鄂尔多斯盆地中东部上古生界致密气成藏条件差异性分析

徐延勇 ，申建 ，张兵 ，丁万贵 ，叶超

（1.中联煤层气有限责任公司，北京 100011；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116）

0 引言

鄂尔多斯盆地上古生界大面积发育致密气，榆林、苏里格、神木等大型致密气田被陆续发现，显示了良好的开发前景。尤其是鄂尔多斯盆地中部的苏里格气田，目前已发展成为国内最大的致密气田［1-3］。随着近年勘探开发工作的深入，位于鄂尔多斯盆地东部的晋西挠褶带同样在上古生界本溪组—石千峰组的多套地层中发现了临兴气田。前人对于上述2个地区成藏条件及成藏特征的研究，均取得了较为丰硕的成果［4-6］。与苏里格气田气层发育较为集中的特点相比，临兴气田虽然同样具有广覆式砂泥间互发育的特征，但盆地东部地区独具特点，其致密砂岩气发育层位多、埋藏深度浅，且受到后期晋西挠褶带影响明显［7-12］，因此二者在成藏条件与勘探开发对策上存在较大的差异。目前对于这2个气田成藏条件的共性与差异性认识还较为薄弱，亟待进行深入、系统研究。

本文论述了盆地中部苏里格气田和东部临兴气田在不同埋藏时期的烃源岩、储层、盖层以及源储组合条件，总结二者成藏模式的差异性。这种差异性研究有助于指导二者选择不同的后续勘探开发策略，同时能够进一步丰富煤系致密气成藏的基础地质认识，为后续提高盆地中东部上古生界天然气勘探开发的成功率，提供理论借鉴和指导。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地由北部的伊盟隆起、南部的渭北隆起以及中部自西向东的西缘逆冲带、天环坳陷带、伊陕斜坡带、晋西挠褶带6个构造单元组成［13-16］。其中，盆地中部的伊陕斜坡带地层较为平缓，褶皱和断层等构造不发育，盆地边缘部位发育鼻状构造和断层带［2］。本文研究区为鄂尔多斯盆地中部伊陕斜坡带内的苏里格气田和东部晋西挠褶带内的临兴气田（见图1a）。

上古生界沉积时期，苏里格气田和临兴气田发育同沉积地层，以潮汐沉积体系和河流-三角洲沉积体系为主（见图1b）。山西组沉积期，发育三角洲平原-前缘沉积；下石盒子组沉积期，发育辫状河三角洲平原沉积［13-14］；上石盒子组沉积期，以辫状河三角洲前缘沉积为主［15-16］。致密气藏的有利储层由这些纵向上发育的不同沉积砂体组成。

2 盆地中部、东部成藏条件分析

2.1 烃源岩条件

在晚古生代早期，鄂尔多斯盆地处于华北古陆广盆阶段，在经历长期风化剥蚀准平原化改造后，海水由东部进入，逐步演变为陆表海沉积。伴随着基准面的震荡变化，此时鄂尔多斯盆地总体处于海相-海陆过渡沉积环境，发育广泛分布的沼泽相煤系地层，构成盆地上古生界的主力烃源岩层系［9-12］。

从煤层厚度看，苏里格气田和临兴气田的煤层分布都表现出中部薄而稳定、东西两侧较厚的特点（见图2）。盆地中部煤层平均厚度12.5 m；东部煤层较中部略厚，平均厚度17.0 m，最厚可达29.0 m，可作为良好的烃源岩。在整个中东部，本溪组顶部煤层较其他层系厚度大，连续性好。

在苏里格气田和临兴气田，煤层有机质丰度明显高于暗色泥岩，平均总有机碳质量分数（TOC）大于60%，而暗色泥岩TOC普遍在2%左右。苏里格气田的TOC略高于临兴气田，且干酪根类型为腐殖型，临兴气田主要发育干酪根，局部为混合型（见表1，Ro为镜质组反射率）。

表1 苏里格气田和临兴气田烃源岩特征对比

从Ro角度看，苏里格气田和临兴气田略有差别。苏里格气田Ro为1.5%～2.5%，平均2.0%；临兴气田Ro为0.8%～3.8%，平均1.4%。盆地东部由于晋西挠褶带的形成，紫金山岩碱性杂岩体侵入，加速了临兴气田烃源岩的快速成熟，局部地区烃源岩处于生干气阶段，Ro值最高可达 3.8%［6，17-18］。

