鄂爾多斯盆地東南部古巖溶特征及對氣藏的控制

郭 斌 王鳳琴 王寶清 佘 剛 王 婧 劉 偉

(1.西安石油大學地球與科學學院，西安 710065;2.中國石油測井有限公司青海事業部，甘肅敦煌 736202)

巖溶是大氣淡水溶解作用形成的自然構造，以溶解作用和淡水與碳酸鹽母巖相互作用產生的宏觀和微觀特征為鑒別標志［1］。巖溶作用可能在地表發生，也可能在地下發生，古巖溶是地質歷史時期產生的巖溶。研究古巖溶的類型及其分布特征可以準確地預測儲層的分布規律，發現古巖溶對油藏的控制作用，從而有效地、經濟地勘探和開發油氣田。

1 區域地質概況

鄂爾多斯盆地是獨立發展起來的大型中生代內陸沉積盆地。盆地構造形態由南向北呈矩形分布，東翼寬緩、西翼陡窄，整體呈不對稱的大向斜。盆地邊緣發育斷裂褶皺，盆地內部構造相對簡單，地層平緩，傾角一般不到1°。而鄂爾多斯東南部構造穩定，碳酸鹽巖發育，在加里東運動晚期，盆地整體抬升，馬家溝組上部遭受了130 Ma的風化剝蝕，形成大型古潛臺和古巖溶斜坡地貌，該區馬五段地層分布穩定，區域上連片，被上古生界沉積披覆后，形成非常有利的地層 — 巖性圈閉［2］。

鄂爾多斯盆地中奧陶統馬家溝組地層位于中石炭統本溪組或太原組之下，上下為平行不整合接觸，不整合面上下的巖性完全不同。不整合之上以陸源碎屑沉積為主，主要為中石炭統本溪組或者太原組的地層，夾碳酸鹽巖，沉積相為海陸過渡相，底部以鋁土巖和高嶺石泥巖為主，常有赤鐵礦呈雞窩狀，不整合面的形態起伏，不整合面之下即馬家溝組則以碳酸鹽沉積為主，發育大量的溶蝕孔洞，溶蝕孔洞在原生孔隙和鑄?？椎幕A上發展。溶蝕裂縫也容易沿早就存在的一些裂縫發展?？缀涂p進一步擴大可以成為洞，由于溶蝕孔洞縫的出現，大大提高了巖石的孔隙度。溶蝕孔洞縫常充填有黏土、方解石、白云石等礦物。大的溶洞中可充填砂、礫級的碳酸鹽或陸源碎屑巖巖屑。

2 古巖溶地貌及分布特征

鄂爾多斯盆地東南部的古巖溶發育在奧陶紀碳酸鹽巖地層，當條件適宜時，這些碳酸鹽巖均有發育為巖溶儲層的可能［3］，古巖溶地貌是各類地質作用與巖溶作用綜合作用下形成的，巖溶的發育又是由不同地貌形態所控制的，所以如果要掌握區內古巖溶在空間上的分布規律以及對古巖溶儲層做出評價，就必須搞清楚古巖溶地貌區域分布的規律及古巖溶地貌特征。

根據鄂爾多斯盆地東南部馬五1、馬五1+2、馬五1+2+3的厚度，確定殘余厚度，根據馬家溝組各小層保存情況了解前石炭紀古地質情況。在此基礎上分出3類二級地貌類型:巖溶臺地、巖溶斜坡和巖溶盆地。在二級地貌類型劃分的基礎上，將巖溶臺地劃分為高地、平臺、緩丘和淺洼;巖溶斜坡劃分為坡地、殘丘、洼地和溝槽;巖溶盆地劃分為(準)平原、殘丘和溝槽等多種三級地貌類型。研究區3種地貌呈南東—北西走向。由南西向北東依次為巖溶臺地、巖溶斜坡和巖溶盆地，各巖溶地貌帶之間存在一些過渡地帶(圖1)，在研究區內部，又會有小的古巖溶地貌單元，如黃龍宜川地區，由西南向東北方向從洛1井到宜9井的古巖溶地貌由低到高呈巖溶盆地—巖溶斜坡—巖溶高地分布(圖2)。

圖1 鄂爾多斯盆地東南部奧陶系古巖溶古地貌圖

圖2 洛1井—宜9井古巖溶儲層剖面圖

2.1 巖溶臺地

巖溶臺地分布于研究區西南部，整體地勢較高，由南西向北東傾斜，臺地內部地形較為平坦，以接受侵蝕為主，溶蝕作用強烈，馬五段地層被嚴重破壞，馬五1+2+3全被剝蝕掉，巖溶臺地能保存下來的主要是馬五4以下的地層。巖溶臺地在表生期地下巖溶水補給充分，垂向滲濾溶蝕作用強烈，有利于落水洞、垂直滲流巖溶帶等巖溶形態的形成，而分布不均一。垂直滲流巖溶帶的形成有利于埋藏期巖溶的發育，為其形成提供了良好的條件，能夠成為埋藏期巖溶的有利發育區。研究區巖溶臺地又分為高地、平臺、緩丘和淺洼三級地貌類型。其中，高地為古地表最高地帶，侵蝕作用最強烈，巖溶形態以垂向溶蝕縫為主，主要發育于研究區的西南部，在宜君、銅川、耀縣一帶，主要保存馬四及其以下地層。緩丘地勢相對較低，可保存于馬五10地層。淺洼是巖溶臺地上最低的地方，可保存馬五段大部分地層，而分布的范圍不大。巖溶臺地的其他廣大地區為平臺，地形平坦，分布面積廣，總體上以垂向巖溶為主(圖1)。

