付斯一，張成弓，陳洪德，陳安清，趙俊興，蘇中堂，楊帥，王果，密文天

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059；3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，呼和浩特 010051）

0 引言

膏鹽巖層可以作為油氣圈閉的良好蓋層已經(jīng)被大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同。同時，膏鹽巖在儲集層形成中的意義也越來越受到地質(zhì)學(xué)家們的關(guān)注，膏鹽巖層系的發(fā)育代表著干燥的氣候和較為局限的沉積環(huán)境，有利于滲透-回流白云石化作用、蒸發(fā)泵白云石化作用的發(fā)育[1-2]，使早期方解石易被高鹽度的白云石化流體交代而形成白云石，提高儲集層物性[3]。相比于碳酸鹽巖，膏鹽巖的可溶性更強，在成巖作用過程中與碳酸鹽巖共生的膏鹽礦物較易被溶蝕形成次生孔隙[4]；高成熟度烴類進入儲集層后，在高溫環(huán)境下，可以與膏鹽組分發(fā)生硫酸鹽熱化學(xué)反應(yīng)（TSR）產(chǎn)生H2S，對深部優(yōu)質(zhì)儲集層的形成具有重要的意義[5-6]。

碳酸鹽巖儲集層通常會經(jīng)歷復(fù)雜漫長的成巖作用，并對成巖作用具有很強的敏感性[7]，極易導(dǎo)致原生孔隙的損失，因此次生孔隙成為儲集空間的主導(dǎo)[8]。成巖作用的類型復(fù)雜繁多，地質(zhì)工作者們將其劃分為“建設(shè)性”和“破壞性”兩大類，白云石化作用、溶蝕作用、去膏化作用等對有效儲集層的發(fā)育具有建設(shè)性[9-13]，機械壓實作用、膠結(jié)作用和充填作用等對儲集層具有破壞性[7,14]。隨著近年來碳酸鹽巖儲集層成巖作用研究的深入和非風(fēng)化殼巖溶型儲集層的發(fā)現(xiàn)[3,15]，使人們意識到碳酸鹽巖“建設(shè)性”成巖作用在孔隙發(fā)育中的重要性，相關(guān)理論的發(fā)展也為有效儲集層分布的預(yù)測提供了新依據(jù)。

國內(nèi)外研究表明，與膏鹽巖層系有關(guān)的白云巖儲集層往往具有豐富的天然氣資源，例如沙特阿布扎比wafra油田古新統(tǒng)[16]、美國德克薩斯州奧陶系[17]、墨西哥灣上侏羅統(tǒng)[9]、波斯灣下三疊統(tǒng)[10]以及巴西桑托斯盆地白堊系[18]均已規(guī)模建產(chǎn)。中國四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組[11]、塔里木盆地寒武系[19]以及鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組鹽下均有發(fā)現(xiàn)[20]。鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系海相碳酸鹽巖是天然氣勘探的重要領(lǐng)域[21]，1989年在盆地中部奧陶系頂部風(fēng)化殼中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)時中國最大的海相碳酸鹽巖氣田靖邊大氣田[22]，證明了奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖具有巨大的天然氣勘探潛力。通過不斷深化海相碳酸鹽巖天然氣成藏富集規(guī)律的研究，在盆地中央古隆起東側(cè)中組合白云巖中取得了重大的勘探突破，并提出了上古生界煤系烴源巖側(cè)向供烴成藏的認(rèn)識[23]，進一步展示出馬家溝組碳酸鹽巖具有良好的勘探前景。在盆地中東部，馬家溝組發(fā)育多套厚層膏鹽巖沉積，尤以奧陶系馬家溝組五段 6亞段（簡稱馬五6亞段）的膏鹽巖分布范圍最廣、沉積厚度最大，因此，常常以馬五6亞段做為盆地中東部鹽上和鹽下層系的分界[24]，并將馬五6—馬五10亞段簡稱為鹽下層段[20]?？碧浇Y(jié)果顯示，多口探井在鹽下馬五7、馬五9亞段鉆遇含氣層，獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流[25]，使得人們對于鹽下層系成藏地質(zhì)條件的研究更為迫切。雖然前人對馬家溝組碳酸鹽巖儲集層進行了不少研究，但研究的重點多關(guān)注于勘探開發(fā)程度較高的馬五段上部的風(fēng)化殼巖溶儲集層[12-13]，或者是將鹽下層系包含于整個馬家溝組碳酸鹽巖之中進行討論[25]。不少學(xué)者討論鄂爾多斯盆地馬五段鹽下白云巖的沉積特征[8]、儲集層特征[26]、成藏條件[23]和天然氣地球化學(xué)特征[27]，但是在孔隙成因、儲集層形成機理以及膏鹽巖對儲集層的影響等方面的認(rèn)識尚存在不足。

