2014, Vol. 36
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2. 中国石油长庆油田分公司第三采油厂, 宁夏 银川 750006;
3. "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·成都理工大学, 四川 成都 610059
2. No.3 Oil Production Plant, Changqing Oilfield Company, CNPC, Yinchuan, Ningxia 750006, China;
3. State Key Laboratory for Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China
世界上的油气资源和生产资料表明，碳酸盐岩油气储量和产量占到了50%。目前，碳酸盐岩油气储集层在中国虽有大量发现，但是所获得的碳酸盐岩油气储量和产量远低于其他的一些国家，因此，寻找碳酸盐岩油气田已经成为未来油气勘探的重点。鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，该盆地的古生界蕴藏有十分丰富的天然气资源[1]。本文所研究的苏里格地区位于盆地的西北部的内蒙古和陕西交接地带（图 1），在区域构造上属鄂尔多斯盆地的伊陕斜坡北部地区[2-3]。依据盆地的古生物特征、沉积旋回和区域性标志层，前人将马家沟组从下往上划分出了马一~马六等6个层段[4-9]。
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| 图1 鄂尔多斯盆地单元划分及研究区位置图 Fig. 1 Tectonic division and location of the study area in Ordos Basin |
随着苏里格气田近年来勘探与开发进程的加快，在位于苏里格气田东区的下古生界天然气勘探取得了重大成果[10]。由于目前所发现的主要含气层位是马五段的上部（马五 1−4）碳酸盐岩风化壳储层（古岩溶），盆地相关方面的研究成果较多[2-17]。但随着盆地气田的勘探与开发，作为中组合的马五5亚段越来越引起重视，并且取得了油气勘探的突破[18-19]，但研究区马五5亚段的储层特征研究尚在起步阶段。在前人有关马五段储层研究成果的基础上，以显微图像分析、岩石薄片鉴定、物性测试分析以及测井资料等手段基础上，结合相关生产资料来对苏里格气田东部地区马五5亚段开展储层特征研究，并探讨成藏控制因素，为今后盆地中组合马五5亚段的天然气勘探与开发等提供参考。
1 储层岩石学特征 1.1 储层岩石类型在苏里格东部地区，马五5亚段的储层岩性主要为白云岩和灰岩，其次为数量不多的碳酸盐岩溶角砾岩。其中，区内白云岩储层以浅灰色、灰色为主，多为微晶（图 2a）、粉晶（图 2b）和细晶白云岩（图 2c），晶粒结构，少数白云岩储层具有颗粒结构，有少量的中晶、不等晶白云岩，随着结晶程度的增加，孔隙度逐渐增加，储层岩石主要矿物为白云石和方解石，常见有一些自生石英、黄铁矿，并含有少量泥质。区内灰岩储层颜色以深灰色为主，岩石类型以微晶灰岩为主，有少量颗粒灰岩、叠层石灰岩和次生灰岩，岩石矿物以方解石为主，并含少量黄铁矿，部分岩芯可见少量石膏。
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| a微晶白云岩，晶间孔，苏东39-62C1井，3 107.45 m，1-1-69，×4（-）；b粉晶白云岩，残余粒屑结构，苏东37-58井，3 112.66 m，×2（-）；c细—中晶云岩，晶间孔发育，苏东37-58，3 114.95 m，×10（-）；d微晶白云岩，晶间孔，苏东39-62 C1井，3 107.45 m，1-1-69，SEM；e粉晶白云岩晶间孔，苏东39-21C1井，3 109.88 m，SEM；f粉—细晶含灰云岩中的溶缝，苏东39-57井，3 125.83 m，×4（-）；g微晶灰岩，鸟眼构造，3 123.76 m，苏东39-57井，×4（-）；h微晶白云岩，微溶孔，苏东39-62 C1井，3 108.74 m，1-10-69，×4（-）；i粉—细晶云岩，溶孔内自生石英充填，苏345井，3 981.8 m，×4（-） 图2 苏里格东部地区马五5亚段主要岩石类型与储集空间图版 Fig. 2 The main rock types and reservoir space chart of M5 5 sub-member of Majiagou Formation in the east of Sulige Area |
