鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組巖溶古地貌研究

周 康，劉銀山

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710075)

鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組巖溶古地貌研究

周 康，劉銀山

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710075)

鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組碳酸鹽巖儲層顯示良好的天然氣勘探開發(fā)前景。通過應(yīng)用沉積學理論、綜合地質(zhì)、鉆井、測井及相關(guān)實驗數(shù)據(jù)得出其地球化學和沉積特征等，同時對研究區(qū)古地貌進行恢復，明確古地貌特征及對儲層發(fā)育的控制作用，最終對有利儲集帶進行預(yù)測研究。結(jié)果表明：馬家溝組儲層主要為馬六段和馬五段灰色、灰白色厚層、塊狀灰?guī)r和白云巖，二者普遍含有巖漿碳酸巖和沉積碳酸鹽巖，具有δ13C和δ18O偏負特征，屬早古生代海相碳酸鹽巖沉積特征。區(qū)內(nèi)古地貌呈現(xiàn)臺地為主，溝臺并存局面，以古巖溶臺地、古巖溶斜坡和古巖溶盆地為主，東南部存在巖溶殘丘。其中東部鋁土巖風化殼、古巖溶斜坡及東南部溶蝕殘丘是天然氣富集的有利地帶。

鄂爾多斯盆地東南部；古巖溶地貌；馬家溝組；有利儲集帶

巖溶地貌是指在可溶性巖石地區(qū)，在地下水和地表水的化學過程和物理過程共同作用下，對可溶性巖石的破壞和改造，及其形成的水文和地貌現(xiàn)象。古巖溶則是指地質(zhì)歷史中的巖溶，它通常被年輕的沉積物或沉積巖所覆蓋[1-3]。鄂爾多斯盆地下古生界以海相碳酸鹽巖沉積為主，受加里東運動影響，盆地主體抬升并開始遭受漫長的風化剝蝕，在西高東低的古地貌背景上形成了具有古巖溶地貌特征的侵蝕臺地、侵蝕斜坡、侵蝕溝槽等地貌單元，造就了一系列以溶孔、溶洞、微裂縫相互溝通的空間網(wǎng)絡(luò)，形成天然氣的主要聚集空間[4-7]。因此，古巖溶地貌展布特征及性質(zhì)是決定天然氣富集成藏的重要因素，對氣田儲層物性及產(chǎn)能有明顯的影響作用。

鄂爾多斯盆地東南部主要位于延安市區(qū)及榆林南部，構(gòu)造上處鄂爾多斯盆地斜坡構(gòu)造(見圖1)。近年來，區(qū)內(nèi)下古生界特別是馬家溝組天然氣勘探開發(fā)取得突破性進展，但對下古生界馬家溝組基礎(chǔ)地質(zhì)研究，特別是古巖溶地貌研究還十分欠缺，極大阻礙了天然氣勘探開發(fā)的進程。因此，研究該區(qū)馬家溝組古巖溶地貌特征及其區(qū)域分布規(guī)律，恢復古地貌格局，對于掌握天然氣有利儲層展布特征及后期有效勘探至關(guān)重要。

1 鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組地層

及儲層特征

鄂爾多斯盆地東南部馬家溝組地層自下而上可以分為6段，其儲層主要為馬六段和馬五段，巖石類型以灰色、灰白色厚層、塊狀灰?guī)r、白云巖為主。

馬六段地層巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、灰?guī)r為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r沉積，主要分布在子長、延長、甘泉等一帶，呈南北向展布。研究區(qū)西部剝蝕嚴重，東部及東南部剝蝕相對較少，其地層厚度變化較大，主要分布在15～20 m之間，往區(qū)塊南部厚度逐漸增加。

馬五段地層為一套灰、灰褐色白云巖、泥質(zhì)白云巖夾薄層深灰、灰黑色云質(zhì)或灰質(zhì)泥巖，下部夾薄層灰白色石膏，底部為灰白色鹽巖夾膏質(zhì)鹽巖層。其區(qū)內(nèi)普遍存在且厚度穩(wěn)定，局部地區(qū)存在少量剝蝕，由于溝槽的切割作用使得在溝槽中大多缺失馬五1段地層。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置圖

2 研究區(qū)馬家溝組地球化學特征

地球化學特征能對巖石沉積成巖環(huán)境及物質(zhì)來源有較好的示蹤作用，對其進行分析化驗?zāi)芎芎玫姆从硯r溶古地貌發(fā)育特征[8-10]。

2.1 主要元素地化特征

碳酸鹽巖的主要化學成分是CaO、MgO、CO2，其次是SiO2、TiO、Al2O3等，其相對含量和形成的環(huán)境有密切的關(guān)系。巖漿碳酸巖的K2O/Na2O比值明顯小于沉積碳酸鹽巖，巖漿碳酸巖的K2O/Na2O比值一般小于1，而沉積碳酸鹽巖的K2O/Na2O比值絕大部分大于1[11-12]。

