丁曉琪，張哨楠，潘懷孝，李　良，賈會(huì)沖

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川 成都 610059；　2.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610500；3.中國(guó)石化 華北油氣分公司，河南 鄭州 450006)

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鄂爾多斯盆地大牛地氣田奧陶系“垮塌”型巖溶儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

丁曉琪1,2，張哨楠2，潘懷孝3，李良3，賈會(huì)沖3

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川 成都 610059；2.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610500；3.中國(guó)石化 華北油氣分公司，河南 鄭州 450006)

隨著水平井壓裂技術(shù)在大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼氣藏開(kāi)發(fā)中的成功運(yùn)用，低孔、低滲、強(qiáng)非均質(zhì)性的巖溶儲(chǔ)層顯示出良好的天然氣開(kāi)發(fā)潛力，儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律是風(fēng)化殼成藏的關(guān)鍵。通過(guò)巖心觀察，結(jié)合大量的測(cè)井資料，利用巖石相進(jìn)行巖溶旋回和儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律的研究，結(jié)果表明：①奧陶系馬家溝組發(fā)育3期巖溶，上部?jī)善趲r溶規(guī)模較大，下部第三期巖溶規(guī)模較小，風(fēng)化殼儲(chǔ)層的發(fā)育主要與上部?jī)善趲r溶有關(guān)；②膏質(zhì)云巖、泥云巖的長(zhǎng)期溶蝕，導(dǎo)致水平洞穴層頂板發(fā)生破裂，部分上覆地層垮塌，最終形成一套厚層的巖溶角礫巖；③儲(chǔ)層主要發(fā)育在巖溶強(qiáng)度相對(duì)較弱的區(qū)域，平面上主要發(fā)育在巖溶斜坡的殘丘，縱向上則發(fā)育在上部?jī)善趲r溶保存相對(duì)完整的垂直滲流帶，發(fā)育的巖石相為裂紋-鑲嵌角礫巖相。利用巖溶旋回和巖相對(duì)有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，指明了下一步天然氣勘探開(kāi)發(fā)的方向。

巖溶；儲(chǔ)層；巖相；奧陶系；大牛地氣田；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地奧陶系以碳酸鹽巖為主，在盆地中部已發(fā)現(xiàn)靖邊整裝巖溶風(fēng)化殼大氣田，地質(zhì)儲(chǔ)量近5000×108m[1]。目前，在靖邊氣田的南部及東部均有勘探突破，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列氣田，顯示出風(fēng)化殼儲(chǔ)層巨大的勘探潛力[2-4]。大牛地氣田位于盆地北部(圖1)，在巖溶高地和斜坡的過(guò)渡部位，成藏條件和靖邊氣田相似。但由于強(qiáng)烈的巖溶作用導(dǎo)致儲(chǔ)層質(zhì)量差，一直沒(méi)有大的勘探突破。隨著水平井壓裂技術(shù)的實(shí)施，風(fēng)化殼氣藏開(kāi)發(fā)的瓶頸被克服，目前水平井均可達(dá)到工業(yè)氣流，顯示出良好的天然氣開(kāi)發(fā)前景。然而，研究區(qū)大量的取心資料表明，奧陶系風(fēng)化殼的發(fā)育深度和發(fā)育程度與靖邊氣田存在較大差別。靖邊氣田的巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在馬家溝組5段3亞段(馬五3亞段)以上層位，膏模孔和白云巖的晶間溶孔為主要的儲(chǔ)集空間[5-6]。地層垮塌不嚴(yán)重，儲(chǔ)層橫向上分布穩(wěn)定。大牛地氣田奧陶系巖溶儲(chǔ)層發(fā)育層位可達(dá)馬五6-10亞段，馬五5亞段之上基本為巖溶角礫，以紊亂角礫巖和洞穴充填砂礫巖為主，其次為裂紋-鑲嵌角礫巖。從目前的勘探情況來(lái)看，天然氣主要富集于裂紋-鑲嵌角礫巖中。尋找?guī)r溶發(fā)育程度不強(qiáng)、地層保持相對(duì)完整的區(qū)域是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵，但由于多期次的巖溶使這些相對(duì)完整的地層空間分布不穩(wěn)定，給下一步的開(kāi)發(fā)帶來(lái)挑戰(zhàn)。本文通過(guò)大量取心資料和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，在巖石相識(shí)別的基礎(chǔ)上，從巖溶旋回入手，研究?jī)?chǔ)層所處巖溶旋回的位置，進(jìn)而分析儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律，為下一步天然氣的開(kāi)發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