白云岩为该地区马五5亚段最主要的储层类型，主要包括晶粒白云岩、残余粒屑白云岩两类。马五5亚段主要的白云岩储层为结晶较好的粉晶到中晶白云岩，可以根据结晶颗粒大小分为中晶白云岩、细晶白云岩、微晶白云岩和粉晶白云岩；残余粒屑白云岩主要包括残余砾屑结构粉晶白云岩，多呈黄灰色—灰色，具有残余粒屑结构，发育缝合线构造，砾屑磨圆较好，大多数为次圆状，反映了水动力较强的沉积环境，主要分布在潮间带。
1.2 填隙物特征在苏里格东部地区，马五5亚段储层岩石中的填隙物主要有黏土矿物、硅质、黄铁矿等，多以胶结物形式出现。其中黏土矿物以伊利石和蒙脱石为主，溶蚀孔洞部分充填方解石晶体。扫描电镜下，硅质充填物质为柱状、双锥状的自生石英，黄铁矿则呈单体矿物颗粒及霉球状颗粒团两种形式；方解石颗粒巨大，多呈不规则状，而伊利石和蒙脱石为絮状、毛发状充填。在35件薄片样品中就有14件样品中含自生石英，占样品总数的40.0%，在所有含自生石英的样品中平均含量为4.07%；35件样品中有12件样品中含黄铁矿，占样品总数的34.2%，在所有含黄铁矿的样品中平均含量为4.92%；35件样品中有3件样品含伊利石，占样品总数的8.5%，在所有含伊利石的样品中平均含量为6.00%（表 1）。
| 表1 研究区岩石中主要填隙物类型及含量统计表 Table 1 The main filler type and contents of rocks in study area |
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在苏里格东部地区的钻井岩芯观察、扫描电镜、薄片鉴定等分析基础上，按照成因可将马五5亚段储层的孔隙类型分为原生孔隙和次生孔隙两种（表 2），裂缝在区内少见。根据钻井岩芯和铸体薄片资料，苏里格东部马五5亚段中储层的储集空间形式多样，这是在不同成岩期形成的结果。从表现形式上看，这里既有原生（准同生）期形成的孔隙，又有表生期和埋藏期形成的孔隙，同时还有少量后生阶段形成的构造裂隙。事实上，在同一块岩芯上或者是在同一个显微薄片里，往往可以看到两种以上的不同成岩期形成的孔、缝类型，或者不同储层类型的孔、缝叠加。其中原生孔隙主要有鸟眼孔隙，但其出现几率也较有限。在次生孔隙中以晶间孔（图 2b~2d）与溶蚀孔（图 2h，2i）、溶蚀缝（图 2f）出现的比率较高，为区内马家沟组马五5亚段中的主要储集空间，有少量构造裂缝出现在样品中。
| 表2 研究区马五 5亚段主要储集空间类型特征表 Table 2 The characteristics chart of the main reservoir space types of M5 5 sub-member in study area |
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据苏里格东部地区马五5亚段碳酸盐岩钻井岩芯的储集空间类型的统计（图 3），苏东39-62C1井中的晶间孔主要出现在粉晶云岩中，其次在微晶云岩和中晶云岩（不等粒云岩的中晶部分）中出现，面孔率为2.00%~8.00%。在部分层段中晶间孔被方解石所充填。薄片中溶蚀作用明显，溶孔和溶缝常见，但大多被方解石和石英充填，残余储集空间少见。裂缝较为常见，部分被充填，没充填的部分能够成为较好的储集空间，面孔率为5.00%左右。苏东37-58井中，以晶间孔为主，平均面孔率为6.89%，次为溶孔，平均面孔率为0.39%。在苏东39-57井中，以晶间孔为主，平均面孔率为1.00%，次为溶孔和裂缝，平均面孔率小于0.50%。在苏东40-66井中，以晶间孔为主，平均面孔率为0.30%，次为鸟眼孔，平均面孔率小于0.10%。
