陈存良，张林，夏勇辉，孙振，焦廷奎

（1.中国石油长庆油田分公司气田开发处，陕西西安710018；2.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安710018；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安710018）

苏东区马五5储层形成机理及富集规律研究

陈存良1，张林2，夏勇辉1，孙振2，焦廷奎3

（1.中国石油长庆油田分公司气田开发处，陕西西安710018；2.中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安710018；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安710018）

奥陶系马五5亚段作为苏里格气田东区开发的新层系，具有单井产量高、稳产能力强的特点，但其储层特征极其复杂，表现为横向变化快、发育规模小，储层预测难度大等特点。为此，本文通过开展地质背景、沉积相、储层主控因素、成藏机理及富集区预测等方面的研究，筛选马五5储层富集区，进一步提高气田开发效益。

苏里格气田；马五5；储层形成机理；富集规律

中奥陶统马家沟组沉积时期，由于南北秦岭和兴蒙洋壳俯冲，产生相向挤压作用力，苏里格地区整体表现为震荡性海退；盆地的北面、西面、南面共同隆起环绕，形成障壁强蒸发的陆棚边缘，是具高咸度、浅水、暴露的低能沉积环境，处于高频海平面变化相对低水位期。马五期中央隆起出露水面，阻隔西边海水补给；东边华北地块海平面整体降低，海水因海底消能，涌入量相对减少；南边断裂作用减弱，海水补给量有限，所以盆地内海水循环性较差。到了加里东末期，由于南北秦岭和兴蒙洋壳俯冲加速造成构造挤压，鄂尔多斯盆地腹地海退成陆，研究区马家沟组地层抬升地表遭受约1.5亿年的风化剥蚀；海西期，鄂尔多斯盆地整体下沉，研究区奥陶系地层结束了长期暴露溶蚀的历史，开始接受沉积；到了燕山－喜山中、深埋藏成岩期，该时期研究区持续坳陷，奥陶系处于较高温高压的深埋藏环境［1-4］。

1 沉积相

早奥陶世马家沟期受怀远运动影响，华北地台整体抬升，导致鄂尔多斯盆地北部和中部形成伊盟和中央隆起，存在华北海与秦祁海两大海域，华北海以陆表海（台地）沉积特征为主，沉积环境是一个海水咸化、水体很浅、经常暴露出来的低能沉积环境，即蒸发潮坪环境。

1.1 沉积相标志

根据研究区马五5期的沉积岩性特征、沉积构造、岩石组合相分析，同时结合区域地质背景，将本区沉积亚相主要归纳划分为潮上带、潮间带和潮下带等3种沉积亚相类型［4］，对应马五51、马五52、马五53三个小层。

潮上带一般位于平均高潮线至最大高潮线之间，其主要岩性为（含）云质泥岩、泥晶膏云岩等。该带中有大量的石膏、硬石膏晶体析出，形成大小不一的单晶或结核，同时鸟眼构造常见。这些硫酸盐矿物是准同生期形成的，它们往往切割微细层理并可包含残余的基质颗粒，如少量的泥晶白云石或陆源碎屑物（见图1a，b）。

潮间带是平均低潮线和平均高潮线之间的地带。该带沉积物的主要特征是普遍发育间歇暴露标志和极浅水沉积标志。沉积物下部偏粗，向上变细（见图1c，d）。潮间带可以有很发育的藻纹层。在蒸发作用不够强时，潮间带下部的沉积物中可以有较强的生物扰动。该带岩性以泥晶、泥晶泥质灰岩，泥晶藻灰岩为主，具有泥晶细粉晶结构发育网状藻斑，发育鸟眼构造及叠层石构造，含有大量的生物化石。

与蒸发潮坪有关的潮下带为浅海或泻湖环境，其沉积特征变化较大，主要与水体盐度和图3环境的能量有关。在平均低潮面附近的潮间带与潮下带之间能量强，发育颗粒灰岩，后被云化，具有残余砂砾屑结构，下部能量较低，发育晶灰岩，含微量的藻微粒，可见体校壳薄的介形虫化石（见图1e，f）。

