近年来，鄂尔多斯盆地西部多口探井钻遇奥陶系克里摩里组天然气藏，展现出良好的天然气勘探潜力。鄂尔多斯盆地西部位于中央古隆起西侧，其沉积演化与秦祁贺三叉裂谷关系密切，发育陆缘海沉积，同时受后期西缘逆冲构造的影响，发育一系列断裂及微构造，沉积成岩环境复杂，优质储层发育规律不明确，一定程度上制约了其勘探进程^[1-3]。而关于克里摩里组碳酸盐岩储层的研究，前人已取得了一定进展^[4-8]。于洲等^[4]通过研究鄂尔多斯盆地西部岩相古地理后认为，克里摩里期—乌拉力克期古构造格局整体为“一陆一隆一坳、过渡带北东向凸—凹相间”的分异特征；吴东旭等^[5]对克里摩里组白云岩储层成因研究后认为，克里摩里组白云岩储层以浅埋藏交代成因为主，局部经后期深埋热液改造；吴伟涛等^[6]对克里摩里组天然气成藏特征研究后发现，克里摩里组气藏主要为溶蚀缝洞型气藏，局部发育白云岩透镜体气藏。

前人从不同角度对鄂尔多斯盆地西部及克里摩里组储层展开了研究，但观点存在较大差异，尤其是对于克里摩里组有效储层的类型及控制因素分歧较大。本文基于岩心观察、薄片鉴定、钻、录井等资料，系统研究了克里摩里组有效储层类型及控制因素，讨论了沉积相、成岩作用、古岩溶风化作用及构造运动对有效储层发育及分布的影响，建立了有效储层发育模式，以期为该区克里摩里组天然气的勘探部署提供地质依据。

1.   区域地质概况

1.1   构造沉积特征

鄂尔多斯盆地又称陕甘宁盆地，是我国第二大沉积盆地，行政区横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省^[9]，为稳定沉降、坳陷迁移和扭动明显的多旋回克拉通盆地^{[1, 10]}。纵观鄂尔多斯盆地构造演化史，太古代—元古代基底形成后，先后经历了晋宁运动、加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动^{[2, 11-12]}；根据盆地现今构造特征，可划分为伊盟隆起、西部冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠摺带及渭北隆起等6个一级构造单元^[9]。

研究区位于鄂尔多斯盆地西部，现今构造位置处于天环坳陷内。自奥陶纪以来，持续受到不同构造运动的影响，构造特征及演化十分复杂^{[2, 12]}。奥陶纪，受贺兰拗拉谷与秦祁海槽强烈扩张的影响，鄂尔多斯盆地西部以相对沉降的断陷为主，形成复合型陆缘构造带^[12]；同时，奥陶纪盆地基底活动性增强，“L”型大型中央古隆起基本定型^{[8-9, 11]}。鄂尔多斯盆地西部克里摩里组沉积期，研究区位于奥陶纪“L”型中央古隆起西侧，自东向西依次发育白云岩坪、膏云坪、台缘滩、云质灰岩台地边缘斜坡、灰岩盆地边缘、灰质云岩水下隆起、薄灰岩开阔陆盆相等沉积相带(图 1a)。

图  1  鄂尔多斯盆地西部奥陶系区域地质概况

Figure  1.  Regional geologic survey of Ordovician system in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2   地层及岩性特征

鄂尔多斯盆地西部奥陶纪沉积了一套较为稳定且可对比的海相碳酸盐岩夹碎屑岩地层^{[6, 9, 12-13]}。根据地层岩性及生物组合特征，将盆地西部奥陶系自下而上分为三道坎组、桌子山组、克里摩里组、乌拉力克组、拉什仲组，局部地区发育上奥陶统公乌素组、蛇山组^{[1, 9]}。其中，克里摩里组是目前勘探证实的天然气主力含气层位，与盆地中东部的马六段相对应^[6]，是本文研究的目的层位。

