鄂尔多斯盆地东部米探1井奥陶系马四段天然气勘探新发现及勘探方向

付金华 于 洲 李程善 王维斌 黄正良 吴兴宁 王少依

1.中国石油长庆油田公司 2.中国石油杭州地质研究院 3.中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储层重点实验室

0 引言

前人对鄂尔多斯盆地马四段的研究主要集中于岩相古地理方面，且存在较大分歧。冯增昭等[9]、郭彦如等[10]认为盆地东部为开阔台地相沉积；周进高等[11]认为盆地东部为局限台地相台内滩、滩间海和台内洼地微相沉积。对盆地东部马四段天然气成藏条件[12]综合研究较少。盆地东部马四段天然气勘探仍然存在“储层发育规律不明、圈闭类型及保存条件不落实”等关键问题，严重制约了盆地东部的天然气勘探。为了深化盆地东部马四段的地质认识，指导该区下一步天然气勘探部署，笔者结合前人的研究成果，在分析米探1井钻探成果的基础上，对该区的烃源岩条件、储层特征、圈闭类型以及保存条件等天然气成藏要素开展了系统研究，并预测了天然气有利勘探区带，以期为该区马四段天然气勘探部署提供技术支撑。

1 沉积背景及地层岩性特征

鄂尔多斯盆地在奥陶纪马四期具有“隆坳相间”的构造古地理格局[11,13]，由西向东依次为西南边缘坳陷、中央古隆起、桃利庙坳陷、横山隆起、米脂坳陷和离石隆起（图1）。马四段为马家沟组内最大海侵沉积[11]，由于海平面快速上升，盆地周缘海水从东、南、西3个方向淹过古隆起并进入鄂尔多斯盆地东部地区，导致盆地中东部沉积环境由马三期的蒸发台地相转变为台地边缘—局限台地相，中央古隆起发育台地边缘滩相沉积，沉积物岩性主要为砂屑白云岩、粉—细晶白云岩和细—中晶白云岩，夹少量斑状粉晶白云岩和云斑石灰岩；横山隆起发育局限台地相台内颗粒滩和滩间海微相沉积，沉积物岩性以砂（砾）屑白云岩、粉—细晶白云岩和斑状粉晶白云岩为主，夹少量薄层云斑石灰岩；桃利庙坳陷和米脂坳陷以局限台地相灰质潟湖沉积为主，局部发育台内丘，其中灰质潟湖沉积物岩性为石灰岩，台内丘沉积物岩性为斑状粉晶白云岩、斑状灰质白云岩和叠层石白云岩。

鄂尔多斯盆地东部马四段岩性以石灰岩、白云质石灰岩、灰质白云岩和白云岩等碳酸盐岩为主，上部夹多套薄层硬石膏岩，连续沉积于马三段之上，与上覆马五段呈整合接触。根据岩石组合及沉积旋回特征，自下而上又细划分为3个亚段：马四3亚段厚度介于47～66 m，岩性以石灰岩和白云质石灰岩为主，局部地区夹少量薄层灰质白云岩和白云岩；马四2亚段厚度介于38～68 m，沉积物岩性以白云质石灰岩和灰质白云岩、白云岩间互沉积为特征；马四1亚段厚度介于30～52 m，中、下部以硬石膏岩、白云质石灰岩、灰质白云岩和白云岩沉积为主要特征，上部以白云质石灰岩和白云岩沉积为主（图1）。

2 米探1井马四段天然气勘探新发现

近年来，在鄂尔多斯盆地东部马四段见到油气勘探苗头的基础之上和盆地中东部奥陶系盐下多口钻井获得高产自生自储油型气的启示下，结合新钻井和新地震资料，重新深化了马四段沉积、储层、圈闭和保存条件等成藏条件的认识，认为盆地东部盐隆构造带上的马四段具备奥陶系盐下高产气井相似的成藏条件。基于此，中国石油长庆油田公司于2019—2020年在盆地东部奥陶纪米脂坳陷的凸起带和现今盐隆构造带叠合位置部署了一口钻探目的层为马四段的风险探井——米探1井（图1、2）。该井于2020年9月14日开钻，2021年3月15日完钻，完钻层位为寒武系三山子组，完钻井深为3 190 m。该井自上而下钻遇第四系，三叠系延长组、脂肪组、和尚沟组、刘家沟组，二叠系石千峰组、石盒子组、山西组和太原组，石炭系本溪组，奥陶系马五段、马四段、马三段、马二段和马一段，寒武系三山子组。

