鄂爾多斯盆地隴東地區二疊系太原組鋁土巖系儲層特征及勘探意義

摘 要 近期，鄂爾多斯盆地西南緣隴東地區二疊系太原組鋁土巖系天然氣勘探獲重大突破，開辟了盆地找氣新領域。為系統探究鋁土巖這一新的儲層類型，基于巖心觀察、測井、地震、巖石薄片、X射線衍射全巖分析、掃描電鏡—能譜、高壓壓汞、低溫氮氣吸附等方法，詳細研究了鋁土巖系儲層巖石學特征和孔隙結構特征，進而闡述了盆地鋁土巖系儲層的主控因素和勘探意義。結果表明：（1）巖性垂向上具有三段式的結構特征，上部和下部以鋁土質泥巖為主，中部以鋁土巖為主，溶蝕孔隙發育，是鋁土巖系主要儲層發育段；（2）太原組鋁土巖系礦物組成以鋁質礦物和黏土礦物為主，主要礦物為一水硬鋁石、高嶺石、伊利石及綠泥石，礦物晶體細小，以隱晶、微晶及隱晶質團塊為主；（3）鋁土巖儲集空間主要是顆粒內溶孔、基質溶孔、粒間溶孔、晶間孔隙及微裂隙等，孔徑主要介于20～200 μm；儲層主流喉道孔徑介于150 nm～4 μm，孔隙結構較好，退汞效率高，整體上以亞微米—微米級孔喉為主；儲層物性孔隙度平均為10.6%，滲透率平均為4.04×10-3 μm2，大于0.3×10-3 μm2以上的占到36%，儲集條件較好；（4）沉積環境和古地貌控制了鋁土巖儲層的分布，潛坑和階地型微古地貌富集鋁土巖，是主要的勘探有利區。該研究成果可為華北等地區鋁土巖天然氣勘探提供借鑒。

關鍵詞 鋁土巖系；鋁土巖；太原組；隴東地區；儲層；鄂爾多斯盆地

第一作者簡介 姚涇利，男，1964年出生，博士，教授級高級工程師，儲層沉積學，E-mail： yjl_cq@petrochina.com.cn

通信作者 石小虎，男，高級工程師，E-mail： shixh_cq@petrochina.com.cn

中圖分類號 TE122.2 文獻標志碼 A

0 引言

鋁土巖（鋁土礦）是一種化學成分上富含Al2O3（gt;40%）、Al2O3：SiO2gt;1，由鋁氫氧化物和氧化物組成的沉積巖類，主要礦物成分包括鋁質礦物、黏土礦物、鐵礦物、鈦礦物及其他微量礦物等[1?5]。我國鋁土巖依據基巖類型主要劃分為喀斯特型和紅土型兩類[2?3]，隴東太原組鋁土巖屬于喀斯特型，組成的鋁質礦物主要為一水硬鋁石，形成機制包括三個階段：陸生風化物質準備階段、海侵物質遷移階段、表生淋濾改造富集階段，陸表多期次淋濾旋回是形成鋁土巖系層式剖面結構的重要因素[2，6]，發育程度主要受巖溶喀斯特微地形和沉積相帶控制[2?3，5，7]。

以往鄂爾多斯盆地勘探實踐表明，古風化殼的鋁土巖系巖層密度大、物性差，分布較為廣泛，具備較強的封蓋能力，普遍認為是區域蓋層，而不能作為有效的儲集層段[8?9]。近年來，勘探實踐表明鄂爾多斯盆地的本溪組和太原組鋁土巖系巖層中發育溶孔和微裂縫，具備較好的儲集條件[10?12]，多口探井在鋁土巖段試氣獲得低產氣流。2021年8月，長慶油田在鄂爾多斯盆地隴東地區L47井太原組鋁土巖試氣獲無阻流量67.38×104 m3/d高產氣流，實現了鄂爾多斯盆地古生界鋁土巖新型氣藏勘探的重大突破，顯示出鋁土巖系天然氣勘探的巨大潛力，初步評估鋁土巖氣藏勘探有利區面積約7 000 km2，天然氣資源量超過5 000×108 m3。

基于鄂爾多斯盆地隴東地區測井、錄井、地震等研究成果，以研究區L58井太原組鋁土巖系全取心段和部分探井的鋁土巖系巖心為研究對象，采用巖心觀察、巖石薄片、X射線衍射全巖分析（全巖XRD）、掃描電鏡—能譜（SEM-EDS）、高壓壓汞及低溫氮氣吸附法等分析實驗方法，系統研究了鋁土巖儲層特征，初步明確了鋁土巖系儲層的礦物類型、巖性組合、孔隙類型、微觀結構特征、控制因素及勘探潛力，研究成果可為鄂爾多斯盆地鋁土巖氣藏的儲層評價提供借鑒。

1 研究區地質概況

1.1 盆地概況

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，發育在太古代—早元古代結晶基底之上，經歷了中、晚元古代坳拉谷階段、早古生代淺海臺地階段、晚古生代濱海平原階段、中生代內陸盆地階段和新生代周邊斷陷階段五個演化階段，最終形成了一個大型古生代—中生代疊合含油氣盆地。在燕山—喜山期構造隆升背景下，形成了現今西陡東緩的不對稱向斜構造。現今盆地構造特征可劃分為6個一級構造單元，即伊盟隆起、伊陜斜坡、天環坳陷、晉西撓褶帶、西緣沖斷帶和渭北隆起，隴東地區位于伊陜斜坡西南緣（圖1a）[13]。

