天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 2: 257 - 270

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.07.007

天然气地质学

鄂尔多斯盆地太原组灰岩早成岩期多级次岩溶特征及控储机制

  • 闫小雄 , 1 ,
  • 钟寿康 2, 3 ,
  • 裴文超 1 ,
  • 许杰 4 ,
  • 谭秀成 , 2, 3, 5
展开
  • 1. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
  • 2. 天然气地质四川省重点实验室，西南石油大学，四川 成都 610500
  • 3. 中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室，四川 成都 610500
  • 4. 中国石油长庆油田分公司第四采气厂，陕西 西安 710016
  • 5. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，西南石油大学，四川 成都 610500
谭秀成（1970-），男，四川广安人，博士，教授，主要从事碳酸盐岩沉积学与储层地质学研究.E-mail：.

闫小雄（1971-），男，陕西咸阳人，硕士，高级工程师，主要从事天然气勘探生产与综合研究.E-mail：

收稿日期: 2024-03-21

  修回日期: 2024-07-16

  网络出版日期: 2024-08-06

收起

Multi-stage karst characteristics and reservoir control of early diagenetic limestone in the Taiyuan Formation， Ordos Basin

  • Xiaoxiong YAN , 1 ,
  • Shoukang ZHONG 2, 3 ,
  • Wenchao PEI 1 ,
  • Jie XU 4 ,
  • Xiucheng TAN , 2, 3, 5
Expand
  • 1. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China
  • 2. Sichuan Key Laboratory of Natural Gas Geology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
  • 3. CNPC Key Laboratory of Carbonate Reservoirs Southwest Petroleum University Division，Chengdu 610500，China
  • 4. The Fourth Gas Production Plant，Changqing Oilfield Branch Company，PetroChina，Xi’an 710016，China
  • 5. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China

Received date: 2024-03-21

  Revised date: 2024-07-16

  Online published: 2024-08-06

Fold

摘要

近期鄂尔多斯盆地YT1H、ZT1H等多口井在二叠系太原组灰岩获得天然气新发现，揭示了太原组灰岩具有良好的勘探潜力，但当前对于太原组灰岩的研究仍存在储层成因机理及其关键成储模式认识不清等问题，严重制约了该层系的下一步天然气勘探部署。基于太原组丰富的岩心、薄片及物性等资料，系统研究了太原组灰岩储层与早期暴露岩溶的发育关系，并建立灰岩早成岩期岩溶控储模式。结果表明：①研究区内早成岩期岩溶作用主要发育于颗粒灰岩中且多位于向上变浅序列中上部，可识别的岩溶特征包括组构选择性溶蚀、溶缝/溶沟、溶蚀花斑、岩溶角砾岩和多期暴露面等。②单旋回由下至上岩溶强度逐渐增强，旋回底部岩溶较弱，局部发育生屑铸模孔，向上岩溶改造范围扩大，优势通道、溶蚀花斑开始发育，岩溶作用适度发育；旋回上部岩溶系统切割解离基岩，发育岩溶角砾岩，岩溶作用过度发育。③受暴露时间控制，研究区发育高低频旋回，其中高频旋回暴露面多见于灰岩内部，为“内幕式”旋回界面，其内部岩溶强度表现为岩溶不发育→生屑选择性溶蚀→优势通道、溶蚀花斑，而低频旋回界面仅出现在斜道段或毛儿沟段灰岩的顶部，内部岩溶强度为优势通道→溶蚀花斑→岩溶角砾。④灰岩优质储层主要发育在低频旋回中上部即岩溶适度改造区，旋回下部与旋回顶部的储层质量明显变差。研究认为，早成岩期多级次岩溶既控制研究区灰岩储层的发育与分布，也极大地改善储层的储集与渗流能力，是太原组灰岩成储的关键因素。

关键词： 太原组灰岩; 早成岩期岩溶; 控储机制; 二叠系; 鄂尔多斯盆地

本文引用格式

闫小雄 , 钟寿康 , 裴文超 , 许杰 , 谭秀成 . 鄂尔多斯盆地太原组灰岩早成岩期多级次岩溶特征及控储机制[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(2) : 257 -270 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.07.007

