鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成藏特征与模式

郭彦如，付金华，魏新善，徐旺林，孙六一，刘俊榜，赵振宇，张月巧，高建荣，张延玲

（1. 中国石油勘探开发研究院；2. 中国石油长庆油田公司；3. 中国石油长庆油田勘探开发研究院）

0 引言

鄂尔多斯盆地中部奥陶系具有万亿立方米的天然气储量规模，已成为天然气增储上产的主要勘探层系[1]。鄂尔多斯盆地内碳酸盐岩分布面积广，沉积环境变化大，储集层类型多，成藏地质条件复杂，预测难度高，勘探前景并不明朗。前人的研究更多地侧重于奥陶系风化壳气藏[2-4]、沉积环境、烃源岩以及天然气成藏等方面[5-27]。但受勘探程度和资料限制，对奥陶系海相烃源岩、碳酸盐岩气藏成藏机理、成藏演化过程和气藏类型的认识还存在局限性。本文基于对奥陶系沉积环境与烃源岩条件的分析，研究和论证鄂尔多斯盆地奥陶系油气成藏特征以及可能的气藏类型。

1 区域地质背景

奥陶系是鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探的主要目的层系，平均厚度为500～1 500 m，其中下奥陶统马家沟组是海相碳酸盐岩主要含气层位[1]。

奥陶系沉积期，“L型”中央古隆起（近南北向）持续发展，形成两大沉积环境：盆地西南部为古祁连洋和秦岭洋，中东部为华北海域。奥陶系受“L型”中央古隆起的控制，隆起两侧的地层具有很大差异[6]（见图1a）。

盆地西缘和南缘经历了从早奥陶世被动陆缘缓坡台地向中—晚奥陶世主动陆缘弱镶边台地的演化[9]，形成厚达万米的海相地层。下奥陶统三道坎组（西缘）/马家沟组马一段—马三段（南缘）以内陆棚缓坡台地沉积为主，岩性为滨浅海环境的砂岩和灰岩不等厚互层，厚度0～50 m。中奥陶统桌子山组和克里摩里组（西缘）/马家沟组马四段—马六段（南缘）以局限台地沉积为主（见图1b）。桌子山组发育厚层灰岩和鲕粒灰岩，厚度为50～800 m；克里摩里组由灰岩与深灰色页岩互层组成，发育礁滩相储集层和溶洞型储集层，多口井见气显示，为可能的目的层。晚奥陶世鄂尔多斯盆地边缘普遍发生强烈沉降，岩相分异显著，以深水斜坡相沉积为主，浊流和滑塌沉积是其重要特征[12-13]，厚度为0～1 000 m，发育的暗色泥页岩是奥陶系的主要烃源岩层系。由于秦岭洋、祁连洋经历的地质演化过程不同，盆地西缘和南缘发育的上奥陶统沉积相序各具特点，盆地西缘为窄陆棚碳酸盐台地沉积模式，而盆地南缘为宽陆棚碳酸盐台地沉积模式，其最大差异在于西缘陆棚较窄，弱镶边台地中滩体发育，而南缘陆棚较宽，面对广海，具有较强的水体能量，弱镶边台地中礁体发育（见图1c）。

图1 奥陶系地层系统及马五段沉积期、平凉组下段/乌拉力克组沉积期岩相古地理图

盆地中东部自下而上发育下奥陶统冶里组和亮甲山组及中下奥陶统马家沟组。其中冶里组和亮甲山组均形成于华北地台内部典型的陆表海沉积环境。冶里组由白云岩组成，厚度为0～100 m；亮甲山组由灰岩和白云岩互层组成，厚度为0～150 m。马家沟组发育于台内洼陷，厚度为50～1 000 m，由6个岩性段组成。其中马一、马三、马五段是膏云岩与盐岩发育段，为蒸发潮坪与盐化 潟 湖亚相沉积，表现为典型的封闭—半封闭“同心圆”潟湖沉积模式[14]（见图1b）。马二、马四、马六段为局限台地、开阔台地相石灰岩发育段[9]。马五段自上而下划分为10个亚段，其上部马五1+2、马五4、马五5亚段是靖边风化壳气田的主力产气层。晚奥陶纪地层抬升遭受剥蚀，至石炭纪继续接受沉积。

