摘 要

摘　要：鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系發(fā)育巨厚的膏鹽巖地層，其中尤以下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6亞段膏鹽巖分布范圍為最廣，具有良好的區(qū)域封蓋條件。近期鉆探及研究證實(shí)，該盆地東部奧

摘　要：鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系發(fā)育巨厚的膏鹽巖地層，其中尤以下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五6亞段膏鹽巖分布范圍為最廣，具有良好的區(qū)域封蓋條件。近期鉆探及研究證實(shí)，該盆地東部奧陶系鹽下的自身海相烴源層生烴能力總體較差，在米脂鹽洼中心的鹽下難以形成“自生自儲(chǔ)型”工業(yè)氣藏。但針對(duì)鹽洼西側(cè)的膏鹽巖下油氣成藏條件的進(jìn)一步研究結(jié)果則表明：鄰近古隆起東側(cè)地區(qū)馬五7—馬五10亞段與上古生界煤系烴源巖直接接觸。形成“供烴窗口”；燕山運(yùn)動(dòng)使得盆地本部構(gòu)造反轉(zhuǎn)，東高西低的構(gòu)造格局有利于上古生界煤系烴源巖生成的天然氣經(jīng)由“供烴窗口”進(jìn)入膏鹽巖下白云巖儲(chǔ)集體后，會(huì)進(jìn)一步沿著馬五7—馬五10亞段白云巖輸導(dǎo)層向東側(cè)上傾高部位運(yùn)移；膏鹽巖下白云巖中巖性相變帶的存在也為天然氣區(qū)域性的聚集提供了有利遮擋條件。結(jié)論認(rèn)為，位于鹽洼西側(cè)的盆地中部地區(qū)奧陶系膏鹽巖下具有上古生界煤系烴源巖側(cè)向供烴成藏的潛力，有望開啟該盆地奧陶系膏鹽巖下天然氣勘探的新局面。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地  側(cè)向供烴  供烴窗口  奧陶紀(jì)  膏鹽巖  巖性圈閉  天然氣成藏  勘探區(qū)

Reservoir-forming by lateral supply of hydrocarbon：A new understanding of the formation of Ordovician gas reservoirs under gypsolyte in the Ordos Basin

Abstract：There are thick gypsum salt strata developed in the Lower Paleozoic Ordovician in the Ordos Basin．Especially in the 6^th segment of the 5^th member of the Majiagou Fm(OEm5⁶)，the gypsum-salt is most widely distributed，providing good regional capping conditions．Recent drilling and relevant studies have proven that the hydrocarbon-generating capacity of the marine-facies hydrocarbon source rocks under the Ordovician salt layers in the eastern Basin is poor on the whole．The“self-generating and self-preserving type”commercial gas reservoirs are difficult to form under the salt layers of the Mizhi salt depression center．However，the further research of reservoir-forming conditions under the gypsolyte on the west side of the gyp-salt depression indicates that the OEm5⁷ - OEm5¹⁰ strata near the east side region of the palaeo-uplift contact directly with the Upper Paleozoic strata which contain the hydrocarbon source rocks of coal nleasures strata,forming a“hydrocarbowsupply window”：the Yanshan Movement caused the tectonic inversion of the basin proper．The“east-high while west-low”tectonic framework is conductive to the further migration of natural gas that was generated by the Upper Paleozoic coal measure HC-source rocks to the updip high position of the east side along the OEm5⁷ - OEm5¹⁰ carrier beds，after entering the dolomite reservoir under the gypsolyte through the“hydrocarbon-supply window”．In addition，the presence of the facies transitions in the dolomite rocks under the gypsum salt provides a favorable barrier condition for the regional gathering of namral gas．Therefore，it is considered by a comprehensive analysis that beneath the Ordovician gypsolith in the central region of the Basin on the west side of the gylcvsalt depression has a potential of forming a reservoir by lateral hydrocarbon accumulation derived from the Upper Paleozoic source rocks of coal measures，which is expected to open a new situation of natural gas exploration under the Ordovician gypsum salt layers in the Ordos basin．

