2017, Vol. 39
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2. 西南石油大学地球科学与技术学院, 四川 成都 610500;
3. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院, 陕西 西安 710018
2. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
3. Research Institute of Exploration and Development, Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi'an, Shaanxi 710018, China
鄂尔多斯盆地是中国的第二大含气盆地，盆地中部中奥陶统马家沟组的碳酸盐岩是盆地主要的天然气储产层之一（图 1）。鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组为一套碳酸盐岩为主夹蒸发岩的地层[1]，自下而上可分为6段，马五段自下而上又可分为10个亚段，其中上组合（马五1−4亚段）是20世纪末以来的勘探重点，发现了以岩溶型风化壳为主力产层的靖边气田；但在2009-2010年，在苏203、苏345井等一批探井相继在中组合（马五5−10亚段）获得了日产百万立方米以上的高产气流，证实了中组合是盆地下古生界的一种新类型气藏，属于白云岩型储层，其特征和成因与上组合储层有较大差别[2-14]。前人对中组合的研究主要关注的是白云石化对储层的贡献，但作为岩性油气藏，其控制因素应是多方面的，因此，笔者以中组合中勘探程度较高的马五5亚段为目标层段，以盆地内钻遇或钻穿马五5亚段的大量井资料为基础，通过岩芯观察、薄片和扫描电镜的观察、鉴定，并结合物性资料和测试资料的分析，对鄂尔多斯盆地中组合马五5亚段白云岩储层的特征及主控因素进行了深入研究，以期为盆地中组合其他层段白云岩型储层的勘探开发提供一定的参考。
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| 图1 鄂尔多斯盆地构造单元及单井柱状图 Fig. 1 Tectonic division and column diagram in Ordos Basin |
通过鄂尔多斯盆地马家沟组马五5亚段的钻井岩芯、（铸体）薄片和扫描电镜的观察和鉴定，认为马五5亚段储层的岩性以细结构的晶粒白云岩为主，少量颗粒白云岩（图 2a），晶粒白云岩含少量硬石膏结核；粗结构的白云岩量较少。泥粉晶白云岩（图 2b、图 2c）、粉晶白云岩（2d）对储层贡献最大。纵向上，下部以泥晶白云岩为主，中部和上部以泥粉晶和粉晶白云岩为主。横向上白云岩在盆地中西部较厚，且成片发育，盆地其余地区主要呈“窝状”分布。
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| 图2 鄂尔多斯盆地马家沟组马五5储集岩及储集空间照片 Fig. 2 Photos of reservoir rocks and spaces of the Ma 55 sub-member of Ordovician in Majiagou, Ordos Basin |
鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组中组合马五5亚段白云岩未见明显的原生孔隙，多发育次生孔隙，裂缝较少见。晶间（溶）孔是最主要的储集空间类型，其次为溶蚀孔（洞），膏模孔和溶蚀缝相对较少发育。晶间（溶）孔主要由白云石化作用和晶间溶蚀作用形成，主要发育在泥晶白云岩、泥粉晶白云岩、粉晶白云岩中，孔隙常呈不规则的多边形（图 2d）。溶孔（洞）在马五5白云岩储层中少量发育，它们是由淡水岩溶作用及埋藏溶蚀作用形成，但由于后期成岩作用的改造程度不同，溶孔（洞）的储集性能差异较大。部分溶孔（洞）中由于白云石渗流粉砂、粉晶细晶白云石或方解石的充填（胶结）而失去储集能力（图 2e），部分溶孔（洞）被白云石粉砂、石英或方解石充填（胶结）半充填（图 2f），其储集性能被破坏，仅有部分溶孔半充填或未充填被保存下来（图 2d）。膏模孔在马五5亚段白云岩储层中较少见，发育在含膏的晶粒白云岩中，硬石膏结核或柱状晶被溶蚀后被方解石、白云石、石英半充填充填（图 2g），残留部分孔隙成为有效储集空间。构造缝在马五5亚段白云岩储层中较少见，溶蚀缝相对较发育，但这两类裂缝均大部分被充填（图 2h），仅有少部分形成有效的储集空间。