圖1　早石炭世古地質(zhì)圖及研究區(qū)位置Fig.1　Paleogeologic map of the Early Carboniferous and location of the study area

1　區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地奧陶系除在中央古隆起和伊盟古陸缺失外，大部分區(qū)域均有分布。中央古隆起以東，主要受華北海的影響，而古隆起以西，則主要受祁連海的影響[1,7]。奧陶系馬家溝組沉積期，盆地經(jīng)歷了3次大的海退-海侵，構(gòu)成了馬家溝組6個(gè)大的地層巖性段。區(qū)域上馬一段、馬三段和馬五段以白云巖、石膏、鹽巖為主，沉積環(huán)境為云坪、膏云坪和膏鹽湖。馬二段、馬四段和馬六段以灰?guī)r為主，沉積環(huán)境為臺(tái)地相。馬一段、馬二段及馬三段同中央古陸以西的三道坎組對(duì)比，馬四段及馬五段同桌子山組對(duì)比，馬六段同克里摩里組對(duì)比。馬五段又根據(jù)巖性劃分為10個(gè)層若干個(gè)小層，具體劃分方案見(jiàn)表1。

依據(jù)大量的取心資料與區(qū)域資料，對(duì)巖溶地層的原巖進(jìn)行恢復(fù)。研究區(qū)馬五6-10層為微晶云巖與泥云巖的不等厚互層，局部含石膏。馬五5層為微晶灰?guī)r夾厚度不等的粉晶云巖，底部發(fā)育數(shù)厘米厚度穩(wěn)定的疊層石云灰?guī)r和砂屑云灰?guī)r。馬五4層為含膏白云巖、微-粉晶白云巖和泥云巖的不等厚互層，中部及下部膏質(zhì)泥云巖發(fā)育。馬五3層為膏質(zhì)泥云巖夾含膏粉晶云巖。馬五2和馬五1層為含膏白云巖、微-粉晶白云巖的互層，但馬五1層的含膏程度要高于馬五2層。

中奧陶世末，盆地中東部抬升遭受剝蝕，缺失上奧陶統(tǒng)，而中央古隆起以西及盆地南緣仍接收一套深水相沉積[8-9](圖1；表1)。奧陶紀(jì)末，由于秦嶺海槽的閉合，華北地塊整體抬升遭受剝蝕，海水從盆地本部向南西方向退出。換言之，盆地中東部在加里東期，至少經(jīng)歷了兩期構(gòu)造隆升。

表1鄂爾多斯盆地奧陶系劃分

Table 1Stratigraphic subdivision of the Ordovician in the Ordos Basin

2　巖石相

大牛地奧陶紀(jì)巖溶地層最顯著的特點(diǎn)是角礫化，根據(jù)角礫間的接觸關(guān)系和角礫的支撐類(lèi)型，參考Loucks的巖溶角礫分類(lèi)[10]，可以將巖溶角礫巖劃分為五種巖石相(表2)。

2.1裂紋連續(xù)角礫巖相

角礫成分單一，沒(méi)有發(fā)生明顯位移，大小不一且棱角明顯。角礫間被方解石充填(圖2a)，局部出現(xiàn)半充填。方解石充填物中見(jiàn)黑色包裹體，經(jīng)拉曼檢測(cè)為瀝青包裹體(圖3)。該巖相發(fā)育在馬五5中，通過(guò)地層對(duì)比可知其橫向變化穩(wěn)定，說(shuō)明該巖相具有橫向連續(xù)的特點(diǎn)。馬五5層中的該巖相無(wú)法從測(cè)井曲線上進(jìn)行識(shí)別，主要原因是裂縫充填嚴(yán)重，充填物和角礫成分基本相同，均為方解石。

2.2裂紋-鑲嵌角礫巖相

角礫仍沒(méi)有發(fā)生明顯位移，成分單一。角礫由于溶蝕而棱角不明顯，角礫間往往被白云石充填，其次為泥質(zhì)、云泥充填(圖2b)。該巖石相主要出現(xiàn)在馬五1層、馬五2層和馬五4層中，厚度差別大，橫向連續(xù)性差，可在數(shù)百米內(nèi)消失。測(cè)井曲線響應(yīng)為低自然伽馬，中等電阻率，孔隙度測(cè)井表現(xiàn)出孔隙型儲(chǔ)層的特點(diǎn)。

