鄂尔多斯宁县-正宁地区上古生界盒8段天然气成藏特征及主控因素

张国龙

(中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，蕴藏丰富的油气资源[1-7]。据现今构造格局可将盆地划分为6个次级构造单元，即伊盟隆起、渭北隆起、天环坳陷、西缘逆冲带、晋西挠褶带及伊陕斜坡。宁县-正宁地区位于伊陕斜坡南部，西临天环坳陷、南接渭北隆起，面积约为2 000 km2。古生界天然气完钻探井17口，勘探程度较低，目前已发现盒8段、山1段、山2段、太原组等多套含气层系，其中盒8段为主力目的层。该区天然气勘探始于20世纪80年代，早期以寻找古潜山油气藏为目标，部署实施宁探1等区域探井，未获得发现。2000年以来，长庆油田通过对古生界天然气成藏条件研究，确定了上古生界西南物源沉积体系，明确了上古生界发育辫状河三角洲砂体，具备基本成藏条件，具有勘探潜力，并以上古生界岩性气藏为主要勘探目标，先后在研究区北侧的镇探1井山西组1段和庆探2井石盒子组盒8段获得高产气流。但研究区内完钻的陇44、陇22等探井均未获得工业气流，揭示该区成藏条件复杂，天然气成藏主控因素不明确，致密砂岩有效储层评价及预测难度大，含气性及产能差异大，严重制约了天然气勘探和效益建产，亟需更全面剖析研究区情况。在区域地质条件分析基础上，通过成藏条件综合研究，明确了研究区上古生界天然气成藏特征。通过天然气成藏要素分析，明确主要控藏因素，建立上古生界天然气成藏模式。在此基础上，利用录井、测井和分析测试资料，筛选气层敏感测井曲线，结合储层岩性和物性特征，建立有效储层划分标准。井震结合，运用三维地震资料开展有效储层预测。研究成果为宁县-正宁地区盒8段有利勘探目标优选提供了依据，深化了鄂尔多斯盆地西南部上古生界致密、薄砂岩储层气藏成藏富集规律认识，进一步指导了勘探开发。

1 目标区地质特征

鄂尔多斯盆地的结晶基底为太古界和古元古界变质岩系，盆地盖层在地质历史时期经历了多期构造活动和多旋回演化，表现为多沉积类型的大型克拉通盆地[8-9]。宁县-正宁地区在早古生代奥陶纪末，受加里东构造运动影响，全面抬升，缺失志留系、泥盆系及石炭系。晚古生代二叠纪进入连续沉积时期，发育海陆交互—内陆河湖相沉积体系。二叠纪太原期，为近海沼泽相广覆型沉积，形成了该区上古生界的主要烃源岩层。山西期—石盒子期，区内沉积环境由海相过渡为陆相，气候由潮湿变为干旱，发育多期叠置、大面积带状展布的河流—三角洲相沉积，区内广覆型发育的煤系烃源岩构成了盒8段气藏广泛发育的基础。晚白垩世，本区整体上升，构造定型。

1.1 构造特征

宁县-正宁地区盒8段构造形态为宽缓的西倾斜坡，坡降为6～10 m/km，地层倾角小于1 °。在单斜背景上发育3排近东西走向的低缓鼻隆，鼻隆幅度一般为10～30 m，宽为4～5 km，长为10～20 km。区内发育2组断裂，北西—南东走向海西期断裂，平行排列分布。近东西走向喜山期断裂，雁列状排列分布。2组断层均为走滑性质断层，断距较小(5～20 m)，整体上形成南北2条断裂带，将研究区分为近东西走向的3个条带(图1)。

1.2 上古生界地层特征

宁县-正宁地区上古生界自下而上发育二叠系太原组、山西组、石盒子组和石千峰组(表1)。

二叠系下统太原组：早二叠世太原组沉积时期，发育一套以含煤为特征的滨浅海相沉积。太原组沉积厚度相对较薄，与奥陶系马家沟组呈不整合接触，岩性以灰色、灰黑色泥岩与黑色煤互层为主，底部为灰色铝土岩。

图1 宁县-正宁地区盒8段顶界构造Fig.1 The top boundary structure of the He8 Member in the Ningxian-Zhengning Area

表1 宁县-正宁地区上古生界地层简表Table 1 The summary of Upper Paleozoic stratigraphy in Ningxian-Zhengning Area