本文以鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組五段（簡稱馬五段）鹽下白云巖為對象，研究其巖石學(xué)與礦物學(xué)特征、孔隙特征、成巖作用特征及地球化學(xué)特征，探討儲集層成巖作用過程及其對孔隙發(fā)育的影響，總結(jié)白云巖儲集層的形成演化，以期對研究區(qū)及相似類型的碳酸鹽巖儲集層的勘探與開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地為一典型的多旋回克拉通盆地，面積約為25×104km2[28]，劃分出6個一級構(gòu)造單元，分別為北部伊盟隆起、中部伊陜斜坡、東部晉西撓褶帶、南部渭北隆起以及向西依次發(fā)育的天環(huán)坳陷和西緣沖斷帶[29-30]。本文研究區(qū)位于盆地中東部，橫跨伊陜斜坡、晉西撓褶帶，面積約為5×104km2（見圖1）。

早古生代奧陶紀(jì)馬家溝組沉積期，秦嶺—祁連古洋殼的俯沖作用形成的“L”型古隆起帶控制著鄂爾多斯盆地沉積環(huán)境[8,26]，古隆起帶西部為陸緣海碳酸鹽臺地沉積環(huán)境，發(fā)育有潮坪、臺地、臺地邊緣以及陸棚等沉積相帶；古隆起帶東部受華北海的影響，沿“L”型古隆起向東依次以發(fā)育潮坪、局限臺地、膏鹽湖相沉積[31-32]。根據(jù)巖石類型和沉積旋回特征，馬五段可以細(xì)分為馬五1—馬五10共 10個亞段[33]（見圖1b）。受加里東和海西運動的影響，鄂爾多斯盆地在馬家溝組沉積期后發(fā)生整體抬升[29,32]，經(jīng)歷了長達1.5×108年的沉積間斷，導(dǎo)致馬家溝組頂部長期暴露遭受大氣淡水淋濾，馬五1—馬五4亞段形成大型風(fēng)化殼巖溶裂縫-孔隙型儲集層[34]。而馬五段中下部馬五6—馬五10亞段則較少或未遭受大氣淡水淋濾，以白云巖和膏鹽巖組合發(fā)育為特征，其中馬五7、馬五9亞段以白云巖為主，馬五6、馬五8、馬五10亞段以厚層膏鹽巖為主[35]。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元劃分（a）及盆地中東部馬五段地層柱狀圖（b）

2 儲集層特征

2.1 巖石學(xué)特征

基于巖心觀察及室內(nèi)顯微薄片鑒定結(jié)果，研究區(qū)奧陶系馬家溝組五段巖石類型主要有微晶白云巖、粉—細(xì)晶級的晶粒白云巖和砂屑白云巖。

微晶白云巖，晶體小于50 μm，通常含有泥質(zhì)，含有少量黃鐵礦、硬石膏，常見水平紋層狀構(gòu)造（見圖2a）。陰極發(fā)光下白云巖整體呈暗紅色，局部存在亮紅色光點，說明 Mn元素在部分白云石晶體中富集[14]，而硬石膏基本不發(fā)光（見圖2b）。鏡下可見微晶白云巖呈似“角礫狀”構(gòu)造，孔隙發(fā)育程度一般，可見少量膏?？住Ｑ芯繀^(qū)內(nèi)這類白云巖含量約占20%～25%。

晶粒白云巖，通常為粉—細(xì)晶白云巖、細(xì)晶白云巖。晶體大小為50～200 μm，晶體呈自形—半自形，點-線式接觸（見圖2c），陰極發(fā)光下呈暗紅—橘紅色（見圖2d），常發(fā)育晶間孔（見圖2e）、晶間溶孔（見圖2f）及溶縫，可以成為良好的儲集空間。研究區(qū)內(nèi)這類白云巖含量約占60%～70%。

