鄂尔多斯盆地中央古隆起对太原组砂体发育的控制作用*

2014-10-24陈洪德苏中堂

天然气勘探与开发 2014年2期

郭军陈洪德苏中堂

（1.成都理工大学沉积地质研究院 2.湖南省煤炭地质勘查院 3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学）

0 引言

鄂尔多斯盆地是我国一个大型含油气的克拉通盆地，中央古隆起作为盆地内古生代最重要的古构造单元，不仅控制了下古生界各碳酸盐岩层系的发育分布格局，而且对上古生界，尤其是上古生界下部地层生储盖组合的配置及成藏具有重要的影响。针对中央古隆起对盆地内储层发育的影响，前人已经进行了大量的研究[1-2]，重点多集中在下古生界的奥陶系[3-4]，但针对古隆起对上古生界太原组砂岩储集层发育控制作用的研究并不多。因此砂岩储层的发育情况仍然是制约该层段油气勘探开发的重要因素。弄清中央古隆起对太原组砂岩储集层发育的控制作用、指出砂体发育有利区域，对下一步油气勘探部署具有指导意义。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地是一个整体沉降、坳陷迁移、构造简单的大型多旋回克拉通盆地，地跨陕、甘、宁、内蒙、晋五省，面积37×104km2。盆地包括6个一级构造单元：伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环向斜和西缘逆冲断裂构造带，主体呈现为一个西倾的大单斜。

从盆地构造演化来说，鄂尔多斯盆地为一典型的叠合盆地,依据其石油地质条件可将盆地古生代至新生代的构造演化史划分为中晚元古代坳拉谷、早古生代浅海台地、晚古生代滨海平原、中生代内陆盆地和新生代周边断陷5个阶段[5-6]，太原组处于晚古生代的滨海平原时代，下伏于中二叠系的山西组，上覆于晚石炭系的本溪组，均为整合接触，其内部可划分为太一、太二两个小层。

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纪早期，祁连海槽的向东挤压应力和秦岭海槽的向北挤压应力是中央古隆起形成和发育的力源基础[7-8]。前石炭纪是中央古隆起的形成和发育阶段；石炭纪末，本溪组地层超覆在加里东期奥陶系侵蚀风化地貌之上，在古地貌的控制之下进行了填平补齐式沉积；太原期，随着华北地台的持续下沉，海侵范围进一步扩大。来自东、西两侧的海水分别向中央古隆起和北部蔓延，使中央古隆起全部淹没于水下，成为水下古隆起，盆地范围扩大，早期被中央古隆起分隔成的东西两侧形成为一个统一的海域，盆地开始接受整体沉积。

由于太原组地层与下伏本溪组、上覆山西组地层都为连续沉积，依据本溪组顶界面与太原组顶界面之间的地层厚度，应用印模法对太原期以中央古隆起为主要构造单元的盆地的古地貌进行了恢复，其间接地反映了太原期沉积时盆地内的古地貌特征（图1）。盆地的西部为裂陷后的坳陷盆地，东部为大面积的浅海，中部为横亘南北、分隔东西海域的水下中央古隆起，南部为缓坡地带，北部为陡坡地带。整体上，盆地呈北陡南缓，西低东高，中部隆起的形态。此期，中央古隆起虽然已经变成水下隆起，但其依然控制着盆地内的沉积格局。

3 中央古隆起对砂体发育特征的控制作用

3.1 古隆起对砂体成因类型及物性特征控制

（1）对砂体成因类的控制

图1 鄂尔多斯盆地太原期古地貌图

根据对500余口井钻井资料、200余口井岩心资料的解释和分析，得知太原组的砂岩储集体主要为分流河道、水下分流河道、障壁砂坝及砂坪四种储集砂体。太原期，以中央古隆起为基点，盆地内的沉积格局可以划分为五大部分（图2）。中央古隆起在太原期虽然已成为水下隆起，但相对盆地内部的其它地区，其位置依然较高，因此其上发育的潮坪沉积形成了有利的砂坪储集体；古隆起的西部为裂陷后的坳陷盆地，也是太原期盆地内地势最低的部位。因其坡陡、水深，该区主要发育为泥岩沉积，只在靠近古隆起翼部地区发育少量的障壁岛砂和潮道砂；古隆起东部的广大地区都为浅海陆棚沉积，发育大面积的碳酸盐岩沉积，但在靠近古隆起翼部的地区发育小面积的障壁岛砂和潮道砂，为该地区的有利储集砂体；古隆起的北部，即靠近阿拉善和阴山古陆，特别是靠近阴山古陆的盆地东北部的广大地区，由于构造运动所造成的盆地北部地势逐渐变陡的原因，致使盆地北缘的陆源碎屑源源不断地涌入盆地内，且后期的沉积物对前期沉积物形成冲刷、侵蚀，使得该区三角洲平原相的分流河道和三角洲前缘的水下分流河道砂体发育；盆地南部古隆起与南部的秦祁古陆本为一体，并且地势较缓，陆源碎屑不发育，因而在该区只发育了碳酸盐岩储集层，砂岩储集层基本没有发育。

