鄂爾多斯盆地中央古隆起對太原組砂體發(fā)育的控制作用*

郭 軍 陳洪德 蘇中堂

（1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院 2.湖南省煤炭地質(zhì)勘查院 3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學(xué)）

0 引言

鄂爾多斯盆地是我國一個大型含油氣的克拉通盆地，中央古隆起作為盆地內(nèi)古生代最重要的古構(gòu)造單元，不僅控制了下古生界各碳酸鹽巖層系的發(fā)育分布格局，而且對上古生界，尤其是上古生界下部地層生儲蓋組合的配置及成藏具有重要的影響。針對中央古隆起對盆地內(nèi)儲層發(fā)育的影響，前人已經(jīng)進行了大量的研究[1-2]，重點多集中在下古生界的奧陶系[3-4]，但針對古隆起對上古生界太原組砂巖儲集層發(fā)育控制作用的研究并不多。因此砂巖儲層的發(fā)育情況仍然是制約該層段油氣勘探開發(fā)的重要因素。弄清中央古隆起對太原組砂巖儲集層發(fā)育的控制作用、指出砂體發(fā)育有利區(qū)域，對下一步油氣勘探部署具有指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個整體沉降、坳陷遷移、構(gòu)造簡單的大型多旋回克拉通盆地，地跨陜、甘、寧、內(nèi)蒙、晉五省，面積37×104km2。盆地包括6個一級構(gòu)造單元：伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)向斜和西緣逆沖斷裂構(gòu)造帶，主體呈現(xiàn)為一個西傾的大單斜。

從盆地構(gòu)造演化來說，鄂爾多斯盆地為一典型的疊合盆地,依據(jù)其石油地質(zhì)條件可將盆地古生代至新生代的構(gòu)造演化史劃分為中晚元古代坳拉谷、早古生代淺海臺地、晚古生代濱海平原、中生代內(nèi)陸盆地和新生代周邊斷陷5個階段[5-6]，太原組處于晚古生代的濱海平原時代，下伏于中二疊系的山西組，上覆于晚石炭系的本溪組，均為整合接觸，其內(nèi)部可劃分為太一、太二兩個小層。

2 太原期中央古隆起古地貌

中央古隆起形成于早古生代寒武紀(jì)早期，祁連海槽的向東擠壓應(yīng)力和秦嶺海槽的向北擠壓應(yīng)力是中央古隆起形成和發(fā)育的力源基礎(chǔ)[7-8]。前石炭紀(jì)是中央古隆起的形成和發(fā)育階段；石炭紀(jì)末，本溪組地層超覆在加里東期奧陶系侵蝕風(fēng)化地貌之上，在古地貌的控制之下進行了填平補齊式沉積；太原期，隨著華北地臺的持續(xù)下沉，海侵范圍進一步擴大。來自東、西兩側(cè)的海水分別向中央古隆起和北部蔓延，使中央古隆起全部淹沒于水下，成為水下古隆起，盆地范圍擴大，早期被中央古隆起分隔成的東西兩側(cè)形成為一個統(tǒng)一的海域，盆地開始接受整體沉積。

由于太原組地層與下伏本溪組、上覆山西組地層都為連續(xù)沉積，依據(jù)本溪組頂界面與太原組頂界面之間的地層厚度，應(yīng)用印模法對太原期以中央古隆起為主要構(gòu)造單元的盆地的古地貌進行了恢復(fù)，其間接地反映了太原期沉積時盆地內(nèi)的古地貌特征（圖1）。盆地的西部為裂陷后的坳陷盆地，東部為大面積的淺海，中部為橫亙南北、分隔東西海域的水下中央古隆起，南部為緩坡地帶，北部為陡坡地帶。整體上，盆地呈北陡南緩，西低東高，中部隆起的形態(tài)。此期，中央古隆起雖然已經(jīng)變成水下隆起，但其依然控制著盆地內(nèi)的沉積格局。

