鄂爾多斯天然氣成藏模式與控制因素研究

魏欽廉 王猛 呼婧 王小平 賈方方

摘 要： 伊盟隆起位于鄂爾多斯大型克拉通疊合盆地北部， 該區西部與秦祁活動帶相接， 北部與陰山活動帶相鄰， 在大地構造屬性上處于中國東部穩定區與西部活動帶之間的結合部位。筆者在前人研究成果基礎上，利用含油氣系統的概念與方法研究伊盟隆起上古生界天然氣成藏要素及成藏作用， 總結研究成藏模式、控制因素和勘探潛力。

關鍵詞： 伊盟隆起；上古生界；成藏地質要素；運移；圈閉；成藏模式

伊盟隆起位于鄂爾多斯大型克拉通疊合盆地北部， 該區西部與秦祁活動帶相接， 北部與陰山活動帶相鄰， 在大地構造屬性上處于中國東部穩定區與西部活動帶之間的結合部位。近年來， 伊盟隆起天然氣勘探呈現良好態勢， 已在上古生界發現多個小型天然氣藏，該區被認為是鄂爾多斯盆地天然氣勘探、開發的有利后備接替區。筆者在前人研究成果基礎上，利用含油氣系統的概念與方法研究伊盟隆起上古生界天然氣成藏要素及成藏作用， 總結其成藏模式。伊盟隆起上古生界天然氣主要來自隆起南部及烏審旗地區的太原組和山西組烴源巖； 山西組和下石盒子組沖積扇相辮狀水道砂體、河流相河道砂壩砂體及三角洲平原亞相分流河道砂體為最有利儲集層； 上石盒子組和石千峰組厚層泥巖構成區域性蓋層， 另有眾多局部蓋層； 生、儲、蓋層具有良好的組合關系， 形成自生自儲式（ 隆起南部） 和下生上儲式（ 隆起南部、北部） 生儲蓋組合。天然氣主要通過優勢輸導砂體、不整合面、斷層和裂縫組成的輸導體系向北部運移； 隆起北部地區以局部構造圈閉、遠源成藏為主， 而南部地區以巖性圈閉、近源成藏為主。

1 區域地質背景

伊盟隆起現今的構造格局呈北高南低、東高西低的特點， 整體表現為一西南傾大型單斜構造， 區內發育3條較大規模的斷層， 分別為泊爾江海子斷層、烏蘭吉林廟斷層和三眼井斷層， 其中泊爾江海子斷層由加里東運動形成， 是一條具走滑性質的非生長性逆斷層，該斷層將伊盟隆起大致分為南北兩個部分 。研究區地層以太古宇、元古宇為基底， 其上發育古生界和中生界。北部地區上古生界直接不整合覆蓋于太古宇結晶基底之上， 南部地區上古生界與奧陶系馬家溝組、寒武系和中元古界不整合接觸。上古生界自下而上發育石炭系本溪組和太原組以及二疊系的山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組6 套地層（， 除石千峰組外， 其他地層依次向北部隆起區超覆沉積。

2 成藏要素分析

2. 1 烴源巖。爾多斯盆地北部（ 包括伊盟隆起） 上古生界烴源巖主要為上石炭統太原組和下二疊統山西組的暗色泥巖、炭質泥巖與煤層。受加里東構造運動的影響， 早古生代鄂爾多斯盆地整體抬升， 形成了覆蓋全區的區域性不整合面。烴源巖主要分布于伊盟隆起南側的鄂托克旗-烏審旗一帶， 總體來看具有南厚北薄、東厚西薄、局部凹陷異常發育的特點 。總體來看暗色泥巖有機質豐度較低， 屬于中等- 差烴源巖， 而炭質泥巖和煤巖則為優質烴源巖。通過對干酪根顯微組分、煤巖顯微組分、巖石熱解參數以及巖石飽和烴氣相色譜等指標的分析認為， 有機質類型主要為腐殖型， 其次為腐泥-腐殖型， 主要顯微組分為有利于生氣的鏡質組， 原始有機質形成于有氧沉積環境中。

2.2 儲集層。伊盟隆起上古生界山西組和下石盒子組主要發育陸相沖積扇、河流和三角洲沉積體系，其中沖積扇相的辮狀水道砂體、河流相的河道砂壩砂體及三角洲平原亞相的分流河道砂體為研究區上古生界最主要的儲集層。平面上砂體呈南北向條帶狀展布， 縱向上砂層交錯疊置， 總厚度一般為45～ 120 m， 單砂體厚2～ 15 m， 厚度較大。薄片鑒定表明， 儲集層巖性以中粒、中-粗粒巖屑砂巖、長石質巖屑砂巖和巖屑質石英砂巖為主； 顆粒分選中等， 磨圓度較差， 絕大多數碎屑顆粒為次棱角 棱角狀； 以孔隙式膠結， 點-線狀接觸為主； 孔隙主要為殘余粒間孔隙和溶蝕粒間孔隙。研究發現伊盟隆起儲集層物性在平面上具有明顯的分帶性， 儲集物性由南向北逐漸變好： 伊盟隆起南部地區下石盒子組和山西組儲集層嚴重致密化， 孔隙度一般為4% ～12% ， 物性較差； 而伊盟隆起北部地區有利儲集層為下石盒子組砂巖， 孔隙度一般為4.5% ～22. 0%，， 儲集層儲集性能較好， 是北部地區天然氣聚集的主要層位。物性數據統計結果表明伊盟隆起上古生界儲集層總體上以低孔、低滲為特征， 物性相對較好。