（2）对砂体物性特征的控制

图2 鄂尔多斯盆地太原组沉积相平面图

表1 鄂尔多斯盆地太原组主要储集砂体成因类型及物性特征

通过对全盆内太原组近1000块样品的统计分析，其孔隙度平均值为6.13%，渗透率平均值为0.65 mD，为特低孔特低渗—致密砂岩储层，但就局部而言,中央古隆起决定了砂岩储集体的成因类型，因而也造就了不同的物性特征（表1）。在古隆起的本部所发育的砂坪有利储集体，由于海平面的频繁变化，造成砂坪所沉积的砂岩成熟度并不高，泥质含量过多，孔渗性很差。古隆起的两翼所发育的障壁砂坝由于长期接受潮汐、波浪的改造作用，因此其普遍颗粒分选好、杂基含量低，进而砂体的孔隙度、渗透率高。对盆地内东部地区50口井的统计结果表明，本期盆地东部的障壁砂坝主要为中—细粒砂岩，平均孔隙度为7.36%，渗透率为0.86 mD，均普遍高于太原期的平均孔渗值，为有利储集体。古隆起的北部所发育的分流河道砂和水下分流河道砂的物性也相对较好。根据对盆地北部150余口井的统计结果，太原期盆地北部分流河道砂为粗—中粒砂岩，其孔渗平均值分别为7.35%和0.82 mD。水下分流河道是分流河道的水下延伸，因而其所沉积砂体也就比分流河道砂更细，分选更好，物性也要好于分流河道砂。

3.2 古隆起对砂体空间展布的控制

（1）对砂体厚度的控制

中央古隆起控制了盆地内太原期的沉积格局，决定了地层的发育厚度，同样也就控制了砂体储层的发育厚度。图3是根据500余口井的钻井资料，结合太原期古地貌、沉积相等资料所绘制的太原组砂体展布图。由图所展现的砂体厚度情况可以清晰地看出其受控于中央古隆起所决定的沉积格局。在古隆起的中部及其东西两翼所发育的沙坪、障壁岛砂和潮道砂，厚度一般都不大，但有古隆起中部向两翼逐渐增厚的趋势。该区域砂体厚度多在5～10 m以内，最大可达15～20 m，但仅在横山、米脂等地区可见；古隆起北部盆地内的广大地区，由于古隆起地势的相对较低，盆地北部地势的相对较高，致使该区域成为砂体最为发育的有利区域。该区域砂体厚度一般多为10～15 m，最大厚度在伊金霍洛旗、Sl1井附近，可达25 m以上；古隆起的西北部是砂体发育的另一重要区域，该区域砂体发育较厚，最大厚度可达20 m以上。总体上看，太原组的砂体厚度由古隆起中部向周围的区域逐渐增厚，再向外逐渐尖灭；同时由盆地的南部向北部也有逐渐增厚趋势。

（2）对平面展布的控制

古隆起对砂体厚度具有控制作用，其对砂体平面展布的决定作用则更加明显。根据砂体展布图（图3）所表现出来的特征，可以把太原期砂体的平面展布由南往北划分为3个区域：潮坪和泻湖区、三角洲前缘区、三角洲平原区。

图3 鄂尔多斯盆地太原组砂体展布图

●潮坪和泻湖区

在毛盖图—S138井—T2井—ZK21-5井一线以南的地区，沿HT2井—安边—S147井一线古隆起中部发育的潮坪相发育潮坪砂体，古隆起的两翼发育为障壁岛砂体。该区砂体主要分布于安边—靖边—横山—米脂一线，各个砂体都呈独立的透镜状，不具有延伸性和连片性。

●三角洲前缘区

在毛盖图—S138井—T2井—ZK21-5井一线和R1井—B1井北—乌拉庙—府谷一线之间的地区，由于古隆起地势的相对降低和盆地北部陆源碎屑的大量供给，使得该区成为三角洲前缘水下分流河道砂体发育的区域。该区砂体顺着古隆起的走向呈南北向展布，其纵向延伸性较好，但横向连片性很差，基本都呈独立的条带状分布。

●三角洲平原区

在R1井—B1井北—乌拉庙—府谷一线以北的地区，该区离盆地北部的物源区较近，因而物源供给充足，使得该区发育的分流河道砂体无论是纵向延伸性，还是横向连片性都较好，但其受古隆起的控制作用依然明显。在古隆起中部的地区，即鄂托克旗—前乌拉加汗地区砂体分布局限，面积相对较小，其东西两侧砂体则到大面积发育。

整体上，太原组砂体的空间展布由于受到古隆起的控制，由南向北，其形态表现为从凸透镜状→条带状→片状的变化特征。

4 砂体有利区域分布

中央古隆起对太原组砂体发育的控制作用，决定了鄂尔多斯盆地太原组有利砂岩储集体聚集区主要分布在中央古隆起的北部，即盆地北部三角洲前缘水下分流河道砂和三角洲平原分流河道砂发育的区域（图3）,前人大量的研究结果也证明了这一点[9-10]。

依据L1井、Dc1井、S15井、M12等500余口井的砂体统计结果所绘制出的砂体等高线图（图3）可以看出盆地北部有4个主要的砂体聚集区：乌达—平罗区、前乌拉加汗区、伊金霍洛旗区（不包括图中两块砂层较薄的区域）和准格尔旗区，其纵向延伸性和横向连片性都很好。其中乌达—平罗区在平面上呈北北西向展布，前乌拉加汗区、伊金霍洛旗区呈南北向展布，准格尔旗区呈北北东向展布，砂体最厚处位于伊金霍洛旗砂体聚集区的北部区域，厚度均可达25 m之上。作为油气勘探与开发的接替层位，太原组油气储量预测对鄂尔多斯盆地，乃至我国整个的油气事业都具有重要的意义。神木千亿方大气田的发现与开发已经证明了太原组可以作为鄂尔多斯盆地油气开发接替层位的可能性，同时也证明了伊金霍洛旗区和准格尔旗区两大砂体聚集区蕴藏丰富油气的可能性，因而下一步应该加大伊金霍洛旗区和准格尔旗区两大砂体聚集区的太原组油气勘探力度。同样，乌达—平罗区、前乌拉加汗区两大砂体聚集区的太原组也应该是下一步的勘探重点。