鄂尔多斯盆地东南部下古生界碳酸盐岩天然气成藏条件*

曹红霞，王念喜，强 娟，吴海燕，尚 婷

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安710075)

0 引 言

有关鄂尔多斯盆地碎屑岩储层油气运聚、成藏研究方面取得了重要进展，研究成果有效地指导了油气勘探［1-4］。与此同时，盆地下古生界天然气勘探开发也取得了长足进展，其内主要发育分布广泛、厚度较大的碳酸盐岩，白云岩化普遍，古岩溶作用强烈，具备较好的成藏地质条件［5-7］，前人对盆地下古生界的研究成果主要集中在中部及西部，研究内容以古风化壳发育特征、碳酸盐岩生烃能力、烃源岩的成藏演化以及储集层发育特征等方面为主［8-13］，而针对盆地东南部下古生界油气方面的专项研究则起步较晚成果较少，主要集中在碳酸盐岩储层特征、流体包裹体及古地貌恢复等方面［14-16］，盆地东南部下古生界天然气勘探的新发现为深化认识斜坡背景下碳酸盐岩储层内的油气成藏规律提供了良好素材。在前人研究工作的基础上，针对研究区古地貌、供烃条件、储层成岩作用等方面进行分析，开展了天然气成藏的地质条件分析，以期为后期的天然气勘探开发提供有力的技术支持。

1 研究区地质概况

鄂尔多斯盆地在中奥陶世末因晚加里东运动，华北地块整体抬升，经历了130 余百万年的沉积间断，盆地主体缺失晚奥陶世至早石炭世的沉积，马家沟期因处于浅海环境，沉积类型主要为碳酸盐岩。马家沟组地层顶部由于经受了长期的风化剥蚀及淋滤作用，风化壳及其溶蚀孔、缝发育，是鄂尔多斯盆地下古生界天然气的主要储、产层［8］。晚奥陶世背锅山期海水向西南退覆，沉积厚度减小，形成一套以石灰岩为主的沉积建造。研究区位于鄂尔多斯盆地东南部(图1)，马家沟组主要钻遇的层位有马五段以及马六段，其中，马五段以粉晶白云岩为主，马六段以泥晶灰岩为主。

2 岩溶古地貌发育特征及其影响

研究区位于古岩溶高地与古岩溶盆地之间的斜坡地带(图2)，古岩溶斜坡呈北西-南东向展布，古沟槽呈树枝状沿东西向展布，岩溶盆地主要位于探区的东部。气藏的形成受不整合面沟槽地貌的控制，根据试气资料显示，在靠近侵蚀沟槽的斜坡位置及高地靠近斜坡的边缘地带含气性能明显变好，该区域为水动力转换带，是天然气富集的有利区。

3 供烃条件

3.1 上古生界烃源岩

选取了研究区27 口井的33 个岩样，其中上古生界19 个，下古生界14 个。从实验数据中的有机碳含量可以大致判断出该岩样是属于上古还是下古。上古生界的岩样具有高有机碳含量的特点，平均在19%;而下古的泥质碳酸盐岩有机碳含量很低，TOC 最高为1.12%，最低为0.03%，其余均介于二者之间。研究表明，下古生界烃源岩来源为两方面:一是上古生界山西组和太原组的煤系地层，所选取的岩样主要为泥岩和煤，其二是下古生界的海相碳酸盐岩，其中马五段是有利的烃源岩区，岩性主要为泥岩和泥质白云岩。

研究区上古生界烃源岩镜质体反射率RO达到1.78% ～2.16%，整体处于成熟—过成熟阶段，下古生界马家沟组烃源岩热演化程度RO达到2.0%以上，属于过成熟生气阶段。热解实验对于高成熟烃源岩来说，所处理出来的有机质类型较为模糊。所选取的岩样基本处于高成熟—过成熟演化阶段，仅有少数样品处于成熟阶段，由于成熟度均很高，已经不能反映其原始有机质类型。

对上古生界烃源岩利用S2-TOC 线性相关关系的斜率来划分有机质类型，S2-TOC 图斜率即为氢指数(HI=S2/TOC×100)。Hartman Stroup 认为TOC 含量低，氢指数含量也低，与有机质类型没有必然的联系。由S2-TOC 图可以得出(图3)，鄂尔多斯盆地东南部上古生界烃源岩煤主要属于Ⅲ型干酪根。

上古生界煤的有机碳含量高，最低为11.59%，最高为21.21%，平均为19%左右。研究探区所选取的岩样所呈现出的TOC 分布是以研究区的中西部为低值中心，向四周逐渐变高的趋势。S1+S2值是热解实验中评价生烃潜力的标准，上古生界煤S1+S2值平均在2 mg/g 以上，最高为6.21 mg/g，研究区S1+S2值从东部和西部2 个方向向研究区中心部位变小。上古生界泥岩的TOC 含量相对于煤来说很小，所测岩样的TOC 含量平均为1%左右，生烃潜力S1+S2平均为0.1 mg/g 左右。根据煤系泥岩有机质丰度分级标准(见表1)，认为上古生界烃源岩属于中等- 好烃源岩，生烃潜力好。

