天然气地质学

前石炭纪古地貌对铝土岩气藏控制作用——以鄂尔多斯盆地庆阳古隆起为例

  • 曹茜 , 1, 2 ,
  • 李涵 1, 2 ,
  • 潘星 1, 2 ,
  • 封莉 3 ,
  • 刘宣妤 1 ,
  • 侯芳 3 ,
  • 李辉 3
展开
  • 1. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院,陕西 西安 710018
  • 2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018
  • 3. 中国石油长庆油田分公司勘探事业部,陕西 西安 710018

曹茜(1990-),女,甘肃庆阳人,博士,高级工程师,主要从事风险及新区新领域油气地质综合研究.E-mail: .

收稿日期: 2024-01-11

  修回日期: 2024-03-15

  网络出版日期: 2024-06-24

Control of Pre-Carboniferous palaeogeomorphology on bauxite gas reservoirs: A case study of Qingyang palaeohigh in Ordos Basin

  • Qian CAO , 1, 2 ,
  • Han LI 1, 2 ,
  • Xing PAN 1, 2 ,
  • Li FENG 3 ,
  • Xuanyu LIU 1 ,
  • Fang HOU 3 ,
  • Hui LI 3
Expand
  • 1. Research Institute of Exploration and Development,Changqing Oilfield Company,PetroChina,Xi’an 710018,China
  • 2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low⁃Permeability Oil &Gas Fields,Xi’an 710018,China
  • 3. Exploration Division,Changqing Oilfield Company,PetroChina,Xi’an 710018,China

Received date: 2024-01-11

  Revised date: 2024-03-15

  Online published: 2024-06-24

Supported by

The PetroChina “14th Five-Year” Forward-looking Basic Major Science and Technology Project(2021DJ2101)

摘要

鄂尔多斯盆地含铝土岩系地层较为发育,近年来针对该地层的铝土岩气藏的勘探开发取得重大突破,并提出了“古地貌控储、煤岩近源供烃、岩性构造控藏”的成藏模式,进一步揭示了铝土岩具有近源规模成藏的规律。为明确古地貌对铝土岩气藏的控制作用,以鄂尔多斯盆地陇东地区石炭纪太原组为例,通过印模法恢复前石炭纪古地貌形态特征,并结合钻井、测录井、地震、野外露头观察及分析化验等资料分析古地貌对陇东地区太原组铝土岩气藏的控制作用。研究表明:太原组沉积期古地貌主要发育高地、斜坡、洼地3个二级古地貌单元,斜坡又可分为潜坑、阶地及沟槽3个三级古地貌单元,主要以岩溶斜坡为主,古地貌整体趋势走向为西南高、东北低。古地貌对研究区前石炭纪铝土岩气藏的控制作用如下:①古地貌控制表,生期淋滤作用的时间和强度;②古地貌控制沉积相态的展布,沉积于古陆边缘及潮坪相的铝土岩厚度较大;③古地貌控制铝土岩厚度和孔隙发育,古地貌潜坑、阶地铝土岩厚度大,溶孔与裂缝发育;④上部广覆式煤系源岩生烃,生烃动力驱动向下运移至表生期发育的铝土岩储层聚集成藏,多孔状铝土岩是制约天然气成藏的关键地质要素。

本文引用格式

曹茜 , 李涵 , 潘星 , 封莉 , 刘宣妤 , 侯芳 , 李辉 . 前石炭纪古地貌对铝土岩气藏控制作用——以鄂尔多斯盆地庆阳古隆起为例[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(8) : 1396 -1410 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.03.008

Abstract

Bauxite series strata are well developed in the Ordos Basin. In recent years, significant progress has been achieved in the exploration and development of bauxite gas reservoirs within these strata. A reservoir-forming model has been proposed, emphasizing the role of paleogeomorphology in controlling reservoir formation, the contribution of coal rock in supplying hydrocarbons near the source, and the influence of lithology and structure in reservoir development. This model sheds light on the near-source scale reservoir-forming potential of bauxite. In order to elucidate the influence of paleogeomorphology on bauxite gas reservoir, this study focuses on the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin. Using the impression method, the paper reconstructs the paleogeomorphology characteristics of the Pre-Carboniferous Taiyuan Formation. By integrating drilling, logging, seismic, outcrop observation, analysis, and actual production data, the study analyzes the impact of paleogeomorphology on bauxite gas reservoirs in the Taiyuan Formation of the Longdong area. The study reveals that: (1) The Taiyuan Formation exhibits three primary palaeogeomorphology units, namely highland, slope, and depression, along with three secondary micro-palaeogeomorphology units, which include buried pit, terrace, and groove. Specifically, the palaeogeomorphology of the Taiyuan Formation predominantly features karst slopes, with a general trend of higher elevations in the southwest and lower elevations in the northeast. The paleogeomorphology plays a crucial role in controlling the pre-Carboniferous bauxite gas reservoirs in the area by influencing the timing and intensity of supergene leaching. (2) The thickness of bauxite in buried pits and terraces is largely controlled by paleogeomorphology, where dissolved pores and fractures are well developed. (3) Additionally, the distribution of sedimentary facies is influenced by paleogeomorphology, leading to thick bauxite deposits in the margins of ancient land and tidal flat facies. (4) The development of reservoirs is controlled by both paleogeomorphology and micropaleogeomorphology, with bauxite in highlands, buried pits, and terraces exhibiting good physical properties and reservoir quality. Karst slopes present favorable conditions for reservoir formation, enhancing the enrichment of natural gas. The formation mechanism of bauxite gas reservoirs involves hydrocarbons being generated in the upper coal measure source rock, migrating downwards to accumulate in the porous bauxite reservoir during the supergene stage. This process is driven by hydrocarbon generation, with the porous nature of the bauxite being a key geological factor in the formation of natural gas reservoirs.