2 烃源岩

前人对靖边气田的气源进行了对比，认为其为油型气和煤成气的混合气[15-19]，煤成气占主体，且均来自上古生界石炭-二叠系煤系烃源岩，指出该烃源岩是奥陶系风化壳气田的主力烃源岩[20-21]，从而集中深入地开展了上古生界石炭-二叠系煤系烃源岩的研究[22-23]。近年来，由于奥陶系自生自储式天然气的发现，加强了对奥陶系海相烃源岩的研究[24]，笔者在研究中取得了一些新认识。

2.1 海相烃源岩有机碳含量下限

对于鄂尔多斯盆地海相烃源岩有机碳的下限目前还未形成统一认识，一般认为有效烃源岩的有机碳下限为0.5%[28]，在此标准下，鄂尔多斯盆地奥陶系不发育有效烃源岩，因此无法解释奥陶系中自生自储式天然气的成因[24]。也有学者认为碳酸盐岩有机碳下限为0.2%[17-19,29]，甚至有学者定为0.13%～0.14%[22]，鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩极其发育，按此标准，盆地内有效烃源岩的规模很大，但仍无法解释靖边气田天然气主要是煤成气的原因。笔者通过大量统计分析与模拟实验，尝试确定一个比较合理的有机碳下限值。

统计分析表明（见图2），世界54个以碳酸盐岩为烃源岩的大油气田中，仅有两个油气田的烃源岩平均总有机碳含量（TOC）小于0.5%，最低值为0.28%。

图2 世界以碳酸盐岩为烃源岩的大油气田烃源岩总有机碳含量频率分布图

鄂尔多斯盆地平凉组低演化样品热模拟实验[25]表明，当成熟度Ro值大于2%时，总有机碳含量小于0.3%的样品（TOC值为 0.15%）生烃能力有限（生烃潜量为17.4 mg/g），总有机碳含量大于0.3%的样品（TOC值为 0.38%、0.96%）生气量明显较高（生烃潜量为215.8 mg/g、218.7 mg/g）。综合分析认为总有机碳含量0.3%为生烃潜力的一个突变点。

根据以上讨论，鄂尔多斯盆地海相烃源岩有机碳含量的下限值取0.3%较合适，与Tissot提出的碳酸盐岩烃源岩有机碳下限为0.3%相吻合[30]。

鄂尔多斯盆地下古生界海相烃源岩有机质丰度整体较低，局部层段存在较好的烃源岩（见表1、表2）。纯碳酸盐岩的有机碳含量一般小于0.30%，而泥质岩、泥质碳酸盐岩平均有机碳含量为0.38%，其有机质丰度明显高于纯碳酸盐岩。整体上，有机碳含量大于0.30%的样品比例为 24.8%（见图 3），占总样品数的四分之一。这一比例与气藏解剖结果大致接近。因此，将鄂尔多斯盆地的碳酸盐岩烃源岩有机碳下限定为0.3%是合适的。

表1 鄂尔多斯盆地奥陶系海相烃源岩有机碳含量统计表

表2 鄂尔多斯盆地奥陶系海相烃源岩有机碳分布频率统计表

图3 鄂尔多斯盆地奥陶系海相烃源岩总有机碳含量频率分布图

2.2 海相烃源岩地球化学特征

奥陶系海相烃源岩包括中奥陶统碳酸盐岩和上奥陶统暗色泥页岩和泥灰岩。

中奥陶统碳酸盐岩有效烃源岩以暗色泥质灰岩为主，主要分布于盆地东部盐下马家沟组，集中分布于马三、马五段，有机碳含量为0.08%～2.91%，平均值为 0.28%，其中有机碳含量大于 0.3%的样品数占总样品数（194）的 42%。有机碳含量大于 0.3%的烃源岩累计厚度为20～40 m，有机质类型为腐殖腐泥型，Ro值为2.07%～2.86%，有机质已达过成熟演化阶段，生气强度为（1～2）×108m3/km2，生烃潜力较小（见图 4）。

