榆林－子洲地区二叠系山西组二段气藏成因及沉积演化研究

王继平 （中石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安710021）西北大学地质学系，陕西 西安710069

路中奇 （中石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安710021）

陈存良 （中石油长庆油田分公司气田开发处，陕西 西安710021）

刘士鑫 （中石油长庆油田分公司苏里格气田开发分公司，陕西 西安710021）

张志刚 （中石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安710021）

鄂尔多斯盆地上古生界普遍含气，逐渐成为近年来天然气勘探开发的主要区域，极具发展潜力。榆林－子洲地区为鄂尔多斯盆地天然气的主要富集区之一，具有多套含气层系，尤以山西组二段 （Ps2）最为丰富，但其富气砂体多孤立分散，平面规律性差。目前，对其砂体成因认识仍存在诸多争议，严重制约了气藏的勘探与开发。主要争议集中在以下3个方面：①Ps2沉积时期子洲气田沉积环境属于近海湖盆，还是滨浅海环境；②Ps2沉积期湖平面是上升还是下降；③子洲气田与榆林气田在成因上有何联系。笔者通过古盐度判别、砂体展布特征的研究、煤层成因及指相作用的分析，恢复了该区沉积演化过程，深入剖析了Ps2气藏的成因。

1 海陆相及古盐度判别

古盐度判别是分析沉积作用发生时水体环境的重要依据，其测定方法众多，笔者主要通过区内Ps2泥岩中Sr、Ba质量分数之比 （w（Sr）/w（Ba））来指示沉积时的古水体环境。

对区内20个暗色泥岩样品进行分析，w（Sr）/w（Ba）的变化范围介于0.105～0.837之间，多小于0.6。从样品的分布上来看，低值区主要分布于北部，而高值区位于东南部。对我国海底样品的w（Sr）/w（Ba）统计认为[1，2]，该值大于1.0为海相沉积，小于0.6为陆相沉积。由此判断，研究区Ps2沉积期整体处于淡水环境，东南部可能在短期内受到海水侵入。

2 煤层成因及其指相作用

煤是以植物转变有机质为主并含有不同数量矿物杂质的沉积岩。研究区煤层根据成因可划分为3类：①三角洲平原分流间湾沼泽相煤层，该类型煤层薄、面积小、零散分布；②滨湖沼泽成因煤，是在最大可容纳空间时沉积物供应不足而形成的，其厚度大、面积广；③三角洲前缘分流间湾沼泽相煤层，是浮游生物残体在浅水区长期堆积形成的，多为薄层。

不同成因的煤层在沉积相研究中具有不同的意义，三角洲平原分流间湾沼泽煤有助于湖岸线的确定；滨湖沼泽煤则指明了最大湖泛面的位置。研究区Ps2煤层由下至上经过了三角洲平原分流间湾沼泽煤→滨湖沼泽煤→三角洲前缘分流间湾薄层煤的转变，为一个完整的水侵到水退旋回[3～6]。

3 子洲－榆林气田Ps2气藏成因联系

图1 榆林－子洲地区Ps2砂体模式图

子洲气田与榆林气田接壤，且主力气层均为Ps2，但不管是砂体分布，还是储层物性都存在明显差异。结合Ps2砂体在空间上的沉积特征，将其可划分为4个阶段 （图1），以解释子洲气田与榆林气田Ps2气藏之间的关系。

1）低位体系域 （子洲气田山西组二段3亚段 （Ps32）主砂体形成期） 湖岸线由东南向西北方向逐渐迁移至榆30井区北部 （图2），为退积型层序。该阶段前期子洲地区基本上为三角洲平原亚相，分流河道的下切能力较强，形成了一些宽度较窄、厚度较大的分流河道砂体，分流间湾发育薄层炭质泥岩或煤；后期随着湖侵，子洲地区变为三角洲前缘亚相，发育水下分流河道，湖水动力较弱，砂体受湖浪的改造差，整体较窄，物性较差。

2）湖侵体系域 （榆林气田Ps32主砂体形成期） 湖岸线较固定，砂体以垂向加积为主，湖浪的改造作用较强，砂体较宽、物性相对较好，垂向上砂体主要分布于Ps32中下部，隔夹层少。该时期榆林地区发育三角洲平原分流间湾沼泽煤；子洲地区主要发育三角洲前缘分流间湾薄层煤。

3）区域沼泽化成煤期 该阶段沉积物供给量急剧减少，且多为细粒沉积，泥沙长期淤积，湖水变浅，开始生长喜水植物和漂浮植物，其残体逐年累积而形成泥炭。随着湖水变浅，泥炭的增厚，形成顶部稳定的煤沉积。

图2 榆林－子洲地区Ps32砂体分布与湖岸线变迁关系图

4 Ps2沉积演化过程

榆林气田、子洲气田Ps2储层的形成是由其所处的构造位置和所经历的特定沉积演化过程所决定的。Ps2沉积时，鄂尔多斯盆地西缘贺兰坳陷拉槽关闭，全区成为统一坳陷[4]，随着盆地北缘的明显抬升，海水基本退出鄂尔多斯地区，沉积环境由海相变为陆相。此时，鄂尔多斯盆地沉降中心位于东南部，沉积中心逐渐西移，并伴随持续湖侵作用，使得湖岸线呈扇形北移，走向由北东－南西向逐渐过渡为近东西向。该过程中形成了榆林气田、子洲气田这2种完全不同的沉积方向，储层特征也有较大差异。是储层形成的主要时期，根据其砂体演化模式可以细分为3个阶段。

图3 鄂尔多斯盆地Ps32沉积相演化过程示意图

5 结论

1）榆林－子洲地区二叠系山西组二段 （Ps2）中煤的形成期主要为湖侵体系域和湖泊萎缩体系域，榆林地区发育三角洲平原分流间湾沼泽煤，而子洲地区主要发育三角洲前缘分流间湾薄煤层。

2）Ps2沉积期，纵向上由早期至晚期，是一个海水逐渐后退，基准面逐渐下降的过程，砂体主要在早中期发育和富集，而晚期则是煤的有利发育期。煤与砂体的形成是一个此消彼长的过程，当物源供给大于可容纳空间增长速率时，则砂体易富集，而煤受遏制，相反，则砂体受遏制，煤易形成。

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