取區(qū)域內(nèi)下古生界灰?guī)r和白云巖各8個樣品，進行主要元素實驗分析，灰?guī)r的主量元素分析如表1：其中有三樣品的K2O/Na2O比值大于1，Al2O3/Na2O比值大于7，SiO2/Na2O比值較高，除Y144-2外，其余兩樣品大于或遠大于30，綜合判別屬于沉積碳酸鹽巖，其余5個樣品的比值特征符合巖漿碳酸巖判別標準。

表1 研究區(qū)下古生界灰?guī)r主量元素分析表

白云巖的主量元素從表2中可以看出Y106-5、Y108-2、Y117-15、Y117-1的K2O/Na2O比值大于1， SiO2/Na2O比值大于30，Al2O3/Na2O的比值都大于7，屬于沉積碳酸鹽巖，其余4個樣品均屬于巖漿碳酸巖。

表2 研究區(qū)下古生界白云巖主量元素分析表

由此可見，本區(qū)下古生界無論是灰?guī)r或白云巖，都含有巖漿碳酸巖和沉積碳酸鹽巖，且?guī)r漿碳酸巖所占的樣品數(shù)量相對多；從平均值來看，白云巖的各項數(shù)據(jù)均值較高，這和整個華北地臺下古生碳酸鹽巖地化特征比較一致，反應(yīng)該區(qū)早古生代沉積環(huán)境為海相環(huán)境。

2.2 微量元素地化特征

海相碳酸鹽的成巖過程是一個錳的獲取過程和鍶的丟失過程[13]。本次研究選取兩種巖性樣品進行分析實驗對比，以明確灰?guī)r和白云巖的微量元素富集規(guī)律差異，進一步分析沉積環(huán)境，所做標準化對比如圖2所示。

從圖2中可以看出灰?guī)r曲線中Rb，Zr，Hf虧損強烈，Cs，Sr和La比較富集，白云巖曲線中Cs，Zr，Hf虧損，Sr和La富集，由此可見，研究區(qū)灰?guī)r和白云巖區(qū)別在于灰?guī)r的Cs明顯富集，而白云巖的Cs明顯虧損，兩條曲線的分布趨勢基本相同的，也進一步證實區(qū)內(nèi)早古生代為海相碳酸鹽巖沉積環(huán)境。

2.3 碳同位素地化特征

碳酸鹽巖碳、氧同位素分析是研究基巖的沉積環(huán)境、成巖作用、膠結(jié)充填物的起源和形成條件的重要方法[14-16]。本次研究采集新鮮巖石樣品50塊，并避開了巖脈充填部位，排除結(jié)晶程度較高的巖石樣品，保證了樣品的可用性。

圖2 研究區(qū)下古生界灰?guī)r(左)和白云(右)巖微量元素球粒隕石標準化圖解

圖3 下古生界碳酸鹽碳、氧同位素分析圖

測數(shù)據(jù)顯示，灰?guī)r的δ13C值分布在-7.28‰～-2.21‰，平均為-3.19‰，δ18O值分布在-12.33‰ ～ -7.84‰，平均為-9.98‰；白云巖的δ13C值分布在-3.76‰ ～ 0.38‰，平均為-1.65‰，δ18O值分布在-9.24‰ ～ -6.11‰，平均為-8.13‰。

將所測得數(shù)據(jù)在碳、氧同位素分析圖上進行分析投點如圖3所示。樣品基本都落在I和II的區(qū)域內(nèi)，顯示儲層的δ13C和δ18O同位素偏負嚴重的特征，說明了研究區(qū)大部分屬于基質(zhì)白云巖，部分屬于裸露環(huán)境成因充填物，后期沉積-成巖過程中受大氣淡水沖刷影響較大的特征。

3 研究區(qū)古巖溶地貌恢復

古地貌恢復常用方法有印模法、殘余厚度法、地球物理法和層序地層法等[17-18]。本文針對區(qū)域?qū)嶋H情況，選擇“殘余厚度法”+“印模法”組合方法，結(jié)合翔實的鉆井分層數(shù)據(jù)及測井資料來進行研究區(qū)古巖溶地貌恢復。

由于研究區(qū)內(nèi)太原組與下伏中石炭統(tǒng)本溪組間與上覆下二疊統(tǒng)山西組間均為沉積間斷假整合接觸關(guān)系，太原組頂與馬家溝組間的殘存厚度同原沉積的厚度并不一致[19-20]。本次研究摒棄了原有以太原組為頂?shù)哪Ｊ?，選取區(qū)域上分布穩(wěn)定的8號煤層為基準面度量全區(qū)不同鉆井基準面到馬家溝組頂剝蝕面的厚度。