图1 潮坪沉积背景下各沉积亚相微观特征

1.2 沉积相模式及展布特征

马五段储层沉积期，苏东区块潮坪由西向东倾斜，经对4口观察描述取心井各小层岩心进行的沉积同生期岩性、结构、构造的分析和综合，建立本区纵向上的沉积相模式（见图2），并建立了剖面模式（见图3）。模式把潮坪分为3个亚相7个微相。在本区潮上带特征少见，有利微相为平均高潮线附近的潮缘滩微相。

通过分析沉积微相与微地貌之间关系，明确了微地貌对沉积微相的控制作用，在沉积微相约束下，恢复了沉积期微地貌［5-7］，进一步精细刻画了潮坪的各沉积微相展布特征。

通过工区内各小层沉积微相平面展布看，工区内的有利微相潮缘滩呈透镜状分布，纵向规模变化大，横向上连续性差。从马五53到马五51，潮缘滩微相发育规模逐渐增大，潮下灰泥丘范围逐渐变小，反映从马五53到马五51，水体能量逐渐增强的特点。

图2 沉积相模式垂向模式

图3 苏东区块马五5亚段沉积相剖面模式图

2 储层成因机理

2.1 白云石化类型及特征

本次研究通过对研究区取芯井系统分析，包括各井的（1）岩石学特征；（2）矿物学特征（白云石的标型特征和有序度）；（3）阴极发光性特征；（4）X衍射分析；（5）Fe、Mn、Sr微量元素地球化学特征；（6）碳、氧稳定同位素地球化学特征（见图4）；（7）包裹体均一温度等分析测试。

综合取芯及邻井资料进行分析，认为本区马五5段白云岩是三种白云石化作用的产物：（1）准同生期白云石化；（2）回流渗透白云石化；（3）埋藏期白云石化。其中准同生白云石化主要发育在s243井，回流渗透主要发育在sd39-62C1井，埋藏期白云岩化主要发育在sd37-58井。

2.2 储层成岩作用类型及特征

认为本研究区马五5段的主要成岩作用有：白云石化作用、去膏化作用和去白云石化作用、压实和压溶作用、硅化作用、溶蚀作用、充填作用、重结晶作用和黄铁矿化作用等［7］。

图4 苏东区块马五5白云岩碳氧同位素交汇图

2.2.1 去膏化作用和去白云石化作用去膏化作用和去白云石化作用在研究区中常相伴发生，表现为在含石膏假晶的层段，去白云石化作用明显。去白云石化所形成次生灰岩岩性致密，孔隙度、渗透率都低，因此这种作用是一种破坏性成岩作用，不利于孔隙的形成和演化。

从研究区的构造演化史看，在马六段结束后，受加里东运动的影响，奥陶系地层抬升至地表，马五段地层处于表生环境中，去膏化作用和去白云石化作用就发生在这一时期。从阴极发光特征看，交代石膏的方解石发中等强度的棕色-橙红色光，也反映出为表生期大气淡水作用的产物。

2.2.2 压实和压溶作用压实作用在宏观上可以形成各种变形构造（见图5），在扫描电镜下，表现为微晶白云石或方解多呈面－镶嵌接触，岩石致密，仅留少量晶间微孔隙。

图5 沿缝合构造，sd37-58，3 134.58 m

压溶作用与压实作用之间有着较强的成因联系，前者是后者的继续和发展，一般发生于较深埋藏环境中。这种作用不仅使地层致密化，而且伴随着层内物质的再分配以及诱发其他成岩作用的发生，如在缝合线内又发育溶缝或张开缝。研究区的压溶作用表现为缝合线，并且在不同岩性界面压溶作用更容易发生。压溶作用所产生的破环性效应远大于建设性成岩效应。

2.2.3 硅化作用硅化作用为富硅溶液交代岩石中原始成分的作用，可能发生在早期成岩或晚期成岩阶段。在研究区中，硅化作用主要表现为微晶硅质条带和团块（见图6），以及粗大的石英粒状集合体。根据其产状，以及与被交代物质的先后关系，可以推断出这种硅化作用晚于白云石化作用和方解石的充填作用，因此至少为成因期及其之后形成的。可以判断硅化作用的形成属于晚成岩早-中期中-深埋藏环境的产物，并可能与热液作用有关。