2.3紊亂角礫巖相

角礫成分復(fù)雜，分選較差但有一定的磨圓。根據(jù)顆粒的支撐類(lèi)型可分為顆粒支撐紊亂角礫巖相和雜基支撐紊亂角礫巖相。

表2　大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼巖石相類(lèi)型Table 2　Lithofacies types of the Ordovician weathering crust in Daniudi gasfield

2.3.1顆粒支撐紊亂角礫巖相

角礫與角礫直接接觸，角礫間被云質(zhì)泥巖充填(圖2c)。該巖相主要發(fā)育在馬五3層、馬五4層中部及下部，其次是馬五1層，馬五2層和馬五6-10層頂部，測(cè)井響應(yīng)為中等自然伽馬和電阻率。

2.3.2雜基支撐紊亂角礫巖相

該巖相與顆粒支撐紊亂角礫巖相最大的區(qū)別是雜基含量高，雜基主要為泥巖和云泥巖。角礫漂浮在雜基中，角礫分選差、磨圓差。角礫成分以白云巖為主，偶見(jiàn)硅質(zhì)疊層石白云巖、石英碎屑、變質(zhì)巖，表明礫石為地表水?dāng)y帶而來(lái)(圖2d)。該巖相主要發(fā)育在馬五3層和馬五4層中部及下部，測(cè)井響應(yīng)特征為中-高自然伽馬和低電阻率，測(cè)井曲線齒化明顯。

2.4砂礫巖相

該巖相類(lèi)似于碎屑巖中的砂礫巖，碎屑顆粒主要為白云巖和石英(圖2e)，含量低于20%，粒度一般小于1cm。雜基為黑色泥質(zhì)，見(jiàn)炭屑，牽引流特征明顯，常發(fā)育在水平洞穴及落水洞中[11]。主要發(fā)育在馬五4層中部及下部，測(cè)井響應(yīng)特征為高自然伽馬、高聲波時(shí)差、低密度和電阻率。

3　巖溶特征

通過(guò)測(cè)井曲線和巖心資料，可以將風(fēng)化殼剖面結(jié)構(gòu)劃分為兩個(gè)組成部分(圖3)：紊亂角礫巖相和砂礫巖相；裂紋角礫巖相和裂紋-鑲嵌角礫巖相。

紊亂角礫巖相和砂礫巖相往往是水平潛流帶的產(chǎn)物，潛流帶最下部往往是紊亂角礫巖相，代表上覆地層垮塌，被地下水短距離搬運(yùn)改造，分布普遍但厚度變化大。潛流帶上部為砂礫巖相，厚度變化較大(0～2m)。潛流帶中含少量的石英顆粒、炭屑、硅質(zhì)疊層石白云巖、云母石英片巖及石英巖，它們均不是來(lái)自于奧陶系本身，而是地下水長(zhǎng)距離搬運(yùn)，進(jìn)而下滲、潛流的結(jié)果，巖心可以明顯看到礫石的定向排列及流水形成的各種沉積構(gòu)造(圖2f)。

頂部為裂紋連續(xù)角礫巖相或裂紋—鑲嵌角礫巖相，不管是哪種巖相，角礫成分單一，無(wú)分選，角礫間可以被泥質(zhì)、淡水白云石和方解石充填，巖心中往往可以看到泥巖組分由上向下的灌入(圖2g)。

從奧陶系巖溶剖面可以看出(圖4)，馬家溝組頂部至少存在3期巖溶，對(duì)應(yīng)3期水平巖溶帶。第一期水平巖溶帶主要發(fā)育在馬五3層，第二期水平巖溶帶主要發(fā)育在馬五4(2+3)層，第三期水平巖溶帶主要發(fā)育在馬五6-10層頂部。