鄂爾多斯盆地早古生代為穩定的克拉通盆地演化階段，受早期構造運動控制，西南緣形成了“L”形中央古隆起，研究區位于中央古隆起地帶。古隆起東側主要為陸表海碳酸鹽巖沉積，西、南側以秦祁海陸緣海碳酸鹽巖沉積為主。奧陶紀末期，受加里東運動影響，鄂爾多斯盆地整體抬升，古隆起遭受強烈剝蝕，從中奧陶世至晚石炭世進行了長達1.3億年的物理—化學風化作用，形成了巨厚的古風化殼，成為含鋁物質的主要物質來源[14]。晚石炭世在拉張構造背景下，盆地經歷了整體沉降。本溪期海水自東向西侵入，中央古隆起面積逐漸減小，本溪組由盆地中心向西南及東北方向超覆。盆地東北部以淺海陸棚、潟湖和潮坪沉積為主，此時盆地西南部的中央古隆起處于巖溶高地未接受本溪組沉積，以表生風化作用為主。早二疊世太原期，海侵加劇，中央古隆起逐漸向南退入水下，盆地中部和東部以淺海陸棚和濱岸沉積為主，西南部古隆起接受太原組沉積，以潮坪和潟湖沉積為主，潟湖環境中沉積了一套鋁土巖系地層。晚二疊世山西期，受南北兩側海洋俯沖作用的影響，華北地臺抬升，海水退出，盆地演化為內陸盆地[15?16]。

1.2 研究區介紹

隴東地區位于中央古隆起核部邊緣東側，早古生代加里東構造運動，使早石炭紀地層遭受了長期強烈風化和剝蝕，在上、下古生界之間形成了一套風化殼，接近古隆起核部地層年代越老。風化產物在古隆起邊緣低洼地帶堆積，為該區鋁土巖系形成提供了豐富的原始物質。古生界地層自下而上為下古生界寒武系毛莊組、徐莊組、張夏組、三山子組，奧陶系馬家溝組；上古生界二疊系太原組、山西組、石盒子組、石千峰組，缺失志留系、泥盆系及石炭系地層。研究的目的層系太原組地層厚度平均約30 m，與下伏古生界碳酸鹽巖古風化殼呈平行不整合接觸，從古隆起邊緣至核部逐漸缺失奧陶系、寒武系地層，出露年代逐漸變老，與上覆二疊系山西組呈整合接觸（圖1b）。

2 儲層特征

2.1 巖性特征

鄂爾多斯盆地太原期為一套海陸交互相沉積，盆地大部分地區主要發育暗色砂泥巖夾灰巖和煤層。由于早古生代隴東地區發育中央古隆起，太原組巖性與其他地區相比具有一定的特殊性，主要發育鋁土巖系、碳質泥巖、灰巖、薄層砂巖及煤層。其垂向巖性組合序列可概括為三種成因類型。不同成因組合類型鋁土巖系厚度、淋濾程度也有所不同（表1、圖2）。

2.1.1 巖性垂向組合序列

鋁土巖系+碳質泥巖組合 發育于潛坑微古地貌，反映持續發育在潛水面之上存在長期淋濾的風化殼背景，鋁土巖平面分布具一定規模（圖2a）。

鋁土巖系+煤（碳質泥巖）+碎屑巖組合 發育于階地微古地貌，反映持續發育在潛水面之上存在一段時期淋濾的風化殼背景，鋁土巖分布較為連續，厚度穩定（圖2b）。

鋁土巖系+煤（碳質泥巖）+灰巖組合 發育于溝槽微古地貌，反映潛水面上升后鋁土巖淋濾時間短的風化殼背景，鋁土巖分布局限，厚度較薄（圖2c）。

2.1.2 鋁土巖系剖面結構特征

探井和露頭剖面揭示，無論太原組呈哪種成因的巖性組合，其鋁土巖系垂向上多具有三段式結構特征，上部和下部以鋁土質泥巖為主，而且上部黏土礦物以高嶺石為主，下部黏土礦物以伊利石為主，中部以鋁土巖為主，溶蝕孔隙發育，是鋁土巖系儲層的主要發育層段（圖3、表2）。

上部鋁土質（高嶺石）泥巖：礦物成分以黏土礦物—高嶺石為主，高嶺石含量平均超過40.0%，結晶較好，以泥—微晶為主，呈層狀分布，形態不規則。一水硬鋁石含量較低，含量不足20.0%，呈豆鮞、團塊及碎屑狀、層狀不連續分布，基本未溶蝕。可見黃鐵礦、菱鐵礦呈結核狀大小不均勻零星分布（圖4a，b）。

中部鋁土巖：主要礦物為一水硬鋁石，平均含量超80.0%，黏土礦物不足5.0%，銳鈦礦較豐富，平均為2.0%。具有多孔狀、殘余豆鮞及碎屑狀等結構，顆粒具定向，分選較好，呈層狀分布的特征。豆鮞碎屑發生強烈溶蝕，形成粒內溶蝕孔隙；基質一水硬鋁石重結晶形成自形微晶，發育晶間孔隙。該段是鋁土巖系儲集發育段（圖4c，d）。

下部鋁土質（伊利石）泥巖：主要礦物為黏土礦物—伊利石，含量超過40.0%，一水硬鋁石平均不足35.0%。砂屑、豆鮞結構發育，成分以一水硬鋁石為主，顆粒具有沿層面壓扁拉長的特征，顆粒分選差，磨圓相對較好，沉積紋層較發育（圖4e，f）。

