靖邊氣田下古儲(chǔ)層巖溶作用差異性分析

王軍杰，王 旭，鄭海亮，黃偉民

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

靖邊氣田下古儲(chǔ)層巖溶作用差異性分析

王軍杰，王 旭，鄭海亮，黃偉民

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

儲(chǔ)層發(fā)育受沉積、成巖、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等諸多因素影響。靖邊氣田下古氣藏屬古風(fēng)化殼氣藏，儲(chǔ)集層主要受控于古巖溶作用。靖邊氣田主力氣層馬五段主要經(jīng)歷了早表生期、裸露風(fēng)化期、半裸露淺埋藏期，中深埋藏器、深埋藏器五期巖溶作用，這些作用互相疊加，形成了古風(fēng)化殼巖溶孔洞儲(chǔ)集體。在這五期巖溶過(guò)程中，裸露風(fēng)化期屬全開(kāi)放的環(huán)境，馬五段地層與生物圈、大氣圈二氧化碳環(huán)境直接聯(lián)系，作用最為強(qiáng)烈，影響作用也最大。本文重點(diǎn)針對(duì)裸露風(fēng)化期的巖溶作用特點(diǎn)及巖溶差異性對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響做以闡述，旨在尋找不同小層可能的儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

風(fēng)化殼氣藏；巖溶作用；儲(chǔ)層；有利區(qū)

1 靖邊氣田奧陶系裸露風(fēng)化期巖溶特征

裸露期風(fēng)化殼巖溶，是指碳酸鹽層因加里東運(yùn)動(dòng)的影響、長(zhǎng)期暴露地表、大氣淡水滲入循環(huán)其中，伴隨風(fēng)化殼形成而發(fā)育的巖溶。

這類(lèi)古巖溶的形成和發(fā)育，跨越了加里東與海西早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段。該階段的古地貌格局，古地質(zhì)特征及古水文環(huán)境對(duì)氣田西側(cè)裸露期巖溶的發(fā)育和分布具有決定性作用。

在裸露條件下。巖溶系統(tǒng)具有開(kāi)放型特征，巖溶作用的動(dòng)力因素主要是大氣淡水、溶入水中的CO2和可溶性巖層，主要影響因素是氣侯、水動(dòng)力條件和含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)。氣田西側(cè)奧陶系風(fēng)化殼含膏白云巖巖溶層組在裸露期風(fēng)化殼巖溶作用主要有溶解與交代、動(dòng)力侵蝕與塌陷、沉積充填與膠結(jié)等作用過(guò)程。

巖溶發(fā)育條件的變遷和碳酸鹽巖的巖性與介質(zhì)結(jié)構(gòu)是巖溶形態(tài)組合的主要控制因素。氣田西側(cè)裸露期風(fēng)化殼巖溶系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：一是白云巖含水層具有孔隙—裂隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，溶質(zhì)傳遞以滲流形式為主；二是地表?xiàng)l件下，巖溶介質(zhì)中方解石的溶蝕速度大于白云石，差異性溶蝕作用顯著。在巖溶系統(tǒng)中水—巖作用以白云石晚于方解石達(dá)到平衡（飽和）為特征；三是白云巖系統(tǒng)的巖溶形態(tài)組合以小形態(tài)為主，多見(jiàn)蜂窩狀溶孔、小溶隙、溶縫，在巖層產(chǎn)狀較平緩的情況下，與膏巖互層或夾膏層的白云巖溶蝕系統(tǒng)，在巖性接觸面附近形成強(qiáng)巖溶發(fā)育帶，常有較大空間的溶洞、溶縫。同時(shí)硬石膏吸水膨脹，造成白云巖的裂隙化。且隨著石膏溶解遷出，易產(chǎn)生接觸面的崩塌使巖石的角礫化作用增強(qiáng)；白云巖含水層以慢速滲流為主，水流交替較緩慢，CO2源的輸入不暢，水對(duì)碳酸鹽巖的溶蝕容量有限。

依據(jù)巖芯觀察，并結(jié)合本區(qū)巖溶環(huán)境分析，裸露風(fēng)化條件下區(qū)內(nèi)的巖溶形態(tài)組合與發(fā)育特征如下：

（1）在古巖溶風(fēng)化殼的近地表，普遍發(fā)育延伸較淺的溶溝或溶縫，一般0.2～2.0 m，巖芯觀察中見(jiàn)充填溶溝的最大深度為2.8 m（壓實(shí)后），后期埋藏受壓形成大小雜亂的角礫云巖層；