图1 鄂尔多斯盆地马四段岩相古地理与地层柱状图

米探1井马四段厚度为183.94 m，其中马四3亚段厚度为56.99 m；马四2亚段厚度为80.60 m，较周缘井的马四2亚段厚20～24 m；马四1亚段厚度为46.36 m（图3）。综合地震、成像测井和钻井岩心等资料开展地层对比，发现米探1井马四2亚段存在一条小型逆断层，断点位置在井深2 653.4 m，断层上、下盘重复地层厚度为23.8 m（图2、3）。断层中充填的角砾岩岩性为细—粉晶白云岩，发育残余砾间孔、晶间孔和微裂缝；断层之上可见1个1 m高的小型岩溶洞穴，洞穴充填物由细—粉晶白云石粉砂、细—粉晶白云石角砾和方解石角砾组成，角砾间半充填细—粉晶白云石粉砂和方解石，残余砾间孔较发育，部分细—粉晶白云石角砾中发育晶间孔（图3）。

图2 过米探1井叠前偏移地震剖面图

图3 米探1井马四段综合柱状图

米探1井马四段储层岩性主要为斑状灰质白云岩和斑状白云质石灰岩，少量粉晶白云岩和角砾岩，储集空间类型有晶间孔、砾间孔和微裂缝。测井解释结果显示，米探1井马四段储层累计厚度为58.3 m，其中马四3亚段储层累计厚度为19.7 m，气层厚度为9.9 m，含气水层厚度为5.1 m，干层厚度为4.7 m；马四2亚段储层累计厚度为31.7 m，气层厚度为2.0 m，含气层厚度为10.7 m，含气水层厚度为5.3 m，干层厚度为13.7 m；马四1亚段储层累计厚度为6.9 m，含气层厚度为1.3 m，含气水层厚度为2.4 m，干层厚度为3.2 m（图3）。

米探1井先后于2021年5月和6月进行两次压裂酸化施工及试气，第一次采用“胍胶＋滑溜水＋陶粒压裂”施工方案，对马四3亚段井段2 700.0～2 704.0 m和井段2 710.7～2 714.0 m进行射孔压裂施工，试气日产天然气量为6.18×104m3，日产水量为9.6 m3，计算天然气无阻流量为20.73×104m3/d；第二次也采用“胍胶＋滑溜水＋陶粒压裂”施工方案，对井段2 616.5～2 618.5 m、2 622.0～2 625.0 m和2 630.4～2 635.9 m进行射孔压裂施工，马四3亚段和马四2亚段合试，试气日产天然气量为8.46×104m3，日产水量为21.6 m3，计算天然气无阻流量为35.24×104m3（图3）。

老年脑卒中患者往往需要长期卧床，在一定程度增加了护理难度，而受到多因素影响，患者有发生压疮的风险[1]。而患者的恢复需要很长时间，大多数患者无法在院接受长期治疗，通过护理干预向患者的家庭延伸，帮助患者预防并发症，提高康复效率，是医护人员的重任[2]。本文分析了延伸护理对老年脑卒中卧床患者压疮发生及生活质量的影响，报道如下。

3 马四段成藏条件

3.1 烃源岩条件

3.1.1 马四段具有海相烃源岩供烃条件

前人研究结果认为，鄂尔多斯盆地存在两套向马家沟组供烃的烃源岩[1,12,14-16]：第一套是下古生界奥陶系马家沟组海相烃源岩；第二套为上古生界石炭系—二叠系煤系烃源岩。但是，盆地东部马四段距离风化壳剥蚀窗口较远，不具备中央古隆起东侧“上源下储侧向接触、近距离运移”条件；而盆地东部马三段—马一段发育的海相烃源岩与马四段储层呈“下源上储”关系，符合天然气的运移规律。研究结果表明，马三段—马一段发育的烃源岩常与硬石膏岩伴生，岩性为深灰色—黑灰色泥质白云岩或白云质泥岩，总有机碳含量介于0.22%～1.61%，平均值为0.40%，最高值可达3.42%，有机质以腐泥无定形为主，生烃母质主要为浮游藻类，为腐泥型干酪根，热演化成熟度（Ro）介于1.7%～2.5%，已达到高、过成熟阶段。该套烃源岩受沉积相控制[11]，主要沿地势相对较低的桃利庙坳陷和米脂坳陷规模分布，单层厚度介于为0.1～1.0 cm，最大可达50 cm，累计厚度介于40～80 m（图4）。

