鄂尔多斯盆地膏质白云岩有利储层的成因及演化

doi:10.13745/j.esf.sf.2020.5.6

摘要/Abstract

摘要：

膏质白云岩是鄂尔多斯盆地中东部下古生界马家沟组M5₁最有利储层,影响膏质白云岩储层性质的最大因素在于溶蚀作用。本文在已有的研究基础上,应用岩心资料及阴极发光、地球化学等方法,测定M5₁膏质白云岩及其特殊的示底构造的化学成分,并分析其成因模式。岩心、薄片以及物性资料显示:石膏溶蚀形成的大量膏模孔及伴生的次生孔是储层的主要储集空间,示底构造规模性出现于膏质云岩中。阴极发光、常微量元素分析结果显示:示底构造上部充填埋藏期方解石;下部充填碎屑白云石,与示底构造外围的准同生期泥-粉晶白云石具有相近的地球化学特征,与深部埋藏期形成的细-中晶白云石差异明显。示底构造的演化是膏质白云岩有利储层形成的重要依据,本文依据化学离子平衡原理,对不同成岩阶段发生的溶蚀作用、填充作用进行离子间相互置换的重演,分析得知不稳定的化学组成是石膏易被溶蚀的内在原因,石膏的规模性溶蚀是膏质云岩有利储层形成的关键。

关键词: 马家沟组, 膏质云岩, 孔隙演化, 微量元素, 化学离子平衡

Abstract:

Gypsum dolomite is the most favorable natural gas reservoir in M5₁ of the Paleozoic Majiagou Formation in the middle eastern Ordos basin while its properties are mostly affected by dissolution. On the basis of past studies, the composition and genesis of gypsum dolomite and geopetal structure of M5₁ were determined by core data, cathodoluminescence and geochemical analyses. Thin section and physical property studies show that the numerous cast holes and other secondary pores from gypsum dissolution form the main reservoir space. In addition, a large number of geopetal structures are found in gypsum dolomite. Cathodoluminescence and elemental analysis show that the upper part of the geopetal structure is filled with calcite formed during the burial period; while the lower clastic dolomite is filled with clastic dolomite that has similar geochemical characteristics with the penecontemporaneous mud-powder dolomite outside the geopetal structure, but are obviously different from the fine-mesocrystalline dolomite formed in the deep burial period. The evolution of geopetal structural is an important component of gypsum dolomite as a favorable reservoir. Governed by the principle of chemical and ionic equilibrium, dissolution and filling alternate and repeat throughout the different diagenetic stages, demonstrating that chemical instability is the intrinsic cause of gypsum dissolution, the key to the formation of gypsum dolomite reservoir.

Key words: Majiagou Formation, gypsum dolomite, pore evolution, trace elements, chemical and ionic equilibrium

中图分类号:

P618.13

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图/表 12

图1 研究区位置及Y1758 M51亚段单井分析图

Fig.1 Location of the study area and single well analysis of Y1758 M51 subsegment