0 引言

近年来,对于鄂尔多斯盆地内岩溶古地貌气藏的勘探开发实践证明,盆内奥陶系顶部的碳酸盐古风化壳岩溶古地貌不仅控制着储层的发育而且还是影响古生界天然气聚集成藏的主要控制因素,且不同的古地貌形态影响着古岩溶作用的发育程度1-2。张银德等3研究认为,奥陶系顶部风化壳对于古岩溶作用和不整合面相关的古地貌气藏的发育具有重要影响。岩溶古地貌控制着地层的溶蚀程度、充填程度以及充填物的类型与性质等。TONY等4、ZHANG等5认为综合评价岩溶储层最关键的因素是古地貌与岩溶古水动力的相互作用,铝土岩气藏的主要储集空间以溶蚀孔隙为主,因此,研究古地貌对于阐明铝土岩气藏成藏机理具有重要意义,对于古风化壳型天然气藏勘探和开发具有指导意义。
恢复前石炭纪古地貌形态最关键的问题是如何准确地选择古地貌恢复方法。国内外学者应用不同的手段对不同地区的古地貌进行恢复6-18。本文研究结合该地区的钻井、测井、地震以及分析测试实验数据等资料,采用印模法原理恢复了前石炭纪即奥陶系顶部古地貌,分析古地貌与天然气成藏的关系,阐明古地貌对气藏的控制作用,为铝土岩气藏的勘探开发提供科学参考。

1 研究区地质概况

鄂尔多斯盆地早古生代为稳定的克拉通盆地演化阶段,受早期构造运动控制,在盆地西南缘庆阳—灵台一带形成了“L”形中央古隆起19-26,研究区地处中央古隆起边缘地带[图1(a)]。陇东地区位于中央古隆起核部的边缘东侧,由于早古生代加里东构造运动的影响,导致早石炭世地层经历了长期强烈的风化和剥蚀作用,在上、下古生界之间形成了风化壳,越接近古隆起核部,地层年代越老2326。在古隆起边缘的低洼带堆积的风化产物为该地区铝土岩层系的形成提供了充足的原始物质基础22-23。古生界自下而上分别为下古生界寒武系毛庄组、徐庄组、张夏组、三山子组,奥陶系马家沟组,上古生界二叠系太原组、山西组、石盒子组、石千峰组,缺失志留系、泥盆系以及石炭系2326。本文研究目的层太原组厚度平均为30 m,同下伏古生界碳酸盐岩古风化壳呈平行不整合接触,自古隆起边缘向核部,奥陶系、寒武系逐渐缺失,出露年代逐渐变老且与上古生界二叠系山西组呈整合接触[图1(b)]。
图1 鄂尔多斯盆地构造区划图及研究区位置(a) 和陇东地区古生界沉积地层柱状图(b, L58井)

Fig.1 Ordos Basin structural division map(a) and location map of the study area and paleozoic sedimentary strata column of Longdong area(b.Well L58)

2 前石炭纪古地貌形态恢复及其特征

由于加里东构造运动的影响,华北地台在奥陶纪晚期至石炭纪早期经历了全面抬升,遭受了1.4亿年以上的风化剥蚀27-31。晚古生代,由于欧亚板块向南挤压及蒙古洋关闭的影响,华北地台再次沉降接受沉积。在太原期,海水自东南方向快速入侵,此时海侵范围最大,并沉积了海相—海陆过渡相中上石炭统以及陆相下二叠统煤系地层31-33。因此,奥陶系顶部古风化壳与石炭系地层呈填平补齐关系,通过测出沉积充填直至填平补齐这段地层的厚度,并通过压实作用进行校正,可以获得研究区太原组沉积前地层厚度图(图2)。
图2 陇东地区太原组铝土岩厚度

Fig.2 Thickness of Taiyuan Formation in Longdong area

陇东地区太原组沉积前为一个北西—南东向延伸的古岩溶凹槽。凹槽间为岩溶高地,高地与洼地最大高差约40 m。西部高地带自研究区南界中央北西延伸至研究区西界中央,宽20~30 km,长约150 km。东部高地带自北北西向延伸,朝北部倾没。中央古凹槽北北西向延伸,宽30~40 km,长150~200 km。根据“印模法”原理,太原组的厚度即代表了太原组沉积时的古地貌。然而,该古地貌与铝土岩、铝土岩+泥质铝土岩的厚度相关性较差,很多井的太原组厚度较大,然而其铝土岩或泥质铝土岩的厚度却很低(图3),表明利用太原组厚度恢复的古地貌误差较大,不够精细,需要进一步精细地刻画古地貌。
图3 陇东地区铝土岩厚度、铝土岩+泥质铝土岩厚度与太原组厚度的相关关系

Fig.3 Correlation between bauxite thickness, bauxite + argillaceous bauxite thickness and Taiyuan Formation thickness in Longdong area

姚泾利等23研究表明,陇东含铝岩系具有3层结构,其顶部的岩性一般为煤/炭质泥岩。通过研究陇东地区铝土岩的成因可知,研究区含铝岩系沉积于海退背景下,因此,顶部的煤/炭质泥岩代表了海退过程中的准平原化作用。其距不整合面的距离,代表了含铝岩系沉积时的古地貌(图4)。而在实际勘探开发过程中,发现该残余厚度与铝土岩、铝土岩+泥质铝土岩的厚度的相关性较差,相当多的井的太原组厚度较大,然而其铝土岩或泥质铝土岩的厚度却很低,因此可通过计算太原组第一海退时期该方法的沉积厚度来刻画古地貌形态。对研究区88口探井的太原组第一海退期沉积厚度进行计算,结果表明与铝土岩、铝土岩+泥质铝土岩厚度的相关性明显变好(图5),这说明相较于太原组厚度,太原组第一海退期的沉积厚度对铝土岩控制作用明显变强,也就是说,该古地貌相较而言更加精确。
图4 L58井岩性剖面和海退期沉积厚度确定方法