Abstract

Recently， a number of wells such as YT1H and ZT1 in the Ordos Basin have made new discoveries of natural gas in the Permian Taiyuan Formation limestone， revealing that the limestone of the Taiyuan Formation has good exploration potential. However， there are still problems such as unclear reservoir genesis mechanism and key reservoir formation mode in the Taiyuan Formation limestone， which seriously restricts the further gas exploration and deployment of this layer. Therefore， based on the abundant core， thin section and physical property data of Taiyuan Formation， this paper systematically studies the relationship between the development of limestone reservoir and the early exposed karst， and establishes the karst reservoir control model in the early limestone diagenesis. The results show that： （1） The early diagenetic karstification mainly developed in granular limestone and mostly located in the middle and upper part of the upward shallower sequence. The identifiable karst features include fabric selective dissolution， solution fissure/solution gully， solution speckle， karst breccia and multi-phase exposed surface， etc. （2） The intensity of karstification in single cycle gradually increased from the bottom to the top. The karst at the bottom of the cycle was weak， with local development of chip mold holes， while the karst reconstruction scope expanded upward. Dominant channels and dissolution mottling began to develop， and the karst process was moderate. In contrast， the upper karst system in the cycle cleaved and dissociated the bedrock， developed karst breccia， and exhibited overdeveloped karst processes. （3） Under the control of exposure time， high and low frequency cycles are developed in the study area， and the exposed surface of high frequency cycles is mostly found in limestone， which is an“episodic” cycle interface， and the inner karst intensity is manifested as karst non-development → selective degradation of bioclastic debris → dominant channel and dissolution spots， while the low frequency cycle interface only appears at the top of the slope section or Maergou section of the limestone， and the inner karst intensity is manifested as dominant channel → dissolution spots → karst breccia. （4） The high-quality limestone reservoir mainly developed in the middle and upper parts of the quaternary cycle， that is， the moderate karst reconstruction area， and the reservoir quality of the lower part of the cycle and the top part of the cycle became significantly worse. It is believed that the multi-stage karst in the early diagenetic stage not only controls the development and distribution of limestone reservoirs in the study area， but also greatly improves the reservoir and seepage capacity， which is the key factor for the formation of limestone reservoirs in Taiyuan Formation.

Key words： Taiyuan Formation limestone; Early diagenetic karst; Storage control mechanism; Permian; Ordos Basin

0 引言

海相灰岩型储层作为碳酸盐岩勘探领域的一类重要储层类型，因其具有非均质性强和成因复杂等特点，一直被世界各地的学者广泛报道，如中东伊拉克白垩系［1-2］、南美大坎波斯盆地白垩系［3-4］以及中国四川盆地二叠系［5-7］等。针对海相碳酸盐岩储层研究，越来越多的勘探实践表明，早成岩期岩溶作用是碳酸盐岩中十分常见且重要的一类成岩作用［8-11］，尤其是成岩早期（同生—准同生阶段）的大气淡水—岩石相互作用对于次生孔隙的发育和提供埋藏流体的优先渗流通道具有双重意义，可为碳酸盐岩储层预测提供重要线索［12-15］。
近年来，中国石油长庆油田分公司针对二叠系太原组灰岩开展老井资料复查，并先后在YT1H、ZT1H等多口风险探井获得高产工业气流［16-17］，这揭示了上古生界太原组灰岩具有良好的勘探潜力。前人［17-19］对于太原组灰岩的储层研究工作多集中在描述其储层岩石类型、储层物性特征和成岩作用等方面，对于灰岩储层的成因机理及关键成储模式鲜有系统报道，使得研究区仍然存在储层成因与分布规律认识不清晰等问题，严重制约了有利勘探区带的进一步评价。
笔者近期通过对鄂尔多斯盆地太原组详实的岩心和薄片资料观察发现，盆内灰岩储集段存在丰富的岩溶现象，暗示了灰岩储层与早期暴露岩溶密切相关，由此表明针对太原组灰岩储层成因的认识还有待进一步优化。鉴于此，本文针对盆地中东部地区，基于太原组大量取心岩心、薄片以及物性等分析资料，阐述分析灰岩储层与早期暴露岩溶的发育关系，进而探讨太原组灰岩储层成因及灰岩早成岩期岩溶的控储效应，研究结果不仅可为早成岩期岩溶地质理论提供新素材，也可为后续太原组灰岩天然气勘探部署提供新思路。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北板块西缘，是一个隆坳相间、构造简单的多旋回大型克拉通盆地。二叠纪，由于板块南北两侧洋壳运动，造成了南北高地，中部凹陷的构造格局，在盆地中东部形成了相对开阔的陆表海浅水台地环境，沉积了一套以太原组为代表的海陆过渡背景下碎屑岩—碳酸盐岩交互沉积体系［20-21］。鄂尔多斯盆地中东部（以下称为研究区）位于伊陕斜坡中北部，是太原组灰岩的主要发育地区（图1）。该区域地层表现出规律的旋回性，根据岩性组合规律及层序旋回特征，可将太原组由下至上依次划分为庙沟段、毛儿沟段、斜道段和东大窑段4个部分（图1）。其中庙沟段厚度一般为5~25 m，岩性以细粉砂岩、泥岩为主，局部地区顶部可见少量薄层状石灰岩；毛儿沟段厚度为10~15 m，发育1~2套石灰岩，中部及顶部见薄层泥岩及煤层；斜道段厚度一般为10~20 m，通常发育1套石灰岩，是目前太原组灰岩勘探的重点［16-17］，顶部发育薄层泥岩和煤层；东大窑段厚度约5~15 m，该段灰岩发育不稳定，顶部多为泥岩，常可见山西组砂岩底冲刷。
图1 鄂尔多斯盆地构造单元分布与二叠系太原组地层综合柱状图（引自文献［16］，有修改）

