鄂尔多斯盆地属稳定的克拉通残留盆地, 晚古生代其主体(中央古隆起及以东地区)为滨海平原, 自石炭纪本溪组沉积时期至晚二叠世石千峰组沉积时期, 沉积格局由石炭纪的东西向沉积相分异过渡为二叠纪南北差异升降和沉积相分异, 沉积环境经历了由海陆相交互到陆相的转变, 晚石炭世发育海陆交互煤系地层, 早二叠世太原组沉积时期形成近海沼泽相, 山西组— 石盒子组沉积时期发育河流— 三角洲相, 地层厚600~1000, m。河道、分流河道、河口坝以及潮汐砂坝砂体经过横向反复迁移、纵向多期叠置, 形成延伸范围数百公里的大面积分布的砂岩储集体(郭英海和刘焕杰, 2000; 杨俊杰, 2002)。储集体岩石类型包括石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩和长石砂岩等。砂岩储集体孔隙类型有粒间孔、粒间溶孔、晶间孔以及各种复合孔隙。砂岩储集体以“ 广覆式”

生烃的煤系地层作为良好的烃源岩, 形成了“ 源内” 、“ 源上” 和“ 源外” 3套成藏组合类型。目前, 在本溪组— 石千峰组的各个层系内均发现了工业性气藏, 先后发现并探明了苏里格万亿方大气田区和榆林、乌审旗、子洲、神木等千亿方大气田(图 1)。

图1

Fig.1

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	图1 鄂尔多斯盆地构造纲要与上古生界综合地层柱状剖面图Fig.1 Tectonic outline and the Upper Paleozoic stratigraphic column of Ordos Basin

鄂尔多斯盆地上古生界长期勘探实践表明, 当砂岩孔隙度达到5%、渗透率达到(0.1~0.3)× 10^-3μ m²时便可成为工业产层(无阻流量≥ 2× 10⁴ m³/d)。针对低孔低渗储集层而言, 所谓的相对高渗储集层的定义也应该以达到和超过工业产层的物性、产量为标准。参照前人对鄂尔多斯盆地上古生界主力勘探层系(山2段和盒8段)储集层的评价研究结果(李文厚等, 2002; 刘锐娥等, 2005; 朱筱敏和刘成林, 2006), 结合大量的岩石薄片观察鉴定和物性、电性、试气数据统计分析, 将鄂尔多斯盆地上古生界相对高渗碎屑岩储集层按孔隙结构成因类型及颗粒成分分为粒间孔型石英砂岩、溶孔型石英砂岩和粒间孔— 溶孔复合型长石砂岩3类(表 1), 其特征描述如下:

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表1 鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩相对高渗储集层类型及成因特征 Table1 Types and genetic feature of higher permeable reservoir in the Upper Paleozoic of Ordos Basin 相对高渗储集层类型 粒间孔型石英砂岩 溶孔型石英砂岩 粒间孔— 溶孔复合型长石砂岩 孔隙类型 原生粒间孔为主, 少量粒间溶孔 粒间溶孔、少量晶间孔 原生粒间孔、粒间溶孔 平均石英含量/% ≥ 90 ≥ 90 < 75 平均长石含量/% < 1 < 1 ≥ 25 平均杂基含量/% 5.3 10.1 < 10 砂岩类型 中粗粒石英砂岩及细粒岩 中粗粒石英砂岩 长石砂岩或岩屑长石砂岩 平均孔隙度/% 6.5 6.5~13.7 11.7~12.9 平均渗透率/10-3μ m2 3.7 0.46 13.2~15.8 孔渗特征 低孔高渗型 高孔低渗型 高孔高渗型 砂体厚度/m 10~30, 多数大于20 10~30 10~30 沉积环境 河道、分流河道 辫状河道 河道、分流河道 主要分布地区 盆地中东部, 图6a— ⑦ 苏里格及邻区, 图6b— ④ 西缘冲断带、盆地东部 分布层位 山2段 山1段、盒8段 上石盒子组、石千峰组 最大埋深/m 2500~3000 3500~4000 < 2000 储集层主控因素 古地形, 烃类早期充注 古地形, 溶蚀作用 构造抬升, 溶蚀作用 勘探生产情况 气层厚度大, 分布面积广, 试气产量高 气层厚度大, 分布面积广, 试气产量高 受断裂及局部构造控制, 分布面积局限, 试气产量高 代表气田 榆林气田 苏里格气田 刘家庄、神木气藏 储集层评价级别 Ⅰ A Ⅰ B Ⅰ B

