苏里格气田东区马五段储层特征及控制因素

冯 敏，白 慧，刘治恒，李浮萍，张 吉

（中国石油长庆分油田勘探开发研究院，陕西西安710018）

0 引 言

鄂尔多斯盆地下古生界海相碳酸盐岩地层非常发育，依据海平面多次升降形成的沉积旋回和岩性特征，将马家沟组自下而上可划分为6段岩性段，其中马一、三、五段为相对海退期，属局限海蒸发台地环境，主要为白云岩、膏岩发育段；马二、四、六段为相对海侵期，属陆表海陆棚环境，主要为石灰岩发育层段。马五段在盆地中部沉积厚度300～350 m，岩性以白云岩为主，夹灰岩、泥岩及蒸发岩，其中马五段为本区主要产气层段。

勘探开发实践表明，相对上古生界气藏而言，苏里格气田东区下古生界气井产气能力较强［1-2］。由此可见，下古生界气藏有待进一步勘探开发，当前情况下，对下古生界气藏开发潜力的挖掘以“上下古立体开发”的思路为指导，最大程度上降低产能建设风险，为实现气田经济高效开发打下坚实基础。

盆地内奥陶系马家沟组上部遭受长期风化剥蚀，发育风化壳岩溶型储层，形成了大型天然气藏。根据气藏特征将马五1-4亚段气藏称为上部组合气藏；马五5-10亚段称为中组合气藏［3-5］，其中部组合气藏的发现开辟了一个新的天然气勘探领域。气藏在不同层段和平面部位，其产气能力差异较大，控制马五段气藏分布及其产量主要因素为储层非均质性，因此开展苏里格气田东区马五段储层特征及控制因素研究，将对马五段气藏开发潜力评价提供地质依据和支撑。

1 区域地质特征

苏里格气田区域构造上属于陕斜坡北部中带（图1），位于鄂尔多斯盆地奥陶系中央古隆起东北侧，其马家沟组属于局限陆表海沉积环境，形成了一套以碳酸盐岩为主夹蒸发岩地层序列，岩性主要为浅灰色、灰褐色泥-粉晶白云岩、白云质岩溶角砾岩，溶孔溶洞及裂缝发育，且部分裂缝被泥晶白云岩充填或半充填，部分为泥质和黄铁矿充填，部分未充填，其基底为太古界和元古界结晶变质岩系［6-7］。

马家沟组地层中马五段岩层在纵向上整体表现为岩性、厚度变化大，并且该岩层呈东南厚西北薄的特点，主要岩性为白云岩，在白云岩内部有灰岩和膏岩的夹层，是该区重要的油气储集层［8-9］。马五段进一步自上而下可细划分为马五1-10单元。就整体沉积环境而言，研究区马五段地层为陆表海蒸发潮坪相［10-12］，主要沉积亚相为潮上带和潮间带，潮下带亚相所占比例较小。

图1 苏里格气田东区位置图Fig.1 Location map of east area of Sulige Gasfield

斜坡地势整体呈西北高东南低的特点，斜坡被风化沟槽所切割。研究区东部和南部分布2条呈东西向展布主沟槽，在这2条主沟槽上分布沿各个方向延伸的支沟槽，在主沟槽与支沟槽共同作用下，将研究区岩斜坡切割，使岩溶古地貌复杂化。在相邻沟槽之间地势较高部位通常可见明显古溶丘地貌，如苏里格气田东区就属于古溶丘地貌，但分布范围不大。通过对马家沟出露地层的对比，发现其东北部地层最老，北部次之，东南部地层最新。由于研究区残丘和沟槽普遍发育，且两者相间分布，形成了该区独特古地貌特征，另外，残丘和沟槽两者之间的过渡部位对于气藏的发育极为有利。