克里摩里组岩性以中薄层灰岩、黑色页岩、灰质泥岩、灰质灰岩、灰质云岩及白云岩为主。克里摩里组顶部与乌拉力克组不整合接触(图 1b)，乌拉力克组以深灰—灰黑色笔石页岩相沉积为主，底部与桌子山组的厚层块状石灰岩、白云岩整合接触。整体上，克里摩里组到桌子山组，碳酸盐岩储层灰质含量降低，白云岩化程度增加，晶粒逐渐变细^[13]。

2.   有效储层类型及特征

通过岩心观察、薄片鉴定、钻录井等资料综合分析，研究区克里摩里组有效储层类型主要为白云岩晶间(溶)孔、灰岩岩溶缝洞和构造微裂缝，局部发育台缘滩颗粒孔储层(图 2)。根据测井解释和岩性剖面统计，白云岩晶间(溶)孔储层与灰岩岩溶缝洞储层占比为1∶3(图 1b)。

2.1   白云岩晶间(溶)孔及台缘滩颗粒孔储层

研究区克里摩里组发育白云岩晶间(溶)孔储层(图 2a-c)，其中白云岩晶间孔外观常呈菱形，主要在粉、细晶白云岩中分布(图 2g, h)，成岩过程中晶间孔易受到岩溶、地下(表)水溶蚀等作用影响^{[5, 13]}，形成晶间溶孔(图 2i)。由于克里摩里组内部白云岩化阶段、类型不同，岩性、结构各异，白云岩晶间(溶)孔储层储层物性变化较大，有效储层孔隙度与渗透率的相关性不明显^[12]。该类储层孔隙度较高，介于3.1%~10.7%，平均7.2%，渗透性中等，介于(1.2~4.7)×10^-3 μm²，平均3.1×10^-3 μm²，储渗性能较好，是克里摩里组的次要储层(表 1)。克里摩里组局部可见台缘滩相沉积，台缘滩内发育各种成因颗粒、颗粒孔为主的碳酸盐岩，其颗粒主要包括鲕粒、藻粒(图 2j)、球粒等^[14]。克里摩里组台缘滩颗粒孔抗压性强，储层孔隙度介于3.2%~15.8%，平均10.2%，渗透率介于(2.3~10.2)×10^-3 μm²，平均4.3×10^-3 μm²，储渗性能最好(表 1)；但台缘滩相在克里摩里组内部发育局限，颗粒孔储层发育规模相对较小。

图  2  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组典型岩石及其孔隙特征显微图片

a.忠探1井，4 264.1 m，角砾状灰岩, 含黄铁矿, 为深水滑塌成因；b.忠探1井，4 265.0 m, 角砾状灰岩；c.忠探1井，4 366.8 m，滑塌角砾岩，砾石具有一定磨圆；d.余3井，4 144.8 m，岩溶作用形成的孔洞；e.余探1井，4 051.1 m，灰岩，发育灰岩缝洞；f.余3井，4 137.5 m，杂基支撑的滑塌构造，发育微裂缝；g.惠探1井，4 660.0 m，发育白云岩晶间(溶)孔；h.梁探1井，5 062.9 m，细晶白云岩，发育晶间孔；i.鄂65井，3 980.8 m，粉—细晶云岩，晶间溶孔；j.天1井，3 936.0 m，藻屑灰岩溶孔；k.余3井，4 140.4 m，灰岩岩溶缝洞发育；l.李1井，3 909.0 m，颗粒灰岩^[7]；m.余探2井，3 978.2 m，电子探针下的裂缝及局部方解石充填；n.惠探1井，4 660.0 m，发育微裂缝；o.忠探1井，4 520.2 m，发育构造微裂缝

Figure  2.  Microscopic images of typical rocks and pore characteristics of Ordovician Kelimoli Formation in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

表  1  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组有效储层物性特征

Table  1.  Physical characteristics of effective reservoir of Ordovician Kelimoli Formation in western Ordos Basin

