鄂尔多斯天然气成藏模式与控制因素研究

魏钦廉 王猛 呼婧 王小平 贾方方

摘 要： 伊盟隆起位于鄂尔多斯大型克拉通叠合盆地北部， 该区西部与秦祁活动带相接， 北部与阴山活动带相邻， 在大地构造属性上处于中国东部稳定区与西部活动带之间的结合部位。笔者在前人研究成果基础上，利用含油气系统的概念与方法研究伊盟隆起上古生界天然气成藏要素及成藏作用， 总结研究成藏模式、控制因素和勘探潜力。

关键词： 伊盟隆起；上古生界；成藏地质要素；运移；圈闭；成藏模式

伊盟隆起位于鄂尔多斯大型克拉通叠合盆地北部， 该区西部与秦祁活动带相接， 北部与阴山活动带相邻， 在大地构造属性上处于中国东部稳定区与西部活动带之间的结合部位。近年来， 伊盟隆起天然气勘探呈现良好态势， 已在上古生界发现多个小型天然气藏，该区被认为是鄂尔多斯盆地天然气勘探、开发的有利后备接替区。笔者在前人研究成果基础上，利用含油气系统的概念与方法研究伊盟隆起上古生界天然气成藏要素及成藏作用， 总结其成藏模式。伊盟隆起上古生界天然气主要来自隆起南部及乌审旗地区的太原组和山西组烃源岩； 山西组和下石盒子组冲积扇相辫状水道砂体、河流相河道砂坝砂体及三角洲平原亚相分流河道砂体为最有利储集层； 上石盒子组和石千峰组厚层泥岩构成区域性盖层， 另有众多局部盖层； 生、储、盖层具有良好的组合关系， 形成自生自储式（ 隆起南部） 和下生上储式（ 隆起南部、北部） 生储盖组合。天然气主要通过优势输导砂体、不整合面、断层和裂缝组成的输导体系向北部运移； 隆起北部地区以局部构造圈闭、远源成藏为主， 而南部地区以岩性圈闭、近源成藏为主。

1 区域地质背景

伊盟隆起现今的构造格局呈北高南低、东高西低的特点， 整体表现为一西南倾大型单斜构造， 区内发育3条较大规模的断层， 分别为泊尔江海子断层、乌兰吉林庙断层和三眼井断层， 其中泊尔江海子断层由加里东运动形成， 是一条具走滑性质的非生长性逆断层，该断层将伊盟隆起大致分为南北两个部分 。研究区地层以太古宇、元古宇为基底， 其上发育古生界和中生界。北部地区上古生界直接不整合覆盖于太古宇结晶基底之上， 南部地区上古生界与奥陶系马家沟组、寒武系和中元古界不整合接触。上古生界自下而上发育石炭系本溪组和太原组以及二叠系的山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组6 套地层（， 除石千峰组外， 其他地层依次向北部隆起区超覆沉积。

2 成藏要素分析

2. 1 烃源岩。尔多斯盆地北部（ 包括伊盟隆起） 上古生界烃源岩主要为上石炭统太原组和下二叠统山西组的暗色泥岩、炭质泥岩与煤层。受加里东构造运动的影响， 早古生代鄂尔多斯盆地整体抬升， 形成了覆盖全区的区域性不整合面。烃源岩主要分布于伊盟隆起南侧的鄂托克旗-乌审旗一带， 总体来看具有南厚北薄、东厚西薄、局部凹陷异常发育的特点 。总体来看暗色泥岩有机质丰度较低， 属于中等- 差烃源岩， 而炭质泥岩和煤岩则为优质烃源岩。通过对干酪根显微组分、煤岩显微组分、岩石热解参数以及岩石饱和烃气相色谱等指标的分析认为， 有机质类型主要为腐殖型， 其次为腐泥-腐殖型， 主要显微组分为有利于生气的镜质组， 原始有机质形成于有氧沉积环境中。

2.2 储集层。伊盟隆起上古生界山西组和下石盒子组主要发育陆相冲积扇、河流和三角洲沉积体系，其中冲积扇相的辫状水道砂体、河流相的河道砂坝砂体及三角洲平原亚相的分流河道砂体为研究区上古生界最主要的储集层。平面上砂体呈南北向条带状展布， 纵向上砂层交错叠置， 总厚度一般为45～ 120 m， 单砂体厚2～ 15 m， 厚度较大。薄片鉴定表明， 储集层岩性以中粒、中-粗粒岩屑砂岩、长石质岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩为主； 颗粒分选中等， 磨圆度较差， 绝大多数碎屑颗粒为次棱角 棱角状； 以孔隙式胶结， 点-线状接触为主； 孔隙主要为残余粒间孔隙和溶蚀粒间孔隙。研究发现伊盟隆起储集层物性在平面上具有明显的分带性， 储集物性由南向北逐渐变好： 伊盟隆起南部地区下石盒子组和山西组储集层严重致密化， 孔隙度一般为4% ～12% ， 物性较差； 而伊盟隆起北部地区有利储集层为下石盒子组砂岩， 孔隙度一般为4.5% ～22. 0%，， 储集层储集性能较好， 是北部地区天然气聚集的主要层位。物性数据统计结果表明伊盟隆起上古生界储集层总体上以低孔、低渗为特征， 物性相对较好。