Fig.4 Lithology profile of Well L58 and determination method of sedimentary thickness in regressive period

图5 陇东地区铝土岩厚度、铝土岩+泥质铝土岩厚度与太原组第一海退期厚度的相关关系

Fig.5 Correlation between the thickness of bauxite, bauxite + argillaceous bauxite and the thickness of the first regression period of Taiyuan Formation in Longdong area

图5所示,当第一海退期沉积厚度大于5 m时,铝土岩或者泥质铝土岩才开始出现。因此,将88口井计算出的第一海退期沉积厚度,以岩溶洼地5 m为边界,绘制成平面图,获得了太原组第一海退期的古地貌[图6(a)]。
图6 陇东地区太原组第一海退期沉积厚度(古地貌)(a)及陇东含铝岩系沉积环境与太原期古地貌(b)(数据引自中国石油长庆油田分公司

Fig.6 Sedimentary thickness (paleogeomorphology) of the First Regressive Stage of Taiyuan Formation in Longdong area and sedimentary environment of bauxite rock series in Longdong area(a) and Paleogeomorphology of Taiyuan stage(b)(data cited from petrochina Changqing Oilfield Company

图6(a)所示,古地貌西高东低,与地震方法识别的古地貌格局一致[图6(b)]。岩溶洼地主要分布于研究区中部,呈近南北向展布,岩溶洼地深度普遍大于15 m。前人27研究认为,岩溶洼地的形成受控于相交的裂缝,因此,下古裂缝发育区应该是岩溶洼地发育区。将下古裂缝发育区叠加到我们绘制的太原组第一海退期的古地貌中[图6(a)]发现,岩溶洼地与下古裂缝发育带是基本一致的。在岩溶斜坡,岩溶沟槽自西向东延伸,受控于西高东低的古地貌。南部岩溶沟槽近南北向展布。整体上看,岩溶斜坡及其两侧的岩溶隆起具有存在“隆洼相间”的分布特征。岩溶隆起向西、向南延伸,正好与岩溶高地上太原组的强剥蚀区相对接。高地上的强剥蚀区与斜坡上的岩溶隆起的“一脉相承”,证实了太原期第一海退期的古地貌恢复的可靠性和准确性。近年来,长庆油田借助地震技术对太原组沉积前的古地貌进一步划分,细分出高地区、上斜坡、下斜坡和洼地(图7)。综上所述,本文采用太原组第一海退期沉积厚度来表征研究区太原组沉积前的古地貌形态。
图7 陇东地区7块三维区前石炭纪古地貌及其地貌单元(数据引自中国石油长庆油田分公司

Fig. 7 Pre-carboniferous paleogeomorphology map and geomorphology unit of block 7 in Longdong area(data cited from petrochina Changqing Oilfield Company

3 前石炭纪古地貌对铝土岩储层的控制作用分析

铝土岩是一种以化学沉积为主且富含铝质矿物的沉积岩,其形成经历3个阶段:最开始由于强烈的风化作用,导致母岩在地表条件下形成了包含铝质、黏土质等在内的残积富铝风化壳;由于海水的搬运作用,使得由母岩形成的残积风化壳会被运移至低洼带沉积埋藏,并逐渐形成最初的铝土岩层;最后,铝土矿层在表生淋滤作用下,硅质被迁移、铝质被富集,形成铝土岩系。铝土岩形成发育过程表明其与古岩溶负地形密切相关,相关证据也显示古地貌控制铝土岩系的厚度、岩性、孔隙发育等。

3.1 古地貌控制表生期淋滤作用

正如前文所述,古地貌斜坡可以进一步分为潜坑、阶地和沟槽。不同地貌的铝土岩发育程度存在明显差别。整个陇东地区铝土岩厚度展布显示,铝土岩厚度分布存在明显差别,西部较薄,东部较为发育,厚度较大(图8)。C3-17-22井钻穿发育于古地貌潜坑的铝土岩,铝土岩系高达24 m,从平面图[图8图9(a)]上来看,其位于铝土岩厚度很高的区域,潜坑古地貌处于高海拔潜水面以上,以垂直淋滤为主而且淋滤时间久;L85井位于阶地古地貌,铝土岩系厚度为12 m,阶地古地貌大部分时间位于潜水面之上,淋滤时间较长,铝土岩厚度较大[图8图9(b)];QT16井钻穿的铝土岩发育于沟槽古地貌,其铝土岩系地层厚度为10 m[图8图9(c)],沟槽古地貌处于低海拔区域,长期位于潜水面以下,风化淋滤时间有限,不利于铝土岩发育,这种规律与前人9研究结果一致。
图8 陇东地区铝土岩厚度展布

Fig. 8 Distribution of bauxite thickness in Longdong area

图9 古地貌铝土岩发育程度对比

Fig.9 Comparison of development degree of palaeogeomorphology bauxite

从整个研究区来看,太原组铝土岩超过一半的溶蚀系统是由于表生期的溶蚀作用而形成,是铝土岩储层形成的主要原因,古地貌形态对地下水、地下水运动及与成因相关的溶蚀系统具有一定的控制作用32-36。在表生期,陇东地区远离海洋,下古生界碳酸盐岩持续岩溶,形成多期岩溶洼地。L58井处于岩溶高地,其地势相对较高,潜水面距离地表相对较深,长期遭受大气降水的垂向溶蚀,溶蚀作用较强,孔隙相对较为发育,以溶蚀缝和溶蚀孔为主,充填程度相对较低,主要充填物为高岭石[图10(a),图10(b)]。斜坡区域的形成是长期地表径流所导致的,在这个过程中,地表水会沿着薄弱的地层以垂直渗透的方式渗入地层进而发生了差异溶蚀,溶蚀作用强,产生大量溶蚀孔隙,主要以基质溶孔、颗粒内溶(洞)孔、粒间溶孔为主,如HT7井、L47井,该区域溶蚀孔隙发育,且部分被高岭石充填[图10(c)—图10(f)] 。而岩溶洼地地势相对平缓,地表接近于潜水面,是地下水汇聚的地区,水动力条件差,该区域的QT16井溶蚀作用程度弱,溶蚀孔隙不发育。上述表明,古地貌在一定程度上控制着陇东地区太原组表生期溶蚀作用的发育,进而控制铝土岩储层的发育。
图10 陇东地区太原组储层溶蚀作用特征