Fig.1 Distribution of tectonic units in Ordos Basin and a comprehensive columnar section of the Permian Taiyuan Formation （modified from Ref.［16］）

2 太原组灰岩岩溶特征识别

大量研究表明，岩溶作用在太原组灰岩中十分常见，对研究区内储层具有重要贡献［18-19］。本文研究基于大量岩心和薄片观察，识别太原组灰岩中丰富的岩溶现象，梳理和总结常见岩溶特征。

2.1　选择性溶蚀

选择性溶蚀通常发育在含生屑泥晶灰岩和生屑灰岩中，岩心上可见针状溶孔离散分布［图2（a）］，镜下表现为生屑壳体及其内部发生溶蚀，以形成生屑铸模孔为特征［图2（b），图2（c）］，超微观电镜下显示铸模孔内被方解石以及基岩解离形成的渗流粉砂半充填［图2（d）］。
图2 鄂尔多斯盆地二叠系太原组灰岩早成岩期岩溶宏微观特征（一）

（a）生屑灰岩，见残余体腔孔与生屑铸模孔发育（Z4井，2 363.03 m，斜道段）；（b）粉晶生屑灰岩，生屑铸模孔发育（J26井，3 058.07 m，斜道段，铸体薄片）；（c）生屑灰岩，生屑被选择性溶蚀（Y36井，3 035.18 m，斜道段，扫描电镜）；（d）生屑灰岩，见小型溶孔（Q81井，2 757.74 m，斜道段，扫描电镜）；（e）含生屑泥晶灰岩，岩心切面见小型溶沟（Y47井，2 719.30 m，斜道段）；（f）生屑质泥晶灰岩，小型溶沟内充填暗色泥质与基岩碎片（L134井，4 015.70 m，斜道段，普通薄片）；（g）含泥晶生屑灰岩，见小型溶缝（Q2井，2 569.90 m，斜道段，铸体薄片）；（h）含泥晶生屑灰岩，发育溶蚀花斑（J25井，3 042.08 m，斜道段）；（i）溶蚀花斑内充填基岩解离碎片、渗流粉砂以及方解石胶结物（J25井，3 042.08 m，斜道段，普通薄片）

Fig.2 Macro and micro characteristics of karst in early diagenetic stage of Taiyuan Formation limestone in Ordos Basin（Ⅰ）

2.2　溶缝与溶沟

溶缝、溶沟多发育于旋回中部的含生屑泥晶灰岩中，在岩心尺度、溶缝和溶沟上下沟通或顺层状发育，连通性较好，沟内充填浅色生物碎屑和泥质；镜下可见溶沟切割基岩，沟内充填暗色泥质和渗流粉砂，渗流粉砂间微孔发育，此类孔隙常被方解石、暗色泥质甚至陆源碎屑等胶结、充填破坏［图2（e），图2（f）］，局部可见未充填溶缝串联生屑颗粒［图2（g）］。

