鄂尔多斯盆地下古生界天然气运移成藏条件分析

2019-01-02马尚伟

资源信息与工程 2019年6期

魏丽，马尚伟

(1.陕西省地质调查规划研究中心(陕西省地质勘查基金中心)，陕西西安 710068； 2.陕西省矿产地质调查中心，陕西西安 710068； 3.陕西省地质调查院，陕西西安 710054)

鄂尔多斯盆地位于华北地台的西部，是中国第二大沉积盆地，延长探区位于盆地中东部伊陕斜坡中部，面积约2.0×104km2。近年来，在米脂凹陷西斜坡的延长探区下古生界马家沟组碳酸盐岩地层中，天然气勘探有新发现。截至目前，Y969井区和Y439井区下古生界奥陶系马家沟组采出天然气7.05亿立方米，总无阻流量达2 459.17万立方米/日，显示出巨大的开发潜力。近年来，前人对鄂尔多斯盆地下古生界天然气运移成藏条件开展了大量的研究工作，但在烃源岩、储集层、运移动力及输导体系等成藏条件方面还存在争议，难以很好指导下一步天然气勘探。笔者在综合前人研究成果的基础上，从生储盖配置条件、流体动力、输导体系等方面分析了天然气成藏的地质条件，为后期天然气勘探开发提供理论支撑。

1 区域地质特征

鄂尔多斯盆地内富含大量的石油、天然气、煤炭等矿产资源，是我国重要的含油气盆地。早古生代，除了盆地的南缘及西缘有深水沉积外，其余为碳酸盐岩沉积。下奥陶统马家沟组主要以蒸发潮坪沉积为主，发育含膏云坪与藻泥云坪微相，具有含硬石膏斑晶、硬石膏结核的岩石组合，经古岩溶作用后，形成了层状分布的溶蚀孔洞，是储集空间的主体。马家沟组自下而上划分为马一段到马六段，其中马五段是天然气主力产气层，马五段细分为马五1-马五1010个亚段，延长探区奥陶系马家沟组含气层所在层位主要为马五1、马五2和马六。气层为低孔、低渗、低丰度碳酸盐岩风化壳气藏，气层埋深2 600～3 714 m，气层有效厚度1.5～10.5 m，平均厚度3 m。

2 天然气成藏条件

(1)良好的生储盖配置条件。延长探区天然气藏烃源岩主要来源两方面：其一是上古生界山西组和太原组的煤系地层，主要岩性为煤层和泥岩；其二是下古生界下奥陶系海相碳酸盐岩，主要岩性为泥岩和泥质云岩。对72口井中石炭-二叠系地层中煤层和泥岩的厚度进行了统计，结果表明，全区上古生界泥岩厚度分布在60～150 m之间，整体上东厚西薄，东部地区泥岩沉积厚度大，可达140 m以上，向西南部逐渐变薄。全区煤层厚度分布在4～22 m之间，分布趋势与泥岩大致相同。总体来看，延长探区东部发育良好的上古生界烃源岩。延长探区下古生界烃源岩平均生烃强度为7×108m3/km2，上古生界烃源岩平均生烃强度约为30×108m3/km2，推算上古生界的生烃强度是下古生界的4～5倍，因此，上古生界烃源岩是主要的供烃层位。

延长探区天然气藏储集层为马家沟组碳酸盐岩地层，马家沟组的碳酸盐岩经过长达1.4亿年的风化侵蚀，形成了较为发育的孔、洞、缝储集空间。储集空间类型主要有孔隙和裂缝两大类，孔隙类型包括白云石晶间孔、晶间微孔、晶内溶孔、晶间溶孔、溶蚀孔洞、铸模孔隙；裂缝包括压溶缝和构造裂缝。

延长探区天然气藏盖层种类较多，区域性盖层、直接和间接盖层以及风化壳内部盖层均有发育。其中，区域性盖层为上石盒子组与石千峰组横向稳定的泥岩；直接盖层为本溪组下部的铁铝质泥岩及暗色泥岩；间接盖层为太原组与山西组的煤系地层在生、排烃高峰期产生的过剩压力；风化壳内部盖层为碳酸盐岩内部的致密碳酸盐岩。

总的来说，鄂尔多斯盆地延长探区储集层与烃源岩直接接触，封盖层层层叠置，具备良好的生储盖配置条件，有利于油气充注成藏。

(2)有利的流体动力。上古生界烃源岩生成的天然气需要一定的流体动力才可以向下运移至储集层中成藏，采用盆地数值模拟的方法，恢复出延长探区自三叠纪以来的过剩压力及气势梯度演化特征。

早白垩世末烃源岩进入生气高峰，在垂向过剩压力差和山西组、太原组、本溪组气势梯度控制下，天然气发生自上而下的垂向运移，且此时各组天然气侧向运移的气势梯度明显增大，最大可达160 m/km。山西组、太原组、本溪组内部生成聚集的天然气，经侧向和垂向运移，全部运移到下古生界马家沟组地层中聚集成藏。成藏的有利区主要分布在西南、西北及中部地区。

晚白垩世末以来为天然气成藏的调整阶段，在垂向过剩压力差的动力作用下，上古地层内新生成的少量天然气，及经历了生气高峰后的残存天然气继续向下运移，但此时山西组、太原组、本溪组内部气势梯度降低，气势梯度为20～40 m/km，侧向运移动力减弱。处于调整阶段的天然气主要向研究区的东部发生运移聚集。

从时间上来看，早白垩世之前为天然气向马家沟组小规模运移的起始阶段，早白垩世末为上古天然气大规模向马家沟组运移的重要时期，之后天然气发生小规模调整。从空间上来看，研究区西南部、西部、西北部和中部局部地区为长期接受上古天然气充注的有利区，而东部地区为天然气调整期的小规模聚集区。

(3)流体动力与输导体的联合作用。上述的流体动力仅仅是天然气发生运移的潜在能力，是一个必要非充分条件。在实际地层中，天然气运移还取决于输导介质的发育特征。因此，天然气运移成藏能否实现，怎样实现，还必须将二者有机结合进行讨论分析。

延长探区的砂岩输导体主要包括山西组的三角洲前缘水下分流河道砂体与本溪组的障壁砂坝、滨浅海砂坝。其中山西组砂体主要分布在研究区东部，厚度大于15 m，呈南北向展布；本溪组砂体也主要分布在研究区东部，厚度大于10 m。尽管垂向上砂体连续性较差，但本区纵向上垂直裂缝发育，因此，配合成藏动力条件，在平面气势作用下，横向上连续的砂体内可进行天然气的侧向运移聚集，遇到垂向发育的裂缝，可在过剩压力差作用下，继续向下伏地层运移。最终在裂缝-砂体型输导体、平面气势和过剩压力差的作用下，上古生界烃源岩生成的天然气经过初次运移和二次运移，在下古生界奥陶系马家沟组碳酸盐岩地层中聚集成藏。

(4)天然气充注与成岩作用的时空关系。烃源岩中的有机质在大量排烃之前会排出具有较强溶蚀能力的有机酸和碳酸盐溶液。这些酸性流体进入碳酸盐岩储层后，会对其进行强烈的溶蚀改造，形成次生溶蚀孔隙，同时扩大表生作用期间形成的岩溶孔隙，为随后的大规模天然气充注打开了运移道路，扩大了储集空间。

随着溶蚀改造作用的进行，酸性流体势必向碱性演化，在流体的低势区发生碳酸盐沉淀。沉淀的碳酸盐填充早期孔缝，使碳酸盐储层成为致密储层，对天然气形成侧向封堵，有利于天然气成藏。