0 引言

鄂尔多斯盆地奥陶纪沉积了广泛的碳酸盐岩地层，受晚奥陶世末的加里东运动影响，奥陶系顶部整体抬升，遭受了长达1.2 Ga的风化剥蚀，溶蚀孔隙发育，是形成大气田最为有利的层位^[1-4]；20世纪末，盆地中部的靖边气田已证实了奥陶系风化壳储层的巨大勘探潜力^[5-8]。盆地东南部宜川黄龙地区发育奥陶纪白云岩地层，前期研究多认为由于顶部马六段泥晶灰岩泥质含量较高，具有一定的遮挡作用，会阻止大气降水向下伏地层的渗透淋滤，从而在一定程度上抑制表生和埋藏岩溶作用，难以形成有效的岩溶储层。

本次研究盆地东南部宜川黄龙地区岩心、测井、地震等资料均显示出顺层岩溶储层的标志特征，提出了该区在马六段灰岩之下的马五段上部发育溶孔储层，具备形成风化壳气藏的潜力。2015年于宜川古残丘区钻探的宜参1井钻遇溶蚀孔洞发育的岩溶储层，马五₁²(马家沟组五段1亚断2小层)和马五₁³酸化压裂试气获产气量1.442 3万m³/日，也证实了此观点。本次研究结合了钻井岩心资料和测井资料，对盆地东南部岩溶储层特征、形成机理进行了系统分析，深化了鄂尔多斯盆地不同地区岩溶储层发育模式差异性的认识，拓展了该盆地风化壳气藏勘探范围，明确了下一步的勘探开发方向，为该盆地天然气勘探提供了后备接替区。

1 研究区概况

根据地震资料及周边探井，鄂尔多斯盆地东南部主要地层自上而下为：三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组，二叠系石千峰组、石盒子组、山西组、太原组，石炭系本溪组，奥陶系马家沟组、冶里—亮甲山组，寒武系三山组。前期勘探成功的靖边气田表明马家沟组为主要的风化壳储层，共由6个岩性段组成，其中一、三、五段为膏云岩段和盐岩段，二、四、六段为灰岩段。马五段自上而下可进一步细分为10个亚段(图 1)，其中上部的马五₁₊₂、马五₄亚段白云岩为主力产层^[9-10]。宜川—黄龙地区的地震资料表明，该区域处于风化壳岩溶残丘边部，与加里东风化壳期同处岩溶斜坡带，并与靖边气田区奥陶纪有相似的沉积及构造演化背景(图 2)，具备形成溶蚀孔洞型储层的有利条件，后期的测井和岩心资料也进一步证实了该认识。

2 岩溶储层识别标志 2.1 地震显示

加里东运动期鄂尔多斯盆地整体抬升并遭受剥蚀使得盆地内部形成了丰富的岩溶构造，主要包括岩溶残丘和沟槽^[11-12]。沟槽的形成主要是由于缓丘或台坪边缘地层遭受水流侵蚀切割、溶蚀，而沟槽附近水给与排泄充分，渗滤、溶蚀作用强，因此在其周边缓丘、台坪易形成岩溶程度较高的风化壳储层。传统的古沟槽识别方法包括印模法和残余厚度法，其原理是基于地震轴的形态，如果地震轴呈“V”形或“U”形，则认为发育古沟槽^[13-14]。宜川地区地震剖面显示上下地层厚度呈镜像关系，马五段上可识别明显的“U”型侵蚀沟槽(图 3)，表明局部的岩溶古残丘排水较为通畅，具备形成风化壳储层的条件。

2.2 测井显示

宜川地区宜参1井测井资料揭示了马家沟组马五₁²和马五₁³小层均为良好的含气层段。尤其是马五₁²小层气层段视电阻率413.56 Ω·m，声波时差163.95 μs/m，密度2.74 g/cm³，视孔隙度5.14%，整体上电性参数表现出较好风化壳气层的响应特征。此外，尽管测井解释气层厚2.80 m，但根据成像测井资料及岩心观察判断(图 4)，缝洞发育层段厚约1.80 m，表明该气层段储层具有较为明显的非均质性。微电阻率扫描XRMI成像资料显示，裂缝发育，低视电阻率区呈斑状、斑点状分布，相对上下围岩而言，含气层段视电阻率整体偏低，表明风化壳储层物性较好。