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| 图3 钻井岩芯中孔隙类型及面孔率 Fig. 3 Pore types and faces rate of the drilling cores |
孔隙结构是指岩石孔隙和喉道的几何形状、大小、分布特征及其相互连通关系，由于它能较好地表征储层的储、渗能力、流体分布、油气产层的产能、油水在油层中的运动、水驱油效率及原油采收率的大小等特征而成为储层研究的内容[20]。
马五5储层最大连通孔喉半径0.144 6~3.069 7 µm，平均值为0.857 9 µm；中值孔喉半径0.005 1~0.092 4 µm，其中小于0.100 0 µm的微喉占90%，0.100 0~0.500 0 µm的小喉占10%，而缺乏中、大喉，在产出规模上以微喉、小喉为主。在各类岩性中，细—中晶白云岩的最大连通孔喉半径最大，为1.260 1~3.068 7 µm，中值孔喉半径为0.092 4~0.415 0 µm。其次为粉晶白云岩、粉—细晶含灰白云岩，最差的为微晶白云岩和微晶灰岩。
储层的排驱压力在0.244 0~11.581 4 MPa，平均3.263 3 MPa；中值压力1.600 4~118.551 7 MPa，平均为57.512 0 MPa；退汞效率10.674 2%~37.697 9%，平均27.827 4%，退汞效率较低；分选系数为1.493 4~2.749 0，平均为2.244 0，主要集中在1.000 0~2.000 0。在各种岩石类型中，细—中晶白云岩的压汞特征最好，粉晶白云岩次之，再者为微晶白云岩，微晶灰岩最差。
在孔喉组合关系方面，马五5亚段储层的储集空间虽然由多种类型的孔隙组合而成，但往往以其中一种或几种孔隙占主导地位。从铸体薄片资料来看，岩石中的晶间孔和溶孔都较发育，孔隙之间的连通性一般至较差。
3 储层物性特征苏里格东部地区马五5亚段储层物性资料分析结果（表 3）表明，孔隙度一般为0.65%~9.48%，渗透率一般为0.546 0~1.800 0 mD。其中，中晶白云岩、细晶白云岩和粉晶白云岩的储层物性是最好的，孔隙度一般5.17%~13.10%，平均为9.48%，渗透率0.009 6~5.380 0 mD，平均为1.800 0 mD；其次为灰质白云岩，孔隙度1.76%~9.41%，平均为5.07%，但其渗透率较差，为0.003 2~0.062 7 mD，平均为0.019 3 mD；微晶白云岩孔隙度1.02%~5.49%，平均为2.86%，渗透率0.002 0~1.168 0 mD，平均为0.196 0 mD；而微晶云质灰岩孔隙度为0.56%~1.11%，平均为0.86%，渗透率0.001 6~0.021 7 mD，平均为0.000 8 mD；微晶灰岩孔隙度0.46%~0.96%，平均为0.65%，渗透率0.001 2~2.177 0 mD，平均为0.545 6 mD。马五5亚段的储层分析表明，区内微晶灰岩和微晶云质灰岩的孔隙度和渗透率都很低，基本不具备成为储层的能力，而在一些少量微晶灰岩中，由于裂缝的存在及其沟通作用，致使其渗透率有所提高。
| 表3 不同岩性储层物性特征统计表 Table 3 The physical characteristics tables of different lithologic reservoir |
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前面已经提到，白云岩是该地区最为主要和现实的储层，白云岩的分布决定了气层的分布，白云岩的厚度及其分布表明了与气藏关系十分密切，气藏与白云岩的厚度和分布之间存在有很好的对应关系，即苏里格东部地区马五5亚段气藏分布于白云岩发育地区（图 4）。研究区内白云岩分布呈透镜状，主要集中分布于北部的苏东39井区和桃33井区一带，其展布方向呈北东—南西向，白云岩厚度0~28.7 m，最厚发育在苏东39-59A井；其次是在南部的苏东43-50井—苏东44-49井一带，白云岩厚度最厚发育在苏东43-51井，可达23.0 m。马五5亚段的有效储层主要受粉—中晶白云岩控制，平面上呈串珠状分布，反映出有效储层横向变化快、规模小的特点。