砂屑白云巖，主要為藻砂屑白云巖及少量鮞粒白云巖。顆粒含量約為 60%～80%，顆粒大小不一，最大者可達0.5 mm×0.5 mm，形狀不規(guī)則，以圓—次圓狀為主（見圖2g），陰極發(fā)光下，顆粒的發(fā)光性較強，呈暗紅色，基質(zhì)的發(fā)光性較弱，呈灰褐色（見圖2h）。顆粒間為泥粉晶白云石充填，溶蝕孔隙發(fā)育（見圖2i）。研究區(qū)內(nèi)這類白云巖含量約占10%左右。

2.2 儲集空間類型及物性

鄂爾多斯盆地中東部奧陶系鹽下白云巖儲集層孔隙類型主要有晶間孔、晶間溶孔、粒間溶孔、膏模孔、溶洞以及裂縫。

晶間孔是鹽下白云巖儲集層的主要儲集空間之一，多分布于自形程度較好的白云石晶體之間，顯微鏡下呈規(guī)則的多邊形（見圖2e）。常發(fā)育在粗粉晶—細(xì)晶白云巖中，孔隙直徑為5～100 μm，最大可達200 μm。

溶蝕作用形成的孔隙是研究區(qū)中另一類主要的儲集空間類型，既有肉眼可以觀察到的大小不一、形態(tài)不規(guī)則的溶孔（見圖3a），也有顯微鏡下的晶間溶孔（見圖2f）、粒間溶孔（見圖2i）和膏?？祝ㄒ妶D3b）。晶間溶孔是由晶間孔進一步溶蝕擴大而形成的，孔隙形態(tài)不規(guī)則。粒間溶孔則是對顆粒間的基質(zhì)或膠結(jié)物溶蝕的產(chǎn)物。膏?？资怯彩嘟Y(jié)核遭受溶蝕后形成的孔隙，呈次圓或橢圓狀，一般仍可見原始的形態(tài)輪廓。鏡下觀察表明，這類溶蝕作用形成的孔隙直徑為20～200 μm。

圖2 鄂爾多斯盆地中東部鹽下白云巖儲集層巖石類型特征

裂縫在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，巖心表面的裂縫大多已被泥質(zhì)、膏質(zhì)充填（見圖3c）。顯微鏡下的裂縫很難判斷其成因是由溶蝕作用還是構(gòu)造作用所導(dǎo)致，但是可以肯定裂縫與溶蝕作用密切相關(guān)；此外，常見溶蝕孔隙沿裂縫的周圍發(fā)育（見圖3d），裂縫的寬度為10～100 μm。

53個樣品物性統(tǒng)計結(jié)果表明，儲集層的孔隙度為2%～10%，平均孔隙度為5.72%（見圖4a）；滲透率為（0.001～5.000）×10-3μm2，絕大多數(shù)樣品的滲透率值小于0.5×10-3μm2（見圖4b）。以上研究結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬五段鹽下白云巖屬于典型的低孔-低滲型儲集層。從巖石類型上來看，砂屑白云巖具有較好的孔滲性，平均孔隙度為5.86%，平均滲透率為0.47×10-3μm2；晶粒白云巖的孔滲性能次之，平均孔隙度為3.47%，平均滲透率為0.31×10-3μm2。

3 成巖作用特征

3.1 成巖作用類型

自馬家溝組沉積期后，研究區(qū)經(jīng)歷了晚加里東、早海西、印支和燕山等一系列構(gòu)造運動，成巖作用類型和成巖過程十分復(fù)雜。鏡下顯微薄片觀察表明，儲集層所經(jīng)歷的成巖作用有白云石化作用、溶蝕作用、充填作用、重結(jié)晶作用、壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用和硅化作用等。

圖3 鄂爾多斯盆地中東部鹽下白云巖儲集空間及成巖作用類型

圖4 鄂爾多斯盆地馬五段鹽下白云巖儲集層孔隙度（a）和滲透率（b）頻率直方圖

3.1.1 白云石化作用

白云石化作用形成的晶間孔是鹽下層系的儲集空間之一，大范圍發(fā)育的白云石化作用不僅可以形成有效孔隙，同時也對孔隙的保存做出貢獻[1]。研究區(qū)白云石化作用過程可以分為 3個階段：①同生—準(zhǔn)同生期的蒸發(fā)泵白云石化作用；②準(zhǔn)同生—淺埋藏階段滲透-回流白云石化作用；③埋藏期的埋藏白云石化作用。

