Natural Gas Geoscience >

2020 , Vol. 31 >Issue 5: 686 - 697

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2020.04.003

Reservoir characteristics and genesis of O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

  • Zhou YU , 1, 2 ,
  • Jin-gao ZHOU 1, 2 ,
  • Zhen-chun DING 1, 2 ,
  • Liu-bin WEI 3 ,
  • Yuan WEI 3 ,
  • Xin-ning WU 1, 2 ,
  • Dong-xu WU 1, 2 ,
  • Shao-yi WANG 1, 2 ,
  • Wei-ling LI 1, 2
Expand
  • 1. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China
  • 2. Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, CNPC, Hangzhou 310023, China
  • 3. Exploration and Development Research Institute, PerroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China

Received date: 2020-03-23

  Revised date: 2020-04-07

  Online published: 2020-05-28

Supported by

The CNPC Science and Technology Major Project(2019B-0405)

The CNPC Science and Technology Major Project(2018A-0103)

The Major Special Project of CNPC(2016E-0512)

Fold

Highlights

O1 m 5 4-1a is a new formation of Ordovician natural gas exploration in Ordos Basin, which is expected to be another area with large-scale increase of reserves and production after O1 m 5 1+2 weathering crust gas reservoir. Based on drilling core, thin section, cathodoluminescence, physical property data, and geochemical characteristics, genesis and distribution of the reservoirs of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern parts of the Ordos Basin are studied. The results showed: (1)The lithology of the reservoir of the O1 m 5 4-1a is dolomudstone with nodular anhydrite. The storage space is mainly the dissolution of anhydrite moldic pores, containing a small amount of anhydrite crystal moldic pores and micro-cracks, and the average porosity is 5.54%; the average permeability is 1.53×10-3 μm2. (2)The reservoir pore experienced anhydrite precipitation, and atmospheric fresh water dissolution, and mesocrystalline calcite filling, and quartz filling, and medium coarse crystal dolomite filling, and megacryst calcite, and rupture; (3)Differential dissolution and filling controlled by paleogeomorphology control the plane distribution of reservoir. The comprehensive analysis shows that the congruent area between high part of sedimentary paleogeomorphology and karst slope locating at the west of Yulin-Jingbian-Yan'an and the Hongdunjie-Qingyangcha area has strong dissolution and low filling degree, which is the distribution area of high-quality reservoir, providing theoretical basis for the next exploration and deployment.

Cite this article

Zhou YU , Jin-gao ZHOU , Zhen-chun DING , Liu-bin WEI , Yuan WEI , Xin-ning WU , Dong-xu WU , Shao-yi WANG , Wei-ling LI . Reservoir characteristics and genesis of O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2020 , 31(5) : 686 -697 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.04.003

0 引言

靖边气田岩溶风化壳储层是鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探的重点目标，其主力产层为马五1 2、马五1 3和马五2 2共3个小层。前人[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]已做过较多探讨，包括沉积微相[1]、岩溶储层特征[2,3,4,5,6]、岩溶带划分[7] 、孔隙充填物类型[8,9,10,11]及孔隙演化模式[5,12]等，获得的成果认识有效地指导了该层系勘探与开发实践。
近年来，靖边气田风化壳气藏的甩开勘探证实，位于马五1+2亚段之下的马五4 1a小层发育一套以硬石膏结核溶模孔为储集空间的优质储层，并相继在召94井、陕384井及莲36井获得高产工业气流，显示出奥陶系马五4 1a小层具有很大的勘探潜力，是增储上产的重要领域。与马五1+2亚段相比，马五4 1a小层距不整合面相对较远，储层性质更为复杂，而专门针对马五4 1a储层成因及平面分布规律的研究相对较少[13,14,15]，难以满足下一步精细化勘探开发要求，需要加强研究。为此，本文以钻井岩心、微观薄片、阴极发光、物性数据和地球化学特征为基础，结合马五4 1a小层沉积期古地貌与加里东运动末期岩溶古地貌特征，对马五4 1a储层成因及有效储层分布规律进行深入探讨，以期为马五4 1a小层勘探开发决策提供技术支撑。