(a)—(b)L58井,4 044.3 m,炭质泥岩裂缝;(c)HT7井,4 459.67 m,白云岩溶孔充填高岭石;(d)—(f)L47井,4 117 m,铝土岩早期溶孔(菱铁矿溶孔)被后期鲕绿泥石和成岩高岭石充填

Fig.10 Dissolution characteristics of Taiyuan Formation reservoir in Longdong area

3.2 斜坡古地貌对铝土岩分布的控制作用

古地貌对岩性和岩性组合分布有着重要影响36-40。二级古地貌对岩性和岩性组合的控制与影响已经有比较系统的阐述和探讨,而斜坡区古地貌对铝土岩系影响尚缺乏系统阐述,下文就斜坡区古地貌对铝土岩系的控制与影响做详细的探讨。
在陇东地区铝土岩系结构从下到上一般分为3层:铝土质泥岩、多孔状铝土岩、泥质铝土岩,多孔状铝土岩是天然气的有利储集层。一般来说,铝土质泥岩水铝石含量小于50%,多孔状铝土岩水铝石含量大于75%,泥质铝土岩水铝石含量介于50%~75%之间。不同古地貌铝土岩结构存在明显差别。正如前文所述,C3-17-22井铝土岩系发育于潜坑型古地貌,铝土岩厚度最高;L58井和L47井钻穿的铝土岩系发育于阶地古地貌,多孔状铝土岩厚度次之;QT15井和QT16的铝土岩系发育于沟槽古地貌,其多孔状铝土岩基本不发育。通过综合地震、测井、地质等方法恢复研究区古地貌和多孔状铝土岩厚度,结果显示与上述单井的结果一致[图11(a),图11(b)],因此,古地貌一定程度控制了多孔状铝土岩的发育。
图11 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组沉积期古地貌

(a)陇东地区太原组沉积期古地貌;(b)陇东地区太原组沉积期沉积厚度

Fig.11 Paleogeomorphology of the sedimentary period of Permian Taiyuan Formation in Longdong area of Ordos Basin

不同古地貌铝土岩厚度之所以存在差别在于铝土岩的发育机理。多孔状铝土岩发育程度很大程度上取决于在铝土岩发育过程的淋滤强度,这个可以从位于同一个透镜状铝土岩储层不同部位的钻井中得到验证。L47井铝土岩系发育,地层厚度大,L47-1井铝土岩系层系大幅减薄[图12(a)]。L47井位于透镜状铝土岩系的核心部位,长期处于潜水面之上,长期经受氧化淋滤作用,溶蚀孔系发育,在薄片中可以观察到大量的溶蚀孔[图12(b)];L47-1井位于铝土岩系透镜体的边缘相带,发育菱铁矿结核和自形晶黄铁矿,处于强还原环境,形成致密的铁质泥岩,铝土岩系地层薄,多孔状铝土岩基本不发育[图12(a),图12(c),图12(d)]。因此,不同古地貌中多孔状铝土岩发育存在差别的原因是不同古地貌表生期淋滤作用的时间和强度造成的,古地貌对铝土岩发育有较强的控制作用。
图12 透镜状铝土岩系不同部位特征比较

Fig. 12 Comparison of characteristics of different parts of lenticular bauxite series

3.3 古地貌形态对沉积相展布的控制作用

太原组铝土岩沉积相带分布受到古地貌的直接影响293641。前石纪系太原期古地形复杂,地形高差相对较大。根据陇东地区太原组沉积期岩相古地理图,研究区沉积相带主要包括海湾、古陆边缘以及潮坪(图13)。与古地貌相对比发现,岩溶高地主要分布于古陆边缘沉积,岩溶斜坡则主要发育于潮坪潟湖沉积;岩溶洼地则发育于海湾沉积环境。综上所述,古地貌控制了含铝地层沉积期的相带展布,并且铝土岩沉积范围主要在西北向东南部之间,受到古陆边缘及潮坪相的影响,沉积于古陆边缘上的铝土岩厚度较大。
图13 陇东地区太原组沉积期岩相古地理

Fig.13 Lithofacies paleogeography of Taiyuan Formation sedimentary stage in Longdong area

3.4 古地貌对储层发育的影响与控制

正如前文所述,古地貌控制沉积相展布、铝土岩系厚度、铝土岩发育。研究区位于中央古隆起东侧边缘且构造位置较高,铝土质矿物集合体由于大气地表水的淋滤作用而被再次改造,组成水铝石格架的易溶组分由于溶蚀作用导致其大量流失而产生大量孔隙并形成有效的多孔状铝土岩储层131-32
根据研究区18口井的太原组铝土岩系储层物性资料,并结合古地貌单元统计进而得到储层物性与古地貌的关系图,太原组孔隙度值自高地、斜坡、洼地依次变差,平均值分别为9.14%、8.67%、1.70%;渗透率变化趋势同孔隙度变化相同,平均值分别为2.68×10-3 μm2、0.42×10-3 μm2和0.18×10-3 μm2图14(a)]。孔隙度高值主要分布于岩溶高地和岩溶斜坡区域,而洼地区域孔隙度较小;渗透率高值主要分布于岩溶高地区域。因此,好的铝土岩储层往往发育在岩溶高地与斜坡,说明古地貌控制着铝土岩储层的发育;斜坡单元中的潜坑、阶地古地貌铝土岩系具有较高的孔隙度和渗透率,储层质量较高[图14(b)]。
图14 研究区古地貌与古地貌孔隙度、渗透率对比