圖2　大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼典型巖石相照片F(xiàn)ig.2　Lithofacies photos of the Ordovician weathering curst in Daniudi gasfielda.裂紋連續(xù)角礫巖相，角礫無(wú)分選、無(wú)磨圓，方解石充填，D88井，2 818.87～2 819.06 m，馬五5；b.裂紋-鑲嵌角礫巖相，角礫呈鑲嵌狀，磨圓一般，泥云巖充填角礫間，D93井，2 905.5～2 905.65 m，馬五2；c.顆粒支撐紊亂角礫巖相，角礫分選差，磨圓一般，顆粒相互支撐，D60井，2 926.98～2927.2 m，馬五1；d.雜基支撐紊亂角礫巖相，角礫漂浮在黑色泥質(zhì)中，D32井，2 949.15～2 949.29 m，馬五4(3)；e.砂礫巖相，顆粒分選差，磨圓一般，D55-5井，2 669.95～2 670.06 m，馬五4(3)；f.牽引流構(gòu)造，具正粒序特征，D56井，2 839.05～2 839.31 m，馬五6-10；g.黑色泥質(zhì)沿裂隙垂直灌入，D34井，2 761.30～2 761.46 m，馬五2(1)；h.膏?？装l(fā)育，被方解石半充填，D69井，2 922.50～2 922.70 m，馬五4(1)；i.砂礫巖相，大塊崩塌角礫，D32井，2 836.20～2 836.39 m，馬五1(3)；j.顆粒支撐紊亂　　角礫巖相，角礫間充填灰綠色泥質(zhì)，D55-5井，2 702.58～2 702.7 m，馬五6-10

圖3　大牛地氣田馬五5層裂縫充填物中包裹體拉曼特征Fig.3　Raman characteristics of inclusions in fracture fillings of M55in Daniudi gasfield

第一期巖溶的垂直滲流帶為馬五1層和馬五2層，角礫化明顯，以白云石充填為主，其次是泥巖或云質(zhì)泥巖，可以明顯看到灰黑色泥質(zhì)沿垂直裂隙向下充填(圖2f)，該垂直滲流帶在巖溶高地和巖溶斜坡溝槽發(fā)育處被剝蝕而不存在。水平潛流帶發(fā)育在馬五3層中，普遍為一套紊亂角礫巖相，除極個(gè)別井由于垮塌而厚度變薄外，大部分井厚度相對(duì)較穩(wěn)定。

第二期巖溶的垂直滲流帶為馬五4(2)以上地層，部分馬五4(1)垂直巖溶帶由于強(qiáng)烈?guī)r溶作用發(fā)生垮塌而不復(fù)存在，其它則部分被保留了下來(lái)。從保留下來(lái)的馬五4(1)垂直巖溶帶可以看出，巖相以裂紋—鑲嵌角礫巖相為主，角礫間均為淡水白云石充填，說(shuō)明地下水下滲過(guò)程中，泥質(zhì)優(yōu)先沉淀在淺層，隨著下滲距離的增加，水體中泥質(zhì)組分逐漸減少，馬五4(1)小層的含膏白云巖經(jīng)過(guò)巖溶后，石膏被溶解形成膏?？?，部分被方解石半充填(圖2h)。第二期巖溶的水平潛流帶主要發(fā)育在馬五4(2+3)層。巖相以紊亂角礫巖相為主，在部分井還可見(jiàn)洞穴砂礫巖相(圖2d)，裂紋-鑲嵌角礫巖相偶見(jiàn)，其形成可能為垂直滲流帶的垮塌形成的巨大角礫(圖2i)。

圖4　大牛地氣田馬家溝組巖溶旋回剖面Fig.4　Karst cycle section of the Majiagou Formation in Daniudi gasfield

第三期巖溶的垂直滲流帶發(fā)育在馬五6-10層以上，馬五5層垂直滲流帶在大部分區(qū)域?yàn)樵瓲畹貙?，破裂不明顯，但在溝槽及巖溶高地，馬五5層上部為原狀地層，而下部為裂紋連續(xù)角礫巖相，角礫間被方解石充填-半充填，不見(jiàn)泥質(zhì)充填和云質(zhì)充填。馬五6-10水平潛流帶受取心資料的限制，僅在馬五6-10頂部出現(xiàn)，厚度至少超過(guò)10m，巖相為顆粒支撐和雜基支撐的紊亂角礫巖相，角礫間充填灰綠色泥巖(圖2j)。