图4 鄂尔多斯盆地东部马三段—马一段烃源岩厚度分布图

3.1.2 天然气碳同位素进一步证实海相烃源岩供烃

盆地东部马四段已发现的天然气藏主要位于不发育硬石膏岩的马四2亚段和马四3亚段，其天然气甲烷碳同位素值介于－45.40‰～－37.29‰，且部分富含H2S，与奥陶系风化壳、上古生界煤成气的甲烷碳同位素分布特征存在明显差异；而与奥陶系盐下天然气地球化学特征具有相似性（表1）。基于前人对鄂尔多斯盆地古生界天然气成因判识[17-20]，笔者通过马四段、奥陶系盐下、奥陶系风化壳和上古生界煤成气的气源对比分析，认为盆地东部马四段天然气源与奥陶系盐下气源一致，来自于马家沟组海相烃源岩，为自生自储油型气，硫化氢含量较高原因为天然气在运移过程中经历了硬石膏岩分布区，并与硬石膏岩发生了硫酸岩热化学还原反应所致[20]。

表1 鄂尔多斯盆地东部天然气碳同位素及H2S含量统计表

3.2 马四段发育规模储集层

3.2.1 马四段主要发育台内滩相和台内丘相两种孔隙型储层

鄂尔多斯盆地东部马四段主要发育台内滩相和台内丘相两类优质储层。台内滩相储层岩性为砂（砾）屑云岩、粉—细晶白云岩和粉晶白云岩，发育粒间孔、晶间溶孔、晶间孔和微裂缝（图5-a～d），储层孔隙度介于1.03%～11.27%，平均孔隙度为4.95%；渗透率介于0.002～7.730 mD，平均渗透率为0.090 mD。台内丘相储层岩性为微生物白云岩、斑状粉晶白云岩、斑状灰质白云岩和斑状白云质石灰岩，发育晶间孔和微裂缝（图5-e～h），储层孔隙度介于0.70%～13.21%，平均孔隙度为2.47%；渗透率介于0.002～4.269 mD，平均渗透率为0.075 mD。

图5 鄂尔多斯盆地东部马四段储层特征照片

3.2.2 优质储层主要沿横山隆起和米脂坳陷中的凸起带规模分布

构造—岩相古地理研究结果表明，鄂尔多斯盆地东部在奥陶纪马四期具有“隆（凸）坳（凹）相间”的构造古地理格局[11,13]。海侵初期，横山隆起和米脂坳陷中的凸起带水体较深，沉积物岩性为致密石灰岩，但该区适合造迹生物活动，这些造迹生物在石灰岩中形成了形态各异的潜穴及潜穴充填物。由于潜穴内充填物较为疏松，为后期白云石化流体的进入提供了通道，潜穴充填物经过白云石化作用后形成发育晶间孔的斑状白云岩；伴随海平面下降，海水逐渐咸化，隆起和凸起区沉积物为致密灰质白云岩和粉晶白云岩。与此同时，该区生物活动也逐渐增强，沉积物原岩结构被强烈破坏形成了较为疏松的生物搅动层，后期渗入的白云石化流体对生物搅动层中粉晶白云石进行重结晶改造，形成发育晶间孔的粗粉晶白云石或细晶白云石；当海平面进一步下降至适当条件时，横山隆起和米脂坳陷中的凸起发育颗粒白云岩和微生物白云岩（图1），具有一定的原始基质孔隙[8,20-21]；当海平面继续下降至横山隆起和米脂坳陷中的凸起带上的沉积物暴露于地表时，大气淡水溶蚀作用对早期形成的孔隙进行扩溶并形成溶蚀孔。受台内丘滩体、生物扰动作用和白云石化作用共同控制，盆地东部马四段优质储层主要沿位于沉积古地貌高地的神木—米脂和榆林—横山—靖边一带展布，并呈现出储层厚度由隆起向坳陷方向逐渐减薄的平面展布特征（图6）。