有效储层类型	孔隙度/%			渗透率/10-3 μm2		物性解释
	范围	平均		范围	平均
白云岩晶间(溶)孔	3.1~10.7	7.2		1.2~4.7	3.1	孔隙度高，渗透性中等
台缘滩颗粒孔	3.2~15.8	10.2		2.3~10.2	4.3	孔渗性最好，但储层规模极小
灰岩岩溶缝洞	4.2~14.8	9.8		1.7~7.9	3.7	孔渗性良好，但储层非均质性差
构造微裂缝	0.2~3.5	1.6		3.1~10.8	5.2	孔隙度较小，局部渗透性较好

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.2   灰岩岩溶缝洞型储层

克里摩里组内部发育灰岩岩溶缝洞型储层(图 2d, e)，如余探1、余探2及天1井等。通过岩心及薄片观察，克里摩里组灰岩岩溶缝洞型储层主要在薄灰岩、泥晶灰岩、颗粒灰岩及云灰岩中分布(图 2k, l)。灰岩岩溶缝洞型储层往往基质的原生孔隙欠发育，孔隙度一般小于10%；受古岩溶风化作用影响，局部孔、洞发育，孔隙度可达15%^[15]，储层整体非均质性强，岩溶缝洞发育区内的储层连通性与有效储集空间性能较好。该类储层孔隙度介于4.2%~14.8%，平均9.8%，渗透率介于(1.7~7.9)×10^-3 μm²，平均3.7×10^-3 μm²(表 1)，是研究区的主力储层。

灰岩岩溶缝洞储层在钻井过程中也有明显特征，一般会出现井漏、钻具放空等现象^[16-17]。如天1井在克里摩里组3 934.7~3 935.8 m放空1.1 m，4 min漏失泥浆15.39 m³；3 934.0~3 940.0 m井段漏失泥浆99.5 m³，试获16.4×10⁴ m³/d高产工业气流(表 2)，表明克里摩里组灰岩岩溶缝洞储层发育且是良好的储集空间。

表  2  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组部分探井钻井液漏失情况统计

Table  2.  Statistics of drilling fluid loss in some exploration wells in Ordovician Kelimoli Formation, western Ordos Basin

井号	深度/m	底深/m	厚度/m	识别标志
布1	4 125.4	4 132.5	7.1	钻时加快
棋探1	4 444.0	4 527.0	83.0	4 444 m开始钻井液漏失(累积漏失1 014 m3)，4 450 m处钻具放空20 cm
天1	3 934.0	3 940.0	6.0	发生井喷，其中3 934.7~3 935.8 m井段钻具放空1.1 m，钻井液漏失共99.5 m3
天深1	4 069.0	4 175.0	106.0	钻井液漏失323 m3

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.3   构造微裂缝

构造微裂缝在克里摩里组灰岩及白云岩中均有发育(图 2f，m-o)，其空间分布不均，主要分布在逆冲断褶带等构造复杂、断层发育的地带；孔隙度较小，仅有0.2%~3.5%，平均1.6%，有效储集空间有限，但局部渗透性较好，渗透率介于(3.1~10.8)×10^-3 μm²，平均5.2×10^-3 μm²(表 1)。克里摩里组构造微裂缝主要作为天然气运移的有利通道存在，部分作为天然气有效储集空间。

3.   有效储层发育控制因素

鄂尔多斯西部奥陶系克里摩里组有效储层发育主要受沉积相、成岩作用、古岩溶风化作用及构造运动等因素的影响。

3.1   潮坪相白云岩化作用控制白云岩晶间(溶)孔储层的发育

研究区克里摩里组在靠近中央古隆起区域发育宽度相对较窄的环陆云坪和含硬石膏结核等蒸发岩类矿物的膏云坪(图 1a)。蒸发岩类矿物的存在及膏云坪的发育，说明克里摩里组沉积期存在强蒸发的萨布哈环境^{[14, 18]}。综合岩相古地理分析认为，盆地西部克里摩里组潮上带准同生阶段的白云岩晶间(溶)孔型储层受潮坪相控制，存在蒸发泵白云化和回流渗透白云化2种成因机制。

