鄂爾多斯盆地奧陶系中組合成藏特征及勘探啟示

摘 要

摘要：下古生界碳酸鹽巖是鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重要層系，20世紀(jì)末在盆地中部下古生界發(fā)現(xiàn)并探明的靖邊氣田，就是發(fā)育在奧陶系頂部的碳酸鹽巖古風(fēng)化殼氣藏，也是該盆地目前的主
摘要：下古生界碳酸鹽巖是鄂爾多斯盆地天然氣勘探的重要層系，20世紀(jì)末在盆地中部下古生界發(fā)現(xiàn)并探明的靖邊氣田，就是發(fā)育在奧陶系頂部的碳酸鹽巖古風(fēng)化殼氣藏，也是該盆地目前的主力氣田之一。中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司近期通過(guò)對(duì)碳酸鹽巖成藏機(jī)制的不斷深化研究和不懈勘探探索，在鄂爾多斯盆地中央古隆起東側(cè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了奧陶系中組合巖性圈閉的碳酸鹽巖含氣新類型，其在儲(chǔ)層發(fā)育特征、圈閉成藏機(jī)理及氣藏分布規(guī)律等方面均明顯有別于靖邊地區(qū)的古風(fēng)化殼氣藏：①儲(chǔ)層類型主要為白云巖晶間孔儲(chǔ)層，其發(fā)育受控于顆粒灘沉積微相及古隆起東側(cè)特殊的白云巖化作用條件；②圈閉類型主要為巖性圈閉，成因受控于短期海侵形成的區(qū)域巖性相變和燕山期盆地東部抬升的構(gòu)造背景；③氣藏呈現(xiàn)出環(huán)中央古隆起區(qū)域性分布的特征，形成多層系疊合含氣、大范圍帶狀展布的巖性圈閉有利成藏區(qū)帶。對(duì)奧陶系中組合成藏新領(lǐng)域研究認(rèn)識(shí)的深化，推動(dòng)了天然氣勘探思路的轉(zhuǎn)變，對(duì)于今后鄂爾多斯盆地新領(lǐng)域研究、勘探方法、勘探方向等都具有重要的啟示。
關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；早古生代；碳酸鹽巖；奧陶系中組合；新類型；巖性圈閉；白云巖化作用；勘探啟示
    鄂爾多斯盆地是在太古代-古元古代結(jié)晶基底的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的多旋回疊合的克拉通盆地，下古生界發(fā)育廣泛的寒武系-奧陶系碳酸鹽巖沉積地層[1～2]。20世紀(jì)末盆地中部靖邊氣田的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)下古生界碳酸鹽巖沉積層系具有巨大的天然氣勘探潛力。
    靖邊氣田是發(fā)育在盆地中部奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖古風(fēng)化殼頂部的古地貌圈閉(地層圈閉的一種特殊形式)，其主力儲(chǔ)層是馬五1+2風(fēng)化殼溶孔型儲(chǔ)層，儲(chǔ)層孔隙發(fā)育受含膏云坪沉積相帶及巖溶古地貌的控制極為明顯，圈閉類型主要為巖溶古地貌圈閉[3～7]。該氣田被發(fā)現(xiàn)后，經(jīng)歷了20世紀(jì)90年代的快速探明和高效開(kāi)發(fā)階段，很快躋身我國(guó)陸上最大的整裝碳酸鹽巖氣田。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)、圍繞靖邊氣田周邊地區(qū)的天然氣勘探及地質(zhì)研究工作不斷持續(xù)和深入，在該氣田的東側(cè)及西部都相繼取得了較大的研究和勘探進(jìn)展，探明儲(chǔ)量較20世紀(jì)幾近翻番。截至目前，已在盆地中部下古生界探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量逾4000×108m3，開(kāi)發(fā)建成50×108m3的年生產(chǎn)能力，成為向北京、天津及其周邊大中城市供氣的主力氣源。隨著21世紀(jì)以來(lái)盆地上古生界致密砂巖氣藏勘探的逐步深入，盆地下古生界碳酸鹽巖天然氣勘探能否取得新的更大的突破，成為近期勘探家們亟待回答的問(wèn)題。
1 奧陶系中組合的勘探發(fā)現(xiàn)與突破
1.1 下古生界天然氣成藏新領(lǐng)域研究