鋁土巖系的多段式結構可能與太原期的多次海侵海退密切相關[17?19]。晚古生代華北陸塊整體沉積環境為陸表海，發生多起海進海退現象，海平面變化可能是造成原始沉積物序列變化的主控因素。海平面下降時，已沉積的原始沉積物暴露地表，在大氣降水影響下，潛水面處于沉積物表面之下時，原始礦物處于氧化環境，促使元素活化、轉化和遷移，產生富鐵鋁化作用，造成Al2O3含量增高。由于水體滲流具有自上而下的特點，形成了上層淋溶層和下層的淋溶物質沉淀的沉積層。在海平面上升期間，由于潛水面處于沉積物表面之上，限制了沉積物中水的循環，形成還原環境，可能發生再硅化作用，鋁土質被置換，Al2O3含量可能降低形成高硅低鋁的黏土層。

2.2 結構與構造特征

鋁土巖系的結構與構造能夠反映其形成環境。不同學者對鋁土巖自然類型有多種劃分方案[1，6?7，19]。本次借鑒杜遠生等[19]分類方案，將隴東地區太原組鋁土巖系依據鋁土礦常見的結構與構造特征分為4種類型：致密塊狀、多孔土狀、碎屑狀、豆粒（鮞粒）狀。

致密塊狀鋁土巖 為灰色—灰綠色，具有泥質結構，多為泥土狀黏土礦物（主要為高嶺石）為主，質地較純，多呈隱晶質，光滑堅硬，孔隙度小。是風化殼產物以懸浮方式搬運再機械沉積，指示了半封閉低能沉積環境（圖4b）。

多孔土狀鋁土巖 為灰白色，結構疏松粗糙，多孔蜂窩狀結構，表明經歷了后期強烈的淋濾作用改造。可見殘余豆鮞、碎屑等結構，可能由其余3種類型鋁土巖演化而來，是鋁土巖儲層的主要層段（圖4c，d）。

碎屑狀鋁土巖 具有明顯的粗碎屑特征，顏色、顆粒磨圓、粒徑大小差異大，分選性差。碎屑顆粒多為泥質，難以進行長距離搬運，為短距離搬運或假碎屑原地混合堆積（圖4e，f）。

豆粒（鮞粒）狀鋁土巖 是鋁土巖中常見結構，鮞粒均為同心層結構，成分以一水硬鋁石與黏土礦物為主，顏色多為灰色—淺灰色，與碎屑共生。豆鮞顆粒的形成可能與膠體溶液凝聚過程有關（圖4a、圖5a）。

2.3 礦物組成特征

利用巖心觀察和巖石薄片分析了鋁土巖的主要成分、結構及構造，借助全巖XRD分析了礦物組成特征，通過SEM-EDS觀察了礦物微觀形貌及礦物化學組合特征[3，20]。巖石薄片鑒定、全巖XRD及SEM-EDS分析在低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室完成。

太原組鋁土巖系主要礦物歸納為以下五個大類[2?3，21?22]：（1）鋁質礦物，包括一水硬鋁石；（2）黏土礦物，包括伊利石、高嶺石、綠泥石；（3）鈦質礦物，包括銳鈦礦、金紅石；（4）鐵質礦物，包括黃鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦等；（5）其他微量礦物，包括電氣石、鉀長石、石英等（表2、圖4，6）。

鋁質礦物 一水硬鋁石礦物顆粒細小，常呈隱晶質、豆粒、鮞粒及碎屑團塊狀；結晶較好時以短柱狀、針狀為主；鋁土質顆粒團塊間的粒間溶蝕孔隙中常自生形成一水硬鋁石晶體，呈長柱狀（圖5a～c，j、圖6a，b）。

黏土礦物 高嶺石一般出現在太原組上部鋁土質泥巖中，顯微鏡下高嶺石以隱晶質集合體為主，結晶細小。溶蝕孔隙充填結晶粗大的自形晶高嶺石，見晶間孔隙（圖5d，e）；伊利石普遍出現于太原組下部鋁土質泥巖和豆鮞狀鋁土質的夾層中，是鋁土質泥巖的主要組成礦物。薄片中伊利石多呈鱗片狀隱晶質集合體分布，少見部分呈板條狀的微晶，具有云母蝕變形成的特征（圖5f，g）；綠泥石在鋁土巖系地層中含量較低，顯微鏡和掃描電鏡下多以孔隙中析出自形晶體為主，呈針狀或葉片狀分布（圖5h、圖6c）。

鐵質礦物、鈦質礦物及其他微量礦物 黃鐵礦整體上結晶較差，主要呈細粒狀、團塊狀不均勻分布，有時呈稀疏浸染狀條帶狀分布，一般在上部接近煤層的鋁土質泥巖中含量較高。掃描電鏡下黃鐵礦大多呈半自形、自形的五角十二面體、八面體及草莓狀，結晶較好，發育晶間孔隙（圖5i）；菱鐵礦分布不均與局部富集，主要分布于鋁土質泥巖段，以結核狀斑點狀分布（圖5k，l）；銳鈦礦含量少但分布均勻，晶體較為細小在顯微鏡下難以觀察到，在掃描電鏡下多呈雙錐粒狀，同時常與一水硬鋁石共生，形成晶間孔隙（圖5j、圖6d）；金紅石、赤鐵礦、電氣石、鉀長石、石英等礦物結晶細小，含量低，大部分不足1.0%，僅在全巖XRD中能檢測到。

