鄂爾多斯盆地含油氣盆地天然氣勘探潛力分析

鄂爾多斯盆地含油氣盆地天然氣勘探潛力分析

1盆地內(nèi)部油氣藏鄂爾多斯盆地是中國(guó)的第二個(gè)沉積盆地，占地面積約37.14km2。這是典型的克拉通邊緣重疊盆地，由六個(gè)主要結(jié)構(gòu)單元組成（見(jiàn)圖1）。盆地演化至今,大致經(jīng)歷了6個(gè)階段:中元古代早期裂陷槽盆期、中—晚元古代地臺(tái)期、早古生代復(fù)合型克拉通坳陷盆地期、晚古生代—中三疊世聯(lián)合型克拉通坳陷盆地期、晚三疊世—白堊紀(jì)坳陷盆地期以及新生代斷陷盆地期。不同演化階段盆地形成了不同的古構(gòu)造,并且具有明顯的反向運(yùn)動(dòng)特征,燕山運(yùn)動(dòng)前,反向運(yùn)動(dòng)主要集中在南北方向上,燕山運(yùn)動(dòng)期間主要集中在東西方向上。鄂爾多斯盆地主要發(fā)育3套烴源巖(見(jiàn)圖2):下古生界奧陶系海相暗色泥灰?guī)r和泥頁(yè)巖,上古生界石炭-二疊系海陸交互相泥頁(yè)巖和煤系,以及中生界上三疊統(tǒng)湖相暗色泥頁(yè)巖。這3套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,分布范圍廣,為鄂爾多斯盆地發(fā)育大油氣田奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。由圖2可以看出,從寒武紀(jì)至白堊紀(jì),盆地主要發(fā)育2條區(qū)域性不整合面:侏羅系與三疊系間不整合面和石炭系本溪組與奧陶系馬家溝組間不整合面,這兩條不整合面的存在,為油氣區(qū)域性橫向運(yùn)移提供了有利通道,也為油氣聚集提供了有利場(chǎng)所。油氣經(jīng)初次運(yùn)移進(jìn)入相鄰的有效儲(chǔ)集層及圈閉后,又經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地史演化,形成了現(xiàn)今的油氣藏分布格局,即橫向上南油北氣(見(jiàn)圖3、圖4)、縱向上下氣上油(見(jiàn)圖5)?？傮w而言,盆地自下而上可劃分為3大含油氣系統(tǒng):下古生界奧陶系含氣系統(tǒng)、上古生界石炭-二疊系含氣系統(tǒng)以及中生界三疊系—侏羅系含油系統(tǒng)。筆者以貫穿盆地內(nèi)部的3條油氣藏連井剖面(吳忠—米脂(A—B);固原—宜川(C—D);包頭—澄城(E—F))為例,以盆地構(gòu)造演化為主線,以油氣藏形成時(shí)間為序,分別探討3大含油氣系統(tǒng)內(nèi)烴源巖、儲(chǔ)集層、蓋層、圈閉與油氣藏之間的匹配關(guān)系,并進(jìn)一步明確油氣成藏模式與主控因素,以期對(duì)鄂爾多斯盆地及周邊油氣風(fēng)險(xiǎn)勘探有所幫助。2下古生命系統(tǒng)2.1奧陶紀(jì)末盆地形成了早期海相烴源巖鄂爾多斯盆地下古生界在晚元古代形成的古中國(guó)地臺(tái)之上發(fā)育而來(lái)。至加里東早期,秦、祁、賀三叉裂谷系重新開(kāi)啟,秦、祁大洋裂谷沉積了厚近5000m的復(fù)理石建造,賀蘭坳拉槽沉積了逾1000m的碎屑巖,盆地本部則以碳酸鹽臺(tái)地及陸表海沉積為主。陸源碎屑巖主要發(fā)育于(寒武紀(jì)海侵早期及晚奧陶世)西緣的深水大陸斜坡地區(qū),古地形整體表現(xiàn)為北高南低、東高西低。