吴海燕，梁 婷，曹红霞，于 珺，郭艳琴
(1.长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；
2.陕西延长石油(集团)研究院，陕西 西安 710069；
3.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)
鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组顶部发育一套与不整合面有关的碳酸盐岩古岩溶储层[1-2]，碳酸盐岩与膏盐岩伴生，促进了岩溶作用的发生，在越流下渗的大气淡水作用下，硬石膏发生选择性溶解，形成硬石膏结核溶孔，或发生面式溶解使白云岩不同程度溶解发生层状崩塌，形成在相当范围内可追踪的角砾岩层[3-4]，垂向上表现为岩溶强度不同的作用带，岩溶储层主要发育在岩溶强度适中的水平潜流带和垂直渗流带中[4]。
延安地区奥陶系马家沟组风化壳岩溶型气藏取得了一系列的勘探突破。前人对鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组古岩溶特征进行了较为深入的研究，郑聪斌等对岩溶岩及岩溶相展开了系统研究，认为风化壳天然气储层属于不同期次古岩溶。根据古岩溶岩石学特征，可将古岩溶产生的岩溶岩划分为岩溶改造岩和岩溶沉积岩2大类8个亚类；
何江等对古岩溶期次、岩溶作用强度等进行研究，认为岩溶强度对于储集层储渗能力影响极大，深部缓流带岩溶强度过低，而水平潜流带中等溶蚀亚带、垂直渗流带岩溶强度适中，有利于储层发育；
李振宏等对岩溶储集层进行了系统研究[6-12]。前人对延安地区马家沟组古岩溶特征及储层分布规律很少开展详细研究，气藏富集规律也不清楚。笔者通过对延安地区古岩溶地质特征的剖析，填补了盆地东南部下古生界马家沟组古岩溶地质特征的认识，从不整合面结构入手分析古岩溶的判别标志，探讨不同地貌单元古岩溶地质特征及垂向分带性，深化古岩溶作用对储层控制及发育规律的认识，以期为延安地区海相碳酸盐岩勘探提供地质依据。
延安地区位于鄂尔多斯盆地东南部，面积1.6×104km2，具有定向性延伸、排列式褶合、规模化发育、区域性展布、继承性演化的低幅度构造特征[13](图1)。
鄂尔多斯盆地马家沟组是继亮甲山组沉积后发育的一套快速海进-缓慢海退的沉积序列，以碳酸盐岩-膏盐岩共生沉积为主[14-19]。奥陶纪末加里东运动使鄂尔多斯盆地整体抬升，经过150 Ma的风化淋滤剥蚀[17-20]，对马家沟组上组合地层造成不同程度的剥蚀。根据钻测资料，马六段地层在盆地北部和西部局部残存，在盆地东南部大面积连片分布；
志丹以东、宜川以北的地区，除在古沟槽和残丘边部马五1-2段地层缺失外，马家沟地层保存基本完好，在志丹以西、宜川以南的地区马五-马一被依次抬升剥蚀。
延安地区早古生代奥陶纪进入稳定陆表海环境，马五1-马五4亚段以泥质云岩、细粉晶云岩、含硬石膏结核云岩、膏质白云岩、膏盐岩为主，马五5-马五10亚段以残余砂屑云岩、粉-细晶云岩、膏质云岩和硬石膏岩、盐岩为主，下组合马四段-马一段以残余砂屑云岩、粉-细晶云岩、泥晶灰岩、生屑灰岩、泥质云岩、膏质云岩和硬石膏岩、盐岩为主[18-19]，其中马家沟组上组合是后期岩溶作用改造强烈部位，是延安地区下古生界天然气的主力气层。
2.1 不整合面
古岩溶之上往往存在一个不整合面，鄂尔多斯盆地马家沟组顶部不整合面是陆上暴露侵蚀造成的，可改善碳酸盐岩储层性能。长期暴露，有利于淡水淋滤和古岩溶形成，暴露时间越长岩溶作用对沉积物改造越彻底[17-20]，离不整合面越近岩溶系统越发育。盆地奥陶系顶部大型不整合界面是地壳的垂直升降运动，遭受约150 Ma剥蚀，缺失志留系和泥盆系，地壳再次下降，接受石炭系地层的沉积。