    20世紀(jì)末至21世紀(jì)初期的鄂爾多斯盆地下古生界天然氣勘探及研究工作，主要針對(duì)盆地中東部地區(qū)奧陶系頂部的馬五1+2風(fēng)化殼儲(chǔ)層展開(kāi)。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)天然氣需求量的日益增加，對(duì)盆地下古生界新成藏領(lǐng)域及類型的研究不斷加強(qiáng)，形成了一批有針對(duì)性的研究成果及認(rèn)識(shí)[8～9]，并提出了一系列新的勘探領(lǐng)域和目標(biāo)，如將盆地奧陶系劃分為中東部風(fēng)化殼、東部鹽下、中央古隆起(以下簡(jiǎn)稱古隆起)周邊白云巖體、盆地西部及南緣臺(tái)緣相帶等4大成藏區(qū)帶(圖1)；通過(guò)分析各區(qū)帶的儲(chǔ)集體發(fā)育、成藏組合及圈閉等特征，結(jié)合地震勘探成果預(yù)測(cè)了一批有利的勘探目標(biāo)，經(jīng)過(guò)近期風(fēng)險(xiǎn)勘探及天然氣預(yù)探的鉆探實(shí)施，取得較好的勘探效果：①圍繞中東部風(fēng)化殼區(qū)帶的氣藏含氣范圍不斷擴(kuò)大，在靖邊東側(cè)新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)1000×108m3，西側(cè)新增天然氣儲(chǔ)量逾2000×108m3；②古隆起周邊的白云巖體勘探取得突破，發(fā)現(xiàn)古隆起東側(cè)奧陶系中組合白云巖巖性圈閉成藏新區(qū)帶；③西部臺(tái)緣相帶發(fā)現(xiàn)巖溶縫洞型及白云巖化灘體含氣新苗頭。

1.2 奧陶系中組合的勘探發(fā)現(xiàn)
    靖邊氣田及其周邊地區(qū)的風(fēng)化殼氣藏的主力產(chǎn)層是奧陶系馬家溝組馬五1+2及馬五4溶孔型儲(chǔ)層，靖邊西側(cè)靠近古隆起的地區(qū)則由于區(qū)域剝蝕而缺失馬五1+2甚至馬五4儲(chǔ)層，由于主力風(fēng)化殼儲(chǔ)層段剝蝕殆盡，因而通常認(rèn)為古隆起西側(cè)的馬五1+2-馬五4地層缺失區(qū)不再具有有利的碳酸鹽巖風(fēng)化殼成藏條件。
    近期勘探研究者將盆地本部的奧陶系劃分為3個(gè)含氣組合(圖2)：馬五1-馬五4為上部含氣組合(簡(jiǎn)稱上組合)，儲(chǔ)層主要為風(fēng)化殼溶孔儲(chǔ)層，圈閉類型以古地貌型地層圈閉為主；馬五5-馬五10為中部含氣組合(簡(jiǎn)稱中組合)，儲(chǔ)層主要為白云巖晶間孔儲(chǔ)層，圈閉類型以巖性圈閉為主；馬四段及其以下為下部含氣組合(簡(jiǎn)稱下組合)，儲(chǔ)層主要為白云巖晶間孔儲(chǔ)層，圈閉條件與中組合相近似。

    以往盆地下古生界的天然氣勘探主要集中在上組合，重點(diǎn)針對(duì)馬五1+2及馬五4風(fēng)化殼溶孔型儲(chǔ)層展開(kāi)。靖邊氣田及盆地東部地區(qū)下古生界的天然氣勘探實(shí)踐表明，盆地中東部的廣大地區(qū)內(nèi)馬五5主要為石灰?guī)r地層，因巖性致密而基本不具備儲(chǔ)集意義，其下主要為未經(jīng)淋濾改造的含膏白云巖及膏鹽巖層，也未發(fā)現(xiàn)有效含氣顯示層段，因此，針對(duì)風(fēng)化殼儲(chǔ)層的鉆探多在鉆入馬五5后即完鉆，對(duì)中組合及下組合則關(guān)注較少。
    1996年在靖邊氣田最北邊的烏審旗東北地區(qū)所鉆的陜196井，曾在馬五5鉆遇白云巖晶間孔型含氣層，試氣獲得11.3569×104m3/d(無(wú)阻流量，下同)的工業(yè)氣流，但隨后追蹤鉆探的陜197、198、199等井均未取得好效果，證實(shí)儲(chǔ)層橫向變化很大，由此認(rèn)為白云巖儲(chǔ)集體多呈透鏡狀分布[10]，規(guī)模較小，因而暫時(shí)放棄了對(duì)馬五5自云巖體的鉆探。
    2008年在中央古隆起東側(cè)奧陶系白云巖儲(chǔ)集體鉆探的風(fēng)險(xiǎn)探井——合探1、合探2井分別在馬五9亞段和馬四段晶間孔儲(chǔ)層中鉆遇含氣顯示，但由于儲(chǔ)層相對(duì)較致密，合探2井在馬五9試氣僅獲396m3/a的低產(chǎn)氣流，合探1井試氣為于層。通過(guò)對(duì)天然氣成藏條件的綜合分析認(rèn)為：古隆起東側(cè)的白云巖儲(chǔ)層剝露區(qū)，發(fā)育較好的上古生界煤系烴源巖與白云巖儲(chǔ)層直接接觸，可作為白云巖儲(chǔ)集體成藏的有效氣源；同時(shí)，白云巖橫向存在較強(qiáng)的差異云化非均質(zhì)性，具有形成白云巖巖性氣藏的圈閉遮擋條件。因此，總體分析認(rèn)為古隆起東側(cè)地區(qū)的馬五段中下部及馬四段地層剝露區(qū)仍具有一定的天然氣成藏地質(zhì)條件，其后追蹤合探2井部署的合3井在馬五7白云巖晶間孔儲(chǔ)層段也鉆遇含氣顯示，從而進(jìn)一步堅(jiān)定了在古隆起東側(cè)奧陶系繼續(xù)尋找白云巖巖性圈閉氣藏的信心。
1.3 中組合勘探的突破
