鄂尔多斯盆地志丹南部奥陶系岩溶储层特征

靳程光，刘佳玮

(西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)



鄂尔多斯盆地志丹南部奥陶系岩溶储层特征

靳程光，刘佳玮

(西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

[摘要]鄂尔多斯盆地志丹南部地区有较好的天然气勘探前景。本文通过岩心观察，镜下薄片分析、压汞成像分析等手段，进行了储层的岩石学特征、储集空间和物性特征研究，并对储层进行了分类和评价。研究认为：志丹南部地区马家沟组马五段上部地层，以岩溶高地和岩溶斜坡为主。岩心易破碎，岩石类型主要为白云岩、石灰岩和泥灰岩。储集空间以晶间孔隙和晶间溶孔为主。孔隙度和渗透率较低，孔渗相关性差。储集性能较好的储层为特低孔低渗储层。

[关键词]岩溶储层；储层特征；奥陶系；志丹南部

研究区域为鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南部的志丹南部地区。在早古生代奥陶纪该区处于鄂尔多斯盆地L型中央古隆起内侧拐弯地带，沉积环境主要为蒸发台地，沉积物以准同生白云岩为主，其上马家沟组马三段、马五段为海退型沉积，主要由深灰色准同生泥晶白云岩、泥质云岩、石膏岩、盐岩构成；而马二段、马四段属于海进型沉积，岩性主要由深灰色泥晶石灰岩构成。晚加里东运动使盆地抬升为陆，马家沟组顶部遭受长期剥蚀，直到晚石炭世再次接受沉积。由于出露地表持续时间长达1.5亿年，受到表生期长期的岩溶作用，使中、上奥陶统地层发育岩溶储层。按照陈洪德(2009)奥陶系风化壳岩溶地貌类型划分标准，二级岩溶地貌分为岩溶高地(石炭系厚度小于50 m)、岩溶斜坡(石炭系厚度50～90 m)、岩溶洼地(石炭系厚度大于90m) ，其中岩溶斜坡溶蚀作用最为强烈。本区石炭系残余厚度为30～70 m，以岩溶高地和岩溶斜坡为主，岩溶斜坡主要位于西南部地区。根据地层旋回、岩性、电性组合地等特征，结合前人的研究成果，马五段从上而下地层分为10个亚段(马五1～马五10)，马六段东南部向西北部剥蚀程度减弱，东南部基本缺失马六段地层。根据薄片观察分析马五4段没有被溶蚀的膏岩，研究区马家沟组顶部的五1～马五3亚段为古岩溶储层发育的主要层段[1]，厚度为12～69 m，平均厚度为53 m。

1储层岩石学特征

1.1岩石矿物组分

通过对本区HH井47块样品分析得知，志丹南部马家沟组马五段碳酸盐岩矿物成分，主要为白云石( 75.62%)和方解石(17.25%)、伊利石 ( 3.98%) ，还有其它少量矿物如黄铁矿、硅质等。该地区的主要造岩矿物是白云石和方解石。前者为成岩过程中方解石白云化作用的产物，后者为文石及高镁方解石的成岩产物，以及白云岩去白云化作用和硬石膏去膏化作用的产物。

表1　 HH井马五段碳酸盐岩矿物成分分析

1.2岩石类型及特征

岩石类型是影响储层重要因素，也是储层发育的物质基础，岩石类型在很大程度上决定原始孔隙特征。根据该区取心资料分析，马六段以石灰岩为主，马五1-4段的岩石类型主要为石灰岩、白云岩、泥灰岩三类岩石，并以白云岩为主。石灰岩类型主要由角砾状灰岩、残余砾屑灰岩以及各类过渡岩类。白云岩主要包括泥晶白云岩、泥粉晶白云岩、粉细晶残余砂屑白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和角砾状白云岩。

1.2.1白云岩类岩石特征

1)泥微晶白云岩

含针状石膏假晶，大部分被方解石交代，部分硅质交代，具有泥晶结构，常见隐藻类形成的聚凝状藻斑点见透镜体状纹层交错层理，微细晶间孔发育(如图1a)。主要分布于马五1-4段。形成于局限海台地咸化泻湖及蒸发台地云坪，是高盐度环境碳酸盐岩沉积物快速同生或准同生的产物。

2)泥粉晶白云岩

见膏盐假晶、呈板条状、针状，局部具扰动构造，黄铁矿星点状。泥-细粉晶结构，白云石它形-半自形，镶嵌状接触，微孔隙斑状富集，溶孔较为发育。主要分布于马五1-4段。

3)粉细晶残余砂屑白云岩

含板状石膏假晶，大部分灰化，少量硅化。白云岩残余砂屑结构，白云石呈他形细粉晶结构，原岩为砂屑结构，颗粒轮廓大小0.2～0.5 mm，粒间孔十分细小，连通性差。主要分布于马五1-4段，是蒸发台地潮间带早期成岩阶段混合水白云化或重结晶作用的产物。