2.3 生儲蓋組合。盟隆起上古生界廣泛分布的上石盒子組和石千峰組厚層泥巖和粉砂質泥巖構成了研究區的區域性蓋層， 此外在山西組和下石盒子組內部也發育了眾多以泥巖為主的局部蓋層， 它們與太原組和山西組的烴源巖、山西組和下石盒子組儲集層在垂向上具有較好的匹配關系， 構成了較為完備的生儲蓋組合。按照生儲蓋的相互配置關系可劃分為自生自儲式和下生上儲式兩種組合類型。

3 成藏地質作用與成藏模式分析

3.1 生烴作用。析鄂爾多斯盆地北部上古生界烴源巖成熟度資料發現， Ro 值為0.6% ～ 1. 8% ， 且由北東向南西逐漸變大； 巖石熱解峰溫在436～ 542度 ， 烴源巖已普遍進入成熟-高成熟階段。烴源巖生烴作用產生的巨大壓力成為天然氣運移的重要動力源， 這種壓力不僅使天然氣突破烴源巖， 以混相涌流、幕式排烴實現了初次運移， 而且使附近砂巖產生微裂縫， 實現了天然氣的二次運移、成藏。研究認為鄂爾多斯盆地北部上古生界烴源巖存在兩次大規模的天然氣生成期： 第1期生氣從早三疊世開始至中侏羅世末結束， 在中侏羅世達到生氣高峰； 第1期生氣從侏羅紀末持續至晚白堊世初期， 生氣高峰為早白堊世。

3.2 運移條件。導體是油氣運移、聚集成藏最重要的控制條件之一。伊盟隆起的輸導體系主要由優勢輸導砂體、不整合面、斷層和裂縫4 個輸導要素組成， 四者在平面及縱向上具有不同的分布特征。伊盟隆起上古生界山西組和下石盒子組廣泛發育沖積扇、河流和三角洲沉積體系， 地層中砂體發育， 連通性好， 是天然氣側向運移的良好通道。此外， 由加里東構造運動所形成的區域不整合面在伊盟隆起北部地區也是天然氣側向運移的重要通道。燕山期伊盟隆起構造作用較為強烈， 泊爾江海子、單家塔等基底斷層重新活動， 并形成了眾多次一級斷層和裂縫， 斷層活動時間與第2次天然氣大規模成藏時期匹配較好， 對天然氣的垂向運移及調整具有重要作用。近距離的天然氣運移成藏以單一輸導要素為主， 如伊盟隆起南部地區烴源巖內部或與之緊鄰的天然氣藏， 而北部地區天然氣成藏則必須經過多個輸導要素遠距離運移， 輸導要素在三維空間組合成復雜的立體網絡， 使天然氣的運移路徑復雜化。

3.3 圈閉條件。盟隆起上古生界大部分圈閉（ 主要是巖性圈閉）形成于二疊紀， 少部分（ 主要是構造圈閉） 形成于侏羅紀和白堊紀， 其形成時期均早于生氣高峰期或者與之同步， 為有效圈閉。隆起北部地區發育了不同類型的圈閉 ， 其中構造類圈閉最為發育， 主要與斷層和古地貌隆起相伴生， 其次為巖性圈閉及少量物性圈閉。伊盟隆起南部地區基本地質特征與盆地內部差異較小， 構造活動不活躍， 主要發育巖性圈閉及少量低幅構造圈閉。

3.4 天然氣成藏模式

根據伊盟隆起上古生界天然氣來源、天然氣藏的分布特點和生、儲、蓋組合配置關系， 并結合研究區含油氣系統事件分析， 可將伊盟隆起上古生界天然氣成藏歸結為2 種模式。（1）遠源成藏模式（ 北部隆起區）。前已述及， 伊盟隆起北部地區烴源巖不發育， 且熱演化程度較低， 要形成規模氣藏， 必然需要其他地區烴源巖的補給。研究表明， 伊盟隆起南部以及烏審旗地區上古生界烴源巖所生成的大量天然氣經由斷層、裂縫、不整合面以及大面積分布的下石盒子組盒8段砂體向伊盟隆起北部地區長距離運移。在這種成藏模式下天然氣具有遠距離側向運移為主、垂向運移為輔、早期中侏羅世源外成藏的特點， 根據此種成藏模式推測天然氣應主要聚集在下石盒子組和上石盒子組等較淺層位， 在下石盒子組中已發現數量較多的天然氣藏， 而上石盒子組則有待勘探的進一步證實。（2）近源成藏模式（ 南部地區）。伊盟隆起南部地區鄰近生烴中心， 區內構造運動微弱， 局部構造和斷層不太發育， 下部烴源巖生成的天然氣通過斷層和裂縫等輸導體系向上部和周圍儲集層運移。在這種成藏模式下天然氣具有短距離垂向運移為主、側向運移為輔、晚期（ 早白堊世） 源內成藏的特點， 據此推測天然氣應主要聚集在山西組和下石盒子組等較深層位， 這與現今勘探結果一致。

參考文獻

1. 張水昌， 米敬奎， 劉柳紅，等.中國致密砂巖煤成氣藏地質特征及成藏過程： 以鄂爾多斯盆地上古生界與四川盆地須家河組氣藏為例[J] .石油勘探與開發， 2009， 36（ 3） ： 320- 330.