鄂尔多斯盆地含油气盆地天然气勘探潜力分析

鄂尔多斯盆地含油气盆地天然气勘探潜力分析

1盆地内部油气藏鄂尔多斯盆地是中国的第二个沉积盆地，占地面积约37.14km2。这是典型的克拉通边缘重叠盆地，由六个主要结构单元组成（见图1）。盆地演化至今,大致经历了6个阶段:中元古代早期裂陷槽盆期、中—晚元古代地台期、早古生代复合型克拉通坳陷盆地期、晚古生代—中三叠世联合型克拉通坳陷盆地期、晚三叠世—白垩纪坳陷盆地期以及新生代断陷盆地期。不同演化阶段盆地形成了不同的古构造,并且具有明显的反向运动特征,燕山运动前,反向运动主要集中在南北方向上,燕山运动期间主要集中在东西方向上。鄂尔多斯盆地主要发育3套烃源岩(见图2):下古生界奥陶系海相暗色泥灰岩和泥页岩,上古生界石炭-二叠系海陆交互相泥页岩和煤系,以及中生界上三叠统湖相暗色泥页岩。这3套烃源岩有机质丰度高,分布范围广,为鄂尔多斯盆地发育大油气田奠定了物质基础。由图2可以看出,从寒武纪至白垩纪,盆地主要发育2条区域性不整合面:侏罗系与三叠系间不整合面和石炭系本溪组与奥陶系马家沟组间不整合面,这两条不整合面的存在,为油气区域性横向运移提供了有利通道,也为油气聚集提供了有利场所。油气经初次运移进入相邻的有效储集层及圈闭后,又经历了漫长而复杂的地史演化,形成了现今的油气藏分布格局,即横向上南油北气(见图3、图4)、纵向上下气上油(见图5)。总体而言,盆地自下而上可划分为3大含油气系统:下古生界奥陶系含气系统、上古生界石炭-二叠系含气系统以及中生界三叠系—侏罗系含油系统。笔者以贯穿盆地内部的3条油气藏连井剖面(吴忠—米脂(A—B);固原—宜川(C—D);包头—澄城(E—F))为例,以盆地构造演化为主线,以油气藏形成时间为序,分别探讨3大含油气系统内烃源岩、储集层、盖层、圈闭与油气藏之间的匹配关系,并进一步明确油气成藏模式与主控因素,以期对鄂尔多斯盆地及周边油气风险勘探有所帮助。2下古生命系统2.1奥陶纪末盆地形成了早期海相烃源岩鄂尔多斯盆地下古生界在晚元古代形成的古中国地台之上发育而来。至加里东早期,秦、祁、贺三叉裂谷系重新开启,秦、祁大洋裂谷沉积了厚近5000m的复理石建造,贺兰坳拉槽沉积了逾1000m的碎屑岩,盆地本部则以碳酸盐台地及陆表海沉积为主。陆源碎屑岩主要发育于(寒武纪海侵早期及晚奥陶世)西缘的深水大陆斜坡地区,古地形整体表现为北高南低、东高西低。至加里东晚期,周缘海槽相继关闭,鄂尔多斯地台整体抬升,沉积中断达1.2×108a之久,并形成了奥陶系顶面马家沟组岩溶古地貌,为鄂尔多斯盆地下古生界大气田的形成准备了储集空间。奥陶系海相烃源岩主要分布在中上奥陶统,以暗色泥页岩、泥灰岩为主,形成于台地边缘斜坡和台内凹陷,这与全球200多个海相碳酸盐岩油气藏统计结果一致。在盆地西部、南部,上奥陶统平凉组发育了一套较好的斜坡相泥页岩,富含笔石。该套烃源岩围绕古隆起呈“L”型展布,分布范围广,有机质丰度较高,生烃潜力大,资源丰富。另一类潜在的烃源岩主要发育于盆地东部局限海环境下的潟湖相(见图2中马2+3),以微晶白云岩、含泥云灰岩为主,夹薄层泥页岩,TOC分布在0.1%～0.5%,具有一定的生烃潜力。奥陶纪末盆地整体抬升,沉积间断达1.2×108a之久,风化剥蚀严重,由此形成了2个有利的弧形储集带,自西、南向中东部分别为:①风化壳与白云岩体复合弧形带(天池—镇原),沿布拉格—天池—芦参1井—环14井—镇原—旬邑—宜君一带呈弧形展布;②古岩溶风化壳弧形带,厚约60～100m,主力含气层系即为此段,以靖边气田为代表(见图3、图5)。2.2下古生界天然气勘探方向目前下古生界已发现气田主要集中在奥陶系风化壳(见图5中奥陶系顶部气藏)。除苏里格、靖边风化壳岩溶缝洞型大气田外,另有3处天然气发现,其中,沿盆地南部靠近平凉组烃源岩地区多口井试气发现天然气流,宜6井试气获工业气流,耀参1井、旬探1井见低产气流;盆地西北部天环地区天1井获得工业气流;盆地北部伊盟古隆起区的伊8井奥陶系风化壳气测全烃峰值大于3.5%,表明北部上倾方向奥陶系含气性相对较好。