表1 鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩相对高渗储集层类型及成因特征 Table1 Types and genetic feature of higher permeable reservoir in the Upper Paleozoic of Ordos Basin

1)粒间孔型石英砂岩相对高渗储集层。该类砂岩颜色为浅灰色、灰白色, 颗粒主要为中、粗粒单晶石英和少量硅质岩屑, 分选较好, 石英含量高(“ 石英颗粒+石英岩屑” 不小于90%), 杂基含量低, 储集层孔隙空间以原生粒间孔为主, 含少量粒间溶孔, 具有低孔高渗的特点, 平均孔隙度6.5%, 渗透率为3.7× 10^-3μ m², 排驱压力小于0.5 MPa, 中值喉道半径大于0.35, μ m、最大12.5, μ m, 压汞曲线具有明显的平台, 表明孔隙连通性好较好, 孔喉结构优越。该类相对高渗储集层以形成于河道或分流河道沉积环境的榆林、子洲气田山2段为代表(图 2-A, 2-D)。

图2

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	图2 鄂尔多斯盆地上古生界3类相对高渗储集层孔隙结构及物性特征Fig.2 Pore textures and physical properties of three types of higher permeable reservoir of the Upper paleozoic in Ordos Basin

2)溶孔型石英砂岩相对高渗储集层。该类砂岩颜色为浅灰色、灰白色, 孔隙类型以粒间溶孔和晶间孔为主, 含少量粒内溶孔和构造微裂缝, 其原岩可能为含长石砂岩、含凝灰质砂岩、含岩屑砂岩等, 沉积期后的成岩作用使长石、凝灰质等不稳定组分发生交代或溶蚀后形成中、粗粒石英砂岩(图 2-B, 2-D)。砂岩分选性差、杂基含量高、孔隙结构复杂, 以溶孔为主, 孔隙度平均为6.5%~13.7%, 渗透率为0.46× 10^-3μ m², 排驱压力为0.1~0.5 MPa, 中值喉道半径主要分布区间为0.1~0.3, μ m, 最大7.5, μ m, 压汞曲线平台不明显, 为陡斜式, 具有高孔低渗特点, 储集层非均质性强。该类相对高渗储集层以辫状河道沉积的苏里格气田山1段和盒8段为代表。

3)粒间孔— 溶孔复合型长石砂岩相对高渗储集层。该类砂岩长石含量较高, 颜色为红色、杂色, 分选差、杂基含量高、孔隙结构复杂, 孔隙类型主要为原生粒间孔和粒间溶孔(图 2-C, 2-D), 孔隙度平均为11.7%~12.9%, 渗透率为13.2× 10^-3~15.8× 10^-3μ m², 排驱压力为0.1~0.5 MPa, 中值喉道半径平均为0.75, μ m, 最大进汞饱和度普遍大于80%, 压汞曲线发育“ 平台” 段, 具有高孔高渗特点。该类相对高渗储集层主要分布于盆地东缘的石千峰组和西缘冲断带北段的上石盒子组。

通过以上论述可知, 鄂尔多斯盆地上古生界相对高渗储集层的分布受沉积、成岩、构造控制, 具体体现在物源(母岩)岩性、离物源远近、沉积相类型及砂体分布规模、孔隙类型、颗粒成分及粒度、杂基成分及含量、最大埋深、后期构造运动等因素上。根据砂体类型、物性特征、颗粒成分及粒度、杂基成分及含量等因素, 对当前天然气勘探的主力层系山2段、盒8段开展储集层分布综合评价, 对储集层优劣进行平面分布综合评级, 由好至差依次划分为Ⅰ A、Ⅰ B、Ⅱ 、Ⅲ 共4类(图9)(Ⅰ A、Ⅰ B、Ⅱ 类储集层为有效储集层, 其中, Ⅰ A、Ⅰ B类为相对高渗储集层, Ⅱ 类储集层为中等储集层; Ⅲ 储集层大部分为非有效储集层, 若有裂缝带发育, 也可形成有效储集层)。在Ⅰ A类或者Ⅰ B类相对高渗储集层分布区, 都存在探明高产气田或已发现中高产工业气井(产量> 10× 10⁴ m³/d)。相对高渗储集层分布具有以下规律:

图9

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	图9 鄂尔多斯盆地主力勘探层系山2段和盒8段相对高渗储集层分布特征Fig.9 Distribution characteristics of higher permeable reservoir in the Member 2 of Shanxi Formation and Member 8 of Xiashihezi Formation of Ordos Basin

1)相对高渗储集层多分布于鄂尔多斯盆地北部母岩岩性单一的物源体系中。榆林地区山2段和苏里格地区盒8段相对高渗储集层均受正北大青山中晚元古界石英岩、大理岩物源控制, 砂岩储集层石英含量高且不含长石, 加之物源供给充足, 沉积砂体厚度大, 搬运距离远, 成熟度高; 而盆地东北、西北和南部物源体系多发育Ⅱ 、Ⅲ 类储集层, 例如山2段、盒8段沉积时期受控于盆地东北物源的神木河流— 三角洲分布区, 储集层物性整体较前者差, 其原因是其物源岩石(母岩)成分复杂, 受其控制的砂岩储集体中杂基、岩屑等不可溶填隙物组分含量高, 使其物性变差。

2)受沉积相类型及砂体展布控制, 相对高渗储集层多发育在辫状河高能沉积相带。山2段沉积时期盆地中东部发育的榆林辫状河— 三角洲沉积相带, 砂岩储集体的厚度大、粒度粗, 杂基填隙物含量低, 该区发育的粒间孔型石英砂岩相对高渗储集层控制了榆林大气田和子洲气田的分布。山2段沉积时期在乌审旗以西及苏里格地区为曲流河低能沉积相带, 砂体厚度薄且粒度细, 因而仅发育Ⅱ 、Ⅲ 类储集层。盒8段沉积时期苏里格及邻区发育辫状河沉积相带, 控制了苏里格大气田的分布。

3)相对高渗储集层多位于有利的成岩相带分布区。西缘冲断带储集层受后期构造强烈抬升, 上石盒子组最大埋深小于2000, m, 压实作用相对较弱, 原生孔隙保存较好, 储集层物性较好, 刘家庄和胜利井气田均受此储集层控制。榆林、子洲地区山2段高石英含量的砂岩储集层在成岩早中期受烃类充注抑制了石英颗粒的次生加大, 使原生孔隙得以大量保存。苏里格地区山1段、盒8段虽埋深大、压实作用强烈, 但该区砂岩填隙物中富含凝灰质等易溶组分, 后期受有机酸的强烈溶蚀作用而发育溶孔— 晶间孔型石英砂岩相对高渗储集层。

1)鄂尔多斯盆地上古生界发育相对高渗储集层按岩性和孔隙结构类型主要分为 “ 粒间孔型石英砂岩” 、“ 溶孔型石英砂岩” 、“ 粒间孔— 溶孔复合型长石砂岩” 3类, 因孔喉结构差异分别具有低孔高渗、高孔低渗和高孔高渗的特征。

2)物源单一、古地貌形态、后期中浅埋深、烃类充注是粒间孔型石英砂岩相对高渗储集层原生孔隙保存较好的主要原因; 溶孔型石英砂岩相对高渗储集层则主要受后期有机酸溶蚀和构造微裂缝的增孔作用控制; 粒间孔— 溶孔复合型长石砂岩相对高渗储集层主要控制因素为浅埋藏弱压实和后期溶蚀作用。

3)储集层分级评价结果表明, 物源规模、母岩特征、沉积相带与砂体展布、溶蚀作用强弱、后期构造作用控制了鄂尔多斯盆地上古生界各时期相对高渗储集层的平面分布特征。