图4 奥陶系有效烃源岩生烃强度图

上奥陶统烃源岩仅分布于盆地西缘和南缘台缘斜坡相带，岩性以暗色泥页岩为主，夹暗色泥质灰岩薄层，厚度为20～200 m，西厚东薄，烃源岩单层厚度一般为5～30 m，有机碳含量主要为0.37%～1.00%，平均值为0.40%，最大值为2.91%，有机碳含量大于0.3%的样品占总样品数（107）的51.9%。有机质类型以腐泥型为主，混合型为辅，具海相烃源岩特征。盆地西南缘上奥陶统烃源岩Ro值为0.89%～1.26%，有机质已达成熟演化阶段。西缘北段、南缘中东段Ro值为1.34%～2.32%，有机质已达高—过成熟演化阶段，生气强度为（8～16）×108m3，具有一定的生烃潜力（见图4）。

近年来，在盆地西部奥陶系台缘相带和盆地东部奥陶系盐下发现了自生自储型气藏[24]，证实了奥陶系海相烃源岩的生烃潜力。

3 天然气成藏特征及演化

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩气藏主要集中在盆地中部奥陶系风化壳附近，发现了迄今为止最大的天然气田——靖边气田[1]。随着气田周边风化壳勘探的不断深化，靖边气田的含气层位和范围不断延伸。因此有必要通过对靖边气田的解剖，探讨盆地奥陶系碳酸盐岩天然气的成藏特点及其演化过程。

3.1 气藏特征

靖边气田自上而下主要有 4个产气层，储集层由马五1—4段的白云岩（溶斑云岩、含藻云岩）、灰岩、蒸发膏岩及其过渡岩类（泥质云岩、云质泥岩、灰质云岩、云质灰岩、膏质云岩等）和少量颗粒云岩构成，厚度约为60～120 m。储集空间以裂缝、岩溶孔洞、膏模孔为主，孔隙度一般大于6%，最高达19%，渗透率一般大于 0.5×10−3μm2，最高达 316×10−3μm2。受奥陶系顶面风化壳古地貌的控制，风化壳顶部形成了岩性-地层圈闭气藏，其上方和侧面分别以铁铝质泥岩及石炭系泥岩为遮挡；下面的 3个含气层上倾方向被泥膏云岩段遮挡，形成岩性圈闭气藏[21]。靖边气田地层压力系数小于1.0，平均为0.941 1，是典型的欠压气田。其地层水矿化度高，为CaCl2水型，是一个封闭的、自成体系的水动力系统[27]。

靖边气田天然气化学组分以烃类气体为主（见表3）。气体化学组分和干燥系数C1/C1—4表明靖边气田天然气为热解气[21]。烷烃气碳同位素组成（见表 4）显示，烷烃气碳同位素组成较重且随碳数的增加逐渐变重，进一步证明了靖边气田天然气为热解气，不存在生物气[24]。

表3 靖边气田奥陶系天然气化学组成

表4 靖边气田奥陶系烷烃气同位素组成

前人研究认为不同沉积环境烃源岩生成的甲烷氢同位素组成不同[29,31]，如陆相淡水环境沉积烃源岩生成的热成因甲烷的氢同位素组成小于−190‰，海相烃源岩生成的甲烷 δD1值重于−180‰，海陆交互相半咸水环境中烃源岩生成的甲烷 δD1值介于二者之间。靖边气田烷烃气氢同位素组成（见表4）表明其母质沉积环境应为海相沉积环境，而前人大量研究认为靖边气田的天然气为油型气和煤成气的混合气[15-19]，也有学者认为煤成气占主体，来自上古生界石炭-二叠系煤系烃源岩[20-21]。结合奥陶系烃源岩特征综合分析，笔者认为靖边气田除一部分气来源于上古生界石炭-二叠系海陆交互相烃源岩和石炭系本溪组海相烃源岩外，另一部分气可能源于奥陶系海相烃源岩。