2.3　溶蚀花斑

溶蚀花斑常见于旋回上部的颗粒灰岩/微生物灰岩中，岩心上表现出不规则暗色斑块与浅灰色基岩边界明显，交织共生，局部具有角砾化的特征［图2（h），图2（i），图3（a）］。微观镜下，基岩边缘可见港湾状溶蚀，斑块内常充填暗色泥质、方解石胶结物和基岩碎片，且发育大量溶蚀微孔隙，部分微孔间形成串联，溶孔扩大［图3（b），图3（c）］。
图3 鄂尔多斯盆地二叠系太原组灰岩早成岩期岩溶宏微观特征（二）

（a）黏结生屑球粒灰岩，岩溶花斑大量发育（J21井，3 403.59 m，斜道段）；（b）微观特征（J21井，3 403.59 m，斜道段，铸体薄片）；（c）生屑灰岩，溶蚀花斑发育，内部见大量残余溶蚀微孔（L134井，4 019.65 m，扫描电镜，斜道段）；（d）岩溶角砾岩，角砾间充填暗色泥质（L134井，4 021.60 m，斜道段）；（e）岩溶系统内网状裂缝切割基岩，呈角砾状（J26井，3 072.62 m，毛儿沟段，普通薄片）；（f）暴露面，下部发育大量岩溶角砾，海侵泥质下灌充填于角砾之间（L134井，4 021.22 m，斜道段）；（g）暴露面，下部呈土状特征（Q2井，2 569.90 m，斜道段，铸体薄片）

Fig.3 Macro and micro characteristics of karst in early diagenetic stage of Taiyuan Formation limestone in Ordos Basin （Ⅱ）

2.4　岩溶角砾岩

岩溶角砾主要位于旋回顶部的生屑质泥晶灰岩/生屑灰岩中。岩心上由浅灰色角砾灰岩与灰黑色砾间渗流物或后期高频海侵沉积物构成［图3（d），图3（f）］，镜下，角砾为灰质，角砾间充填基岩解离渗流粉砂和方解石胶结物，同时可见大量网状裂缝，为后期方解石全充填［图3（e）］，岩溶角砾岩在研究区内发育规模不大，但规律性较强，发育在毛儿沟段与斜道段灰岩的顶部。

2.5　暴露面

钻井取心显示，纵向上多期发育、频繁叠置的暴露面是太原组灰岩岩溶作用发育的典型特征之一，同时也是识别沉积间断的关键证据［9］。岩心上体现为灰黑色泥岩/深灰色颗粒灰岩、深灰色泥质灰岩/浅灰色生屑灰岩等构成的不平整岩性突变面［图3（f），图3（g）］。界面之上为下一旋回海侵的泥质覆盖，界面之下常出现溶沟、溶缝等岩溶组构，可见黑色泥质下灌至岩溶系统内。

3 太原组旋回划分及多级次岩溶成因讨论

3.1　太原组多级次旋回识别与划分

大量岩心观察发现，太原组发育不同级次沉积旋回（图4）。首先，太原组内部发育多套岩性旋回［16-20］，通常下部为台地相石灰岩或三角洲相砂岩，向上部发生大规模沼泽化，盆地尺度都具有很好的横向可对比性；同时斜道段或毛儿沟段的顶部石灰岩中岩溶强度明显增强，例如常可见层位稳定发育的岩溶角砾灰岩［19］，表明岩溶改造时间较长。由此认为，受海平面波动影响，太原组内部稳定存在3~4个低频沉积旋回，旋回顶部存在较长时间的沉积间断。
图4 鄂尔多斯盆地下二叠统太原组层序划分方案（T54-1井）

Fig.4 Sequence stratigraphic division scheme of the Lower Permian Taiyuan Formation in Ordos Basin （Well T54-1 ）

而在太原组岩性旋回中下部的台地相环境中，受相对海平面的高频波动影响，部分浅水沉积物会发生短暂暴露，进而形成大量沉积间断［8］。太原组灰岩中多套滩体叠合岩溶作用，滩顶频繁暴露（图2，图3），表现为米级旋回，同时也是研究区岩心尺度能够识别的最小旋回。该类高频沉降旋回在太原组广泛发育，各个低频沉积旋回通常由3~5个高频旋回组成（图4）。