(a)不同岩溶地形铝土岩物性对比;(b)不同古地貌铝土岩物性对比

Fig.14 Comparison of porosity and permeability between plaeogeomorphology and palaeogeomorphology in the study area

按照水铝石含量不同,可以分为铝土岩、泥质铝土岩、铝土质泥岩,这些岩石的物性也存在明显差别,铝土岩最高,泥质铝土岩次之,铝土质泥岩最差[图15(a)];压汞数据显示,孔隙结构也显示同样的规律[图15(b)]。一般来说,铝土岩具有高孔隙度和渗透率、良好的孔隙结构也是由于在地质历史时期,经历较长的氧化淋滤作用,泥质铝土岩和铝土质泥岩经受的淋滤作用时间和强度相对有限,正如前文所述,古地貌很大程度上控制淋滤作用的强度和时间,进而控制岩性分布。因此,不同岩性的物性差异归根结底还是古地貌差异造成的。
图15 不同岩性储层参数对比

(a)不同岩性孔隙度与渗透率对比;(b)不同岩性压汞数据对比

Fig.15 Comparison of reservoir parameters of different lithologies

在综合上述分析的基础上,结合测录井、地震等资料,结合陇东地区太原组的沉积相图和古地貌图,对鄂尔多斯盆地西南缘铝土岩厚度进行精确刻画,对铝土岩储层进行划分。研究区铝土岩储层沿环县—庆城—正宁一带自北西—东南向展布,基于古地貌、地震、三维裂缝带和钻井钻遇情况,将铝土岩储层划分为2类:I类铝土岩储层(优势储层),分布于深度普遍大于10 m的岩溶洼地,邻近铝土岩屑物源区,位于三维裂缝带,钻井钻遇铝土岩;II类铝土岩储层,洼地深度>5 m、I类铝土岩储层以外的区域。研究区储层主要分布于古地貌相对较低位置,差异性溶蚀作用较强,且沉积的铝土岩厚度较大,物性好,是铝土岩气藏勘探开发的有利区带。

4 古地貌对铝土岩气藏的影响与控制

鄂尔多斯盆地广覆式沉积的二叠系含煤层系是上古生界主力烃源岩,苏里格大气田、大牛地气田的天然气就主要来自煤系烃源岩。据钻井揭示,陇东地区二叠系煤层平均厚度为4.35 m,TOC含量平均为60.35%,R O值平均为2.53%;暗色泥岩平均厚度为55.5 m,TOC 含量平均为3.14%,R O值平均为2.53%,有机质类型以Ⅲ型为主。据中国石油长庆油田分公司研究,二叠系煤系烃源岩以生气态烃为主,R O值为2.0%时的气态烃产率为75 m3/t,R O值为2.5%时的气态烃产率为110 m3/t。在地表水淋滤作用下,硅质被迁移,铝质堆积富集,形成铝土岩系,广泛发育颗粒内溶孔、粒间溶孔、基质溶孔等溶蚀孔隙;在埋藏成岩期,炭质泥岩和煤中的有机质在生烃热演化过程中会释放大量的有机酸,致使溶蚀孔隙空间进一步发育,进一步改善铝土岩储层。
陇东地区太原组古地貌形态以岩溶斜坡为主,结合产能分析,发现绝大多数日产量超过4.0×104 m3/d的井分布于岩溶斜坡潜坑、阶地区域,如L47、L47-1CH、C3-17-22、NG3等井均获得高产气流,其中分布于潜坑区域的井试气无阻流量大于50×104 m3。这主要是因为潜坑由于长期经受淡水淋滤作用,加之垂直方向的渗流作用,使得溶蚀作用增强,有利于溶蚀孔洞储集孔发育。岩溶洼地、斜坡古沟槽等古地貌地区天然气产能无法达到商业化开发的需求,如位于岩溶洼地的L66、L57、L24以及QT16等井,这些井绝大部分无产能或日产气量很低,主要是因为这些区域地势相对较低,没有经历长期淋滤作用,溶孔欠发育。
因此,铝土岩气藏成藏过程主要是经过长期淋滤作用形成的多孔状铝土岩提供了储集条件,广覆于其上的煤层和炭质泥岩在深埋成熟后提供了大量的天然气,在生烃驱动力下沿着断层和裂缝运移至铝土岩中聚集成藏,其中起关键作用的储层发育,尤其是多孔状铝土岩发育,正如前文所述,原始铝土岩系沉积与储层发育主要受古地貌控制和影响。

5 结论

(1)通过印模法恢复研究区的古地貌形态,发现鄂尔多斯盆地陇东地区太原组古地貌形态由高地、斜坡以及洼地3个二级古地貌单元构成,斜坡进一步可划分为潜坑、阶地及沟槽3个三级古地貌单元。
--引用第三方内容--

(2)古地貌控制沉积相态的展布,铝土岩发育的有利相带是古陆边缘及潮坪相,这两相带铝土岩厚度较大。

(3)古地貌控制铝土岩储层发育,高地、斜坡铝土岩物性较好,其中斜坡中的潜坑与阶地溶蚀孔发育,主要表现为基质溶孔、颗粒内溶(洞)孔、粒间溶孔发育。

(4)铝土岩气藏形成机理主要是上部广覆式煤系源岩生烃,生烃动力驱动向下运移至表生期发育的铝土岩储层聚集成藏,多孔状铝土岩是制约天然气成藏的关键地质要素。
1
夏日元, 唐健生, 关碧珠, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶地貌及天然气富集特征[J].石油与天然气地质, 1999, 20(2): 133-136.