太原組鋁土巖系礦物具有喀斯特類型的礦物特征，形成原因復雜[22?24]。鋁質礦物幾乎僅見一水硬鋁石，多是古風化殼發育階段陸源鋁硅酸鹽巖或碳酸鹽巖風化產物直接分解脫硅轉化而成；或非晶質氫氧化鋁凝膠直接脫水轉化而成；或在成巖后生及表生階段一水硬鋁石在特定條件下，可以從鋁質溶液中結晶析出。黏土礦物作為鋁土巖系的主要伴生礦物，風化帶是其形成的最有利場所，具有多階段、多成因的特征。高嶺石主要是由母巖中鋁硅酸鹽礦物分解轉化而成，結晶很差多以隱晶質集合體產出；其次在成巖后生階段再硅化作用形成，地層上部煤層演化中形成酸性富二氧化硅的環境，緊鄰鋁質礦物不穩定增大，促使一水硬鋁石向高嶺石轉化，也形成鋁土巖巖系上部黏土礦物以高嶺石為主的特征。

伊利石機械片狀產出的極少，多以自生鱗片狀集合體為主，可形成黏土巖或構成巖石中的膠結物。成巖早期海水中鉀離子進入風化殼中的高嶺石，在堿性條件下，促使高嶺石轉化為伊利石；表生階段大氣淡水的淋溶作用下頂部析出的鉀離子下瀉也可促使底部黏土礦物向伊利石轉化。綠泥石經過成巖作用以結晶成纖維狀、鱗片狀，出現下排水不暢的深部風化帶和含二氧化硅地下水停滯帶，高嶺石與富含Fe2+、Mg2+離子的堿性孔隙水作用下轉化而成。鐵質礦物以二價鐵的還原環境為主，是成巖后生階段還原改造帶產物，結晶較好，脈狀、星散狀產出或充填孔隙。銳鈦礦絮狀集合體與隱晶質鋁土巖及黏土礦物共生，是風化母巖中鈦質礦物經風化淋濾非晶質絡合物凝聚而成；孔隙及裂縫中產出的自形銳鈦礦為成巖后生作用的產物。

2.4 孔隙類型、結構及物性特征

2.4.1 孔隙類型

太原組鋁土巖系有效儲集空間多發育在中部多孔土狀鋁土巖中，主要為表生期淋濾作用使豆鮞（碎屑）狀鋁質團塊顆粒內的硅質組分淋失形成的孔隙，或重結晶形成晶間溶蝕孔隙[1，3，7]。孔隙類型主要為顆粒內溶（洞）孔、粒間溶孔、基質溶孔、晶間孔及微裂隙。

1） 顆粒內溶蝕（洞）孔

主要是由一水硬鋁石豆鮞、碎屑等發生溶蝕形成的粒內溶蝕孔隙，孔徑為100～200 μm，面孔率為8.0%（圖4g）。巖心中多孔土狀、蜂窩狀溶蝕孔（洞）發育，連通性較好（圖4c，d）。

2） 粒間溶孔

屬于團塊顆粒間殘余的粒間孔隙，局部發生溶蝕擴大，孔隙中常析出高嶺石及一水硬鋁石晶體，多呈片狀及針狀，孔徑為20～150 μm，面孔率為3.0%，孔隙連通性中等（圖4h、圖5b）。

3） 基質溶孔

主要是豆鮞狀鋁土巖顆粒間隱晶質鋁土質發生重結晶作用，析出自形微晶一水硬鋁石晶體，松散狀堆積，形成晶間溶蝕孔隙（圖4i）。

4） 晶間孔

主要發育于結晶較好的高嶺石、一水硬鋁石、黃鐵礦及銳鈦礦晶間，孔徑細小，以納米級孔隙為主（圖5c，e，h～j）。

5） 微裂隙

主要分布于鋁土質泥巖層段，多以層間縫為主，地層條件下多呈半閉合狀態（圖4a～c，j）。

關于多孔土狀鋁土巖的成因有多處文獻論述[6?7，23]。其成因主要是原始鋁土沉積物形成后，隨著地殼抬升，進入表生淋濾富集階段，巖石中原有黏土礦物的硅質被地下水或地表水再次淋失后形成的孔隙，形成喀斯特型鋁土巖系中多孔土狀次生淋失結構。這種次生淋濾形成的孔隙中，經常充填次生的不同種類的礦物，常見結晶較為完好的柱狀一水硬鋁石、微晶狀高嶺石集合體、微晶粒狀銳鈦礦、細粒狀黃鐵礦及放射纖維狀綠泥石等，都屬于鋁土巖形成之后的充填物。多孔土狀鋁土巖中自生一水硬鋁石的氫氧同位素偏輕（δ18O平均為+8.7‰，δD平均為-87.3‰）[23]，證實其形成受淡水影響，屬于次生淋濾自生而成。

2.4.2 孔隙微觀結構

高壓壓汞的最大進汞壓力為200 MPa，該技術可以檢測到最小半徑約3.7 nm的孔喉，并通過壓汞曲線可以獲取微觀孔喉特征相關參數[25]。然而，鋁土巖脆性較高，高壓壓汞時易形成微小孔縫，對微細小孔喉表征可能失真，對于納米級孔隙（lt;100 nm）可采用低溫氮氣吸附法來測定。因此，結合高壓壓汞與低溫氮氣吸附可以比較完整準確地表征研究區鋁土巖儲層微米—納米級孔喉分布特征。高壓壓汞在低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室完成，低溫氮氣吸附在四川省科源工程技術測試中心完成。

