0 引言
鄂尔多斯盆地晚寒武世—奥陶纪末期，受加里东运动影响盆地整体抬升［1-2］，地层经历了约140 Ma不同程度的风化剥蚀和沉积间断，盆地缺失志留纪至早石炭世沉积，寒武系—奥陶系顶部不整合面之上风化壳发育一套铝土质泥岩、炭质泥岩、煤层及碳酸盐岩组合［3-4］。2015年，长庆油田在盆地东部实施的S1井钻遇石炭系本溪组铝土岩层9.3 m，获得了1 849 m3/d的低产气流［5］，同年，中国石化华北分公司在大牛地气田钻探的D1井在本溪组铝土岩段试气获得了10 400 m3/d的工业气［6］，2020年盆地西南缘N1井在太原组含铝岩系试气获日产气10 400 m3［7］，长庆油田在陇东地区太原组含铝岩系试气10口井，7 口井获1×104 m3以上工业气流。其中，A1井获得无阻流量673 800 m3/d的高产气流，鄂尔多斯盆地铝土岩气藏展示出良好的勘探潜力。近年来，越来越多的学者逐渐关注铝土岩的研究，南珺祥等［8］、姚泾利等［9］利用岩心试验测试分析的方法阐明了铝土岩的矿物学特征及其形成机制，并划分出储层孔隙发育的3个阶段，付金华等［5］从铝土岩气藏的成藏控制因素分析了该类型气藏的成藏过程，张文雅等［10］、刘蝶等［11］利用录井、测井数据分析了铝土岩的岩性、物性、含气性及孔隙结构等特征，为铝土岩岩心录井评价及测井识别、解释建立了标准，朱佳宝等［4］利用地震反射特征研究了铝土岩的分布规律，在近几年的研究中，各个专业学者从不同角度对铝土岩气藏进行了研究，揭示了铝土岩储层特征、识别标志及方法等基础地质问题。
本文在综合前人研究的基础上，从地震解释的角度出发，通过构造背景分析、断层体系刻画、古地貌特征分析、铝土岩地震反射特征、构造发育与铝土岩储层分类关系等角度探讨陇东地区铝土岩储层的形成分布规律及构造等因素对铝土岩发育、分布的控制作用，以期对类似地区铝土岩及其他特殊岩性储层研究提供借鉴。
1 研究区地质概况
2 陇东地区铝土岩发育特征
根据古地貌位置不同，可将陇东地区含铝土岩层系进一步分为3种岩性组合：①中、下部为铝土岩层，上部为炭质、硅质、铝土质泥岩及泥岩，该岩性组合主要发育在古地貌的高地、微古地貌的岩溶漏斗、天坑和溶蚀洼地部位，平面分布呈似层状、透镜状或漏斗状、鸡窝状、扁豆状，分布分散且较为孤立。②中、下部为铝土岩层，上部以颗粒较粗的碎屑岩、煤层为主，该岩性组合主要发育在古地貌的斜坡区，微古地貌的潜坑部位。该类铝土岩常呈碎屑状或豆粒（鲕粒）状，具有明显的粗碎屑特征，平面分布较连续，常平行于断层、裂缝分布区呈带状分布。③中、下部为铝土岩层，上部发育煤层或炭质泥岩及灰岩，该岩性组合主要发育在古地貌的岩溶洼地，微古地貌的沟槽部位，岩石物性较差，平面分布局限，厚度较薄。
3 陇东地区上古生界构造特征
3.1 断层发育特征
陇东地区沉积地层经历了多期不同性质的断层改造，纵向上发育吕梁—加里东、海西、印支、燕山—喜马拉雅4期断层体系，其中吕梁—加里东期断层以庆阳古隆围斜坳陷内伸展断层为主，一方面，该期断层倾角普遍较小，纵向上表现为上陡下缓凹面朝上的铲式断层构造样式，构造表现为由该期断层控制的半地堑构造样式；另一方面，由于受到南部盆缘的挤压应力影响，吕梁—加里东期也发育部分逆性质断层。海西、印支期断层以垂直升降张性断层为主，总体发育较少，其中，海西期断层大多是早期（吕梁—加里东期）断层的活化断层，仅少部分为上古生界独立发育的层间断层。燕山—喜马拉雅期则以压扭走滑性质断层为主，剖面上较为发育，断层产状较陡接近直立。从全区断层整体分布来看：研究区东南部合水以南地区早期（吕梁—加里东）断层较发育，研究区西北部环县—庆城地区晚期（印支—喜马拉雅）断层较发育（图3）。