地球化學(xué)分析結(jié)果表明，鹽下白云巖中 SiO2和Al2O3平均含量分別為 2.09%和 0.46%，部分樣品中SiO2含量大于 3.00%，很可能與沉積期西側(cè)古隆起陸源物質(zhì)的混入有關(guān)[36]，或者與自生石英的沉淀有關(guān)（見圖2i）。CaO和MgO的含量可以反映白云石化的程度，CaO與MgO線性相關(guān)圖可以反映白云巖是沉積成因還是交代成因[37]。研究區(qū)白云巖整體上具有高CaO值、低MgO值的特征，說明白云石化作用并不徹底（見表1、圖5）。其中，微晶白云巖的CaO與MgO含量呈明顯的線性正相關(guān)，反映出沉積成因；晶粒白云巖和砂屑白云巖的CaO與 MgO含量則更多表現(xiàn)為線性負(fù)相關(guān)，反映為交代或重結(jié)晶成因。不同類型白云巖的δ13C值均為-0.57‰～1.86‰，平均值為0.75‰（見表1、圖6），與同時期全球海水的δ13C值相當(dāng)[38]，表明白云石化流體來源于同時期的海水。微晶白云巖δ18O值為-6.18‰～-5.05‰，平均值為-5.48‰；砂屑白云巖δ18O值為-6.05‰～-4.12‰，平均值為-5.28‰，均與同時期海水δ18O值相當(dāng)[38]（見圖6），說明白云石化的流體主要來源于海水。晶粒白云巖δ18O值為-7.31‰～-5.30‰，平均值為-6.11‰，雖然大多數(shù)δ18O值仍位于同時期海水范圍值內(nèi)，但是部分δ18O值負(fù)偏（小于-7.00‰），表明白云石化流體與同時期的海水密切相關(guān)，但是后期成巖流體的溫度、鹽度以及PH值的改變造成了部分樣品δ18O值負(fù)偏。在高溫、高壓的埋藏環(huán)境中形成的白云石往往具有較低的δ18O值，此外晶粒白云巖的δ18O值并未小于-10.0‰，說明未受到熱液作用的影響，這類晶粒白云巖顯示出埋藏白云石化的特征。87Sr/86Sr值也提供了類似的證據(jù)，砂屑白云巖的87Sr/86Sr值為 0.708 323～0.709 602，平均值為0.709 016；微晶白云巖的87Sr/86Sr值為 0.709 601～0.709 844，平均值為0.709 686；晶粒白云巖的87Sr/86Sr值為0.708 892～0.710 717，平均值為0.709 636。由圖7可知，大部分砂屑白云巖和部分晶粒白云巖的87Sr/86Sr值基本位于同期海水值[38]范圍內(nèi)，說明白云石化的流體主要來自于海水，但存在成巖流體來自或流經(jīng)富87Sr的地層。微晶白云巖的87Sr/86Sr值均高于同時期的海水，可以理解為一方面是由于在強蒸發(fā)環(huán)境下，海水中的87Sr含量會增加，從而導(dǎo)致比值增大[39]；另一方面，大氣淡水的作用也可能會導(dǎo)致鍶同位素值的增加[40]。晶粒白云巖中的87Sr/86Sr值偏大，更大可能是埋藏期遭受到來自上覆石炭系壓釋的含鋁硅酸鹽流體的影響[41-42]。因此，微晶白云巖和砂屑白云巖是準(zhǔn)同生期蒸發(fā)白云石化作用的結(jié)果，晶粒白云巖更多的是滲透-回流白云石化的產(chǎn)物且存在埋藏期流體作用的影響。

3.1.2 溶蝕作用

溶蝕作用是儲集層次生孔隙發(fā)育的主要原因之一，巖心觀察和鏡下鑄體薄片鑒定表明，主要的溶蝕孔隙有晶間溶孔（見圖2f）、粒間溶孔（見圖2i）、膏?？祝ㄒ妶D3b）和溶縫（見圖3d）。J-2井孔隙度、滲透率分析表明（見圖8），存在局部高孔、高滲層段，結(jié)合鏡下鑄體薄片，高孔滲層段的發(fā)育一方面與原始砂屑格架密切相關(guān)，另一方面與溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙有關(guān)，溶蝕孔隙部分被有機質(zhì)充填或沿孔隙邊緣發(fā)育有機質(zhì)環(huán)邊（見圖9）。