2.3 岩心显示

马家沟组马五₁、马五₂亚段岩心中均见有岩溶角砾岩，为含膏白云岩中的膏质被溶蚀后地层垮塌而形成，是风化壳的特征岩性。此外，马五₁²小层中的膏质结核被大气淡水溶解，形成蜂窝状膏溶孔(图 5)，且具有示底构造，表明该层段加里东末期处于风化淋滤作用范围内。岩心中溶蚀孔洞后期被白云石半充填，裂缝相对发育，局部层段岩心破碎，表明该区风化壳储层发育程度较高。

3 储层发育特征 3.1 沉积相展布

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组马五段沉积期为最大海退期，发育以海退为主的震荡型海侵海退沉积组合，岩性纵向变化频繁，以碳酸盐岩和蒸发岩类交互出现为特征^[15-17]。其中：马五₁₀、马五₈、马五₆、马五₄、马五₃、马五₂和马五₁亚段为相对海退沉积，岩性以盐岩、膏岩、膏质白云岩、泥质白云岩和含硬石膏结核泥粉晶白云岩为主；而马五₉、马五₇和马五₅亚段同为夹在蒸发岩的海侵沉积，岩性以灰岩、灰质白云岩、白云岩和砂屑白云岩为主。本文主要分析马五₁²小层的沉积相平面展布特征。

研究区马五₁²小层大面积处于含硬石膏结核白云岩坪相带，沉积格局呈东南西北向分异的特点，主要发育含硬石膏结核白云岩坪、硬石膏结核白云岩坪和泥云坪，但其各沉积物中硬石膏结核的含量发生了明显变化。体积分数普遍小于10%的含硬石膏结核白云岩坪在研究区广泛分布；而硬石膏结核白云坪范围缩小至陕139陕12井区、吉探4宜21及宜参1井区；位于黄龙区域的宜5井区发育颗粒滩沉积(图 6)，环绕间歇暴露古隆起的黄陵宜君一线西侧发育泥云坪沉积。

3.2 岩石学特征

研究区马家沟组马五段储层原岩主要为泥晶、细粉晶含膏白云岩，后期的成岩改造作用形成了多种岩性，尤其以次生灰化作用程度最为强烈，形成了大量的次生灰岩和灰质白云岩。对盆地东南部地区92块碳酸盐岩样品统计后发现，白云岩和灰岩是该区的主要岩石类型，所占比例分别为39.13%和29.35%，其次为灰质白云岩13.04%，剩余成分主要为含灰云岩和含云灰岩(图 7)。

白云岩 主要为泥粉晶含膏白云岩(图 8a)，其次为细晶粗晶白云岩，还包括少量泥晶鲕粒白云岩和残余粒屑白云岩。岩心多呈灰褐色，部分层段发育膏模孔和不规则网状微裂隙，部分样品受岩溶作用强烈改造，具有明显的角砾化特征。马五段各小层局部地区泥晶白云岩具有残余颗粒(部分为鲕粒)结构，反映沉积期水体相对较为动荡(图 8b)。

灰岩  主要形成于白云岩后期的次生灰化作用，多为灰棕红色，断面可见斑块状方解石(图 8c)。岩石呈角砾状结构和层状结构特征，其中角砾间泥质相对富集。灰岩中方解石晶体主要为细粉晶级，可见中晶巨晶级，单晶最大粒径达5 mm。黏土矿物含量较多，且可见方解石环变，表明黏土矿物灌入在前，方解石形成在后。