    在上述認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下，2009—2010年在蘇里格地區(qū)上古生界砂巖氣藏的勘探中，繼續(xù)堅(jiān)持兼探下古生界，圍繞古隆起東側(cè)的中組合領(lǐng)域終于在蘇203井和蘇322井的鉆探中取得了重大的突破：蘇203井在馬五5鉆遇較好的白云巖晶間孔儲(chǔ)層，含氣顯示良好，測(cè)井解釋氣層厚度為7.4m，試氣獲得104.0882×104m3/d的高產(chǎn)氣流(圖3)；蘇322井馬五6鉆遇白云巖儲(chǔ)層，測(cè)井解釋氣層厚度為3.8m，試氣獲得41.5904×104m3/d的高產(chǎn)氣流。隨后的研究證實(shí)，馬五5含氣層段為白云巖晶間孔型儲(chǔ)層，明顯不同于靖邊地區(qū)馬五1+2的風(fēng)化殼溶孔型儲(chǔ)層，圈閉成藏特征也與靖邊地區(qū)的風(fēng)化殼氣藏存在較大差異，從而展開(kāi)了對(duì)古隆起東側(cè)地區(qū)中組合沉積及成藏規(guī)律的綜合研究，形成了古隆起東側(cè)地區(qū)中組合存在區(qū)域性巖性圈閉成藏有利區(qū)帶的新認(rèn)識(shí)，奠定了中組合規(guī)模勘探發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。近期鉆探的蘇345井在馬五5試氣又獲得225.44×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，目前已落實(shí)烏審召、烏審旗、安邊、吳起4個(gè)中組合成藏含氣富集區(qū)，初步估算天然氣儲(chǔ)量規(guī)模超過(guò)1000×108m3。

2 中組合成藏特征
2.1 儲(chǔ)集空間以白云巖晶間孔為主
    中組合有效儲(chǔ)集體主要發(fā)育在馬五5白云巖中，馬五7、馬五5等在局部地區(qū)也可見(jiàn)有效儲(chǔ)層發(fā)育。該類儲(chǔ)集體的儲(chǔ)層巖性主要為粗粉晶-細(xì)晶結(jié)構(gòu)的晶粒狀白云巖，在部分層段的角礫化泥粉晶云巖中也見(jiàn)有效儲(chǔ)層，但其分布相對(duì)較局限。儲(chǔ)層巖石的白云石晶粒大小一般介于40～150μm，晶粒結(jié)構(gòu)較均一，通常白形程度較高，多為半自形-自形狀，巖石整體構(gòu)造多為塊狀或厚層狀，紋層一般不太發(fā)育。
白云巖儲(chǔ)集空間類型主要為白云石晶間孔(局部同時(shí)發(fā)育晶間溶孔)，次為微裂縫。白云巖晶間孔及晶間溶孔主要形成于碳酸鹽沉積物發(fā)生白云石化作用的同期，與白云巖的成因緊密相關(guān)。由于儲(chǔ)層巖石中的白云石晶體通常具有較好的自形度，晶粒支架構(gòu)成的晶間孔多為多面體或三角形幾何形態(tài)，孔壁平直光滑，孔徑大小一般介于10～50μm，面孔率介于1%～5%，少數(shù)超過(guò)10%，如古隆起東側(cè)的蘇203、陜196等井馬五5亞段粉晶白云巖儲(chǔ)層(圖4)。
 

2.2 儲(chǔ)層發(fā)育受沉積微相及白云巖化作用的雙重控制
2.2.1沉積相及古地理環(huán)境的控制
    中組合白云巖儲(chǔ)集體主力儲(chǔ)層以?shī)A在蒸發(fā)潮坪泥粉晶白云巖中的粗粉晶白云巖為主，其成因受短期海侵形成的藻屑灘相沉積體控制，單個(gè)儲(chǔ)集體在平面上的分布范圍不等，但由于受大的沉積相帶控制，沿古隆起東側(cè)成群分布，形成一個(gè)大的灘相儲(chǔ)集體發(fā)育區(qū)帶。
    縱向上，對(duì)盆地東部鹽洼區(qū)沉積層序的研究表明，馬五5、馬五7、馬五9同為夾在蒸發(fā)巖層序中的短期海侵沉積[11～12]，結(jié)合區(qū)域巖相古地理格局分析，古隆起東側(cè)在馬五5、馬五7、馬五9海侵期均處于相對(duì)淺水高能環(huán)境，發(fā)育有利的灘相沉積，經(jīng)沉積期后白云巖化作用改造后，均有利于形成白云巖晶間孔型有效儲(chǔ)層(圖5)。

    橫向上，靖邊西側(cè)(靖西)地區(qū)的馬五段沉積期處在間歇暴露的古隆起區(qū)的東側(cè)，其東為膏鹽洼地沉積區(qū)，西為間歇暴露的中央古隆起區(qū)，在大的古地理格局上構(gòu)成了區(qū)域巖性相變的沉積基礎(chǔ)，也為其后白云巖化作用提供了特殊的成巖作用環(huán)境。雖然馬五段沉積期整體處于大的蒸發(fā)巖-碳酸鹽巖旋回的相對(duì)低水位期(海退期)，但其間也存在次一級(jí)的短期海進(jìn)旋回，馬五5亞期即是夾在其間的一次較重要的次級(jí)海侵期。其巖相古地理格局呈環(huán)帶展布，自西向東依次發(fā)育環(huán)陸云坪、靖西臺(tái)坪、靖邊緩坡及東部洼地(圖6)。東部洼地位于潮下帶，沉積期水體開(kāi)闊，與廣海相通，主要沉積深灰色富含生物碎屑的泥晶灰?guī)r，在局部地區(qū)也有白云巖化的跡象；靖邊緩坡總體處于潮間帶，主要以石灰?guī)r沉積為主，間夾泥粉晶白云巖；靖西臺(tái)坪總體處于潮上和潮間交替發(fā)育帶，馬五5早期可處于潮下環(huán)境，如蘇203井區(qū)馬五53主要以白云巖沉積為主，因古地形相對(duì)較高，水體較淺，在局部的高能帶可形成臺(tái)內(nèi)藻屑灘微相沉積；環(huán)陸云坪靠近中央古隆起，主要處于潮上帶，沉積物以泥晶白云巖沉積為主，但在加里東期多被剝蝕殆盡。