如图 3a所示，克里摩里组沉积期，近中央古隆起周缘处于干旱炎热环境中，由西向东流入潮坪的海水逐渐被蒸发，高镁水浓度向东侧逐渐增高。在准同生阶段蒸发泵模式作用下，高镁水通过毛细管作用从下部汲取到上部潮坪沉积物内，使沉积物中不稳定的文石发生白云化作用，形成的泥—粉晶白云岩是蒸发泵白云化作用的主要产物^[19]。当潮坪上部沉积物白云化作用彻底完成后，高镁水在重力的作用下回流渗透到潮坪下部沉积物中，持续发生白云化作用，此时形成的粉—细晶白云岩是回流渗透白云化作用的主要产物^[19]。受潮坪相控制，研究区克里摩里组白云岩晶间(溶)孔型储层发育在靠近中央古隆起的西侧，呈带状分布，厚度主要在0.3~86.3 m之间，平均厚度为8.63 m，以云坪相的白云岩为主(图 4)。

图  3  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组有效储层发育模式

Figure  3.  Development model of effective reservoir of Ordovician Kelimoli Formation in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  4  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组白云岩储层厚度分布

Figure  4.  Thickness of dolomite reservoir in Ordovician Kelimoli Formation, western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   台缘滩相控制台缘滩颗粒孔储层的发育

盆地西部克里摩里组局部发育台缘滩(图 5)，台缘滩是同沉积期形成储层最有利的沉积微相^{[5, 14]}，其相对海平面升降变化对台缘滩颗粒孔发育具有明显的控制作用^{[5, 9]}。受台缘滩海平面升降变化的影响，台缘滩颗粒孔一般分布于向上变浅旋回的上部。在相对海平面上升时期，水体能量较强，有利于台缘滩颗粒孔的发育，期间台缘滩颗粒孔向中央古隆起方向呈加积—退积式发育，虽后期压实，但台缘滩仍发育一定原始孔隙^[9]。但随着水体的加深，台缘滩受大气淡水溶蚀的作用减弱直到消失，不利于台缘滩颗粒孔的发育^[14]。在相对海平面下降时期，水体由深变浅，但仍长期处于水下环境。受加里东运动影响，台缘滩抬升裸露地表，颗粒孔受大气淡水淋滤溶蚀，形成颗粒溶孔(图 3b)。

图  5  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组沉积模式

Figure  5.  Sedimentary model of Ordovician Kelimoli Formation in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.3   埋藏成岩作用改造晶间(溶)孔及颗粒孔的结构类型

随着乌拉力克组等上覆地层的不断沉积，克里摩里组进入埋藏成岩期。随着埋深的增大，地层温度、压力随之增加，逐渐出现重结晶作用。深埋藏环境下的埋藏白云化、重结晶、溶蚀的作用对储层产生重要影响：一方面是白云化作用将大量灰质组分转变为晶体粗大、晶型规则的白云石菱面体形态，如泥晶灰岩转化为粉、细晶白云岩^[9]，形成新的晶间孔；另一方面，重结晶和溶蚀作用使原有的白云岩经历二次改造，原有结构类型遭受破坏或改善。埋藏期台缘滩同样发生埋藏成岩作用，压实、重结晶及溶蚀作用反复改造原始颗粒孔，原始结构部分被破坏、充填或改善，形成现今的台缘滩残余颗粒孔(图 3b)。

3.4   古岩溶风化作用控制灰岩岩溶缝洞型储层发育

受加里东构造活动影响，晚奥陶世鄂尔多斯盆地整体抬升并遭受长达150 Ma的风化淋滤剥蚀作用，形成奥陶系顶部大面积分布的风化壳^[20]。鄂尔多斯盆地西部由于处于贺兰拗拉槽构造体系内，其抬升剥蚀强度要低于盆地中东部奥陶系顶部风化壳，但其仍在克里摩里组顶部形成了一定规模的古岩溶地貌^{[15, 21]}。