3.2　高频旋回内部岩溶差异比较

伴随着海平面的相对下降，颗粒滩等浅水沉积区将短暂暴露于大气中并受到富含CO2的大气淡水淋滤［8］。而随着淋滤改造作用时间的增长，岩溶作用规模则会增大，理论上可形成特征差异明显的多类型岩溶作用现象［15，22］。
暴露初期，会优先针对生物碎屑等发生组构选择性溶蚀作用，且通常溶蚀范围来不及进一步展开，主要表现为孤立状分布的溶模孔［图2（b），图2（c）］。随着选择性溶孔的进一步扩溶，会形成岩溶流体的优势通道，对流体产生疏导作用，并将岩溶作用控制在通道附近；而岩溶通道内与基岩有明显差异，常呈花斑状、管状或网络状，常见港湾状侵蚀边缘［图2（d）—图2（i）］，虽然交叉解离基岩，但部分基岩仍是连续分布。优势溶蚀通道随着暴露时间的增长会进一步发生扩溶，使岩溶通道切穿基岩，将基岩的支撑结构破坏，致使基岩无法支撑自身负重，便会坍塌、破碎、离散，形成碳酸盐角砾［图3（f）— 图3（i）］。
岩溶作用时间的长短，在单个序列内部则会表现为上、下不同强度岩溶的差异性分布［15，22］。以J25井为例，可见单个颗粒滩旋回，由于顶部暴露导致上部接受岩溶流体改造时间较长，进而形成下部岩溶作用弱，向上逐渐增强的单旋回岩溶强度差异（图5）。其中旋回底部，多表现为岩溶作用不发育，或生屑的选择性溶蚀，但彼此之间多呈孤立状分布，仅局部铸模孔串联；向上部岩溶改造范围扩大，优势通道、溶蚀花斑开始发育，岩溶作用适度发育。
图5 鄂尔多斯盆地二叠系太原组灰岩早成岩期岩溶垂向序列（J25井，3 039.53~3 041.90 m，斜道段）

Fig.5 Vertical karst sequence of the early diagenetic limestone of the Permian Taiyuan Formation in Ordos Basin （Well J25， 3 039.53-3 041.90 m， Xiedao section）

3.3　高、低频旋回岩溶差异比较

由顶部暴露面约束下的单套滩体，其内部发育的岩溶序列多表现为下部微弱、中上部适当溶蚀，顶部过度溶蚀的纵向分异规律（图5）。而通过太原组灰岩岩心观察发现，不同级次旋回之间岩溶作用特征仍存在较为明显的差异，可理解为高低频、多级次旋回的岩溶差异响应（图6）。正如层序/旋回级次的界定，高低频、多级次的旋回界面往往意味着几倍甚至数十倍的暴露时间差异［23］。
图6 鄂尔多斯盆地二叠系太原组多级次早成岩期岩溶响应序列（J30井，3 205.68~3 216.21 m，斜道段）

Fig.6 Karst response sequence of the multi-stage prodiagenetic rock stage within the Permian Taiyuan Formation in Ordos Basin （Well J30， 3 205.68-3 216.21 m， Xiedao section）

一般来说，在太原组灰岩中，高频旋回暴露面多见于灰岩内部，为“内幕式”旋回界面，其内部岩溶作用强度为不发育→生屑的选择性溶蚀→优势通道、溶蚀花斑；而低频旋回界面，仅出现在斜道段或毛儿沟段灰岩的顶部，由于更长时间的暴露，导致旋回顶部岩溶改造作用强烈，通常会在岩溶花斑的基础上，岩溶系统进一步切割、解离基岩，导致岩溶作用过度发育，呈岩溶角砾，同时角砾间充填由顶部灌入的泥质以及渗流粉砂（图6）。