因此，靖西臺(tái)坪相帶是形成白云巖儲(chǔ)層最有利的部位，主要發(fā)育藻灰坪、藻屑灘、灰云坪等沉積微相，顆粒灘是最有利的沉積微相。靖西臺(tái)坪區(qū)的局部高部位是臺(tái)內(nèi)灘相顆粒碳酸鹽沉積發(fā)育的有利位置，經(jīng)后期白云巖化作用后可形成有效的白云巖晶間孔儲(chǔ)層，近期通過(guò)綜合分析地質(zhì)研究成果和地震儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)結(jié)果(圖7)，在馬五5亞段預(yù)測(cè)出了9個(gè)灘相沉積體。
2.2.2白云巖化作用的控制
    1) 海侵沉積期后的環(huán)境變化：從盆地沉積演化序列來(lái)分析，在馬五5沉積后進(jìn)入馬五4沉積期，沉積環(huán)境發(fā)生了較大的變化，海平面開(kāi)始相對(duì)下降，又進(jìn)入了蒸發(fā)巖沉積期；在盆地東部鹽洼形成蒸發(fā)巖沉積，在靖邊及靖西則形成盆緣石膏沉積及含膏云坪相的膏云巖沉積。
    2) “富鎂鹵水”的形成：由于石膏等硫酸鹽礦物的結(jié)晶沉淀，尤其是石膏(CaS04)的沉淀，使沉積水體中的Ca2+及S042-含量顯著減少，在Mg2+含量沒(méi)有太大變化的情況下，沉積水體中的Mg2+/Ca2+比值顯著增大，形成“富鎂鹵水”。
    Ca2++S042-＝CaS04↓
    現(xiàn)代正常海水的Mg2+、Ca2+、S042-的摩爾濃度分別為0.052mol/L、0.010mol/L、0027mol/L，其Mg2+/Ca2+比值為5.13，若令石膏(CaS04)完全沉淀，則Ca2+相對(duì)S042-明顯不足(約差171%)，因此石膏物質(zhì)的晶出對(duì)于Mg2+/Ca2+比值的提高作用是相當(dāng)大的。
3) “ 富鎂鹵水”下滲改造下伏馬五5沉積物：高M(jìn)g2+/Ca2++比流體形成后，必然對(duì)其下伏及側(cè)向的馬五5先期沉積物產(chǎn)生影響，使原來(lái)產(chǎn)生于正常海環(huán)境的流體介質(zhì)逐步被高M(jìn)g2+/Ca2+比流體所替代，并由此產(chǎn)生方解石向白云石轉(zhuǎn)化的白云巖化交代作用。由此產(chǎn)生的Ca2+離子又為石膏的沉淀所利用，從而產(chǎn)生了一個(gè)石膏沉淀與白云石化交代相互依賴的地球化學(xué)循環(huán)動(dòng)力與動(dòng)態(tài)平衡體系。
 
    4) 大氣淡水的參與：在馬五5沉積后進(jìn)入馬五4沉積期時(shí)，古隆起地區(qū)大部分時(shí)間處于間歇暴露的沉積環(huán)境，當(dāng)發(fā)生大氣降水時(shí)，大面積的降水會(huì)在陸地上匯聚后向古隆起兩側(cè)地區(qū)下滲分散，當(dāng)其進(jìn)入古隆起東側(cè)先期沉積的馬五5沉積層中時(shí)，也會(huì)對(duì)馬五5沉積起到一定的改造作用。淡水作用的直接效果是會(huì)導(dǎo)致碳酸鹽沉積物(尤其是文石及方解石等CaC03礦物)的部分溶解，其所產(chǎn)生的Ca2+離子也會(huì)對(duì)鄰近沉積區(qū)石膏的沉淀起到一定的促進(jìn)作用，從而進(jìn)一步推動(dòng)上述“石膏沉淀-白云石化交代”的地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。
5) 大氣淡水與“富鎂鹵水”混合的白云巖化模式：由于大氣淡水的參與，在古隆起東側(cè)地區(qū)的馬五5沉積層中形成大氣淡水與“富鎂鹵水”的混合水帶，這種成巖介質(zhì)環(huán)境對(duì)馬五5的白云巖化作用也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：①稀釋了“富鎂鹵水”，使成巖流體濃度降低，進(jìn)而減少白云石結(jié)晶時(shí)的結(jié)晶中心形成總數(shù)(晶核形成數(shù))，這會(huì)使白云石生長(zhǎng)更趨緩慢，結(jié)晶更趨自形、粗大；②使先成白云石重結(jié)晶。據(jù)Clyde Moore的研究認(rèn)為[13]，大氣淡水的參與會(huì)使先成白云石重結(jié)晶，并使其地球化學(xué)特征發(fā)生重組，這也會(huì)導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)變粗和白云石自形程度的提高。對(duì)盆地古隆起東側(cè)馬五5白云巖的地球化學(xué)分析結(jié)果表明：馬五5白云巖有序度一般為0.85～0.95，尤其是其C—0同位素特征(δ13C：-0.79‰～0.07‰；δ18O：-7.1‰～-6.9‰)，的確與馬五1+2蒸發(fā)潮坪形成的泥粉晶白云巖存在較大的差異(圖8)。
 