研究區鋁土巖儲層典型樣品高壓壓汞參數與曲線顯示（表3、圖7a），各樣品排驅壓力偏低，范圍分布大非均質性強，介于0.181～4.676 MPa，進汞曲線平緩，孔喉分選較好，汞飽和度高，退汞效率高，孔喉比小，孔喉連通性好，單位孔隙體積較高，介于0.047 37～0.079 74 cm3/g，平均為0.067 89 cm3/g。依據Washburn方程將樣品的毛管壓力可對應轉化為孔喉大小，作出孔喉大小分布圖（圖7b），可以看出喉道孔徑多呈單峰態，分選性較好，分布范圍寬非均質性強，主流峰值介于150 nm～4 μm。不同物性樣品其最大進汞飽和度、排驅壓力及主流喉道半徑峰值存在差異。隨著物性變差，毛管曲線向右上方偏移，排驅壓力增大，最大汞飽和度降低，主流喉道半徑變小，單位孔隙體積也降低。

低溫氮氣吸附法可以對納米級孔隙體系進行孔隙結構評價[26]，該方法用來表征孔徑0.35～100 nm孔隙的大小、分布及孔隙形態。太原組鋁土巖樣品的低溫氮氣吸附實驗表明（圖7c），吸附曲線與脫附曲線基本重合，沒有遲滯現象，可以判斷鋁土巖儲層納米級孔隙不發育，形態為兩端開口的圓通狀孔隙，呈開放狀，連通性極好。利用BJH模型計算可獲得納米級孔隙體積和平均孔徑，孔徑主要介于2～100 nm，平均單位孔隙體積為0.007 cm3/g（圖7d），與高壓壓汞單位孔隙體積相比較，僅約占總孔隙體積的10%，表明鋁土巖納米級孔隙不發育。

2.4.3 儲層物性

統計隴東太原組鋁土巖儲層42塊樣品物性分析資料，孔隙度介于0.2%～28.7%，平均為10.65%，滲透率介于（0.004～38.55）×10-3 μm2，平均為4.04×10-3 μm2，大于0.3×10-3 μm2的占36.6%，儲集條件好，孔隙度與滲透率呈正相關性，但相關性一般，反映鋁土巖儲層非均質性強，物性受控因素復雜的特征（圖8，9）。不同巖性孔隙度與滲透率相關性表明（圖9），多孔土狀鋁土巖儲集條件明顯優于上古生界砂巖和下古生界碳酸鹽巖儲層。

綜合高壓壓汞、低溫氮氣吸附及儲層物性實驗結果，隴東地區鋁土巖儲層孔喉以微米—亞微米為主，納米級孔隙不發育，孔隙結構分選好，非均質性強，屬于中孔—細喉型低滲透儲層[25?26]。雖然鋁土巖儲層低滲、非均質性強，但多孔土狀鋁土巖儲層物性仍高于古生界砂巖和碳酸鹽巖。因此，勘探過程中應重點關注鋁土巖系層序中段一水硬鋁石含量超過80.0%的鋁土巖，其多發育多孔、蜂窩狀溶蝕孔隙，是油氣聚集的有利場所。

3 鋁土巖儲層控制因素及勘探意義

3.1 鋁土巖儲層控制因素

喀斯特型鋁土巖形成經歷了三個階段：第一階段是陸生風化物準備階段，在大氣條件下由風化作風形成了含鋁質礦物、黏土礦物、氧化鐵礦物等的殘積富鋁風化殼，此階段為大氣條件下原地殘積堆積階段；第二階段是殘積富鋁風化殼鈣紅土層、紅土層或紅土鋁土礦被海水淹沒階段，經海水二次搬運至巖溶古地貌的低洼地帶逐漸深埋地下，經過一段時期的成巖后生作用演變改造后形成原始鋁土礦層；第三階段是表生淋濾富集階段，原始鋁土礦層隨地殼抬升到地表淺部后由于地表水或地下水的改造作用，使硅質淋失、鋁質富集，形成富鋁的鋁土巖系[7]。隴東地區鋁土巖形成環境受古沉積環境、古地貌影響和控制。

3.1.1 古沉積環境

奧陶紀末期受加里東構造運動影響，鄂爾多斯盆地在整體抬升為陸地，遭受了1.3億年以上的風化剝蝕，同時華北板塊整體位于赤道附近，氣候濕熱，為風化殼殘積物的形成提供了得天獨厚的古氣候環境[24，27?28]。晚石炭世在拉張構造作用下，盆地再次沉降接受沉積，太原期海水自東向西快速侵入，海侵范圍最大，盆地西南部的中央古隆起東側主要發育潮坪和潟湖相沉積，海侵海退周期頻繁，使得富鋁風化產物經海水二次搬運至中央隆起東側的潮坪或潟湖等封閉—半封閉還原環境沉積，形成了鋁質礦物的富集，是鋁土巖系的原始沉積物，為后期淡水淋濾形成厚層鋁土巖奠定了物質基礎。隴東地區古隆起邊緣濱淺海潟湖、潮坪相為鋁土巖系形成提供了良好的沉積環境，鋁土巖系主要分布海陸相頻繁交互的潮間相帶（圖10）。

3.1.2 古地貌

構造作用導致碳酸鹽巖臺地形成了高差不同古地貌地形[29]。研究區位于中央古隆起東側邊緣（圖11a），構造位置相對較高，海退后潟湖水位下降，潟湖沉積環境中形成的鋁質原始沉積處于潛水面之上，受地表水的淋濾再改造，鋁質沉積物發生富鐵鋁化作用，硅質流失而形成溶蝕孔隙，從而形成了有效的鋁土巖儲層。構造低部位相對封閉，發育和堆積較厚的鋁質沉積物；同時，構造低部位利于地表水淋濾，巖溶作用的改造強度高且泄水通道發育，有利于離子遷移，易于發生脫硅化作用，可形成大量的孔隙，提供更多儲集空間。