图6 缝合线溶蚀扩大后充填自生石英，sd39-62C1，3 111.26 m

2.2.4 溶蚀和充填作用对于碳酸盐岩而言，其溶蚀和充填作用可发生在同生、成岩、后生及表生作用的各个阶段，研究认为，研究区马五5段中可识别出3种类型的溶蚀充填作用：（1）同生期溶蚀充填作用；（2）表生期溶蚀充填作用；（3）埋藏期溶蚀充填作用。

（1）同生期溶蚀充填作用：由于研究区马五5段的总体沉积环境为潮坪沉积环境，沉积物在沉积过程中或受到周期性海平面波动的影响而间歇性暴露于海水之上，从而受到大气淡水的溶蚀作用。这种溶蚀作用发生时间短，表现为在微晶云岩或灰岩中形成小的孤立的溶孔，并被粉晶方解石或白云石大部分或完全充填。

（2）表生期溶蚀充填作用：受加里东运动影响，研究区奥陶系遭受约1.3～1.5亿年风化剥蚀作用，马五5段进入表生成岩环境，遭受岩溶作用。岩溶作用的结果表现为去膏化、去白云石化的发生、溶孔和溶缝的出现。

在溶蚀形成的孔、缝中可形成淡水成因的干净粉-细晶方解石和少量石英充填。阴极发光分析发现，淡水成因的干净粉-细晶方解石常具有环带，亮带发棕黄色光，与淡水中Fe、Mn离子浓度较低相吻合。

加里东运动结束后，该区地层之上再次接受沉积，被上覆上古生界及中生界地层沉积覆盖而后进入埋藏期，并由表生期开放体系进入封闭环境。在上覆含煤系地层压实过程中不断排出富含有机质酸性流体的作用下，奥陶系地层中产生埋藏溶蚀作用。这种溶蚀作用在封闭环境中主要表现为对表生期岩溶作用形成孔隙进行有限的改造，并形成细-中粗粒方解石、白云石、石英的充填。

通过阴极发光分析和包裹体研究发现，充填在孔缝中的细-中粗粒方解石发光弱，整体发光均匀，环带不明显，反映形成过程中流体成分相对稳定。

研究中利用流体包裹体均一温度确定成岩温度特征，在4口井的岩芯中共选取了9件次生方解石的样品进行了流体包裹体均一温度的测定，根据充填方解石样品流体包裹体均一温度测定结果，有如下特点：

流体包裹体均一温度表现为均一温度分布范围宽，成岩温度总体较高等特征。表明sd39-61井区马五5段碳酸盐岩储层普遍具有多期次的成岩历史，成岩阶段可达到中成岩阶段晚期。

成岩流体性质表现为盐度分布范围较宽，盐度值普遍较高等特征，表明了苏东马五5段碳酸盐岩经历了多期成岩流体改造。

2.2.5 重结晶作用碳酸盐沉积物中的小颗粒发生溶解，且被溶解的物质向相邻较大颗粒外侧发生沉淀再结晶，使晶体增大的作用称之为重结晶作用（见图7）。重结晶作用的强弱受到多重因素的控制，一般情况下，随埋藏深度的增加和温度的升高，重结晶作用增强，晶粒粗大。在研究区中，主要表现为微晶灰岩或白云岩局部或整体发生重结晶。

图7 泥晶石灰岩砂屑重结晶后的“雾心亮边”结构，s198，3 036.45 m

2.2.6 黄铁矿化作用该作用主要发生在沉积物埋藏后，与地层水在隔绝条件下，受厌氧细菌作用而形成的。研究层位中所见的黄铁矿多为莓球状，少量可见立方体晶形的黄铁矿，与白云石密切共生，或沿溶缝、缝合线分布，反映其形成主要在埋藏环境下。

2.3 储层孔隙类型

根据岩芯观察以及采集样品的薄片鉴定、扫描电镜分析，研究区内的马五5段的孔隙类型按照成因分类主要有原生孔隙和次生孔隙两大类［8］。岩芯和铸体薄片资料显示，区内马五5段中由不同成岩期形成的储集空间形式多样，既有原生（准同生）期和表生期的孔隙，又有埋藏期的孔隙，还有后生阶段形成构造裂隙。事实上，在一块岩芯，甚至同一个铸体薄片中，往往可以看到两种甚至更多的不同的孔、洞、缝类型，或者不同成岩期形成的不同类型储层孔、洞、缝的叠加。