2.2 巖溶斜坡

研究區中部大多分布巖溶斜坡，呈南東 — 北西走向(圖1)。所謂巖溶斜坡是指巖溶臺地到巖溶盆地之間的地帶，廣泛發育在巖溶臺地周圍，環帶狀分布。巖溶斜坡處，地下主要發育水平潛流巖溶帶，而垂直滲流巖溶帶分布的范圍不是很大，巖溶作用比較強烈，形成了良好的溶蝕孔洞儲集體，為氣藏的形成提供了有利儲集空間。

巖溶斜坡又分為4種巖溶地貌類型:坡地、殘丘、洼地和溝槽(圖1)。其中，坡地為巖溶斜坡的主體部分，地勢平坦開闊，層位比較穩定。巖溶斜坡大部分地區保存了馬五1地層。巖溶斜坡有較強的巖溶作用。依照水文地質學的角度，將巖溶斜坡的巖溶發育的垂向結構剖面細分為表層巖溶帶、垂直滲透帶、季節變動帶、水平流動帶(飽水帶)和深部緩流帶5個帶，通常水平流動帶的水流為管道快速流式的水平運動，侵蝕、溶蝕能力強，形成較大規模的水平巖溶管道。洼地為巖溶斜坡表面經受較強侵蝕的地帶，呈負地形。洼地中心成為地表水交匯以及滲流到地下作為補給的主要部位，因而比較發育垂向巖溶(如落水洞等)，其規模較大。經受了侵蝕作用，部分位于溶溝的兩側或成為溶溝的源頭。溝槽為谷地的向源侵蝕形成的淺溝槽，一般長度短，寬度小，切割的層位多為馬—馬

2.3 巖溶殘丘

巖溶殘丘，即巖溶斜坡上相對較高的部位［4］，該處的殘丘也被稱為“溶丘”，為斜坡上古地勢相對較高、地表侵蝕不強、丘嶺相對集中連片分布的巖溶地帶。殘丘形態呈橢圓形或不規則狀。研究區大部分奧陶系巖溶殘丘保存了馬五1亞段。地層厚度較大，溶蝕作用強烈。巖溶殘丘作為東南部地區奧陶系古巖溶地貌中的三級地貌單元之一，其發育主要受巖性、構造因素、地貌和古氣候等控制。

鄂爾多斯盆地東南部地區奧陶系古巖溶地貌中，巖溶殘丘主要分布在巖溶斜坡。原因是這個二級地貌單元的古地面坡度相對較大，又處在巖溶水徑流帶，被溶溝和溝槽縱橫切割，易于形成巖溶殘丘塊體。

3 古巖溶地貌對氣藏的影響

鄂爾多斯盆地古生界奧陶系為油源巖的油氣資源十分豐富，鄂爾多斯盆地氣田天然氣賦存于奧陶系頂部馬家溝組中，儲集空間主要為古巖溶作用所形成的次生溶蝕孔、洞、縫［5］。奧陶系古巖溶也十分發育，具備形成大油氣田的地質條件，古巖溶地貌對油氣成藏具有非常重要的意義［6］。巖溶縫洞型儲層有效儲集體發育程度是控制本區油氣分布和富集的關鍵因素［7］，地貌形態控制著巖溶儲層的發育。因此古巖溶在區域上的分布規律及地貌特征控制著巖溶型儲集層發育的空間分布。巖溶作用對儲集層的影響很大，主要表現在古巖溶地貌對儲層的控制上，通過古巖溶特征和油氣顯示可以說明問題。

3.1 古巖溶高地

古巖溶高地地形相對平坦、地勢整體較高，但是由于地形平坦所以很容易經受侵蝕、溶蝕。因此古巖溶高地成為地下水的補給區，巖溶作用以垂向滲濾為主，垂直滲流巖溶帶發育，水平潛流巖溶帶不很發育。形成垂向溶蝕帶、落水洞等巖溶形態。保存地層以馬四段為主，馬五段頂部地層破壞嚴重，巖溶高地的部分地區特別是巖溶高地的邊緣，裂縫和孔洞均發育，如黃龍宜川地區宜9井，位于鄂爾多斯盆地東南部巖溶臺地(圖1)，發育一定的網狀裂縫(圖3)，馬五1+2— 馬五14試氣資料顯示日產氣量為395 m3。

