鄂爾多斯盆地南部上古生界天然氣勘探潛力

摘 要

摘要：之前的勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地具有“南油北氣”的平面分布特征，北部先后發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型氣田，而南部針對(duì)天然氣的勘探卻一直止步不前。為此，對(duì)盆地南部上古生
摘要：之前的勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地具有“南油北氣”的平面分布特征，北部先后發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型氣田，而南部針對(duì)天然氣的勘探卻一直止步不前。為此，對(duì)盆地南部上古生界天然氣勘探潛力進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)南部烴源巖、砂體展布特征、儲(chǔ)層特征、蓋層等成藏條件進(jìn)行分析，并與盆地北部的成藏條件進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為該盆地南部亦具有良好的烴源條件和蓋層條件，儲(chǔ)層發(fā)育程度則是制約盆地南部天然氣勘探的最主要因素；南部山西組、下石盒子組和上石盒子組基本發(fā)育3大三角洲砂體，彬縣-富縣三角洲前緣砂體延伸遠(yuǎn)，儲(chǔ)層物性條件較好，與烴源巖相配合，為天然氣在盆地南部成藏提供了有利條件。盆地南部多口探井測(cè)試見到工業(yè)氣流，顯示出鄂爾多斯盆地南部上古生界良好的天然氣勘探潛力。
關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；南；晚古生代；天然氣；勘探潛力；烴源巖；儲(chǔ)層條件；蓋層條件
    鄂爾多斯盆地為我國(guó)第二大盆地，是一個(gè)穩(wěn)定沉降、坳陷遷移、扭曲明顯的多旋回疊合盆地[1～2]。在太古代-早元古代結(jié)晶基底之上，經(jīng)過(guò)了早古生代克拉通陸表海、晚古生代克拉通陸緣海、中生代陸內(nèi)湖盆和新生代周緣斷陷幾個(gè)階段，是油、氣、煤、鈾同盆共存的一個(gè)盆地[3～5]。鄂爾多斯盆地古生界天然氣勘探可以追溯到20世紀(jì)50年代，“九五”以來(lái)，盆地北部(北緯38°以北)上古生界天然氣勘探取得突破性進(jìn)展，先后發(fā)現(xiàn)榆林、烏審旗、蘇里格和大牛地等大中型氣田，探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量均快速增加，已成為我國(guó)重要的天然氣生產(chǎn)基地。受古構(gòu)造作用形成的大型沉積中心、平緩的西傾單斜與廣覆性復(fù)合疊置的砂巖是盆地北部上古生界天然氣成藏的基本地質(zhì)條件[6]，同時(shí)，鄂爾多斯盆地古生界南、北地質(zhì)條件存在一定差異，勘探成果、勘探程度相距甚遠(yuǎn)，以至于形成了盆地“南油北氣、上油下氣”的認(rèn)識(shí)。
    第三次全國(guó)資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地南部古生界有15×1012m3的天然氣資源量[7]，勘探前景巨大，但是勘探程度低。隨著近年富縣地區(qū)、旬邑地區(qū)古生界鉆井、試氣，逐漸認(rèn)識(shí)到鄂爾多斯盆地南部上古生界雖然沒有北部?jī)?yōu)良的成藏條件，但也具有不可忽視的勘探潛力。
1 成藏條件
1.1 烴源巖條件
    上古生界氣源巖包括石炭-二疊系暗色泥巖和煤系[8]。煤系烴源巖在盆地內(nèi)分布廣泛，盆地南部煤層總厚度0～25m(圖1)，主力煤層單層厚5～10m，主要顯微組分為鏡質(zhì)組，屬腐殖型[9～10]。太原組為該盆地主要含煤地層，海陸交互相沉積，主要由淺海相淺灰色鋁土質(zhì)泥巖和黑色石灰?guī)r、黑色泥巖、泥炭沼澤相煤層、碳質(zhì)泥巖以及砂巖等組成，含4～5層煤，煤巖有機(jī)碳平均含量63.13%，氯仿瀝青“A”含量為0.8519%，總烴含量3219.63mg/kg。
    山西組以陸相沉積為主，由淺灰色石英砂巖、灰黑色砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、鋁土質(zhì)泥巖及薄煤層組成。煤層主要形成于淺水三角洲沉積環(huán)境，煤巖有機(jī)碳的平均含量為53.4896%，氯仿瀝青“A”含量為0.6469%，總烴含量為2406.6mg/kg，生烴能力較太原組煤層稍差。
    泥質(zhì)烴源巖位于石炭系和二疊系山西組，鄂爾多斯盆地南部暗色泥巖厚超過(guò)50m(圖1)，烴源巖有機(jī)碳含量多介于2.0%～3.0%之間。
    鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖生烴模擬計(jì)算[11]，成熟烴源巖(Ro＞1.25%，達(dá)到生烴高峰)面積達(dá)18×104km2，在盆地內(nèi)廣泛分布。盆地南部煤系氣源巖的生氣強(qiáng)度為(5～40)×108m3/km2(圖2)，其中，環(huán)縣-慶陽(yáng)-黃龍一線北東方向生氣強(qiáng)度都超過(guò)20×108m3/km2。
 