Keywords：Ordos Basin，lateral supply of hydrocarbon，hydrocarbon supply window，Ordovician，gypsum salt，lithologic trap，gas pool formation，exploration zone

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組發(fā)育巨厚的膏鹽巖沉積地層，按照沉積旋回劃分，其主要分布在下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬一、馬三、馬五段3個(gè)海退期沉積層序中^[1-3]。其中馬五段是馬家溝組最后一期蒸發(fā)旋回形成的沉積地層，內(nèi)部又可進(jìn)一步細(xì)分為馬五10、馬五8、馬五6、馬五4亞段等4個(gè)主要的膏鹽巖層段，尤以馬五6亞段的膏鹽巖分布范圍為最廣，面積約5×l0⁴km²，主要分布在盆地中東部的陜北米脂鹽洼沉積相區(qū)(圖1)。因而，通常所言?shī)W陶系鹽上和鹽下地層均以馬五8亞段為界劃分。

 

由于膏鹽層具有特殊的封蓋作用，因而與油氣的成藏關(guān)系密切^[4-8]。據(jù)最近的不完全統(tǒng)計(jì)，在世界上122個(gè)含工業(yè)性油氣田的沉積盆地中，有71個(gè)具有蒸發(fā)巖沉積(約占58％)，這些盆地控制著已探明石油儲(chǔ)量的87％和天然氣儲(chǔ)量的90％^[9]。因此，鄂爾多斯盆地的奧陶系鹽下長(zhǎng)期以來(lái)也一直是天然氣勘探關(guān)注的重點(diǎn)^[10-14]，成為一直在不斷探索的重要后備領(lǐng)域。早期針對(duì)鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下成藏的研究認(rèn)為，由于巨厚膏鹽巖層的阻隔，上古生界的煤系烴源巖難以穿過(guò)厚層膏鹽巖層而在其下聚集成藏^[15-16]；鹽洼沉積區(qū)沉積水體相對(duì)較深，且鹽度高有利于有機(jī)質(zhì)的保存，可能發(fā)育一定規(guī)模的有效烴源巖層，加之巨厚膏鹽巖層的良好封蓋作用，鹽下及鹽間的馬五7亞段、馬五9亞段、馬四段等白云巖層中也發(fā)育良好的晶間孔型白云巖儲(chǔ)層，并具備巖性及巖性—構(gòu)造圈閉等多種類型的圈閉條件，具有形成“自生自儲(chǔ)型”天然氣藏的潛力。因而在這一認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司重點(diǎn)針對(duì)盆地東部的馬五。亞段厚層鹽巖分布的鹽洼中心區(qū)域開展了奧陶系鹽下天然氣成藏地質(zhì)研究，并先后針對(duì)盆地東部的鹽下勘探目標(biāo)部署實(shí)施了龍?zhí)?span lang="EN-US">1、龍?zhí)?span lang="EN-US">2兩口風(fēng)險(xiǎn)探井，但實(shí)鉆僅在龍?zhí)?span lang="EN-US">l井的馬五。亞段鹽下試氣獲407m³／d的低產(chǎn)氣流。通過(guò)對(duì)盆地東部奧陶系烴源巖、儲(chǔ)層及圈閉等關(guān)鍵成藏要素的綜合分析表明：鹽下儲(chǔ)層、圈閉等條件均較為有利，唯烴源條件總體較差，鹽下的海相烴源層多呈薄層、分散狀分布于蒸發(fā)巖及碳酸鹽巖地層中，且有機(jī)質(zhì)豐度整體偏低，TOC大部分小于1％，大于0.3％的也不足20％，顯示鹽下烴源層的總體生烴能力較差。