2.3 生储盖组合。盟隆起上古生界广泛分布的上石盒子组和石千峰组厚层泥岩和粉砂质泥岩构成了研究区的区域性盖层， 此外在山西组和下石盒子组内部也发育了众多以泥岩为主的局部盖层， 它们与太原组和山西组的烃源岩、山西组和下石盒子组储集层在垂向上具有较好的匹配关系， 构成了较为完备的生储盖组合。按照生储盖的相互配置关系可划分为自生自储式和下生上储式两种组合类型。

3 成藏地质作用与成藏模式分析

3.1 生烃作用。析鄂尔多斯盆地北部上古生界烃源岩成熟度资料发现， Ro 值为0.6% ～ 1. 8% ， 且由北东向南西逐渐变大； 岩石热解峰温在436～ 542度 ， 烃源岩已普遍进入成熟-高成熟阶段。烃源岩生烃作用产生的巨大压力成为天然气运移的重要动力源， 这种压力不仅使天然气突破烃源岩， 以混相涌流、幕式排烃实现了初次运移， 而且使附近砂岩产生微裂缝， 实现了天然气的二次运移、成藏。研究认为鄂尔多斯盆地北部上古生界烃源岩存在两次大规模的天然气生成期： 第1期生气从早三叠世开始至中侏罗世末结束， 在中侏罗世达到生气高峰； 第1期生气从侏罗纪末持续至晚白垩世初期， 生气高峰为早白垩世。

3.2 运移条件。导体是油气运移、聚集成藏最重要的控制条件之一。伊盟隆起的输导體系主要由优势输导砂体、不整合面、断层和裂缝4 个输导要素组成， 四者在平面及纵向上具有不同的分布特征。伊盟隆起上古生界山西组和下石盒子组广泛发育冲积扇、河流和三角洲沉积体系， 地层中砂体发育， 连通性好， 是天然气侧向运移的良好通道。此外， 由加里东构造运动所形成的区域不整合面在伊盟隆起北部地区也是天然气侧向运移的重要通道。燕山期伊盟隆起构造作用较为强烈， 泊尔江海子、单家塔等基底断层重新活动， 并形成了众多次一级断层和裂缝， 断层活动时间与第2次天然气大规模成藏时期匹配较好， 对天然气的垂向运移及调整具有重要作用。近距离的天然气运移成藏以单一输导要素为主， 如伊盟隆起南部地区烃源岩内部或与之紧邻的天然气藏， 而北部地区天然气成藏则必须经过多个输导要素远距离运移， 输导要素在三维空间组合成复杂的立体网络， 使天然气的运移路径复杂化。

3.3 圈闭条件。盟隆起上古生界大部分圈闭（ 主要是岩性圈闭）形成于二叠纪， 少部分（ 主要是构造圈闭） 形成于侏罗纪和白垩纪， 其形成时期均早于生气高峰期或者与之同步， 为有效圈闭。隆起北部地区发育了不同类型的圈闭 ， 其中构造类圈闭最为发育， 主要与断层和古地貌隆起相伴生， 其次为岩性圈闭及少量物性圈闭。伊盟隆起南部地区基本地质特征与盆地内部差异较小， 构造活动不活跃， 主要发育岩性圈闭及少量低幅构造圈闭。

3.4 天然气成藏模式

根据伊盟隆起上古生界天然气来源、天然气藏的分布特点和生、储、盖组合配置关系， 并结合研究区含油气系统事件分析， 可将伊盟隆起上古生界天然气成藏归结为2 种模式。（1）远源成藏模式（ 北部隆起区）。前已述及， 伊盟隆起北部地区烃源岩不发育， 且热演化程度较低， 要形成规模气藏， 必然需要其他地区烃源岩的补给。研究表明， 伊盟隆起南部以及乌审旗地区上古生界烃源岩所生成的大量天然气经由断层、裂缝、不整合面以及大面积分布的下石盒子组盒8段砂体向伊盟隆起北部地区长距离运移。在这种成藏模式下天然气具有远距离侧向运移为主、垂向运移为辅、早期中侏罗世源外成藏的特点， 根据此种成藏模式推测天然气应主要聚集在下石盒子组和上石盒子组等较浅层位， 在下石盒子组中已发现数量较多的天然气藏， 而上石盒子组则有待勘探的进一步证实。（2）近源成藏模式（ 南部地区）。伊盟隆起南部地区邻近生烃中心， 区内构造运动微弱， 局部构造和断层不太发育， 下部烃源岩生成的天然气通过断层和裂缝等输导体系向上部和周围储集层运移。在这种成藏模式下天然气具有短距离垂向运移为主、侧向运移为辅、晚期（ 早白垩世） 源内成藏的特点， 据此推测天然气应主要聚集在山西组和下石盒子组等较深层位， 这与现今勘探结果一致。

参考文献

1. 张水昌， 米敬奎， 刘柳红，等.中国致密砂岩煤成气藏地质特征及成藏过程： 以鄂尔多斯盆地上古生界与四川盆地须家河组气藏为例[J] .石油勘探与开发， 2009， 36（ 3） ： 320- 330.