0 引言
早寒武世全球广泛发育黑色页岩［1］，在中国的塔里木板块和扬子板块均发育有下寒武统高丰度海相烃源岩［2-3］，并且已经发现了来自下寒武统海相烃源岩的油气藏［4-5］，展现出寒武系烃源岩具有良好的生烃潜力［6］。近期，在鄂尔多斯盆地南缘洛南、灵宝等地区发现了一套下寒武统高丰度海相烃源岩［7］。虽然在鄂尔多斯盆地内部迄今尚未钻遇下寒武统高丰度烃源岩，但目前发现的下寒武统高丰度烃源岩露头距庆阳古隆起仅有百余公里。与此同时，随着勘探的深入，在鄂尔多斯盆地西南部庆阳古隆起及周围的寒武系中不断有钻井钻遇天然气，如2020年，L51井在寒武系中获得了12.3×104 m3/d高产工业气流，部分学者认为寒武系天然气来源可能为石炭系—二叠系烃源岩［8］，部分学者则认为寒武系天然气可能来源于“L”型海槽内发育的上奥陶统平凉组（或乌拉力克组）海相烃源岩，因为这套烃源岩主要分布在盆地南缘和西缘［9］，尚未有人关注分布在鄂尔多斯盆地南缘的下寒武统高丰度海相烃源岩的成藏贡献。此外，近年来笔者所在项目组在寒武系岩心观察与野外踏勘中不断发现了多处储层沥青。
为深入研究寒武系天然气和储层沥青的来源，阐明烃源岩的成藏贡献，本文从烃源岩有机地球化学特征、构造—沉积演化、天然气成因类型和储层沥青来源等方面进行了详细研究，初步探讨了下寒武统海相烃源岩对鄂尔多斯盆地南部天然气的成藏贡献，对鄂尔多斯盆地深层天然气勘探具有重要的指导意义。
1 地质背景
鄂尔多斯盆地位于华北板块西部，上覆于华北板块古老基底之上。在寒武系沉积之前的中—晚元古代，鄂尔多斯盆地南缘及西南缘发育有晋陕、甘陕及贺兰裂陷槽［9］。寒武系就是在中—新元古代的基础上继承发展而来，受中—晚元古代裂陷槽或基底断裂影响，盆地西南缘发育深水海湾，呈现“隆凹相间”的古地貌格局。地震资料显示，盆地南缘的富平—洛川海湾地层厚度渐变加厚，最厚可达700 m，反映该海湾具坳陷特征［10］。早寒武世，深水海湾（富平—洛川海湾）是烃源岩发育的重要场所［7］。同时，鄂尔多斯盆地南缘因古秦岭洋盆扩张而成为被动大陆边缘，在陆缘斜坡环境中由于上升洋流的作用，带来了丰富的营养物质，为优质烃源岩的发育提供了充足的有机质来源，使得其具有较高的古生产力。且死亡的浮游藻类在下沉、降解过程中消耗了大量的氧气，造就了缺氧环境。在缺氧环境和上升洋流的共同作用下，富有机质页岩相对发育［7］，因此鄂尔多斯盆地南缘具备高丰度烃源岩发育的地质条件。
鄂尔多斯盆地南缘下寒武统东坡组之上还发育有下寒武统辛集组、朱砂洞组、馒头组，中寒武统毛庄组、徐庄组、张夏组以及上寒武统三山子组［8］，这些地层主要形成于浅海陆棚环境及浅海台地沉积环境，均不利于烃源岩发育，迄今为止在这些地层中尚未发现有高丰度烃源岩。
2 下寒武统海相烃源岩有机地球化学特征
图1 鄂尔多斯盆地南缘露头剖面位置（a）和下寒武统周家河剖面柱状图（b）Fig.1 Outcrop profile position （a） and Lower Cambrian Zhoujiahe profile （b） in the southern margin of Ordos Basin |
有机碳分析结果表明，东坡组烃源岩露头样品总有机碳含量（TOC）较高，介于0.10%~13.75%之间，149个样品的均值为3.32%，其中TOC含量大于1%的样品占91%，TOC含量大于2%的样品占52%，整体为一套高丰度烃源岩（图3）。其中周家河剖面，东坡组页岩之上为华北地区广泛发育的辛集组含磷砂岩，之下为罗圈组冰碛砾岩。该剖面东坡组烃源岩累积厚度达60 m，TOC含量介于0.17%~9.68%之间，53块样品的平均值为2.54%［图1（b）］；洛南后碥村剖面下寒武统黑色泥板岩，TOC含量介于0.07%~11.29%之间［图2（a），图3］。显然，盆地南缘下寒武统东坡组烃源岩TOC值明显高于盆地寒武系馒头组和三山子组，其TOC平均值仅为0.18%［11］，也明显高于徐庄组和毛庄组的有机碳含量［12］。但下寒武统烃源岩露头样品的生烃潜量（S 1+S 2）却很低，均小于0.50 mg/g（图3）；氢指数（I H）分布在0~75 mg/gTOC之间，平均仅有5 mg/gTOC，反映了该套烃源岩经历了较高的热演化作用。