生油岩级别 好 中 差 非TOC/% ＞3 3.0 ～1.5 1.4 ～0.75 ＜0.75 S1 +S2/(mg·g -1)＞6.0 6.0 ～2.0 2.0 ～0.5 ＜0.5

3.2 下古生界烃源岩

前人研究表明，下古生界的烃源岩岩性主要为海相碳酸盐岩和泥岩，属于过成熟生气阶段，烃源岩的有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ型［10-11］。在成熟度较高时，烃源岩热解峰最高峰温Tmax的测量误差大，所测的Tmax数据一般不具有实际意义，此时用Tmax-HI 图版不能真实的划分有机质类型。

本次选取古生界碳酸盐岩烃源岩岩样4 个，有机碳 含量TOC 分 别为0. 03%，0. 36%，0. 2%，0.21%，S1+ S2值 对 应 为0. 06，0. 09，0. 06，0.07mg/g.根据过成熟阶段海相碳酸盐岩TOC 评价标准，研究区下古碳酸盐岩的生油岩级别属于中等源岩(见表2)。

TOC 含量/%烃源岩级别0.06 ～0.12差烃源岩0.12 ～0.15 较好烃源岩0.25 ～0.35 好烃源岩＞0.35极好烃源岩

下古生界泥岩有机碳含量TOC 平均在0.20%左右，在研究区呈现出东高西低的趋势，西北部TOC 含量最低，达0.15%以下大致推算出上古生界的生烃强度是下古生界的4 ～5 倍左右，因此，上古生界烃源岩是主要的供烃层位。

4 储层成岩作用

碳酸盐成岩作用是沉积学最为活跃的领域之一，与之有关的研究成果会直接影响人们对碳酸盐油气储层形成机制的理解以及成藏特征的认识［17］。鄂尔多斯盆地东南部下古生界碳酸盐岩常见的成岩作用有机械压实作用和压溶作用、溶蚀作用、胶结充填作用、交代作用和破裂作用［18-20］。

4.1 机械压实作用和压溶作用

机械压实作用贯穿成岩阶段的整个过程，在普通薄片和扫描电镜下具体表现为白云石颗粒的紧密排列，颗粒间呈面状、线状接触，在岩心上表现为褶皱变形(图4(a))。压溶现象常见标志是缝合线构造。大致平行于岩石层面或与层面低角度相交，锯齿多呈紧密的三角形及不对称曲线形态，一般贯穿整个岩心(图4(b))。缝合线凹凸幅度较大，岩心中缝合线的凹凸幅度在1 cm 左右，普通显微镜下测量约为0.2 ～0.4 mm，缝内均被充填，充填物为泥质、有机质，一般有含油痕迹及荧光显示。

4.2 溶蚀作用

溶蚀作用形成了大量的储集空间，可以在碳酸盐岩成岩过程中多次发生，各个世代的溶蚀作用对成藏的影响不尽相同。本区溶蚀作用按成岩阶段划分为三期:(准)同生成岩阶段的选择性溶蚀作用、表生成岩阶段的溶蚀作用以及晚成岩阶段的溶蚀作用(图4(c))。表生岩溶作用和溶蚀作用形成的孔、洞、缝为油气充注提供了储集条件。

4.3 胶结充填作用

鄂尔多斯盆地东南部下古生界储层中的溶孔、溶洞、裂缝多被不同程度地充填，充填物以方解石(图4(d))、白云石、铁白云石、泥质、黄铁矿、有机质等为主，还有少量石英、粘土矿物。白云石和方解石全区广泛分布，基本上不受古地貌控制，这与下古生界的成岩环境总体上为碱性有关。

4.4 交代作用

鄂尔多斯盆地东南部下古生界储层交代作用主要有去白云石化、去石膏化。去白云石化指最早形成的白云石受到后期成岩流体的改造。比较常见的是方解石交代早期的白云石，可见保留的白云石晶形(图4(e))。去膏化是指在地表淡水或是地下还原硫细菌的作用下，硬石膏和石膏的晶体被碳酸盐交代的现象。在普通薄片中发现了较多膏模孔隙，膏模孔隙被方解石完全交代，呈短柱状、长条状、针状，表现为石膏假晶;石膏结核溶蚀后形成的溶蚀孔隙，呈椭圆、圆形规则形状，保留石膏结核假晶。在马五期，鄂尔多斯盆地东南部处于含膏云坪和海限局沉积环境，膏盐层曾经广泛发育，为现今残留的石膏假晶和膏模孔提供依据。

