天然气地球科学 >

2024 , Vol. 35 >Issue 3: 435 - 448

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.09.022

天然气地质学

鄂尔多斯盆地奥陶系盐下含气系统及勘探方向

  • 任军峰 , 1 ,
  • 师平平 , 1 ,
  • 张涛 2 ,
  • 魏柳斌 1 ,
  • 包洪平 1 ,
  • 王前平 1
展开
  • 1. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
  • 2. 中国石油长庆油田分公司勘探事业部，陕西 西安 710018
师平平（1993-），男，陕西延安人，硕士，工程师，主要从事碳酸盐岩油气综合地质研究.E-mail：.

任军峰（1978-），男，陕西岐山人，硕士，高级工程师，主要从事碳酸盐岩油气综合地质研究.E-mail：.

收稿日期: 2023-08-28

  修回日期: 2023-09-26

  网络出版日期: 2024-03-07

收起

Characteristics and exploration potential of Ordovician subsalt gas-bearing system in the Ordos Basin

  • Junfeng REN , 1 ,
  • Pingping SHI , 1 ,
  • Tao ZHANG 2 ,
  • Liubin WEI 1 ,
  • Hongping BAO 1 ,
  • Qianping WANG 1
Expand
  • 1. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China
  • 2. Exploration Division of PetroChina Changqing Oifield Company，Xi’an 710018，China

Received date: 2023-08-28

  Revised date: 2023-09-26

  Online published: 2024-03-07

Supported by

The PetroChina Scientific and Technological Breakthrough Project(2023ZZ16)

Fold

摘要

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组四段首次发现了工业性聚集的天然气藏，揭示出盆地深层盐下含气系统也具有良好的勘探前景，但目前对该套含气系统的基本成藏条件及天然气富集规律的认识不清，严重制约了勘探进程。综合利用地震、测井、钻井岩心、岩石薄片及天然气同位素等资料，以含气系统的方法对其成藏条件及富集规律进行了整体研究。结果表明：盐下含气系统主要表现为断层输导型的自生自储天然气成藏模式，晶间孔和溶孔是滩、丘体白云岩储层主要储集空间，广泛分布的膏盐岩是优质盖层，断裂及相关裂隙系统构成自身海相碳酸盐岩烃源岩与有效储集体之间的疏导介质，局部构造、断裂与白云岩储层的叠加有利于形成高产富集区。盆地东部的米脂—神木区域是盐下马四段目前最有利的勘探区带，马三段、马二段是未来勘探的有利目标层系。

关键词： 盐下含气系统; 自生自储; 膏盐岩盖层; 断层疏导; 有利目标

本文引用格式

任军峰 , 师平平 , 张涛 , 魏柳斌 , 包洪平 , 王前平 . 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下含气系统及勘探方向[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(3) : 435 -448 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.09.022

Abstract

The first industrial accumulation of natural gas reservoirs has been discovered in the fourth member of Majiagou Formation （Ma 4 Member） in the Ordos Basin， indicating the subsalt gas-bearing system also has good exploration prospects， but the poor understanding of the basic reservoir forming conditions and natural gas enrichment laws restricts the exploration process seriously. A comprehensive study about the accumulation conditions and enrichment rules of the reservoir were studied by means of gas-bearing system based on seismic， logging， drilling core， rock thin sections， and natural gas isotope data. The results showed that the subsalt gas-bearing system exhibits a self generated and self stored natural gas reservoir formation mode of fault transport type， and intergranular pores and dissolution pores are the main storage spaces of beach and hill dolomite reservoirs. The widely distributed gypsum salt rock is a high-quality cap rock， with faults and related fracture systems forming the guiding medium between its own source rock and effective reservoir. The superposition of local structures， faults， and dolomite reservoirs is conducive to the formation of high-yield enrichment zones. The Mizhi-Shenmu area in the eastern part of the basin is currently the most favorable exploration zone for the Ma 4 Member， while the Ma 2 and Ma 3 members are favorable target layers for future exploration.

Key words： Subsalt gas-bearing system; Self generated and self stored; Gypsum salt rock cap rock; Fault transport type; Favorable exploration zone

0 引言

鄂尔多斯盆地作为我国北方的大型含油气沉积盆地，面积为2.5×105 km2，北起阴山、南接秦岭、东自吕梁、西到桌子山—贺兰山一线，地跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，通过半个多世纪的大规模油气资源勘探开发，已成为我国油气产量的排头兵［1-2］。鄂尔多斯盆地是一个古生代台地及边缘坳陷与中、新生代台内坳陷叠合的克拉通盆地，具有盆地形成演化多期叠加、油气成藏组合多样的特点［3-4］。盆地内部油气藏在形成时间上连续演化、在空间上相互叠置分布，自下而上发育3套烃源岩（下古生界海相烃源岩、上古生界煤系烃源岩及中生界湖相烃源岩）和3套含油气系统（盐下含气系统、古生界含气系统及中生界含油系统）［图1（b）］。截至2021年底，中生界石油探明地质储量超70×108 t，古生界天然气探明地质储量超7×1012 m3，中生界含油系统和古生界含气系统主体已经进入规模开发阶段，但奥陶系盐下含气系统仍处于初始勘探阶段［5］。近期在盆地东部钻探的风险探井—MT1井在盐下马家沟组四段（马四段）试气获得35×104 m3/d的高产工业气流，首次在盆地中东部突破奥陶系盐下工业气流关，揭示出盆地深层奥陶系盐下含气系统也具有良好的勘探前景［6］，但是其规模及勘探潜力仍然有待评价落实。因此，本文综合利用地震、测井、钻井岩心、岩石薄片及天然气同位素等资料，以含气系统的方法整体研究其成藏条件及富集规律，对于指导下一步天然气勘探具有重要意义。
图1 鄂尔多斯盆地构造分区（a）及含油气系统（b）