4)膏质白云岩和云质膏岩

含云含泥膏岩和含泥含云膏岩，为层状和块状岩石。石膏岩中柱状结构、放射状结构及扇状结构也很发育，由于石膏存在常使得其孔洞率较高，微裂隙较发育，连通性较好。主要分布于马五4段。

5) 角砾状白云岩

含石盐假晶，被原岩白云石、方解石和硅质充填，其中可见少量晶间孔，石盐假晶大小1-1.5mm。白云石呈系粉晶他形、半自形。原岩具显微纹层，云化重结晶呈残余状。岩溶期形成溶蚀角砾，砾间充填粗晶块状方解石。偶尔可看到由于网状裂缝切割形成类似角砾状白云岩(如图1b)。主要分布于马五1-4段。溶蚀角砾状白云岩是由膏溶作用形成的角砾岩，其成因与风化壳和蒸发岩有关，是判断岩溶作用的重要标志。

图1　志丹HH井岩石薄片鉴定照片

2储层储集空间

研究区碳酸盐岩储集层的储集空间主要为孔隙、喉道及裂缝。通过薄片鉴定孔隙特征较好的为白云岩，石灰岩由于后期各种作用使其孔隙充填，岩性致密、孔隙性较差。

表2 　HH井马五段碳酸盐孔隙类型统计表

2.1孔隙与喉道

根据岩芯观察、铸体薄片、扫描电镜、压汞曲线和图像等分析，研究区最大孔隙直径为1 500μm，主要分布于20～100 μm之间。原生孔隙保留较少，以晶间孔隙、膏模孔、溶孔等次生孔隙为主(表2)。微裂缝、晶间隙、孔隙缩小型为主要的喉道类型[4]

1)晶间孔隙及喉道：多见于细粉晶，孔径2～30μm，孔间的连通性较好。喉道类型为晶间隙型，比裂缝型喉道具较短而平的特点，形态以短喉型和不平直型为主。形成于基质泥晶白云岩经早、晚成岩期白云石化或低、中程度重结晶作用及石灰岩的回流渗透和混合水白云岩化过程。

2)晶间溶孔及喉道：星散状分布，也可顺层密集分布，多呈港湾状。溶解组分主要为方解石等，溶孔孔径50～200 μm之间，为主要的孔隙类型。白云石晶间孔隙经表生-晚成岩期溶蚀作用改造后进一步溶蚀扩大形成的溶蚀孔隙，或溶蚀后晶间孔彼此联通，形成晶间溶孔。

3)铸模孔及喉道

不具选择性，方解石、白云石等充填其中，铸模孔中以膏模孔为主，膏模孔孔径30～100 μm，平均65 μm。溶模孔隙由石盐、石膏晶体或其结核状集合体在大气淡水作用下被溶解而形成的铸模孔隙[4]。

2.2裂缝

碳酸盐岩由于岩性脆，易破裂，发育裂缝，裂缝既是储集空间，又是主要的渗滤通道。碳酸盐岩产油气层均与裂缝的发育有着密切的关系。裂缝按成因类型分为构造裂缝和非构造裂缝两大类。非构造裂缝又可分为成岩裂缝、风化裂缝和压溶裂缝三类。

层间缝、压溶缝及微裂缝等成岩裂缝在研究区马家沟组上部岩溶扫描电镜照片中均可见到。层间缝最宽，宽约15 μm；经表生成岩期-晚成岩期溶蚀作用形成的压溶缝，宽窄不均，宽处约12 μm，窄处约1～3 μm 。这些缝常常可以将其它空隙串通，提高储集岩的渗滤能力，改善储渗性能。溶缝宽窄不一，形态各异，相互切割，多条溶缝拼接而成，形成网状，方解石、白云石和陆源碎屑物等充填宽缝，窄缝不易被充填，利于保存，有些薄片面孔率可达3%，可作为储集空间，溶缝将孤立的孔隙彼此连通。

3储层物性特征

孔隙度和渗透率是反映碳酸盐岩储集层储集和渗滤性能的两个基本参数(吴胜和，1997)。通过对研究区马家沟组马54上部岩心常规物性分析数据统计，岩溶储层孔隙度最小值0.47%，最大值8.53%，平均3.51%，渗透率最小值0.008×10-3μm2，最大值5.632×10-3μm2，平均0.08×10-3μm2。

从孔隙度直方图2a中可以看出，孔隙度主要分布在4%～5%之间，其次是2%～3%之间，孔隙度在2%～5%占样品总数的50%左右呈不联续分布状态。

渗透率分布直方图2b呈现单峰态分布，峰值处于(0.05～0.1)×10-3μm2之间，占样品总数的47.5%。该地区渗透率比较低。孔隙度和渗透率分布点非常分散，孔隙度和渗透率相关性差。

4储层类型与评价

通过上述对物性参数以及压汞参数的统计分析，本区主要为特低孔特低渗储层，部分由于裂缝的存在储集性能较好。根据鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系碳酸盐岩储层分类标准(方少仙修改，2004)，建立本区的马家沟组马五4上部碳酸盐岩岩溶储层分类标准下(表3)。