2.2 储层条件

山1段（山西组）和盒8段（下石盒子组）是苏里格气田上古生界的主力储层，砂体呈南北向条带状分布［7，19-21］，以低孔低渗为主要特征。而临兴气田发育整个上古生界中的多套有利储层，主要包括本溪组的潮道、潮汐三角洲砂体，太原组的水下分流河道砂体，石盒子组—石千峰组的分流河道砂体。

苏里格气田和临兴气田的沉积物主要来自北部物源，但二者的母岩性质差异较大。苏里格气田的沉积物主要来自西北部富石英物源区，砂岩粒度为中—粗粒，以次圆状为主，分选中等。岩石类型主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩（见图3a—3c）。临兴气田主要受东部富长石物源体系影响，不稳定矿物长石及岩屑质量分数普遍偏高。砂岩粒度以中—粗粒为主，分选中等，岩石类型多样，发育岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、岩屑石英砂岩等（见图3d—3i）。纵向上，由于石千峰组沉积期更靠近物源，长石质量分数最高，平均可达24.2%。

苏里格气田盒8段石英质量分数较高，一定程度上增强了抗压实能力，所以盒8段较山1段的孔隙度和渗透率高（见表2）。盒8段最高孔隙度为21.2%，平均孔隙度为10.4%，山1段平均孔隙度仅为7.8%；盒8段平均渗透率为 0.75×10-3μm2，最高为 62.70×10-3μm2，山1段平均渗透率为0.46×10-3μm2。临兴气田山西组和下石盒子组物性较苏里格气田差（见表2），单层平均孔隙度在7.2%～10.4%，最高为17.5%，单层平均渗透率为 0.25×10-3～0.96×10-3μm2，最高可达 55.20×10-3μm2。

表2 苏里格气田和临兴气田储层物性参数对比

从成岩作用角度看，盆地上古生界砂岩均处于晚成岩期，主要发育次生孔隙，原生孔隙居次要地位。苏里格气田储集空间以粒间孔、溶孔、晶间孔为主，岩石中偶见少量构造微裂缝和成岩收缩缝（见图4a—4c）。临兴气田由于岩屑质量分数较高，储层抗压实能力较弱，粒间溶孔、粒内溶孔较发育（见图4d—4f）。值得指出的是，与苏里格气田不同，受晋西挠褶带强烈隆升的影响，临兴气田裂缝十分发育，主要为微裂缝。

2.3 盖层条件

盖层的封盖是气藏成藏的关键因素之一，前人研究表明，多数油气藏以泥岩为盖层。在苏里格气田和临兴气田，山西组、石盒子组和石千峰组均有厚层泥岩发育。上石盒子组泥岩以湖相沉积为主，厚度大，单层厚度为 10～25 m，累计厚度可达 70～140 m，分布稳定，是一套区域上可连续追踪的盆地级别的区域盖层［7，21］。下石盒子组平均泥岩厚度14 m、山西组平均泥岩厚度30 m，二者平面分布没有上石盒子组稳定，连续性较差，为盆地内部的局部盖层。

上石盒子组厚层泥岩是苏里格气田的区域盖层，区域盖层以下地层发育多套由局部盖层与邻近储层组成的储盖组合。山1段和盒8段储层砂体近南北走向，气藏主要由侧向泥岩遮挡、上倾部位致密砂岩封堵及上覆区域泥岩封盖等多种岩性圈闭条件共同作用形成。由于构造变化较小，区域盖层上石盒子组泥岩的异常高压使天然气无法突破，在天然气垂向运移过程中就会在下伏的下石盒子组及山西组的储层内富集，因此，压力封闭和物性封闭共同作用，在苏里格气田形成较好的区域盖层。

临兴气田在上石盒子组区域盖层上、下层段的含气性，有较大差别。临兴气田由于构造运动，上石盒子组区域盖层被破坏，异常高压泄压后，压力封闭作用弱，天然气沿断裂和裂缝向上运移，在浅部形成远源成藏组合。石千峰组处于区域盖层以上，虽然储层发育，物性也较好，但其因盖层被断层破坏或变薄等多种因素的影响［5，11］（见图 5，剖面位置见图 1a，红线为断层），含气性较差。