XIA R Y,TANG J S,GUAN B Z,et al.Ordovician palaeokarst landform in Ordos Basin and gas enrichment characteristics[J]. Oil & Gas Geology, 1999, 20(2): 133-136.

2
刘逍,王静,金大权,等.奥陶系岩溶古地貌恢复及对气藏分布的控制作用——以鄂尔多斯盆地苏里格东区41-33区块为例[J].矿物岩石,2019,39(3):95-110.

LIU X,WANG J,JIN D Q, et al. Restoration of Ordovician karst paleogeomorphology and its control on gas reservoir distribution: A case study for block 41-33 in eastern Sulige area,Ordos Basin[J].Mineralogy and Petrology,2019,39(3):95-110.

3
张银德,周文,邓昆,等.鄂尔多斯盆地高桥构造平缓地区奥陶系碳酸盐岩岩溶古地貌特征与储层分布[J].岩石学报,2014,30(3):757-767.

ZHANG Y D, ZHOU W, DENG K,et al. Palaeogeomorphology and reservoir distribution of the Ordovician karstified carbonate rocks in the structurally-gentle Gaoqiao area,Ordos Basin[J]. Acta Petrologica Sinica,2014,30(3):757-767.

4
TONY J T.Reservoir characterization,paleoenvironment,and paleogeomorphology of the Mississippian Redwall.Limestone paleokarst,Hualapai Indian Reservation,Grand Canyon area,Arizona[J].AAPG Bulletin,2000,84(11):1856-1875.

5
ZHANG B,ZHENG R C,WANG X B,et al.Paleokarst and reservoirs of the Huanglong Formation in eastern Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2011,38(3):257-267.

6
BOUCHARD M, SCHMITT J M. Paleoweathering and paleolandforms Introduction[J]. Geomorphology,1996,16(1):1-4.

7
叶蕾, 朱筱敏, 谢爽慧, 等. 沉积古地貌基本恢复方法及实例研究——以饶阳凹陷沙一段为例[J]. 古地理学报,2023,25(5):1139-1155.

YE L, ZHU X M, XIE S H, et al. Basic restoration methods and paleogeomorphology:A case study of the First Member of Shahejie Formation,Paleogene in Raoyang Sag[J]. Journal of Palaeogeography,2023,25(5):1139-1155.

8
饶诗怡, 伏美燕, 邓虎城, 等. 基于岩相和地球化学特征的沉积古地貌恢复新方法:以川中栖霞组为例[J]. 地质科技通报, 2023,42(5):205-213.

RAO S Y, FU M Y, DENG H C, et al.A new method for restoration of sedimentary paleogeomorphology based on lithofacies and geochemistry:A case study of Qixia Formation in central Sichuan[J].Bulletin of Geological Science and Technology, 2023,42(5):205-213.

9
冯磊, 刘宏, 谭磊, 等. 岩溶古地貌恢复及油气地质意义——以四川盆地泸州地区中二叠统茅口组为例[J]. 断块油气田, 2023, 30(1): 60-69.

FENG L,LIU H,TAN L,et al.Karst paleogeomorphology res-toration and hydrocarbon geological significance:A case study of Middle Permian Maokou Formation in Luzhou area of Sichuan Basin[J]. Fault-Block Oil & Gas Field,2023,30(1):60-69.

10
何文军, 郑孟林, 费李莹, 等. 陆相坳陷盆地边缘沉积区古地貌恢复:以准噶尔盆地玛湖地区三叠系百口泉组为例[J]. 古地理学报, 2019, 21(5): 803-816.

HE W J, ZHENG M L, FEI L Y, et al. Ancient landform restoration of marginal sedimentary area in the continental depression basin:A case study of the Triassic Baikouquan Formation in Mahu area of Junggar Basin[J].Journal of Palaeogeography, 2019,21(5):803-816.

11
李进步, 王继平, 王龙, 等. 古地貌恢复及其对三角洲前缘沉积砂体的控制作用——以鄂尔多斯盆地庆阳气田二叠系山西组1~3亚段为例[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(5): 1136-1145,1158.

LI J B,WANG J P,WANG L, et al.Paleogeomorphologic restoration and its controlling effect on deposition of delta-front sand bodies:A case study of Shan 13 sub-member of the Permian Shanxi Formation,Qingyang Gas Field,Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology, 2021, 42(5): 1136-1145,1158.

12
王燕琨, 王震, 梁爽, 等. 古地貌恢复技术在滨里海盆地东缘中—下石炭统岩性勘探中的应用[J]. 中国石油勘探, 2022, 27(2): 131-141.

WANG Y K, WANG Z, LIANG S, et al. Application of paleogeomorphology restoration technology in lithologic reservoir exploration of the Middle-Lower Carboniferous in the eastern margin of Pre-Caspian Basin[J].China Petroleum Exploration, 2022,27(2):131-141.

13
张春林, 李剑, 陈鑫, 等. 鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下古地貌恢复及其对滩体的控制作用[J]. 天然气地球科学, 2019, 30(9): 1263-1271.

ZHANG C L, LI J, CHEN X, et al.Palaeogeomorphological restoration of Ordovician subsalt and its controlling effect on beach bodies,eastern Ordos Basin[J].Natural Gas Geoscience, 2019,30(9):1263-1271.

14
张坦, 贾梦瑶, 孙雅雄, 等. 四川盆地南部中二叠统茅口组岩溶古地貌恢复及特征[J]. 岩性油气藏 ,2024,36(1):111-120.