图2　马家沟组储层孔隙度和渗透率直方图

常规物性孔隙结构特征储层类别孔隙度/%渗透率/×10-3μm2排驱压力Mpa中值半径(μm)汞饱和度/%中值压力Ⅰ类储层>6>1<0.5>0.03>4015～35Ⅱ类储层3～60.05～0.10.5～20.01～0.0420～4020～65Ⅲ类储层2～4<0.1>20.002～0.015～2060～110

I类储层：本区内储集性能较好的储层，岩性主要为细粉晶白云岩，显微纹层，因云化重结晶而呈残余状。泥微晶-细晶白云岩，发育晶间孔、晶间溶孔、溶孔及裂缝。孔隙度值大于6%，渗透率值大于>1×10-3μm2，属于特低孔低渗型储层。毛管压力曲线饱和度高，进汞饱和度大于40%，退汞效率约40%。排驱压力和中值压力都较低，喉道半径中等，大于0.03μm。喉道分选较好，特征表现为中-粗歪度特征。

Ⅱ类储层：本区内储集性能中等的储层，岩性主要为次生石灰岩和角砾白云岩。见少量晶间孔、溶孔及微裂隙。孔隙度值为3%～6%，渗透率值为0.05×10-3μm2-0.1×10-3μm2，属于特低孔低渗型储层。毛管压力曲线饱和度中等，进汞饱和度为20%～40%之间，退汞效率约42%。排驱压力和中值压力比I类储层要高，喉道半径较低，喉道分选较好，特征表现为细歪度特征，由于裂缝发育程度较低，以片状吼道为主，孔隙之间的连通性不好，导致储集性能一般。

Ⅲ类储层：本区内储集性能较差的储层，岩性主要为粉-细晶残余鲕粒含灰白云岩，砂砾屑白云岩。储层空间少且连通差。孔隙度值为2%～4%，渗透率值小于0.1×10-3μm2，属于特低孔特低渗型储层。毛管压力曲线饱和度较低，进汞饱和度为5%～20%之间，退汞效率小于30%。排驱压力和中值压力比Ⅱ类储层要高，喉道半径低，分选差歪度细。

5结语

通过本次研究，对研究区岩溶储层特征有了基本的了解，得到以下结论：

(1)研究区岩石类型主要为石灰岩、白云岩、泥灰岩三类岩石，并以白云岩为主。石灰岩类型主要由角砾状灰岩、残余砾屑灰岩以及各类过渡岩类。白云岩主要包括泥晶白云岩、泥粉晶白云岩、粉细晶残余砂屑白云岩、膏质白云岩、云质膏岩和角砾状白云岩。

(2)研究区碳酸盐岩储集层的储集空间主要为孔隙、喉道及裂缝。原生孔隙保留较少，以晶间孔隙、膏模孔、溶孔等次生孔隙为主。微裂缝、晶间隙、孔隙缩小型为主要的喉道类型。通过薄片鉴定孔隙特征较好的为白云岩，石灰岩由于后期各种作用使其孔隙充填，岩性致密、孔隙性较差。

(3)研究区岩溶储层孔隙度主要分布在4%～5%之间，孔隙度在2%～5%占样品总数的50%左右呈不联续分布状态。渗透率较低，峰值处于(0.05～0.1)×10-3μm2之间，孔隙度和渗透率分布点非常分散，孔隙度和渗透率相关性差。

(4)研究区中I类储层为特低孔低渗型储层，岩性主要为细粉晶白云岩，储集性能最好，Ⅱ类储层为特低孔低渗储层，岩性主要为次生石灰岩和角砾白云岩，储集性能一般，Ⅲ类储层为特低孔特低渗储层，岩性主要为粉-细晶残余鲕粒含灰白云岩，砂砾屑白云岩，储层空间少且连通差，储集性能最差。

参考文献

[1]袁卫国，赵一鸣.鄂尔多斯南部地区早古生代被动大陆边缘特征与演化[J].西北大学学报(自然科学版).1996，26 (5)： 451-454.

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[3]包茨.天然气地质学[M].北京:科学出版社.1988：1-390.

[4]顿铁军.储层研究状况与发展趋势向[J].西北地质.1995，16(2)：1-15.

[5]郑求根，张育民，赵德勇.太康隆起下古生界碳酸盐岩孔隙类型及特征[J].河南石油.1996，10(5)：1-5.

[6]李林，张学丰. 碳酸盐岩孔隙分类方法综述[J].内蒙古石油化工.2009，08:51-54.

[7]何江，方少仙，侯方浩，等. 鄂尔多斯盆地中部气田中奥陶统马家沟组岩溶型储层特征.

[收稿日期]2015-09-29

[作者简介]靳程光(1990-)，男，陕西渭南人，在读硕士研究生，主攻方向：储层地质学。

[中图分类号]TE122.2+3

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0239-03