1 储层发育背景

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，其下古生界奥陶系马五段是一套以蒸发岩和碳酸盐岩为主的沉积地层，由下至上分为马五10至马五1共10个亚段。由于加里东运动末期构造抬升，鄂尔多斯盆地经历了长达1.3亿年的风化暴露，长期的大气淡水溶蚀造成鄂尔多斯盆地中东部奥陶系区域不整合面之下的马五1+2亚段中发育一套以硬石膏结核溶模孔为主要储集空间的风化壳岩溶储层。该套储层与上覆石炭系煤系地层直接接触，构成了良好源储配置关系，并成功勘探出靖边气田。马五4 1小层位于马五1+2亚段储层之下，根据岩性差异由下至上又细分为马五4 1b和马五4 1a（图1）。从马五4 1a残余地层厚度看，该小层沉积时基本继承了奥陶纪马五10亚期—马五4 2亚期“隆坳相间型”古地貌特征[16,17]，仅在古地貌单元分布范围有所差异，由西向东分别为中央古隆起、乌审旗—吴起坳陷、榆林—延安隆起、米脂坳陷，地势相对较高的隆起带厚度约为2~4 m，地势相对较低的坳陷区域地层厚度约为4~6 m（图1，图2）。受隆坳相间型古地貌和蒸发作用控制，盆地东部米脂—清涧一带为膏岩潟湖沉积[图1(b)，图2]，岩性以膏岩和膏质白云岩为主，夹少量含硬石膏结核细粉晶白云岩；盆地西部乌审旗—吴起一带为膏质潟湖沉积[图1(b)，图2]，岩性主要为硬石膏结核细粉晶白云岩，其中硬石膏结核含量通常大于10%，最高可达20%[图3(a)]；而位于膏岩潟湖和膏质潟湖周缘、地势相对较高部位府谷—神木—榆林、延安—黄龙地区侧发育含膏云坪[图1(b)，图2]，沉积物岩性以含硬石膏结核细粉晶白云岩为主[图3(b)，图3(c)]，含少量的硬石膏柱状晶细粉晶白云岩[图3(d)]，硬石膏结核（晶体）含量通常小于10%[图3(b)]。
图1 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a地层综合柱状图(a)、地层厚度及岩相古地理图(b)

Fig.1 Comprehensive histogram, stratigraphic thickness(a) and lithofacies paleogeographic map(b) of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

图2 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a小层沉积相剖面图[剖面位置见图1(b)]

Fig.2 Sedimentary facies profile of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin（see Fig.1(b) for location）