3 中央古隆起對砂體發(fā)育特征的控制作用

3.1 古隆起對砂體成因類型及物性特征控制

（1）對砂體成因類的控制

圖1 鄂爾多斯盆地太原期古地貌圖

根據(jù)對500余口井鉆井資料、200余口井巖心資料的解釋和分析，得知太原組的砂巖儲集體主要為分流河道、水下分流河道、障壁砂壩及砂坪四種儲集砂體。太原期，以中央古隆起為基點，盆地內(nèi)的沉積格局可以劃分為五大部分（圖2）。中央古隆起在太原期雖然已成為水下隆起，但相對盆地內(nèi)部的其它地區(qū)，其位置依然較高，因此其上發(fā)育的潮坪沉積形成了有利的砂坪儲集體；古隆起的西部為裂陷后的坳陷盆地，也是太原期盆地內(nèi)地勢最低的部位。因其坡陡、水深，該區(qū)主要發(fā)育為泥巖沉積，只在靠近古隆起翼部地區(qū)發(fā)育少量的障壁島砂和潮道砂；古隆起東部的廣大地區(qū)都為淺海陸棚沉積，發(fā)育大面積的碳酸鹽巖沉積，但在靠近古隆起翼部的地區(qū)發(fā)育小面積的障壁島砂和潮道砂，為該地區(qū)的有利儲集砂體；古隆起的北部，即靠近阿拉善和陰山古陸，特別是靠近陰山古陸的盆地東北部的廣大地區(qū)，由于構(gòu)造運動所造成的盆地北部地勢逐漸變陡的原因，致使盆地北緣的陸源碎屑源源不斷地涌入盆地內(nèi)，且后期的沉積物對前期沉積物形成沖刷、侵蝕，使得該區(qū)三角洲平原相的分流河道和三角洲前緣的水下分流河道砂體發(fā)育；盆地南部古隆起與南部的秦祁古陸本為一體，并且地勢較緩，陸源碎屑不發(fā)育，因而在該區(qū)只發(fā)育了碳酸鹽巖儲集層，砂巖儲集層基本沒有發(fā)育。

（2）對砂體物性特征的控制

圖2 鄂爾多斯盆地太原組沉積相平面圖

表1 鄂爾多斯盆地太原組主要儲集砂體成因類型及物性特征

通過對全盆內(nèi)太原組近1000塊樣品的統(tǒng)計分析，其孔隙度平均值為6.13%，滲透率平均值為0.65 mD，為特低孔特低滲—致密砂巖儲層，但就局部而言,中央古隆起決定了砂巖儲集體的成因類型，因而也造就了不同的物性特征（表1）。在古隆起的本部所發(fā)育的砂坪有利儲集體，由于海平面的頻繁變化，造成砂坪所沉積的砂巖成熟度并不高，泥質(zhì)含量過多，孔滲性很差。古隆起的兩翼所發(fā)育的障壁砂壩由于長期接受潮汐、波浪的改造作用，因此其普遍顆粒分選好、雜基含量低，進而砂體的孔隙度、滲透率高。對盆地內(nèi)東部地區(qū)50口井的統(tǒng)計結(jié)果表明，本期盆地東部的障壁砂壩主要為中—細(xì)粒砂巖，平均孔隙度為7.36%，滲透率為0.86 mD，均普遍高于太原期的平均孔滲值，為有利儲集體。古隆起的北部所發(fā)育的分流河道砂和水下分流河道砂的物性也相對較好。根據(jù)對盆地北部150余口井的統(tǒng)計結(jié)果，太原期盆地北部分流河道砂為粗—中粒砂巖，其孔滲平均值分別為7.35%和0.82 mD。水下分流河道是分流河道的水下延伸，因而其所沉積砂體也就比分流河道砂更細(xì)，分選更好，物性也要好于分流河道砂。