表1 M51亚段白云岩样品地球化学分析数据

Table 1 Results of geochemical analysis of dolomite samples from M51 subsegment

井号	深度/m	岩性	常量组分质量分数/10^-2									δ¹⁸O/‰	δ¹³C/‰	Mn/Sr	Mg²⁺/ Ca²⁺
井号	深度/m	岩性	Na₂O	CaO	MgO		Fe		Mn		Sr	δ¹⁸O/‰	δ¹³C/‰	Mn/Sr	Mg²⁺/ Ca²⁺
Y391	2 790.89	泥晶-粉晶白云石	0.08	36.29	17.44	0.16		60.18		92.58		-7.2	-0.9	0.65	0.48
Y391	2 889.75		0.19	37.14	15.21	0.24		57.12		112.00		-7.4	-1.6	0.51	0.41
Y391	2 810.63		0.15	36.25	15.66	0.19		51.63		103.26		-5.3	-0.8	0.50	0.43
Y391	2 903.74		0.22	32.77	19.05	0.17		42.55		94.56		-5.2	0.2	0.45	0.58
Y628	2 810.72		0.05	30.81	18.73	0.18		57.97		90.58		-5.6	0.5	0.64	0.61
Y715	2 385.41		0.08	31.56	18.46	0.25		46.11		87.00		-5.1	0.6	0.53	0.58
Y715	2 340.41		0.02	32.66	15.3	0.37		63.33		107.34		-5.9	-0.8	0.59	0.47
Y1725	2 260.82		0.08	35.19	15.45	0.16		61.28		94.28		-6.8	-0.3	0.65	0.44
Y1725	2 301.43		0.09	37.19	18.12	0.24		58.12		113.96		-6.3	-0.3	0.51	0.49
Y1757	2 906.43		0.14	36.44	17.88	0.16		50.67		101.34		-6.3	-0.4	0.50	0.49
Y1758	3 060.91		0.22	31.87	23.15	0.18		52.55		116.78		-6.2	0.2	0.45	0.73
Y1758	3 599.74		0.21	33.98	18.73	0.19		56.97		89.02		-5.4	0.4	0.64	0.55
Y391	2 790.89	膏模孔内白云石	0.04	37.89	14.2	0.31		71.09		100.13		-6.0	-0.3	0.71	0.37
Y391	2 889.75		0.14	31.11	13.9	0.21		55.98		114.24		-5.5	-0.3	0.49	0.45
Y391	2 810.63		0.07	28.12	18.6	0.17		57.55		81.06		-6.2	-0.8	0.71	0.66
Y391	2 810.63	细晶-中晶白云石	0.02	22.29	25.86	0.76		118.54		41.02		-9.7	-1.8	2.89	1.16
Y391	2 903.74		0.05	22.23	29.34	0.45		150.02		47.32		-7.9	-0.2	3.17	1.32
Y628	2 810.72		0.02	27.78	27.22	0.67		115.75		32.61		-8.6	-2.5	3.55	0.98
Y715	2 385.41		0.02	26.43	30.66	0.76		180.56		62.48		-8.3	-1.8	2.89	1.16
Y715	2 340.41		0.04	33.06	22.15	0.51		129.72		31.49		-8.9	-2.6	4.12	0.67
Y1725	2 260.82		0.05	28.79	22.17	0.46		204.53		68.63		-7.1	-1.0	2.98	0.77
Y1725	2 301.43		0.02	27.55	18.46	0.41		111.71		35.13		-9.6	-2.3	3.18	0.67
Y1757	2 906.43		0.03	25.83	19.89	0.62		132.11		41.68		-9.4	-2.1	3.17	0.77
Y1758	3 060.91		0.04	26.88	21.77	0.49		151.04		31.60		-8.6	-1.7	4.78	0.81
Y1758	3 599.74		0.02	25.67	28.75	0.77		157.52		50.17		-8.7	-2.6	3.14	1.12

表1 M51亚段白云岩样品地球化学分析数据

Table 1 Results of geochemical analysis of dolomite samples from M51 subsegment

井号	深度/m	岩性	常量组分质量分数/10^-2									δ¹⁸O/‰	δ¹³C/‰	Mn/Sr	Mg²⁺/ Ca²⁺
井号	深度/m	岩性	Na₂O	CaO	MgO		Fe		Mn		Sr	δ¹⁸O/‰	δ¹³C/‰	Mn/Sr	Mg²⁺/ Ca²⁺
Y391	2 790.89	泥晶-粉晶白云石	0.08	36.29	17.44	0.16		60.18		92.58		-7.2	-0.9	0.65	0.48
Y391	2 889.75		0.19	37.14	15.21	0.24		57.12		112.00		-7.4	-1.6	0.51	0.41
Y391	2 810.63		0.15	36.25	15.66	0.19		51.63		103.26		-5.3	-0.8	0.50	0.43
Y391	2 903.74		0.22	32.77	19.05	0.17		42.55		94.56		-5.2	0.2	0.45	0.58
Y628	2 810.72		0.05	30.81	18.73	0.18		57.97		90.58		-5.6	0.5	0.64	0.61
Y715	2 385.41		0.08	31.56	18.46	0.25		46.11		87.00		-5.1	0.6	0.53	0.58
Y715	2 340.41		0.02	32.66	15.3	0.37		63.33		107.34		-5.9	-0.8	0.59	0.47
Y1725	2 260.82		0.08	35.19	15.45	0.16		61.28		94.28		-6.8	-0.3	0.65	0.44
Y1725	2 301.43		0.09	37.19	18.12	0.24		58.12		113.96		-6.3	-0.3	0.51	0.49
Y1757	2 906.43		0.14	36.44	17.88	0.16		50.67		101.34		-6.3	-0.4	0.50	0.49
Y1758	3 060.91		0.22	31.87	23.15	0.18		52.55		116.78		-6.2	0.2	0.45	0.73
Y1758	3 599.74		0.21	33.98	18.73	0.19		56.97		89.02		-5.4	0.4	0.64	0.55
Y391	2 790.89	膏模孔内白云石	0.04	37.89	14.2	0.31		71.09		100.13		-6.0	-0.3	0.71	0.37
Y391	2 889.75		0.14	31.11	13.9	0.21		55.98		114.24		-5.5	-0.3	0.49	0.45
Y391	2 810.63		0.07	28.12	18.6	0.17		57.55		81.06		-6.2	-0.8	0.71	0.66
Y391	2 810.63	细晶-中晶白云石	0.02	22.29	25.86	0.76		118.54		41.02		-9.7	-1.8	2.89	1.16
Y391	2 903.74		0.05	22.23	29.34	0.45		150.02		47.32		-7.9	-0.2	3.17	1.32
Y628	2 810.72		0.02	27.78	27.22	0.67		115.75		32.61		-8.6	-2.5	3.55	0.98
Y715	2 385.41		0.02	26.43	30.66	0.76		180.56		62.48		-8.3	-1.8	2.89	1.16
Y715	2 340.41		0.04	33.06	22.15	0.51		129.72		31.49		-8.9	-2.6	4.12	0.67
Y1725	2 260.82		0.05	28.79	22.17	0.46		204.53		68.63		-7.1	-1.0	2.98	0.77
Y1725	2 301.43		0.02	27.55	18.46	0.41		111.71		35.13		-9.6	-2.3	3.18	0.67
Y1757	2 906.43		0.03	25.83	19.89	0.62		132.11		41.68		-9.4	-2.1	3.17	0.77
Y1758	3 060.91		0.04	26.88	21.77	0.49		151.04		31.60		-8.6	-1.7	4.78	0.81
Y1758	3 599.74		0.02	25.67	28.75	0.77		157.52		50.17		-8.7	-2.6	3.14	1.12