    6) 在上述分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了古隆起東側(cè)地區(qū)馬五5亞段白云巖的大氣淡水與“富鎂鹵水”混合的混合水白云巖化成岡模式：①在馬五5沉積期，自東向西依次發(fā)育東部洼地、靖邊緩坡、靖西臺(tái)坪及環(huán)陸云坪，并在古隆起東側(cè)的靖西臺(tái)坪區(qū)發(fā)育臺(tái)內(nèi)淺水顆粒灘相沉積(圖9A)；②古隆起東側(cè)的淺水碳酸鹽沉積在馬五4蒸發(fā)巖沉積期，由于區(qū)域海平面下降導(dǎo)致的古隆起區(qū)間歇暴露，形成大氣淡水與蒸發(fā)鹵水的混合水白云巖化成巖作用環(huán)境，在先期顆粒灘相沉積基礎(chǔ)上形成了粗粉晶結(jié)構(gòu)的白云巖儲(chǔ)層(圖9B)，這種白云巖化作用與傳統(tǒng)意義上的混合水白云巖化模式[14]還有較大不同，通常的混合水白云巖化是指大氣淡水與正常海水混合的白云石化作用，而這里是大氣淡水與“富鎂鹵水”混合的白云石化作用；③馬五7、馬五9與馬五5相似，都是夾在蒸發(fā)巖層序中的短期海侵層序，沉積期后都進(jìn)入海退或干化蒸發(fā)期的沉積階段(即馬五6、馬五8沉積期)，因而在其下伏沉積物中都存在“富鎂鹵水”與大氣淡水混合的成巖介質(zhì)環(huán)境，導(dǎo)致相似的白云巖化作用的發(fā)生。同樣，原始的顆粒灘相沉積層最有利于兩種水體的充分混合，進(jìn)而形成白云石晶粒粗、自形程度高、晶間孔發(fā)育的白云巖儲(chǔ)層。關(guān)于碳酸鹽巖層序演化與白云巖化作用的關(guān)系，Tucker也曾論述過(guò)相似的實(shí)例[15]。
2.3 上古生界煤系烴源巖與白云巖儲(chǔ)層源儲(chǔ)配置關(guān)系良好
2.3.1風(fēng)化殼期古隆起東側(cè)中組合地層依次剝露地表
   加里東末期開(kāi)始的整體構(gòu)造抬升，使鄂爾多斯地區(qū)下古生界遭受了長(zhǎng)達(dá)1億多年的風(fēng)化剝蝕，靖邊氣田以西至古隆起地區(qū)抬升剝蝕尤為強(qiáng)烈，屬區(qū)域性抬升剝蝕區(qū)。由東向西到古隆起區(qū)，奧陶系頂部剝露地層層位依次由新變老，逐漸由奧陶系上組合(馬五1-馬五4)變?yōu)橹薪M合(馬五5-馬五10)乃至下組合(馬四段)地層。
2.3.2中組合與上覆煤系烴源層直接接觸形成良好源儲(chǔ)配置
    晚石炭世盆地整體沉降后，鄂爾多斯地區(qū)又開(kāi)始接受石炭-二疊紀(jì)海陸交互相及陸相沉積，使上古生界的煤系地層在該區(qū)與奧陶系中組合及下組合地層直接接觸。到印支末燕山期，隨著上古生界煤系烴源巖熱演化成熟進(jìn)入烴類氣體的大量生成階段后，即可對(duì)下古生界的奧陶系中組合及下組合儲(chǔ)層供氣，構(gòu)成良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系(圖10)。

    對(duì)該區(qū)煤系烴源巖的分析結(jié)果表明，該區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組-下二疊統(tǒng)山西組均發(fā)育煤層、碳質(zhì)泥巖及暗色泥巖等，煤層厚度介于3～6m，碳質(zhì)泥巖及暗色泥巖厚度介于60～120m，熱演化達(dá)成熟過(guò)成熟干氣生成階段，Ro介于1.5%～1.7%，有較好的氣源供給能力，具備向下古生界中組合及下組合有效供氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。
2.4 燕山期構(gòu)造抬升形成有效的巖性圈閉條件
2.4.1沉積相變?yōu)閹r性圈閉形成奠定了基礎(chǔ)
    中組合的白云巖晶間孔儲(chǔ)層主要形成于顆粒灘相沉積環(huán)境，與其周圍的圍巖地層在沉積特征及微相結(jié)構(gòu)上存在較大的差異，因而導(dǎo)致其在成巖作用、白云巖化等方面亦有所不同，最終在孔隙發(fā)育程度及儲(chǔ)滲性能上也產(chǎn)生較大的差異性。
    首先，從區(qū)域上的巖性相變看，從盆地東部-靖邊靖西地區(qū)-古隆起地區(qū)，馬五5巖性由盆地東部的石灰?guī)r到靖西地區(qū)完全相變?yōu)榘自茙r，并環(huán)繞古隆起形成一個(gè)區(qū)域性的巖性相變界面，即靖邊東側(cè)地區(qū)基本全為致密的石灰?guī)r地層，而靖西地區(qū)皆為白云巖地層。
