（图1）白云岩储层的岩石学特征、孔隙类型、物性特征、成岩作用等研究，揭示该地区白云岩致密储集层的分布规律，为下一步的勘探开发提供有利依据。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元及地层综合柱状图（右图据［3］修改）

1 沉积地质背景

鄂尔多斯盆地是一个南北走向的大型陆内坳陷盆地［4］，面积约25×104km2。苏217井区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部的中段（图1左）［3］。早古生代马家沟组沉积期，盆地呈“三隆二鞍一坳陷”的古构造格局，三个隆起共同控制着奥陶系的沉积体系和有利储层的展布［5－6］。前期大量研究成果表明，马家沟组碳酸盐岩储层具有典型的低孔低渗的物性特征，顶部的马五段储层主要分布于中央古隆起以东的古岩溶斜坡区，表生期岩溶作用影响显著［7］。早古生代末期，鄂尔多斯盆地受加里东运动的影响，地壳整体抬升，经历了约为1.5亿年的沉积间断期［8］，导致奥陶系顶部碳酸盐岩地层长期暴露于地表，遭受大气淡水淋滤，形成了范围广、深度大的风化壳岩溶型储层［9］，该套岩溶储层的分布和发育与天然气的运聚成藏紧密相关，是鄂尔多斯盆地重要的勘探目标。

2 岩石学特征

苏217井区中组合的沉积环境包括潮缘滩、潮上云坪、潮间灰云坪、潮下灰坪等（图1右）。岩石类型主要有泥微晶灰岩、云质灰岩、含灰白云岩、灰质白云岩、晶粒白云岩、残余砂砾屑白云岩和岩溶角砾状白云岩等（图2）。

1）云质灰岩／灰质云岩：该类结构多样，如泥微晶含灰／灰质云岩，含膏含灰／灰质云岩，残余砂屑含灰／灰质云岩等，常见去白云石化现象（图2（a），（b））。

2）晶粒白云岩：常见粉晶白云岩和细晶白云岩，部分细晶白云岩是泥微晶白云岩经白云石化和重结晶作用形成的，晶型可呈麦粒状或菱形，晶间多半充填泥晶的白云石基质（图2（c））。

3）残余砂砾屑白云岩：砂砾屑结构，砂砾屑通常为微粉晶结构的白云石，分选磨圆一般。砂砾屑间胶结物常为亮晶方解石，少数可见两期胶结，第一世代为粒状白云石，第二世代为粒状方解石（图2（d））。部分砂砾屑中可见晶面弯曲的马鞍状白云石（图2（e））。部分岩石由于受到强烈的白云石化作用、重结晶作用和溶蚀作用，砂砾屑结构变得不够明显。

4）岩溶角砾白云岩：主要为岩溶作用而成，即表生期的大气淡水顺层溶蚀而成，该岩石类型在研究区较少，主要发育于顶部风化壳附近。岩石中各角砾可以具有不同的结构组分，常见的有：纹层状膏质白云岩，含泥的细晶白云岩，白云石化的细晶灰云岩等（图2（f））。

3 储层特征

3.1 孔隙类型

通过储层显微薄片鉴定，研究区的孔缝类型按成因可分为原生孔隙和次生孔隙两大类。其中原生孔隙主要为剩余粒间孔，次生孔隙包括晶间孔、溶孔、铸模孔等。

1）粒间孔：砂砾屑白云岩中砂屑或砾屑之间的原生孔隙。受后期胶结作用、充填作用、重结晶等成岩作用的影响，粒间孔部分或大部分被成岩矿物占据，成为剩余原生孔（图2（d），（e））。部分样品的砂砾屑由于白云石化作用而成为残余砂砾屑白云岩。当砂砾屑残余不明显，晶形特征占优势时，则归为晶粒白云岩，孔隙类型也归为晶间孔。

图2 苏217井区储层微观特征相片

2）晶间孔：发育于晶粒白云岩中，白云石晶粒越大，晶间孔越发育。研究区内以粉－细晶白云岩为主，晶体常镶嵌在一起，因此晶间孔的孔隙较小（图2（c））。

3）溶孔：遭受不同因素的溶蚀作用改造形成的不规则孔隙。分布不均匀，多未被充填（图2（g））。其中，受岩溶作用的晶粒白云岩和砂砾屑白云岩中该类孔隙甚为发育。

4）铸模孔：又称溶模孔，选择性溶蚀作用将粒屑或晶粒全部溶蚀后保留其原有外形的一种孔隙［10］。井区内含石膏的晶粒白云岩和含石膏的砂屑白云岩（图2（h））内可见石膏被溶后形成的膏模孔，里面多充填有方解石或自生石英。