2 储层特征

2. 1 岩性特征

苏里格气田东区马五1-4储层主要以角砾白云岩、含灰白云岩、泥晶白云岩和细粉晶白云岩为主要岩石类型等，其中细-粉晶白云岩又分为含膏和不含膏细-粉晶白云岩，其含膏细粉晶白云岩为本区主要储集岩，常呈褐灰色、灰色，根据白云岩中石膏结核和石膏晶模组成不同，进一步划分为含石膏结核的细-粉晶白云岩及含石膏晶模的细-粉晶白云岩，总体上沉积相属于潮上带（含）膏质云坪相。

灰色角砾白云岩：为同沉积角砾岩和溶塌角砾岩，角砾常呈混杂堆积，砾间常被白云石碎片和方解石充填，角砾大小不一（图2（a）），此类岩石类型占马五1-4段10%～20%.

图2 苏里格气田东区马五1-5段岩石类型图Fig.2 Rock types of Ma 51-5 member in eastern Sulige Gasfield

含灰白云岩：岩石常呈深灰色，详细划分为含灰白云岩、灰质白云岩及含泥灰质白云岩等（图2（b））。这类岩石中膏核溶孔、晶模溶孔、岩溶裂缝、缝合线构造发育，其溶裂孔缝常被粉砂白云石和亮晶方解石充填，也可能是含石膏细-粉晶云岩，发生去膏化作用形成方解石，局部发生去白云石化作用形成的，沿裂缝常呈团块状分布。多为非储层段，属于潮间带各种灰云坪，此类岩石类型占马五1-4段10%～15%.

泥晶白云岩：这类岩石常呈深灰色致密块状（图2（c））。泥质含量较高，一般在10%～35%之间，偶见黄铁矿分布。常发育水平或低角度波状纹层，可以见到生物扰动痕迹；另外发育一种其结构比较均一，无明显纹层、泥晶白云岩，常发育膏核溶孔，溶孔被渗流粉砂白云石和亮晶方解石充填（图2（d）），该类岩石在研究区马五段1-4段各层段均有分布，属于潮间带含泥云坪，此类岩石类型占马五1-4段10%～15%.

细-粉晶白云岩：浅灰色、褐灰色，部分岩石发育富泥纹层、富屑纹层规则相间，排列多呈微波状起伏，称为藻纹层细-粉晶白云岩，不见生物扰动痕迹；常发育鸟眼孔或窗格孔，被白云石或方解石所充填，称为具鸟眼细-粉晶白云岩；此外，结构相对均一，略发育水平纹层，称为块状细-粉晶白云岩（图2（e）），这类岩石是研究区马五1-4层发育最为广泛的岩石，是研究区主要储集岩石类型，约占马五1-4段70%～85%.

马五5储层岩石类型包括细粉晶-粗粉晶白云岩、中-细晶白云岩、微晶白云岩及岩溶角砾岩等，其中，粉晶-粗粉晶及中-细晶白云岩为有效储层（图2（g）、图 2（h）、图2（i）、图 2（j）、图 2（k）和图2（l））。比起马五1-4层段，马五5粒度偏粗大，主要为埋藏作用的重结晶。

2. 2 储集空间特征

苏里格气田东区马五1-4储层孔隙类型多样，包括有：东区马五1-4段储集空间包括孔隙和裂缝2大类，由于经历较长成岩过程，碳酸盐岩主要的储集空间为次生孔隙和裂缝，其孔隙的类型多样，主要为溶蚀孔、膏模孔、晶间孔、晶间溶孔、溶蚀缝、微裂缝等。

溶蚀孔（图3（a））：主要在风化壳岩溶和埋藏溶蚀作用下形成的大的孔，一般以椭圆-圆状居多，常呈蜂窝状成层分布；孔径大小不一，介于0.2～4 mm，最大达5 mm，常被方解石充填或半充填，占总孔隙40%～50%.

晶间溶孔（图3（b））：白云石晶间孔被溶蚀而扩大，常形与晶间孔、裂缝相伴生，形态呈不规则状溶蚀孔形状，孔径一般为0.04～0.2 mm，呈分散点状或顺层密集点状分布，连通性较好，占总孔隙10%～20%.