4.5 破裂作用

构造作用导致碳酸盐岩中形成大量的裂缝。前人研究表明，网状裂缝的形成可能与加里东构造运动有关，属于早期构造破裂的产物［21］;燕山-喜山构造期主要形成低角度的平行裂缝(图4(f))，裂缝较窄，后被方解石充填。下古生界裂缝、微裂缝的形成为天然气的运移和储集提供了重要的条件。

5 结 论

1)鄂尔多斯盆地东南部整体位于古岩溶高地与古岩溶盆地之间的斜坡地带，古岩溶斜坡呈北西-南东向展布，气藏的形成受古地貌的控制，在斜坡与侵蚀沟槽及斜坡与高地的边缘地带含气性能好，其侧向和上倾封堵取决于不整合面上存在的泥质充填情况;

2)上古生界的生烃强度是下古生界的4 ～5倍左右，因此研究区下古生界的烃源岩主要来自上古生界;

3)成岩作用类型有机械压实和化学压溶作用、溶蚀作用、胶结充填作用、交代作用和破裂作用，表生岩溶作用和溶蚀作用形成的孔、洞、缝为油气充注提供了储集条件;

4)在裂缝的沟通作用下，天然气由古沟槽侵蚀区和铝土岩缺失部位进入下古生界风化壳岩溶储层，向古地貌高部位运移成藏，各种类型的输导体匹配关系良好，为上古生界烃源岩生成的天然气向下运移创造了有利条件。

References

［1］ 王明健，何登发，包洪平，等.鄂尔多斯盆地伊盟隆起上古生界天然气成藏条件［J］. 石油勘探与开发，2011，38(1):30 -39.WANG Ming-jian，HE Deng-fa，BAO Hong-ping，et al.Upper Palaeozoic gas accumulations of the Yimeng uplift，Ordos Basin［J］. Petroleum Exploration and Development，2011，38(1):30 -39.

［2］ 丁晓琪，张哨楠，周 文，等.鄂尔多斯盆地北部上古生界致密砂岩储层特征及其成因探讨［J］.石油与天然气地质，2007，28(4):491 -496.DING Xiao-qi，ZHANG Shao-nan，ZHOU Wen，et al.Characteristics and genesis of the Upper Paleozoic tight sandstone reservoirs in the northern Ordos basin［J］.Oil＆ Gas Geology，2007，28(4):491 -496.

［3］ WANG Zhen-liang，CHEN He-Li. The distribution and evolution of fluid pressure and its influence on natural gas accumulation in the Upper Paleozoic of Shenmu-Yulin area，Ordos Basin［J］. Sci China(Ser D - Earth Sci)，Nov.，2007，50(Suppl.):59 -74.

［4］ 解东宁，陈玉良，张文卿，等.鄂尔多斯盆地东部临县-兴县地区山西组煤成气勘探潜力分析［J］.西安科技大学学报，2013，33(2):149 -155.XIE Dong-ning，CHEN Yu-liang，ZHANG Wen-qing，et al. Coal-derived gas exploration potential analysis of Shanxi formation in Linxian-Xingxian county of eastern Ordos Basin［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，33(2):149 -155.

［5］ 李剑锋，徐正球，马 军，等.鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系碳酸盐岩生烃能力研究［J］.沉积学报，2003，21(4):702 -706.LI Jian-feng，XU Zheng-qiu，MA Jun，et al.Study on hydrocarbon-producing potential of carbonate rocks in Ordovician of Lower Paleozoic in Odros Basin［J］. Acta Sedimentologica Sinca，2003，21(4):702 -706.

［6］ 王传刚，王 毅，许化政，等.论鄂尔多斯盆地下古生界烃源岩的成藏演化特征［J］. 石油学报，2009，30(1):38 -45.WANG Chuan-gang，WANG Yi，XU Hua-zheng，et al.Discussion on evolution of source rocks in Lower Paleozoic of Ordos Basin［J］. Acta Petrolei Sinica，2009，30(1):38 -45.

［7］ 杨 华，包洪平.鄂尔多斯盆地奥陶系中组合成藏特征及勘探启示［J］.地质勘探，2011，31(12):11 -20.YANG Hua，BAO Hong-ping. Characteristics of hydrocarbon accumulation in the middle Ordovician assemblages and their significance for gas exploration in the Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry，2011，31(12):11-20.

［8］ 马振芳，周树勋，于忠平，等.鄂尔多斯盆地中东部奥陶系顶部古风化壳特征及其与天然气富集的关系［J］.石油勘探与开发，1999，26(5):21 -24.MA Zhen-fang，ZHOU Shu-xun，YU Zhong-ping，et al.The weathered paleocrust on the Ordovician in Ordos Basin and its relationship to gas accumulation［J］. Petroleum Exploration and Development，1999，26(5):21-24.