3.1 單井解剖和剖面對比

本次研究以區(qū)內(nèi)單井解剖和剖面對比入手，從點到面分析巖溶地貌展布特征，其古巖溶剖面發(fā)育對比分析如圖4所示。

圖4 研究區(qū)南北走向古巖溶剖面發(fā)育特征對比分析圖

由對比的南北向展布剖面圖中可以看出，位于延川縣張家灘往宜川地區(qū)奧陶系殘余厚度最大，上覆8號煤至馬家溝組頂部厚度相對最薄，對應(yīng)出此處應(yīng)為古巖溶高部位。而橫山南部、子長北部延伸至子長、延川北部一線對應(yīng)的奧陶系殘余厚度逐漸變薄，對應(yīng)的上覆沉積有逐漸加厚的趨勢，對應(yīng)出此處應(yīng)為古巖溶相對負地形。

同時，從圖上還可以驗證整個研究區(qū)馬五段只有少量剝蝕，地層厚度穩(wěn)定；而馬六段剝蝕十分明顯，區(qū)域內(nèi)厚度變化比較大。

3.2 鋁土巖風化殼分析

圖5 研究區(qū)馬家溝組頂部鋁土巖風化殼厚度圖

研究區(qū)馬家溝組頂部的風化殼上發(fā)育有一套鋁土巖，屬于風化殘余型鋁土巖，反映出該地層遭受風化剝蝕的程度，厚度在1～6米之間，制作鋁土巖厚度等值線圖(見圖5)。

從圖5中可以看出，區(qū)域中部及東部地區(qū)鋁土巖普遍較厚，說明該區(qū)域地層形成前期地勢較低，遭受剝蝕程度較輕保存較好。另一方面也說明研究區(qū)中部和東部地區(qū)是古溝槽的發(fā)育部位，這將為古地貌恢復提供進一步的參照。

3.3 古巖溶地貌類型劃分

通過上述剖面解析和風化殼厚度分度，本次研究選取大量井數(shù)據(jù)作為依據(jù)，勾繪出研究區(qū)下古生界馬家溝組古地貌圖(見圖6)。

圖6 研究區(qū)古巖溶地貌恢復圖

研究區(qū)內(nèi)由于古溝槽的切割，區(qū)內(nèi)古地貌呈現(xiàn)出以臺地為主，溝臺并存的局面，主要有巖溶臺地、巖溶斜坡、溝槽、巖溶盆地和巖溶殘丘等特征地貌。其中，研究區(qū)東部及中部地區(qū)為溝槽的主要發(fā)育區(qū)；溝槽區(qū)南部即研究區(qū)西南部區(qū)域主要發(fā)育古巖溶臺地，其中間被溝槽分割；溝槽區(qū)西北部主要發(fā)育古巖溶斜坡，其總體沿北西-南東向分布，在探區(qū)分布范圍較大；研究區(qū)東部主要發(fā)育古巖溶盆地，其呈南北向分布并向東延伸，是地勢較低的區(qū)域，也是古溝槽流水匯聚區(qū)域，在巖溶盆地中局部存在微隆區(qū)；古殘丘在研究區(qū)南部、東南部零星分布。

古巖溶斜坡地帶巖性主要為馬五段的云巖和灰質(zhì)云巖；由于受到流水的風化淋浴作用，儲層的孔隙較為發(fā)育，連通性好，可形成利于天然氣聚集的良好儲層；鋁土巖風化殼地區(qū)即古溝槽發(fā)育區(qū)由于上覆厚層的風化殼儲層同樣也是天然氣的有利聚集區(qū)域。另外，研究區(qū)零星分布的古殘丘其頂部主要為馬六段的灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r，層狀溶蝕較為發(fā)育，同樣是天然氣富集的有利地區(qū)。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)馬家溝組儲層主要為馬六段和馬五段，巖石類型以灰色、灰白色厚層、塊狀灰?guī)r和白云巖為主。馬六段在西部剝蝕嚴重，全區(qū)厚度變化較大；馬五段受剝蝕較少，厚度則相對穩(wěn)定。

(2)區(qū)內(nèi)普遍含有巖漿碳酸巖和沉積碳酸鹽巖，但巖漿碳酸巖相對較多，灰?guī)r和白云巖區(qū)別在于灰?guī)r的Cs明顯富集，而白云巖的Cs明顯虧損，二者均具有δ13C和δ18O偏負的特征，反應(yīng)其形成于早古生代海相碳酸鹽巖沉積環(huán)境。

(3)研究區(qū)由于古溝槽的切割，區(qū)內(nèi)古地貌呈現(xiàn)出以臺地為主，溝臺并存的局面。主要以古溝槽、古巖溶臺地、古巖溶斜坡和古巖溶盆地為主，東南部存在巖溶殘丘。

(4)鋁土巖風化殼厚層區(qū)即東部古溝槽區(qū)、古巖溶斜坡及東南部溶蝕殘丘是天然氣富集的有利地帶。

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2016-09-26

周康(1982-)，男，四川樂山人，工程師，主要從事油氣勘探工作。

P539

A

1004-1184(2017)01-0136-04