近期在鄂爾多斯盆地奧陶系中組合(不同于靖邊氣田馬五1+2亞段風(fēng)化殼氣藏的馬五5亞段—馬五10亞段白云巖巖性圈閉氣藏)勘探突破^[17]的啟示下，提出馬五十萬(wàn)五段膏鹽巖之下的奧陶系中下組合地層在其西側(cè)下傾方向存在供烴窗口，與上古生界煤系烴源巖層直接溝通接觸，因而具有側(cè)向供烴成藏的有利條件。

1　存在側(cè)向供烴窗口——膏鹽巖下成藏的氣源保障

1．1　奧陶系馬五段在前石炭紀(jì)漸次剝露地表

加里東構(gòu)造抬升的古風(fēng)化殼期，鄂爾多斯地區(qū)整體抬升、經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)1.3×10⁸a的風(fēng)化剝蝕，形成下古生界頂部高低起伏的巖溶古地貌形態(tài)。由于區(qū)域抬升幅度的不同，導(dǎo)致橫向上風(fēng)化剝蝕強(qiáng)度也就各有差異，進(jìn)而導(dǎo)致各地區(qū)剝露至風(fēng)化殼頂部的地層層位也產(chǎn)生很大的差異，并最終表現(xiàn)為不同的古地貌單元其最后剝露至地表的下古生界地層層位也各有不同。

風(fēng)化殼期的巖溶古地貌形態(tài)基本繼承了奧陶系沉積期的古構(gòu)造格局。在鄰近奧陶紀(jì)中央古隆起的區(qū)域，風(fēng)化殼期仍處于隆升相對(duì)強(qiáng)烈的古巖溶高地區(qū)，抬升剝蝕強(qiáng)烈，一般剝露至馬五段中下部(中組合)、馬四段乃至以下地層(下組合)；向東進(jìn)入巖溶斜坡及巖溶盆地則抬升剝蝕的強(qiáng)度逐漸減弱，馬五段上部地層(上組合)保留漸全，因而在巖溶斜坡的大部分地區(qū)基本保留有上組合的馬五1+2亞段，而在巖溶盆地區(qū)則剝蝕相對(duì)較弱，除局部的溝槽侵蝕下切外，大部分地區(qū)尚殘留有馬六段。因而從整體上看，在古隆起以東地區(qū)，由東向西逐漸靠近古隆起方向，馬家溝組不同時(shí)代地層由新到老依次剝露至地表(圖2、3)。

 

 

1．2　膏鹽巖下白云巖地層在剝露區(qū)形成南北向“供烴窗口”

馬五6亞段以下的馬五7亞段—馬五10亞段的剝露區(qū)則位于靖邊以西的中央古隆起東側(cè)，沿古隆起呈近南北向半環(huán)狀展布，寬度一般在10～15km，南北延伸則達(dá)數(shù)百千米以上(圖3)。進(jìn)入晚古生代石炭—二疊紀(jì)沉積期，這段“剝露”地層則為上古生界煤系地層所覆蓋，形成下古生界白云巖地層與上古生界煤系烴源巖層的直接接觸關(guān)系(圖2)。

印支末—燕山早期，煤系烴源巖進(jìn)入生排烴高峰，煤系成因天然氣大量生成并排出烴源層，與煤系烴源層直接接觸的馬五7—馬五10亞段地層剝露區(qū)此時(shí)即成為源儲(chǔ)對(duì)接的“供烴窗口”，也是馬五。亞段膏鹽巖下的白云巖層段天然氣成藏能接受上古生界煤系氣源的唯一的主力入口。由于加里東風(fēng)化殼期區(qū)域地層剝露的規(guī)律較為一致，導(dǎo)致“供烴窗口”能在大范圍內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定分布，而且在整個(gè)生排烴過(guò)程中均長(zhǎng)期穩(wěn)定地存在，因而完全具備大范圍、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供烴的基本條件。