由图3、图5两条大剖面可知,奥陶系气藏具有如下特征:①主要分布于风化壳附近,且主要集中在苏里格气田、乌审旗气田、靖边气田、米脂气田等;②风化壳气藏天然气主要源于上覆石炭-二叠系煤系烃源岩,其次来源于奥陶系烃源岩(见图2),其中石炭系煤系、泥岩既是下伏地层的烃源岩,又是良好的盖层;③气藏储集层以含膏白云岩风化壳溶蚀孔洞型为主;④由图3可知,除西缘逆冲断带外,盆地大部分地区保存较好,未有断裂系统破坏,测试数据显示地层水为同时期古残留水。根据奥陶系气藏分布特征,下古生界天然气勘探主要有3个领域:①与石炭-二叠系烃源岩相匹配的风化壳,如苏里格南岩溶台地、靖边南岩溶斜坡以及盆地东南部(宜6井)岩溶斜坡区;②围绕平凉组烃源岩分布的盆地西缘和南缘中上奥陶统台缘礁滩体岩性-构造圈闭;③伊陕斜坡北部高部位构造圈闭。下古生界气藏风险勘探也存在许多不确定因素,需要进一步求证,主要包括:①在盆地范围内,分区明确目前奥陶系风化壳天然气母源的类型、层位及混源比例等,对于指导下古生界天然气风险勘探的主攻方向具有重要意义;②进一步明确平凉组烃源岩的分布范围、丰度、类型等物化指标,特别是该套烃源岩主要生排烃期与西缘构造抬升史的匹配关系,这些问题的科学求解,将直接关系到鄂尔多斯盆地未来风险勘探的方向与前景;③从图5可以看出,奥陶系古构造圈闭相对较少,且封闭幅度较低,同时,地层由南到北平缓抬升,致使早期气藏发生多次运移,并最终向盆地构造高位运聚,因此,进一步恢复下古生界烃源岩生排烃高峰期(白垩纪)以来盆地内部构造演化历史,将有助于奥陶系及其他层系勘探取得突破性进展。3上老生命体系的含气系统3.1叠纪生烃岩发育模式至中石炭世,盆地再度海侵,其范围与早古生代基本相当,到早二叠世下石盒子组沉积时期,海水完全退出,并进入陆相沉积阶段。由图2可知,石炭-二叠系由下至上依次为石炭系本溪组,二叠系太原组、山西组、石盒子组和石千峰组。盆地内部沉积厚度相对均匀,约1400～1600m,含气层位主要集中在下石盒子组盒8段、山西组、太原组和本溪组。由图5可以看出,上古生界烃源岩主要集中在本溪组—山西组,主力烃源岩为煤系,其次为暗色泥岩。有机地球化学分析显示,该套烃源岩层生气强度可达12×108～24×108m3/km2,具有良好的生烃潜力。上古生界有利储集层主要集中在山1—盒8段,由于受北部物源控制,河流、浅水三角洲砂体向南延伸较远,岩性以中粗粒石英砂岩和岩屑石英砂岩为主,表现为低孔低渗特征。3.2上古生界天然气勘探方向从图3、图5可以看出,上古生界石炭-二叠系气藏主要分布于伊陕斜坡中北部的构造高部位,止于伊盟古隆起,代表性气田有苏里格气田、榆林气田、神木气田、子洲气田、米脂气田等,富集层位主要集中在本溪组—盒8段的4套层系内,除盆地边缘外,盆地内部均有分布,形成了“满盆气”的分布格局(见图5)。按照生储盖组合与气藏配置关系,可分为自源组合和他源组合两种,其中前者主要为太原组气藏和本溪组气藏,后者主要为山西组气藏和盒8段气藏(见图2)。其分布特点是:气藏均分布于烃源岩层系附近或内部,具有明显的烃源岩控藏特征;以岩性圈闭气藏为主。因此,上古生界天然气有两个领域值得进一步勘探:①以本溪组—太原组自源岩性气藏为主要勘探对象,中央古隆起东北侧海相障壁岛和沿岸砂坝岩性气藏为主要勘探方向;②以石炭-二叠系为烃源岩、源自南部物源体系的河流三角洲岩性气藏(韩城—黄龙一带)为另一主要勘探目标区。4油中4.1中生界油藏储集体从图2、图4可以看出,中生界含油系统由中上三叠统延长组长7段烃源岩、中上三叠统和中下侏罗统两套储集层系组成。晚三叠世—白垩纪,盆地主要发育大型内陆湖泊与河流相沉积。三叠系由下至上依次为刘家沟组、和尚沟组、纸坊组、延长组(长1段—长10段),其中延长组是鄂尔多斯盆地内陆湖盆形成后所接受的第一套生、储油岩层系,也是盆地最主要的勘探层系,厚度大(大于1000m),分布广。