3.2 古油藏存在的证据

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储集层中普遍分布沥青与流体包裹体，其产出类型和特征复杂，方解石、白云石中均有不同大小和形态的沥青与流体包裹体（见图5），表明存在古油藏。

图5 奥陶系碳酸盐岩薄片中沥青与包裹体特征图

3.2.1 沥青特征

有机岩石学分析结果表明盆地西部天环坳陷北部、中部靖边气田及盆地南部奥陶系均有较多的沥青，证明有石油的充注，大量的沥青表明存在古油藏（见图5a—5d）。通过显微光度计镜下鉴定分析，沥青主要赋存于白云石晶间孔和溶蚀孔隙中。整体上沥青的丰度并不高，在岩石中的比例（镜下观察）为0.005%～0.480%，在有机质中的比例（镜下观察）为8%～80%。光学显微镜下测定的沥青反射率都比较高，一般为1.63%～2.89%，等效 Ro值为 1.41%～2.19%，表明沥青的热演化程度很高。沥青有多种成因，本区的沥青可能是由早期充填的原油经过深成热演化作用形成。原油在深成热作用过程中发生二次反应，裂解生气，残物发生缩合最终形成固体沥青。

沥青生物标志化合物分析表明其源岩主要为海相烃源岩。如旬探 1井奥陶系灰岩沥青在有机质中占78%，C27—C29甾烷分布呈“V”字型（C27甾烷>C28甾烷，C28甾烷

气源对比表明可能存在两套海相烃源岩：石炭系本溪组海相泥灰岩和奥陶系海相泥灰岩。对于两者的比例关系看法不一。有学者认为奥陶系灰岩为主要气源岩[17-19,29]，还有学者认为奥陶系海相灰岩和石炭系海相灰岩烃源岩各占一半，或二者的比例为 4∶6，甚至为 3∶7[15-16]，还有部分学者认为石炭系本溪组海相灰岩为主要气源岩，奥陶系灰岩所占比例很少[20-21]。从沥青的赋存方式、丰度、热演化程度及生物标志化合物分析来看，该区在早期曾有来自于古生界海相烃源岩原油的聚集。

前人研究认为奥陶系沥青有两期：1期沥青主要赋存于晶缝、晶间；2期沥青赋存于溶蚀孔隙边缘和结晶程度比较高的方解石矿物边缘，形态不规则，反射色较1期沥青稍低[26]。本区构造-热演化史表明，两期沥青均为热成因，是原油裂解的产物[26]。在三叠纪末期，奥陶系烃源岩埋深大于3 000 m，Ro值达到了1.0%～1.2%，进入生烃峰值期，原油开始运聚成藏。早白垩世早期，由于受鄂尔多斯盆地异常热事件和快速沉降的影响，烃源岩快速生烃，原油由东南、西南的高势区向中央古隆起东部斜坡区大量运聚，古油藏基本形成。早白垩世晚期在热演化作用下大量裂解生成天然气。

3.2.2 烃类包裹体特征

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩中存在大量原油包裹体，而气体包裹体较少，表明曾经发生原油的大量充注，这是古油藏存在的另一直接证据。

盆地西部奥陶系包裹体主要发育于方解石脉中。该区方解石脉较发育，表明该区断层和裂缝较发育。方解石脉早期为细脉，晚期为粗脉。早期方解石细脉被晚期方解石粗脉穿插切割，说明早期的断裂裂缝发育程度较高。井下奥陶系碳酸盐岩裂缝和孔隙中的烃类包裹体发育，如棋探 1井克里摩里组自生方解石中含有液态烃包裹体（见图5e），同时见有少量气态烃包裹体，气体包裹体同位素分析表明其为原油裂解气。