2　燕山期構(gòu)造反轉(zhuǎn)——提供優(yōu)勢(shì)運(yùn)移指向

2．1　構(gòu)造反轉(zhuǎn)在一定程度上改變了源—儲(chǔ)位置關(guān)系

繼海西期—印支期連續(xù)沉積埋藏之后，進(jìn)入燕山期盆地東部開始整體抬升，同時(shí)伴隨西部的差異沉降及天環(huán)坳陷的形成，使盆地本部的下古生界構(gòu)造層成為整體向西傾斜的單斜構(gòu)造，即由早期“西高東低，，的構(gòu)造格局轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;東高西低”的構(gòu)造格局，這在一定程度上也改變了膏鹽下地層在“供烴窗口區(qū)”的源—儲(chǔ)配置關(guān)系。構(gòu)造反轉(zhuǎn)前，“供烴窗口”區(qū)的上古生界煤系烴源巖層與不整合面之下的馬五7亞段—馬五10亞段白云巖儲(chǔ)層基本呈“源上—儲(chǔ)下”的接觸關(guān)系；但當(dāng)構(gòu)造反轉(zhuǎn)西傾之后，則變?yōu)閭?cè)向(或左右)接觸關(guān)系，甚或在一定程度上的“源下—儲(chǔ)上”接觸關(guān)系，從而更有利于上古生界煤系烴源巖生成的烴類氣體向白云巖儲(chǔ)集體的長(zhǎng)期灌注，對(duì)大規(guī)模成藏更為有利。

2．2　構(gòu)造反轉(zhuǎn)提供了向東運(yùn)移的流體勢(shì)差

燕山運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的東西向構(gòu)造反轉(zhuǎn)奠定了現(xiàn)今盆地本部西傾單斜的構(gòu)造格局，盡管其整體坡降較小，平均坡降僅4～6m／km，但是其西傾單斜的構(gòu)造趨勢(shì)卻十分穩(wěn)定，當(dāng)由東向西的距離足夠大時(shí)，仍然能夠產(chǎn)生較大的構(gòu)造落差，如東西相距l00km時(shí)，其落差可達(dá)400m以上，足以產(chǎn)生較大的流體勢(shì)差，從而推動(dòng)從西側(cè)“供烴窗口”進(jìn)入膏鹽巖下目的層的天然氣向東側(cè)上傾方向不斷運(yùn)移。

3　巖性相變遮擋——構(gòu)成有效圈閉條件

3．1　小層微相分析表明膏鹽巖下白云巖層存在區(qū)域巖性相變

層序旋回與沉積微相的系統(tǒng)分析表明，馬五9亞段、馬五5亞段與馬五；亞段類似，同為夾在蒸發(fā)巖層序中的短期海侵旋回沉積，其相帶展布均有近南北向半環(huán)帶狀展布特征，以馬五，亞段為例，由東向西依次為東部洼地、橫山緩坡、靖西臺(tái)坪的巖相展布格局(圖4)。其中靖西臺(tái)坪區(qū)由于水體能量相對(duì)較高，沉積期多發(fā)育顆粒灘相沉積，淺埋藏期白云巖化后容易形成孔隙性較好的白云巖儲(chǔ)層(圖5)。向東進(jìn)入橫山緩坡相帶則形成結(jié)構(gòu)較為致密，且白云巖化程度也明顯減弱，巖性主要為含灰或含膏質(zhì)的白云巖，整體構(gòu)成了靖西臺(tái)坪相帶的致密巖性相變帶，為區(qū)域巖性圈閉帶的形成奠定了基礎(chǔ)。

 

 

3．2　燕山期盆地東部抬升形成巖性遮擋

燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期盆地東部整體抬升后，上古生界構(gòu)造層變?yōu)閰^(qū)域西傾的構(gòu)造格局，橫山緩坡相帶轉(zhuǎn)而處于靖西臺(tái)坪相帶的東側(cè)上傾方向，成為其上傾方向的致密巖性遮擋帶，進(jìn)而構(gòu)成區(qū)域分布的巖性圈閉體系(圖6)。

 