圖3 宜9井，1 680.82 m，馬五14，粉晶云巖，溶孔

3.2 古巖溶斜坡

巖溶斜坡位于巖溶高地與巖溶盆地之間，處于古地形斜坡位置，在斜坡上有許多相間排列的正地形溶丘和負地形淺洼、溶洼。巖溶斜坡帶容易形成優質儲層［1］。地下水徑流古巖溶斜坡，除了垂向滲流外，主要受到重力梯度控制從補給區(高地)流向排泄區(盆地)，主要沿水平方向流動，所以地下水運動的軌跡就是一條向下凹的弧線，補給區距離排泄區的越大，弧線則越長，下凹的深度就越深，從而巖溶發育的程度就會越大［5］。研究區中的古巖溶斜坡地勢較平緩，屬巖溶緩斜坡，而且古巖溶斜坡很寬，(補給區到泄水區距離在100 km以上)，巖溶的發育程度較大，水平潛流溶蝕巖溶帶和垂直滲流巖溶帶都較發育，但以前者為主。水平潛流巖溶帶儲集特征是巖溶中的大型水平溶洞多被充填物充填，可作為較有利儲集層段，水平溶洞型儲集層發育比較連續，橫向上具有可對比性［4］。巖溶最為發育且保留較高的是巖溶斜坡，特別是巖溶緩坡及其上的次級巖溶殘丘，它是尋找巖溶型儲集層的最佳地區，古巖溶斜坡是古巖溶儲層發育和天然氣富集的最有利部位［8］。巖溶斜坡層位主要為馬五段，巖性主要為泥— 粉晶白云巖、細 — 粉晶云巖，含膏泥粉晶云巖。巖溶作用強烈，易形成大量的水平狀順層分布的溶蝕孔洞。古巖溶斜坡多形成孔洞—裂縫型和裂縫 —溶洞型儲層(圖4)，如宜8井，位于鄂爾多斯盆地東南部古巖溶斜坡上(圖1)，馬五1+2試氣結果顯示日產氣量1.230 1萬m3。

圖4 宜8井，2 248.84 m，馬五41，紋層狀泥晶云巖，溶孔

3.3 巖溶盆地

巖溶盆地是巖溶準平原化不斷擴大形成的負地形地貌，有殘丘和孤峰存在［1］。古巖溶斜坡與盆地過渡區地勢低而平緩，由于接近巖溶盆地，潛水面已近于地表，或位于地表。幾乎無滲流帶和潛流帶，巖溶作用弱，而沉淀和充填作用較強。巖溶谷地中靠近巖溶斜坡一側，巖溶發育特征近似于巖溶斜坡，但充填作用更嚴重，其余部分巖溶作用不發育。環繞巖溶斜坡區，巖溶盆地中靠近巖溶斜坡區的部位，巖溶發育特征相似于巖溶斜坡，巖溶水平潛流帶較發育，垂向序列發育完整，但垂直滲流巖溶帶較薄(一般小于120 m)，且水平潛流巖溶帶及次級潛流改造巖溶帶中的水平溶洞均被地下暗河沉積所充填，目前尚未見未充填的溶洞。巖溶盆地離非巖溶發育區較近一側，有上奧陶統覆蓋，巖溶欠發育，巖溶垂向序列不完整，垂直滲流巖溶帶及水平潛流巖溶帶厚度都較薄欠發育，在地表甚至可形成積水區?？砂l育一些小型溶蝕孔洞和溶縫［4］，如鄂爾多斯盆地東南部宜15井，位于巖溶斜坡靠近巖溶盆地區的部位。巖溶發育特征與巖溶斜坡相似，泥晶灰巖具溶蝕縫(圖5)。對宜15井馬五31試氣，結果3 d累計產氣量為7.537 7萬m3，平均日產氣量為2.512 5萬m3，試氣結果良好。

總體而言，本區奧陶系碳酸鹽巖巖溶殘丘主要形成于表生成巖環境，在埋藏成巖環境中得到修飾，最終定型，并在其中形成孔 — 洞 — 縫儲集系統，為天然氣富集提供空間。

4 結論

(1)研究區奧陶紀地層古巖溶發育，古巖溶地貌劃分為古巖溶臺地，古巖溶斜坡和古巖溶盆地3類二級地貌類型及高地、平臺、緩丘、淺洼等9類三級地貌類型。

圖5 宜15井，2 388.88 m，馬五31，泥晶灰巖，具溶蝕縫

(2)巖溶最為發育且保留較高的是巖溶斜坡，特別是巖溶緩坡及其上的次級巖溶殘丘，它是尋找巖溶型儲集層的最佳地區，古巖溶斜坡是古巖溶儲層發育和天然氣富集的最有利部位。

(3)古巖溶斜坡多形成孔洞 — 裂縫型和裂縫—溶洞型儲層，孔洞和溶洞為油氣提供了有效的儲集空間，而裂縫為油氣的運移提供了有效的運移通道，所以古巖溶斜坡的油氣顯示較好，為油氣的富集提供了有利的條件。

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