至加里東晚期,周緣海槽相繼關(guān)閉,鄂爾多斯地臺(tái)整體抬升,沉積中斷達(dá)1.2×108a之久,并形成了奧陶系頂面馬家溝組巖溶古地貌,為鄂爾多斯盆地下古生界大氣田的形成準(zhǔn)備了儲(chǔ)集空間。奧陶系海相烴源巖主要分布在中上奧陶統(tǒng),以暗色泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r為主,形成于臺(tái)地邊緣斜坡和臺(tái)內(nèi)凹陷,這與全球200多個(gè)海相碳酸鹽巖油氣藏統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。在盆地西部、南部,上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M發(fā)育了一套較好的斜坡相泥頁(yè)巖,富含筆石。該套烴源巖圍繞古隆起呈“L”型展布,分布范圍廣,有機(jī)質(zhì)豐度較高,生烴潛力大,資源豐富。另一類(lèi)潛在的烴源巖主要發(fā)育于盆地東部局限海環(huán)境下的潟湖相(見(jiàn)圖2中馬2+3),以微晶白云巖、含泥云灰?guī)r為主,夾薄層泥頁(yè)巖,TOC分布在0.1%～0.5%,具有一定的生烴潛力。奧陶紀(jì)末盆地整體抬升,沉積間斷達(dá)1.2×108a之久,風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重,由此形成了2個(gè)有利的弧形儲(chǔ)集帶,自西、南向中東部分別為:①風(fēng)化殼與白云巖體復(fù)合弧形帶(天池—鎮(zhèn)原),沿布拉格—天池—蘆參1井—環(huán)14井—鎮(zhèn)原—旬邑—宜君一帶呈弧形展布;②古巖溶風(fēng)化殼弧形帶,厚約60～100m,主力含氣層系即為此段,以靖邊氣田為代表(見(jiàn)圖3、圖5)。2.2下古生界天然氣勘探方向目前下古生界已發(fā)現(xiàn)氣田主要集中在奧陶系風(fēng)化殼(見(jiàn)圖5中奧陶系頂部氣藏)。除蘇里格、靖邊風(fēng)化殼巖溶縫洞型大氣田外,另有3處天然氣發(fā)現(xiàn),其中,沿盆地南部靠近平?jīng)鼋M烴源巖地區(qū)多口井試氣發(fā)現(xiàn)天然氣流,宜6井試氣獲工業(yè)氣流,耀參1井、旬探1井見(jiàn)低產(chǎn)氣流;盆地西北部天環(huán)地區(qū)天1井獲得工業(yè)氣流;盆地北部伊盟古隆起區(qū)的伊8井奧陶系風(fēng)化殼氣測(cè)全烴峰值大于3.5%,表明北部上傾方向奧陶系含氣性相對(duì)較好。由圖3、圖5兩條大剖面可知,奧陶系氣藏具有如下特征:①主要分布于風(fēng)化殼附近,且主要集中在蘇里格氣田、烏審旗氣田、靖邊氣田、米脂氣田等;②風(fēng)化殼氣藏天然氣主要源于上覆石炭-二疊系煤系烴源巖,其次來(lái)源于奧陶系烴源巖(見(jiàn)圖2),其中石炭系煤系、泥巖既是下伏地層的烴源巖,又是良好的蓋層;③氣藏儲(chǔ)集層以含膏白云巖風(fēng)化殼溶蝕孔洞型為主;④由圖3可知,除西緣逆沖斷帶外,盆地大部分地區(qū)保存較好,未有斷裂系統(tǒng)破壞,測(cè)試數(shù)據(jù)顯示地層水為同時(shí)期古殘留水。