3.2 缝隙类型

裂缝或裂溶缝一般是由构造作用或成岩作用形成的，发育可从几厘米至几公里不等［11］。在碳酸盐岩储层中，裂缝或裂溶缝可沟通孔隙空间，大大改善储集的渗透能力，使之成为油气的主要储集空间和运移通道［12］。

1）溶缝：流体沿破裂缝流动过程中，裂缝两侧岩石组分遭受溶蚀后具有明显的溶蚀痕［12］，形态弯曲，数量不等，宽窄不一（图2（f））。研究区内受溶蚀作用改造的岩石中或多或少均可见岩溶缝，居总的孔缝类型频率的第三位。

2）构造缝：在超过岩石弹性限度的构造应力作用下，岩石发生破裂而形成的裂缝，张开缝属于构造缝现象的一种（图2（i））。据观察，本区构造缝中等发育，在（具纹层构造的）去膏化的晶粒白云岩中可见，特点是边缘平直，具有明显的方向性，有规律的分布（图2（j）），后期多被泥质，方解石等充填。

3）收缩缝：多发育在泥质白云岩中，因上部压力作用导致相对松散的泥质纹层出现泄水现象，从而产生收缩缝。多平行于层面分布，沿泥质纹层走向，形状不规则（图2（k））。

3.3 物性特征

储层物性分析表明，研究区内奥陶系马家沟组中组合段白云岩储层的孔隙度相对较低，分布范围为0.5%～8%，峰值在2%～5%之间（图3（a））。渗透率范围为0.01～5mD，没有明显主峰值（图3（b））。渗透率和孔隙度的相关分析表明（图3（c）），相关系数较小，约0.27，即孔隙度和渗透率的相关性差，表明储层非均质性强。显微镜下，对115个样品的不同孔隙类型分布频率进行了统计（图3（d）），可知储层主要孔隙类型为晶间孔和粒间孔，频率占48.8%，溶孔和溶缝所占比例比晶间孔和粒间孔稍少，溶孔和溶缝共41.5%。说明储层受后期溶蚀作用和构造改造作用较强，不均匀的溶蚀作用和构造作用对储层的改善有较大贡献，并且导致了储层的强非均质性。

图3 苏217井区孔隙类型及物性特征分析图

4 成岩作用及其对储层的控制

储层的显微薄片组构分析表明，主要的成岩作用有白云石化作用、溶蚀作用、压实压溶作用、胶结作用、重结晶作用、交代作用和充填作用等：

1）白云石化作用：灰岩在富镁流体作用下，Mg2＋交代Ca2＋形成白云岩的过程。白云石化现象在研究区白云岩储层中非常普遍，其产物主要有晶粒白云岩（图2（c）），残余砂砾屑白云岩（图2（d））和白云岩中的马鞍状白云石（图2（e））。白云石化的减体积效应在一定量上增加了晶间孔。

2）溶蚀作用：在岩溶风化壳附近常见的一种现象。研究区内溶蚀作用主要为大气淡水的顺层溶蚀作用，按溶蚀对象可分为膏盐溶蚀（图2（h））、颗粒溶蚀和晶粒溶蚀（图2（g））。溶蚀作用不仅生成溶孔、溶洞和扩大的晶间粒间溶孔等储集空间，还发育溶缝（图2（f））、岩溶脉等。总的来说溶蚀作用对研究区储层的贡献很大，生成的溶孔、膏模孔和溶缝共占41.5%。

3）压实压溶作用：在上覆压力作用下，致使沉积物或沉积岩产生的体积缩小，孔隙度降低的过程。研究区白云岩储层的压实压溶作用导致颗粒晶格变形或破裂，甚至成缝合线状接触（图2（i）），部分岩石中可见假瘤状构造（图2（k））。

4）胶结作用：常见于富晶间孔的晶粒白云岩和砂屑白云岩中，多为方解石亮晶胶结。部分可见两期胶结，第一世代为针状的方解石，第二世代为栉壳状的方解石；或者第一世代为白云石胶结物，第二世代为方解石胶结物（图2（d））。

5）交代作用：沉积物中某种矿物被另一种化学成分不同的矿物所取代的现象［13］。储层中所出现的方解石或白云石的硅化、黄铁矿化以及去白云石化、石膏去膏化硅化（图2（b））等都属于交代作用的范畴。其中白云石被方解石交代，次生方解石晶粒将变大，若不伴随溶解作用则会阻塞原白云石晶间孔。

6）充填作用：砂砾屑白云岩的粒间孔及白云石化作用和溶蚀作用形成的晶间孔、溶孔、溶缝、岩溶脉部分被方解石、白云石、自生石英、有机质或泥质等填充的现象（图2（g），（h）），该成岩作用减少了储集空间，阻碍了孔缝的连通，致使储集物性变差。