从分区断层分布看：陇东地区不同区的断层也有不同的表现特征，其中，在陇东地区北部庆城以北地区，晚期（燕山—喜马拉雅期）断层产状近直立的走滑断层较发育，该期断层大多数在纵向上可断至古生界，早期（吕梁—加里东期）断层发育较少，表明该区晚期（燕山—喜马拉雅期）受盆地西缘压扭应力改造作用较强；在陇东地区中部庆城—合水地区，早期（吕梁—加里东期）断层发育程度有所增加、晚期（燕山—喜马拉雅期）断层发育程度有所减小，海西—印支期断层发育程度较低，晚期（燕山—喜马拉雅期）断层断开至古生界的也有所减少，表明该区受西缘晚期（燕山—喜马拉雅期）压扭变形应力改造作用减小，而受南部早期（吕梁—加里东期）裂陷槽及盆缘挤压变形作用增强，其原因主要是该区构造位置比陇东北部远离盆地西缘、靠近南缘所致；在陇东地区南部合水以南地区，早期（吕梁—加里东期）断层更为发育，并将下古生界及更早地层切割形成多个断陷，而晚期（印支—喜马拉雅期）走滑断层发育程度明显减小，且大部分断穿层位较浅，表明该区受南部早期构造运动改造作用最强，受西缘晚期挤压改造作用最弱。
平面上，陇东地区上古生界断层体系呈现出“两组、两级、三期”的分布特征（图4）。“两组”：即平面上发育北西—南东走向断层和北东东—南西西走向断层；其中，北西—南东走向断层主要为海西期发育的断层，北东东—南西西走向断层主要为燕山—喜马拉雅期发育的断层及印支期发育的少量断层。“两级”：即在平面上断层可划分为第3级断层（图4红粗线表示的断层）和第4级断层（除红粗线表示的断层以外的其他断层），第3级断层主要是早期（吕梁—加里东期）断层在海西期被活化形成的断层，该断层控制着陇东地区整体构造格局，将陇东地区分割形成幅度较为弱的北东方向倾没的多个断阶，第4级断层在各个时期均发育，对构造格局主要起到进一步调节和复杂化作用。“三期”：即加里东—海西期发育的第3、第4级并以北西—南东走向为主的断层；印支期发育的第4级呈北东东—南西西走向展布的少量断层；燕山—喜马拉雅期发育的断层与印支期发育的断层性质相似，燕山—喜马拉雅期断层比印支期明显发育，并在平面上向北发育程度逐渐变好。
3.2 构造形变特征
陇东地区早古生代以后进入了稳定升降的克拉通演化阶段，构造变形程度整体较弱，该区上古生界是在加里东期抬升剥蚀后被基本夷平的古构造背景上发展起来的，海西期陇东地区古构造整体呈西高东低、南高北低的缓坡特征，加里东—海西期发育的围绕庆阳古隆起外围弧形分布的三级断层将该缓坡分割成4个低幅度断阶（图4）。沿三级断层发育带可形成部分串珠状分布低幅度背斜、断鼻等构造，构造幅度较小。从构造分布平面上看，合水以南地区发育的海西期断层断距较大，一般为10~35 m，褶皱变形也较明显，正向构造类型以小型略呈紧闭的褶皱为主，向北构造变形幅度逐渐减小，到A25—H3井区演化为微幅宽缓挠曲。从后期断层与构造变形关系分析来看，印支、燕山—喜马拉雅期少部分断层可延伸至古生界地层，并使古生界构造进一步复杂化，但并未改变其整体格局。印支期受盆地构造形迹右旋转影响，侏罗系以下地层古、今构造格局发生反转，本区构造格局也由西高东低变为东高西低格局。
3.3 构造发育史
鄂尔多斯盆地经历了多期构造运动。中元古代，盆地处于裂谷作用活跃期［19］，在陇东地区形成多个向盆地内延伸的北东走向“箕状”拉张断陷；新元古代，盆地南缘与北秦岭之间的洋盆逐渐关闭［20］，盆地南缘隆升，陇东地区受被动大陆盆地边缘隆升构造影响发生褶皱变形并一直持续［21］。早古生代鄂尔多斯盆地整体处于稳定升降的克拉通演化阶段，但在南部地区，北秦岭洋开始向北俯冲消减，到晚寒武世，庆阳地区抬升形成古陆，奠定了陇东地区位于大型中央古隆起及其围斜部位区域构造背景，造成该区早古生代地层依次向古隆起逐渐缺失。中奥陶世，鄂尔多斯盆地经历了加里东构造运动整体抬升，全区大范围剥蚀，形成平均约140 Ma的沉积间断，缺失晚奥陶世、志留纪、泥盆纪、早石炭世沉积地层。晚古生代，盆地内克拉通坳陷构造稳定沉降［22］，陇东地区构造变形总体较弱，变形程度较低，海西期发育断层数量减少，并多数在加里东期断层基础上继承发育，这种长期的区域抬升地层剥蚀、旋回沉积及古隆起斜坡构造背景决定了陇东地区铝土岩的形成和分布。
4 构造发育对铝土岩气藏的控制作用
4.1 区域构造背景控制了铝土岩的生成环境