4　巖溶旋回與構(gòu)造期次

大規(guī)模的構(gòu)造隆升(或沉降)將導(dǎo)致多期巖溶旋回，從理論上講巖溶旋回的形成序次有兩種基本型式：一種是上老下新，另一種為下老上新。上老下新代表構(gòu)造隆升，潛水面間歇性下降，現(xiàn)今地表中發(fā)育的洞穴多屬這種情況[12]。后者則是在潛水面間歇性上升過(guò)程中形成。大牛地氣田奧陶系的巖溶序次具有上老下新的特征，理由如下。

1) 區(qū)域地質(zhì)表明，中奧陶世末中央古隆起及其以東開(kāi)始抬升，遭受剝蝕，缺失上奧陶統(tǒng)。晚奧陶世末，秦嶺海槽閉合，整個(gè)華北地塊抬升遭受剝蝕，缺失志留-泥盆系。以上表明中-晚奧陶世華北地塊至少經(jīng)歷了兩期區(qū)域構(gòu)造抬升。

2) 從三期巖溶垂直滲流帶角礫間的充填物質(zhì)可以看出，第一期最為復(fù)雜，角礫間被泥質(zhì)、云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)云巖、炭質(zhì)和方解石充填。第二期主要是白云石充填，其次是泥質(zhì)云巖充填。而第三期則是方解石充填。3期巖溶的水平潛流帶也有各自的特征，第一期和第二期的水平潛流帶較為相似，礫石主要來(lái)自本層巖石及上覆地層的垮塌，少量為地表水帶來(lái)的盆外礫石，如石英礫、變質(zhì)巖礫石、硅質(zhì)疊層石白云巖等，礫石間的泥以黑色為主。第三期水平潛流帶的礫石則全部來(lái)自馬五6-10層自身，尚未看到上覆馬五5層中垮塌的灰?guī)r礫石。由此可以看出，最上面的第一期和第二期巖溶帶經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的、更為復(fù)雜的巖溶，而最下面的第三期巖溶則相對(duì)簡(jiǎn)單，巖溶作用亦不強(qiáng)，反映出3期巖溶具有上老下新的特征。

3) 第一期和第二期水平潛流帶中含少量石英碎屑及疊層石白云巖，而第三期水平潛流帶中不見(jiàn)疊層石白云巖，石英碎屑也很少。第一期和第二期巖溶發(fā)生時(shí)，薊縣系和中-晚元古代的基底提供部分物質(zhì)來(lái)源，到第三期巖溶時(shí)，可以認(rèn)為薊縣系已被剝蝕殆盡，不再提供物源。上古生界本溪組和太原組含有大量的石英碎屑及變質(zhì)巖屑，不見(jiàn)疊層石白云巖，也可以佐證薊縣系疊層石白云巖物源在加里東早期就被剝蝕殆盡。亦說(shuō)明3期巖溶具有上老下新的特征。

通過(guò)以上分析可以看出，大牛地氣田奧陶系的3期巖溶是在晚奧陶世階段性的構(gòu)造抬升過(guò)程中形成的，巖溶旋回具有上老下新的特征，但這3期巖溶與區(qū)域性的兩次構(gòu)造抬升如何匹配，尚很難給出回答。

5　巖溶儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在水平潛流帶中，特別是灰?guī)r地層[13-14]中，由于潛流帶長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，水體以擴(kuò)散流的方式穿過(guò)潛流帶。溶縫、節(jié)理、裂縫等都可作為水體流動(dòng)的通道，由于體系開(kāi)放，溶解產(chǎn)物可以被及時(shí)帶出，所以在灰?guī)r地層中，易看到大的洞穴[15-16]。然而，對(duì)于白云巖-膏鹽地層而言，石膏、鹽巖具有易溶的特點(diǎn)，且白云巖由于晶格生長(zhǎng)不完善導(dǎo)致的晶體內(nèi)劈理裂隙的出現(xiàn)，成為擴(kuò)散溶蝕的主要通道。結(jié)果是溶解過(guò)程中白云石晶體間的聯(lián)結(jié)力減弱，結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越疏松，從而產(chǎn)生整體巖溶。初期以滲透-溶蝕為主，后期以分解-跨塌為主，所以白云巖-膏鹽地層的巖溶過(guò)程就是一個(gè)邊溶蝕邊垮塌的過(guò)程。整個(gè)奧陶系巖溶地層偶見(jiàn)巖溶洞穴及其充填，大量存在的是巖溶角礫巖。奧陶系3期水平潛流帶都處于白云巖-膏鹽中，潛流帶均為紊亂角礫巖和少量洞穴砂礫巖，角礫間基本是致密無(wú)孔的白云質(zhì)泥巖或泥質(zhì)白云巖，儲(chǔ)層物性差，孔隙度普遍小于4%，滲透率小于0.1×10-3μm2(圖5)。