其中原生孔隙主要有鸟眼孔隙；次生孔隙储集空间在显微分析中出现了以下八种孔隙类型：晶间孔、晶间溶孔、张开缝、收缩缝、溶蚀缝等。在次生孔隙中以晶间孔与溶蚀缝、孔出现的比率较高，为马五5段中的主要储集空间。

2.4 主要储集空间类型及其与成岩作用的关系

研究区主要的储集空间有：晶间孔、晶间溶孔、溶缝和裂缝。晶间孔为白云石化作用而形成的分布于白云石晶间的次生孔隙，研究层位中主要出现在细-中晶白云岩中。溶孔和溶缝主要为表生岩溶作用和埋藏溶蚀作用形成的产物。裂缝主要与后期构造作用有关。

通过岩石中主要的孔缝类型分析，结合成岩作用类型，对研究层位的成岩作用特征与岩石孔缝形成的关系可归纳为：准同生白云化作用未形成有利孔隙，埋藏白云化作用形成的晶间孔构成了研究层位中的重要储集空间。表生溶蚀作用对研究层位中孔缝的增加非常重要，而埋藏期溶蚀作用由于发生在封闭体系下溶蚀空间发育有限。充填作用、去白云石化作用、压实和压溶作用和重结晶作用是最主要的减少晶间孔和溶蚀孔缝的作用，特别是充填作用，可造成溶蚀作用形成的溶蚀孔缝大量减少，并可以影响部分晶间孔。去膏化作用、硅化作用和黄铁矿化作用对孔缝的影响不明显。

3 成藏模式分析

3.1 气源对比分析

综合天然气的地球化学特征，选用碳同位素［9］（见图8）、轻烃、生物标志物等多项地球化学参数，采取气-烃源岩直接对比的研究思路对鄂尔多斯盆地苏东马五5气藏气源进行了综合对比研究，表明苏东马五5气源主要来自于上古的煤成气［10］。

图8 甲烷、乙烷碳同位素组成天然气成因判识图版

3.2 圈闭条件分析

圈闭由储层、盖层及遮挡体三部分组成。马五5地层保存较完整，储层主要为白云岩晶间孔，其盖层主要为上覆碳酸盐岩、砂泥岩和煤层等。其遮挡体主要为侧向物性很差的碳酸盐岩。此三种因素叠加鼻状构造，则其圈闭能力将大大提升。

3.3 成藏模式

鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩在晚三叠世和早白至世进入大量生气期，煤层内存在剩余压力，在此压力的驱动下，煤层中的天然气通过溶蚀缝和构造裂缝以侧向和垂向两种方式进入马五5储层中聚集成藏［11-13］。在局部构造较高位置，气水分异充分，从而形成高产气藏。

4 有利区分布预测

4.1 气藏控制因素

沉积相决定了沉积环境范围内的岩石类型，尤其是白云岩的成岩对晶间孔储集空间的发育至关重要。从气藏与沉积相对应关系看，气藏主要分布在潮缘滩为主的沉积微相区，并且潮缘滩厚度越大，无阻流量越高。因此，沉积相是控制气藏的主要因素之一；白云岩是气藏的储集层，从相关性看，白云岩厚度与气藏之间存在极高的相关性，白云岩厚度越大，无阻流量越高；石炭系煤层既作为奥陶系储层的烃源岩又作为盖层，对气藏有不可缺少的作用，但从相关性上表现的并不明显；孔隙度反映储层的储集能力，孔隙度越高，储层的储集能力越强，从其与无阻流量的关系也可看出，也是影响无阻流量的主要因素。

因此，综合相关分析认为沉积相、白云岩厚度、孔隙度是气藏的主控因素［12-14］。

4.2 有利区划分标准及预测

应用主控因素与无阻流量相关关系［15］，将工区划分为三类有利区。无阻流量大于50×104m3/d为一类，白云岩厚度大于20 m，孔隙度大于7%；（10～50）× 104m3/d为二类，白云岩15 m～20 m，孔隙度5%～7%；（1～10）×104m3/d为三类，白云岩厚度4 m～10 m，孔隙度2%～5%。