1.3 储层物性特征岩芯物性测试结果统计表明，鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组中组合马五5亚段白云岩储层的孔隙度为0.26%~13.09%，平均值3.13%；渗透率分布在0.001 0~13.860 0 mD，平均值0.290 0 mD。属于低孔特低渗储层。从表 1看出，粉晶白云岩物性最好，其次是泥粉晶白云岩和泥晶白云岩；石灰岩物性整体较差，只有在裂缝存在且具有沟通作用时，其储集性能才变好。
| 表1 鄂尔多斯盆地马家沟组马五5亚段岩性、储集空间类型、物性对应表 Table 1 Comparison between lithology, reservoir spaces and physical property of the Ma 55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation |
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沉积相是碳酸盐岩储层发育的重要影响因素[15-16]。马五5亚段白云岩储层为典型的相控型储层，沉积相控制着白云岩的分布。鄂尔多斯盆地马五5亚段沉积相在平面上自西向东发育云坪、云质洼地、云灰-灰云洼地及灰质洼地微相（图 3）。受岩相古地理格局的影响，马五5亚段白云岩体按照区域分布、白云岩含量及岩性组合的差异可将其分为靖边西云坪白云岩带、榆林云质洼地白云岩带及云灰-灰云洼地“窝状”白云岩带（图 3），白云岩含量依次降低。靖边西白云岩带为云坪微相，发育较纯的白云岩，以泥粉晶白云岩为主，少见粉晶白云岩，白云岩与地层厚度比多大于70%，甚至部分井可达100%，测井物性最好，平均电测孔隙度4.66%，平均电测渗透率0.75 mD；榆林白云岩带主要为云质洼地微相，岩性为白云岩夹灰岩，白云岩与地层厚度比多为20%~60%，局部地区发育较纯白云岩，白云岩与地层厚度比90%以上，平均电测孔隙度3.77%，平均电测渗透率0.42 mD；洼地内部“窝状”白云岩带主要为云灰-灰云洼地微相，多发育灰岩，局部为白云岩，白云岩与地层厚度比为10%~30%，物性较差，平均电测孔隙度2.67%，平均电测渗透率0.31 mD。因此，靖边西云坪白云岩带是盆地奥陶系中组合马五5亚段最重要的勘探区域，其次是榆林云质洼地白云岩带。
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| 图3 沉积微相平面展布及白云岩分区图 Fig. 3 Plane distribution of sedimentary microfacies and partition of dolomites |
在漫长的成岩历史中，盆地中马五5亚段白云岩储层经历了复杂的成岩作用，如压实压溶、重结晶、构造运动引起的破裂作用、白云化作用、溶解作用和充填作用，这都影响着储层的形成和发育，但作用最明显的是后3种，因此重点讨论后3种成岩作用对储层的影响。
2.2.1 白云化作用决定有效储层的形成及分布白云化作用是影响本区白云岩储层形成的重要因素之一，白云化作用主要产生白云石晶间孔。白云石晶间孔明显受制于不同的白云化成因机制。盆地马五5亚段白云化作用有准同生期白云化作用、准同生期后白云化作用及埋藏期白云化作用。
（1）白云化作用决定有效储层的形成
准同生期白云化作用形成白云石少量晶间微孔：准同生期白云化作用发生在沉积物刚沉积时，高Mg/Ca比环境下，白云石以较快速度交代灰泥等沉积物。这种条件下的交代属于组构交代，往往仅产生少量的白云石晶间微孔，孔径一般小于10 µm（图 2i），不利于形成具规模的有利储层。不过那些晶间微孔奠定了后来进一步储层改造的基础。
准同生期后白云化作用形成白云石晶间孔：准同生后泥粉晶白云岩发育白云石晶间孔与晶间扩溶孔。准同生期后白云化作用相对比较复杂，可以是对先期灰泥等沉积物的白云化，也可以是在准同生白云岩之上叠加。如果沉积环境没有明显的变化（海平面升降），那么准同生期后在不断浅埋藏过程中会相继发生准同生后白云化作用。灰泥等沉积物以及同生期云泥微粒/微晶存在少量的微孔缝，这些晶间微孔缝既是来自上覆沉积环境的剩余富镁重盐水的通道，同时也是近表层沉积层中细菌氧化有机物后的产物——CO2、H2S等[17-18]的运移通道。含CO2、H2S等酸性物的流体导致早前的灰泥、云泥发生溶蚀，形成不同程度的溶蚀孔缝隙/或扩溶原有的微晶间孔缝，为白云化流体提供通道。且准同生后白云化作用在浅埋藏作用过程中发生相对较为缓慢，有利于形成自形程度较高的细粉晶白云石，或者在原来的云泥基础上发生白云石增生（图 2e）。