（2）晚期濕熱氣候條件下溶蝕、侵蝕作用造成了廣泛的夷平，古地貌形態(tài)總體平緩，高差小，垂向巖溶相對(duì)較氣田以東發(fā)育。

（3）石膏層和石膏結(jié)核的存在，增強(qiáng)了白云巖的巖溶化。其層狀分布特征也是造成本區(qū)巖溶層狀發(fā)育的主要因素之一。石膏層與白云巖接觸帶的順層巖溶化常形成較大的溶蝕空間，引起白云巖脹裂、卸荷破裂、崩塌、普遍產(chǎn)生膏溶角礫化，這是本區(qū)巖溶作用的重要特色（見(jiàn)圖1）。白云巖中的石膏結(jié)核溶蝕，不僅造成了巖石的孔洞化，而且增強(qiáng)了微裂隙的發(fā)育，如在馬五13和馬五41等石膏結(jié)核分布密度較大的巖層中，溶蝕孔洞率較高，而且連通性較好，溶孔之間有微裂縫相聯(lián)。

（4）地下淺部巖溶相當(dāng)復(fù)雜，在地表下60～80 m范圍內(nèi)，普遍發(fā)育各類(lèi)巖溶建造巖和巖溶改造巖，其中以膏溶角礫巖、崩塌（填積）角礫巖、淀積灰泥巖、破（碎）裂白云巖、溶孔（斑）白云巖、次生灰?guī)r等較為常見(jiàn)，一般相鄰井之間還可對(duì)比，可見(jiàn)其具有普遍性。在馬家溝組“千層糕”式的地層組合中，石膏優(yōu)先溶解而導(dǎo)致上覆地層的失衡破碎是研究區(qū)古巖溶的主要特色。

（5）無(wú)論是地表巖溶還是地下巖溶，均以順層水平溶蝕為主要特征。

（6）在水流通暢、溶蝕空間較大的情況下以物理充填為主，充填物成分復(fù)雜，多為溶蝕殘余物（粘土、石英、磁鐵礦等）和巖屑、角礫及地表水沖積物等；在水流滯緩和微細(xì)孔隙、裂隙及溫度、壓力突變帶則以化學(xué)充填為主，充填物的主要礦物成分是方解石、石英及少量白云石。

（7）形成的巖溶孔縫充填物明顯具有淡水作用的特征；①淡水白云石：粉晶菱形，干凈明亮，犬牙狀，主要充填于孔洞下部；②淡水方解石：細(xì)粉晶、自形、半自形、犬牙狀，充填孔洞下部及裂縫、溶縫中；③高嶺石：微晶質(zhì)粒狀，假六方片狀，一般成集合體。風(fēng)化淋濾形成，多充填于孔洞的中上部；④石英：以復(fù)三方柱狀雙錐形態(tài)為主。呈馬牙狀充填于孔壁、洞壁，并與自形菱形淡水白云石、方解石、高嶺石等共生。

2 靖邊氣田前石炭系古地貌特征

巖溶古地貌是古巖溶與各類(lèi)地質(zhì)作用綜合作用的結(jié)果。其發(fā)育形態(tài)受古構(gòu)造、古地質(zhì)、古水文條件等多種因素制約，不同地貌形態(tài)對(duì)巖溶發(fā)育起著控制作用。所以研究巖溶古地貌特征及其分布規(guī)律，對(duì)掌握巖溶發(fā)育的空間分布和儲(chǔ)層特性有著重要意義。

據(jù)前人研究表明，加里東運(yùn)動(dòng)使氣田區(qū)全面抬升，遭受風(fēng)化剝蝕，強(qiáng)烈的巖溶作用，靖邊氣田下古主要儲(chǔ)層的形成，是古巖溶長(zhǎng)期作用的結(jié)果，儲(chǔ)層的發(fā)育程度受古地貌的控制。因此，研究前石炭紀(jì)巖溶地貌形態(tài)，特別是侵蝕溝槽的展布對(duì)于認(rèn)識(shí)氣田儲(chǔ)層發(fā)育及高產(chǎn)富集區(qū)的控制因素十分重要。

通常在構(gòu)造微弱、地層平緩的地臺(tái)區(qū)，恢復(fù)古地貌的方法主要依據(jù)印模法和殘厚法來(lái)完成。根據(jù)震資料的特點(diǎn)，利用奧陶系頂部侵蝕溝槽解釋成果、并結(jié)合馬五1＋2殘留厚度來(lái)恢復(fù)前石炭紀(jì)古地貌。