表2 M51亚段白云岩样品物性参数统计

Table 2 Physical properties of dolomite samples from M51 subsegment

层位	孔隙度相关参数				渗透率相关参数				不同孔隙度样品频率/%
层位	样品数/ 个	最大值/ %	最小值/ %	平均值/ %	样品数/ 个	最大值/ mD	最小值/ mD	平均值/ mD	<2.5%	2.5%~5%	5%~8%
马家沟组	1 322	11.45	0.01	2.34	1 085	96.89	0.000 2	0.42	72.90	19.53	6.13
M5₁	579	11.45	0.01	2.50	456	96.89	0.01	0.51	66.55	23.21	8.02
M5₂	138	9.1	0.2	2.8	114	79.9	0.002 2	1.27	49.64	38.69	10.95
M5₃	295	8.4	0.3	1.7	256	12.84	0.003 6	0.19	78.38	17.91	2.24
M5₄	310	9.64	0.01	1.88	228	6.338	0.001 6	0.16	81.55	13.27	4.53

图2 M51亚段白云岩样品薄片照片 a—延1757井,岩心裂缝、溶蚀孔发育;b—延1757井,粉晶云岩,晶间溶孔,晶间孔,4×10,单偏光;c—延1757井,细—中晶云岩,晶间溶孔,10×10,单偏光;d—延391井,石膏铸模孔普遍发育,4×10,单偏光;e—延391井,石膏铸模孔示底构造,充填白云石渗流粉砂、方解石,10×10,单偏光;f—延1758井,针状方解石交代石膏,4×10,单偏光;g—延628井,白云石交代方解石,10×10,单偏光;h—延628井,多期方解石胶结、填充紧密,10×10,单偏光;i—延431井,垮塌、角砾间孔(黄箭头),4×10,单偏光;j—延1758井,方解石、石英填充裂缝,石英有波状消光,10×10,正交偏光;k—延1757井,2.5×10,正交偏光,不同期次沥青的裂缝充填和黄铁矿沿着有机质分布;l—延1757井,阴极发光,准同生期白云石(绿箭头)、埋藏期白云石(黄箭头)。

Fig.2 Photo and thin section images of dolomite samples from M51 subsegment

图3 泥-粉晶白云石、细-中晶白云石、铸模孔内白云石微量元素Fe-Mn交会图

Fig.3 Fe-Mn plot for mud-powder, fine-mesocrystalline and mold-pore dolomites

图4 泥-粉晶白云石、细-中晶白云石、铸模孔内白云石微量元素Sr-Mn交会图

Fig.4 Sr-Mn plot for mud-powder, fine-mesocrystalline and mold-pore dolomites

图5 泥-粉晶白云石、细-中晶白云石、铸模孔内白云石微量元素的δ18O-Mn/Sr交会图

Fig.5 Mn/Sr vs. δ18O plot for mud-powder, fine-mesocrystalline and mold-pore dolomites

图6 泥-粉晶白云石、细-中晶白云石、铸模孔内白云石微量元素的CaO-MgO交会图

Fig.6 CaO-MgO plot for mud-powder, fine-mesocrystalline and mold-pore dolomites

图7 泥-粉晶白云石、细-中晶白云石、铸模孔内白云石微量元素的δ13C-δ18O交会图

Fig.7 Correlation of δ13C and δ18O in mud-powder, fine-mesocrystalline and mold-pore dolomites

图8 M51膏质云岩孔隙演化离子示意图

Fig.8 Schematic diagram showing ionic displacement and pore evolution in gypsum dolomite in M51 subsegment

图9 M51膏质云岩钻心岩相剖面图

Fig.9 Simplified lithological profile of drill core for gypsum dolomite in M51 subsegment

图10 M51膏质云岩孔隙演化变量图

Fig.10 Composite diagram depicting the formation mechanism and evolution of pore structure in gypsum dolomite in M51 subsegment

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