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| 图4 苏东39-61井区马五5亚段白云岩厚度分布与气藏分布关系 Fig. 4 Relationship between dolomite thickness and the distribution of gas reservoirs of M5 5 Sub-member of Sudong 39-61 Well area |
总之，白云岩的分布面积和厚度对气藏具有重要的控制作用，是气藏分布的主控因素。
4.2 沉积相控制了基础岩性分布研究区马五5亚段主要是蒸发潮坪相沉积区，其沉积环境为干旱潮坪环境。沉积相在整个马五5亚段储层的形成过程中有着十分重要的基础性作用，沉积相决定了当时沉积环境下的基础性岩石类型。研究区马五期主要沉积环境为潮上带、潮间带，并在局部发育潮下带，潮上云坪、潮间粒屑滩和潮下粒屑滩都可以作为有利沉积相带。
从各时期的沉积相与气藏勘探成果的叠加关系可以看出，气藏主要分布在粒屑滩为主的沉积微相区，这些粒屑滩内不同程度的发育多种类型的颗粒，增加了灰岩中的原始孔隙度，使得在埋藏过程流体易于进入其中，封闭地层中保存的高盐度的孔隙水进入使其发生白云岩化，形成残余粒屑白云岩。另外，云灰坪的沉积微相中形成的准同生期微晶白云岩，由于后期埋藏交代重结晶而形成颗粒较大的晶粒白云岩，为最终成为优质储层的晶粒白云岩提供了主要物质基础。
4.3 成岩作用决定后期改造程度研究区马五5亚段碳酸盐岩主要经历4期的成岩作用，从各期成岩作用所形成的孔隙类型与含量之间的对应关系可以看出，成岩作用对有效储层的影响存在差别。
（1） 早成岩期，潮上带的沉积物周期性暴露，与大气淡水接触，从而发生了早期大气淡水溶解作用，使部分石膏晶体或结核溶解形成溶模孔和溶蚀孔洞，部分灰岩和白云岩中也可以形成少量溶蚀孔缝，同时发生了大气淡水环境下的充填作用，使溶蚀孔洞被粉晶方解石或白云石部分充填。
（2） 浅埋藏成岩期，潮间和潮下沉积环境形成的灰岩发生埋藏白云石化，形成细—中晶白云岩，存在大量的晶间孔。
（3） 表生成岩期，研究区抬升暴露于地表，受地表水影响，发育淡水溶蚀和充填作用，形成溶孔、溶缝，岩溶角砾岩、淡水方解石和石英的充填，并发生去膏化和去云化作用，形成石膏假晶和次生灰岩。
（4） 后埋藏成岩期，上覆煤系地层的酸性地层水由于压实作用沿着各种各样的渠道进入下伏的奥陶系碳酸盐岩地层，致使产生了不同程度的酸性流体的溶解作用，从而将前期已经形成的各种孔洞扩大化，主要表现为在颗粒边缘发生溶蚀；同时在表生成岩期，在淡水淋虑基础上发育了各种溶蚀作用，尤其是溶蚀缝的形成使得局部地方孔洞被连通；后期在持续的埋深条件下，由于强烈的压溶和重结晶作用使马五5亚段的岩石发生致密化，孔隙度迅速降低。同时由于多期构造运动而形成的裂缝，则对提高储层岩石的孔隙度和渗透率（尤其是渗透率）起到一定的积极作用。
马五5亚段储层的成岩作用与岩石孔缝形成的关系可以归纳为：在早成岩期所发生的准同生白云化作用并未形成十分有利的孔隙，区内后期的由埋藏白云化作用而形成的晶间孔则成为研究层位中的最为重要储集空间，表生溶蚀作用对研究层位中孔隙度的增加非常重要，而埋藏期溶蚀作用由于发生在封闭体系下溶蚀空间发育则相对有限。
4.4 古地貌对成藏控制不明显研究区处于伊陕斜坡北端，紧邻盆地中央古隆起的核部东侧，受加里东运动抬升暴露剥蚀时呈现岩溶高地—岩溶斜坡地带，后期上覆太原组、本溪组煤系地层为区内提供了最主要的源岩，形成了上生下储的有利生储盖组合。这种地貌、岩性及成藏组合对于鄂尔多斯盆地下古生界天然气富集起到了十分重要作用。尤其是马五5以上地层（马五1−4），古岩溶地貌对这种储层控制更为明显。
然而，钻井揭示，亚段地层较深，保存完整，没有遭受后期剥蚀而形成各种古残丘、古沟槽等岩溶地貌单元。相对上部地层而言，该区的岩溶作用较弱，仅在苏东39-62C1下部有2 m的岩溶角砾岩，而且溶蚀孔不发育，因此不能像马五 1−4段一样对暴露的古残丘进行溶蚀作用，从而形成大量的膏模孔和溶蚀孔。同时，薄片鉴定结果发现，鲕粒白云岩作为角砾存在岩溶角砾岩中，而且孔隙度较高，表明于岩溶作用之前鲕粒灰岩就已经发生白云岩。