Fig.1 Structural zoning （a） and oil and gas bearing system（b） of the Ordos Basin

1 盆地构造及地层发育特征

鄂尔多斯盆地是在华北克拉通结晶基底上形成的多阶段、多旋回沉积盆地，主要经历了中晚元古代的大陆裂谷盆地、早古生代的陆缘海盆地、晚石炭世—中三叠世的内克拉通盆地、晚三叠世—早白垩世的前陆盆地及新生代断陷盆地五大盆地形成阶段，地层发育基本齐全（仅盆地本部缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统）［3］。依据盆地内部现今结构特征划分为6个构造单元：西缘逆冲带、天环坳陷、陕北斜坡、晋西挠褶带、伊盟隆起及渭北隆起［图1（a）］。其中陕北斜坡是目前油气勘探的主要构造单元，已经发现了下古生界海相碳酸盐岩、上古生界碎屑岩及中生界碎屑岩3套含油气层系。
下古生界马家沟组沉积期，鄂尔多斯盆地内部受中央古隆起及海平面变化影响，发育巨厚的碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积，纵向上旋回性明显。马家沟组自下而上划分为马一段—马六段共6段，其中马一段、马三段、马五段为海退沉积旋回，主要发育膏盐岩沉积，马二段、马四段、马六段为海侵沉积旋回，主要发育碳酸盐岩沉积［图1（b）］，其中马六段受加里东期风化作用影响，仅在盆地局部地区残留［7-8］。受次一级海水振荡影响，马五段内部也发育碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积，据此又将马五段自上而下划分为马五1—马五10亚段。奥陶系盐下勘探层系是指盆地马五6亚段膏盐岩之下的马五7—马五10亚段、马四段等马家沟组中下段层系［7］。近两年，多口探井在马四段试气获工业气流，展现出巨大的勘探潜力，是盆地中东部地区奥陶系盐下天然气勘探领域下一步勘探的重点层系［6］。

2 盆地含油气系统研究及划分概述

含油气系统是指在一定的地质时空范围内，相互联系、相互作用的静态要素和动态要素组成的含油气地质单元，它是同一套有效烃源岩形成油气藏的总和， 具有一致的油气源岩、统一的压力系统、相似的油气生、排、运、聚、散过程等特点［9］。目前，一些专家、学者对于鄂尔多斯盆地含油气系统进行了宏观研究，如赵文智等［9］认为鄂尔多斯盆地古生界属克拉通含油气系统，并划分为上古生界含气系统与下古生界含气系统；戴金星等［10］将盆地划分为下古生界含气系统、上奥陶统—中三叠统含气系统和侏罗系—下三叠统含油气系统；雷振宇等［11］将鄂尔多斯盆地划分为5个含油气系统。
一个含油气系统必须具备烃源岩、储集层、盖层及上覆岩系等静态要素，发生或曾经发生过油气的生成、运移和聚集过程，并具有相对独立的流体动力系统。根据这一基本原则，以油气来源为核心，将鄂尔多斯盆地划分为以下3个含油气系统［图1（b）］。

2.1　中生界含油系统

中生界含油系统的烃源岩为上三叠统延长组深湖相泥页岩和下侏罗统延安组的浅湖相—半深湖相泥（页）岩，主要分布于盆地西南部的马家滩—定边—延安—直罗—环县范围内，有机质类型为腐殖—腐泥型；储集层集中在三叠系—侏罗系，下侏罗统延安组和富县组储集层属分流河道及三角洲前缘砂体，上三叠统延长组储集体主要为分流河道、三角洲前缘砂体及水下扇砂体；中侏罗统安定组湖相泥岩为中生界含油系统的直接盖层，白垩系泥岩是其上覆区域盖层。圈闭类型以地层和岩性圈闭为主，石油探明储量规模已经超过70×108 t。

2.2　古生界含气系统

古生界含气系统的烃源岩主要是山西组、太原组和本溪组的煤层、暗色泥岩，在盆地内基本稳定分布，但烃源岩厚度和生烃强度在不同区域有所差异，位于盆地中部及陕北斜坡东部的烃源岩生烃强度最高；储集岩既有上古生界的河流—三角洲相砂岩，也有下古生界奥陶系顶部的风化壳白云岩。二叠系石千峰组和石盒子组泥质岩是上古生界含气系统的区域盖层，石炭系—二叠系河流、三角洲相泥岩是上古生界砂岩气藏的直接盖层，而石炭系底部的铝土质泥岩、泥岩是下古生界奥陶系风化壳气藏的直接盖层。圈闭类型以地层岩性圈闭为主，在盆地周缘发育少量的构造圈闭，天然气探明储量规模已经超过7×1012 m3。

2.3　盐下含气系统

由于奥陶系马家沟组马五6亚段膏盐岩的封隔作用，大范围阻隔了上古生界煤系烃源岩向下供烃，从而形成2个独立的成藏系统，其上为上古生界煤系烃源岩供烃的“盐上”成藏系统，其下为奥陶系自身海相烃源岩供烃为主的“盐下”成藏系统。盐下含气系统的烃源岩主要来自于马一段和马三段，既包括常规的低丰度海相泥质碳酸盐岩，也包括非常规的可溶有机质和酸溶有机质等，生烃物质丰富；碳酸盐岩—膏盐岩共生体系中的白云岩是主要储层岩石类型，膏盐岩夹层是直接盖层，顶部马五6亚段的厚层膏盐岩是区域盖层。2021年，风险探井MT1井在盐下马四段钻遇气层厚度超过40 m，试气获35×104 m3/d高产工业气流，是盆地盐下马四段天然气勘探的首口工业气流井，实现了该领域的历史性突破，目前已有多口探井获工业气流和低产气流，揭示出盐下含气系统也具有良好的勘探潜力，同时反映出其成藏条件非常复杂，需要开展深入研究。

3 奥陶系盐下含气系统基本特征

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下含气系统的形成与马家沟组的沉积环境密切相关。马家沟组沉积期，在盆地西南部中央古隆起的控制下，盆地中东部处于局限碳酸盐岩台地沉积环境，而且由于区域海平面升降引发的频繁海进、海退，形成了巨厚的膏盐岩—碳酸盐岩共生沉积体系，整体沉积厚度在400~700 m之间，马家沟组局限环境的海相烃源岩、海侵旋回的白云岩储层与海退旋回的膏盐岩盖层在垂向上形成了多套良好的生—储—盖组合［图1（b）］。

