鄂爾多斯天然氣成藏模式與控制因素研究

魏欽廉 王猛 呼婧 王小平 賈方方

摘 要： 伊盟隆起位于鄂爾多斯大型克拉通疊合盆地北部， 該區(qū)西部與秦祁活動(dòng)帶相接， 北部與陰山活動(dòng)帶相鄰， 在大地構(gòu)造屬性上處于中國(guó)東部穩(wěn)定區(qū)與西部活動(dòng)帶之間的結(jié)合部位。筆者在前人研究成果基礎(chǔ)上，利用含油氣系統(tǒng)的概念與方法研究伊盟隆起上古生界天然氣成藏要素及成藏作用， 總結(jié)研究成藏模式、控制因素和勘探潛力。

關(guān)鍵詞： 伊盟隆起；上古生界；成藏地質(zhì)要素；運(yùn)移；圈閉；成藏模式

伊盟隆起位于鄂爾多斯大型克拉通疊合盆地北部， 該區(qū)西部與秦祁活動(dòng)帶相接， 北部與陰山活動(dòng)帶相鄰， 在大地構(gòu)造屬性上處于中國(guó)東部穩(wěn)定區(qū)與西部活動(dòng)帶之間的結(jié)合部位。近年來(lái)， 伊盟隆起天然氣勘探呈現(xiàn)良好態(tài)勢(shì)， 已在上古生界發(fā)現(xiàn)多個(gè)小型天然氣藏，該區(qū)被認(rèn)為是鄂爾多斯盆地天然氣勘探、開(kāi)發(fā)的有利后備接替區(qū)。筆者在前人研究成果基礎(chǔ)上，利用含油氣系統(tǒng)的概念與方法研究伊盟隆起上古生界天然氣成藏要素及成藏作用， 總結(jié)其成藏模式。伊盟隆起上古生界天然氣主要來(lái)自隆起南部及烏審旗地區(qū)的太原組和山西組烴源巖； 山西組和下石盒子組沖積扇相辮狀水道砂體、河流相河道砂壩砂體及三角洲平原亞相分流河道砂體為最有利儲(chǔ)集層； 上石盒子組和石千峰組厚層泥巖構(gòu)成區(qū)域性蓋層， 另有眾多局部蓋層； 生、儲(chǔ)、蓋層具有良好的組合關(guān)系， 形成自生自?xún)?chǔ)式（ 隆起南部） 和下生上儲(chǔ)式（ 隆起南部、北部） 生儲(chǔ)蓋組合。天然氣主要通過(guò)優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)砂體、不整合面、斷層和裂縫組成的輸導(dǎo)體系向北部運(yùn)移； 隆起北部地區(qū)以局部構(gòu)造圈閉、遠(yuǎn)源成藏為主， 而南部地區(qū)以巖性圈閉、近源成藏為主。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

伊盟隆起現(xiàn)今的構(gòu)造格局呈北高南低、東高西低的特點(diǎn)， 整體表現(xiàn)為一西南傾大型單斜構(gòu)造， 區(qū)內(nèi)發(fā)育3條較大規(guī)模的斷層， 分別為泊爾江海子斷層、烏蘭吉林廟斷層和三眼井?dāng)鄬樱?其中泊爾江海子斷層由加里東運(yùn)動(dòng)形成， 是一條具走滑性質(zhì)的非生長(zhǎng)性逆斷層，該斷層將伊盟隆起大致分為南北兩個(gè)部分 。研究區(qū)地層以太古宇、元古宇為基底， 其上發(fā)育古生界和中生界。北部地區(qū)上古生界直接不整合覆蓋于太古宇結(jié)晶基底之上， 南部地區(qū)上古生界與奧陶系馬家溝組、寒武系和中元古界不整合接觸。上古生界自下而上發(fā)育石炭系本溪組和太原組以及二疊系的山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組6 套地層（， 除石千峰組外， 其他地層依次向北部隆起區(qū)超覆沉積。