延安地区钻测井数据显示奥陶系顶部不整合面覆盖的地层全部为石炭系本溪组地层，且不整合面垂向结构可以分为3层(图2(a)、2(b)、2(c))，从上到下分为碎屑岩层、风化粘土层、半风化岩层。延安地区不整合面结构分为3类，第Ⅰ类泥岩-铝土岩(或缺)-碳酸盐岩，分布在大部分区域，当铝土岩较薄或缺失气态烃可以直接进入碳酸盐岩储层；
第Ⅱ类砂岩-铝土岩(或缺)-碳酸盐岩，小面积分布于延安地区，铝土岩上下均可成为天然气运移的通道，此类不整合具有侧向运移的特点，将天然气运移到适宜的部位然后向下运移进入碳酸盐岩储层，若缺失铝土岩，天然气可直接垂向运移；
第Ⅲ类碳酸盐岩-铝土岩-碳酸盐岩，不整合在延安地区分布较局限，对于气态烃的运移影响很局限。在盆地南缘桥头、薛峰川、三眼桥等地区的下古生界奥陶系野外露头上，可以找到3种不整合面结构(图2(d)、2(e)、2(f))。
2.2 溶蚀孔洞缝
溶蚀孔、洞、缝是判断古岩溶作用最直接的证据之一。与古岩溶作用有关的溶蚀孔、洞、缝构成了储层中复杂的网络配置关系[20]。延安地区奥陶系马家沟组顶部地层经历了多期岩溶，使原始孔隙得到改造，储集性能也得到改善。层间岩溶期，受大气淡水淋滤或混合水作用，易溶矿物发生选择性溶解滞成膏模孔、盐模孔，形成溶蚀孔洞的雏形；
风化壳岩溶期，大气淡水以垂直渗流、水平潜流和深部渗流3种形式，沿先期形成的孔隙及风化裂隙等流体通道进一步溶蚀扩大，形成溶蚀孔洞、晶间溶孔、角砾间溶孔及溶缝等储集空间，形成大面积、多层溶蚀孔、洞、缝体系，为风化壳储层形成的重要建设时期；
埋藏岩溶期，带有机质的酸性水沿缝合线和构造缝进行溶蚀，形成溶蚀扩大孔洞(图3(a)、3(b))。
延安地区奥陶系马家沟组膏盐岩和碳酸盐岩交互发育，在岩溶作用较强烈的地带形成的洞穴注定和纯碳酸盐岩地层是完全不同的，有膏盐岩发育的地层受到岩溶水的改造时是边溶解边垮塌边充填，没有空的洞穴带，判断洞穴带的存在要从岩层的上下接触关系及充填组构来判断。
2.3 岩溶岩
岩溶岩是古岩溶最宏观的标志，对岩溶岩的识别是研究古岩溶的最基础的工作[22]。研究岩溶岩主要通过岩溶角砾岩特征及岩心纵向及横向岩溶特征，岩溶岩的分类根据(李定龙，1999年、郑聪斌，1997年)提出的，并补充了淀积岩的范围。通过对延安地区探井岩心的宏观观察及铸体薄片的系统分析，将延安地区岩溶岩分为2个大类和8个亚类，各类型的岩溶岩在延安地区均有发育。
2.3.1 岩溶建造岩
岩溶建造岩是岩溶作用下在岩溶溶洞中产生的机械搬运沉积物、化学沉淀物经固化而形成的岩石分为5种类型：①残积岩为风化壳顶部混杂角砾岩(图3(c))，是岩溶作用产生的未溶组分就地堆积固结形成的岩石；
②冲积岩在延安地区岩溶段较发育，是由地下暗河搬运、沉积的固化而成的岩石(图3(d))；
③塌积岩岩溶作用使洞壁或洞顶岩石发生崩、塌、滑、陷发生位移，导致岩块位移与堆积，经过固化或再胶结形成岩石(图3(e))；
④填积岩在溶洞中由于下渗水流携带搬运而沉积的物质，常与本溪组泥质岩过渡，充填于风化壳顶部的岩溶漏斗及洞穴发育带(图3(f))；
⑤淀积岩由岩溶水引起的化学沉淀固化形成的岩石(图3(g))。
2.3.2 岩溶改造岩
岩溶改造岩是经过岩溶改造的岩石，分为3种类型：①溶蚀岩在延安地区较发育，溶蚀孔洞被不同程度的充填，是在岩溶水的作用下岩石被溶解破坏的同时往往还有非可溶岩或难溶物质从岩石中分离出来经溶蚀的岩石(图3(h))。②变形岩因岩溶作用造成母岩原始产状发生变化的岩石(图3(i))，可从假角砾化、褶曲变形等标志进一步识别。③交代岩岩溶水产生交代作用所形成的岩石(图3(j))。交代是指原矿物边溶解，新生矿物边形成的过程。