    其次，從大的巖性帶內(nèi)部來(lái)看，也存在次一級(jí)的巖性變化(即沉積微相類型的變化)。按照Walther相律的原理[16]，在連續(xù)發(fā)育的地層序列中，縱向上連續(xù)的沉積必然在橫向上相鄰，因此通過(guò)對(duì)蘇203井等馬五5沉積微相序列的分析(圖11)，就可以初步確定馬五5地層在鄰近區(qū)域橫向相鄰的微相變化規(guī)律，蘇203井區(qū)馬五5主力儲(chǔ)層段發(fā)育在中部(馬五52)的藻屑灘相白云巖中，其下部(馬五53)的藻粘結(jié)巖丘白云巖和上部(馬五51)的潮上蒸發(fā)云坪白云巖，則分別代表了其東側(cè)和西側(cè)相鄰的微相環(huán)境，即在大的白云巖分布區(qū)帶內(nèi)，可進(jìn)一步細(xì)分出顆粒灘及灘間低能環(huán)境的沉積類型。它們雖同為白云巖，但由于沉積微相環(huán)境及成巖作用特征不同，因而具有不同的物性特征，并進(jìn)而構(gòu)成次一級(jí)的巖性相變特征。
 

2.4.2燕山期盆地東部抬升形成古隆起東側(cè)上傾方向的有效巖性遮擋條件
    燕山期盆地東部大幅度抬升，導(dǎo)致古地形格局發(fā)生巨大變化，由原來(lái)的西高東低轉(zhuǎn)變?yōu)闁|高西低。受此影響，下古生界構(gòu)造層整體變?yōu)橄蛭鲉蝺A的相對(duì)單一的構(gòu)造樣式，也基本奠定了盆地現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)，靖邊地區(qū)就處于這種“蹺蹺板”式構(gòu)造翻轉(zhuǎn)的軸部附近。
    構(gòu)造翻轉(zhuǎn)后對(duì)靖西地區(qū)奧陶系中、下組合的天然氣成藏產(chǎn)生了2個(gè)方面的重要影響：①馬五5區(qū)域巖性相變的致密石灰?guī)r一側(cè)正處于構(gòu)造的上傾方向，從而對(duì)其西側(cè)的白云巖儲(chǔ)集體構(gòu)成了有效的巖性遮擋條件(圖12)；②由于東側(cè)上傾，使得上古生界煤系烴源巖層與下古生界白云巖儲(chǔ)層在風(fēng)化殼界面附近由原來(lái)的上下接觸關(guān)系變成一定程度的側(cè)向(或左右)甚至“源下儲(chǔ)上”的接觸關(guān)系，從而更有利于烴類氣體在白云巖儲(chǔ)集體中的充注成藏。

2.4.3巖性圈閉是古隆起東側(cè)中下組合成藏的主要圈閉類型
    根據(jù)前述源儲(chǔ)配置及遮擋條件的分析，再結(jié)合古隆起東側(cè)(靖西地區(qū))下古生界地層今構(gòu)造西傾的格局，巖性圈閉是古隆起東側(cè)奧陶系中組合天然氣成藏的主要圈閉類型。尋找?guī)r性圈閉體的關(guān)鍵就是找到灘相白云巖儲(chǔ)集體。
    基于以上分析并結(jié)合勘探成果，構(gòu)建了本區(qū)中組合巖性圈閉氣藏的成藏模式(圖12)：古隆起東側(cè)地區(qū)奧陶系中組合成藏主要受控于馬五5短暫海侵期形成的巖性相變，短期海侵局部發(fā)育的藻屑灘相沉積，于近地表淺埋藏成巖環(huán)境混合水白云巖化后形成白云巖晶間孔型儲(chǔ)層；在經(jīng)歷了加里東期抬升剝蝕及石炭-二疊紀(jì)沉積后，與上古生界煤系烴源巖構(gòu)成良好的源儲(chǔ)配置；在經(jīng)歷了海西-印支期的連續(xù)埋藏及燕山期的盆地東部抬升后，最終形成巖性圈閉氣藏。
2.5 古隆起東側(cè)中組合是多層系巖性圈閉成藏的有利區(qū)帶
    首先，從儲(chǔ)層發(fā)育的角度看，受層序旋回控制，馬五5、馬五7、馬五9同為夾在蒸發(fā)巖層序中的短期海侵沉積，在古隆起東側(cè)地區(qū)其沉積、成巖環(huán)境較為相似，都可發(fā)育有利的灘相沉積，并在其后的海平面下降期因混合水白云石化而形成白云巖晶間孔型儲(chǔ)層。在沉積相帶展布上，馬五5、馬五7、馬五9都在古隆起東側(cè)附近發(fā)育有利云化灘儲(chǔ)層形成的臺(tái)坪相帶，并圍繞古隆起呈環(huán)帶分布而形成區(qū)域性展布的巖性相變帶。
    其次，古隆起東側(cè)地區(qū)中組合地層經(jīng)加里東構(gòu)造抬升剝露至近地表附近，與后續(xù)的晚古生代煤系烴源巖層形成良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系。
   最后，在海西期后的持續(xù)埋藏及燕山期構(gòu)造抬升后，中組合馬五5、馬五7、馬五9等多個(gè)層段均可形成有效的巖性及地層-巖性圈閉成藏條件。綜上認(rèn)為：古隆起東側(cè)中組合是尋找多層系白云石化灘相巖性圈閉氣藏的有利區(qū)帶(圖13)，這一認(rèn)識(shí)在該區(qū)中組合的勘探實(shí)踐中已得到證實(shí)。

3 中組合勘探突破的啟示
3.1 理論創(chuàng)新是勘探取得突破的關(guān)鍵
    靖邊氣田發(fā)現(xiàn)后，對(duì)其儲(chǔ)層發(fā)育及圈閉成因機(jī)理的研究，形成了“含膏云坪相帶控制儲(chǔ)層發(fā)育、風(fēng)化殼巖溶古地貌控制圈閉成藏”等基礎(chǔ)性認(rèn)識(shí)，對(duì)20世紀(jì)末靖邊氣田的快速探明以及21世紀(jì)以來(lái)圍繞靖邊古潛臺(tái)的東延、西擴(kuò)等精細(xì)勘探都起到了重要的指導(dǎo)作用。