［9］ 王起琮，赵淑萍，魏钦廉，等.鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组海相碳酸盐岩储集层特征［J］. 古地理学报，2012，14(2):229 -242.WANG Qi-cong，ZHAO Shu-ping，WEI Qin-lian，et al.Marine carbonate reservoir characteristics of the middle Ordovician Majiagou formation in Ordos Basin［J］.Journal of Palaeogeography，2012，14(2):229 -242.

［10］李贤庆，侯读杰，胡国艺，等.鄂尔多斯盆地中部地区下古生界碳酸盐岩生烃潜力探讨［J］.矿物岩石地球化学通报，2002，21(3):152 -158.LI Xian-qing，HOU Du-jie，HU Guo-yi，et al. The discussion on hydrocarbon-generated potential of Lower Paleozoic carbonates in the central part of Ordos Basin［J］. Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry，2002，21(3):152 -158.

［11］朱建辉，吕剑虹，缪九军，等.鄂尔多斯西南缘下古生界烃源岩生烃潜力评价［J］.石油实验地质，2011，33(6):662 -669.ZHU Jian-hui，LV Jian-hong，MIAO Jiu-jun，et al. Hydrocarbon generation potential of Lower Paleozoic source rocks in southwestern margin of Ordos Basin［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2011，33(6):662 -669.

［12］何 江，方少仙，候方浩，等.鄂尔多斯盆地中部气田中奥陶统马家沟组岩溶型储层特征［J］.石油与天然气地质，2009，30(3):350 -356.HE Jiang，FANG Shao-xian，HOU Fang-hao，et al.Characteristics of Karst reservoirs in the Middle Ordovician Majiagou formation of gas fields in the central Ordos Basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2009，30(3):350 -356.

［13］郭彦如，付金华，魏新善，等.鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成藏特征与模式［J］.石油勘探与开发，2014，41(4):1 -11.GUO Yan-ru，FU Jin-hua，WEI Xin-shan，et al.Accumulation and models of natural gas in Ordovician carbonates，Ordos Basin，China［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41(4):1 -11.

［14］吴海燕，曹红霞，强 娟，等.延长探区中奥陶统马家沟组岩溶储层特征研究［J］. 西安科技大学学报，2013，33(2):167 -172.WU Hai-yan，CAO Hong-xia，QIANG Juan，et al. Karst reservoir characteristics of Middle Ordovician Majiagou formation in Yanchang exploration area［J］. Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，33(2):167 -172.

［15］强 娟，曹红霞，吴海燕，等.延长探区下古生界马家沟组储层流体包裹体特征［J］.地质与资源，2013，22(2):125 -128.QIANG Juan，CAO Hong-xia，WU Hai-yan，et al. Characteristics of fluid inclusion in the Lower Paleozoic Majiagou reservoir in Yanchang exploring area［J］.Geology and Resources，2013，22(2):125 -128.

［16］韩敏强，蒲仁海，刘海娟，等.鄂尔多斯盆地延长探区奥陶纪末古地貌恢复与储层预测［J］.石油与天然气地质，2011，32(54):760 -767.HAN Min-qiang，PU Ren-hai，LIU Hai-juan，et al. Reconstruction of the late Ordovician palaeogeomorphology and reservoir prediction in Yanchang exploration area，the Ordos Basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2011，32(54):760 -767.

［17］黄思静，张雪花，刘丽红，等.碳酸盐成岩作用研究现状与前瞻［J］.地学前缘，2009，16(5):219 -231.HUANG Si-jing，ZHANG Xue-hua，LIU Li-hong，et al.Progress of research on carbonate diagenesis［J］. Earth Science Frontiers，2009，16(5):219 -231.

［18］李道品.低渗透油田高效开发决策论［M］. 北京:石油工业出版社，2002.LI Dao-pin.Effcient development theory of low permeability oilfield［M］. Bejing:Petroleum Industry Press，2002.

［19］白 玉，刘建新，许运亭.特低渗透性油田开发与实践［M］.北京:石油工业出版社，2002.BA Yu，LIU Jian-xin，XU Yun-ting. The development and practice of ultra-low permeability oil field［M］.Bejing:Petroleum Industry Press，2002.

［20］袁士义，宋新民.裂缝性油藏开发技术［M］.北京:石油工业出版社，2004.YUAN Shi-yi，SONG Xin-min.The development of fractured reservoirs［M］. Bejing:Petroleum Industry Press，2004.

［21］郝明强，刘先贵.微裂缝性特低渗透油藏储层特征研究［J］.石油学报，2007，28(5):93 -98.HAO Ming-qiang，LIU Xian-gui. Reservoir characteristics of micro-fractured ultra-low permeability reservoirs［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28(5):93 -98.