ZHANG T, JIA M Y, SUN Y X, et al. Restoration and characteristics of karst paleogeomorphology of Middle Permian Maokou Formation in southern Sichuan Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2024, 36(1):111-120.

15
张添锦, 王云. 鄂尔多斯盆地岩溶古地貌恢复与天然气富集关系——以高桥地区奥陶系马家沟组马五段为例[J]. 西北地质, 2017, 50(2): 207-213.

ZHANG T J,WANG Y.The relationship between karst palaeo-geomorphology recovery and gas enrichment in Ordos Basin:Example from Mawu Section of Ordovician Majiagou Formation in Gaoqiao aea[J].Northwestern Geology,2017,50(2): 207-213.

16
王高平, 王震亮, 赵雪娇, 等 . 鄂尔多斯盆地延安地区奥陶系风化壳古地貌恢复[J].沉积学报, 2013, 31(4): 563-570.

WANG G P,WANG Z L,ZHAO X J,et al.Palaeogeomorpho-logy restoring of Ordovician weathering crust in Yan'an area,Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2013,31(4): 563-570.

17
白慧, 杨国平, 马志欣, 等. 苏里格气田东区奥陶系岩溶古地貌对气藏产能的影响[J]. 天然气勘探与开发, 2017, 40(2): 21-25. BAI H, YANG G P, MA Z X, et al.The effect of Ordovician karst palaeogeomorphology on gas reservoir in the East of Sulige Gas Field[J].Natural Gas Exploration and Development, 2017, 40(2): 21-25.

18
刘宗宾, 程奇, 刘洪洲, 等. 辽西低凸起JZ油田沙二段古地貌特征及其对沉积的控制作用[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2023, 38(2): 9-15.

LIU Z B, CHENG Q, LIU H Z, et al. Paleogeomorphologic characteristics of 2nd member of Shahejie Formation of JZ Oilfield in Liaoxi low uplift and its control on sedimentation[J]. Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition),2023,38(2):9-15

19
马婷钰,史立川,程党性,等.鄂尔多斯盆地陇东地区前侏罗纪古地貌恢复及油气富集规律[J].中外能源,2023,28(1):33-41.

MA T Y,SHI L C,CHENG D X,et al. Pre-Jurassic Paleogeomorphic restoration and hydrocarbon enrichment in Longdong aea,Ordos Basin[J].Sino-Global Energy,2023,28(1):33-41.

20
袁珍,李文厚,朱静,等.鄂尔多斯盆地陇东地区侏罗系古地貌恢复及其对石油聚集的影响[J].地质通报,2013,32(11):1806-1814.

YUAN Z, LI W H, ZHU J,et al. The restoration of Pre-Jurassic paleogeomorphology and its influence on oil accumulation in Longdong area[J]. Geological Bulletin of China, 2013, 32(11): 1806-1814.

21
朱静,李文厚,韩永林,等.陇东地区前侏罗纪古地貌及油藏成藏规律研究[J].沉积学报,2010,28(6):1229-1237.

ZHU J, LI W H, HAN Y L,et al. Research on palaeogeomorphic features of Pre-Jurassic and accumulation regularity of oil reservoir in the area of eastern Gansu,Ordos Basin[J]. Acta Sedimentologica Snica,2010,28(6):1229-1237.

22
付金华, 李明瑞, 张雷, 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区铝土岩天然气勘探突破与油气地质意义探索[J]. 天然气工业, 2021, 41(11): 1-11.

FU J H, LI M R, ZHANG L, et al.Breakthrough in the exploration of bauxite gas reservoir in Longdong area of the Ordos Basin and its petroleum geological implications[J].Natural Gas Industry, 2021, 41(11): 1-11.

23
姚泾利, 石小虎, 杨伟伟, 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩系储层特征及勘探意义[J]. 沉积学报, 2023,41(5):1583-1597.

YAO J L, SHI X H, YANG W W, et al.Reservoir characteristics and exploration significance of the Bauxite rock series of Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin[J].Acta Sedimentologica Sinica,2023,41(5):1583-1597.

24
朱佳宝, 高胜利, 王雷. 鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩分布规律研究[J]. 地下水, 2023, 45(2): 108-110,215.

ZHU J B, GAO S L, WANG L.Research on distribution regularity of Taiyuan Formation bauxite in Longdong area of Ordos Basin[J]. Ground Water, 2023, 45(2): 108-110,215.

25
南珺祥, 柳娜, 王邢颖, 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩储层特征及形成机理[J]. 天然气地球科学, 2022, 33(2): 288-296.

NAN J X,LIU N,WANG X Y,et al. Characteristics and formation mechanism of bauxite reservoir in Taiyuan Formation,Longdong area,Ordos Basin[J].Natural Gas Geoscience,2022,33(2):288-296.

26
马琛璐, 井向辉, 贾连奇, 等. 矿物自动定量分析系统在含铝岩系岩矿分析中的应用——以陇东地区太原组为例[J]. 沉积学报,1-17.https://doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2023.034.

MA C L, JING X H, JIA L Q, et al.Application of mineral automatic quantitative analysis system in the petrology and mineralogy analysis of aluminiferous rock series: Taking Taiyuan Formation in the Longdong area as an example[J].Acta Sedimentologica Sinica,1-17.https://doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2023.034.

27
庞军刚, 杨友运, 王桂成, 等. 鄂尔多斯盆地吴起王洼子地区早侏罗世沉积相及古地貌恢复[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2014, 50(4): 465-471.

PANG J G,YANG Y Y,WANG G C, et al.Reconstruction of the sedimentary microfacies and palaeogeomorphology in Early Jurassic of Wangwazi area of Wuqi county,Ordos Basin[J].Jou-rnal of Lanzhou University(Natural Sciences),2014,50(4): 465-471.