根據(jù)奧陶系氣藏分布特征,下古生界天然氣勘探主要有3個(gè)領(lǐng)域:①與石炭-二疊系烴源巖相匹配的風(fēng)化殼,如蘇里格南巖溶臺(tái)地、靖邊南巖溶斜坡以及盆地東南部(宜6井)巖溶斜坡區(qū);②圍繞平?jīng)鼋M烴源巖分布的盆地西緣和南緣中上奧陶統(tǒng)臺(tái)緣礁灘體巖性-構(gòu)造圈閉;③伊陜斜坡北部高部位構(gòu)造圈閉。下古生界氣藏風(fēng)險(xiǎn)勘探也存在許多不確定因素,需要進(jìn)一步求證,主要包括:①在盆地范圍內(nèi),分區(qū)明確目前奧陶系風(fēng)化殼天然氣母源的類(lèi)型、層位及混源比例等,對(duì)于指導(dǎo)下古生界天然氣風(fēng)險(xiǎn)勘探的主攻方向具有重要意義;②進(jìn)一步明確平?jīng)鼋M烴源巖的分布范圍、豐度、類(lèi)型等物化指標(biāo),特別是該套烴源巖主要生排烴期與西緣構(gòu)造抬升史的匹配關(guān)系,這些問(wèn)題的科學(xué)求解,將直接關(guān)系到鄂爾多斯盆地未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)勘探的方向與前景;③從圖5可以看出,奧陶系古構(gòu)造圈閉相對(duì)較少,且封閉幅度較低,同時(shí),地層由南到北平緩抬升,致使早期氣藏發(fā)生多次運(yùn)移,并最終向盆地構(gòu)造高位運(yùn)聚,因此,進(jìn)一步恢復(fù)下古生界烴源巖生排烴高峰期(白堊紀(jì))以來(lái)盆地內(nèi)部構(gòu)造演化歷史,將有助于奧陶系及其他層系勘探取得突破性進(jìn)展。3上老生命體系的含氣系統(tǒng)3.1疊紀(jì)生烴巖發(fā)育模式至中石炭世,盆地再度海侵,其范圍與早古生代基本相當(dāng),到早二疊世下石盒子組沉積時(shí)期,海水完全退出,并進(jìn)入陸相沉積階段。由圖2可知,石炭-二疊系由下至上依次為石炭系本溪組,二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組。盆地內(nèi)部沉積厚度相對(duì)均勻,約1400～1600m,含氣層位主要集中在下石盒子組盒8段、山西組、太原組和本溪組。由圖5可以看出,上古生界烴源巖主要集中在本溪組—山西組,主力烴源巖為煤系,其次為暗色泥巖。有機(jī)地球化學(xué)分析顯示,該套烴源巖層生氣強(qiáng)度可達(dá)12×108～24×108m3/km2,具有良好的生烴潛力。上古生界有利儲(chǔ)集層主要集中在山1—盒8段,由于受北部物源控制,河流、淺水三角洲砂體向南延伸較遠(yuǎn),巖性以中粗粒石英砂巖和巖屑石英砂巖為主,表現(xiàn)為低孔低滲特征。3.2上古生界天然氣勘探方向從圖3、圖5可以看出,上古生界石炭-二疊系氣藏主要分布于伊陜斜坡中北部的構(gòu)造高部位,止于伊盟古隆起,代表性氣田有蘇里格氣田、榆林氣田、神木氣田、子洲氣田、米脂氣田等,富集層位主要集中在本溪組—盒8段的4套層系內(nèi),除盆地邊緣外,盆地內(nèi)部均有分布,形成了“滿(mǎn)盆氣”的分布格局(見(jiàn)圖5)。按照生儲(chǔ)蓋組合與氣藏配置關(guān)系,可分為自源組合和他源組合兩種,其中前者主要為太原組氣藏和本溪組氣藏,后者主要為山西組氣藏和盒8段氣藏(見(jiàn)圖2)。其分布特點(diǎn)是:氣藏均分布于烴源巖層系附近或內(nèi)部,具有明顯的烴源巖控藏特征;以巖性圈閉氣藏為主。