膏模孔（图3（c））：主要为白云岩中的石膏被溶蚀而形成的孔隙，有时被方解石充填，孔隙大小和形态受石膏晶体大小控制，孔径一般在0.1～3 mm之间。在该类孔隙周边常伴有微裂缝，使各球膏模孔之间相互连通，从而形成较好的气藏储层，占总孔隙30%～40%.

晶间孔（图3（d））：白云石晶体间发育比较多的溶孔，孔隙大小与晶体相关，孔径大小一般在0.02～0.05 mm之间，占总孔隙5%～10%.

微裂缝（图3（e）、图3（f）、图3（g）、图3（h））：马五1-5储层中裂缝发育，主要发育网状缝、构造缝和溶蚀缝，其中网状缝和溶蚀缝沟通附近的膏模孔、溶孔同时，增加了溶蚀程度，加剧了溶蚀孔隙的产生和分布范围，因此存在的微裂缝极大的改善了储层渗透能力，其占总孔隙15%～20%.

图3 苏里格气田东部马五1-5储集空间类型Fig.3 Pore-types of Ma 51-5 in eastern Sulige gas field

2. 3 储层物性特征

苏里格气田各层岩心分析孔隙度均值相当，主频分布范围在2.0%～6.0%之间；岩心分析渗透率均值差异较大，主频分布范围存在两段（0.01～0.5）/（1～10）（×10-3μm2）之间，从而反映裂缝储层的发育（图4）。

3 储层发育的主控因素

影响苏里格气田马五1-5层段碳酸盐储层发育的因素很多，其中形成环境不同、成岩作用类型多样、多期和程度等对白云岩形成、孔隙发育和储集空间等都有较大的相关性。

表1 苏里格气田马五1-5层段孔隙度、渗透率统计表Table 1 Statistics of porosity permeability of M a 51-5 member in eastern Sulige Gasfield

3. 1 沉积相

沉积相是马五段储层形成的基础重要的作用，它决定了沉积环境范围内的岩石类型，尤其对白云岩化作用形成的晶间孔储集空间的形成发育至关重要，这些准同生期蒸发泵白云石经过白云岩化形成的含硬石膏结核或柱状晶的粉晶白云岩成为优质储层。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的程度较深，因此，形成好的储层。相对靖边气田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。

图4 苏里格气田东区马五1-5孔隙度、渗透率分布Fig.4 Porosity permeability of Ma 51-5member in eastern Sulige Gasfield

3.1.1 沉积微相决定岩石类型

沉积相首先决定着白云岩的形成，进而控制着有效储层的分布。苏里格东区在晚奥陶世马五段沉积时期，整体马五段处于局限台地相带的潮坪亚相沉积。马五段有效储层受沉积作用控制明显，在云坪、含膏云坪、颗粒滩相有效储层较为发育，灰云坪及含泥云坪次之。马五1+2有效储层主要分布在云坪，灰云坪次之，在含泥云坪几乎不发育。马五14有效储层主要分布在含膏云坪，在剥蚀线附近的含泥云坪也有分布的较少。马五5有效储层主要分布在颗粒滩及白云坪，灰云坪次之（图5），云坪、含膏云坪发育含膏细粉晶白云岩，由于石膏易于溶解，有利于膏溶储层发育。

3.1.2 含膏云坪沉积相带是形成马五1-4气藏风化壳储层的基础

马五4时期海水退去，变为水体最浅的潮上带沉积，是马五期一次重要膏盐岩发育期，古隆起东侧地区以膏云坪，含膏云坪为主，也有利于风化壳溶孔型储层的发育。受沉积微相控制，中、东区上组合岩石虽都以细粉晶白云岩为主，但东区云岩中石膏含量较高，易溶膏盐矿物有利于后期的风化溶蚀，因此含膏云坪沉积为溶孔型风化壳储集体发育奠定了物质基础（图6）。