3.4　多级次岩溶成因讨论

目前国内对于古岩溶的分类，多是按照岩溶发育时间节点将其划分为“早成岩期岩溶”和“晚成岩期岩溶” ［9，24］、“准同生期岩溶”和“表生期岩溶” ［25］，或是发育时期岩石状态进行“软岩石岩溶”和“硬岩石岩溶”的分类［26］。“早成岩期岩溶”，顾名思义是岩石在早成岩期进行的岩溶［9］，其发育演化过程与纵横向展布往往具有以下几点特征：①针对矿物或是沉积组构的选择性溶蚀［8，25］；②花斑或海绵状的溶蚀特征［27-28］；③单个岩溶序列顶部常发育近原地角砾化和暴露面，纵向上呈现多期暴露面频繁叠置［13-14］；④岩溶的发育受相对海平面的频繁升降控制［25］；⑤早期软岩石岩溶普遍具有相控、层控特征［10］。而相比之下，“晚成岩期岩溶”发育对象为完全固结的岩石［26］，矿物组构趋于稳定、原生孔隙多被破坏，因此岩溶流体通道多为层面或裂缝［29］，且由于发育于表生期，岩溶作用不会受到沉积旋回控制。
如前所述，据岩心与薄片资料，研究区太原组灰岩多发育颗粒滩序列，由下至上岩溶强度依次增强，且低频旋回顶部发育厚度为0.15~0.60 m的岩溶角砾岩，而在序列下部的泥晶灰岩中基本不发育，符合早成岩期岩溶具有相控的特征［9-10］。其次，在向上变浅序列的顶部常发育多期暴露面，界面处可见下一旋回暗色海侵泥质充填于角砾之间［图3（d），图3（f）］，揭示了研究区内向上变浅序列顶部可能受到由高频海平面升降变化控制的早成岩期岩溶影响。
多方面证据表明太原组灰岩中发育的多级次岩溶作用属于早成岩期岩溶，同时揭示高频旋回控制的岩溶作用较弱，以选择性溶孔与岩溶花斑等适度岩溶现象为主，低频旋回控制的岩溶作用较强，可在毛儿沟段与斜道段顶部形成角砾化现象，属于过度岩溶现象。

4 早成岩期多级次岩溶的控储机制

4.1　早成岩期岩溶是储层形成的关键因素

通过单序列/多序列内部岩溶强度分异与储层物性纵向展布关系（图4，图5）可以看出，早成岩期岩溶作用对于控制太原组致密灰岩储层的形成与分布起到了关键性的作用。
一方面研究区内绝大多数的孔隙成因，都与岩溶作用有关［18-19］。伴随着相对海平面的持续下降，由沉积地貌高部位向低部位依次暴露，致使沉积物间歇性暴露，受到大气淡水淋滤溶蚀，形成大量铸模孔、粒间溶孔等［图2（b），图2（c）］，也会导致原始格架孔扩溶而形成溶蚀花斑、岩溶优势通道等岩溶次生型储集空间［图2（d），图2（h），图3（e）］，使得灰岩储层的储集性能得到一定程度的提高。而基于85件岩溶不发育、适度岩溶以及过度岩溶样品的孔渗分析结果显示（图7），适度岩溶样品储集物性明显优于其余两类，最大孔隙度可超过4%，平均孔隙度约为1.87%。
图7 鄂尔多斯盆地太原组不同程度岩溶储层孔渗交会图（a）与孔渗平均值直方图（b）

Fig.7 Intersection diagram （a） and mean value histogram （b） of porosity and permeability of karst reservoirs of different degrees in the Taiyuan Formation of the Ordos Basin

另一方面，在纵向上旋回式岩溶控制储层的空间分布，例如单个旋回由下至上，岩溶强度逐渐增强，旋回中上部，适度的岩溶改造控制着优质储层的发育，而旋回底部岩溶不发育、旋回顶部岩溶过度发育，整体角砾化，导致储层质量明显变差，因此有利储层往往发育在灰岩岩溶序列的旋回中上部（图5，图6）。而基于取心井旋回分析以及实测孔隙度横向对比，认为单井纵向上储层的分布与高频旋回控制下的早成岩期岩溶作用密切相关，同时在小范围内具有很好的横向可对比性（图8）。
图8 多级次岩溶井间对比与储层横向对比剖面

Fig.8 Multi-stage karst comparison between wells and reservoir lateral comparison profile

4.2　诱导形成网状裂缝

在早成岩期岩溶作用控制储层形成与分布的基础上，正如Q29井所见，岩心上可见大量与岩溶作用相伴生的低角度网状裂缝［图9（a）］。网状裂缝在垂向上多层状发育，无优势走向，此类型裂缝是构造作用所解释不了的。但通过其与岩溶组构的空间发育关系分析，认为两者关系密切，在岩溶组构占比大的区域，裂缝则更为发育，而岩溶作用不发育的致密岩心上裂缝发育频率降低。
图9 岩溶诱导网状裂缝纵向分布［（a），Q29井，3 009.10~3 011.50 m，斜道段］与成因模式（b）

Fig.9 Longitudinal distribution of karst-induced network fractures （（a）， Well Q29，3 009.10-3 011.50 m， ramp section） and genetic model （b）