其发育演化经历了完整的湖进和湖退阶段:长10段—长7段为湖进期,湖盆逐渐扩大,水体逐渐加深,沉积物由粗变细;长6段—长1段为水退阶段,虽有反复,但总体上水体逐渐变浅,直至湖盆消亡,主要发育一套灰色中厚层块状细砂岩、粉砂岩与深灰色泥岩组成的旋回性韵律沉积。古地形整体表现为盆地四周高、中南部低,东北坡长而缓、西南坡短而陡。侏罗系由下至上依次为富县组、延安组(延1段—延10段)、直罗组及安定组。富县组是一套洪积扇或山地河流相沉积,厚约120～150m。延安组厚100～400m,与下伏富县组呈假整合接触,层位底部为河流相砂岩,厚达120m,分布范围较广,中上部发育一套由煤系、灰色泥岩组成的韵律性沉积,属湖沼相。至中侏罗世,气候渐趋干燥,导致直罗组和安定组发育一套河流相至湖相的红色沉积,与下伏延安组侵蚀不整合接触。从图4可以看出,中生界烃源岩主要由延长组长7段、长9段优质油页岩组成,其中长7段为主力烃源岩系,具有厚度大、分布广、有机质丰富、成熟度高等特点,集中分布在定边—吴起—庆阳—富县一带,范围约8×104km2。从图4、图5可以看出,中生界油藏储集体有两套,分别为中上三叠统延长组与侏罗系延安组和直罗组。延长组由北东、南西两大物源控制的河流-三角洲沉积与湖相碎屑岩沉积组成,其中三角洲前缘的水下分流河道砂、河口坝,以及湖盆中部与重力流有关的砂质碎屑流、滑塌沉积和浊流沉积构成了叠置连片的储集体。侏罗系含油储集体主要分布在延安组和直罗组,其中延9段、延10段河道相粗—中粒石英砂岩为主力储集层,延6段—延9段煤系为盖层。4.2中生界石油勘探方向从图4可以看出,中生界主力油层均位于长7段有效烃源岩范围内。三叠系油藏主要分布在天环坳陷和伊陕斜坡的中南部,代表性油田有姬塬油田、靖安油田、安塞油田、西峰油田等。侏罗系油藏主要分布于西缘断裂带中北部以及天环坳陷、伊陕斜坡中南部。三叠系油藏约占整个中生界石油储量的80%,侏罗系约占20%。中生界油藏分布特点为:①生油坳陷控制油藏的空间展布,延长组油藏均分布于生油坳陷内部及周缘的主力砂体带上,但少量油气可沿三角洲有效砂体向盆地北部流体低势区运移,以安塞油田和姬塬油田为代表,侧向运移可达150～200km(见图5);②有利沉积相带是油藏形成的基本地质条件,延长组三角洲前缘水下分流河道、河口坝、湖盆中心重力流砂体是有利的储集相带,侏罗系底古地貌斜坡带的河流边滩、心滩砂体是油气富集的最有利场所;③从图4可以看出,延长组油气运移指向紧邻生烃坳陷的流体低势区,侏罗系富县组、延10段早期发育的下切河道与后期形成的裂缝沟通了延长组油源,是油气向上运移的主要通道,延长组侵蚀面及延10段顶面的鼻隆、穹窿构造是油气运聚的有利指向区;④延长组油藏类型以致密岩性油藏为主,具有面积大、储量多、物性差、叠置连片分布等特点;侏罗系以构造圈闭、岩性圈闭和复合圈闭油藏为主,其中构造圈闭与复合圈闭油藏具有油藏数量少、面积大、储量多、富集程度高的特点,岩性油藏具有油藏数量多、面积小、储量少、富集程度低的特点。对图4、图5油气藏连井剖面综合分析后认为,中生界石油勘探应集中于以下两个领域:①延长组生油坳陷周边、具有较好运移通道且范围小于150km的流体低势区,如湖盆北部的三角洲平原地区;②侏罗系古地貌复合圈闭油藏及构造圈闭油藏。5油气勘探方向烃源岩是鄂尔多斯盆地油气成藏最主要的控制因素。由3条油气藏连井剖面可以看出,盆地内部烃源岩时空展布特征控制着油气藏的分布格局。3套烃源岩系对应着3大含油气系统,各期油气成藏具有明显的烃源岩控藏特征。两条区域不整合面、层系内部裂缝系统以及叠置连片的砂体(或白云岩)既是油气运移的有效通道,也是油气聚集的有利场所。中生界油藏主要分布在生油坳陷内部及周缘的有效圈闭中,石油运移距离相对较短,个别油藏可通过不整合面和叠置连片的砂体向盆地流体低势区运移150～200km。古生界气藏可在整个盆地烃源岩范围内短距离运移,且规模较大,最终聚集于奥陶系顶面风化壳有效岩溶圈闭和石炭-二叠系源内或近源低渗透有效砂岩圈闭中。根据上述石油地质特征,同时结合油气藏连井剖面分析,认为未来鄂尔多斯盆地油气风险勘探应集中在以下3个领域:①中生界应以生油坳陷为中心,在距生油坳陷边缘150