鄂尔多斯盆地东南部上古生界气藏地球化学特征及烃源岩分布浅析

2015-09-18胡林楠庞长旭

地下水 2015年4期

胡林楠，庞长旭

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安710065)

鄂尔多斯盆地东南部上古生界从本溪组、太原组、山西组、石盒子组到石千峰组基本上都有气层发现，多个气藏在平面上复合形成了大中型气田。随着油气勘探形式的需要和研究技术不断提高、烃源岩成烃理论不断完善，正确认识烃源岩的发育规模、生烃潜力等，将对研究烃源岩对天然气富集有十分重要的意义，进而对今后的有利区选择有指导的作用［1］。

1 气藏地球化学特征

研究区上古生界气源岩主要为石炭、二叠系炭质泥岩与煤层，广泛发育且厚度稳定［2］。表1说明盒8，山1，山2，本溪四个层段天然气主要组分含量相似，以烃类气体为主，含量在95% ～99%之间，其中尤以甲烷含量最高。

1.1 甲烷

研究区盒8，山1，山2三个层段中，甲烷含量分布差异不大，在81.04% ～97.30%的范围内(表1)，下部本溪组甲烷含量相对较高，分布在88.71% ～99.04%之间。主频率也表现出相同的分布趋势，埋深较浅的三个层位甲烷含量主体分布在92%～97%之间，而下部本溪甲烷主体分布在93%～98%之间(见图1)。

表1 研究区天然气组分分析表

1.2 重烃

研究区重烃含量很少，均小于2%。盒8段分布范围为0.16% ～1.09%(表 1)，平均 0.74%，重烃含量最高。山 1段分布范围同盒8一致，平均含量略低，为0.66%。山2段分布范围变小，为0.14% ～0.95%，平均值最小，为0.44%。本溪组分布范围最广，在0.22% ～1.93%之间，平均含量0.52%。

1.3 干燥系数

干燥系数被定义为甲烷与烃类气体总量的体积比，是通过甲烷与重烃丰度来判断气体的干湿程度的参数。研究区个层系干燥系数最低98%(表1)，最高99.84%。平均干燥系数以山2段最大99.54%，盒8段最低99.23%。为典型的干气。

2 烃源岩分布特征

鄂尔多斯盆地东南部上古生界石炭系本溪组、二叠系太原组和山西组沉积期气候温暖潮湿，为一套海陆过渡相和河流－三角洲相的煤系沉积，灰黑色泥岩发育，为含煤地层，其中煤层、暗色泥岩及生物灰岩为盆地上古生界的主要烃源岩［3］。从下石盒子组沉积期至石千峰组沉积期气候逐渐变得干燥，植被稀少，泥岩虽发育，但有机质贫乏，不具有生烃能力。

目前，关于鄂尔多斯盆地上古生界天然气的成因国内外学者一致认为是煤成气，气源为已达高－过成熟的上古生界海－陆交互相煤系气源岩(陈安定，1994，2002;戴金星等，1989，1993，2005)。石炭－二叠系烃源岩，形成于滨海平原环境，主要由煤层、暗色泥岩和含泥的生物灰岩构成，发育层位主要有山西组、太原组和本溪组。钻井及地震资料揭示，鄂尔多斯盆地石炭－二叠系煤系烃源岩分布广泛，无论是煤层还是暗色泥岩，其分布几乎遍及整个盆地，但由于古地形和沉积环境的影响，各类烃源岩在盆地不同区带存在着一定差异，表现为东西厚、中部薄，西部最厚、东部次之，中部最薄［4］。

图1 研究区各层段甲烷分布频率直方图

2.1 煤层分布特征

鄂尔多斯盆地东南部上古生界煤层主要分布于本溪组以及太原组和山西组的山2段。其中山西组山2段煤层形成于湿地沼泽沉积环境，煤层中夹层较多，本溪组和太原组的煤层则形成于滨海沼泽或泻湖环境［5］。横向上本溪组、太原组和山西组煤层基本覆盖了整个盆地，为上古生界天然气的主力烃源岩。研究区煤层累计厚度大致在4～15 m之间，具有“东西薄中间厚、北厚南薄”的特点，为“广覆式”生烃奠定了烃源岩基础(见图2)。煤层厚度高值区发育于西北部子长一带和延长以东一带，厚度均大于10 m;延安东北部绝大地区煤层厚度大于7 m，局部地区煤层厚度不足5 m。

2.2 暗色泥岩分布特征

与煤层伴生的暗色泥岩的分布，与煤层略有类似，在本溪组、太原组和山西组均有分布，主要分布于太原组和山西组的山2段。本溪组、太原组暗色泥岩主要形成于滨海沼泽或泻湖环境，山西组山2段暗色泥岩则主要形成于湿地沼泽和三角洲环境。

横向上太原组和山西组暗色泥岩分布也比较广，盆地上古生界暗色泥岩厚度整体介于20～100 m之间，且具有从东西两侧向盆地内部变薄的趋势。研究区泥岩厚度主体介于20～60 m，呈现中间厚两边薄的特点，东南部泥岩累计厚度最小，平均厚度小于10 m;贯穿研究区南北向，北部子长、清涧之间，南部富县、宜川之间泥岩累计厚度最大，平均厚度都大于40 m;研究区其他区域整体厚度介于20～30 m(见图3)。

3 烃源岩对天然气富集的控制作用

烃源岩是气藏形成的前提和物质基础，对天然气的富集有着极其重要的控制作用，主要表现在烃源岩分布及其生烃强度对于气藏形成的控制作用。针对研究区烃源岩研究表明，生气强度是影响大气田形成与分布最重要的因素之一。对于形成大中型气田的生烃强度，石宝珩等(1989)、戚厚发等(1992)提出 20×108m3/km2的下限值，戴金星院士(1997)提出30×108m3/km2的下限值，杨华、魏新善(2007)提出16×108m3/km2的下限值，赵靖舟(2010)在对鄂尔多斯盆地上古生界气源生气强度研究的基础上提出10×108m3/km2的下限值，这些认识，有效地指导了我国大中型天然气田的勘探［6－10］。

就鄂尔多斯整个盆地来看，生烃强度在10×108m3/km2以上的地区都有气藏的分布。本次研究区位于盆地东南部，整体生烃强度大于10×108m3/km2，且大部分区域位于生烃强度高值区，尤其研究区东部生烃强度大于28×108m3/km2，说明烃源岩的生烃强度对天然气的富集具有明显的控制作用，并且烃源岩具有广覆式生烃的特征。