1.2 儲(chǔ)層條件
1.2.1砂體展布特征
    鄂爾多斯盆地晚古生代經(jīng)歷了由晚石炭世-早二疊世早期的溻湖、障壁、潮坪和三角洲的陸表海盆地到早二疊世晚期開始的河流-三角洲發(fā)育的內(nèi)陸湖泊的演變過(guò)程，形成了多類、良好的儲(chǔ)集體。主力產(chǎn)氣層位于二疊系下石盒子組、山西組。上古生界氣藏最有利的儲(chǔ)層巖石類型為石英砂巖，孔隙度、滲透率最高。從巖相古地理特征來(lái)看，鄂爾多斯盆地南部在山西期和石盒子期與盆地北部同樣地發(fā)育了多個(gè)三角洲體系，存在大量河道砂體，砂體總厚度與北部地區(qū)一致，亦不乏與北部氣藏相同的砂巖類型，如富縣區(qū)塊全部屬于石英砂巖分布區(qū)，而麻黃山區(qū)塊也有部分區(qū)域?qū)儆谑⑸皫r分布區(qū)。
    鄂爾多斯盆地南部山西組發(fā)育3支三角洲前緣砂體(圖3-a)，基本呈南北向，由西向東依次為平?jīng)錾绑w、彬縣-富縣砂體和澄城-韓城砂體。砂體延伸至固原-富縣-韓城一線以北，砂體厚度一般為10～30m，相對(duì)較薄，其中彬縣-富縣砂體相對(duì)較厚，最厚達(dá)60m，分布在其南緣地區(qū)。
    鄂爾多斯盆地下石盒子組主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣砂體(圖3-b)，砂體厚度較大，在30～100m之間，北部砂體分布范圍大，從北部剝蝕區(qū)一直延伸到盆地中南部的環(huán)縣-延安一線。南部相對(duì)局限，經(jīng)渭北隆起到達(dá)固原-慶陽(yáng)-富縣一線。南部砂體在東西上連成一片，總體來(lái)看亦具3個(gè)物源，由西向東依次為平?jīng)錾绑w、彬縣-富縣砂體和澄城-韓城砂體。砂體南北延伸距離較小，砂體厚度為40～80m。
 
1.2.2儲(chǔ)層特征
    上古生界二疊系山西組、下石盒子組天然氣碎屑巖儲(chǔ)集層基本上是一套低孔、低滲致密型砂巖，僅在局部地區(qū)有高滲砂巖分布。
    據(jù)大量樣品統(tǒng)計(jì)，孔隙度、滲透率變化較大：孔隙度為0.8%～20.2%，其中孔隙度為4%～8%的樣品占49.2%，孔隙度為8%～12%的樣品占21.8%，大于12%的樣品占4.8%；滲透率為(0.01～2755)×10-3μm2，其中滲透率為(0.1～0.4)×10-3μm2的樣品占40.5%，(0.4～2)×10-3μm2的樣品占20.9%，滲透率大于2×10-3μm2的樣品僅占6.9%(圖4)。
 