2.4 源储组合

鄂尔多斯盆地上古生界源储组合（成藏组合）主要有源内成藏、近源成藏、远源成藏3种组合，纵向上存在2个不同的含气系统：下组合气藏（太原组—下石盒子组）和上组合气藏（上石盒子组—石千峰组）（见图6）。下组合气藏储层紧邻烃源岩，气藏含气饱和度较高，整体属于正常压力下的原生气藏。而上组合气藏储层物性好，断裂-裂缝复合体成为下部天然气向上运移成藏的通道，气藏含气性差，地层压力低，平均压力系数为0.28～0.66。苏里格气田仅发育下组合气藏，而临兴气田2个含气系统都存在。

苏里格气田主力烃源岩与储层的时空配置关系表现为盒8段“下生上储”、山1段“自生自储”或“下生上储”，但山1段具有近源成藏优势（见图6a）。如前文所述，苏里格气田和临兴气田在烃源岩与储层的发育程度上具有一定的差异，自西向东烃源岩发育程度增强。当储层发育、物性较好时，若盖层及隔层不发育，气藏的含气饱和度则会降低；因此，含气饱和度相对较高的储层多为近源、上覆盖层较为发育的单层砂体。多口产气单井的源储配置分析也表明，具有近源成藏的“下生上储”组合最有利于天然气成藏。

临兴气田有源内成藏和近源成藏之外，在浅层还存在远源成藏，因此自下而上发育多套含气砂岩（见图6b）。盖层之上层段的气测显示能很好地反映下伏含气储层的保存情况。临兴地区完钻井在区域盖层之上的三叠系纸坊组及和尚沟组依然具有明显的气测异常。综合研究区构造特征认为，盖层封盖能力主要受断层的破坏，正是由于这些断层，天然气通过泄压通道，自下而上在上部层系的储层内形成了油气的再次充注，形成了上石盒子组和石千峰组的远源成藏组合。

3 盆地中部、东部成藏模式的异同

盆地中部苏里格气田与东部临兴气田上古生界煤系致密气成藏条件既具有相似之处，同时也存在不同之处（见表3）。相似之处体现在：1）烃源岩条件方面，石炭系—二叠系的煤层和暗色泥岩为天然气的生成提供丰富的物质基础；2）储层条件方面，本溪组—石千峰组的多套海陆过渡相、三角洲砂质沉积可作为良好的储集空间；3）盖层条件方面，纵向上不同层系内与储层间互发育且具有一定厚度的泥岩可以作为优质盖层。不同之处体现在：1）烃源岩条件方面，苏里格气田干酪根以腐殖型为主，临兴气田干酪根主要为腐殖型，局部地区存在混合型，中部 TOC 略高于东部［5，17］；2）储层条件方面，临兴气田发育本溪组—石千峰组多套有效储层，而苏里格气田的主力储层以山西组和下石盒子组为主；3）盖层条件方面，苏里格气田上石盒子组泥岩的剩余压力对下伏储层形成有效封盖，临兴气田盖层受断层破坏，天然气可以垂向运移；4）源储组合方面，临兴气田发育3种源储组合，分别是源内、近源和远源成藏组合，而苏里格气田仅发育前2种，不发育远源成藏组合（见图6）。

表3 鄂尔多斯盆地中东部上古生界致密气成藏条件对比

苏里格气田保存条件具有侧向泥岩遮挡、上覆区域泥岩封盖、断层不发育的特征，形成有利于天然气保存的岩性圈闭（见图6a）。而临兴气田位于盆地东部断层或（微）裂缝发育的强构造变形区，天然气可以沿上石盒子组垂向断层或（微）裂缝向上运移，形成岩性-构造复合圈闭，气层展布受局部岩性和构造共同控制（见图 6b）。

4 结论

1）苏里格气田和临兴气田干酪根以腐殖型为主，中部TOC略高于东部，由于晋西挠褶带的隆升和紫金山岩体的侵入，临兴气田局部有机质达到过成熟，发育少量混合型干酪根。

2）临兴气田上古生界自下而上发育多套储层，而苏里格气田主力储层较为集中，仅为山西组和下石盒子组，储层物性较临兴气田好。

3）苏里格气田保存条件具有侧向泥岩遮挡、上覆区域泥岩封盖、断层不发育的特征，发育源内和近源成藏组合，形成有利于天然气保存的岩性圈闭。而临兴气田位于盆地东部断层或（微）裂缝发育的强构造变形区，天然气可以沿上石盒子组垂向断层或（微）裂缝向上运移，形成岩性-构造复合圈闭，发育源内、近源和远源3种类型成藏组合，气层展布受局部岩性和构造共同控制。