灰质白云岩与白云质灰岩  这两种岩性及含灰云岩、含云灰岩均是白云岩与石灰岩之间的过渡类型，多为白云石被方解石交代的产物。岩心样品一般呈灰浅灰色，具有角砾状或纹层状构造，溶斑及溶缝发育，但被方解石完全充填(图 8d)。镜下可见白云石呈他形半自形，溶蚀和交代作用强烈，粒间被粉晶他形方解石充填。部分方解石晶体内包含较多泥晶、细粉晶或粗晶白云石晶体，由此推断原岩为泥晶白云岩或细粉晶白云岩。

3.3 储集空间

岩心及薄片观察表明，宜川黄龙地区马五段风化壳储层发育有白云岩溶蚀孔洞、次生灰岩相对孤立溶孔和裂缝3大类储集空间。裂缝、溶蚀孔洞型储层与盆地中部靖边气田及周边地区相似，只是发育程度明显降低，但仍为宜川黄龙地区的主要储集空间；次生灰岩溶孔是该区特有的孔隙类型，但其发育程度低，分布相对孤立，连通性较差；裂缝发育也是该区马五风化壳储层的特征之一，部分裂缝呈开启状态，被方解石半充填，虽储集性能差，但在改善储层渗透性方面具有重要的意义。

硬石膏结核铸模孔(白云岩溶蚀孔洞)  硬石膏结核铸模孔是宜川黄龙地区马五段风化壳储层的主要储集空间，各小层段均有发育，为硬石膏结核后期遭受到溶蚀后形成的孔隙(图 5)。目前绝大多数结核均已溶蚀交代完毕，仅留存结核交代前的假象轮廓，多呈圆形或长短轴相近的椭圆形，直径为0.06~5.00 mm，主要发育于泥-细粉晶白云岩中。膏模孔多呈半充填状，其次为全充填状，其内部构成常表现出如下规律：溶孔底部发育暗色弧形铁泥质难溶物边缘，下部和中部被相对自形的细粉晶细晶级白云石充填，有时也混有暗色铁泥质，白云石晶体间常留有细微孔隙；溶孔上部情况则较为复杂，可为未被充填的残余孔隙，但也常被一种或多种胶结物半充填或全部充填。与靖边气田及其周边地区相比，宜川黄龙地区马五段白云岩储层膏模孔发育程度低，表现为溶孔数量少、孔径较小，且分布相对孤立，缺乏微裂缝沟通。膏模孔的充填程度总体较高，除被白云石充填外，部分层段溶孔也被方解石全充填。

灰岩溶孔 灰岩溶孔是宜川黄龙地区马家沟组风化壳储层中特有的储集空间类型。灰岩的溶解强度较大，沿裂隙常发育尺寸相对较大的溶洞。灰岩与白云岩互层段，因灰岩溶解速度快，地下水流及溶蚀作用集中发育于灰岩层，故存在差异性溶蚀现象。区内多个灰岩层段见溶孔发育(图 9)，孔径范围为0.5~2.0 cm，多呈孤立分布，部分被方解石或白云石半充填，部分见方解石与白云石混合充填。

裂缝 裂缝不仅可作为油气的储集空间，而且可作为连通孔洞的通道，对提高储层的渗流能力具有重要意义。鄂尔多斯盆地马家沟组中裂缝普遍发育，按其成因可分为构造缝、压性裂缝、重力缝和层间缝，宜川—黄龙地区主要发育构造缝和压性裂缝。

构造缝：指在区域构造应力作用下形成的规模较大的断裂和受局部构造活动控制的小型裂缝。研究区由于邻近加里东期褶皱带，构造运动较为活跃，因此马家沟组中构造裂缝相对较为发育，构造裂缝具有规模大、延伸远、张开度大、充填程度低等特点。未被完全充填的裂缝可以改善储层的储集性能，尤其是在连通上下气层方面起着不可忽视的作用(图 10a)。

压性裂缝：指储层中由于岩溶作用降低其强度后，在上覆地层压应力作用下产生的裂缝，其产状有两种形式，一种是高角度或近似垂直的裂缝，岩心表面常呈大小相近、互相平行的一组裂缝，或者一条主裂缝由多个微细裂缝组成。裂缝在层内延伸，不串层，其长度为5.0~10.0 cm，宽度一般小于0.5 mm，这种裂缝在质地较纯的白云岩中普遍存在(图 10b)。另一种主要发育在强烈的溶蚀体内，如溶孔白云岩或岩溶角砾岩中，呈网格状或平行层面发育。这是由于岩石选择性溶蚀后，压应力不平衡所致。压性裂缝沟通了斑点状溶孔，对储层改造具有重要积极影响。