图6 鄂尔多斯盆地东部马四段储层厚度分布图

3.3 断裂和微裂缝形成了有效的疏导体系

气源对比分析结果表明，奥陶系海相烃源岩是向盆地东部马四段天然气藏供烃的主力烃源岩，但这些烃源岩主要位于马四段下部的马三段—马一段，纵向上常被硬石膏岩或盐岩分隔，且垂向上距离马四段气藏较远。构造演化与典型气藏解剖综合研究结果表明，鄂尔多斯盆地马四段沉积后经历了奥陶纪挤压背景下的同沉积断裂活动、加里东运动、海西运动和燕山运动等多期次构造运动[15,22-23]，在盆地东部形成了一系列断层和裂缝（图2、5～7）。微观薄片和三维CT扫描显示，米探1井奥陶系马四段中的断层角砾岩发育未被充填的砾间孔、晶间孔和微裂缝（图3、5）。这表明断层和裂缝能够直接沟通源储，形成了有效的输导体系，是盆地东部奥陶系马四段天然气聚集成藏的关键。

3.4 良好的圈闭有利于天然气聚集

鄂尔多斯盆地东部马四段发育规模岩性圈闭和构造—岩性圈闭（图2、7）。岩性圈闭与沉积相分异相关，分布于隆起或凸起带上的台内丘滩体原始孔隙度高，经过白云石化作用后可形成储集性能较好的孔隙型储层，在地震上呈现出中振幅、欠连续的反射特征；而位于台内丘滩体周缘的低部位，水体能量低，海水盐度值正常，且生物扰动作用较弱，沉积物为基质孔不发育的致密石灰岩，地震上呈现出强振幅、连续反射特征，构成了遮挡层和盖层，可形成有效岩性圈闭（图1、7）；此外，多期次构造运动形成的盐底辟构造、断层与岩性圈闭叠合后形成了盐隆构造—岩性复合圈闭（图2）和断背斜—岩性复合圈闭（图7）。这些圈闭为马四段天然气聚集提供了有利场所，起到了重要的控藏作用。

图7 过靖探1井—靳27井地震剖面图

3.5 多套盖层有利于天然气保存

鄂尔多斯盆地东部马四段及上覆地层中发育多套直接盖层和区域盖层。直接盖层为马四段内部的石灰岩盖层和硬石膏岩盖层，其中硬石膏岩盖层发育于马四1亚段中（图1、 3），累积厚度介于0.5～14.9 m，具有横向分布稳定、连续性好的特征（图8-a）；区域盖层为上覆于马四段之上的马五10亚段、马五8亚段和马五6亚段膏盐岩盖层，岩性主要为盐岩、硬石膏岩和膏质白云岩，岩性致密，分布范围更广，其中以马五6亚段的硬石膏岩、盐岩最为发育，累积厚度介于1.0～129.0 m（图8-b）。

图8 鄂尔多斯盆地马四1亚段、马五6亚段膏盐岩盖层分布图

比表面积、突破压力、气柱高度和遮盖系数是评价盖层封闭能力的常用参数[24]。盆地东部马四段和马五段的石灰岩与膏盐岩测试结果显示，石灰岩和膏盐岩均具有较强的封闭性，其中膏盐岩封闭性能更为优越，具有比表面积大、突破压力高、封闭气柱高和气体遮盖系数大等特点（表2）。两类直接盖层和区域盖层封闭性能好，有利于天然气的保存。

表2 鄂尔多斯盆地东部马家沟组石灰岩、膏盐岩盖层封闭性能实验数据表

3.6 天然气成藏模式

基于上述成藏条件分析，构建了鄂尔多斯盆地东部马四段“下古生界海相烃源岩供烃、断裂与裂缝疏导运移、马四段圈闭聚集成藏”的成藏模式。发育于桃利庙坳陷和米脂坳陷中的马三段—马一段海相烃源岩沿断层与裂缝向神木—米脂和榆林—横山—靖边地区马四段中的岩性圈闭和构造—岩性复合圈闭运移并聚集成藏（图9）。

图9 鄂尔多斯盆地东部马四段天然气成藏模式图

4 马四段天然气勘探方向

米探1井成为首口在马四段获得高产工业气流的探井，证实了鄂尔多斯盆地东部马四段具有良好的勘探潜力，发掘了该盆地内又一个具有规模成藏条件的含油气层系，实现了继奥陶系岩溶风化壳气藏和中组合白云岩岩性气藏后的又一重大战略性突破，坚定了在鄂尔多斯盆地靖边气田以下找靖边的信心。目前，综合有效烃源岩、储层发育特征、输导体系、有效圈闭以及保存条件等成藏地质条件，预测鄂尔多斯盆地东部神木—米脂地区和榆林—靖边地区是马四段天然气有利勘探区，面积共计为13 000 km2，有望形成新的天然气规模储量、产量增长区（图10）。

