鄂尔多斯盆地现今总体为一向西南方向倾斜的单斜构造，盆地北部(中部气田以北)位于地层上倾方向,东北缘乌兰格尔油气苗的存在,说明该区是油气运移的必经之地,在保存条件较好的地区已发现气藏,可见该区具有较有利的地理位置。该区油气勘探始于 50 年代,现已在该区发现9个气藏和多口工业气井(图1)。目前,该区以其较有利的油气地质条件而成为鄂尔多斯盆地的重要接替探区之一。

图1  研究区及勘探方向示意图

该区主体位于伊盟隆起及伊陕斜坡北部,发育太古界—下元古界结晶基底,在基底之上沉积了中元古界—新生界盖层。由于受乌兰格尔古隆起控制,各时代地层向隆起区方向超覆变薄或尖灭,并长期遭风化剥蚀而地层多缺失。中元古代长城系为该区第一套沉积盖层,为陆相 —台槽过渡相砂岩、页岩以及火山岩；中寒武世 —晚古生代经历过三次较大的海侵,相应沉积了中、上寒武统，下奥陶统马家沟组,中、上石炭统本溪组、太原组的潮坪相碳酸盐岩以及火山岩；中寒武世—晚古生代经历过三次较大的海侵,相应沉积了中、上寒武统,下奥陶统马家沟组,中、上石炭统本溪组、太原组的潮坪相碳酸盐岩或滨海沼泽相含煤砂泥岩沉积,二叠世开始进入河湖相沉积。该区在加里东期具两次明显的抬升,缺失蓟县系—下寒武统和中奥陶统平凉组—下石炭统；燕山早中期以前,该区受南北应力场影响,其构造背景为南倾北抬的斜坡,形成纬向构造体系,燕山中晚期后,该区应力场变为东西向挤压,区域构造背景为西倾东抬,形成经向构造体系。区内局部构造相对较发育,并发育三条近东西向、近北西向的二级断裂,即阿布劳庙、达克逆掩断层和新召正断层。由于北东向抬升,现今构造面貌为一呈西南倾的平缓斜坡。

一、基本地质特征

1.气源岩

(1) 下古生界气源岩

奥陶系马家沟组烃源岩主要分布于伊13—伊8井以南,厚约50～300m,为环陆云坪相碳酸盐岩,生烃能力有限。乌审旗以南靠近中东部生气中心,生气强度(20～30) ×108m3/ km2,烃源岩残余有机碳为0.2 %左右,母质类型为腐泥—混合型,热演化程度已达高成熟—过成熟阶段。

(2) 上古生界气源岩

石炭系太原组和二叠系山西组烃源岩为一套滨、浅海和海湾沼泽环境下沉积,岩性为黑色泥岩、炭质泥岩及泥灰岩,含煤层。暗色泥岩厚20～600m不等,煤层厚10～40m。其有机质丰度较高,有机碳含量 1.47 %～2. 22 % ,干酪根类型以腐殖型为主,成熟度适中( R = 0. 8 %～2 %)。生烃中心位于乌审旗地区,最大生气强度可达80×108m3/ km2。

2.储集层

(1)下古生界储集层

以马家沟组风化壳为主要储集层,其储集性能的好坏主要受沉积相带、古地貌特征及岩溶作用控制。马五段为环陆潮上云坪环境沉积,以泥 —粉晶白云岩、角砾白云岩、颗粒白云岩等岩性为主,有利于形成溶蚀孔洞型储集空间；由于该区风化壳较中部气田更薄,其储集性能会受到一定的限制。

(2)上古生界储集层

以碎屑岩为主,发育于石炭系本溪组、太原组和二叠系山西组、下石盒子组中。本溪组储集层分布较局限,东胜 —乌审旗以东有分布,砂体为典型的浅水三角洲相沉积。太原组以扇三角洲和河道砂体为主要储集层,扇三角洲砂体主要分布于鄂托克旗以北,厚20～120m,以中 —粗粒岩屑石英砂岩为主；浅水三角洲分流河道砂体分布于东胜—榆林及其以东,厚10～30 m,为中粒含长石石英砂岩,多呈透镜状分布。山西组以河流相沉积为主,发育冲积扇、河漫滩相沉积砂体,最厚可达60m,以中—细粒富岩屑砂岩为主,粒度相对较细,孔隙度普遍较低；下石盒子组发育南北向冲积河流相及其间的河漫平原相砂体,砂体厚度大,一般 30～100m ,以中—细粒、中粒岩屑砂岩、含砾岩屑石英砂岩为主,物性以河道砂体、冲积扇砂体为好,在伊深1井区其孔隙度达10 %～17%,渗透率大于7 ×10-3μm2。