岩溶作用发育在宏观上多表现为岩溶流体对于岩石基质的侵蚀［29］，伴随着侵蚀破坏，岩溶组构占比逐渐增大，网状溶缝形成，岩石结构变得不再稳定，因此在自身重力以及上覆地层压力的作用下，基岩部分开始发生破裂［图9（b）］。此类特征在岩溶作用发育地区尤为常见，同时也是作为坍塌角砾岩形成的重要方式［图3（e）］［30］，例如现代溶洞顶部的裂纹角砾化或地下暗河中堆积的混合碎裂角砾［29］。
岩心证据表明，太原组致密灰岩中裂缝极为发育，对于气、水等流体渗流起到了举足轻重的作用［17］。而通过岩溶作用与网状裂缝伴生关系的讨论，认为网状裂缝可上下沟通岩溶作用形成的优质储层，极大地改善了灰岩储层的储集与渗流能力，也进一步揭示了岩溶作用对于储层发育的另一积极意义。

4.3　早成岩期多级次岩溶的控储发育模式

研究发现，盆地中东部太原组灰岩的有效储层的岩性主要为生屑灰岩［18-19］，其沉积微相为颗粒滩亚相［31］，常位于台内斜坡带浪基面附近，且滩体往往会因快速建隆导致暴露或发生侧向叠置迁移。从沉积环境演变角度来讲，单个沉积旋回内相对海平面由浅变深、再由深及浅，会形成潮间（灰泥坪）→低能开阔浅海→颗粒滩亚相沼泽→潮上（泥坪）→沼泽沉积建造序列，而其中能代表颗粒滩亚环境的生屑灰岩则往往发育于旋回的中上部（图10）［32］。
图10 鄂尔多斯盆地二叠系太原组多级次岩溶控储模式

Fig.10 Multi-stage karst reservoir control model of Permian Taiyuan Formation in Ordos Basin

取心井证实，受多级次海平面升降旋回控制的早成岩期岩溶作用在纵向上差异发育，且控制着储层的非均质展布（图6）。其中下部含生屑/生屑质泥晶灰岩中因旋回初期暴露较少导致岩溶作用不发育；中上部生屑灰岩受滩体，多期次暴露面频繁叠置，岩溶作用叠合发育，从而形成大量铸模孔、粒间溶孔、岩溶角砾等岩溶改造型储集空间类型；顶部岩溶作用强烈，且易受到陆缘泥质充填影响，因此储层变差（图10）。综合来看，太原组灰岩中岩溶改造型储层多发育于颗粒滩亚相。而国内多个碳酸盐岩层系勘探经验表明，此类早成岩期岩溶作用往往优势性地发育在“早暴露、高孔渗”的颗粒滩环境中，“相控性”是此类型储层较为明显、典型的共性特征［27，33-34］。例如，四川盆地寒武系滩相储层［35］、鄂尔多斯盆地马家沟组中组合丘、滩相储层［13-14］，均表现出纵向受旋回控制的多层状、韵律型产出规律。
综上所述，快速建隆的颗粒滩亚相叠合多期早成岩期岩溶的叠合溶蚀改造，形成了典型的“早成岩期岩溶改造生屑灰岩型”储层（图10），而早成岩期多级次岩溶的控储发育模式可视为研究区内太原组致密灰岩储层发育的关键性要素。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地中东部太原组灰岩储集段内广泛发育各类岩溶作用现象，梳理总结了包括选择性溶蚀、溶缝与溶沟、溶蚀花斑、岩溶角砾岩以及暴露面等识别标志。
（2）旋回分析认为太原组发育低频、高频等多级次旋回，其中高频旋回控制单旋回内岩溶强度，向上逐渐由岩溶不发育向选择性溶蚀和溶蚀花斑发育；随着暴露时间增长，低频旋回导致旋回顶部岩溶改造强烈，普遍发育岩溶角砾岩，分析认为太原组灰岩中发育的多级次岩溶为高频海平面变化驱动下的早成岩期岩溶。
（3）研究区内太原组灰岩受早成岩期多级次岩溶叠合控制，不仅形成大量次生孔隙，控制灰岩优质储层形成与分布，还诱导形成网状裂缝，上下沟通岩溶作用形成的优质储层，极大地改善灰岩储集与渗流能力，从而形成早成岩期多级次岩溶改造型的滩相储层。

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