3.1 岩溶作用带的划分
岩溶垂直作用带的划分是对岩溶水流动程度的划分，只有流动的水存在，岩溶作用就能进行的彻底，当水不流动了说明岩溶作用也停滞了。岩溶作用带的发育与鄂尔多斯盆地地壳的升降有关，还与区域潜水面的高低有关。延安地区垂直岩溶作用带分为3类：垂直渗流带、水平潜流带及深部缓流带，其中岩溶水流动在水平作用带最强，在深部滞留流带处于基本停滞状态，且岩溶水的矿化度较高，岩溶交代现象较普遍(图4)。
根据延安地区古岩溶地质特征及古地貌的恢复结果，对马家沟组古岩溶的油气地质意义进行探讨，岩溶斜坡是有利的天然气储集区带，高产井主要集中在岩溶斜坡的三级地貌单元的转换带上，即残丘边部、靠近沟槽的岩溶斜坡带及阶地边部，如延安地区的北部a583-a918井区和西部a1086-a1055井区。东北部广大岩溶斜坡与岩溶盆地过渡地带及岩溶盆地效果较差，钻遇低产气层或干层，未获得大的突破，原因在于地带基本处于排泄基准面附近，储集层中后期充填物较多，储层含有较多的泥质，物理淀积现象较普遍，且充填、交代作用也较强烈，降低了储层性能。
岩溶斜坡溶蚀作用强烈，垂直渗流带和水平潜流带较发育，形成优质储集层，是风化壳气藏发育的有利地带，岩心上可见大量经过风化壳期扩容的硬石膏结核溶蚀孔、微裂隙，储层性能好；
岩溶盆地东部也有洞穴带和孔洞带发育，说明岩溶盆地也有好的储层发育。
3.2 风化壳岩溶影响深度确定
可溶岩从溶解度上看，卤化盐岩的溶解度最大，次为硫酸盐岩，最后为碳酸盐岩，表明膏盐岩在受大气淡水改造时比碳酸盐岩更易溶解，因此以膏质白云岩、白云质膏岩、硬石膏岩、岩盐等岩性的出现来判断风化壳岩溶作用影响的深度，即风化淋滤作用的底界，也是风化壳底部。延安地区岩溶作用影响深度从岩溶斜坡到岩溶盆地是变浅的，岩溶斜坡地表水下渗深度较深，岩溶作用强烈，风化壳发育较深，岩溶盆地风化壳地表水流下渗有限，岩溶作用微弱，风化壳发育深度相对较浅；
在三级地貌单元上表现为残丘边部、沟槽斜坡处较深，残丘中部、沟槽处较浅(图5)。
3.3 岩溶古地貌恢复
恢复古地貌是揭示储层分布和气藏规模的关键步骤之一[23]。古地貌形态和分布特征又是岩溶作用发育程度的重要控制因素[24]。对岩溶古地貌的恢复要考虑古地势的高低，又要考虑对三级地貌的精细刻画，才能比较准确地对古地貌进行划分。
3.3.1 古地貌方法
3.3.2 古地质特征
3.3.3 古地貌单元划分
综合“印模法”、“残厚法”和古地质图综合结果，延安地区前石炭纪古地貌整体表现为西北、西南高，东部低的特征(图5)，分为岩溶斜坡与岩溶盆地2个二级地貌单元。岩溶斜坡可进一步分为残丘、台地、阶地、沟槽4个三级地貌单元；
岩溶盆地分为沟槽、阶地、洼地3个三级地貌单元(表1)。
表1 延安地区岩溶古地貌地貌高程值
沟槽是与岩溶斜坡上的沟槽区别在于形态变宽，且支沟槽不发育。
1)提出延安地区马家沟组顶部泥岩—铝土岩(或缺)—碳酸盐岩，砂岩—铝土岩(或缺)—碳酸盐岩，碳酸盐岩—铝土岩—碳酸盐岩3种结构，认为岩溶储集层纵向上主要集中在马家沟组顶部50 m范围内。
2)划分出残积岩、冲积岩、塌积岩、填积岩、淀积岩等5个岩溶建造岩亚类，溶蚀岩、变形岩、交代岩等3个岩溶改造岩亚类。
3)认为岩溶斜坡风化壳底界较深、溶蚀作用较彻底，垂直渗流带和水平潜流带较发育，易形成优质储集层，是马家沟组风化壳气藏发育的有利地带。
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