上古生界碎屑岩类储集层以北部、东北部为主要物源区,砂体厚度由南往北变厚,其物性由南向北有逐渐变好的趋势。砂岩孔隙度一般在 6 %～10 %,从物性特征看,属低孔低渗储集层。山西组和下石盒子组在该区已获多口工业气井 (召探1、伊深1等),固然为重要的储集层,而本溪组和太原组在该区虽然未见气藏,但在盆地南部、东部地区见工业气井(陕132、镇川 2等),仍不失为该区具有一定勘探远景的储集层。

3.区域盖层

盆地以发育两套稳定的良好区域盖层而著称。石炭系底部的泥岩、铝土岩及铝土质泥岩为下古生界风化壳气藏的区域性盖层,铝土岩及铝土质泥岩主要发育于本溪组,分布于乌审旗—东胜以东,厚度5～20m,太原组泥岩分布较广,在鄂托克旗—杭锦旗一带厚约10～40 m。二叠系上石盒子组泥质岩是上古生界气藏的区域性盖层,厚约 60～140m,该套泥岩不仅对下石盒子组气藏有直接的封盖作用,而且对山西组、太原组、本溪组甚至奥陶系风化壳气藏亦具间接的封盖性。参考盆地中东部物性封盖参数,这两套盖层具有较强的封盖性能。

4.含气系统

含油气系统是沉积盆地中一个自然的烃类流体系统,其中包括活跃的生油气凹陷、所有与之有关的油气及油气成藏所必须的地质要素及作用。该区可划分出下古生界奥陶系含气系统和上古生界石炭—二叠系含气系统。

(1)下古生界奥陶系含气系统

天然气主要分布于马五段风化壳上,是以自生自储为主的含气组合。由于该区下古生界生烃条件不是很好,气源主要是由盆地中、东部向该区运移而来,因此天然气的聚集要有有利的地形条件和良好的封堵条件,沿上倾方向具有有效的封堵层即有可能成藏。该区东南部下古生界具有天然气聚集的有利条件:具铝土质泥岩盖层和岩溶正负向地貌。该含气系统可发育有古潜台气藏、古潜丘气藏、地层不整合气藏等(图 2)。

(2)上古生界石炭 —二叠系含气系统

本溪组底部铝土质泥岩或太原组底部泥岩和上石盒子组泥岩为底顶板,天然气主要分布于其间的太原组、山西组和下石盒子组砂体中,气源由太原组、山西组煤系地层提供,具有自生自储(太原组、山西组气藏)和下生上储(下石盒子组)两种组合形式；气藏类型主要有砂岩透镜体气藏,岩性上倾尖灭气藏,构造—岩性气藏和侵蚀谷充填气藏等(图2) 。

图2  鄂尔多斯盆地北部生储盖组合及含气系统剖面示意图

二、天然气成藏控制因素

鄂尔多斯盆地天然气聚集于下古生界海相碳酸盐岩和上古生界陆相碎屑岩中,由于天然气聚集于两个不同的领域,其成藏各具特点,影响天然气富集的因素侧重点亦有所不同。

1.下古生界天然气成藏控制因素

通过对中部气田成藏规律的认识,并应用于该区,下古生界天然气成藏主要受四方面因素控制:气源、区域性岩相变化、盖层及古岩溶地貌。气源为成藏基础,位于上、下古生界生气强度中心或运移指向区有利于油气捕集,如该区南部下古生界气井均位于生烃中心附近或气源运移指向区；不同的相带决定不同储集能力储层的分布,奥陶纪该区东北部靠近东部盐洼,是含膏盐成分较多的相带,储集性能相对较差,但可起侧向封堵作用,西南部以(含膏)云岩为特征的潮坪沉积,有利于形成准同生白云岩而改善其储集性能,可见,宽阔的潮坪相带,是奥陶系风化壳白云岩储集层区域性稳定展布的基础,同一地层上倾方向的相变有利于天然气的富集；稳定的区域盖层是天然气大面积富集的关键,铝土岩或铝土质泥岩相对于泥质岩来说具有更强的封盖性能；岩溶地貌一方面控制储集层区域性溶蚀改造,另一方面在古地貌背景上发育的大小不等的潜台、潜丘和潜沟奠定了形成古地貌圈闭的基础。值得指出,该区南部下古生界气井和中部气田下古生界气井绝大多数分布在岩溶斜坡带上,说明岩溶斜坡带是形成风化壳气藏的有利古岩溶地貌单元,这是由于该带地形平缓、排水通畅,具有溶解淋滤充分、溶蚀作用强烈等特点,而使云岩储集体孔、洞、缝充填程度低的缘故。