在二叠系太原组铝土岩系地层沉积前，陇东地区经历了长达140 Ma的风化剥蚀，形成了风化残积物铝土岩母质来源，晚石炭世—早二叠世的盆地整体二次沉降，陇东地区发生大规模海侵又为铝土岩碎屑颗粒的搬运再沉积创造了条件，期间，构造旋回式升降也形成了纵向上铝土岩地层三段式结构。值得注意的是：早期形成的大型古隆起并未在中奥陶世—晚石炭纪被完全夷平，陇东地区仍处于古隆起东侧围斜北西方向倾没的低缓斜坡构造位置。
从陇东连片三维区北西方向任意线白垩系底界反射层拉平地震剖面可以看出，以加里东期形成并在海西期活化的三级主控断层为界，可将本区的斜坡构造划分为4个低缓断阶带（图5），第一断阶带位于工区的西南部高部位，平面上分布在A49—A81井区，约占三维工区面积的18.4%；第二断阶带位于中部约占三维工区面积的40.4%，平面上主要分布在A25—A18井区，第一、二断阶带平均海拔差约为45~61 m；第三断阶带向东北方向构造高程依次下降，平面上分布在H3—A54井区，约占三维工区面积的27.7%，第二、三断阶带平均海拔差约为40~49 m；第四断阶带位于工区东北翼约占工区的13.6%，第三、四断阶带平均海拔差约为15~22 m。
将地震剖面划分的断阶带与该区古地貌分布进行平剖对比后可以看到，第一断阶带即为古地貌岩溶高地区（图6），该区主要发育与断层相关的淋滤通道及潜坑等负地形，高地区的断层对铝土岩的生成起到了泄水通道和有利于形成岩溶溶蚀，形成本地沉积铝土岩的作用。为方便分类，可将该类型铝土岩地层命名为 “潜坑型”铝土岩地层。由第一断阶带所形成的岩溶高地控制着“潜坑型”铝土岩地层的分布，该区优质铝土岩一般较为发育，典型探井以A86井为代表。第二、三断阶带对应古地貌的斜坡区，分别对应上斜坡区和下斜坡区，该区处于岩溶高地与岩溶洼地之间的中间过渡带，同时具有淋滤、溶蚀和海侵异地搬运再沉积的作用，该区发育的阶地及侵蚀沟谷是阶地沉积型铝土岩发育的主要场所，典型探井以A5井为代表。为方便分类，可将该类型铝土岩地层命名为 “阶地型”铝土岩地层。第四断阶带对应古地形的洼地区，该区风化淋滤的时间较少，海侵期时间较长，异地搬运的铝土岩碎屑较少，铝土岩发育程度差，平面分布局限，典型探井以A37井为代表。
4.2 微古地貌控制着铝土岩分布
陇东地区太原组沉积前微古地貌负地形有利于风化残积物的沉积聚集，形成原地沉积或异地搬运铝土岩。本文利用陇东地区连片三维地震资料，采取“印模法”古地貌恢复、基于趋势面的微古地貌恢复等方法［25-26］精细落实了陇东地区（以中部地区连片三维地震为例）微古地貌形态（图6）。从古地貌图可以看到，陇东地区古地形整体呈西南高、东北低的特征，并在北东方向上形成了4个分界较为明显的古地貌单元，即岩溶高地、岩溶上斜坡、岩溶下斜坡、岩溶洼地古地貌单元。其中，岩溶高地上主要发育潜坑等微古地貌负地形，潜坑直径平均约为0.9~1.4 km，呈鸡窝状零散分布，潜坑微古地貌负地形控制着厚度较大的炭质、铝土质泥岩+铝土岩组合的分布；岩溶斜坡区主要发育大小不一的主、次沟槽网络负地形，平面上呈“树枝状”展布，位于岩溶上斜坡区的沟槽深度较大而宽度较小，深度约为30~40 m，宽度约为180~270 m，位于岩溶下斜坡沟槽深度小而宽度大，深度约为20~30 m，宽度约为700~1 300 m，岩溶斜坡沟槽微古地貌负地形控制着条带状稳定分布的铝土质泥岩+铝土岩+泥岩组合的分布；岩溶洼地主要发育浅洼微古地貌负地形，铝土岩发育程度较差，岩溶洼地浅洼负地形控制着铝土质泥岩+炭质泥岩或灰岩组合的分布。
4.3 断裂体系的发育有利于铝土岩生成及天然气成藏
太原组铝土岩沉积前，沿古隆起围斜形成的北西走向三级断层是古生界的主要断层，该组断层与其共轭的北东向次级断层共同形成了陇东地区铝土岩沉积古地貌的下切负地形潜坑或局部洼槽基础。与早期断层相关的负地形呈串珠状排列，走向与断层走向一致，是铝土岩储层发育的有利场所，例如，在陇东南部地区早期断层发育，钻探的C3井、A18井等均钻遇厚度超过16 m较厚的优质铝土岩地层，试气也获得工业气流；另外，断裂形成向下沟通的泄水通道，形成地表水的向下淋滤，有利于铝土岩储层的生成；其次，部分海西期及后期断层沿吕梁—加里东期断层活化发育，沟通上覆山西组烃源岩地层，形成气源运移通道，在断层附近的圈闭聚集形成铝土岩气藏，同时，伴随断层发育的裂缝也在一定程度上改善了铝土岩储层的物性条件，有利于气藏的富集。