3.1.3 颗粒滩相沉积是形成马五5晶间孔型储层的基础

沉积期盆地内一次较大的海侵期是马五5，受古隆起东侧水动力强弱影响，西侧以云坪相沉积为主；东侧以灰坪、云灰坪等沉积为主，局部发育颗粒滩相是最有利的沉积相带。

3. 2 成岩作用对储层发育影响

马五段储层的主要成岩作用类型有：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［13-14］。其中，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；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。

3.2.1 白云石化作用

白云岩的成因一直以来是个难题，目前比较认同的有萨布哈蒸发泵模式、渗透回流模式、毛细管浓缩模式、地下混合水带模式、区域性深埋藏模式、热液白云石化模式［15-16］及微生物白云岩［17-18］等多种模式［19-21］，不同的模式具有一定的区域适应性。白云石化作用由碳酸钙在Mg2+/Ca2+的比值大于8.4的水溶液中发生溶解，溶解后物质在岩石中发生沉淀而形成［22］。通过对该区域岩心描述及铸体薄片观察，结合该区岩溶古地貌特征，认为 苏里格气田奥陶系主要有3种白云岩化的方式。

图5 鄂尔多斯盆地苏东地区马五沉积相平面分布Fig.5 Sedimentary facies of Ma 51-5member of eastern Sulige Gasfield in Ordos Basin

图6 苏里格东区马五1-4沉积微相与岩性发育模式Fig.6 Sedimentarymicrofacies and lithologic development pattern of Ma 51-4 member in eastern Sulige Gasfield

1）准同生蒸发泵白云化作用。马五1-4段在准同生期白云石化作用下主要形成了泥晶白云岩、细-粉晶白云岩等岩石，由于当时沉积环境具有较高PH值、高盐度、高Mg2+/Ca2+比等特征。因此位于研究区东部的SD39-62C1井和SD40-66井形成于蒸发潮坪环境，主要发育准同生期白云石化作用，且形成时间较早，具有颗粒较细、以微晶为代表、沉积构造清晰，自形晶较为发育的典型特征（图7（a）），此类白云岩在整个研究区分布较稳定且成层性较好；

2）回流渗透白云化作用。回流渗透白云石化作用常发生在潮上带或潮间带云坪、局限台地等蒸发环境下，是由于高镁粒间盐水向下回流渗透与下伏石灰岩沉积物接触时发生白云石化，而这些高镁粒间盐水通常由蒸发泵作用或毛细管浓缩作用而产生，形成的泥晶白云岩具有厚度较大，储集性能较差，不与石膏共生等特点。在马五1-5段地层中，回流渗透白云化作用形成的白云岩晶粒比较粗，泥质含量低，晶体间为镶嵌状接触，与准同生白云岩相比，其泥质含量较少（＜5%），不含石膏且晶体干净；

3）埋藏白云化作用。早期的沉积物随着上覆沉积物的沉积，压力增大，随着深度增加，逐渐进入深埋藏成岩环境，在还原环境下发生白云石化交代作用。晚石炭世以后，马家沟组碳酸盐岩埋藏深度不断加深，温度也随之升高。在此阶段中，早期形成的泥晶灰岩、泥晶云岩、泥-粉晶云岩处于浅埋藏环境中，经历细菌作用、有机质演化产生的CO2，H2S和有机酸等酸性物质轻微溶蚀作用，形成溶蚀裂缝或孔隙，为富镁浓盐水的向下渗流提供了通道。向下渗流的富镁盐水与先前生成的矿物岩石发生反应，使得白云石化作用持续进行下去。经过之前同生白云石化作用，高浓富镁盐水等流体中Mg2+离子浓度己大大降低，减缓了交代速度，导致埋藏白云岩化晶体结构发生变化，具体表现为晶体增大（图7（b））。

研究区马五段的白云石化作用主要发生在准同期岩溶作用形成的洞、孔、缝边缘（图7（c）），埋藏白云化作用可以使充填组分白云石晶粒和基质白云石发生白云石化。所形成的白云石含铁量较高，呈片状或团块状沿缝两侧分布，晶体较大，多为细晶，甚至发育至粗晶，且晶间孔与溶蚀孔洞连通性较好。通常情况下，由埋藏白云化作用形成的细晶白云岩与粗粉晶白云岩呈共生关系，其晶间溶孔、晶间孔发育较好，面孔率可达到10%.