因此,上古生界天然氣有兩個(gè)領(lǐng)域值得進(jìn)一步勘探:①以本溪組—太原組自源巖性氣藏為主要勘探對(duì)象,中央古隆起東北側(cè)海相障壁島和沿岸砂壩巖性氣藏為主要勘探方向;②以石炭-二疊系為烴源巖、源自南部物源體系的河流三角洲巖性氣藏(韓城—黃龍一帶)為另一主要勘探目標(biāo)區(qū)。4油中4.1中生界油藏儲(chǔ)集體從圖2、圖4可以看出,中生界含油系統(tǒng)由中上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段烴源巖、中上三疊統(tǒng)和中下侏羅統(tǒng)兩套儲(chǔ)集層系組成。晚三疊世—白堊紀(jì),盆地主要發(fā)育大型內(nèi)陸湖泊與河流相沉積。三疊系由下至上依次為劉家溝組、和尚溝組、紙坊組、延長(zhǎng)組(長(zhǎng)1段—長(zhǎng)10段),其中延長(zhǎng)組是鄂爾多斯盆地內(nèi)陸湖盆形成后所接受的第一套生、儲(chǔ)油巖層系,也是盆地最主要的勘探層系,厚度大(大于1000m),分布廣。其發(fā)育演化經(jīng)歷了完整的湖進(jìn)和湖退階段:長(zhǎng)10段—長(zhǎng)7段為湖進(jìn)期,湖盆逐漸擴(kuò)大,水體逐漸加深,沉積物由粗變細(xì);長(zhǎng)6段—長(zhǎng)1段為水退階段,雖有反復(fù),但總體上水體逐漸變淺,直至湖盆消亡,主要發(fā)育一套灰色中厚層塊狀細(xì)砂巖、粉砂巖與深灰色泥巖組成的旋回性韻律沉積。古地形整體表現(xiàn)為盆地四周高、中南部低,東北坡長(zhǎng)而緩、西南坡短而陡。侏羅系由下至上依次為富縣組、延安組(延1段—延10段)、直羅組及安定組。富縣組是一套洪積扇或山地河流相沉積,厚約120～150m。延安組厚100～400m,與下伏富縣組呈假整合接觸,層位底部為河流相砂巖,厚達(dá)120m,分布范圍較廣,中上部發(fā)育一套由煤系、灰色泥巖組成的韻律性沉積,屬湖沼相。至中侏羅世,氣候漸趨干燥,導(dǎo)致直羅組和安定組發(fā)育一套河流相至湖相的紅色沉積,與下伏延安組侵蝕不整合接觸。從圖4可以看出,中生界烴源巖主要由延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段、長(zhǎng)9段優(yōu)質(zhì)油頁(yè)巖組成,其中長(zhǎng)7段為主力烴源巖系,具有厚度大、分布廣、有機(jī)質(zhì)豐富、成熟度高等特點(diǎn),集中分布在定邊—吳起—慶陽(yáng)—富縣一帶,范圍約8×104km2。從圖4、圖5可以看出,中生界油藏儲(chǔ)集體有兩套,分別為中上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組與侏羅系延安組和直羅組。延長(zhǎng)組由北東、南西兩大物源控制的河流-三角洲沉積與湖相碎屑巖沉積組成,其中三角洲前緣的水下分流河道砂、河口壩,以及湖盆中部與重力流有關(guān)的砂質(zhì)碎屑流、滑塌沉積和濁流沉積構(gòu)成了疊置連片的儲(chǔ)集體。侏羅系含油儲(chǔ)集體主要分布在延安組和直羅組,其中延9段、延10段河道相粗—中粒石英砂巖為主力儲(chǔ)集層,延6段—延9段煤系為蓋層。4.2中生界石油勘探方向從圖4可以看出,中生界主力油層均位于長(zhǎng)7段有效烴源巖范圍內(nèi)。三疊系油藏主要分布在天環(huán)坳陷和伊陜斜坡的中南部,代表性油田有姬塬油田、靖安油田、安塞油田、西峰油田等。