表1 鹽下白云巖地球化學(xué)分析結(jié)果

圖5 鄂爾多斯盆地鹽下白云巖CaO、MgO含量交會圖

圖6 鄂爾多斯盆地鹽下白云巖δ13C和δ18O值分布圖

圖8 鄂爾多斯盆地J-2井馬五段地層柱狀圖

進一步結(jié)合地球化學(xué)和孔隙充填物特征分析認(rèn)為，整個鹽下層系主要受兩期溶蝕作用的影響，第 1期為短暫海平面變化導(dǎo)致的準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用，第 2期為埋藏階段多種流體對白云巖儲集層溶蝕改造。在鹽下層系沉積過程中存在著多期次次一級的海進—海退旋回，海平面的頻繁交替變化導(dǎo)致沉積物短暫暴露，易溶組分遭受溶蝕，發(fā)育次生溶孔。微晶白云巖巖心斷面上發(fā)育的溶蝕孔洞（見圖3a）是準(zhǔn)同生期溶蝕作用的結(jié)果，孔洞大小通常為1～5 cm，個別可達10 cm，部分孔洞被膏鹽巖充填。因此，微晶白云巖中87Sr/86Sr值偏大可以被理解為是大氣淡水溶蝕作用的結(jié)果。晚加里東—早海西沉積期后，馬五段白云巖進入埋藏階段，溶蝕作用主要有有機酸溶蝕以及 TSR的溶蝕改造。在有機質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的有機酸和 CO2是地層中酸性流體的主要來源[40]。印支末期—燕山早期，上古生界煤系烴源巖進入生烴高峰期[15]，與這套烴源巖側(cè)向直接接觸的鹽下白云巖接受了大量烴類酸性流體，鹽下白云巖儲集層微裂縫發(fā)育，在埋藏過程中酸性流體易沿著微裂縫滲透進地層，對裂縫周圍的白云石進行溶解形成擴大的溶縫，部分溶縫中可見殘余有機質(zhì)充填（見圖3e）。在這類溶蝕形成的粒間溶孔和晶間溶孔中普遍可見有機質(zhì)充填或沿孔隙邊緣形成有機質(zhì)環(huán)邊（見圖2f、圖2i）。TSR對儲集層的溶蝕改造體現(xiàn)在2個方面：①早期反應(yīng)進行過程中烴類物質(zhì)與膏質(zhì)組分反應(yīng)形成次生孔隙（見圖3f）；②反應(yīng)的主要產(chǎn)物 H2S溶于水后形成強酸性的氫硫酸，對白云巖儲集層具有較強的溶蝕性[6,43]。T-38、JT-1等探井均在鹽下層系測得較高的H2S含量，屬于高含硫氣藏[44]。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，局部硬石膏被次生方解石交代，周圍發(fā)育黃鐵礦（見圖3g），這些都是TSR的典型標(biāo)志。J-2井儲集層孔滲性能的改善就是膏質(zhì)參與TSR反應(yīng)被溶蝕的結(jié)果。

圖9 鄂爾多斯盆地J-2井馬五段鑄體薄片鏡下照片

圖10 馬家溝組鹽下孔隙充填類型頻率分布

3.1.3 充填作用

充填作用是儲集層孔隙度減小的主要原因，常見的孔隙充填物除了溶蝕作用中提到的有機質(zhì)以外，還有方解石、粗晶白云石、鹽巖、硬石膏和自生石英等（見圖10），它們將孔隙、裂縫半充填或全部充填。從充填物的特征與孔隙的關(guān)系上來看，可以識別出兩期充填作用。第 1期發(fā)生在準(zhǔn)同生期，主要表現(xiàn)為高鹽度鹵水對先前相對海平面升降形成的大量溶蝕孔洞進行鹽巖沉淀的化學(xué)充填（見圖3a、圖3c）。第 2期發(fā)生在埋藏階段，進一步細(xì)分為3類：第1類為粗晶白云石的充填，前人研究表明，馬家溝組白云巖中的粗晶白云石與熱流體的改造作用有關(guān)[41]，粗晶白云石的邊緣被有機質(zhì)所包圍，說明這類白云石形成于有機質(zhì)形成之前（見圖2f）；第2類為烴類酸性流體進入儲集層導(dǎo)致孔隙被充填，研究區(qū)存在部分充填的自生石英與有機質(zhì)伴生發(fā)育（見圖2i），說明這類石英的形成與烴類酸性流體的作用密切相關(guān)；第3類為東部鹽洼封存的地下鹵水回流，通過儲集層微裂縫流動發(fā)生白云石化的同時，可以沉淀出后期的石膏對孔隙進行充填（見圖3h）。