图7 苏东地区马五段白云石化作用Fig.7 Dolomitization of Ma 5 member in Sudong Area of Ordos Basin

白云石化作用是本区碳酸盐储层发育的先决条件，首先白云岩比灰岩抗压实岩溶强，在压实过程中比灰岩更容易保存孔隙度和渗透率，其次，白云岩脆性更强，更易于断裂，从而使储层渗透率得到极大提高，因此白云石化作用改善了储集性能［21-22］。根据本区内岩石学特征，本区内主要白云石化作用以准同生白云岩化、渗透回流白云岩化和埋藏白云岩化为主，其中准同生白云岩化和渗透回流白云岩化主要发育在马五1-4，埋藏白云石化主要发育在马五5。

3.2.2 溶蚀作用

溶蚀作用可形成有利的溶缝储层，并将溶模孔连通起来，提高了储层的储集性能［23-24］。苏里格气田东区马五段白云岩储层，经历了近地表（海底、潮坪、大气水）、浅埋藏、表生、中—深埋藏等多种成岩环境，溶蚀作用可发生在同生、表生、埋藏作用的各个阶段（图8）。

1）同生期溶蚀作用。研究区马五1-5总体为潮坪沉积环境，沉积物在沉积过程中或受到周期性海平面升降变化，暴露于海水之上，由于受到大气淡水溶蚀作用形成小的孤立溶孔，同生期岩溶作用具有多起发育特征。

2）表生期溶蚀充填作用。受早加里东运动影响，研究区抬升遭受风化剥蚀，进入表生期成岩环境，表生期岩溶使得岩石中石膏、硬石膏结核和单晶淋滤溶解，形成大量溶蚀孔、膏模孔及次生溶缝，同时造成岩石部分角砾化；

图8 苏东地区不同阶段岩溶模式Fig.8 Karst patterns in different periods in Sudong Area

3）埋藏期溶蚀作用。进入埋藏期后，由表生期开放水动力体系进入封闭成岩环境。在上覆地层和沉积物压实作用下，上古煤层酸性压释水向下渗透至岩溶的浅部产生溶蚀作用，使早期溶解孔洞缝中的充填组分再溶解、孔洞缝部分溶解扩大。

4 结 论

1）苏里格气田东区马五1-4储层岩石类型包括角砾白云岩、泥晶白云岩和细粉晶白云岩和含灰白云岩等，含膏细-粉晶白云岩为本区主要储集岩，马五5储层以粉-细晶及中-粗晶白云岩为本区主要储集岩；

2）苏里格气田东区马五1-4段储集空间包括孔隙和裂缝2大类，主要为溶蚀孔、膏模孔、晶间孔、晶间溶孔、溶蚀缝、微裂缝等。岩心分析孔隙度主频分布范围在2.0%～6.0%之间；岩心分析渗透率均值差异较大，主频分布范围存在两段（0.01～0.5）/（1～10）（×10-3μm2）之间，从而反映裂缝储层的发育；

3）影响苏里格气田东区马五1-5层段碳酸盐储层发育因素主要为：沉积环境决定了马五1-4含膏云坪沉积相带和马五5为颗粒滩相沉积，因此发育含膏细粉晶白云岩和中粗粉晶白云岩，是后期风化壳储层的基础；马五1-4层段准同生白云岩化和渗透回流白云岩化及马五5段埋藏白云石化作用是本区碳酸盐储层发育的先决条件，白云石化作用改善了储集性能。苏里格气田东区马五1-5层段碳酸盐储层经历了不同阶段溶蚀作用（同生、表生、埋藏）形成有利的溶孔和溶缝储层，溶缝沟通溶模孔，增加了连通性，提高了渗透率。