太原組沉積期受中央古隆起控制，自西南向東北方向劃分為高地、斜坡、洼地三個沉積單元，古地貌高度依次降低。斜坡是發育鋁土巖的有利區，又可細分為潛坑、階地、溝槽等微古地貌（圖11a，b）。潛坑處于高海拔潛水面以上，以垂直方向的滲流帶為主，淡水淋濾期長，發育鋁土巖系+碳質泥巖巖性組合，鋁土巖厚度大，分布范圍小；溝槽位于低海拔潛水面以下為水平方向潛水帶環境，風化淋濾期短，發育鋁土巖系+灰巖巖性組合，同時因地勢低連通古河，鋁質沉積物不利于富集，鋁土巖厚度薄，分布局限；階地介于滲流帶與潛水帶之間的中間帶，大部分時間處于潛水面之上，淋濾時期較長，發育鋁土巖系+碎屑巖巖性組合，鋁土巖分布連片，厚度穩定（圖11c）。因此，微古地貌控制著鋁土巖儲層的品質。慶陽高地以垂向滲流溶蝕作用為主，碳酸鹽地層溶蝕形成殘丘，沿環縣—慶城—合水一帶分布，巖溶斜坡的潛坑和階地微地貌位于構造較低部位，發育的鋁土巖儲層厚度大、物性好，是相對較高孔滲鋁土巖儲層分布區帶。

3.2 勘探潛力分析

隴東地區位于慶陽古隆起東側，為古地貌構造低部位，沉積的鋁土巖厚度大，溶蝕作用強，儲集性能好。結合測錄井—地震資料，以隴東地區太原組的沉積微相圖和微古地貌圖為基礎，精細刻畫鄂爾多斯盆地西南部太原組鋁土巖厚度圖（圖12）。鋁土巖儲層呈北西—南東方向連片分布，厚度介于2～14 m，有利區帶主要集中在環縣—慶城—正寧一帶，平均厚度大于5 m是鋁土巖氣藏重點勘探區帶。研究表明隴東地區太原組鋁土巖儲層其頂部緊鄰連片分布的煤系烴源巖，烴源巖由煤巖、暗色泥巖和碳質泥巖組成，厚度為4～20 m，分布面積廣，熱演化程度高（Ro介于2.0%～3.0%），生烴能力強，具有廣覆式供烴的特點，形成“上生下儲”的源儲配置關系，具有形成大型氣藏的資源潛力[12]。

統計已有探井發現，有50余口井鉆遇太原組鋁土巖，其中29口井含氣特征明顯。針對此類特殊巖性氣藏，工藝技術人員近兩年通過巖石力學、儲層傷害評價等實驗，初步建立裂縫擴展規律模型，研發VSW@shale環空體積壓裂液體系，實現了鋁土巖氣藏體積壓裂新工藝突破，目前已完成試氣井10口，其中7口試氣產量大于1×104 m3/d。2021年部署的L47井經改造后獲無阻流量67.38×104 m3/d 高產氣流，實現了鄂爾多斯盆地古生界鋁土巖新型氣藏的重大突破，初步落實有利勘探面積約7 000 km2，天然氣資源量超過5 000×108 m3，具有發現規模儲量的勘探潛力。

4 結論

（1） 隴東太原組鋁土巖系巖性垂向上具有三段式的結構特征，上部和下部以鋁土質泥巖為主，中部以多孔土狀鋁土巖為主，溶蝕孔隙發育，是鋁土巖系儲集層主要發育段，形成與太原期多期海進海退密切相關。礦物組成以鋁質礦物和黏土礦物為主，主要為一水硬鋁石、高嶺石、伊利石及綠泥石，礦物晶體細小，以隱晶、微晶及隱晶質團塊狀為主。

（2） 鋁土巖儲層的主要儲集空間為顆粒內溶（洞）孔、基質溶孔、粒間溶孔、晶間孔隙及微裂隙等；孔徑主要介于20～200 μm，主流喉道孔徑介于150 nm～4 μm，孔隙結構較好，非均質性強，以亞微米—微米級孔喉為主；儲層物性孔隙度平均為10.6%，滲透率平均為4.04×10-3 μm2，儲集條件較好。

（3） 慶陽古陸特殊沉積環境和古地貌控制了鋁土巖儲層的分布，潟湖、潮坪相控制鋁土巖系的形成富集，潛坑和階地型微古地貌控制鋁土巖儲層品質，有利區沿環縣—慶城—正寧一帶呈北西—南東方向連片分布，面積約7 000 km2。

（4） 隴東地區太原組鋁土巖儲層其頂部緊鄰連片分布的煤系烴源巖，廣覆式供烴，形成“上生下儲”的源儲配置關系，有利于油氣成藏，初步落實鋁土巖天然氣資源量超過5 000×108 m3，展示出具有發現規模儲量的潛力。同時隴東鋁土巖氣藏勘探突破將為華北等地區鋁土巖天然氣勘探提供借鑒。