28
侯林君, 陈洪德, 罗林军, 等. 鄂尔多斯盆地前寒武纪末期古地貌恢复及其对烃源岩的控制作用[J]. 地球科学与环境学报, 2019, 41(4): 475-490.

HOU L J,CHEN H D,LUO L J, et al.Reconstruction of Late Pre-Cambrian palaeogeomorphology in Ordos Basin,China and its control on source rocks[J].Journal of Earth Sciences and Environment,2019,41(4):475-490.

29
王建国, 蒋传杰, 常森, 等. 克拉通盆地微古地貌恢复的构造趋势面转换法[J]. 石油学报, 2017, 38(1): 77-83,104.

WANG J G, JIANG C J, CHANG S, et al.Structural trend surface conversion method for micro-amplitude paleotopographic restoration of cratonic basins[J].Acta Petrolei Sinica,2017,38(1):77-83,104.

30
孟卫工,李晓光,吴炳伟,等. 鄂尔多斯盆地宁古3井太原组含铝岩系天然气成藏特征及地质意义[J].中国石油勘探,2021,26(3):79-87.

MENG W G,LI X G,WU B W,et al.Research on gas accumu-lation characteristics of aluminiferous rock series of Taiyuan For-mation in Well Ninggu 3 and its geological significance, Ordos Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2021,26(3):79-87.

31
刘显阳, 魏柳斌, 刘宝宪, 等. 鄂尔多斯盆地西南部寒武系风化壳天然气成藏特征[J].天然气工业, 2021, 41(4): 13-21.

LIU X Y, WEI L B, LIU B X, et al. Characteristics of natural gas accumulation in the Cambrian weathering crust in the southwestern Ordos Basin[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41(4): 13-21.

32
刘全有,金之钧,王毅,等. 鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩层系天然气成藏研究[J]. 岩石学报,2012,28(3):847-858.

LIU Q Y, JIN Z J, WANG Y, et al. Gas filling pattern in Paleozoic marine carbonate reservoir of Ordos Basin[J]. Acta Pe-trologica Sinica, 2012, 28(3): 847-858.

33
刘文辉,潘和平,李健伟,等. 鄂尔多斯盆地大牛地气田铝土质泥岩储层的测井评价[J]. 天然气工业,2015,35(5):24-30.

LIU W H, PAN H P, LI J W, et al. Well logging evaluation on bauxitic mudstone reservoirs in the Daniudi Gasfield, Ordos Basin[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(5): 24-30.

34
刘辰生, 金中国, 郭建华. 海平面变化对沉积型铝土矿富集成矿的影响——以黔北铝土矿为例[J]. 中国有色金属学报, 2018, 28(5): 985-993.

LIU C S, JIN Z G, GUO J H. Effect of sea level change on enrichment and mineralization of bauxite:Taking Qianbei bauxite for example[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2018, 28(5): 985-993.

35
张慧, 田亚铭, 邓剑, 等. 川北地区中二叠统茅口组溶蚀作用发育特征及控制因素[J]. 矿物岩石 ,2023,43(3):119-130.

ZHANG H,TIAN Y M,DENG J,et al.Development characteristics and controlling factors of dissolution in the Middle Permian Maokou Formation in northern Sichuan region[J].Mi-neralogy and Petrology,2023,43(3):119-130.

36
王琪, 许勇, 刘新社, 等. 岩溶背景下的优质天然气储层形成机理及主控因素——以鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组马五1 4储层为例[J]. 天然气地球科学, 2016, 27(12): 2103-2114.

WANG Q, XU Y, LIU X S, et al.Forming mechanism and main controlling factors on the high-quality gas reservoirs res-tricted by paleokarst background:A case from Ordovician M54 1 carbonate,Ordos Basin[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(12):2103-2114.

37
田雨, 张兴阳, 朱国维, 等. 古地貌对台内滩储层分布及气藏特征的控制作用——以阿姆河盆地台内滩气田为例[J]. 天然气地球科学, 2016, 27(2): 320-329.

TIAN Y, ZHANG X Y, ZHU G W, et al.Controlling effects of paleogeomorphology on intraplatform shoal reservoirs distribution and gas reservoirs characteristics:Taking intraplatform shoal gasfields of the Amu Darya Basin as examples[J].Natural Gas Geoscience,2016, 27(2):320-329.

38
闫海军, 何东博, 许文壮, 等. 古地貌恢复及对流体分布的控制作用——以鄂尔多斯盆地高桥区气藏评价阶段为例[J]. 石油学报, 2016, 37(12): 1483-1494.

YAN H J, HE D B, XU W Z, et al. Paleotopography restoration method and its controlling effect on fluid distribution:A case study of the gas reservoir evaluation stage in Gaoqiao,Ordos Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2016,37(12):1483-1494.

39
詹冶萍, 杨香华, 潘知峰, 等. 江汉盆地潜江凹陷潜三段古地貌与砂体成因分析[J]. 古地理学报, 2009, 11(4): 405-412.

ZHAN Y P,YANG X H,PAN Z F, et al. Palaeogeomorphology and origin of sandbodies of the Member 3 of Qianjiang Formation in Qianjiang Sag,Jianghan Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 2009, 11(4): 405-412.

40
周路,韦红,唐勇,等.准噶尔盆地车排子地区侏罗系八道湾组沉积古地貌及岩性分布[J].古地理学报,2013,15(3):383-400.

ZHOU L, WEI H, TANG Y, et al.Sedimentary palaeogeomorphology and lithology distribution of the Jurassic Badaowan Formation in Chepaizi area of Junggar Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 2013, 15(3): 383-400.

41
WANG X, ZHOU L, WU Y, et al. Restoration of palaeogeomorphology and its petroleum-geological significance: Transitional-facies deposition during the Early Permian in the southeastern Ordos Basin, North China[J]. Geoenergy Science and Engineering, 2023, 221: 111310.

文章导航

/