   但由于受早期傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的影響，對(duì)下古生界的勘探主要局限于尋找馬五1-馬五4(上組合)膏溶孔隙發(fā)育的風(fēng)化殼儲(chǔ)層。在靖邊西側(cè)(古隆起東側(cè))的勘探中，由于鄰近古隆起區(qū)上組合地層的剝?nèi)币约安糠志某鏊鴽](méi)有大的發(fā)現(xiàn)。在天環(huán)地區(qū)(主體位于古隆起之上的下組合)雖也發(fā)現(xiàn)了大段厚層的白云巖晶間孔型儲(chǔ)層，但由于試氣普遍產(chǎn)水，而認(rèn)為該區(qū)白云巖儲(chǔ)集體整體圈閉條件不太有利，放緩了對(duì)其進(jìn)一步的探索。
    2008年，在對(duì)古隆起東側(cè)地區(qū)下古生界成藏潛力分析的基礎(chǔ)上，指出該區(qū)有可能形成白云巖巖性圈閉氣藏，并在慶陽(yáng)東目標(biāo)區(qū)部署了2口風(fēng)險(xiǎn)探井(合探1、合探2井)，雖未獲得大的突破，但卻分別在馬四段和馬五9亞段鉆遇白云巖晶間孔儲(chǔ)層，其中合探2井馬五9試氣還獲得了低產(chǎn)氣流，證實(shí)了白云巖巖性匿閉體確有一定的成藏潛力，隨后就有了蘇203井等中組合的勘探突破。由此可見(jiàn)，關(guān)于古隆起東側(cè)白云差巖性圈閉成藏這一理論的創(chuàng)新，對(duì)中組合的勘探突硎起到了關(guān)鍵作用。
3.2 細(xì)分小層的區(qū)域巖相古地理研究是勘探獲得成功的基礎(chǔ)
    中組合所代表的馬五5-馬五10地層厚度一般介于90～150m，盆地東部鹽洼區(qū)較厚，最厚可逾200m，向西靠近古隆起方向逐漸減薄。在古隆起核部附近，由于加里東期風(fēng)化剝蝕逐漸減薄以至缺失。
    在確定中組合勘探目標(biāo)時(shí)，通過(guò)對(duì)區(qū)域巖相古地理研究，特別是細(xì)分小層的沉積相成圖，逐漸認(rèn)識(shí)到各小層的區(qū)域巖性相變規(guī)律和沉積微相對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用，以及顆粒灘相沉積對(duì)白云巖化及儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用，進(jìn)而形成了對(duì)中組合巖性圈閉成藏的新認(rèn)識(shí)。
    首先是對(duì)主力目的層(馬五5)小層的成圖，認(rèn)識(shí)到馬五5從盆地東部到古隆起區(qū)由石灰?guī)r到白云巖的區(qū)域巖性相變規(guī)律；然后又對(duì)其鄰近的馬五4、馬五6小層分別成圖，搞清了沉積演化對(duì)馬五5白云巖化的控制作用；隨后又對(duì)馬五7、馬五8、馬五9、馬五10等中組合所有小層進(jìn)行系統(tǒng)編圖，逐步明確了中組合白云巖化灘相儲(chǔ)層多旋回疊置、圍繞古隆起環(huán)帶狀分布的特征。同時(shí)，針對(duì)主力含氣層段馬五5，又開(kāi)展了更為精細(xì)的小層分析工作，將其進(jìn)一步細(xì)分為馬五51、馬五52、馬五53等3個(gè)小層，明確了不同小層的沉積微相特征，并利用沉積相序原理分析預(yù)測(cè)了有利儲(chǔ)層發(fā)育的藻屑灘微相在平面上的分布。最后，再結(jié)合圈閉成藏規(guī)律的綜合分析，最終形成古隆起東側(cè)中組合是巖性圈閉有利區(qū)帶的整體性認(rèn)識(shí)，為該區(qū)下古生界的勘探部署明確了主攻方向。
3.3 繼續(xù)深入探索，下組合仍有一定的勘探潛力
    下組合與中組合儲(chǔ)層相似，也主要發(fā)育白云巖晶間孔型儲(chǔ)層[17]，但其儲(chǔ)集體厚度及規(guī)模更大，儲(chǔ)層物性也相對(duì)較好，目前還未發(fā)現(xiàn)有效的工業(yè)氣藏。由于過(guò)去下古生界勘探主要集中于風(fēng)化殼氣藏，在盆地中東部地區(qū)鉆入下組合的探井相對(duì)較少，而天環(huán)地區(qū)鉆入下組合的探井又普遍產(chǎn)水，這給下組合認(rèn)識(shí)沉積、儲(chǔ)層發(fā)育及成藏規(guī)律的研究帶來(lái)一定的困難。
    在中組合勘探發(fā)現(xiàn)的啟示下，近期加強(qiáng)了對(duì)下組合成藏潛力的分析，通過(guò)對(duì)古隆起東側(cè)部分探井的分析，將下組合的馬四段地層三分，對(duì)其中最上部的馬四1小層(鉆達(dá)該層的探井相對(duì)較多)的巖相古地理編圖表明，其在局部地區(qū)也存在較明顯的巖性相變。這種巖性相變與低幅度的鼻隆構(gòu)造相配合，可形成有效的構(gòu)造-巖性圈閉條件，在抬升剝蝕的出露區(qū)有望形成一定規(guī)模的天然氣富集。可通過(guò)深化對(duì)成藏條件的研究，優(yōu)選有利目標(biāo)，進(jìn)一步探索其勘探潛力。