盆地中部靖边气田方解石、白云石中均有不同大小和形态的流体包裹体（见图5f、图5g）。统计发现：①液体包裹体以盐水包裹体为主，无色透明，占包裹体总数的20%～95%，气液比一般为5%～20%，少数达30%；包裹体大小大多为2～20 μm，少数可达30～50 μm[27]。②有机包裹体由气态和液态烃包裹体组成，以气态烃包裹体为主，占包裹体总数的5%～80%，气液比为 50%～90%。液态烃包裹体发黄褐色荧光，是较为典型的油型气形成的包裹体[27]。③奥陶系碳酸盐岩中气态烃包裹体的比例具有南多北少的特点。以上统计结果表明该区曾形成过古油藏和次生裂解气藏。盆地南部奥陶系马六段方解石脉中也见到含烃包裹体（如旬探1井，见图5h），表明存在烃类的生成与运移。

奥陶系碳酸盐岩储集层中大量沥青和液态烃（油）包裹体证实了古油藏的存在，同时也反映出古油藏向气藏转化的过程。有学者初步估算，奥陶系古油藏总裂解生气量约为（3.6～7.7）× 1012m3[26]。因此，盆地中部气田的气源可能有相当一部分由古油藏裂解而来。

3.3 天然气成藏期次

主要根据流体包裹体分析资料，研究鄂尔多斯盆地奥陶系天然气成藏期次。

奥陶系包裹体反映出古油藏与裂解气藏的 3个主成藏期，并记录了油气的转化过程，同时表明溶蚀孔隙的形成时间早于油气大量运移时间。

在盆地西部天环坳陷奥陶系储集层中发现的流体包裹体反映出3个主要的油气充注期（见图6a）。以棋探 1井为例，中奥陶统方解石中包裹体均一温度为100～160 ℃，主要分布于140 ℃左右。其中溶洞充填方解石中的流体包裹体均一温度的分布呈现3个峰值，主峰值跨度大（120～145 ℃），反映溶洞的主要形成期。综合分析埋藏热演化史（见图 7a）发现，早白垩世初期是溶洞形成的主要时期，方解石脉中包裹体所反映的裂缝也大致形成于此时期。这一地区有 3个成藏期次：侏罗纪末期伴随溶洞的形成，烃类运聚；早白垩世初期溶洞-裂缝大量形成，期间烃源岩以成油为主，油气运聚量不断加大（见图5e）；早白垩世晚期溶洞-裂缝发育减缓，天然气运聚量最大，为烃类运聚的主要时期。

图6 中奥陶统碳酸盐岩储集层包裹体均一温度频率直方图

盆地中部斜坡地区油气的成藏演化与西部有很大差异。以苏308井为例，包裹体均一温度为50～180 ℃（见图6b），分布区间更宽，同样也呈现3个峰值：第1个峰值为白云石中包裹体的均一温度，主峰在90 ℃左右；第2、第3个峰值为裂缝亮晶方解石充填物中包裹体的均一温度，主峰分别为130 ℃和160 ℃。结合埋藏热演化史图（见图 7b）可知，中侏罗世时烃类发生运聚，早白垩世初期和晚期为两个溶洞-裂缝发育期，也是油气运聚的主要时期。从包裹体性质来看，中晚侏罗纪以成油为主（见图5f），白垩纪以成气为主（见图 5g）。

图7 盆地中—西部中奥陶统埋藏史图

在盆地南部，溶蚀孔隙形成时间早于油气大量运移时间。溶洞充填方解石中的包裹体均一温度为135 ℃，晶间白云石中的包裹体均一温度为110 ℃和140 ℃，与液态烃共生的盐水包裹体均一温度为127～132 ℃，反映晶间孔与液态烃的形成时间大约都在早中侏罗世；方解石脉中包裹体均一温度在150～170 ℃（见图6b），形成的时间为早白垩世晚期，与气态烃充注同期（见图8）。