二叠系下统山西组：发育曲流河三角洲沉积，中下部岩性为灰白色砂岩及煤层，上部为深灰色、灰色泥岩。按沉积旋回自下而上分为山2段和山1段，是该区重要的含气层系。

二叠系中统石盒子组：发育大型辫状河三角洲沉积，下部岩性以黄绿色和灰绿色含砾粗砂岩、中砾粗砂岩、中细砂岩与杂色泥岩不等厚互层。上部主要为一套暗紫红色、紫红色泥岩，夹灰色、灰绿色长石砂岩、岩屑砂岩，泥岩的颜色鲜艳，分布面积大而稳定，是下古生界的一套区域性盖层。根据岩性组合自下而上分为盒8—盒1段，其中，盒8段底部的骆驼脖子砂岩是该组主要含气层段。

二叠系上统石千峰组：石千峰组主要为一套紫红色含砾砂岩与紫红色砂质泥岩互层沉积，局部地区夹有泥灰岩钙质结核。与下伏的石盒子组比较，泥岩为紫红色、棕红色，质不纯，普遍含钙质。砂岩成分除石英外，以岩屑、钾长石为主，一般为长石岩屑石英砂岩。

1.3 沉积特征

早二叠世末期—中三叠世，伴随秦岭海槽逐步关闭，华北地区整体抬升，鄂尔多斯盆地南缘宁县-正宁地区逐渐过渡为河流湖泊沉积环境[10-11]。二叠系石盒子组沉积早期，该区的地势为南部高、北部低，地表高差相对比较大，物源来自南部，整体发育辫状河三角洲沉积体系，区内盒8段发育辫状河三角洲前缘水下分流河道及间湾微相，河道主体近南北向展布(图2)。砂体以含砾中、粗砂岩为主，常见底砾岩充填及交错层理，GR曲线通常呈钟形、箱形，中下部及底部常见含砾粗砂岩及砾岩，自下而上形成正粒序，其中在宁古3井盒8段底部见灰色含砾粗砂岩、砂砾岩、突变的河道冲刷面、正韵律等水下分流河道沉积的典型相标志(图3)。水下分流河道间，砂岩粒度变细，以灰色粉细砂岩为主，并逐渐减薄尖灭。盒8中下部(部分井底部)发育的辫状河三角洲前缘水下分流河道砂，在研究区全区可追踪对比，而且多口井在该套砂岩获得高产气流，是研究区盒8段重要的气层段。

图2 宁县-正宁地区盒8段沉积相Fig.2 The sedimentary facies of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

2 天然气成藏特征

2.1 气源岩特征

宁县-正宁地区上古生界石盒子组盒8段围绕二叠系煤系烃源岩，发育下生上储型致密砂岩岩性气藏。宁县-正宁地区上古生界二叠系煤系烃源岩具有广覆式生烃的特点。钻井揭示煤层厚度为2～6 m(图4)，有机碳含量达40.10%～91.30%，氯仿沥青“A”为0.61%～0.80%，总烃为1 757.1×10-6～2 539.8×10-6，产烃潜力为71.9～78.1 mg/g，烃转化率为6.9%～12.0%，煤岩镜质组中镜质体含量高，生烃能力好。该区钻井揭示暗色泥岩厚度为55.0～94.7 m(图4)，有机碳含量为0.60%～6.05%，母质类型以腐殖型为主，Ro大于2.0%，已达过成熟演化阶段，具备生烃能力。二叠系煤系烃源岩在早白垩世进入生排气高峰期[12-14]，为该区天然气成藏提供了良好的气源条件。

2.2 储层特征

宁县-正宁地区盒8段储层岩石类型主要为岩屑石英砂岩，其次为石英砂岩及少量岩屑砂岩(图5)。岩矿分析结果表明，宁县-正宁地区盒8段储集砂岩以粗粒为主，分选为中等—差，磨圆程度为次棱角状—次圆状。储层碎屑组分主要为石英类(包括石英、燧石)，含量为35.00%～80.00%,平均含量为80.50%；其次为岩屑组分，成分以变质岩岩屑为主，含量为9.00%～49.00%,平均含量为18.20%(表2)。盒8段储集层填隙物平均含量为6.70%，包括黏土矿物、凝灰质和碳酸盐类。

图3 宁古3井盒8段单井沉积相Fig.3 The sedimentary facies of single well in He8 Member of Well Ninggu 3

岩心物性分析结果表明，盒8段储层孔隙度主要为3.06%～16.66%，平均为7.46%；渗透率主要为0.04～4.32 mD，平均0.36 mD，总体属于特低孔、特低超低渗储层。

根据岩心铸体薄片分析，盒8段储层孔隙类型主要为粒间孔、岩屑溶孔、晶间孔，三者约占总面孔率的86.4%，总面孔率为2.20%。

盒8段储层整体孔隙结构较为复杂，据研究区30块岩心高压压汞资料分析，盒8段储层排驱压力为4.59 MPa，中值压力为20.74 MPa，中值半径为0.36 μm，最大进汞饱和度为93.7%，退汞效率为33.98%，喉道分选系数为1.07，孔隙结构属于小孔微细喉型。