侏羅系油藏主要分布于西緣斷裂帶中北部以及天環(huán)坳陷、伊陜斜坡中南部。三疊系油藏約占整個(gè)中生界石油儲(chǔ)量的80%,侏羅系約占20%。中生界油藏分布特點(diǎn)為:①生油坳陷控制油藏的空間展布,延長(zhǎng)組油藏均分布于生油坳陷內(nèi)部及周緣的主力砂體帶上,但少量油氣可沿三角洲有效砂體向盆地北部流體低勢(shì)區(qū)運(yùn)移,以安塞油田和姬塬油田為代表,側(cè)向運(yùn)移可達(dá)150～200km(見(jiàn)圖5);②有利沉積相帶是油藏形成的基本地質(zhì)條件,延長(zhǎng)組三角洲前緣水下分流河道、河口壩、湖盆中心重力流砂體是有利的儲(chǔ)集相帶,侏羅系底古地貌斜坡帶的河流邊灘、心灘砂體是油氣富集的最有利場(chǎng)所;③從圖4可以看出,延長(zhǎng)組油氣運(yùn)移指向緊鄰生烴坳陷的流體低勢(shì)區(qū),侏羅系富縣組、延10段早期發(fā)育的下切河道與后期形成的裂縫溝通了延長(zhǎng)組油源,是油氣向上運(yùn)移的主要通道,延長(zhǎng)組侵蝕面及延10段頂面的鼻隆、穹窿構(gòu)造是油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū);④延長(zhǎng)組油藏類(lèi)型以致密巖性油藏為主,具有面積大、儲(chǔ)量多、物性差、疊置連片分布等特點(diǎn);侏羅系以構(gòu)造圈閉、巖性圈閉和復(fù)合圈閉油藏為主,其中構(gòu)造圈閉與復(fù)合圈閉油藏具有油藏?cái)?shù)量少、面積大、儲(chǔ)量多、富集程度高的特點(diǎn),巖性油藏具有油藏?cái)?shù)量多、面積小、儲(chǔ)量少、富集程度低的特點(diǎn)。對(duì)圖4、圖5油氣藏連井剖面綜合分析后認(rèn)為,中生界石油勘探應(yīng)集中于以下兩個(gè)領(lǐng)域:①延長(zhǎng)組生油坳陷周邊、具有較好運(yùn)移通道且范圍小于150km的流體低勢(shì)區(qū),如湖盆北部的三角洲平原地區(qū);②侏羅系古地貌復(fù)合圈閉油藏及構(gòu)造圈閉油藏。5油氣勘探方向烴源巖是鄂爾多斯盆地油氣成藏最主要的控制因素。由3條油氣藏連井剖面可以看出,盆地內(nèi)部烴源巖時(shí)空展布特征控制著油氣藏的分布格局。3套烴源巖系對(duì)應(yīng)著3大含油氣系統(tǒng),各期油氣成藏具有明顯的烴源巖控藏特征。兩條區(qū)域不整合面、層系內(nèi)部裂縫系統(tǒng)以及疊置連片的砂體(或白云巖)既是油氣運(yùn)移的有效通道,也是油氣聚集的有利場(chǎng)所。中生界油藏主要分布在生油坳陷內(nèi)部及周緣的有效圈閉中,石油運(yùn)移距離相對(duì)較短,個(gè)別油藏可通過(guò)不整合面和疊置連片的砂體向盆地流體低勢(shì)區(qū)運(yùn)移150～200km。古生界氣藏可在整個(gè)盆地?zé)N源巖范圍內(nèi)短距離運(yùn)移,且規(guī)模較大,最終聚集于奧陶系頂面風(fēng)化殼有效巖溶圈閉和石炭-二疊系源內(nèi)或近源低滲透有效砂巖圈閉中。根據(jù)上述石油地質(zhì)特征,同時(shí)結(jié)合油氣藏連井剖面分析,認(rèn)為未來(lái)鄂爾多斯盆地油氣風(fēng)險(xiǎn)勘探應(yīng)集中在以下3個(gè)領(lǐng)域:①中生界應(yīng)以生油坳陷為中心,在距生油坳陷邊緣150