结合埋藏史进行综合分析，奥陶系油气藏的形成主要经历了 3个时期：侏罗纪、早白垩世初期和早白垩世晚期。侏罗纪是古油藏形成的主要时期，白垩纪是古油藏裂解形成热解气藏的主要时期。

图8 盆地南部中奥陶统古地温演化史

3.4 天然气成藏演化

上奥陶统平凉组沉积后，鄂尔多斯盆地经历了3×108年以上的陆内克拉通（中石炭世—中三叠世）—陆内大型坳陷（晚三叠世—早白垩世）继承性发育阶段，充分完成了石油的生成和油气的转化[27]。西缘逆冲断裂活动阶段，盆地东西部构造呈现“跷跷板”式变化，古油气藏发生重大调整。天然气富集受 3套烃源岩（上古生界石炭-二叠系煤系、石炭系本溪组海相泥灰岩和奥陶系海相泥灰岩）、两大构造沉积环境（华北海和秦祁海）和一套区域性盖层（石炭-二叠系海陆交互相泥岩）控制（即“三元”控气），气藏的形成是一个早期成油、晚期成气的过程：晚侏罗世形成古油藏，白垩纪油裂解形成古气藏，晚白垩世—新近纪古气藏调整定型（见图9）。

在陆内大型坳陷阶段（三叠纪—早白垩世），油气向中央古隆起周围斜坡运移。中部斜坡区具有上古生界海陆交互相煤系烃源岩、石炭系本溪组海相烃源岩和上奥陶统海相泥灰岩烃源岩三源供烃、多期不整合为输导层的成藏条件，同时奥陶系岩溶风化壳储集层形成，有利于油气的运聚。自东向西，马五1+2、马五3、马五4、马五5和马五6等亚段依次剥露地表，马五段剥露区晶粒白云岩储集层与上古生界煤系烃源岩直接接触，有利于油气藏形成。西北部奥陶纪台缘带紧邻西部上奥陶统乌拉力克组—拉什仲组（平凉组）生烃坳陷，西南部奥陶纪台缘带靠近南部平凉组生烃坳陷，“L”型台缘带是奥陶系烃源岩生成油气的运移指向区。在晚侏罗世，围绕中央隆起带形成古油藏，早白垩世初期—早白垩世晚期油裂解形成古气藏。

在西缘冲断发育阶段（早白垩世后），盆地发生西缘冲断、西部拗陷、东部抬升的“跷跷板”运动[27]，随着冲断活动的加剧，盆地东部由坳陷抬升转变为西倾斜坡，早期位于古隆起部位的古气藏调整运移至斜坡上倾方向的岩性圈闭中形成地层-岩性复合气藏。在中部斜坡区，发育地层-岩性复合圈闭，多层系叠置连片，早期形成的气藏调整为复式气藏。在西北台缘带，坳陷西翼在该阶段开始发育构造-岩性圈闭，晚期盖层条件好，为油气运移的指向区，也是奥陶系气源的成藏区。在西南台缘带，发育构造-岩性复合圈闭，断裂有利于油气运聚，有利于形成以奥陶系为烃源的构造-岩性复合气藏。