7）重结晶作用：重结晶作用可贯穿于自生矿物形成的始终，研究区重结晶作用具有双重性，即早成岩阶段的建设性成岩作用和中—晚成岩阶段的破坏性成岩作用。早成岩阶段，一般泥—微晶白云岩通过重结晶作用可变为粉—细晶白云岩，变大的晶粒相互支撑，扩大了晶间孔；中—晚成岩阶段，晶体随着结晶越晚变得越大，逐渐挤占了原有的孔隙空间，少数岩石内还观察到因重结晶作用而集结成的大斑块（图2（l））。另外，部分砂屑白云岩会因为强烈的重结晶作用，致使砂屑结构不清楚，也就是前面所提到的残余砂砾屑结构。

根据成岩作用对储层的贡献，将上述成岩作用划分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用两类。显微薄片显示，压实压溶作用、胶结作用、充填作用、和重结晶作用为破坏性成岩作用，他们导致了研究区的岩石致密化，大部分岩石类型受这些破坏性成岩作用的影响，孔隙几乎丧失殆尽；溶蚀作用和白云岩化作用为主的岩石类型，孔隙度相对较高，即这两种成岩作用为建设性成岩作用，并且它们往往发生在潮缘滩相。

编制的沉积微相图和孔隙度叠合图揭示，潮缘滩分布于潮上云坪，沿古隆起边缘发育，储集性能较好（图4）。这可能与潮缘滩相的砂砾屑碳酸盐岩原生粒间孔较发育有关，原生粒间孔有利于加里东晚期抬升暴露时大气淡水下渗，引起了顺层溶蚀作用，从而形成了溶蚀孔缝，并且至今仍然有部分被保存下来；同时也有利于白云化流体的进入，发生白云岩化作用形成白云岩晶间孔。

图4 苏217井区中组合沉积微相与孔隙度叠合图

综上，白云岩储层主要受沉积相和成岩作用的控制。因此，苏379井－莲28井－莲14井一带及苏127井－莲30井一带的潮缘滩相白云岩为有利勘探区。

5 结论

1）研究区中组合储集层岩石类型主要以白云岩为主，包括晶粒白云岩和残余砂砾屑白云岩。储层孔缝类型以晶间孔、残余粒间孔、溶孔和溶缝为主，孔隙度峰值分布在2%～5%之间，渗透率范围为0.01～5mD，没有明显主峰值，属于低孔低渗储层，孔渗相关性差，非均质性较强。

2）压实压溶作用、胶结作用、充填作用和重结晶作用是储层致密化的主控因素；古隆起斜坡上的大气淡水下渗引起的顺层溶蚀作用以及潮缘滩微相中发生的选择性白云岩化作用对储层具有建设性贡献，是该地区致密白云岩储层的形成的主要因素。

3）鄂尔多斯盆地苏217井区奥陶系马家沟组中组合的潮缘滩相致密白云岩储层是值得关注的储层段，有可能成为今后海相碳酸盐岩油气勘探开发领域的重要目标。

［1］代金友，铁文斌，蒋盘良，等.靖边气田碳酸盐岩储层沉积－成岩演化模式［J］.科技导报，2010，28（11）：68－73.

［2］何自新，郑聪斌，王彩丽，等.中国海相油气田勘探实例之二：鄂尔多斯盆地靖边气田的发现与勘探［J］.海相油气地质，2005，10（2）：37－44.

［3］邓军，王庆飞，高帮飞，等.鄂尔多斯盆地演化与多种能源矿产分布［J］.现代地质，2005，19（4）：538－545.

［4］陈洪德，侯中健，田景春，等.鄂尔多斯地区晚古生代沉积层序地层学与盆地构造演化研究［J］.矿物岩石，2001，21（3）：16－22.

［5］王欣，李振宏，郑聪斌.鄂尔多斯盆地奥陶系储层演化与油气运聚［J］.天然气地球科学，2006，17（1）：114－118.

［6］陈安清.鄂尔多斯地块早古生代盆地演化与物质聚集规律［D］.成都：成都理工大学，2010.

［7］王起琮，赵淑萍，魏钦廉，等.鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组海相碳酸盐岩储集层特征［J］.古地理学报，2012，14（2）：229－242.

［8］夏日元，唐健生，关碧珠，等.鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶地貌及天然气富集特征［J］.石油与天然气地质，1999，2（2）：133－136.

［9］王雪莲，王长陆，陈振林，等.鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳岩溶储层研究［J］.特种油气藏，2005，12（3）：32－35.

［10］姜在兴.沉积学［M］.北京：石油工业出版社，2003.

［11］罗蛰潭，王允诚.油气储集层的孔隙机构［M］.北京：科技出版社，1986.

［12］苏中堂，陈洪德，林良彪，等.靖边气田北部下奥陶统马五14段古岩溶储层特征及其控制因素［J］.矿物岩石学，2011，31（1）：89－96.

［13］曾允孚，夏文杰.沉积岩石学［M］.北京：地质出版社，1984.