3.1　烃源岩条件

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下是否发育油型气藏一直存在较大的争议［12-15］。通过对国内外不同类型天然气碳氢同位素的研究发现，天然气甲烷碳氢同位素值可以较好区分油型气与煤成气，典型油型气的甲烷碳同位素值（ δ 13 C C H 4）一般小于-35‰且甲烷氢同位素值（ δ D C H 4）一般大于-170‰，而典型煤成气的甲烷碳同位素值（ δ 13 C C H 4）一般大于-35‰且甲烷氢同位素值（ δ D C H 4）一般小于-160‰［16-17］。如图2所示，盆地东部奥陶系盐下天然气 δ 13 C C H 4值为-45‰~-38‰，且 δ D C H 4值为-180‰~-150‰，属油型气范畴；而盆地二叠系气藏天然气 δ 13 C C H 4值为-38‰~-28‰且 δ D C H 4值为-170‰~-220‰，是典型的煤成气。此外，上古生界煤系烃源岩与盐下天然气产层之间有厚达近百米的膏盐岩分隔，其生成的天然气很难向下穿过膏盐岩层运移“倒灌”成藏。综合分析认为奥陶系盐下气藏主体属于自生自储型油型气藏，天然气主要来源于自身的海相烃源岩。
图2 鄂尔多斯盆地天然气甲烷碳—氢同位素交会图

Fig.2 Identification chart of methane and hydrocarbon isotope intersection of natural gas in the Ordos Basin

从沉积环境看，鄂尔多斯盆地中东部地区在奥陶纪马五期、马三期及马一期均处于海退沉积背景，发育强还原环境的膏盐洼地，在膏盐洼地周缘有利于含藻类泥质白云岩及含膏白云岩等有机质丰度相对较高的海相碳酸盐岩形成与保存，有机碳含量最高可达3.5%。现有研究表明，盐下烃源岩整体具有“单层厚度小，薄层叠合发育”特征，累计烃源岩厚度可达70 m［图3（a）］，泥质碳酸盐岩及藻纹层白云岩是有利烃源岩岩石类型，其T max值介于460~610 ℃之间，演化程度高（R O值介于1.8%~3%之间），属于高—过成熟烃源岩；生烃母质以浮游藻类和嗜盐蓝细菌为主，有机质包括常规的腐泥型（Ⅰ型）干酪根、丰富的可溶有机质和酸溶有机质，生烃物质丰厚［17-18］。通过对盐下不同组段烃源岩样品有机碳含量（TOC）的测定，发现马一段TOC值相对较高（TOC平均值为0.42%），马三段较低（TOC平均值仅为0.35%）。
图3 鄂尔多斯盆地奥陶系马三段—马一段烃源岩厚度(a)及生烃强度(b)

Fig.3 Thickness (a) and hydrocarbon generation intensity(b) of source rocks in the first to third members of the Majiagou Formation in the Ordos Basin

按照传统烃源岩评价标准，奥陶系盐下高成熟度、低TOC的海相碳酸盐岩烃源岩生烃能力有限［19-20］，但考虑到该套烃源岩除常规干酪根外，还发育大量的分散可溶有机质和有机酸盐，仅有机酸盐的生烃转化率便可达74%~83%；并且对于盐下这种高成熟碳酸盐岩烃源岩来说，在经历了有机酸盐生烃和热硫酸盐还原反应（TSR）作用后，发生了显著的有机碳向无机碳转化过程［21］，这可能是导致盐下碳酸盐岩烃源岩残余TOC低的重要原因，恢复后盐下烃源岩平均TOC值可达0.58%，与墨西哥湾侏罗系和德国二叠系碳酸盐岩烃源岩（平均TOC值为0.48%）相当，仍具备较大的生烃潜力而能供烃成藏［22-25］。但是由于盐下海相烃源岩以薄层多套形式存在，且烃源岩沉积区钻井较少，评价难度大，其具体的生烃规模仍然有待进一步评价。本文基于有机地球化学特征及空间发育规模，应用成因法初步评价了该套烃源岩的资源潜力：烃源岩分布面积为11.56×104 km2［图3（a）］，生烃强度最大可达12×108 m3/km2［图3（b）］，总生气量约为33.74×1012 m3。

3.2　储层特征

盆地中东部奥陶系马家沟组发育碳酸盐岩—膏盐岩共生体系，在沉积期古隆起和频繁海平面升降的共同控制下，马家沟组白云岩分布具有明显的层控性和相控性特征，多套白云岩储层在纵向上叠置发育，其间被致密灰岩或膏盐岩所分隔（图4）；平面上多围绕台内丘、滩等沉积期构造高部位呈环状分布（图5，图6），且由内向外呈现出白云岩—含灰云岩—含云灰岩—石灰岩的变化趋势。
图4 鄂尔多斯盆地东部奥陶系马四段储层对比 （剖面位置见图6）

Fig.4 Reservoir comparison of the fourth member of the Ordovician Majiagou Formation in the eastern Ordos Basin （see Fig.6 for the profile location）

图5 鄂尔多斯盆地中东部马家沟组四段岩相古地理

Fig.5 Lithofacies and paleogeography of the the fourth member of the Majiagou Formation in the central and eastern Ordos Basin

图6 鄂尔多斯盆地中东部马家沟组四段白云岩储层厚度

Fig.6 Thickness of dolomite reservoir in the fourth member of the Majiagou Formation of the Ordovician in the central and eastern Ordos Basin