图10 鄂尔多斯盆地东部马四段天然气有利勘探区预测图

4.1 神木—米脂天然气有利勘探区

神木—米脂有利区面积为5 000 km2，是盆地东部马四段天然气聚集成藏区，主要依据有：①该区马一段—马三段发育海相烃源岩，累计厚度介于40～80 m，具备充足的供烃条件（图4）。②马四段发育以晶间孔和微裂缝为储集空间的规模储层，储层厚度介于2.0～58.3 m （图6），平均孔隙度为2.47%。③有利区东部位于台内丘和盐隆构造带上，发育构造—岩性复合圈闭；有利区西部位于岩性相变带上，发育岩性圈闭（图2）。④有利区西部发育北东向走向的断裂带，形成了有效的输导体系，有利于沟通气源（图6）。⑤该区膏盐岩盖层厚度大、分布范围广，有利于天然气保存（图8）。

截至目前，该区米探1井获得了35.24×104m3/d的高产工业气流，神100井、米104井和神103井等多口井的薄储层中获得几千立方米的低产气流，证实该区域具有良好的勘探前景，是马四段天然气勘探的重点靶向区。下一步针对该区的天然气勘探，应优选出一批具有米探1井相似成藏条件的位置进行井位部署，扩大勘探成果。

4.2 榆林—靖边有利勘探区

榆林—靖边有利区面积为8 000 km2，也是盆地东部马四段天然气聚集成藏区，主要依据有：①该区东、西部毗邻的桃利庙坳陷和米脂坳陷马一段—马三段均发育海相烃源岩，累计厚度介于40～80 m，具备良好的烃源岩供烃条件（图4）。②马四段发育厚层台内滩相白云岩储层，储层孔隙主要为晶间孔、粒间孔和微裂缝，储层厚度介于2.0～58.1 m（图6），平均孔隙度为4.74%，储层条件好。③该区位于云灰相变带（图1）和断裂带上（图6、10），发育岩性圈闭和构造—岩性复合圈闭类型（图7）。④该区发育近北东向走向和近北西向走向的断裂带（图6、10），为下部马三段—马一段海相烃源岩油型气向上部马四段运移提供了有效的输导体系。⑤纵向上发育的多套厚层硬石膏岩盖层，且分布范围广，有利于天然气保存（图8）。

截至目前，该区统51、统52、靳14和靳27井等多口钻井获得了天然气流，但由于储层厚度较薄或处于构造低部位，仅获得了低产气流，目前未获得重大天然气勘探突破。下一步针对该区的勘探应加强对台内滩的刻画工作，优选靠近断裂带、在地震剖面具有台内滩反射特征、侧向上有封堵层的构造高部位进行风险井位部署，寻求天然气勘探新发现。

5 结论

1）鄂尔多斯盆地东部马四段主要沿神木—志丹、榆林—靖边—志丹一带发育台内滩相、台内丘相储层。台内滩相储层岩性为砂（砾）屑白云岩、粉—细晶白云岩和粉晶白云岩，发育粒间孔、晶间溶孔、晶间孔和微裂缝，平均孔隙度为4.95%；台内丘相储层岩性为微生物白云岩、斑状粉晶白云岩、斑状灰质白云岩和斑状白云质石灰岩，发育晶间孔和微裂缝，平均孔隙度为2.47%。

2）鄂尔多斯盆地东部马四段天然气为自生自储油型气，由下古生界奥陶系马三段—马一段海相烃源岩供烃；断层和裂缝沟通源储，形成了有效的输导体系；岩性圈闭和构造—岩性复合圈闭是天然气聚集的有利场所；马四段内的石灰岩和硬石膏岩是直接盖层，马五段的多层系膏盐岩盖层为区域封盖层，提供了良好的封存条件。

3）米探1井在马四段获得高产工业气流，证实了盆地东部马四段具备天然气藏的形成条件，鄂尔多斯盆地东部神木—米脂和榆林—靖边一带是马四段天然气有利勘探区，有利勘探面积13 000 km2。