图3 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a储层特征

(a)陕366井，4-6/34块，马五4 1a，含硬石膏结核细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔含量17%~20%，岩心照片；(b)陕118井，9-29/59块，马五4 1a，含硬石膏结核细粉晶白云岩，硬石膏结核含量6%~8%，发育少量微裂缝，细粉晶白云石和硬石膏充填，岩心照片；(c)陕118井，9-29/59块，马五4 1a，含硬石膏结核细粉晶白云岩，细粉晶白云石和硬石膏充填微裂缝，普通片，正交光；(d)陕112井，3 221.25 m，马五4 1a，含硬石膏柱状晶细粉晶白云岩，柱状晶内分散分布细粉晶白云石，普通片，正交光；(e)莲36井，3 742.6 m，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，结核内中下部以白云石粉砂为主，上部为孔隙，见少量石英，蓝色铸体片，单偏光；(f)莲46井，马五4 1a，4-57/73块，含硬石膏晶体铸模孔细粉晶白云岩，结核内充填少量细粉晶白云石，蓝色铸体片，单偏光；(g)陕136井，马五4 1a，7-15/47块，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，结核内中下部以白云石粉砂为主，上部见少量孔隙，发育少量微裂缝，未充填，红色铸体片；(h)陕371井，4 126.1 m，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔内细粉晶白云石半充填，结核内细粉晶白云石与基岩发暗红色光，阴极发光片；(i)统77井，马五4 1a，8-21/55块，含硬石膏结核细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔中充填的细粉晶白云石边缘受到明显的成岩改造，背散射图像；(j)陕234井，3 274.96 m，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔内细粉晶白云石和少量方解石半充填，红色铸体片，单偏光；(k)召41井，3 397.6 m，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔内被细粉晶白云石、石英和中晶方解石半充填，普通片，单偏光；(l)视域同(k）,基岩与膏溶孔内的细粉晶白云石均发暗红色光，中晶方解石具环带结构，核心向外由红色光转变为极暗红色光，孔隙不发光，阴极发光片；(m)统77井，马五4 1a，8-26/55块，含硬石膏结核细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔被细粉晶白云石和中晶方解石全充填，普通片，单偏光；(n)陕112井，马五4 1a，6-58/62块，含硬石膏结核细粉晶白云岩，部分结核内下部为白云石粉砂和硬石膏混杂堆积，上部为硬石膏，蓝色铸体片，正交光；(o)陕134井，3 574.5 m，马五4 1a，含硬石膏结核细粉晶白云岩，硬石膏结核中下部粉晶白云石和硬石膏组成，上部为硬石膏，呈示顶底构造，普通片，正交光；(p)视域同(o）,结核内细粉晶白云石与基岩发暗红色光，硬石膏不发光，阴极发光片;(q)统70井，4-10/82块，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，膏结核溶孔充填细粉晶白云石和铁白云石，晚期微裂缝切割铁白云石晶体，铸体片，单偏光；(r)陕267井，12-1/31块，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，膏结核溶孔充填渗流白云石粉砂（第一期）→石英（第三期）→含铁方解石（第四期）→鞍状白云石（铁白云石）（第四期），普通片，单偏光；(s)陕354井，3 946.91 m，马五4 1a，含硬石膏结核溶模孔细粉晶白云岩，硬石膏结核溶模孔内被石英和方解石全充填，普通片，单偏光；(t)视域同(o）,硬石膏结核溶模孔内被石英和方解石全充填，石英不发光，方解石发红色光，阴极发光片

Fig.3 Reservoir characteristics of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

2 储层特征与孔隙成因

2.1　储层特征

2.1.1　储层岩石学特征

马五4 1a小层储层岩性主要为灰色、浅灰色含硬石膏结核细粉晶白云岩[图3(a)—图3(c)，图3(e)，图3(g)—图3(t)]，含少量含硬石膏柱状晶细粉晶白云岩[图3(d)，图3(f)]。硬石膏结核形态大致呈不规则圆形、椭圆形、较扁平椭圆形等。其单体大小变化较大：最小可小于0.5 mm，最大可达5 mm左右，以1.5~3 mm居多。硬石膏结核含量（分布密度）变化大：在硬石膏结核富集层中其含量可达15%~20%，硬石膏结核分布稀少者其含量在2%~5%之间。白云岩由自形—半自形细粉晶白云石组成，晶体大小一般为0.006~0.07 mm，镶嵌接触，岩性致密无孔。

2.1.2　储集空间特征

(1)硬石膏结核溶模孔：马五4 1a小层主要的储集空间类型，硬石膏结核形态大致呈不规则圆形、椭圆形、较扁平椭圆形等[图3(a),图3(e)]。其单体大小变化较大：最小可小于0.5 mm，最大可达5 mm左右，以1.5~3 mm居多。常见细粉晶白云石、中晶方解石、石英和细—中晶白云石充填或半充填，有效孔隙分布于溶模孔中下部充填的较自形细粉晶—粉晶白云石晶间孔及核模孔上部未被充填的残余孔隙。
(2)硬石膏晶体铸模孔：针状、柱状、板状硬石膏晶体选择性溶蚀形成[图3(f)]，大小约为(0.05~0.2)mm×0.5 mm，往往呈孤立、层状分布于细粉晶白云岩储层中，绝大多数被方解石与石英全充填，仅局部见未充填或半充填晶模孔，对储层储集性能贡献较小。
(3)微缝：研究区马五4 1a白云岩储层中不同程度地发育微缝，呈随机状或网状密集分布。微缝宽度一般在0.05~0.1 mm之间，其形成可能与岩溶垮塌、负荷压力、构造作用等多种因素有关，能有效地改善储层渗透率[图3(b),图3(g),图3(q),图3(s)]。