应用上述标准进行全区的有利区综合分类和筛选，最后划分一类有利区7个，二类有利区10个，三类有利区10个，面积402.6 km2。

5 结论及认识

（1）精确刻画了区域沉积微相展布：通过引入构造趋势面概念，结合区域沉积相分析，精细刻画了马五5亚段沉积微相平面展布特征。

（2）分析了成岩作用对储集空间形成的影响分析了区域白云岩成因，量化了在白云岩成因基础上，成岩作用对孔隙发育的影响。

（3）明确了马五5各项成藏要素特征：通过对马五5沉积期关键成藏要素分析，明确了马五5气源来自上古煤层气，推演了成藏运移、圈闭及盖层型及特征。

（4）划出了马五5小层有利富集区：通过对sd39-61等高产井成藏特点分析，明确了沉积微相、白云岩厚度及孔隙度对有利富集区的控制作用，划分出三类27个有利富集区，总面积402.6 km2。

［1］张庆龙，任文军，等.鄂尔多斯盆地演化及中央古隆起板块构造成因初步研究［J］.大地构造学与成矿学，1999，23（3）：191－196.

［2］杨华，黄道军，郑聪斌.鄂尔多斯盆地奥陶系岩溶古地貌气藏特征及勘探进展［J］.中国石油勘探，2006，（3）：1-6.

［3］谢锦龙，吴兴宁，孙六一，等.鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组五段岩相古地理及有利带预测［J］.海相油气地质，2013，18（4）：23-32.

［4］季明明，赵俊兴，李凤杰，等.苏东奥陶系马五5亚段碳酸盐岩成岩作用于空隙演化［J］.天然气勘探与开发，2013，36（4）：12-16.

［5］赵俊兴，陈洪德，时志强.古地貌恢复技术方法及其研究意义［J］.成都理工学院学报，2001，28（3）：260-266.

［6］夏日元，唐建生.鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶地貌及天然气富集特征［J］.石油与天然气地质，1999，22（2）：133-136.

［7］赵俊兴，陈洪德，张锦泉.鄂尔多斯盆地中部马五段白云岩成因机理研究［J］.石油学报，2005，26（5）：38-47.

［8］方少仙，何江，候方浩，等.鄂尔多斯盆地中部气田区中奥陶系马家沟组马五5-马五1亚段储层空隙类型和演化［J］.岩石学报，2009，25（10）：2425-2441.

［9］杨西燕，包洪平，任军峰，等.鄂尔多斯马家沟组马五5亚段白云岩类型及稳定同位素特征［J］.天然气地球科学，2015，26（4）：650-656.

［10］汪正江，许晓松.鄂尔多斯盆地下古生界储层气气源探讨［J］.沉积与特提斯地质，2003，23（4）：84-90.

［11］赵俊兴，李婕，卢涛，等.苏里格地区马五段储层主控因素与成藏规律［J］.成都理工大学学报，2012，39（4）：387-394.

［12］李进，冯晓伟，刘俊，等.苏里格气田东区天然气气成藏规律及主控因素［J］.石油化工应用，2014，33（2）：72-76.

［13］朱光社，赵俊兴，邵晓岩，等.苏里格气田东部马五5储层特征及成藏控制因素［J］.西南石油大学学报，2014，36（3）：45-53.

［14］冯敏，王龙，李浮萍，等.奥陶系马五5亚段有效储层主控因素分析［J］.石油化工应用，2014，33（4）：83-87.

［15］成育红，等.苏里格气田东区马五5储层有效开发技术研究［J］.内蒙古石油化工，2014，（24）：114-116.

The reservoir forming mechanism and enrichment regulationof the ordovician M55gas reservoir in the eastern block

CHEN Cunliang1，ZHANG Lin2，XIA Yonghui1，SUN Zhen2，JIAO Tingkui3
（1.Department of Gas Field Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China；2.Gas Prodution Plant 5 of PetroChina Changqing OilfieldCompany，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Petroleum Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

The ordovician M55gas reservoir as a new layer of eastern Sulige gas field，it has the characteristics of high yield and stable yield of single well，but its reservoir characteristics are extremely complex，specific performance for lateral change fast，small scale and difficult to predict and so on.In this paper，through the study of the geological background，sedimentary facies，reservoir controlling factors，reservoir forming mechanism and enrichment region prediction，selec of the M55reservoir enrichment region and to improve the benefit of gas field development.

Sulige gas field；M55；reservoir forming mechanism；enrichment regularity

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.022

TE122.21

A

1673-5285（2015）08-0082-06

2015－07-26

化学工程