2 成藏要素分析

2. 1 烴源巖。爾多斯盆地北部（ 包括伊盟隆起） 上古生界烴源巖主要為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組的暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖與煤層。受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 早古生代鄂爾多斯盆地整體抬升， 形成了覆蓋全區(qū)的區(qū)域性不整合面。烴源巖主要分布于伊盟隆起南側(cè)的鄂托克旗-烏審旗一帶， 總體來(lái)看具有南厚北薄、東厚西薄、局部凹陷異常發(fā)育的特點(diǎn) ?？傮w來(lái)看暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較低， 屬于中等- 差烴源巖， 而炭質(zhì)泥巖和煤巖則為優(yōu)質(zhì)烴源巖。通過(guò)對(duì)干酪根顯微組分、煤巖顯微組分、巖石熱解參數(shù)以及巖石飽和烴氣相色譜等指標(biāo)的分析認(rèn)為， 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為腐殖型， 其次為腐泥-腐殖型， 主要顯微組分為有利于生氣的鏡質(zhì)組， 原始有機(jī)質(zhì)形成于有氧沉積環(huán)境中。

2.2 儲(chǔ)集層。伊盟隆起上古生界山西組和下石盒子組主要發(fā)育陸相沖積扇、河流和三角洲沉積體系，其中沖積扇相的辮狀水道砂體、河流相的河道砂壩砂體及三角洲平原亞相的分流河道砂體為研究區(qū)上古生界最主要的儲(chǔ)集層。平面上砂體呈南北向條帶狀展布， 縱向上砂層交錯(cuò)疊置， 總厚度一般為45～ 120 m， 單砂體厚2～ 15 m， 厚度較大。薄片鑒定表明， 儲(chǔ)集層巖性以中粒、中-粗粒巖屑砂巖、長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖為主； 顆粒分選中等， 磨圓度較差， 絕大多數(shù)碎屑顆粒為次棱角 棱角狀； 以孔隙式膠結(jié)， 點(diǎn)-線狀接觸為主； 孔隙主要為殘余粒間孔隙和溶蝕粒間孔隙。研究發(fā)現(xiàn)伊盟隆起儲(chǔ)集層物性在平面上具有明顯的分帶性， 儲(chǔ)集物性由南向北逐漸變好： 伊盟隆起南部地區(qū)下石盒子組和山西組儲(chǔ)集層嚴(yán)重致密化， 孔隙度一般為4% ～12% ， 物性較差； 而伊盟隆起北部地區(qū)有利儲(chǔ)集層為下石盒子組砂巖， 孔隙度一般為4.5% ～22. 0%，， 儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能較好， 是北部地區(qū)天然氣聚集的主要層位。物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明伊盟隆起上古生界儲(chǔ)集層總體上以低孔、低滲為特征， 物性相對(duì)較好。

2.3 生儲(chǔ)蓋組合。盟隆起上古生界廣泛分布的上石盒子組和石千峰組厚層泥巖和粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成了研究區(qū)的區(qū)域性蓋層， 此外在山西組和下石盒子組內(nèi)部也發(fā)育了眾多以泥巖為主的局部蓋層， 它們與太原組和山西組的烴源巖、山西組和下石盒子組儲(chǔ)集層在垂向上具有較好的匹配關(guān)系， 構(gòu)成了較為完備的生儲(chǔ)蓋組合。按照生儲(chǔ)蓋的相互配置關(guān)系可劃分為自生自?xún)?chǔ)式和下生上儲(chǔ)式兩種組合類(lèi)型。

3 成藏地質(zhì)作用與成藏模式分析

3.1 生烴作用。析鄂爾多斯盆地北部上古生界烴源巖成熟度資料發(fā)現(xiàn)， Ro 值為0.6% ～ 1. 8% ， 且由北東向南西逐漸變大； 巖石熱解峰溫在436～ 542度 ， 烴源巖已普遍進(jìn)入成熟-高成熟階段。烴源巖生烴作用產(chǎn)生的巨大壓力成為天然氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿υ矗?這種壓力不僅使天然氣突破烴源巖， 以混相涌流、幕式排烴實(shí)現(xiàn)了初次運(yùn)移， 而且使附近砂巖產(chǎn)生微裂縫， 實(shí)現(xiàn)了天然氣的二次運(yùn)移、成藏。研究認(rèn)為鄂爾多斯盆地北部上古生界烴源巖存在兩次大規(guī)模的天然氣生成期： 第1期生氣從早三疊世開(kāi)始至中侏羅世末結(jié)束， 在中侏羅世達(dá)到生氣高峰； 第1期生氣從侏羅紀(jì)末持續(xù)至晚白堊世初期， 生氣高峰為早白堊世。