靖邊氣田古地貌總趨勢(shì)為西高東低，西部奧陶系剝蝕嚴(yán)重，馬五1+2地層殘留厚度小，下古出露層位老，而東部奧陶系殘留厚度大，下古出露層位老保層位新。古地貌顯示，下古層位保存基本齊全，局部區(qū)域發(fā)育馬六地層，大范圍內(nèi)下古出露馬五11、2地層。

靖邊氣田下古儲(chǔ)層為巖溶性?xún)?chǔ)層，古地貌是控制巖溶作用的主要因素，因此研究前石炭紀(jì)巖溶古地貌形態(tài)及劃分地貌單元對(duì)于井位部署具有重要意義。

多方法綜合評(píng)價(jià)前石炭紀(jì)古地貌形態(tài)，根據(jù)巖溶地貌形態(tài)，將靖邊氣田巖溶地貌劃分為巖溶臺(tái)地，巖溶斜坡、巖溶洼地、巖溶殘丘、溝槽、潛坑等6個(gè)地貌單元。

古臺(tái)地奧陶系頂部出露層位大多為馬五11或馬五12，且分布穩(wěn)定，連片性強(qiáng)，巖溶作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)層溶蝕孔洞呈層狀分布，孔洞具半充填的示頂?shù)讟?gòu)造為特征。古殘丘為古巖溶斜坡上相對(duì)孤立且地勢(shì)高差較大、分布較小的古高地，呈近似丘狀地形，奧陶系頂部層位為馬五1或馬六段。古洼地為古巖溶斜坡上相比周?chē)叱搪缘停页使铝罘植嫉牡貐^(qū)，主要分布于古巖溶斜坡之外側(cè)，由于缺乏主力產(chǎn)層，整體含氣性偏差。古溝槽為古臺(tái)地邊緣古地表經(jīng)受強(qiáng)烈侵蝕、溶蝕而形成的樹(shù)枝狀、長(zhǎng)條狀低洼地帶。

3 巖溶差異性研究及古巖溶地貌對(duì)天然氣富集的影響

3.1 巖溶差異性

靖邊氣田下古儲(chǔ)層的巖溶差異主要表現(xiàn)在水平差異和縱向差異。水平差異具體表現(xiàn)在同一小層，儲(chǔ)層非均值性強(qiáng)，尤其馬五4小層在靖邊氣田大面積分布但儲(chǔ)層只在氣田西側(cè)陜231和陜181井區(qū)集中發(fā)育。縱向巖溶差異表現(xiàn)在，同一口井個(gè)別層段發(fā)育而其它層段不發(fā)育。

分析認(rèn)為水平方向的巖溶差異受以下幾個(gè)因素影響：

（1）風(fēng)化剝蝕強(qiáng)弱程度，靖邊氣田古地貌西高東低，因此西部的風(fēng)化剝蝕比東部強(qiáng)烈，風(fēng)化剝蝕深度比東部也深。前人研究表明，古風(fēng)化殼的厚度自西向東逐漸減薄，西部80 m，東部50 m，平均70 m。這就使得西部更深的地層接受溶蝕改造而發(fā)育成儲(chǔ)層。

表1 靖邊氣田古巖溶地貌單元?jiǎng)澐?/p>

（2）古構(gòu)造影響，靖邊氣田的古構(gòu)造是東傾單斜，這就使西部地層抬升，更老的地層進(jìn)入溶蝕帶接受溶蝕帶接受溶蝕改造。這也就是馬五41，甚至馬五5（馬五41、馬五5相對(duì)中部主力氣層馬五13老）等氣層在西部出現(xiàn)的原因。

（3）古地貌影響,巖溶臺(tái)地和巖溶斜坡在裸露風(fēng)化期，環(huán)境更為開(kāi)放，與水及二氧化碳的作用更強(qiáng)烈，且溶解物質(zhì)極易被帶走，所以巖溶臺(tái)地和巖溶斜坡區(qū)的儲(chǔ)層較為發(fā)育。