2.1.3　物性特征

岩心样品分析数据统计表明，马五4 1a小层储集物性较好，其孔隙度分布范围为0.12%~16.36%，平均值为5.54%，渗透率分布范围为（0.001~44.56）×10-3 μm2，平均值为1.53×10-3 μm2。孔隙度大于2%的样品比例为77.85%，其中孔隙度为2%~6%的样品比例为32.14%，孔隙度为6%~10%的样品比例为36.66%，大于10%的样品比例为9.05%[图4(a)]；渗透率大于0.01×10-3 μm2的样品比例为86.19%，其中分布在（0.01~0.1）×10-3 μm2区间范围内的样品个数最多，比例为31.29%，渗透率为（0.1~1）×10-3 μm2的样品比例为34.17%，渗透率大于1×10-3 μm2的样品比例为20.73%[图4(b)]。
图4 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a储层物性直方图

Fig.4 Histogram of porosity and permeability of the reservoir of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

2.2　孔隙成因及演化模式

前人研究表明，鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组经历了沉积—准同生、浅埋藏、晚表生岩溶和晚埋藏共4个成岩环境[10,13,17]。结合马五4 1a储层岩石学特征及地球化学特征认为，马五4 1a储层孔隙成因主要与沉积—准同生期（硬石膏结核或晶体沉淀、准同生白云石化作用、大气淡水溶蚀作用和充填作用）、晚表生期（大气淡水溶蚀作用、破裂作用和充填作用）、晚埋藏期（充填作用和破裂作用）密切相关。

2.2.1　沉积—准同生期

沉积—准同生期，马五4 1a储层主要经历了石膏结核或石膏晶体沉淀、准同生白云石化作用、大气淡水溶蚀作用和石膏充填作用。沉积时，强烈的蒸发作用致使海水发生浓缩，在盆地中央古隆起周缘、乌审旗坳陷和榆林—延安隆起带硬石膏以结核状或晶体状从浓缩海水中析出[图5(a)]。伴随着石膏的沉淀，流体中Mg2+/Ca2+值会升高，为白云石化提供充足的Mg2+来源，致使灰泥快速发生白云石化[18]。该类白云石化作用为准同生白云石化作用，由其形成的白云石以他形细粉晶白云石为主，含少量自形程度较高的细粉晶白云石，镶嵌接触，基质孔隙一般不发育。此外，发育于中央古隆起区和榆林—延安—志丹一带的含膏云坪相带，由于地势相对较高，当海平面短暂下降并暴露于地表时，经大气淡水溶蚀作用可形成早期的孔隙。但由于马五4 1a和马五3亚期仍属于蒸发环境，上覆地层沉积时的浓缩海水在重力作用向下渗入下伏储层孔隙中，并再次沉淀出石膏堵塞孔隙，仅能残留少量未被充填的孔隙[图5(b)]。这一现象在具有相同沉积背景且远离风化壳剥蚀窗口的马三段储层中得到证实，其内部由准同生期大气淡水溶蚀作用形成的含硬石膏结核溶模孔被盐岩充填。
图5 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a储层孔隙演化模式

Fig.5 Pore evolution model of O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