1.3 蓋層條件
    鄂爾多斯盆地的蓋層分區(qū)域性蓋層和局部蓋層。
    上石盒子組和石千峰組是一套橫向穩(wěn)定以湖相為主的砂泥巖沉積，其中，上石盒子組泥巖厚度為70～110m，石千峰組泥巖厚度介于141～205m。兩套地層的泥巖分布廣泛，橫向連續(xù)，可連續(xù)追蹤20～30km。泥巖厚度占地層厚度的80%以上，其氣體絕對(duì)滲透率為(0.7～0.8)×10-3μm2，飽含空氣條件下的突破壓力為1.5～2.0MPa，成為整個(gè)古生界含氣系統(tǒng)的區(qū)域封蓋層。此套蓋層具有自西向東厚度增大，區(qū)域封蓋能力增強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)該組泥巖普遍存在過(guò)剩壓力(5.2～7.1MPa)，過(guò)剩壓力與物性差相匹配，使其具有雙重封閉能力，有著更強(qiáng)的封蓋效果。
    局部蓋層主要為山西組和下石盒子組濱淺湖相泥巖，一般厚度介于30～50m，橫向連續(xù)性較差，多相變?yōu)槿侵耷熬壏至骱拥郎绑w。
2 盆地南、北部天然氣成藏條件對(duì)比
    鄂爾多斯盆地上古生界天然氣勘探成果主要分布在北部地區(qū)，而南部地區(qū)勘探突破較少。造成這種現(xiàn)象的客觀原因主要在于：砂體主要來(lái)源于北部地區(qū)、南部砂體發(fā)育程度較差；南部地區(qū)多為黃土塬覆蓋區(qū)，地震品質(zhì)差、砂體預(yù)測(cè)難度大，對(duì)儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)程度低；鉆井少、勘探程度低、對(duì)南部地區(qū)氣藏的認(rèn)識(shí)程度低。盆地南部地區(qū)作為上古生界重要的天然氣勘探領(lǐng)域，與北部相比，天然氣成藏條件如何呢？
2.1 具備與北部同樣優(yōu)越的烴源條件
上古生界，在盆地中部地區(qū)存在著并列的東、西兩個(gè)生氣中心，南部和北部均是天然氣運(yùn)移的有利方向；下古生界平?jīng)鼋M也為一套烴源巖[12]，南部地區(qū)正處在下古生界天然氣向西、向北運(yùn)移的方向上，具備“近水樓臺(tái)先得月”的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)盆地南部上古生界而言，既有上古生界的氣源，又存在下古生界氣源，雙重氣源為南部地區(qū)天然氣成藏提供了可靠的物質(zhì)保證。
2.2 具備與北部同樣優(yōu)越的儲(chǔ)集條件
經(jīng)過(guò)對(duì)盆地南部上古生界砂體展布的重新認(rèn)識(shí)，認(rèn)為盆地南部與北部相比具有相近的儲(chǔ)集條件。厚度上，鄂爾多斯盆地南部山西組、石盒子組與北部氣田山西組、石盒子組儲(chǔ)層厚度大致相當(dāng)；孔隙度上(表1)，鄂爾多斯盆地北部氣田的孔隙度普遍小于100，而南部富縣地區(qū)山西組、石盒子組儲(chǔ)層的孔隙度相比略高，一般大于或等于10%；滲透率上，北部氣田的滲透率變化比較大，低的可以到0.29×10-3μm2，高的可以超過(guò)10×10-3μm2，南部地區(qū)滲透率更低，盒8段鉆遇最高只有1.52×10-3μm2。這種低滲透率可能是在寬緩的構(gòu)造背景下，天然氣成藏之后再次成巖形成的[13]，經(jīng)工藝改造可以改善其儲(chǔ)集條件。
 
2.3 具備與北部同樣優(yōu)越的成藏組合條件
    上古生界總體為一套自生自儲(chǔ)自蓋組合。上石盒子組泥巖和石千峰組泥巖是整個(gè)古生界含氣系統(tǒng)的大型區(qū)域封蓋層，下石盒子組和山西組水下分流河道及灘壩類砂體為儲(chǔ)集層；本溪組溺湖相暗色泥巖、太原組和山西組碳質(zhì)泥巖、灰黑色泥巖、煤層為烴源巖。
    區(qū)域和局部蓋層使盆地北部地區(qū)存在多套含氣組合，包括太原組-山2段、山1段-盒8段和石千峰組成藏組合[14]。南部地區(qū)上古生界同樣發(fā)育3套成藏組合，即太原組-山2段含氣組合、山1段-下石盒子組含氣組合、上石盒子-石千峰組含氣組合。
3 成藏潛力
鄂爾多斯盆地南部上古生界成藏條件綜合分析與對(duì)比后認(rèn)為，鄂爾多斯盆地南部與北部具有同樣的生、儲(chǔ)、蓋條件及其含氣組合，而成藏最主要的儲(chǔ)層條件在盆地南部也具有較為廣泛的分布，近年的鉆井及分析測(cè)試資料也證實(shí)了盆地南部具有良好的儲(chǔ)層物性條件，完井測(cè)試也顯示了良好的試氣結(jié)果。鄂爾多斯盆地南部上古生界在自身生儲(chǔ)蓋組合的同時(shí)，可能還有下古生界平?jīng)鼋M烴源巖的注入。因此，鄂爾多斯盆地南部上古生界也具有較大的天然氣勘探潛力。
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(本文作者：楊偉利1 王毅1 孫宜樸1 王傳剛1 馮朝榮2 1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院；2.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)