综合野外剖面、钻井岩心及微观薄片研究表明，盐下主要发育晶间孔型和溶孔型2类白云岩储层。

3.2.1　晶间孔型白云岩储层

马家沟组马二段、马四段、马六段为海侵沉积旋回，此时盆地各区域均开始接受沉积，沿着沉积期古隆起或水下低隆区等强水动力区域广泛发育颗粒灰岩，经历准同生期渗透回流白云岩化及后期成岩改造作用，形成了良好的晶间孔型白云岩储层，岩性主要为细—粉晶白云岩［图7（a），图7（b）］，白云岩晶粒呈半自形—自形结构，多呈镶嵌接触，局部可见早期颗粒残余或幻影［图7（e），图7（f）］。
图7 鄂尔多斯盆地中东部盐下白云岩储层岩心及显微照片

（a）YY1井，细晶白云岩，马四段，3 142.75 m；（b）YY1井，粉晶白云岩，马四段，3 085.16 m；（c）YY1井，细粉晶白云岩，马三段，3 350.45 m；（d）S473井，叠层石云岩，马三段，4 064.15 m；（e）YY1井，细晶白云岩，马四段，3 141.25 m，晶间孔；（f）YY1井，粉晶白云岩，马四段，3 084.12 m， 晶间孔；（g）YY1井，细粉晶白云岩，马三段，3 350.25 m，溶孔；（h）S473井，叠层石云岩，马三段，4 067.58 m，溶蚀孔

Fig.7 Core and micrograph of undersalt dolomite in the central and eastern Ordos Basin

以马四段白云岩储层为例。马四期是马家沟期的最大海侵阶段，受沉积期水下低隆区强水动力控制，形成了台内滩和台内丘两大晶间孔型储层发育的有利相带（图5），其中台内滩以砂屑白云岩型储层为主、台内丘以豹斑状白云岩型储层为主，白云岩储层单层厚度约为1~6 m，累计厚度最大可达10~50 m，平均孔隙度一般为2%~6%，平均渗透率为（0.01~1）×10-3 μm2，储层物性整体良好。

3.2.2　溶孔型白云岩储层

马家沟组马一段、马三段及马五段属于海退沉积旋回，沉积期气候干旱炎热，盆地东部围绕盐岩洼地发育环带状的膏云坪、含膏云坪［图8（a）］，沉积了多套薄层的泥—粉晶含膏白云岩，累计厚度可达30 m［图8（b）］，由于白云岩中的盐岩、硬石膏岩等蒸发岩矿物易被溶蚀，从而形成溶蚀孔洞型白云岩储层［图7（c），图7（d）］。
图8 鄂尔多斯盆地马家沟组三段岩相古地理(a)和白云岩厚度(b)

Fig.8 Lithofacies paleogeography (a) and dolomite thickness(b) of the third member of Majiagou Formation in the Ordos Basin

以马三段白云岩储层为例，马三段岩性以盐岩、硬石膏岩为主，纵向上夹多套薄层状泥—粉晶白云岩、叠层石白云岩储层，其中不仅发育硬石膏结核，还可见板条状、针状硬石膏或者被后期方解石交代的假晶，泥质含量较高（一般为5%~30%），沉积纹层比较发育。白云岩储层储集空间主要为溶蚀孔隙［图7（g），图7（h）］，其次为白云石晶间孔，储层平均孔隙度为1%~7%、平均渗透率为（0.1~0.8）×10-3 μm2。

3.3　盖层特征

连续且广泛分布、厚度较大的石灰岩、泥页岩、膏盐岩均可成为有效盖层，其中盐岩由于具有极低的孔隙度、渗透率和非常强的塑性及流动性，因此具有非常强的封闭性能，是最有利于天然气保存的沉积盖层［26-27］。
鄂尔多斯盆地奥陶系马一段、马三段和马五段均为海退沉积，在盆地东部盐岩盆地及膏岩潟湖环境中沉积了厚层连续的盐岩和硬石膏岩，其中作为沉积中心的米脂地区马五段盐岩累计厚度超过150 m，向四周逐渐减薄（图9）。盆地中东部马五段、马三段、马一段多层系膏盐岩叠合分布面积超过6×104 km2，为盐下天然气成藏创造了良好的圈闭形成与保存条件。
图9 鄂尔多斯盆地中东部马家沟组马五6亚段(a)、马三段(b)和马一段(c)膏盐岩分布

Fig.9 Distribution of gypsum and salt rocks in the sixth sub-member of the fifth member (a)，third member (b)，and first member (c) of the Majiagou Formation in the central and eastern Ordos Basin

4 天然气成藏模式及过程

盆地中东部奥陶系盐下天然气成藏模式长期存有争议，目前主要流行3种观点：上古生界煤系烃源岩远距离侧向供烃成藏［15，28］；马家沟组自身海相烃源岩供烃成藏［29-31］；上古煤系烃源岩和下古海相烃源岩双源供烃成藏［32］。本文更倾向于马家沟组自身海相烃源岩供烃成藏的观点，主要原因如下：①盐下多数气藏有机地球化学特征与上古煤成气藏相差甚远，主体呈现出油型气特征（图2），仅在靖边以西、靠近中央古隆起区域发育少量呈现煤成气特征的气藏；②盐下气藏的压力系数远高于上覆煤系气藏的压力系数（表1），且马五6亚段巨厚的膏盐岩横亘于煤系气藏与盐下气藏间［图9（a）］，上古生界煤成气很难向下运移至盐下圈闭而“倒灌”成藏；③盐下储层非均质性强，气藏平面上压力异常普遍，整体东高西低，各井区压力自成超压单元，互不连通，因此由上古生界煤系烃源岩生成的天然气，很难通过邻近西缘古隆起区的供烃窗口远距离运移至东部盐下规模成藏；④通过对近期高分辨率三维地震资料的精细解释，证实盐下发育一系列近南北向的走滑断裂，为盐下海相烃源岩生成的天然气垂向运移成藏提供了有利通道。
表1 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下、上古煤系气藏压力系数

Table 1 Pressure coefficient of Ordovician subsalt gas reservoir and Upper Paleozoic coal measures gas reservoir in Ordos Basin