图9 鄂尔多斯盆地构造演化和奥陶系油气藏形成史图

4 天然气成藏模式

受古沉积-构造环境控制，不同构造岩相区发育不同的圈闭类型，形成不同的成藏模式，有以下4类。

4.1 西北台缘带构造-顺层岩溶型岩性复合气藏成藏模式

西北台缘带构造-顺层岩溶型岩性复合气藏成藏模式（见图 10a）主要指由石炭-二叠系煤系烃源岩和奥陶系乌拉力克组烃源岩双源供烃，油气向古隆起方向运移，最终在奥陶系礁滩体晶间孔和晚期冲断活动形成的裂缝-溶蚀孔洞中聚集成藏，分布于西部冲断带和天环坳陷东、西两翼。油气成藏期，盆地西部坳陷初步成形，乌拉力克组—拉什仲组海相烃源岩生烃，而后侧向运移，在台缘滩相发育区形成滩体顺层岩溶岩性气藏；西部冲断带前缘大断层遮挡形成断背斜-顺层岩溶型岩性复合气藏，如T1井气藏。喜马拉雅构造运动对坳陷西翼气藏基本形态改造不大，有利于该类天然气藏的保存，如YT1井气藏、T1井气藏；东翼气藏可能有明显的改造，因盆地中央隆起以东坳陷抬升为西倾斜坡，改变了桌子山组/马四段内部白云岩孔隙性气藏东部的封堵条件，造成天然气二次运移至东部较高部位，坳陷东翼和中央古隆起及以东地区的钻井在马四段白云岩储集层中均出水是为例证。在马四段中见沥青[26]和烃类包裹体（见图5c），表明马四段储集层中形成过古油藏。在天环坳陷东翼，桌子山组上覆克里摩里组储集层中顺层岩溶孔洞、裂缝与晶间孔发育，上倾方向石炭系海相泥岩盖层封堵性好，形成顺层岩溶型或礁滩型地层-岩性气藏。

4.2 中部斜坡风化壳地层-岩性气藏成藏模式

中部斜坡风化壳地层-岩性气藏成藏模式（见图10b）主要指在盆地中部斜坡，由石炭-二叠系煤系烃源岩和西缘上奥陶统乌拉力克组—拉什仲组海相烃源岩双源供烃，天然气向古隆起运移，最终在古风化壳储集层中聚集成藏。从图10b中看出，自东向西，马五1+2、马五3、马五4、马五5和马五6等亚段依次剥露地表，马五段不同亚段白云岩的区域剥露，使得晶粒白云岩储集层与上古生界煤系烃源岩直接接触，构成良好的源储配置。由于马五段剥蚀层位的不同，形成了不同类型的气藏：马五1—4亚段位于岩溶斜坡部位，风化壳残丘发育，残丘内部马五1—4亚段的膏盐模孔洞型储集层中形成风化壳岩性-地层气藏，如靖边风化壳气藏；马五5—10亚段位于风化壳古地貌的隆起部位，岩溶残丘和沟槽不发育，地层没有切割，受台内滩相控制的白云岩储集层分布稳定，由于古岩溶盆地区溶蚀作用弱，在上倾方向上构成封堵条件，形成岩性气藏，如靖西潜台风化壳气藏。风化壳气藏类型多为地层-岩性复合气藏，复式聚集、多层系叠置连片分布。晚侏罗纪早期沿不整合面形成了岩性-地层古油藏，早白垩世初期古油藏裂解为气藏，最后晚白垩世开始调整，天然气运移至斜坡上倾方向的岩性-地层圈闭或岩性圈闭中形成气藏。大面积、多层系、连片分布的地层、岩性气藏群构成了靖边大气田。

图10 鄂尔多斯盆地奥陶系天然气成藏模式图

4.3 西南台缘带礁滩体岩性气藏成藏模式

西南台缘带礁滩体岩性气藏（见图10c）主要分布在盆地南部渭北隆起。在奥陶纪，该区为秦岭海槽的北部斜坡区，沉积了较厚的平凉组海相泥页岩，其为该区的主要气源。侏罗纪时，平凉组生成的油气向古隆起方向运移，在中奥陶统顶部礁滩体中聚集成藏。白垩纪之后，伴随构造抬升活动，该区发生翘倾，由南倾海槽演变为隆升区，然而奥陶系埋深仍较大，具有一定的保存条件。盆地西南部是油气运移的长期指向区，有利于形成与礁滩体有关的构造-岩性复合气藏，但目前还未发现实例。