4.4 断层附近的局部构造圈闭控制着铝土岩气藏的成藏与富集
陇东地区太原组铝土岩沉积前，整体呈现为西高东低、南高北低的缓坡古构造背景，海西期活化发育的三、四级断层将斜坡构造复杂化，形成断层相关的局部构造形变，同时，从新元古代开始盆地南缘隆升褶皱也进一步强化了局部构造的发育，陇东地区太原组发育一系列与断层、褶皱相关的低—微幅度背斜、断背斜、断鼻等局部正向构造圈闭。钻探结果证实：铝土岩储层的含气性、试气产量等与断层、正向构造有着较为密切的关系（表1），在铝土岩发育地区，探井距早期断裂的垂直距离与测井解释气层厚度呈正相关关系，古、今局部构造的高部位含气性往往更好，古、今构造的斜坡或构造低部位含气性往往较差，试气产水量也较大。
表1 陇东地区部分铝土岩探井钻探成果统计Table 1 Statistical table of drilling results of some bauxite exploration wells in the Longdong area |
| 序号 | 井号 | 构造位置 | 与断裂距离 /m | 岩性 | 气层厚度 | 日产量/（m3/d） | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| /m | 产气 | 产水 | |||||
| 1 | A11 | 斜坡 | 2 540 | 炭质泥岩、铝土岩 | 4.5 | 2.8 | 6 |
| 2 | A85 | 高点 | 2 430 | 铝土岩 | 4.5 | 2.34 | 0.6 |
| 3 | A54 | 高点 | 252 | 铝土岩 | 13 | 2.17 | 6 |
| 4 | A52 | 斜坡 | 1 640 | 铝土岩 | 4.5 | 1.49 | 3.2 |
| 5 | 14-62 | 高点 | 210 | 铝土岩 | 10.7 | 1.33 | / |
| 6 | 22-71 | 鞍部 | 2 600 | 炭质泥岩、铝土岩 | 5.5 | / | / |
| 7 | A48 | 斜坡 | 410 | 铝土岩 | 4 | / | 5.4 |
| 8 | A58 | 鞍部 | 1 010 | 铝土岩 | 5.9 | / | 21.4 |
|
例如，位于陇东地区北部的A85井，钻探于局部低幅度背斜圈闭高部位，测井厚度为4.5 m，试气日产气23 400 m3/d，而钻探于陇东地区南部古、今构造鞍部的A58井，测井解释气层5.9 m，但试气未见气，产水量高达21.4 m3/d，因此，古、今局部构造圈闭对铝土岩储层的成藏及富集具有较强的控制作用。
5 结论
（1）鄂尔多斯盆地陇东地区晚古生代构造位置处于鄂尔多斯盆地中央古陆东北斜坡，大多数海西期发育断层为吕梁—加里东期形成断层的活化断层，长期的区域抬地层升剥蚀、旋回沉积及古隆起斜坡构造背景决定了陇东地区铝土岩的形成和分布。
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（2）海西期形成的北西走向断层将陇东地区斜坡构造切割划分为4个低缓断阶带，第一断阶带控制着“潜坑型”铝土岩地层的生成与分布；第二、三断阶带控制着“阶地型”铝土岩地层发育；第四断阶带铝土岩地层形成发育环境较差。
（3）岩溶高地上发育潜坑等微古地貌负地形控制着炭质、铝土质泥岩+铝土岩组合的分布；岩溶斜坡发育的主、次沟槽网络负地形控制着铝土质泥岩+铝土岩+泥岩组合的分布；岩溶洼地上发育的浅洼微古地貌负地形控制着铝土质泥岩+炭质泥岩或灰岩组合的分布。
（4）早期断裂体系的发育有利于铝土岩生成及天然气成藏，与早期断层相关的古、今局部构造圈闭是铝土岩储层成藏及富集的有利场所。
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