宁县-正宁地区盒8段储集体以辫状河三角洲分流河道砂体为主，储层厚度为5.0～36.5 m。砂岩粒度中、细、粗粒均发育，砂岩粒度越粗，储层物性和含气性越好。上覆盒8段上部及盒7段灰色、绿灰色泥岩，泥岩厚度为70～120 m，可形成有效盖层。横向上，砂体由主河道向侧缘及河道间发生相变或因岩性逐渐致密侧向遮挡，形成有利的储盖组合条件。

图4 宁县-正宁地区二叠系烃源岩厚度Fig.4 The thickness of Permian source rock in Ningxian-Zhengning Area

图5 盒8段储层岩石类型Fig.5 The reservoir rock types of He8 Member

3 天然气藏控制因素

3.1 气藏类型

根据区内探井试气试采结果分析，宁县-正宁地区上古生界盒8段气藏沿辫状河三角洲前缘分支河道主砂带分布，砂体边部因岩性致密或相变形成侧向遮挡，与下伏广覆式分布的成熟优质烃源岩紧密接触，形成典型的下生上储型弹性驱动致密岩性气藏(图6)。盒8气藏属未饱和气藏，无边底水，单井一般无自然工业生产能力，需经过压裂获得工业气流。

表2 宁县-正宁地区盒8段砂岩碎屑组分Table 2 The sandstone clastic components of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

图6 宁县-正宁地区盒8段气藏模式

3.2 气藏控制因素

鄂尔多斯盆地二叠系煤系烃源岩在早白垩世进入生排气高峰期[12-14]，气源岩持续的供气能力，巨大的生排气量是上古生界天然气富集成藏的物质基础。高熟—过熟煤系烃源岩生成的天然气就近运移聚集，为区内盒8段大面积含气创造了有利的资源条件。

盒8段辫状河三角洲前缘水下分流河道砂岩多期发育，砂体规模大，平面上沿主河道展布。河道主体水动力强，砂岩粒度粗，以含砾中粗砂岩为主，泥质含量低，储层物性好。河道侧缘相带砂岩泥质含量高，以细砂岩为主，储层物性差。

宁县-正宁地区主要发育海西期和燕山期断裂[15-24]，燕山期断裂与二叠系煤系烃源岩大规模生排烃期具有良好的匹配关系，为有效通源断裂，利于天然气垂向运移，同时，燕山期断裂附近裂缝发育，有效改善储层物性，利于天然气富集。区内高产井与燕山期断裂具有良好的匹配关系，证实燕山期断裂对于天然气富集成藏起到重要作用。

总之，煤系、暗色泥岩双源“广覆式”近源供烃、分流河道主体相带有效储层与燕山期近东西向通源断裂三因素的有效耦合，控制了宁县-正宁地区盒8段天然气的富集成藏，“源”“储”、“断”的合理空间配置关系是成藏的关键。

4 勘探潜力分析

根据宁县-正宁地区试气试采结果，筛选了气层敏感的测井曲线密度、声波时差、深侧向电阻率，结合储层岩性和物性特征，运用多口井有效储层参数统计分析，建立了盒8段气藏有效储层划分标准(表3)，据此标准并结合区内探井的录井、测井及分析化验资料，对盒8段砂岩进行有效储层识别与划分。在此基础上，利用三维地震资料，井震结合，预测了区内盒8段有效储层分布面积约为980 km2(图7)，为天然气勘探部署和规模发现的重点目标。

表3 宁县-正宁地区盒8段有效储层识别标准Table 3 The identification criteria for effective reservoirs of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

图7 宁县-正宁地区盒8段有效储层预测厚度等值线Fig.7 The contour line of predicted thickness of effective reservoir of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

5 结 论

(1) 宁县-正宁地区盒8段具有天然气成藏有利的生储盖组合条件,具有广阔的勘探前景，为天然气规模储量发现和效益建产的首选领域和重点目标区。

(2) 宁县-正宁地区上古生界二叠系煤系烃源岩广覆式分布，为天然气成藏提供了良好的气源条件。三角洲前缘分支流河道砂体是盒8段主要储层，砂体展布受沉积微相控制，近南北向条带状分布，与下伏成熟的煤系烃源岩直接接触或通过断层沟通，形成下生上储型弹性驱动致密岩性气藏，气藏的发育程度和分布范围受砂体展布及储层物性控制。

(3) 筛选了气层声波时差、密度、电阻率等敏感的测井曲线，结合储层岩性和物性特征，建立了研究区盒8段气藏有效储层划分标准，运用三维地震资料开展有效储层预测，预测了区内盒8段有效储层分布面积约为980 km2。