（4）巖性差異，古風(fēng)化殼的發(fā)育程度與奧陶系頂部地層巖性密貼相關(guān)，白云巖分布區(qū)，古巖溶作用強(qiáng)、分化深度大、范圍廣。而灰?guī)r區(qū)，古風(fēng)化殼發(fā)育程度低，局部巖溶。究其原因，是因?yàn)榘自茙r的透水性好于灰?guī)r。灰?guī)r的溶解度大于白云巖，但是構(gòu)造穩(wěn)定，泥灰晶灰?guī)r致密，裂縫、空隙貧乏。而準(zhǔn)同生白云巖在白云巖化的過(guò)程中已形成晶間孔和干縮縫隙，因此具有一定的透水性，也就具備了巖溶的基本條件。

垂直方向的巖溶差異性主要有如下幾種原因：

（1）巖溶作用的本身垂直分帶性，表生巖溶作用一般垂向上劃分三帶：垂直滲流帶、水平潛流帶、深部緩流帶，一般說(shuō)來(lái)垂直滲流帶和水平潛流帶溶蝕作用較強(qiáng)。

（2）小層巖性差異，除灰?guī)r和白云巖的差異外，就是在一口井中，同是白云巖地層且處同一巖溶垂相帶，但是巖溶作用也不同。原因有二，一是白云巖的純度，二是石膏含量。白云巖純度越高，石膏含量越大巖溶作用就越強(qiáng)烈。

3.2 古地貌對(duì)天然氣富集的影響

高產(chǎn)氣井一般分布在巖溶臺(tái)地和巖溶斜坡有利巖溶地貌帶，而巖溶洼地一般為低產(chǎn)氣井分布區(qū)，區(qū)內(nèi)巖溶殘丘零星分布。溝槽為古臺(tái)地邊緣地表受強(qiáng)烈侵蝕、溶蝕而形成的樹(shù)枝狀、長(zhǎng)條狀低洼地帶，是區(qū)域背景下水流溶蝕沖刷形成的負(fù)向地貌單元。主溝槽溝長(zhǎng)15～55 km，溝寬 1～3.5 km，最大切割深度 25～40 m，最深切割層位可達(dá)馬五33。支潛溝為古溝槽向古臺(tái)地區(qū)的延伸部分，發(fā)育規(guī)模較小，溝寬一般1～3 km，溝長(zhǎng)3～15 km，最大切割深度20～30 m，切割層位為馬五14～馬五2。靖邊氣田主溝槽一般自東向西延伸（目前自南向北發(fā)育16條主溝槽），并且在主溝槽兩側(cè)有多條支溝向外部延伸，使得靖邊氣田古地貌變得極為復(fù)雜，給鉆井帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。但溝槽附近區(qū)域一般儲(chǔ)層受到強(qiáng)烈的溶蝕改造儲(chǔ)層物性一般都較好，通常在溶蝕溝槽附近出現(xiàn)較多的高產(chǎn)氣井。侵蝕坑是巖溶臺(tái)地分布有大小不等的侵蝕坑，最大切割深度5～15 m，切割層位為馬五13～馬五14，一般侵蝕坑在地震上顯示不明顯，地質(zhì)上也較難識(shí)別，因此在周?chē)豢诰卩従畾鈱鱼@遇較好的情況下地層存在缺失的情況。

如圖3所示，古巖溶斜坡是天然氣聚集的最有利區(qū)。

4 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地奧陶系古風(fēng)化殼形成階段，裸露風(fēng)化期屬全開(kāi)放的環(huán)境，馬五段地層與生物圈、大氣圈二氧化碳環(huán)境直接聯(lián)系，作用最為強(qiáng)烈，影響作用也最大。

（2）靖邊氣田馬五儲(chǔ)層水平方向的巖溶差異受風(fēng)化剝蝕強(qiáng)弱程度、古構(gòu)造、古地貌、巖性差異等方面的影響。

（3）靖邊氣田馬五儲(chǔ)層垂直方向的巖溶差異性主要受巖溶作用的本身垂直分帶性和垂相巖性差異影響。

（4）靖邊氣田奧陶系古地貌單元中古巖溶斜坡是天然氣聚集的最有利區(qū)。

[1] 鄭聰斌，等.鄂爾多斯盆地西緣古巖溶洞穴特征[J] .天然氣工業(yè)，2005，（4）:59-62.

[2] 鄭聰斌，等.鄂爾多斯盆地東部奧陶系儲(chǔ)層特征及控制因素[J] .天然氣工業(yè)，2004，（6）：42-47.

TE311

A

1673-5285（2012）07-0038-04

2012－04-03

王軍杰，長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠地質(zhì)研究所工程師，從事開(kāi)發(fā)地質(zhì)工作。