鄂爾多斯盆地下古生界天然氣運(yùn)移成藏條件分析

魏 麗， 馬尚偉

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查規(guī)劃研究中心(陜西省地質(zhì)勘查基金中心)，陜西 西安 710068； 2.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068； 3.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054)

鄂爾多斯盆地位于華北地臺的西部，是中國第二大沉積盆地，延長探區(qū)位于盆地中東部伊陜斜坡中部，面積約2.0×104km2。近年來，在米脂凹陷西斜坡的延長探區(qū)下古生界馬家溝組碳酸鹽巖地層中，天然氣勘探有新發(fā)現(xiàn)。截至目前，Y969井區(qū)和Y439井區(qū)下古生界奧陶系馬家溝組采出天然氣7.05億立方米，總無阻流量達(dá)2 459.17萬立方米/日，顯示出巨大的開發(fā)潛力。近年來，前人對鄂爾多斯盆地下古生界天然氣運(yùn)移成藏條件開展了大量的研究工作，但在烴源巖、儲集層、運(yùn)移動力及輸導(dǎo)體系等成藏條件方面還存在爭議，難以很好指導(dǎo)下一步天然氣勘探。筆者在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上，從生儲蓋配置條件、流體動力、輸導(dǎo)體系等方面分析了天然氣成藏的地質(zhì)條件，為后期天然氣勘探開發(fā)提供理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地內(nèi)富含大量的石油、天然氣、煤炭等礦產(chǎn)資源，是我國重要的含油氣盆地。早古生代，除了盆地的南緣及西緣有深水沉積外，其余為碳酸鹽巖沉積。下奧陶統(tǒng)馬家溝組主要以蒸發(fā)潮坪沉積為主，發(fā)育含膏云坪與藻泥云坪微相，具有含硬石膏斑晶、硬石膏結(jié)核的巖石組合，經(jīng)古巖溶作用后，形成了層狀分布的溶蝕孔洞，是儲集空間的主體。馬家溝組自下而上劃分為馬一段到馬六段，其中馬五段是天然氣主力產(chǎn)氣層，馬五段細(xì)分為馬五1-馬五1010個亞段，延長探區(qū)奧陶系馬家溝組含氣層所在層位主要為馬五1、馬五2和馬六。氣層為低孔、低滲、低豐度碳酸鹽巖風(fēng)化殼氣藏，氣層埋深2 600～3 714 m，氣層有效厚度1.5～10.5 m，平均厚度3 m。

2 天然氣成藏條件

(1)良好的生儲蓋配置條件。延長探區(qū)天然氣藏?zé)N源巖主要來源兩方面：其一是上古生界山西組和太原組的煤系地層，主要巖性為煤層和泥巖；其二是下古生界下奧陶系海相碳酸鹽巖，主要巖性為泥巖和泥質(zhì)云巖。對72口井中石炭-二疊系地層中煤層和泥巖的厚度進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果表明，全區(qū)上古生界泥巖厚度分布在60～150 m之間，整體上東厚西薄，東部地區(qū)泥巖沉積厚度大，可達(dá)140 m以上，向西南部逐漸變薄。全區(qū)煤層厚度分布在4～22 m之間，分布趨勢與泥巖大致相同?？傮w來看，延長探區(qū)東部發(fā)育良好的上古生界烴源巖。延長探區(qū)下古生界烴源巖平均生烴強(qiáng)度為7×108m3/km2，上古生界烴源巖平均生烴強(qiáng)度約為30×108m3/km2，推算上古生界的生烴強(qiáng)度是下古生界的4～5倍，因此，上古生界烴源巖是主要的供烴層位。

延長探區(qū)天然氣藏儲集層為馬家溝組碳酸鹽巖地層，馬家溝組的碳酸鹽巖經(jīng)過長達(dá)1.4億年的風(fēng)化侵蝕，形成了較為發(fā)育的孔、洞、縫儲集空間。儲集空間類型主要有孔隙和裂縫兩大類，孔隙類型包括白云石晶間孔、晶間微孔、晶內(nèi)溶孔、晶間溶孔、溶蝕孔洞、鑄模孔隙；裂縫包括壓溶縫和構(gòu)造裂縫。

延長探區(qū)天然氣藏蓋層種類較多，區(qū)域性蓋層、直接和間接蓋層以及風(fēng)化殼內(nèi)部蓋層均有發(fā)育。其中，區(qū)域性蓋層為上石盒子組與石千峰組橫向穩(wěn)定的泥巖；直接蓋層為本溪組下部的鐵鋁質(zhì)泥巖及暗色泥巖；間接蓋層為太原組與山西組的煤系地層在生、排烴高峰期產(chǎn)生的過剩壓力；風(fēng)化殼內(nèi)部蓋層為碳酸鹽巖內(nèi)部的致密碳酸鹽巖。