4.4 盆地东部盐下CO2构造-岩性非烃气藏成藏模式

盆地东部盐下CO2构造-岩性非烃气藏（见图10d）主要分布在盆地东部盐下奥陶系。盆地东部盐下发育与盐岩塑性流动变形有关的构造圈闭。Lt2井在子洲构造圈闭的马三段获得高产工业 CO2气流，表明盐下存在CO2非烃气富集带。Lt2井所产CO2为无机成因气，δ13C值较重，为0.7‰～1.4‰。可能的两种成因是：①硫酸盐还原反应（TSR）。马家沟组马五6—10亚段发育大量云质膏岩和膏质盐岩，其中石膏与烃源岩生成的烃类发生硫酸盐还原反应，形成CO2、H2S、次生方解石和单质 S，并产生一部分水。反应的中间产物 S的化学性质不稳定，又会与烃类持续发生反应，若单质S未反应完全，则会在储集层中部分残留。当地层中存在Fe3+时，H2S可以将其还原，形成黄铁矿晶体（FeS）。然而在盐下地层中目前还没有观察到黄铁矿。因此，硫酸盐还原反应说尚不能肯定。②地幔脱气，地幔气要运移到奥陶系储集层中，必须有深大断裂的存在。通过重、磁、电研究，盆地东部基底发育东北走向的地堑，地堑两侧发育深大断裂，并显示有串珠状火山喷发体存在。从现今东部盐下马五6底部构造图上可见东北向的子洲断裂，在构造活动分布稳定的盆地中东部，出现北东向断裂，都与深部北东向大断裂有关。目前，地震资料无法解释深部断裂，通过与重、磁解释断裂叠合，发现子洲断裂带位于深大断裂附近，由此认为子洲断裂可能与深部大断裂连通，地幔 CO2气顺着大断裂向上运移，并在奥陶系聚集成藏（见图10d）。因此，地幔脱气说是一种合理的解释。按此观点，东部盐下东北向构造带是 CO2气藏勘探的有利区域。

5 结论

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩具备良好的天然气成藏地质条件。受中央古隆起演化的控制，盆地西部和南部发育秦祁海槽构造沉积环境，盆地中东部发育华北海构造沉积环境。不同的构造沉积背景形成了具有不同生烃能力的烃源岩系。华北海台内凹陷与膏盐相伴生的奥陶系薄层泥灰岩厚度薄，生烃潜力低；秦祁海槽晚奥陶世沉积的平凉组斜坡相暗色泥页岩厚度大，生烃潜力高。石炭-二叠系煤系烃源岩仍是盆地中部风化壳储集层的主力气源岩。

通过分析已发现的气藏认为盆地中部气区的天然气为热解气，具有煤成气和原油裂解气的混合气特征。煤成气来源于上覆石炭-二叠系煤系烃源岩，原油裂解气则主要源自奥陶系海相烃源岩形成的侏罗纪古油藏的高温裂解，也不排除石炭系本溪组海相泥灰岩生成的高成熟油型气的贡献。

大量沥青与包裹体证据表明奥陶系古油藏广泛分布，经历了早期成油晚期成气的过程。侏罗纪时期，围绕中央古隆起周缘形成古油藏，早白垩世古油藏裂解形成热解气藏，晚白垩世—新近纪，东西向“翘翘板”运动导致古气藏调整，天然气向东部上倾方向运移成藏，形成了盆地中部大气区。

鄂尔多斯盆地发育 4种碳酸盐岩气藏成藏模式：盆地中部为风化壳地层-岩性气藏成藏模式；西北台缘带为构造-顺层岩溶型岩性复合气藏成藏模式；西南台缘带为礁滩体岩性气藏成藏模式；东部奥陶系盐下为CO2构造-岩性非烃气藏成藏模式。风化壳地层-岩性气藏是靖边气田主要的气藏类型，构造-顺层岩溶型岩性复合气藏已证实为潜在主要的气藏类型，CO2构造-岩性非烃气藏已有发现，礁滩体岩性气藏有待证实。

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