圖5　大牛地氣田馬家溝組不同巖溶旋回孔-滲交匯圖Fig.5　Crossplot of porosity and permeability of different karst cycles of the Majiagou Formation in Daniudi gasfield

對(duì)于垂直滲透帶，孔隙中同時(shí)充滿著空氣和水，水體以?xún)煞N明顯不同的方式經(jīng)過(guò)滲流帶，一種是擴(kuò)散方式，另一種是通過(guò)裂縫、節(jié)理、落水洞快速流動(dòng)到潛水面。所以垂直滲流帶的巖溶具有不均勻性，特別是白云巖地層。研究區(qū)奧陶系垂直滲流帶的表現(xiàn)形式是，巖溶強(qiáng)的區(qū)域垂直滲流帶被溶解、垮塌而不復(fù)存在，上下兩層水平潛流帶疊合在一起。巖溶弱的區(qū)域則相對(duì)保存完整，地層發(fā)生破裂、溶蝕，形成裂紋角礫巖及鑲嵌角礫巖，儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性相對(duì)較好，孔隙度普遍大于3%，滲透率大于0.06×10-3μm2(圖5)，為研究區(qū)風(fēng)化殼的主力產(chǎn)層。然而，有些區(qū)域由于局部溶蝕強(qiáng)而發(fā)生整體垮塌，垮塌規(guī)模可達(dá)數(shù)十米，對(duì)于這種類(lèi)型的儲(chǔ)層，其儲(chǔ)集物性仍較好。

3期垂直滲透帶對(duì)應(yīng)于3期巖溶的頂板，最上面的第一期巖溶頂板分布層位為馬五1(3)—馬五2(2)(研究區(qū)馬五1(3)以上地層基本被剝蝕殆盡)，原巖主要為含膏白云巖和微晶白云巖，由于巖石的易溶及經(jīng)歷的巖溶時(shí)間較長(zhǎng)，頂板遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化、淋濾、剝蝕，現(xiàn)今保留下來(lái)的地層以殘丘的形式存在(圖6)。中間的第二期巖溶頂板分布層位為馬五4(1)，厚度較小，原巖仍為含膏白云巖，頂板在強(qiáng)烈的溶蝕作用下，發(fā)生巖溶垮塌，甚至破裂形成紊亂角礫巖，沒(méi)有發(fā)生垮塌的頂板則孔隙發(fā)育，儲(chǔ)集物性好。最下面的第三期巖溶頂板分布層位為馬五5，原巖為微晶灰?guī)r夾厚度不等的白云巖，厚度30m左右。從大量的取心資料來(lái)看，該套微晶灰?guī)r不見(jiàn)任何溶蝕孔洞，說(shuō)明地表水下滲至馬五5層時(shí)，由于溶蝕作用使水體中Ca2+增加，富Ca2+的孔隙水對(duì)灰?guī)r而言是飽和的。從測(cè)井曲線形態(tài)來(lái)看，少量井鉆遇溶蝕洞穴，亦不排除是大的溶縫?？紤]到第三期巖溶是最弱的，說(shuō)明大氣水并不是以擴(kuò)散的方式均勻穿過(guò)馬五5層微晶灰?guī)r的，而是通過(guò)裂縫、溶縫等通道進(jìn)入水平潛流帶，所以馬五5層微晶灰?guī)r的溶蝕并不明顯。在巖溶高地及斜坡溝槽發(fā)育處(圖6)，馬五5中部及下部見(jiàn)裂紋連續(xù)角礫巖相，角礫間被巨晶方解石充填-半充填(圖2a)，無(wú)任何泥質(zhì)。考慮到發(fā)育區(qū)域、所在層段及無(wú)任何泥巖充填，認(rèn)為是上古生界、甚至中生界沉積后，由于巖溶高地及斜坡溝槽區(qū)域馬五5層之上的奧陶系較薄，而馬五5層之下的水平潛流帶沉積具有可壓縮性，巨厚的上覆地層導(dǎo)致馬五5層中部及下部地層變形破裂，來(lái)自下部富含CaCO3的孔隙水沿著裂縫向上運(yùn)移，隨著壓力的降低，方解石充填裂縫。方解石中包裹有瀝青也證明其形成時(shí)間較晚(圖3)，所以第三期水平潛流帶的頂板與巖溶關(guān)系不大。