致謝 感謝兩位審稿專家及編輯老師給出的意見、建議和耐心專業指導。

參考文獻（References）

［1］ 吳國炎，姚公一，呂夏，等. 河南鋁土礦床［M］. 北京：冶金工業

出版社，1996：113-140.［Wu Guoyan， Yao Gongyi， Lü Xia， et

al. Henan bauxite deposites［M］. Beijing： Metallurgical Industry

Press， 1996： 113-140.］

［2］ 王慶飛，鄧軍，劉學飛，等. 鋁土礦地質與成因研究進展［J］. 地

質與勘探，2012，48（3）：430-448.［Wang Qingfei， Deng Jun，

Liu Xuefei， et al. Review on research of bauxite geology and

genesis in China［J］. Geology and Prospecting， 2012， 48（3）：

430-448.］

［3］ 劉學飛，王慶飛，李中明，等. 河南鋁土礦礦物成因及其演化序

列［J］. 地質與勘探，2012，48（3）：449-459.［Liu Xuefei， Wang

Qingfei， Li Zhongming， et al. Mineral genesis and evolutionary

sequence of the bauxite deposits in Henan province［J］. Geology

and Prospecting， 2012， 48（3）： 449-459.］

［4］ 高蘭，王登紅，熊曉云，等. 中國鋁礦成礦規律概要［J］. 地質學

報，2014，88（12）：2284-2295. ［Gao Lan， Wang Denghong，

Xiong Xiaoyun， et al. Summary on aluminum ore deposits

minerogenetic regulation in China［J］. Acta Geologica Sinica，

2014， 88（12）： 2284-2295.］

［5］ 高蘭，王登紅，熊曉云，等. 中國鋁土礦資源特征及潛力分析

［J］. 中國地質，2015，42（4）：853-863.［Gao Lan， Wang Denghong，

Xiong Xiaoyun， et al. Minerogenetic characteristics and

resource potential analysis of bauxite in China［J］. Geology in

China， 2015， 42（4）： 853-863.］

［6］ 豐愷. 河南鋁土礦成因的一點認識［J］. 輕金屬，1992（7）：1-8.

［Feng Kai. Understanding of the origin of bauxite in Henan province

［J］. Light Metals， 1992（7）： 1-8.］

［7］ 杜遠生，余文超. 沉積型鋁土礦的陸表淋濾成礦作用：兼論鋁

土礦床的成因分類［J］. 古地理學報，2020，22（5）：812-826.

［Du Yuansheng， Yu Wenchao. Subaerial leaching process of sedimentary

bauxite and the discussion on classifications of bauxite

deposits［J］. Journal of Palaeogeography， 2020， 22（5）：

812-826.］

［8］ 張銀德，周文，鄧昆，等. 鄂爾多斯盆地高橋構造平緩地區奧陶

系碳酸鹽巖巖溶古地貌特征與儲層分布［J］. 巖石學報，2014，

30（3）：757-767.［Zhang Yinde， Zhou Wen， Deng Kun， et al. Palaeogeomorphology

and reservoir distribution of the Ordovician

karstified carbonate rocks in the structurally-gentle Gaoqiao area，

Ordos Basin［J］. Acta Petrologica Sinica， 2014， 30（3）：

757-767.］

［9］ 劉全有，金之鈞，王毅，等. 鄂爾多斯盆地海相碳酸鹽巖層系天

然氣成藏研究［J］. 巖石學報，2012，28（3）：847-858.［Liu Quanyou，

Jin Zhijun， Wang Yi， et al. Gas filling pattern in Paleozoic

marine carbonate reservoir of Ordos Basin［J］. Acta Petrologica

Sinica， 2012， 28（3）： 847-858.］

［10］ 劉文輝，潘和平，李健偉，等. 鄂爾多斯盆地大牛地氣田鋁土

質泥巖儲層的測井評價［J］. 天然氣工業，2015，35（5）：24-30.