總的來說，鄂爾多斯盆地延長探區(qū)儲集層與烴源巖直接接觸，封蓋層層層疊置，具備良好的生儲蓋配置條件，有利于油氣充注成藏。

(2)有利的流體動力。上古生界烴源巖生成的天然氣需要一定的流體動力才可以向下運(yùn)移至儲集層中成藏，采用盆地數(shù)值模擬的方法，恢復(fù)出延長探區(qū)自三疊紀(jì)以來的過剩壓力及氣勢梯度演化特征。

早白堊世末烴源巖進(jìn)入生氣高峰，在垂向過剩壓力差和山西組、太原組、本溪組氣勢梯度控制下，天然氣發(fā)生自上而下的垂向運(yùn)移，且此時各組天然氣側(cè)向運(yùn)移的氣勢梯度明顯增大，最大可達(dá)160 m/km。山西組、太原組、本溪組內(nèi)部生成聚集的天然氣，經(jīng)側(cè)向和垂向運(yùn)移，全部運(yùn)移到下古生界馬家溝組地層中聚集成藏。成藏的有利區(qū)主要分布在西南、西北及中部地區(qū)。

晚白堊世末以來為天然氣成藏的調(diào)整階段，在垂向過剩壓力差的動力作用下，上古地層內(nèi)新生成的少量天然氣，及經(jīng)歷了生氣高峰后的殘存天然氣繼續(xù)向下運(yùn)移，但此時山西組、太原組、本溪組內(nèi)部氣勢梯度降低，氣勢梯度為20～40 m/km，側(cè)向運(yùn)移動力減弱。處于調(diào)整階段的天然氣主要向研究區(qū)的東部發(fā)生運(yùn)移聚集。

從時間上來看，早白堊世之前為天然氣向馬家溝組小規(guī)模運(yùn)移的起始階段，早白堊世末為上古天然氣大規(guī)模向馬家溝組運(yùn)移的重要時期，之后天然氣發(fā)生小規(guī)模調(diào)整。從空間上來看，研究區(qū)西南部、西部、西北部和中部局部地區(qū)為長期接受上古天然氣充注的有利區(qū)，而東部地區(qū)為天然氣調(diào)整期的小規(guī)模聚集區(qū)。

(3)流體動力與輸導(dǎo)體的聯(lián)合作用。上述的流體動力僅僅是天然氣發(fā)生運(yùn)移的潛在能力，是一個必要非充分條件。在實(shí)際地層中，天然氣運(yùn)移還取決于輸導(dǎo)介質(zhì)的發(fā)育特征。因此，天然氣運(yùn)移成藏能否實(shí)現(xiàn)，怎樣實(shí)現(xiàn)，還必須將二者有機(jī)結(jié)合進(jìn)行討論分析。

延長探區(qū)的砂巖輸導(dǎo)體主要包括山西組的三角洲前緣水下分流河道砂體與本溪組的障壁砂壩、濱淺海砂壩。其中山西組砂體主要分布在研究區(qū)東部，厚度大于15 m，呈南北向展布；本溪組砂體也主要分布在研究區(qū)東部，厚度大于10 m。盡管垂向上砂體連續(xù)性較差，但本區(qū)縱向上垂直裂縫發(fā)育，因此，配合成藏動力條件，在平面氣勢作用下，橫向上連續(xù)的砂體內(nèi)可進(jìn)行天然氣的側(cè)向運(yùn)移聚集，遇到垂向發(fā)育的裂縫，可在過剩壓力差作用下，繼續(xù)向下伏地層運(yùn)移。最終在裂縫-砂體型輸導(dǎo)體、平面氣勢和過剩壓力差的作用下，上古生界烴源巖生成的天然氣經(jīng)過初次運(yùn)移和二次運(yùn)移，在下古生界奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖地層中聚集成藏。

(4)天然氣充注與成巖作用的時空關(guān)系。烴源巖中的有機(jī)質(zhì)在大量排烴之前會排出具有較強(qiáng)溶蝕能力的有機(jī)酸和碳酸鹽溶液。這些酸性流體進(jìn)入碳酸鹽巖儲層后，會對其進(jìn)行強(qiáng)烈的溶蝕改造，形成次生溶蝕孔隙，同時擴(kuò)大表生作用期間形成的巖溶孔隙，為隨后的大規(guī)模天然氣充注打開了運(yùn)移道路，擴(kuò)大了儲集空間。

隨著溶蝕改造作用的進(jìn)行，酸性流體勢必向堿性演化，在流體的低勢區(qū)發(fā)生碳酸鹽沉淀。沉淀的碳酸鹽填充早期孔縫，使碳酸鹽儲層成為致密儲層，對天然氣形成側(cè)向封堵，有利于天然氣成藏。

3 結(jié)論

鄂爾多斯盆地下古生界天然氣具有良好的生儲蓋配置條件、有利的動力和輸導(dǎo)體系條件，形成了天然氣藏。早白堊世末，石炭系-二疊系煤系烴源巖進(jìn)入生氣高峰，在平面氣勢梯度和過剩壓力差的動力作用下，沿著砂體和裂縫發(fā)生橫向、垂向運(yùn)移，運(yùn)移至下古生界馬家溝組孔、洞、縫儲集層中聚集成藏。