4　天然氣成藏潛力分析

4．1　具備天然氣規(guī)模聚集成藏的基本地質(zhì)條件

通過(guò)上述分析，結(jié)合油氣成藏的各項(xiàng)關(guān)鍵地質(zhì)要素來(lái)看，盆地中部地區(qū)的奧陶系膏鹽下具備天然氣規(guī)模成藏的潛力，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

1)氣源條件充足。上古生界煤系烴源巖在盆地廣泛分布，是盆地古生界天然氣成藏的主力烴源層。在與膏鹽巖下白云巖直接接觸的“供烴窗口”區(qū)，煤系烴源層的生烴強(qiáng)度多大于20×10⁸m³／km²，可為膏鹽巖下成藏提供充足的氣源。

2)具有規(guī)模發(fā)育的白云巖儲(chǔ)集體。處于馬五6亞段膏鹽巖分布區(qū)之下的馬五7、馬五9亞段白云巖沉積時(shí)主體處于靖西臺(tái)坪沉積區(qū)，多發(fā)育有利的顆粒灘相沉積，后期白云巖化可形成規(guī)模分布的白云巖晶間孔型儲(chǔ)集體。

3)封蓋及圈閉遮擋條件良好。馬五6亞段膏鹽巖厚度較大、區(qū)域性連續(xù)分布，是膏鹽巖下成藏的絕佳封蓋層，與膏鹽巖下的馬五7、馬五9亞段白云巖的區(qū)域巖性相變共同組成區(qū)域分布的有效巖性圈閉體系。

4)有良好的源儲(chǔ)配置及有效的運(yùn)移通道。供烴窗口區(qū)上古生界煤系烴源巖與馬五7、馬五9亞段等白云巖儲(chǔ)層直接接觸，源儲(chǔ)配置關(guān)系良好；鄰近供烴窗口區(qū)的馬五7及馬五9亞段白云巖以粉晶白云巖為主，即使是在非有效儲(chǔ)層段也具有一定的基質(zhì)孔滲性，與構(gòu)造裂縫等相配合，可作為長(zhǎng)距離運(yùn)移的有效通道。

5)構(gòu)造穩(wěn)定、有利于氣藏的長(zhǎng)期保存。膏鹽巖下有利圈閉成藏區(qū)主體位于盆地中部，總體具有穩(wěn)定沉降的構(gòu)造演化背景，新生代以來(lái)的晚期構(gòu)造也相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)該屬盆地內(nèi)下古生界天然氣藏保存條件最好的區(qū)域，靖邊地區(qū)奧陶系頂部古風(fēng)化殼氣藏的規(guī)模探明即是最好的例證，且在遠(yuǎn)離風(fēng)化殼的膏鹽巖下有厚層膏鹽巖的封蓋庇護(hù)，其保存條件更為有利。

因此，從上述油氣成藏最基本的“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保”等幾個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)要素來(lái)分析，盆地中部的膏鹽巖下具備形成規(guī)模富集的天然氣藏的地質(zhì)條件，應(yīng)該具有較好的天然氣成藏潛力。

