榆林－子洲地區(qū)二疊系山西組二段氣藏成因及沉積演化研究

王繼平 （中石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安710021）西北大學地質(zhì)學系，陜西 西安710069

路中奇 （中石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安710021）

陳存良 （中石油長慶油田分公司氣田開發(fā)處，陜西 西安710021）

劉士鑫 （中石油長慶油田分公司蘇里格氣田開發(fā)分公司，陜西 西安710021）

張志剛 （中石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安710021）

鄂爾多斯盆地上古生界普遍含氣，逐漸成為近年來天然氣勘探開發(fā)的主要區(qū)域，極具發(fā)展?jié)摿?。榆林－子洲地區(qū)為鄂爾多斯盆地天然氣的主要富集區(qū)之一，具有多套含氣層系，尤以山西組二段 （Ps2）最為豐富，但其富氣砂體多孤立分散，平面規(guī)律性差。目前，對其砂體成因認識仍存在諸多爭議，嚴重制約了氣藏的勘探與開發(fā)。主要爭議集中在以下3個方面：①Ps2沉積時期子洲氣田沉積環(huán)境屬于近海湖盆，還是濱淺海環(huán)境；②Ps2沉積期湖平面是上升還是下降；③子洲氣田與榆林氣田在成因上有何聯(lián)系。筆者通過古鹽度判別、砂體展布特征的研究、煤層成因及指相作用的分析，恢復了該區(qū)沉積演化過程，深入剖析了Ps2氣藏的成因。

1 海陸相及古鹽度判別

古鹽度判別是分析沉積作用發(fā)生時水體環(huán)境的重要依據(jù)，其測定方法眾多，筆者主要通過區(qū)內(nèi)Ps2泥巖中Sr、Ba質(zhì)量分數(shù)之比 （w（Sr）/w（Ba））來指示沉積時的古水體環(huán)境。

對區(qū)內(nèi)20個暗色泥巖樣品進行分析，w（Sr）/w（Ba）的變化范圍介于0.105～0.837之間，多小于0.6。從樣品的分布上來看，低值區(qū)主要分布于北部，而高值區(qū)位于東南部。對我國海底樣品的w（Sr）/w（Ba）統(tǒng)計認為[1，2]，該值大于1.0為海相沉積，小于0.6為陸相沉積。由此判斷，研究區(qū)Ps2沉積期整體處于淡水環(huán)境，東南部可能在短期內(nèi)受到海水侵入。

2 煤層成因及其指相作用

煤是以植物轉(zhuǎn)變有機質(zhì)為主并含有不同數(shù)量礦物雜質(zhì)的沉積巖。研究區(qū)煤層根據(jù)成因可劃分為3類：①三角洲平原分流間灣沼澤相煤層，該類型煤層薄、面積小、零散分布；②濱湖沼澤成因煤，是在最大可容納空間時沉積物供應不足而形成的，其厚度大、面積廣；③三角洲前緣分流間灣沼澤相煤層，是浮游生物殘體在淺水區(qū)長期堆積形成的，多為薄層。

不同成因的煤層在沉積相研究中具有不同的意義，三角洲平原分流間灣沼澤煤有助于湖岸線的確定；濱湖沼澤煤則指明了最大湖泛面的位置。研究區(qū)Ps2煤層由下至上經(jīng)過了三角洲平原分流間灣沼澤煤→濱湖沼澤煤→三角洲前緣分流間灣薄層煤的轉(zhuǎn)變，為一個完整的水侵到水退旋回[3～6]。

3 子洲－榆林氣田Ps2氣藏成因聯(lián)系

圖1 榆林－子洲地區(qū)Ps2砂體模式圖

子洲氣田與榆林氣田接壤，且主力氣層均為Ps2，但不管是砂體分布，還是儲層物性都存在明顯差異。結(jié)合Ps2砂體在空間上的沉積特征，將其可劃分為4個階段 （圖1），以解釋子洲氣田與榆林氣田Ps2氣藏之間的關系。

1）低位體系域 （子洲氣田山西組二段3亞段 （Ps32）主砂體形成期） 湖岸線由東南向西北方向逐漸遷移至榆30井區(qū)北部 （圖2），為退積型層序。該階段前期子洲地區(qū)基本上為三角洲平原亞相，分流河道的下切能力較強，形成了一些寬度較窄、厚度較大的分流河道砂體，分流間灣發(fā)育薄層炭質(zhì)泥巖或煤；后期隨著湖侵，子洲地區(qū)變?yōu)槿侵耷熬墎喯?，發(fā)育水下分流河道，湖水動力較弱，砂體受湖浪的改造差，整體較窄，物性較差。

2）湖侵體系域 （榆林氣田Ps32主砂體形成期） 湖岸線較固定，砂體以垂向加積為主，湖浪的改造作用較強，砂體較寬、物性相對較好，垂向上砂體主要分布于Ps32中下部，隔夾層少。該時期榆林地區(qū)發(fā)育三角洲平原分流間灣沼澤煤；子洲地區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣分流間灣薄層煤。

3）區(qū)域沼澤化成煤期 該階段沉積物供給量急劇減少，且多為細粒沉積，泥沙長期淤積，湖水變淺，開始生長喜水植物和漂浮植物，其殘體逐年累積而形成泥炭。隨著湖水變淺，泥炭的增厚，形成頂部穩(wěn)定的煤沉積。

圖2 榆林－子洲地區(qū)Ps32砂體分布與湖岸線變遷關系圖

4 Ps2沉積演化過程

榆林氣田、子洲氣田Ps2儲層的形成是由其所處的構(gòu)造位置和所經(jīng)歷的特定沉積演化過程所決定的。Ps2沉積時，鄂爾多斯盆地西緣賀蘭坳陷拉槽關閉，全區(qū)成為統(tǒng)一坳陷[4]，隨著盆地北緣的明顯抬升，海水基本退出鄂爾多斯地區(qū)，沉積環(huán)境由海相變?yōu)殛懴?。此時，鄂爾多斯盆地沉降中心位于東南部，沉積中心逐漸西移，并伴隨持續(xù)湖侵作用，使得湖岸線呈扇形北移，走向由北東－南西向逐漸過渡為近東西向。該過程中形成了榆林氣田、子洲氣田這2種完全不同的沉積方向，儲層特征也有較大差異。是儲層形成的主要時期，根據(jù)其砂體演化模式可以細分為3個階段。

圖3 鄂爾多斯盆地Ps32沉積相演化過程示意圖

5 結(jié)論

1）榆林－子洲地區(qū)二疊系山西組二段 （Ps2）中煤的形成期主要為湖侵體系域和湖泊萎縮體系域，榆林地區(qū)發(fā)育三角洲平原分流間灣沼澤煤，而子洲地區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣分流間灣薄煤層。

2）Ps2沉積期，縱向上由早期至晚期，是一個海水逐漸后退，基準面逐漸下降的過程，砂體主要在早中期發(fā)育和富集，而晚期則是煤的有利發(fā)育期。煤與砂體的形成是一個此消彼長的過程，當物源供給大于可容納空間增長速率時，則砂體易富集，而煤受遏制，相反，則砂體受遏制，煤易形成。

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