埋藏期白云化作用形成白云石晶间孔和溶蚀孔：海底的碳酸盐沉积物伴随着准同生期和准同生期后成岩作用的结束进入到了埋藏环境。在CO2、H2S和有机酸等酸性介质和温度升高的埋藏环境中，先期的灰质组分和同生及准同生后白云石可能不同程度地遭受溶蚀，产生一定的溶蚀空间。有了自由空间以及缓慢的白云化速度，就有利于生成自形程度较高、晶径较大的粉晶白云石，这往往有利于产生白云石晶间孔，也有利于以后的晶间扩溶孔或溶蚀孔生成（图 2d，图 2g）。
（2）白云化亚相决定有效储层的分布
在综合研究中马五5亚段有效储层分布时发现，无论是白云岩厚的靖边西白云岩带还是榆林白云岩带，并不是所有较厚的白云岩均能成为好储层。在进行白云化相研究时，将白云化相分为中心亚相、过渡亚相及边缘亚相。中心亚相白云石含量大于90%，多为粉晶均质结构。白云化流体充足、动力强，白云化作用完全、充分；白云石以他形为主，镶嵌接触，很少量或几乎不见明显晶间孔，晶间孔孔隙度小，甚至 < 1%（图 2i）。过渡亚相白云石含量80%~90%，基本是粉晶及以上晶级，均质结构。白云化作用较完全，但不充分；白云石自形——半自形为主，白云石点、线接触，发育晶间孔、缝，孔隙度可达百分之几甚至更高（图 2d）。边缘亚相主要发育斑状白云岩（灰岩），白云化不均匀，也不充分；斑体白云石自形——半自形为主，白云石点、线接触，发育晶间孔、缝，孔隙度可达百分之几甚至更高（图 2l）。如图 4所示，边缘——过渡亚相的桃13井物性明显优于中心亚相的桃18井。因此，确定白云化相的分布有利于寻找有效储层的分布。
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| 图4 桃46井——桃39井马五5亚段白云化亚相对比图（剖面位置见图 3） Fig. 4 Cross-well comparison of dolomitization subfacies from Well Tao 46 to Well Tao 39 of the Ma 55 sub-member of Ordovician Majiagou Formation (the line of section is shown in Fig 3) |
对碳酸盐岩而言，溶蚀作用提供大部分储集空间，是提高孔渗性能的建设性成岩作用，是形成优质储层的关键[19]。岩芯宏观和显微镜及扫描电镜观察显示，盆地内马五5亚段白云岩储层主要发育两期溶蚀作用：表生溶蚀作用及埋藏期溶蚀作用。
（1）表生岩溶作用：鄂尔多斯盆地由于加里东末期开始的构造抬升运动，下古生界遭受长达1亿多年的风化剥蚀[20]。由于长期暴露，马五5亚段储层与岩溶水接触，形成较大的溶蚀孔缝隙，甚至巨大的洞穴，如G39-022井马五5亚段发育的两层砂砾岩就是表生期岩溶洞穴被充填的结果（图 2g）。大型的洞穴被充填破坏，但一些小的裸露期溶蚀孔缝隙却得以部分保存下来，在云坪区见有较多的具有白云质渗流粉砂或渗流泥的孔缝隙（图 2k），可作为有效的储集空间。
（2）埋藏期溶蚀作用：晚石炭世，盆地沉积了含煤系地层，且在云坪边缘区含煤系地层直接与马五5亚段储层接触[6, 8, 20]。在后期深埋藏过程中，随着温度压力的升高，酸性溶液通过裂缝、缝合线等[21-22]进入马五5亚段，对早期孔缝中的充填物进行溶蚀，或在原来孔隙基础上发生扩溶，形成各种扩溶孔，后可被充填——半充填（图 2l）。
2.2.3 充填作用破坏储集空间充填作用对马五5亚段白云岩储层的发育起着至关重要的作用，应该说各种作用形成的原始孔洞缝是普遍存在的，但却因为各种的充填导致其不同程度的破坏，有的甚至损失殆尽。区内破坏孔隙空间的充填作用为：机械充填和化学充填两种作用，其中机械充填作用主要发生在裸露期，主要有原地岩溶坍塌崩落岩块、碳泥质、渗流白云石粉砂和白云石泥等3类（图 2g，图 2k）。以台坪外侧裸露区和近地表区为主；化学充填则是裸露期淡水方解石充填（图 2e）和埋藏期铁方解石和白云石充填（图 2e）。
3 结论（1）鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组马五5亚段储层岩石类型主要是含少量硬石膏结核的粉晶白云岩和泥粉晶白云岩。
（2）盆地内储层类型为白云岩储层，具有低孔低渗的特征；储集空间类型主要为晶间（溶）孔，其次为溶蚀孔（洞、缝），局部见少量膏模孔、晶间微孔和构造裂缝。
（3）盆地内白云岩储层为典型的相控型储层，且微相控制着白云岩的分布，云坪是最有利的沉积微相。成岩作用中白云化作用与表生岩溶和埋藏溶蚀作用为主要的建设性成岩作用，充填作用为主要的破坏作用；其中不同的白云化作用形成了不同的储集岩及孔隙类型，而白云化亚相则控制了优质储层的分布，其中过渡——边缘亚相是最有利的白云化亚相。
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