［Liu Wenhui， Pan Heping， Li Jianwei， et al. Well logging evaluation

on bauxitic mudstone reservoirs in the Daniudi gasfield，

Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry， 2015， 35（5）： 24-30.］

［11］ 孟衛工，李曉光，吳炳偉，等. 鄂爾多斯盆地寧古3 井太原組含

鋁巖系天然氣成藏特征及地質意義［J］. 中國石油勘探，2021，

26（3）：79-87.［Meng Weigong， Li Xiaoguang， Wu Bingwei， et

al. Research on gas accumulation characteristics of aluminiferous

rock series of Taiyuan Formation in well Ninggu 3 and its

geological significance， Ordos Basin［J］. China Petroleum Exploration，

2021， 26（3）： 79-87.］

［12］ 付金華，李明瑞，張雷，等. 鄂爾多斯盆地隴東地區鋁土巖天

然氣勘探突破與油氣地質意義探索［J］. 天然氣工業，2021，41

（11）：1-11.［Fu Jinhua， Li Mingrui， Zhang Lei， et al. Breakthrough

in the exploration of bauxite gas reservoir in Longdong

area of the Ordos Basin and its petroleum geological implications

［J］. Natural Gas Industry， 2021， 41（11）： 1-11.］

［13］ 楊俊杰. 鄂爾多斯盆地構造演化與油氣分布規律［M］. 北京：

石油工業出版社，2002：33-60.［Yang Junjie. Tectonic evolution

and oil-gas reservoirs distribution in Ordos Basin［M］. Beijing：

Petroleum Industry Press， 2002： 33-60.］

［14］ 付金華，孫六一，馮強漢，等. 鄂爾多斯盆地下古生界海相碳

酸鹽巖油氣地質與勘探［M］. 北京：石油工業出版社，2018：1-

40.［Fu Jinhua， Sun Liuyi， Feng Qianghan， et al. Marine carbonate

petroleum geology and exploration of Lower Paleozoic in

Ordos Basin ［M］. Beijing： Petroleum Industry Press， 2018：

1-40.］

［15］ 趙振宇，郭彥如，王艷，等. 鄂爾多斯盆地構造演化及古地理

特征研究進展［J］. 特種油氣藏，2012，19（5）：15-20.［Zhao

Zhenyu， Guo Yanru， Wang Yan， et al. Study progress in tectonic

evolution and paleogeography of Ordos Basin［J］. Special Oil

amp; Gas Reservoirs， 2012， 19（5）： 15-20.］

［16］ 郭艷琴，李文厚，郭彬程，等. 鄂爾多斯盆地沉積體系與古地

理演化［J］. 古地理學報，2019，21（2）：293-320.［Guo Yanqin，

Li Wenhou， Guo Bincheng， et al. Sedimentary systems and palaeogeography

evolution of Ordos Basin［J］. Journal of Palaeogeography，

2019， 21（2）： 293-320.］

［17］ 劉長齡. 中國鋁土礦的成因類型［J］. 中國科學（B輯），1987，

17（5）：535-544.［Liu Changling. The origin type of bauxite deposit

in China ［J］. Science in China Series B， 1987， 17（5）：

535-544.］

［18］ Bárdossy G， Aleva G J J. Lateritic bauxites： Developments in

economic geology［M］. Amsterdam： Elsevier Science， 1990：

1-624.

［19］ 杜遠生，周琦，金中國，等. 黔北務正道地區二疊系鋁土礦沉

積地質學［M］. 武漢：中國地質大學出版社，2016：35-67.［Du

Yuansheng， Zhou Qi， Jin Zhongguo， et al. Sedimentary geology

of the Permian bauxite deposit in the Wuchuan-Zhengan-

Daozhen area， northern Guizhou province［M］. Wuhan： China

University of Geosciences Press， 2016： 35-67.］

［20］ 常麗華，陳曼云，金巍，等. 透明礦物薄片鑒定手冊［M］. 北

京：地質出版社，2006：105-199.［Chang Lihua， Chen Manyun，

Jin Wei， et al. Manual for identification of transparent minerals

in thin section ［M］. Beijing： Geological Publishing House，

2006： 105-199.］

［21］ 林良彪，陳彥慶，淡永，等. 川東北須家河組中鋁土礦的發育

特征及其對構造活動的響應［J］. 巖石學報，2011，27（8）：

2392-2402.［Lin Liangbiao， Chen Yanqing， Dan Yong， et al.

Development characteristics of the Xujiahe Formation bauxite in

the northeast of Sichuan Basin and its response to structural

movement［J］. Acta Petrologica Sinica， 2011， 27（8）： 2392-

2402.］

［22］ 曹高社，杜欣. 華北陸塊本溪組含鋁巖系形成機理［M］. 北

京：科學出版社，2020：33-75.［Cao Gaoshe， Du Xin. Formation

mechanism of the aluminiferous rock series in Benxi Formation，

North China Block［M］. Beijing： Science Press， 2020：

33-75.］

［23］ 廖士范，梁同榮. 中國鋁土礦地質學［M］. 貴陽：貴州科技出

版社，1991：146-181.［Liao Shifan， Liang Tongrong. Bauxite

geology of China［M］. Guiyang： Guizhou Science and Technology

Publishing House， 1991： 146-181.］

［24］ 布申斯基. 鋁土礦地質學［M］. 王恩孚，譯. 北京：地質出版

社，1984：99-119. ［Г. И. Bushinsky. Bauxite geology［M］.

Wang Enfu， trans. Beijing： Geological Publishing House，

1984： 99-119.］

［25］ 徐永強，何永宏，陳小東，等. 鄂爾多斯盆地隴東地區長7致密儲

層微觀孔喉特征及其對物性的影響［J］. 地質與勘探，2019，55

（3）：870-881.［Xu Yongqiang， He Yonghong， Chen Xiaodong，

et al. Characteristics of microscopic pore throats and their influence

on physical properties of the Chang7 tight reservoir in the

Longdong area， Ordos Basin［J］. Geology and Exploration，

2019， 55（3）： 870-881.］

［26］ 龐銘，陳華興，唐洪明，等. 海相頁巖與陸相頁巖微觀孔隙結

構差異：以川南龍馬溪組、鄂爾多斯延長組為例［J］. 天然氣勘

探與開發，2018，41（2）：29-36.［Pang Ming， Chen Huaxing，

Tang Hongming， et al. Differences of micropore structure between

marine shale and continental shale： Examples from Longmaxi

Formation in southern Sichuan Basin and Yanchang Formation

in Ordos Basin［J］. Natural Gas Exploration and Development，

2018， 41（2）： 29-36.］

［27］ 劉長齡. 中國石炭紀鋁土礦的地質特征與成因［J］. 沉積學

報，1988，6（3）：1-10.［Liu Changling. Geological features and

genesis of Carboniferous bauxite in China［J］. Acta Sedimentologica

Sinica， 1988， 6（3）： 1-10.］

［28］ 廖士范. 我國鋁土礦成因及礦層沉積過程［J］. 沉積學報，

1986，4（1）：1-8.［Liao Shifan. The genesis of bauxite and the

sedimentary process of its ore deposit in China［J］. Acta Sedimentologica

Sinica， 1986， 4（1）： 1-8.］

［29］ D'Argenio B， Mindszenty A. Bauxites and related paleokarst：

Tectonic and climatic event markers at regional unconformities

［J］. Eclogae Geologicae Helvetiae， 1995， 88（3）： 453-499.］