研究区沉积后经历了多期次、不同类型的古岩溶风化作用改造。如图 6地震剖面所示，克里摩里组顶部存在较为明显的风化剥蚀痕迹，且克里摩里组顶部存在不整合(图 1b)，为古岩溶风化作用提供了依据，这在钻井上也有所体现。早期布1井、棋探1井、天1井、天深1等井在钻井过程中也不同程度地发生了钻时加快、钻井液漏失和钻具放空等现象(表 2)，均说明发育较大规模的古岩溶。依据古岩溶风化作用的环境、次序、持续时间等影响因素，分别有(准)同生期古岩溶风化作用、表生期顺层古岩溶风化作用和埋藏期古岩溶风化作用。其中研究区以表生期顺层古岩溶风化作用为主^{[17, 20]}，余探1井、余探2井、鄂29井等均钻遇了表生期顺层古岩溶风化作用影响的古岩溶段。

图  6  鄂尔多斯盆地西部奥陶系地震剖面解释

Figure  6.  Interpretation of Ordovician seismic profile in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

根据克里摩里组顶部岩溶古地貌与试气成果叠合图(图 7)可以看出，高产井主要发育在岩溶斜坡沟槽地带的上槽方向及岩溶高地(图 3c)。例如，余探1与余探2井均发育良好的灰岩岩溶缝洞型储层，且分别在克里摩里组试气获3.455 5×10⁴ m³/d与1.156 5×10⁴ m³/d的产量，古岩溶风化作用控制灰岩岩溶缝洞型储层发育。

图  7  鄂尔多斯盆地西部奥陶系克里摩里组顶部岩溶古地貌与试气成果叠合图

Figure  7.  Composite of karst paleo-geomorphology and gas test results at the top of Ordovician Kelimoli Formation, western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.5   构造运动及断裂带控制构造微裂缝发育

鄂尔多斯盆地西部相对中东部地区，其最大特点就是构造运动活跃且断裂带发育^{[11, 22]}。受多期构造活动的影响，克里摩里组地层中的岩石应力作用痕迹明显，岩石破裂较普遍，产生纵横交错的构造微裂缝^[5]；断裂带内的断层主要呈南北向发育，东西向断层较少，断层类型复杂，有西倾东冲大型逆冲型与反冲式东倾等逆冲断层^[11](图 8)。受西缘逆冲带构造推覆挤压影响，克里摩里组储层内部常形成一系列高角度裂缝，且连通性较好^[9]。

图  8  鄂尔多斯盆地西部各层系东西向H125907线综合解释剖面

Figure  8.  Comprehensive interpretation section of E-W H125907 line in western Ordos Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

构造微裂缝及高角度裂缝主要发育在逆冲断褶带等构造复杂、断裂带发育的地带。根据最新钻探成果，断裂带并非全部破坏气藏的保存条件，一些成藏前的早期断裂能够沟通、连接断裂带附近储层，形成沿断裂带周边分布的孔—洞—缝型多孔介质储层，并在断裂高部位形成有利断层圈闭条件(图 8)。

4.   结论

(1) 鄂尔多斯盆地西部克里摩里组有效储层类型主要为白云岩晶间(溶)孔、台缘滩颗粒孔、灰岩岩溶缝洞和构造微裂缝。其中，台缘滩颗粒孔物性最好，但平面分布局限；主力储层为灰岩岩溶缝洞型储层，次要储层为白云岩晶间(溶)孔型储层；断裂带周边微裂缝较发育，也可形成一定规模的多孔介质储层。

(2) 鄂尔多斯西部克里摩里组有效储层发育主要受沉积相、成岩作用、古岩溶风化作用及构造运动的影响。储层普遍经历了多期成岩和构造改造，非均质性强，潮坪相和台缘滩相是形成晶间(溶)孔和颗粒孔的有利相带；白云化基础上的重结晶和溶蚀作用进一步促进晶间(溶)孔和残余颗粒孔的广泛发育，区域古岩溶风化作用控制了岩溶缝洞型储层的局部发育，构造微裂缝为改善储层物性提供了一定积极作用。