2.上古生界天然气成藏控制因素

在该区南部和北部区带均有工业气井,说明上石盒子组作为区域盖层是稳定有效的,控制天然气富集的决定因素是气源、砂体、局部构造的发育程度以及源岩生烃期与构造形成期的匹配。

(1)生气中心或气源运移指向区利于成藏

该区上古生界山西组和太原组为一套煤系地层,对生气有利。从钻井厚度来看,该区南部比北部烃源岩厚度要大,南部钻达的烃源岩厚度普遍大于100m,具有较好的生烃条件,上古生界气井都位于生烃中心或沿边,生气强度在(50～80) ×108m3/ km2范围内,北部烃源岩厚度不大,生烃强度亦普遍在 20×108m3/ km2左右,比南部稍差(图1) 。

(2)气藏受砂体控制明显

该区北部发育冲积扇、三角洲、河道砂体,天然气富集受砂体控制比较明显。如杭锦旗阿布劳庙构造带发育石盒子组决口扇、冲积扇砂岩体,砂岩体连片性较好,物性较好(φ = 7%～17%、K = 1×10- 3～100×10-3μm2) ,气井产量较高,如鄂2、鄂3井日产均超过4×104m3；南部乌审旗地区山西组发育河道相砂体,砂体连片性较差,多呈上倾尖灭或透镜状砂体分布,如召探 1 井虽然打在局部构造边部,但由于存在山西组和下石盒子组透镜状砂体而获工业气流,陕 141 井亦钻在上倾尖灭砂体上。

(3)局部构造发育可以弥补气源的不足

该区局部构造的发育对气源不足具有较明显的弥补作用,如北部阿布劳庙构造带,本区气源条件及封盖条件不如南部地区,但由于局部构造发育,使该构造带成为天然气富集区,基本上一个局部构造就是一个含气构造,工业气井均打在局部构造高点或翼部,如鄂 2、鄂 3、伊 17、伊深1等井,而打在构造圈闭外或构造鞍部的井则油气显示差或含气丰度低,如伊10、盟2井。

(4)源岩生烃期与圈闭形成期的匹配有利于天然气的富集

源岩从三叠纪开始进入热解生烃期,中侏罗世末进入油气兼生—湿气阶段,生气高峰持续到白垩纪末期,然后进入湿气—干气阶段,即天然气初次运移应开始于中侏罗世。而构造圈闭主要发育期是早、中侏罗世,定型于早白垩世(图3) 。源岩生烃期与局部构造形成期基本同步,天然气运移方向以乌审旗为生气中心往北、东北部运移,乌审召鼻隆带以及阿布劳庙构造带均是油气初次运移的指向区,对天然气的富集是有利的。该区北部远离生气中心,仍可接受部分早期运移的气源,但有两个影响因素必须考虑:一是在油气运移初期,储集层正处于晚成岩A 期,此时岩石已变得致密,油气的长距离运移必然受到影响；二是该区北部的 3 条二级断裂具长期活动的特点,至少在加里东早期就已经开始活动,终止于燕山中晚期3,使部分天然气散失而影响到断裂以北地区气源的供给(图3)。从这两点来看,阿布劳庙构造带接受南部运移来的气源是有限的,该构造带高点以外的钻井油气显示差或丰度低可能与这两个不利因素有关。

图3  鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气富集因素的时空关系

结论

通过对该区地质特征及天然气富集因素探讨可见,该区地质条件较好,具有广阔的勘探前景。在该区进行天然气勘探,除对该区有总体认识外,还必须考虑到控制天然气富集的一些主要因素,首先应立足于生气中心或生气强度高值区(大于20×108m3/km2),区内下古生界溶蚀孔洞型储集体及上古生界孔渗条件好或受构造控制的砂岩无疑是今后勘探的首选目标。阿布劳庙构造带之所以成为天然气富集区,是受益于构造圈闭的发育,但因其具有勘探程度较高、生气丰度低且远离中部气源以及局部构造控气明显等特点而只能作为挖潜区；其南部(伊 8 —伊13 以南)虽然构造圈闭不发育 ,但从气源条件和勘探目的层来说比它更优越,尤其是乌审旗—东胜—榆林区具有好的气源条件和有利的上、下古生界储集体,并有适当的构造控制 ,应作为勘探重点地区,而鄂托克旗以西和以南上古生界砂体展布区应作为下一步的接替探区(图 1) 。