总体来看，古地貌控制了古岩溶发育程度，但对该地区马五5亚段气藏而言，储层主要受白云岩控制，古地貌的控制影响不大。
4.5 鼻状构造对气藏有一定的影响苏里格东部地区马五5亚段顶部构造是在西倾较为平缓的单斜构造背景上发育了分布了一系列近北东—南西向的小幅背斜和向斜，即“鼻状构造”，呈相间排列。这些小幅的背斜俗称“鼻隆”，向斜俗称“鼻凹”，二者之间俗称为“鼻翼”。总体这些“鼻隆”构造和“鼻凹”构造都以北东向为主（图 5）。
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| 图5 苏东39-61井区马五5亚段顶面构造与气藏分布的关系图 Fig. 5 The relationship between the top surface structure and distribution of gas reservoirs diagram of M55 Sub-member of Sudong 39-61 Well Area |
这些鼻状构造总体上向西南方向倾斜，形态较规则，并呈鼻隆与鼻凹交替出现。结合钻井和生产资料，通过对下古钻井气藏及其发育位置的统计分析，在鼻隆和鼻翼部位含气井占总含气井的75%，而鼻凹部位含气井占总含气井的25%，因此，从“鼻翼”到“鼻隆”位置为有利气藏发育地带。
另外，由盆地后期构造形成的裂缝也对苏里格东部地区马五5亚段储层的发育也产生有重要的影响。盆地在燕山晚期—喜马拉雅运动的强烈改造作用下，由于受到强烈挤压的构造应力作用而形成了西倾大单斜，苏里格东部地区则马五5亚段顶面则是在西倾大单斜背景上而发育了的低幅度的复式褶皱构造。由于构造作用必然有利于裂缝的产生，构造程度越高，则裂缝发育越好，从而也使得构造对储层的物性有较大影响。一般而言，背斜构造的轴部是褶皱形变最强烈的地方，因此在背斜构造轴部裂缝也最为发育，可以看出，在马五5亚段的正向构造部位有利于气井高产（图 6），这也可作为下一步马五5亚段开发井部署的主要依据之一。
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| 图6 召6井—苏东39-62C1井马五5亚段气藏剖面图 Fig. 6 The gas reservoir profile of Zhao6—Sudong39-62C1 well reservoir profile of M5 5 Sub-member |
（1） 白云岩为该地区马五5亚段最主要的储层类型，主要包括晶粒白云岩、残余粒屑白云岩两类。储层岩石中的填隙物主要为黏土矿物、硅质、黄铁矿等，而在溶蚀孔洞部分充填方解石晶体。
（2） 研究区内的马五5亚段最主要的储集空间类型是晶间孔，其次为溶蚀孔（缝）；在各类岩性中，细—中晶白云岩的最大连通孔喉半径最大，其次为粉晶白云岩、粉—白云岩，最差的为微晶白云岩和微晶灰岩。
（3） 储层物性资料分析表明，孔隙度一般分布在0.65%~9.48%，渗透率一般为0.546~1.800 mD。中晶白云岩、细晶白云岩和粉晶白云岩的储层物性最好，其次为灰质白云岩，微晶云质灰岩和微晶灰岩基本不具备成为储层的能力。
（4） 苏里格东部地区马五5亚段主要为白云岩储层，气藏与白云岩分布之间对应关系好，气藏均分布于白云岩发育地区。综合认为，影响苏里格东部地区马五5亚段气藏主要因素为：沉积微相主要为白云岩储层的发育提供物质基础；白云岩控制了有效储层的分布；成岩过程中则主要以中—后期埋藏阶段发生的成岩作用对储层发育最为有利；鼻状构造对储层性能有一定程度的影响；古地貌、古岩溶作用对马五5亚段储层影响不大；正向顶面构造部位有利于裂缝而发育而提高储层的储集性能。马五5亚段为白云岩岩性圈闭气藏，所以针对苏里格东部地区天然气勘探，主要是寻找白云岩体，尤其是晶粒白云岩是最为优先考虑的勘探对象。
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