奥陶系盐下气藏 上古生界煤系气藏
井号 含气层位 压力系数 井号 含气层位 压力系数
YY1 马四 1.7 S68 盒8 0.72
M172 马四 1.55 S358 山1 0.85
M104 马四 1.2 S347 马五1 0.8
MT1 马四 1.62 SH42 山2 0.5
SH85 马四 1.6 Q43 马五1 0.72
SH100 马四 1.8 T81 本溪组 0.8
基于对烃源岩、储层、圈闭及天然气等要素的综合分析，结合目前已发现气藏分布特征，认为奥陶系盐下主要表现为断层输导型的自生自储天然气成藏模式，该类成藏模式具有如下特征：一是有效储层为岩性相变带控制下的马四段、马二段滩、丘体白云岩和马三段、马一段（含）膏云坪相白云岩，纵向多期叠置；二是近源聚集，气源主要来自盐下马三段、马一段的海相碳酸盐岩烃源岩；三是盖层封闭性好，碳酸盐岩—膏盐岩共生体系中的膏盐岩夹层是直接盖层，马五6亚段的厚层膏盐岩是区域性盖层；四是断裂沟通源储，多期幕式活动的断裂及相关裂隙系统构成烃源岩与有效储集体之间的疏导介质，以垂向运移聚集为主，同时白云岩储层自身也是油气运移通道。
通过对构造—热演化历史、储层包裹体、残余沥青等分析，初步明确早白垩世是盆地中东部奥陶系盐下最重要的生、排烃期和有效成藏期（图10）。此时盆地古构造格局由“西高东低”转为“东高西低”，白云岩储层东部上倾方向存在致密灰岩遮挡，形成良好的岩性圈闭（图11），同时盐下海相烃源岩达到生烃高峰期，生成的天然气通过断裂及相关裂隙系统规模聚集在与断裂系统相关的白云岩储层中，而在白云岩储层中天然气又可以通过扩散的方式继续运移至有效圈闭而成藏，同时可能伴随深埋的古油藏也发生裂解，有利于高产气藏的形成。
图10 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下成藏演化关键地质事件

Fig.10 Key geological event of the Ordovician subsalt gas-bearing reservoir formation and evolution in the Ordos Basin

图11 鄂尔多斯盆地中东部二叠纪末盐下源—储配置关系(a)和现今盐下气藏剖面(b)（剖面位置见图6）

Fig.11 Relationship between the late Permian subsalt source reservoir configuration in the central and eastern Ordos Basin (a) and the current subsalt gas reservoir profile (b) (see Fig.6 for the profile location)

此外，受构造反转所形成的东高西低格局影响，也有少量的煤成气通过侧向运移方式聚集到膏岩覆盖下的岩性圈闭而成藏。晚白垩世以来，受区域抬升、储层非均质性、局部构造等因素的叠加影响，与断裂系统相关储集体中的气藏可能经历了部分逸散、调整，气藏分布呈现出局部高产富集的特点［图11（b）］。

5 天然气有利富集因素

研究证实，奥陶纪鄂尔多斯盆地自西向东分别发育中央古隆起、乌审旗古隆起和盐下低隆，它们的分布和演化不但对奥陶纪岩性、岩相、储层和烃源岩的分布具有直接影响，而且对天然气的生成、运移及聚集成藏同样具有积极影响。

5.1　沉积期古隆起控制高能相带分布，形成了规模发育的白云岩储层

马四段沉积期是马家沟组最大海侵期，具有“隆洼相间”的沉积及构造格局。盆地西部的中央古隆起区作为隆起幅度最高、水动力最强的区域，由于强烈的生物建隆作用而发育巨厚的滩相沉积，经历白云岩化后可形成优质的细晶白云岩储层，白云石晶间孔发育；东部地区受到乌审旗古隆起及盐下低隆的影响［25］，水体相对较浅、水动力较强，发育南北向呈带状展布的台内滩、台内丘相沉积，经历白云岩化也可以形成较好的粉晶白云岩储层（图5，图6）。盐下更深层的马二段也属于海侵旋回沉积，其古构造格局和有利储集相带分布规律均与马四段相似，白云岩储层同样发育。

5.2　沉积期古隆起的分隔作用形成了局限台地相海相烃源岩

奥陶纪海退期，盆地“隆洼相间”格局进一步显现，盆地中东部在中央古隆起的控制下与西、南缘的秦岭—祁连海域隔离，处于半封闭的局限台地沉积环境，由于基底对波浪的消减作用，使得盆地中东部大部分区域位于波基面之下，海水循环差；并且在干旱蒸发条件下，表层海水不断浓缩，盐度逐渐增大，底层水向上运动，使得中东部洼陷中出现水体分层，发育强还原环境，形成了白云岩—石膏质云岩—膏盐岩—泥岩的岩性组合。考虑到有机质的堆积和烃源岩的形成离不开水体分层的缺氧还原环境，认为盆地中东部地区有利于有机质的富集与保存，可形成连续分布的局限台地相海相烃源岩。

5.3　古隆起控制下的区域岩性相变带是盐下天然气聚集的有利区

在“西高东低、隆洼相间”沉积格局的控制下，马四段有利白云岩储层多围绕近南北向展布的古隆起发育，且西边巨厚的滩相白云岩优质储层向东逐渐相变为中层、薄层粉晶白云岩，而在盆地洼陷区域则发育较为致密的厚层泥晶灰岩（平均孔隙度约为0.5%，平均渗透率约为0.004×10-3 μm2），在盆地中部及东部地区形成近南北向展布的白云岩—致密灰岩的岩性相变带。
当中生代天然气成藏期盆地古地理格局由“西高东低”逐渐转变为“东高西低”之后，致密灰岩为其下倾方向的白云岩储层提供了良好的遮挡条件（图11），为形成有效的、区域分布的岩性圈闭创造了非常有利的地质条件，若有良好的气源供给，将形成规模的岩性气藏大区带。