2.2.2　晚表生岩溶期

由于加里东运动末期的区域构造抬升，盆地内马家沟组进入了长达1.3亿年的风化壳裸露期。破裂作用、大气淡水溶蚀作用、细粉晶白云石充填作用、方解石充填作用和硬石膏充填作用控制了该期孔隙的形成与演化。区域构造抬升致使地层应力发生变化，在局部地层中形成构造破裂缝；长期的风化暴露致使奥陶系顶部马五段出露于地表，并形成不整合面。大气淡水沿不整合面进入马五4 1a储层中，对含硬石膏细粉晶白云岩进行岩溶改造。受大气淡水溶蚀作用影响，硬石膏结核或硬石膏晶体发生溶蚀并形成孔隙[图3(e)—图3(h)，图5(c)]，组成围岩的细粉晶白云石的氧同位素发生负偏移，低于奥陶纪正常海水值（δ18O=-6.6‰~-4.0‰）[19]（图6，表1）。当硬石膏水化时，体积会增加30%，体积的膨胀对围岩增压，随着硬石膏的溶解，又对围岩释压[12]。应力变化会使围岩发生破裂并形成细而弯曲的网状微裂缝[图3(g),图3(s),图5(c)]。此外，该阶段还伴随细粉晶白云石、晶粒方解石和硬石膏充填作用。细粉晶白云石充填于孔隙下部[图3(e)—图3(s)，图5(c)]，以他形晶为主，绝大多数细粉晶白云石碳、氧同位素组成与围岩分布范围一致，阴极发光均呈暗红色光，电子探针元素分布也具有明显的相似性（图6，图7，表1），这表明此类白云石与围岩中的细粉晶白云石具有相同成因，由围岩发生机械破碎后被岩溶水带入到孔隙中，部分电子探针元素差异与白云石晶体受到成岩改造相关[图3(i)]；晶粒方解石一般为黑色，细—中晶结构，一般充填于膏溶孔下部、裂缝或溶蚀缝中[图3(j)—图3(l)，图5(d)]，部分全充填于孔隙中[图3(m)]。此类晶粒方解石由于形成时间早于生排烃期，未受到有机碳的影响，碳同位素值分布在-1.804‰~0.277 5‰范围间（图6，表1），氧同位素组成受大气淡水溶蚀作用影响，具有偏负特征，一般小于-10‰，阴极发光为暗色光，常见环带结构[图3(l)]，与生长期的成岩流体性质变化相关；硬石膏一般为黑色，以连晶状充填于孔隙和微裂缝中，呈现出示顶底结构，阴极发光不发光[图3(n)—图3(p)]，SrO含量相对其他成岩矿物较高（图7，表1）。
图6 马五4 1a储层不同矿物激光碳氧同位素组成

Fig.6 The maceral of carbon and oxygen isotopes of the reservoir of the O1 m 5 4-1a

表1 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a储层不同矿物激光碳、氧同位素组成与电子探针元素分析

Table 1 Laser carbon and oxygen isotopic composition and EPMA element analysis of different minerals of reservoir of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

井号 深度/m 分析位置 激光碳氧同位素组成/‰ 电子探针元素分析/%
δ13C δ18O FeO MnO SrO Na2O K2O
统49 4-14/44* 围岩 0.469 -8.183 0.151 0 0.018 0.018 0
陕366 3 772.34 围岩 0.503 -6.728 0.168 0 0.009 0 0
陕234 3 374.2 围岩 0.589 6 -9.171 0.296 0 0 0 0.015
召41 3 397.6 围岩 -1.49 -8.81 0.111 0 0.01 0.003 0.01
陕334 4 011.7 围岩 -0.64 -8.75 0.211 0 0 0.009 0.002
陕134 3 574.5 围岩 / / 0.187 0.012 0 0.025 0.01
陕234 3 374.2 孔隙内细粉晶白云石 -0.261 -9.862 0.122 0.041 0.01 0 0.039
桃1 3 436.39 孔隙内细粉晶白云石 -1.081 -8.679 0.328 0 0 0 0.018
陕165 3 323 孔隙内细粉晶白云石 -0.721 -8.358 8 0.09 0 0 0.014 0
召41 3 397.6 孔隙内晶粒方解石（1） / / 0.014 0.003 0.01 0 0.014
召41 3 397.6 孔隙内晶粒方解石（2） / / 0.003 0.008 0 0.003 0.01
陕366 3 772.34 孔隙内晶粒方解石 -0.277 5 -10.978 8
陕165 3 323 孔隙内晶粒方解石 / / 0.011 0 0 0 0.016
桃1 3 436.39 孔隙内晶粒方解石 -1.084 -10.886 0.057 0.007 0.017 0 0
桃1 3 436.39 孔隙内晶粒方解石 0.026 0.045 0 0 0.017
陕267 12-1/31* 孔隙内连晶方解石 -0.029 -12.886 0.028 0.055 0.016 0.004 0.003
陕267 12-1/31* 孔隙内中—粗晶白云石 -0.26 -13.974 2.49 0.053 0.027 0.009 0
陕134 3 574.5 孔隙内硬石膏 \ \ 0.552 0.015 0
陕134 3 574.5 孔隙内硬石膏 0.02 0 0.634 0.031 0