參考文獻(xiàn)
[1] 馮增昭，陳繼新，張吉森.鄂爾多斯地區(qū)早古生代巖相古地理[M].北京：地質(zhì)出版社，1991.
[2] 馮增昭，張吉森.鄂爾多斯地區(qū)奧陶紀(jì)地層巖相古地理[M].北京：地質(zhì)出版社，1998.
[3] 楊俊杰，謝慶邦，宋國(guó)初.陜甘寧盆地中部奧陶系古地貌模式及氣藏序列[J].天然氣工業(yè)，I992，12(4)：8-13.
[4] 楊俊杰，裴錫古.中國(guó)天然氣地質(zhì)學(xué)(卷四，鄂爾多斯盆地)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.
[5] 楊華，鄭聰斌，席勝利.鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系天然氣成藏地質(zhì)特征[C]∥閔琪，楊華.鄂爾多斯盆地油氣勘探開(kāi)發(fā)論文集.北京：石油工業(yè)出版社，2000：1-19.
[6] 鄭聰斌，冀小琳，賈疏源.陜甘寧盆地中部奧陶系風(fēng)化殼巖溶發(fā)育特征[J].中國(guó)巖溶，1995，14(3)：280.
[7] 鄭聰斌，謝慶邦.陜甘寧盆地中部奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層特征[J].天然氣工業(yè)，1993，13(5)：26-30.
[8] 楊華，付金華，包洪平.鄂爾多斯地區(qū)西部和南部奧陶紀(jì)海槽邊緣沉積特征與天然氣成藏潛力分析[J].海相油氣地質(zhì)，2010，15(2)：1-13.
[9] 楊華，付金華，魏新善，等.鄂爾多斯盆地奧陶系海相碳酸鹽巖天然氣勘探領(lǐng)域分析[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32(5)：1-10.
[10] 陳志遠(yuǎn)，馬振芳，張錦泉.鄂爾多斯盆地中部奧陶系馬五5亞段白云巖成因[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，1998，25(6)：20-22.
[11] 包洪平，楊承運(yùn)，黃建松.“干化蒸發(fā)”與“回灌重溶”一一對(duì)鄂爾多斯盆地東部奧陶系蒸發(fā)巖成因的新認(rèn)識(shí)[J].古地理學(xué)報(bào)，2004，6(3)：279-287.
[12] 包洪平，楊承運(yùn).碳酸鹽巖層序分析的微相方法——以鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組為例[J].海相油氣地質(zhì)，2000，5(1/2)：153-157.
[13] CLYDE H MOORE.Upper Jurassic Smackover platform dolomitization，northwestern Gulf of Mexico：a tale of two waters[C]∥Symposium of the Carbonate Reservoirs.Hangzhou，China：SEPM，2010.
[14] BADIOZAMANI K.The dorag dolomitization model application to middle Ordovician of Wisconsin[J].Journal of Sedimentary Research，1973，43(4)：965-984.
[15] TUCKER M E.Sequence stratigraphy of carbonateevaporite basins：models and application to the Upper Permian(Zechstein)of northeast England and adjoining North Sea[J].Journal of the Geological Society，1991，148：1019-1936.
[16] WALTHER J.Einleitung in die geologic als historishe wissenschaft[M]∥Lithogenesis der Gegenwart，Bd3.Germany：FISHER VERLAG JENA，1894.
[17] 楊華，付鎖堂，馬振芳，等.鄂爾多斯盆地天環(huán)地區(qū)奧陶系白云巖儲(chǔ)集體成因及天然氣成藏地質(zhì)特征[J].天然氣工業(yè)，2004，24(9)：11-14.
 
(本文作者：楊華 包洪平中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司)