3.2 古隆起對砂體空間展布的控制

（1）對砂體厚度的控制

中央古隆起控制了盆地內(nèi)太原期的沉積格局，決定了地層的發(fā)育厚度，同樣也就控制了砂體儲層的發(fā)育厚度。圖3是根據(jù)500余口井的鉆井資料，結(jié)合太原期古地貌、沉積相等資料所繪制的太原組砂體展布圖。由圖所展現(xiàn)的砂體厚度情況可以清晰地看出其受控于中央古隆起所決定的沉積格局。在古隆起的中部及其東西兩翼所發(fā)育的沙坪、障壁島砂和潮道砂，厚度一般都不大，但有古隆起中部向兩翼逐漸增厚的趨勢。該區(qū)域砂體厚度多在5～10 m以內(nèi)，最大可達15～20 m，但僅在橫山、米脂等地區(qū)可見；古隆起北部盆地內(nèi)的廣大地區(qū)，由于古隆起地勢的相對較低，盆地北部地勢的相對較高，致使該區(qū)域成為砂體最為發(fā)育的有利區(qū)域。該區(qū)域砂體厚度一般多為10～15 m，最大厚度在伊金霍洛旗、Sl1井附近，可達25 m以上；古隆起的西北部是砂體發(fā)育的另一重要區(qū)域，該區(qū)域砂體發(fā)育較厚，最大厚度可達20 m以上?？傮w上看，太原組的砂體厚度由古隆起中部向周圍的區(qū)域逐漸增厚，再向外逐漸尖滅；同時由盆地的南部向北部也有逐漸增厚趨勢。

（2）對平面展布的控制

古隆起對砂體厚度具有控制作用，其對砂體平面展布的決定作用則更加明顯。根據(jù)砂體展布圖（圖3）所表現(xiàn)出來的特征，可以把太原期砂體的平面展布由南往北劃分為3個區(qū)域：潮坪和瀉湖區(qū)、三角洲前緣區(qū)、三角洲平原區(qū)。

圖3 鄂爾多斯盆地太原組砂體展布圖

●潮坪和瀉湖區(qū)

在毛蓋圖—S138井—T2井—ZK21-5井一線以南的地區(qū)，沿HT2井—安邊—S147井一線古隆起中部發(fā)育的潮坪相發(fā)育潮坪砂體，古隆起的兩翼發(fā)育為障壁島砂體。該區(qū)砂體主要分布于安邊—靖邊—橫山—米脂一線，各個砂體都呈獨立的透鏡狀，不具有延伸性和連片性。

●三角洲前緣區(qū)

在毛蓋圖—S138井—T2井—ZK21-5井一線和R1井—B1井北—烏拉廟—府谷一線之間的地區(qū)，由于古隆起地勢的相對降低和盆地北部陸源碎屑的大量供給，使得該區(qū)成為三角洲前緣水下分流河道砂體發(fā)育的區(qū)域。該區(qū)砂體順著古隆起的走向呈南北向展布，其縱向延伸性較好，但橫向連片性很差，基本都呈獨立的條帶狀分布。

●三角洲平原區(qū)

在R1井—B1井北—烏拉廟—府谷一線以北的地區(qū)，該區(qū)離盆地北部的物源區(qū)較近，因而物源供給充足，使得該區(qū)發(fā)育的分流河道砂體無論是縱向延伸性，還是橫向連片性都較好，但其受古隆起的控制作用依然明顯。在古隆起中部的地區(qū)，即鄂托克旗—前烏拉加汗地區(qū)砂體分布局限，面積相對較小，其東西兩側(cè)砂體則到大面積發(fā)育。

整體上，太原組砂體的空間展布由于受到古隆起的控制，由南向北，其形態(tài)表現(xiàn)為從凸透鏡狀→條帶狀→片狀的變化特征。

4 砂體有利區(qū)域分布

中央古隆起對太原組砂體發(fā)育的控制作用，決定了鄂爾多斯盆地太原組有利砂巖儲集體聚集區(qū)主要分布在中央古隆起的北部，即盆地北部三角洲前緣水下分流河道砂和三角洲平原分流河道砂發(fā)育的區(qū)域（圖3）,前人大量的研究結(jié)果也證明了這一點[9-10]。