3.1.4 重結(jié)晶作用

重結(jié)晶作用會導(dǎo)致白云石的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，適度的重結(jié)晶作用使得變大的晶粒之間相互支撐，從而擴大晶間孔，但是強烈的重結(jié)晶作用往往會使原有的孔隙消失或呈孤立狀存在[14]。研究區(qū)重結(jié)晶作用強烈，更多的表現(xiàn)為對儲集層的破壞，白云石晶體呈鑲嵌狀或者聚集形成大的白云石斑塊（見圖3i），使得前期的孔、縫消失或者縮小。被有機質(zhì)充填的溶蝕擴大微裂縫切穿了重結(jié)晶作用形成的白云石（見圖3e），說明重結(jié)晶作用發(fā)生在烴類酸性流體進入儲集層之前。

3.2 成巖演化序列

結(jié)合巖石學(xué)特征和地球化學(xué)特征的研究，將研究區(qū)成巖演化分為早期和晚期兩類（見圖11）。

早期成巖演化發(fā)生在同生—準(zhǔn)同生期，主要包括早期的白云石化作用、大氣淡水溶蝕作用和充填作用。強蒸發(fā)環(huán)境和局限的海水條件下，濃縮后的海水交代先前形成的碳酸鹽沉積物，使之發(fā)生白云石化，這一期的白云巖常形成微晶白云巖和砂屑白云巖。隨后，海平面的頻繁升降，使得沉積物短暫暴露遭受大氣淡水的侵蝕，形成溶蝕孔洞，同時會在這些溶蝕孔洞內(nèi)形成早期的膏鹽巖充填。

圖11 鄂爾多斯盆地中東部鹽下白云巖儲集層成巖演化

晚期成巖演化發(fā)生在埋藏期，晚石炭世研究區(qū)再次接受沉積，鹽下層系進入埋藏環(huán)境。此時，成巖作用以后期的白云石化作用和與烴類組分有關(guān)的溶蝕作用為主，同時重結(jié)晶作用、充填作用和壓實壓溶作用等也開始發(fā)生。根據(jù)不同的成巖作用現(xiàn)象與孔隙內(nèi)殘存有機質(zhì)的接觸關(guān)系，認(rèn)為重結(jié)晶作用、充填作用等破壞性的成巖作用均發(fā)生在烴類流體進入儲集層之前，說明烴類流體的進入在一定程度上對儲集層空間具有保護作用。

4 鹽下白云巖儲集層形成演化過程

前人研究認(rèn)為，鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組白云巖儲集層上組合主要受控于巖溶古地貌[12]，中央古隆起東側(cè)的中組合白云巖儲集層主要受控于沉積微相及白云石化作用[45]，而盆地中東部馬五段鹽下層系由于較少或未遭受古巖溶的作用，一直關(guān)注較少。已有的研究表明，馬五6—馬五10亞段沉積期，氣候干燥炎熱，中央古隆起的阻隔作用導(dǎo)致水體循環(huán)受限，自古隆起向東依次發(fā)育臺內(nèi)云坪、砂屑灘、含膏（膏質(zhì)）云坪和 潟 湖相沉積[35]，淺水高能相帶中的砂屑灘微相可以成為有利的儲集層發(fā)育區(qū)[26,28]。本文分析認(rèn)為，成巖作用對儲集層具有更加強烈的控制作用，白云石化作用和埋藏期與烴類流體有關(guān)的溶蝕作用對有效儲集層的發(fā)育至關(guān)重要，儲集層形成大致可以分為準(zhǔn)同生—淺埋藏期、晚加里東—早海西構(gòu)造抬升期、中海西—早燕山埋藏期、晚燕山期以后等4個階段。