注：“/”表示未检测；‘\’表示未测出；“*”表示块次

图7 马五4 1a储层不同矿物微量元素分布

Fig.7 The maceral of carbon and oxygen isotopes of the reservoir of the O1 m 5 4-1a

2.2.3　晚埋藏期

海西期末，鄂尔多斯盆地的再次沉降并持续接受石炭系至第四系沉积，盆地中东部马五4 1a储层进入晚埋藏成岩阶段。储层孔隙演化经历的成岩作用类型主要为石英、中—粗晶白云石、巨晶方解石充填作用和构造破裂作用。从微观岩石学特征来看，石英充填时间早于白云石，巨晶方解石充填时间晚于白云石，构造破裂作用发生时间相对较晚。
晚石炭世—二叠纪，在地层压力的负荷作用下，上覆地层孔隙水及黏土矿物脱出水不断压实排出并沿不整合面进入风化壳储层，由压释水带来的SiO2以石英的形式充填于残余孔隙中，晶形完整，以复三方柱双锥及柱状双锥形态为主[图3(e)，图3(k)，图3(l)，图3(r)—图3(t)，图5(f)]，阴极发光不发光[图3(t)]。
印支末期—燕山期，储层孔隙水中的白云石类及方解石类达到过饱和状态，从孔隙水中沉淀出并充填于残余孔隙中[图3(q)—图3(t)，图5(g)，图5(h)]。该阶段形成白云石为白色，中—粗晶结构，常见充填于孔隙上部[图5(i)]，其碳同位素组成较轻与有机碳的加入相关[15]，氧同位素组成偏负，一般在小于-12‰，铁含量较高（图6，图7，表1）；巨晶、连晶方解石为白色，常充填于孔洞上部[图3(r)—图3(t)]，阴极发光为红色[图3(t)]。

3 储层发育主控因素

综合岩石学特征、区域地质背景和成岩作用研究表明，马五4 1a小层的储层发育主要与沉积相、古地貌控制的差异溶蚀和差异充填作用相关，晚期矿物充填作用对储层起不同程度的减孔作用，构造破裂缝和成岩裂缝能够有效改善储层渗透能力。

3.1　膏质潟湖、含膏云坪是储层发育的物质基础

沉积相是海相碳酸盐岩储层发育的物质基础。受隆坳相间型古地貌和蒸发作用控制，鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a小层主要发育膏岩潟湖、膏质潟湖、含膏云坪和云质潟湖共4种沉积微相类型，沉积物岩性由硬石膏岩、含硬石膏结核细粉晶白云岩和细粉晶白云岩组成。钻井岩心、微观薄片与物性分析资料研究表明，发育在膏岩潟湖中的硬石膏岩（平均孔隙度为1.29%，平均渗透率为0.03×10-3 μm2）与云质潟湖中的细粉晶白云岩（平均孔隙度为0.78%，平均渗透率为0.01×10-3 μm2）岩性较为致密，储集性能差；而形成于膏质潟湖与含膏云坪中的含硬石膏结核细粉晶白云岩孔隙较为发育，储集性能好[图1(a)，图8]，并且呈现出石膏结核含量越高、储层物性越好的特征[图1(a)，图8]。这表明膏质潟湖、含膏云坪控制了马五4 1a储层的分布，是优质储层发育的物质基础。
图8 鄂尔多斯盆地陕366井奥陶系马五4 1a岩性、物性及沉积环境特征