5.4　断裂、裂缝为主的疏导体和构造控制盐下天然气的高产富集

早期研究认为盆地中东部奥陶系盐下构造相对简单，为一向西缓倾的单斜构造，由于南北向挤压应力的存在，在地层内部形成了一系列北东—南西走向的鼻隆构造，而高产井多发育在岩性圈闭与鼻隆构造的叠合部位［33-34］。但近期高分辨率三维地震资料揭示出盆地东部奥陶系盐下不仅发育一系列近南北向展布的走滑断裂，而且在马一段、马三段、马五段等蒸发岩层段还发育挤压盐构造，导致马二段、马四段及马五中下段白云岩储层局部隆升，为盐下构造—岩性圈闭的形成提供了良好条件。此外，断裂及与之相关的裂缝系统在改善白云岩储集性能的同时，也有效沟通了盐下海相烃源岩与白云岩储层。综上所述，断裂、局部构造高点有利于奥陶系盐下天然气聚集成藏，岩性相变带内的构造—岩性圈闭复合气藏是下一步寻找盐下马四段高产井的现实目标。

6 天然气勘探方向

MT1井在盐下马四段天然气勘探中获得重大突破，后续多口井获工业气流，在盆地东部高家堡区域提交预测储量2 000×108 m3，证实了奥陶系盐下含气系统具有良好的勘探潜力。综合分析有利储集相带分布特征及天然气成藏富集规律，认为盆地中部的靖边—乌审旗及其以东区域是盐下马四段下一步天然气勘探的有利区域，包含1个I类有利区（米脂—神木区域）和2个II类有利区（榆林区域和靖边—乌审旗区域）（图12）。此外，深层的马三段、马二段等层系也具备与马四段相似的碳酸盐岩—膏盐岩式的储盖组合条件，是盐下含气系统内的重要含气组合，可以作为未来勘探的有利目标。
图12 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下马四段勘探区带综合评价

Fig.12 Comprehensive evaluation of the exploration zone of the fourth member of Majiagou Formation in the Ordos Basin

作为I类有利区的米脂—神木区域主要为马四段台内丘成藏区，有利勘探面积约为4 500 km2。该区域不仅发育封闭性能好的马五6亚段厚层盐岩，还发育一系列近南北走向的走滑断裂带，为马一段、马三段海相烃源岩生成的天然气运移、聚集提供了良好的通道，有利于马四段构造—岩性圈闭复合气藏的发育，而且在中生代天然气成藏期，盆地的古构造格局就逐渐由西高东低演变为东高西低，盆地东部成为天然气运移聚集的有利指向区，且目前已获得多口高产工业气流井，是目前勘探的最有利区域。作为II类有利区的榆林区域有利勘探面积约为3 000 km2，该区域同属马四段台内丘成藏区，白云岩储层物性良好，但断裂发育较少，天然气疏导体系可能不太发育，是盆地下一步潜在的勘探区域。
靖边—乌审旗II类有利区为马四段台内滩成藏区域，有利勘探面积约为9 000 km2。连续发育的马五段硬石膏岩是该区域马四段气藏的直接盖层，区内发育的断裂是良好的疏导体系，同时由于临近中央古隆起而具备上古生界煤系烃源岩侧向供烃与盐下海相烃源岩垂向供烃的双源供烃有利条件，而且这一区域正好处于乌审旗古隆起之上，是天然气聚集的有利指向区，是寻找规模储量接替区的有利目标。
深层马三段、马二段在盆地中部的神木—榆林—靖边区域成藏条件好，初步评价有利勘探面积约为1.6×104 km2，是盆地天然气的远景勘探区带。马三段、马二段具备“自生自储、源储配置好”的成藏条件，累计10~20 m厚的薄层海相烃源岩在盆地中东部广泛发育，为天然气成藏奠定了扎实的资源基础；丘滩相白云岩和膏溶孔白云岩储层发育且储集物性好，具备规模储集空间；纵向多套连续膏盐岩盖层和横向厚层致密灰岩遮挡条件好，有利于天然气的保存及立体成藏。

7 结论

（1）鄂尔多斯盆地奥陶系盐下含气系统主要表现为断层输导型的自生自储天然气成藏模式，气源主要来自盐下海相烃源岩，储层为岩性相变带控制下的滩、丘体白云岩，连续且广泛分布的膏盐岩是优质盖层，多期幕式活动的断裂及相关裂隙系统构成烃源岩与有效集体之间的疏导介质，以垂向运移聚集为主。
（2）受奥陶系沉积期“隆洼相间”古构造格局影响，盐下发育规模的白云岩储层、有利的海相烃源岩富集及保存环境、致密灰岩侧向遮挡和封闭性能好的膏盐岩盖层等有利条件，局部构造、断裂与白云岩储层的叠加有利于形成高产富集区，是寻找规模天然气储量的现实目标。
（3）奥陶系盐下含气系统勘探潜力大，盆地中部的靖边—乌审旗及其以东区域是盐下马四段下一步天然气勘探的有利目标区，有利勘探面积约为1.65×104 km2，其中米脂—神木I类有利区是目前勘探的最有利区域。马四段之下的马三段、马二段也是盐下含气系统内的重要含气组合，是未来勘探的有利目标。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
1
刘池洋，王建强，张东东，等. 鄂尔多斯盆地油气资源丰富的成因与赋存—成藏特点［J］.石油与天然气地质，2021，42（5）：1011-1029.

LIU C Y，WANG J Q，ZHANG D D，et al. Genesis of rich hydrocarbon resources and their occurrence and accumulation characteristics in the Ordos Basin［J］.Oil & Gas Geology，2021，42（5）：1011-1029.

2
张才利，刘新社，杨亚娟，等. 鄂尔多斯盆地长庆油田油气勘探历程与启示［J］. 新疆石油地质，2021，42（3）：253-263. ZHANG C L，LIU X S，YANG Y J，et al. Petroleum exploration history and enlightenment of Changqing Oilfield in Ordos Basin［J］. Xinjiang Petroleum Geology，2021，42（3）：253-263.

3
孙国凡.鄂尔多斯陆内复合盆地的发生与发展［M］. 北京：地质出版社，1981.

SONG G F. The Occurrence and Development of the Ordos Intracontinental Composite Basin［M］.Beijing：Geological Publishing House，1981.

4
何登发.中国多旋回叠合沉积盆地的形成演化、地质结构与油气分布规律［J］.地学前缘，2022，29（6）：24-59.