3.4 储集物性

宜川—黄龙地区储层孔隙度为0.30%~11.54%，平均值为3.90%，渗透率为(0.002~15.450)×10^-3μm²，平均值为0.710×10^-3μm²。勘探实践表明，鄂尔多斯盆地奥陶系马五段有效白云岩储层孔隙度下限值为3%，渗透率下限值为0.5×10^-3μm²。宜川黄龙地区马五₁₊₂亚段孔隙较为发育，84%的岩心样品孔隙度大于3%，渗透率整体较低，仅20%岩样渗透率高于0.5×10^-3μm²，但局部仍发育经裂缝改造的高渗透储层。整体而言，该区马五段风化壳的孔隙度、渗透率线性关系不明显(图 11)，储层虽整体较为致密，但局部层段仍发育有效储层。

4 储层形成机理

盆地东南部与靖边气田沉积及构造演化背景相似，加里东风化壳期同处岩溶斜坡带，发育含硬石膏结核白云岩，具有发生溶蚀作用的物质基础，加里东末期受到风化淋滤作用改造，具备形成风化壳储层的有利条件。但马家沟组马五段储层之上因残存马六段灰岩，其成岩改造并非为盆地内较为普遍的潜山风化壳岩溶作用，而是由古地貌、白云岩内部膏岩和裂缝共同控制的顺层岩溶作用(图 12)。

1) 古隆起和斜坡提供地质背景

加里东构造期，奥陶纪地层整体遭受剥蚀，宜川—黄龙地区马家沟组马五段虽上覆马六段灰岩，但仍有部分出露于地表，尤其是在岩溶斜坡临近古残丘处，大气降水首先流经地表处马五段，随后沿古沟槽马五段含膏粉晶白云岩进一步溶蚀，溶蚀作用由地表至地下深处逐渐减弱，储层物性向盆地凹陷中心也逐渐变差。

2) 白云岩内部膏岩/裂缝提供渗流通道

除古地貌外，白云岩内部膏岩含量和裂缝展布也控制着顺层岩溶作用的发育。白云岩内部膏岩易于溶解，地层水可选择性溶蚀形成蜂窝状孔洞，并顺着已溶解的粒间膏溶孔和裂缝进一步增大岩溶面积，扩大溶蚀作用。已有岩心资料表明^[18]，膏岩孔和裂缝发育区为储层物性最好的“甜点区”。

5 结论

1) 地震剖面的沟槽响应、成像测井孔洞显示及岩心见角砾岩，均证实鄂尔多斯盆地东南部宜川—黄龙地区马六段覆盖区发育岩溶储层。

2) 鄂尔多斯盆地东南部宜川—黄龙地区马五₁₊₂亚段形成时期发育含硬石膏结核白云岩坪相带，原岩主要为泥晶、细粉晶含膏白云岩，后期次生灰化作用形成了大量的灰岩和灰质白云岩，储层空间为白云岩溶蚀孔洞、次生灰岩相对孤立溶孔和裂缝等储层空间，虽整体较为致密，但局部层段仍然发育有效储层。

3) 马五段储层发育主要受古地貌、白云岩内部膏岩及裂缝影响。大气淡水沿斜坡区对马五段溶蚀改造，选择相对易溶的石膏进行溶蚀形成孔洞，形成顺层岩溶储层，储层物性向盆地凹陷中心逐渐减弱。宜川古潜台西侧区域处于古地貌高点，上覆马六段石灰岩厚度减薄，马五₁₊₂亚段含膏白云岩次生灰化程度低，有利于风化壳期大气淡水对含膏白云岩进行淋滤改造，是溶蚀孔洞型储层发育的有利场所。