依據(jù)L1井、Dc1井、S15井、M12等500余口井的砂體統(tǒng)計結(jié)果所繪制出的砂體等高線圖（圖3）可以看出盆地北部有4個主要的砂體聚集區(qū)：烏達—平羅區(qū)、前烏拉加汗區(qū)、伊金霍洛旗區(qū)（不包括圖中兩塊砂層較薄的區(qū)域）和準(zhǔn)格爾旗區(qū)，其縱向延伸性和橫向連片性都很好。其中烏達—平羅區(qū)在平面上呈北北西向展布，前烏拉加汗區(qū)、伊金霍洛旗區(qū)呈南北向展布，準(zhǔn)格爾旗區(qū)呈北北東向展布，砂體最厚處位于伊金霍洛旗砂體聚集區(qū)的北部區(qū)域，厚度均可達25 m之上。作為油氣勘探與開發(fā)的接替層位，太原組油氣儲量預(yù)測對鄂爾多斯盆地，乃至我國整個的油氣事業(yè)都具有重要的意義。神木千億方大氣田的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)已經(jīng)證明了太原組可以作為鄂爾多斯盆地油氣開發(fā)接替層位的可能性，同時也證明了伊金霍洛旗區(qū)和準(zhǔn)格爾旗區(qū)兩大砂體聚集區(qū)蘊藏豐富油氣的可能性，因而下一步應(yīng)該加大伊金霍洛旗區(qū)和準(zhǔn)格爾旗區(qū)兩大砂體聚集區(qū)的太原組油氣勘探力度。同樣，烏達—平羅區(qū)、前烏拉加汗區(qū)兩大砂體聚集區(qū)的太原組也應(yīng)該是下一步的勘探重點。

5 結(jié)論

（1）太原期，中央古隆起已經(jīng)成為水下隆起，其西部為裂陷后的坳陷盆地，東部為大面積的淺海，南部為緩坡地帶，北部為陡坡地帶。整體上，鄂爾多斯盆地呈北陡南緩、西低東高、中部隆起的形態(tài)，中央古隆起控制著盆地內(nèi)的沉積格局。

（2）太原期，中央古隆起仍然是鄂爾多斯盆地內(nèi)最重要的古構(gòu)造單元，在其控制之下，盆地內(nèi)主要發(fā)育了砂坪、障壁砂壩、分流河道和水下分流河道4種儲集砂體沉積類型，并決定了這些儲集砂體的物性、平面展布和厚度大小等特征。

（3）太原期，在中央古隆起的控制下，鄂爾多斯盆地內(nèi)形成4個主要的砂體有利區(qū)域，即烏達—平羅區(qū)、前烏拉加汗區(qū)、伊金霍洛旗區(qū)和準(zhǔn)格爾旗區(qū)。這4個區(qū)域都應(yīng)是下一步油氣勘探重點區(qū)域。

1 湯顯明，惠斌耀.鄂爾多斯盆地中央古隆起與天然氣聚集[J].石油與天然氣地質(zhì),1993，14（1）:64-71.

2 鄧?yán)?鄂爾多斯盆地中央古隆起形成演化與天然氣聚集關(guān)系[D].西安：西北大學(xué)，2008:1-180.

3 鄧?yán)ィ瑥埳陂?，周立發(fā)，等.鄂爾多斯盆地古生代中央古隆起形成演化與油氣勘探 [J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2011，35（2）:190-197.

4 李振宏.鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)古隆起及其天然氣分布[J].西北油氣勘探，2005，17（4）:17-22.

5 陳洪德，侯中健，田景春等.鄂爾多斯地區(qū)晚古生代沉積層序地層學(xué)與盆地構(gòu)造演化研究 [J].礦物巖石，2001,21(3):16-23

6 郭忠銘，張軍，于忠平.鄂爾多斯地塊油區(qū)構(gòu)造演化特征[J].石油勘探與開發(fā)，1994， 21（2）：22-29.

7 黃建松，鄭聰斌，張軍.鄂爾多斯盆地中央古隆起成因分析[J].天燃?xì)夤I(yè)，2005，25（4）:23-26.

8 任文軍，張慶龍，張進，等.鄂爾多斯盆地中央古隆起板塊構(gòu)造成因初步研究 [J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，1999，23（2）:191-196.

9 蘭朝利，張君峰，陶偉祥，等.鄂爾多斯盆地神木氣田太原組沉積特征與演化[J].地質(zhì)學(xué)報，2011，85（4）:533-541.

10 席勝利，李文厚，劉新社，等.鄂爾多斯盆地神木地區(qū)下二疊統(tǒng)太原組淺水三角洲沉積特征 [J].古地理學(xué)報，2009，11（2）:187-194.