HE D F. Multi-cycle superimposed sedimentary basins in China：Formation，evolution，geologic framework and hydrocarbon［J］. Earth Science Frontiers，2022，29（6）：24-59.

5
杜金虎，李相博，包洪平，等.鄂尔多斯盆地中新元古界—下古生界天然气成藏地质条件及勘探新领域［J］.石油勘探与开发，2019，46（5）：820-835.

DU J H，LI X B，BAO H P，et al. Geological conditions of natural gas accumulation and new exploration areas in the Mesoproterozoic to Lower Paleozoic of Ordos Basin，NW China［J］. Petroleum Exploration and Development，2019，46（5）：820-835.

6
付金华，于洲，李程善，等.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［J］.天然气工业，2021，41（12）：17-27.

FU J H，YU Z，LI C S，et al. New discovery and favorable areas of natural gas exploration in the 4th Member of Ordovician Majiagou Formation by Well Mitan 1 in the eastern Ordos Basin［J］.Natural Gas Industry，2021，41（12）：17-27.

7
黄正良，武春英，马占荣，等.鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组沉积层序及其对储层发育的控制作用［J］.中国石油勘探，2015，20（5）：20-29.

HUANG Z L，WU C Y，MA Z R，et al. Sedimentary sepuence of Ordovician Majiagou Formation in central and eastern part of Ordos Basin and its control over reservoir development［J］. China Petroleum Exploration，2015，20（5）：20-29.

8
姚泾利，包洪平，任军峰，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下天然气勘探［J］. 中国石油勘探，2015，20（3）： 1-12.

YAO J L， BAO H P，REN J F，et al. Natural gas exploration of Ordovician subsalt reservoir in Ordos Basin［J］. China Petroleum Exploration，2015，20（3）： 1-12.

9
赵文智，何登发.中国含油气系统的基本特征与勘探对策［J］.石油学报，2002，23（6）：1-11.

ZHAO W Z，HE D F. Characteristics and exploration strategy of composite petroleum systems in China［J］. Acta Petrolei Sinica，2002，23（6）：1-11.

10
戴金星，王庭斌，宋岩，等.中国大中型天然气田形成条件与分布规律［M］.北京：地质出版社，1997.

DAI J X，WANG T B，SONG Y，et al. Formation Conditions and Distribution Regularities of Large and Medium-sized Gas Fields of China［M］.Beijing：Geological Publishing House，1997.

11
雷振宇，张朝军，杨晓萍.鄂尔多斯盆地含油气系统划分及特征［J］.勘探家，2000，5（3）：75-82.

LEI Z Y，ZHANG C J，YANG X P. Classification and characteristics of oil and gas systems in the Ordos Basin［J］. Petroleum Explorationist，2000，5（3）：75-82.

12
党文龙，高岗，刘建平，等.鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组盐下天然气成因类型及来源［J］.天然气地球科学，2022，33（2）：207-217.

DANG W L，GAO G，LIU J P，et al. Genetic types and sources of the subsalt natural gas in the Ordovician Majiagou Formation，Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2022，33（2）：207-217.

13
孔庆芬，张文正，李剑锋，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下天然气地球化学特征及成因［J］. 天然气地球科学，2019， 30（3）：423-432.

KONG Q F，ZHANG W Z，LI J F，et al. Geochemical characteristics and genesis of Ordovician natural gas under gypsolyte in Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2019，30（3）：423-432.

14
李贤庆，胡国艺，张爱云，等. 鄂尔多斯中部气田下古生界天然气的气源研究［J］. 现代地质，2002，16（2）：191-198.

LI X Q，HU G Y，ZHANG A Y，et al. Study of source rock of natural gas in central part of Ordos Basin［J］.Geoscience，2002，16（2）：191-198.

15
杨华，包洪平，马占荣，等. 侧向供烃成藏——鄂尔多斯盆地奥陶系膏盐岩下天然气成藏新认识［J］.天然气工业，2014，34（4）： 19-26.

YANG H，BAO H P，MA Z R，et al. Reservoir-forming by lateral supply of hydrocarbon：A new understanding of the formation of Ordovician gas reservoirs under gypsolyte in the Ordos Basin［J］. Naturral Gas Industry，2014，34（4）： 19-26.

16
刘丹，张文正，孔庆芬，等.鄂尔多斯盆地下古生界烃源岩与天然气成因［J］.石油勘探与开发，2016，43（4）：540-549.

LIU D，ZHANG W Z，KONG Q F，et al. Lower Paleozoic source rocks and natural gas origins in Ordos Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development，2016，43（4）：540-549.

17
张雯，刘文汇，王晓锋，等.鄂尔多斯盆地中东部下古生界天然气地球化学特征差异性机理［J］.天然气地球科学，2023，34（10）：1842-1854.

ZHANG W，LIU W H，WANG X F，et al. Geochemical characteristics of natural gas in Upper Middle and Lower Paleozoic assemblages in the Middle East， Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience，2023，34（10）：1842-1854.

18
郭彦如，赵振宇，张月巧，等.鄂尔多斯盆地海相烃源岩系发育特征与勘探新领域［J］.石油学报，2016，37（8）：939-951，1068.

GUO Y R，ZHAO Z Y，ZHANG Y Q，et al. Development characteristics and new exploration areas of marine source ro-cks in Ordos Basin［J］. Acta Petrolei Sinica，2016，37（8）：939-951，1068.

19
王传刚. 鄂尔多斯盆地海相烃源岩的成藏有效性分析［J］.地学前缘，2012，19（1）： 253-263.

WANG C G. Analysis of hydrocarbon accumulation effectiveness of marine source rocks in Ordos Basin［J］. Earth Science Frontiers，2012，19（1）：253-263.

20
夏新宇. 碳酸盐岩生烃与长庆气田气源［M］.北京：石油工业出版社，2000.

XIA X Y. Carbonate Rock Hydrocarbon Generation and Gas Source of Changqing Gas Field［M］. Beijing： Petroleum Industry Press，2000.