3.2 運(yùn)移條件。導(dǎo)體是油氣運(yùn)移、聚集成藏最重要的控制條件之一。伊盟隆起的輸導(dǎo)體系主要由優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)砂體、不整合面、斷層和裂縫4 個(gè)輸導(dǎo)要素組成， 四者在平面及縱向上具有不同的分布特征。伊盟隆起上古生界山西組和下石盒子組廣泛發(fā)育沖積扇、河流和三角洲沉積體系， 地層中砂體發(fā)育， 連通性好， 是天然氣側(cè)向運(yùn)移的良好通道。此外， 由加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形成的區(qū)域不整合面在伊盟隆起北部地區(qū)也是天然氣側(cè)向運(yùn)移的重要通道。燕山期伊盟隆起構(gòu)造作用較為強(qiáng)烈， 泊爾江海子、單家塔等基底斷層重新活動(dòng)， 并形成了眾多次一級(jí)斷層和裂縫， 斷層活動(dòng)時(shí)間與第2次天然氣大規(guī)模成藏時(shí)期匹配較好， 對(duì)天然氣的垂向運(yùn)移及調(diào)整具有重要作用。近距離的天然氣運(yùn)移成藏以單一輸導(dǎo)要素為主， 如伊盟隆起南部地區(qū)烴源巖內(nèi)部或與之緊鄰的天然氣藏， 而北部地區(qū)天然氣成藏則必須經(jīng)過(guò)多個(gè)輸導(dǎo)要素遠(yuǎn)距離運(yùn)移， 輸導(dǎo)要素在三維空間組合成復(fù)雜的立體網(wǎng)絡(luò)， 使天然氣的運(yùn)移路徑復(fù)雜化。

3.3 圈閉條件。盟隆起上古生界大部分圈閉（ 主要是巖性圈閉）形成于二疊紀(jì)， 少部分（ 主要是構(gòu)造圈閉） 形成于侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)， 其形成時(shí)期均早于生氣高峰期或者與之同步， 為有效圈閉。隆起北部地區(qū)發(fā)育了不同類(lèi)型的圈閉 ， 其中構(gòu)造類(lèi)圈閉最為發(fā)育， 主要與斷層和古地貌隆起相伴生， 其次為巖性圈閉及少量物性圈閉。伊盟隆起南部地區(qū)基本地質(zhì)特征與盆地內(nèi)部差異較小， 構(gòu)造活動(dòng)不活躍， 主要發(fā)育巖性圈閉及少量低幅構(gòu)造圈閉。

3.4 天然氣成藏模式

根據(jù)伊盟隆起上古生界天然氣來(lái)源、天然氣藏的分布特點(diǎn)和生、儲(chǔ)、蓋組合配置關(guān)系， 并結(jié)合研究區(qū)含油氣系統(tǒng)事件分析， 可將伊盟隆起上古生界天然氣成藏歸結(jié)為2 種模式。（1）遠(yuǎn)源成藏模式（ 北部隆起區(qū)）。前已述及， 伊盟隆起北部地區(qū)烴源巖不發(fā)育， 且熱演化程度較低， 要形成規(guī)模氣藏， 必然需要其他地區(qū)烴源巖的補(bǔ)給。研究表明， 伊盟隆起南部以及烏審旗地區(qū)上古生界烴源巖所生成的大量天然氣經(jīng)由斷層、裂縫、不整合面以及大面積分布的下石盒子組盒8段砂體向伊盟隆起北部地區(qū)長(zhǎng)距離運(yùn)移。在這種成藏模式下天然氣具有遠(yuǎn)距離側(cè)向運(yùn)移為主、垂向運(yùn)移為輔、早期中侏羅世源外成藏的特點(diǎn)， 根據(jù)此種成藏模式推測(cè)天然氣應(yīng)主要聚集在下石盒子組和上石盒子組等較淺層位， 在下石盒子組中已發(fā)現(xiàn)數(shù)量較多的天然氣藏， 而上石盒子組則有待勘探的進(jìn)一步證實(shí)。（2）近源成藏模式（ 南部地區(qū)）。伊盟隆起南部地區(qū)鄰近生烴中心， 區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)微弱， 局部構(gòu)造和斷層不太發(fā)育， 下部烴源巖生成的天然氣通過(guò)斷層和裂縫等輸導(dǎo)體系向上部和周?chē)鷥?chǔ)集層運(yùn)移。在這種成藏模式下天然氣具有短距離垂向運(yùn)移為主、側(cè)向運(yùn)移為輔、晚期（ 早白堊世） 源內(nèi)成藏的特點(diǎn)， 據(jù)此推測(cè)天然氣應(yīng)主要聚集在山西組和下石盒子組等較深層位， 這與現(xiàn)今勘探結(jié)果一致。

參考文獻(xiàn)

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