準(zhǔn)同生—淺埋藏期。多種白云石化作用奠定了研究區(qū)白云巖體發(fā)育的基礎(chǔ)。多期次次一級的海進—海退旋回造成沉積物的短暫暴露，形成了早期的溶蝕孔隙。滲透-回流白云石化作用形成的晶粒白云巖，有利于晶間孔的發(fā)育（見圖12a），這一過程可以持續(xù)到淺埋藏期。

晚加里東—早海西構(gòu)造抬升期。馬家溝組頂部馬五1—馬五4亞段經(jīng)歷了風(fēng)化殼巖溶作用的改造，鹽下白云巖儲集層由于距離風(fēng)化殼較遠(yuǎn)且膏鹽巖層具有阻隔作用，導(dǎo)致這套白云巖體在晚加里東—早海西期并未遭受明顯的巖溶作用改造[46]（見圖12b）。

中海西—早燕山埋藏期。鹽下層系進入埋藏階段，在上覆地層壓實作用下，鹽下層系的溫度、壓力升高，強烈的重結(jié)晶作用對早期孔隙進行破壞，封存在研究區(qū)東部鹽洼之中的富鎂流體大量釋放出來，導(dǎo)致早期形成的白云巖發(fā)生較強的埋藏白云石化作用。而在研究區(qū)的西邊靠近古隆起的地區(qū)，白云巖更多的是保留了滲透-回流成因的特征，某些指標(biāo)上顯示出較弱的埋藏成因特征[47]（見圖12c）。

晚燕山期以后。鄂爾多斯盆地內(nèi)部形成西傾單斜的構(gòu)造格局，推動上覆石炭系烴源巖生成的烴類及其伴生的有機酸向鹽下白云巖儲集體運移，有機酸性流體沿儲集層微裂縫滲透進入地層，對裂縫進行溶擴，溶縫中普遍見有機質(zhì)充填。與供烴窗口附近的白云巖儲集層相比，研究區(qū)內(nèi)有機酸溶蝕形成的孔隙具有細(xì)、少的特點，并未見大量的晶間溶孔、粒間溶孔，說明有機酸在向東部運移的過程中被沖淡導(dǎo)致溶蝕效果降低（見圖12d）。相比于盆地其他地區(qū)的馬家溝組，TSR作用是研究區(qū)獨有的溶蝕現(xiàn)象，TSR及其伴生的氫硫酸可以對儲集層進行強烈、持續(xù)的溶蝕改造，形成優(yōu)質(zhì)儲集層（見圖12d），在今后的勘探過程中可利用硫化氫含量來預(yù)測有利儲集層的分布。

圖12 鄂爾多斯盆地鹽下白云巖儲集層形成階段與成因（剖面位置見圖1）

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地中東部奧陶系鹽下白云巖儲集層主要發(fā)育微晶白云巖、粉—細(xì)晶白云巖和砂屑白云巖。儲集空間以晶間溶孔、粒間溶孔、膏溶孔和溶縫等溶蝕性孔隙為主，同時發(fā)育有晶間孔，為裂縫-孔隙型儲集層。

多期成巖作用控制著有效儲集層的發(fā)育，白云石化作用和溶蝕作用對儲集層的發(fā)育具有建設(shè)性，充填作用和重結(jié)晶作用則對儲集層具有破壞性。

白云石化作用是儲集層發(fā)育的關(guān)鍵因素之一，同生—準(zhǔn)同生階段的蒸發(fā)泵白云石化作用、準(zhǔn)同生—淺埋藏階段的滲透-回流白云石化作用以及后期埋藏白云石化作用對次生孔隙的形成和原生孔隙的保存起到了重要的作用。

多期次的溶蝕作用對次生孔隙的發(fā)育具有重要的影響，準(zhǔn)同生期多期次次一級的海進-海退旋回導(dǎo)致早期沉積物中易溶組分的溶蝕形成次生孔隙。埋藏期的有機酸溶蝕作用使得儲集空間進一步得到改善。由于膏鹽巖的存在，研究區(qū)特有的TSR及其產(chǎn)物H2S生成的氫硫酸對儲集層的溶蝕改造，或許可以成為下一步優(yōu)選勘探目標(biāo)的重要依據(jù)。