Fig.8 Lithologies, physical properties and sedimentary environment characteristics of the O1 m 5 4-1a in Well Shan 366， Ordos Basin

3.2　古地貌控制的差异溶蚀作用与差异充填作用是孔隙形成与保存的关键

加里东运动末期，鄂尔多斯盆地中东部由于构造运动发生抬升，进入长达1.3亿年的风化暴露期，并经历了长期的岩溶作用。鄂尔多斯盆地在平面上表现为西高东低的岩溶古地貌格局，且由西向东依次为岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地[14]；在纵向上由上到下细分为垂直渗流带、水平岩溶带、深部带和滞留带 [7]。现今残留下的马五4 1a小层埋藏深度一般为0~50 m，且由西向东依次增加。在中央古隆起处，马五4 1a小层位于岩溶高地和垂直渗流带上；乌审旗—吴起坳陷和榆林—延安隆起带上的马五4 1a小层在平面上位于岩溶斜坡上，垂向上属于水平岩溶带和深部带；米脂坳陷处的马五4 1a小层位于岩溶盆地和深部带上（图9）。
图9 鄂尔多斯盆地中东部前石炭纪岩溶剖面图[剖面位置见图1(b）]

Fig.9 Pre-carboniferous karst profile in the central and eastern Ordos Basin[see Fib.1(b) for location]

研究表明，含硬石膏白云岩是储层孔隙发育的载体，古地貌控制的差异溶蚀作用和差异充填作用是储层孔隙形成与保存的关键。位于岩溶高地和岩溶斜坡上部地区（榆林—靖边—延安以西区域）的膏质潟湖和含膏云坪微相，其沉积物中富含具有易溶性的硬石膏结核或硬石膏晶体。在晚表生期，该区域成岩作用类型主要以大气淡水溶蚀作用为主，充填作用相对较弱，充填物主要为细粉晶白云石，充填形式为具有示顶底结构的半充填。但也存在着受岩溶古地貌和最低排泄基准面控制而不发育储层的含硬石膏细粉晶白云岩，其位于岩溶斜坡的东侧。沉积时，这些区域为乌审旗—吴起坳陷的凹陷部位，地势相对较低。在风化裸露期，受沉积古地貌继承性影响，在空间上仍处于低洼带，在垂向上位于深部带中（图9），大气淡水溶蚀硬石膏结核后形成富含Ca2+和SO4 2-的岩溶水。由于该区域处于低洼带，侧向上又有马五4 1b小层块状硬石膏岩层遮挡，岩溶水不易被排出并残留汇集于此。当石膏过饱和时，再次从岩溶水中析出，并充填于孔隙下部细粉晶白云石晶体之间与上部未被充填的残余孔隙中，呈现出示顶底接触关系[图3(n)—图3(p)]；位于岩溶斜坡下部地区（红墩界—青阳岔地区）的马五4 1a小层，其沉积时主要为含膏云坪，绝大部分地层在垂向上处于水平岩溶带中，少数地层位于最低排泄基准面之下的深部带。水平岩溶带中的孔隙以粉晶白云石与中晶方解石半充填为主，残留较多孔隙。最低排泄基准面之下深部带中孔隙以中晶方解石和细粉白云岩全充填为主，因而在该区域的部分井中可同时观察到2种充填方式[图3(i)，图3(m)]；岩溶盆地（榆林—靖边以东区域）上的膏质潟湖位于最低排泄基准面之下的深部带中，越往东大气淡水溶蚀作用越弱，残留较多未被大气淡水溶蚀作用溶蚀的含硬石膏结核细粉晶白云岩，靠近岩溶斜坡的地方是岩溶水的汇集区，方解石充填严重，储层基本不发育，因而在该区域总体表现出“白云石粉砂+方解石+硬石膏”全充填的特征（图8）。