21
王晓锋，冯丹婷，刘文汇，等.高演化碳酸盐岩烃源岩生烃演化特征与评价方法［J］.西北大学学报（自然科学版），2022，52（6）：957-967.

WANG X F，FENG D T，LIU W H，et al. Development characteristics and new exploration areas of marine source rocks in Ordos Basin［J］. Journal of Northwest University（Natural Science Edition），2022，52（6）：957-967.

22
刘全有，金之钧，刘文汇，等.鄂尔多斯盆地海相层系中有机酸盐存在以及对低丰度高演化烃源岩生烃潜力评价的影响［J］.中国科学（地球科学），2013，43（12）：1975-1983.

LIU Q Y，JIN Z J，LIU W H，et al. Presence of carboxylate salts in marine carbonate strata of the Ordos Basin and their impact on hydrocarbon generation evaluation of low TOC，high maturity source rocks［J］.Science China（Earth Sciences），2013，43（12）：1975-1983.

23
刘文汇，赵恒，刘全有，等.膏盐岩层系在海相油气成藏中的潜在作用［J］.石油学报，2016，37（12）：1451-1462.

LIU W H，ZHAO H， LIU Q Y，et al. Potential role of gypsum strata series in marine hydrocarbon accumulation［J］.Acta Pe-trolei Sinica，2016，37（12）：1451-1462.

24
刘文汇，腾格尔，王晓锋，等. 中国海相碳酸盐岩层系有机质生烃理论新解［J］. 石油勘探与开发，2017，44（1）： 155-164.

LIU W H，TENG G R，WANG X F，et al. New knowledge of hydrocarbon generation theory of organic matter in Chinese marine carbonates［J］. Petroleum Exploration and Development，2017，44（1）： 155-164.

25
付金华，刘新社，魏柳斌，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下马家沟组四段天然气勘探突破及意义［J］.中国石油勘探，2022，27（2）：47-58.

FU J H，LIU X S，WEI L B，et al. Breakthrough and significance of natural gas exploration in the fourth member of Majiagou Formation of subsalt Ordovician in Ordos Basin［J］. China Petroleum Exploration，2022，27（2）：47-58.

26
胡安平，沈安江，杨翰轩，等. 碳酸盐岩—膏盐岩共生体系白云岩成因及储盖组合［J］. 石油勘探与开发，2019，46（5）：916-928.

HU A P，SHEN A J，YANG H X，et al. Dolomite genesis and reservoir-cap rock assemblage in carbonate-evaporate paracentesis system［J］.Petroleum Exploration and Development，2019，46（5）： 916-928.

27
胡素云，石书缘，王铜山，等. 膏盐环境对碳酸盐岩层系成烃、成储和成藏的影响［J］. 中国石油勘探，2016，21（2）： 20-27.

HU S Y，SHI S Y，WANG T S，et al. Effect of gypsum-salt environment on hydrocarbon generation，reservoir-forming and hydrocarbon accumulation in carbonate strata［J］. China Petroleum Exploration，2016，21（2）： 20-27.

28
包洪平，黄正良，武春英，等. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下侧向供烃成藏特征及勘探潜力［J］. 中国石油勘探， 2020，25 （3）：134-145.

BAO H P，HUANG Z L，WU C Y，et al. Hydrocarbon accumulation characteristics and exploration potential of Ordovician pre-salt formations by lateral hydrocarbon supply in the central-eastern Ordos Basin［J］. China Petroleum Exploration，2020，25（3）：134-145.

29
周进高，李明瑞，吴东旭，等. 鄂尔多斯盆地东部下奥陶统马家沟组盐下含气系统特征与勘探潜力［J］.天然气工业，2023，43（3）：34-45.

ZHOU J G， LI M R，WU D X，et al. Characteristics and exploration potential of subsalt gas-bearing system in Majiagou Formation of Middle Ordovician in the eastern Ordos Basin［J］. Natural Gas Industry，2023，43（3）：34-45.

30
任军峰，刘新社，喻建，等. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下天然气成藏特征及勘探方向［J］. 中国石油勘探，2021， 26（6）： 125-140.

REN J F，LIU X S，YU J，et al. Characteristics of natural gas accumulation and exploration target of the Ordovician subsalt in the central and eastern Ordos Basin［J］. China Petroleum Exploration，2021，26（6）： 125-140.

31
李伟，涂建琪，张静，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组自源型天然气聚集与潜力分析［J］. 石油勘探与开发，2017，44（4）： 521-530.

LI W，TU J Q，ZHANG J，et al. Accumulation and potential analysis of self-sourced natural gas in the Ordovician Majiagou Formation of Ordos Basin，N W China［J］. Petroleum Exploration and Development，2017，44（4）： 521-530.

32
郭彦如，付金华，魏新善，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成藏特征与模式［J］.石油勘探与开发，2014，41（4）：393-403.

GUO Y R，FU J H，WEI X S，et al. Natural gas accumulation and models in Ordovician carbonates，Ordos Basin，China［J］.Pe-troleum Exploration and Development，2014，41（4）：393-403.

33
王建民，王佳媛. 鄂尔多斯盆地伊陕斜坡上的低幅度构造与油气富集［J］.石油勘探与开发，2013，40（1）：49-57.

WANG J M，WANG J Y. Low-amplitude structures and oil-gas enrichment on the Yishaan Slope，Ordos Basin［J］. Petroleum Exploration and Development，2013，40（1）：49-57.

34
杨俊杰. 鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律［M］. 北京： 石油工业出版社，2002.

YANG J J. Tectonic Evolution and Oil and Gas Distribution in the Ordos Basin［M］.Beijing： Petroleum Industry Press，2002.

Options
文章导航

/

〈 〉

陇ICP备2021001824号-7　 甘公网安备 62010202000678号
版权所有 © 《天然气地球科学》编辑部
地址：甘肃省兰州市天水中路8号　
邮编：730000　
电话：(0931)8277790　
E-mail：geogas@lzb.ac.cn
总访问量 　 今日访问 　 在线人数
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司