4．2　已有鉆探證實(shí)膏鹽巖下圈閉成藏的有效性

靖邊氣田西北側(cè)已有1口探井(桃38井)，奧陶系馬家溝組馬五段地層保存齊全，在鉆穿馬五6亞段膏鹽巖層后，于馬五7、馬五9亞段白云巖中見到較好的含氣顯示(氣層距奧陶系頂面風(fēng)化殼超過(guò)200m)，后經(jīng)酸化改造、試氣獲得l2.91×10⁴m³／d的較高產(chǎn)工業(yè)氣流，成為盆地內(nèi)首次在膏鹽巖下深層獲得工業(yè)氣流的探井，產(chǎn)層天然氣樣品的甲烷碳同位素值為-35.75‰，乙烷碳同位素值為-26.50‰，與盆地本部來(lái)源于上古生界煤系烴源巖的奧陶系頂部風(fēng)化殼氣藏、上古生界砂巖氣藏、奧陶系中組合馬五5亞段氣藏等的天然氣烷烴碳同位素組成基本一致(表1)。這類煤系烴源氣藏的甲烷碳同位素值一般在-30‰～-36‰之間，乙烷碳同位素值為-23‰～-30‰之間^[18-22]，證實(shí)了膏鹽巖下圈閉的有效性及氣源主要來(lái)自上古生界煤系烴源巖的基本成藏特征。另外，近期通過(guò)靖邊氣田勘探早期鉆入膏鹽巖下深層的探井復(fù)查分析，也發(fā)現(xiàn)l0余口探井在膏鹽巖下有一定的含氣顯示，但由于當(dāng)初勘探重點(diǎn)是奧陶系頂部的馬五1+2亞段風(fēng)化殼氣藏，對(duì)馬五5亞段及以下的中下組合含氣層系認(rèn)識(shí)不足，加之個(gè)別井試氣效果不理想，也就沒(méi)有進(jìn)一步深入勘探之。

 

4．3　膏鹽巖下馬五7、馬五9亞段等具有多層系復(fù)合含氣特征

前已述及，馬五6膏鹽巖下發(fā)育馬五7、馬五9亞段及馬四段等多個(gè)儲(chǔ)集層段，其間又為馬五8、馬五10亞段等蒸發(fā)巖組合分隔，各自都具有相似的成藏地質(zhì)背景，因而都具有一定的成藏潛力。其次，即使在馬五8、馬五10亞段乃至馬五6亞段等蒸發(fā)巖層段中也常夾有一定儲(chǔ)集性的白云巖夾層，它們雖在橫向上規(guī)模相對(duì)較小，但在局部也可能形成有效的工業(yè)性聚集，對(duì)于膏鹽巖下的勘探也有一定的實(shí)際意義。

4．4　天然氣富集因素分析

天然氣經(jīng)過(guò)供烴窗口進(jìn)入膏鹽巖下儲(chǔ)層后，可以不斷向東側(cè)上傾方向運(yùn)移，直到遇到上傾方向的有效遮擋封堵性巖層為止。馬五7、馬五9亞段中的區(qū)域巖性相變帶就是具有區(qū)域性封堵意義的致密封堵性巖層，因此，靖西臺(tái)坪與橫山緩坡兩個(gè)巖性相變分界線西側(cè)的區(qū)域，應(yīng)是馬五7、馬五9亞段巖性圈閉成藏的最有利區(qū)域。

另外，盆地本部下古生界構(gòu)造層發(fā)育低緩的東西向鼻隆構(gòu)造，隆起幅度20～30m，雖不能作為完整的構(gòu)造圈閉控制天然氣的成藏，但其對(duì)膏鹽巖下天然氣的局部富集可能也有一定的影響。因此在局部的低幅度鼻隆帶上，其膏鹽巖下成藏富集的概率可能更高。

5　結(jié)論

1)奧陶系膏鹽巖下地層在西側(cè)的前石炭紀(jì)剝露區(qū)與上古生界煤系烴源巖直接接觸，形成區(qū)域分布的帶狀“供烴窗口”。

2)燕山期構(gòu)造反轉(zhuǎn)，盆地東部區(qū)域性抬升，形成東高西低的構(gòu)造格局，為進(jìn)入西側(cè)“供烴窗口”區(qū)的煤系烴源生成的天然氣在膏鹽下白云巖中向東運(yùn)移提供了有利條件。

3)膏鹽巖下馬五7、馬五9亞段等地層中的白云巖巖性變?yōu)楦帑}下天然氣成藏提供了區(qū)域性的巖性圈閉條件。

4)綜合分析認(rèn)為，位于鹽洼西側(cè)的盆地中部地區(qū)奧陶系膏鹽巖下具有上古生界煤系烴源巖側(cè)向供烴成藏的潛力，有望開啟盆地奧陶系膏鹽下天然氣勘探的新局面。

 

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本文作者：楊華  包洪平  馬占榮

作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司

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