圖7　大牛氣田地奧陶系風(fēng)化殼垂直滲流帶裂紋-鑲嵌角礫巖相分布Fig.7　Distribution of crackle-mosaic breccias in the first and second vertical vadose zones of the Ordovician weathering crust in Daniudi gasfield

綜上所述，奧陶系巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在第一期和第二期巖溶的垂直滲流帶中，并且要求垂直滲流帶沒(méi)有發(fā)生明顯的垮塌，儲(chǔ)層發(fā)育的巖相為裂紋-鑲嵌角礫巖相。根據(jù)大量的鉆井資料，編制了奧陶系第一期和第二期巖溶垂直滲流帶的裂紋-鑲嵌角礫巖相分布圖(圖7)，指明了下一步天然氣的勘探方向。

6　結(jié)論

1) 奧陶系巖溶地層發(fā)育5種巖溶相，儲(chǔ)層主要發(fā)育在裂紋-鑲嵌角礫巖相中，該巖相主要賦存于第一期和第二期巖溶的垂直滲流帶中，即洞穴層頂板中。

2) 馬家溝組發(fā)育3期巖溶，具有上老下新的特征。上面兩期巖溶規(guī)模較大，而第三期巖溶規(guī)模相對(duì)較小，最終結(jié)果是風(fēng)化殼儲(chǔ)層的發(fā)育主要與上部?jī)善趲r溶有關(guān)。

3) 研究區(qū)奧陶系儲(chǔ)層欠發(fā)育的主要因素是巖溶作用過(guò)強(qiáng)，特別是上部?jī)善趲r溶洞穴發(fā)生垮塌，角礫間被泥質(zhì)、云質(zhì)泥巖充填而使儲(chǔ)集性能變差，所以垂直滲流帶中巖溶較弱的區(qū)域是儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

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(編輯董立)

Development patterns of collapse-type karst reservoirs in the Ordovician of Daniudi gasfield, Ordos Basin

Ding Xiaoqi1,2,Zhang Shaonan2,Pan Huaixiao3,Li Liang3,Jia Huichong3

(1.EnergyCollege,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China;3.SINOPECNorthChinaCompany,Zhengzhou,Henan450006,China)

Due to wide application of horizontal well fracturing technology in the Ordovician weathering crust reservoirs of Daniudi gasfield,Ordos Basin,karst reservoirs exhibit its great potential of gas production,regardless of its low porosity,permeability and strong heterogeneity.However,development pattern of reservoir is the key of gas accumulation in karst reservoirs.Karst cycles and reservoirs distribution are studied by using lithofacies based on core observation and well-logging interpretation.The following results were obtained.(1) Three Karst cycles can be identified in the Ordovician Majiagou Formation.The upper two karst cycles formed in the earlier time and are larger in scale than the lower one; therefore the development of karst reservoirs are mainly related to the upper two karst cycles.(2) The long-term dissolution of gypsiferous dolostone and muddy dolostone layers produces fractures in cave-roof zone and finally led to the collapse of overlying strata,forming a thick layer of breccias.(3) Reservoirs are mainly developed in areas with relatively weak karst intensity.Laterally,they mainly occur in monadnock of palaeogeomorphology slope,while vertically,they are distributed in the intact vadose zones of upper two karst cycles.The lithofacies are dominated by crackle-mosaic breccias lithofacies.The research on karst cycles and lithofacies will play significant roles in the reservoir predication for the following gas exploration.

karst,reservoir,lithofacies,Ordovician,Daniudi gasfield,Ordos Basin

2015-10-21;

2015-12-21。

丁曉琪(1981—),男,博士、副教授,石油地質(zhì)學(xué)。E-mail:xiaoqiding@qq.com。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05045)；成都理工大學(xué)中青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目；成都理工大學(xué)校級(jí)科研團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(KYTD201401)。

0253-9985(2016)02-0210-08

10.11743/ogg20160209

TE122.2

A