3.3　晚埋藏期充填作用对储层起不同程度的减孔作用

晚埋藏期充填作用主要为石英、中—粗晶白云石和巨晶方解石等充填作用和构造破裂作用。石英和中—粗晶白云石充填程度相对较低，硬石膏结核溶模孔内仍残留较多孔隙空间，对储层储集性能的破坏性相对较弱[图3(k)，图3(q)—图3(t)]；巨晶方解石为白色，部分充填于孔隙上部的残余孔隙中[图3(k)]，部分全充填于孔隙下部的残余晶间孔和孔隙上部孔隙中，对储层孔隙的保存起极大的破坏性作用[图3(r)—图3(t)]。

3.4　破裂作用形成的裂缝改善了储层渗流能力

研究区马五4 1a储层经历了成岩破裂作用和构造破裂作用。成岩破裂作用与硬石膏的溶蚀相关，由其形成的网状微裂缝将孤立的硬石膏结核溶模孔连通起来，改善了储层渗流能力；构造破裂作用与构造运动引起的应力变化相关，在部分微观薄片中常观察到微裂缝切割围岩和中—粗晶白云石等晚期充填矿物，且处于开启状态，能够有效改善储层的渗透性，对储层储集性能起积极的建设性作用 [图3(q)]。

4 优质储层分布预测

根据储层发育主控因素分析认为，鄂尔多斯盆地奥陶系马五4 1a优质储层发育主要与沉积相、晚表生期古地貌控制的差异溶蚀和差异充填作用相关。沉积相研究表明，奥陶系马五4 1a小层在盆地中东部广泛含膏云坪和膏质潟湖，不同区域仅在厚度和硬石膏含量上有所差异（图1，图2）。因此，优质储层平面分布预测也就转换为古地貌控制的差异溶蚀作用和差异充填作用范围预测：①岩溶盆地的马五4 1a小层位于最低排泄基准面之下，大气淡水溶蚀作用较弱，硬石膏未被溶蚀，仅在靠近岩溶斜坡区存在溶蚀现象，但由于位于岩溶水汇集区，孔隙常被方解石、细粉晶白云石和硬石膏充填等矿物全充填，基本不发育孔隙；②位于岩溶斜坡和沉积古地貌高部位的叠合区域的马五4 1a储层，大气淡水溶蚀作用强，孔隙内充填物以细粉晶白云石半充填为主，后期成岩充填物较少，而岩溶斜坡和沉积古地貌低部位叠合区域的马五4 1a储层长期处于岩溶水滞留区，易于再次析出硬石膏充填于孔隙中，不利于硬石膏结核溶模孔的保存。为此，基于上述分析，可以预测出位于榆林—靖边—志丹以西的沉积古地貌高部位与岩溶斜坡叠合区域、红墩界—青阳岔地区是优质储层的分布区，其中志丹以南的有利储层分布区现今钻井较少，值得进一步探索（图10，图11）。
图10 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a差异充填作用范围分布（岩溶带划分据文献[14]修改）

Fig.10 Distribution map of differential filling range of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin(division of karst zone according to Ref.[14])

图11 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五4 1a储层分布

Fig.11 Reservoir map of the O1 m 5 4-1a in the central and eastern Ordos Basin

5 结论

（1）马五4 1a储层岩性为含硬石膏细粉晶白云岩，储集空间以硬石膏结核溶模孔为主，含少量硬石膏晶体铸模孔和微裂缝，孔隙度为0.12%~16.36%，平均约为5.54%。
（2）储层孔隙形成与硬石膏沉淀，大气淡水溶蚀作用，中晶方解石、石英、中—粗晶白云石和巨晶方解石充填作用和破裂作用相关。其中硬石膏是孔隙形成的物质基础，大气淡水溶蚀作用是孔隙形成的关键，充填作用影响孔隙的保存和非均质性，破裂作用改善储层渗流能力。
（3）储层分布主要受古地貌控制。榆林—靖边—延安以东地区，大气淡水溶蚀作用较弱，硬石膏未被溶蚀。或孔隙被中晶方解石、细粉晶白云石和硬石膏等矿物充填，充填程度较高，基本不发育孔隙；红墩界—青阳岔地区、榆林—靖边—延安以西的沉积古地貌高部位与岩溶斜坡叠合区域孔隙充填程度较低，是有利储层的发育区。

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