前人曾对同处于华北板块南缘安徽合肥地区下寒武统烃源岩热演化程度开展研究，认为该套烃源岩经历了较高的热演化作用，处于高—过成熟阶段［14，16-17］。廖建波等［10］通过对鄂尔多斯盆地南缘洛南西沟剖面寒武系烃源岩进行了沥青反射率测定和岩石热解分析，认为烃源岩处于高—过成熟阶段，转换的等效镜质体反射率为4.13%。本文研究表明，鄂尔多斯盆地南缘下寒武统东坡组烃源岩热演化程度较高，实测沥青反射率为3.00%~3.74%，等效镜质体反射率为2.25%~2.71%［18］，处于高—过成熟阶段。在高—过成熟演化阶段芳香烃参数可以作为有效的成熟度指标，李颖等［19］基于对四川盆地须家河组高—过成熟烃源岩芳香烃化合物的研究，建立了高—过成熟阶段等效镜质体反射率（R O）与甲基菲比值F1的关系：R O=5.05-3.67 F1［式（1）］。研究区下寒武统烃源岩中检测到丰富的菲系列化合物（图5），其中甲基菲比值F1为0.46~0.60，根据式（1）可以得到其对应的等效镜质体反射率为2.79%~3.32%，与沥青反射率结果相比，芳香烃参数计算结果稍高，但均反映下寒武统烃源岩已经达到了过成熟演化阶段。综上所述，鄂尔多斯盆地南缘东坡组为一套高丰度优质烃源岩，主要为腐泥型有机质，但热演化程度较高，处于过成熟阶段，表明在地质历史时期该套烃源岩具有极好的油气生成潜力［9］。
3 成藏贡献
根据上述华北板块南缘下寒武统烃源岩厚度分布图，结合早古生代岩相古地理及古构造特征［7］，推测鄂尔多斯盆地南缘富平—西安地区存在生烃中心。该生烃中心距离鄂尔多斯盆地南部的庆阳古隆起约百公里以上，能否对鄂尔多斯盆地的油气成藏有贡献呢？近年来，笔者所在研究团队通过持续对鄂尔多斯盆地南缘构造—沉积演化特征、寒武系天然气成因和寒武系储层沥青来源的分析，认为东坡组高丰度海相烃源岩对鄂尔多斯盆地南部庆阳古隆起及以南地区寒武系天然气成藏有较大的贡献，值得关注。
3.1 鄂尔多斯盆地南部构造—沉积演化特征
3.2 鄂尔多斯盆地寒武系天然气成因
巧合的是，鄂尔多斯盆地寒武系低产气流井和工业气流井主要分布在盆地西南部的庆阳古隆起周缘（图7），将鄂尔多斯盆地寒武系钻井天然气甲烷碳同位素、乙烷碳同位素与下古生界不同层系天然气及上古生界石炭系—二叠系（C—P）煤型气的甲烷、乙烷碳同位素投在一个图版中（图8），不难发现单从甲烷碳同位素很难将鄂尔多斯盆地下古生界天然气区分开，因为下古生界天然气与C—P煤型气甲烷碳同位素值的分布有较大范围的重合。相反，乙烷碳同位素值的分布却有较大的差异，C—P煤型气中乙烷碳同位素值最高，分布在-21.71‰~-27.58‰之间，均值为-24.22‰；油型气次之，但分布范围较大，介于-28.9‰~-41.27‰之间。如果以斜率1为界线，油型气又可以分为2类，即正序列油型气（以δ13C1<δ13C2为特征）和反序列油型气（以δ13C1>δ13C2为特征）。
值得注意的是，鄂尔多斯盆地寒武系天然气样品中乙烷碳同位素值整体最轻，分布范围较小，介于-35.24‰~-41.27‰之间［图8（a）］。研究表明原油裂解气成因的乙烷碳同位素值较低，从而造成天然气整体的乙烷碳同位素值降低，随着二次裂解气含量的增加，进而导致天然气的碳同位素值发生“倒转”［27］。鄂尔多斯盆地南部寒武系天然气的甲烷、乙烷碳同位素分布特征与四川盆地龙王庙组相似，都落在同一个区域，为反序列油型气特征［图8（a）］。天然气组分分析表明，鄂尔多斯盆地南部寒武系天然气与四川盆地礁石坝龙马溪组页岩气［28-29］和川东北石炭系黄龙组［30］天然气具有相似的C1/C2值和C2/C3值分布特征［图8（b）］，均具有明显的二次裂解气特征［32］，这也是造成鄂尔多斯盆地寒武系天然气反序列特征的重要原因，从而进一步说明鄂尔多斯盆地南部寒武系天然气主要为来源于海相烃源岩生成原油的裂解气。这一认识与上古生界C—P煤系烃源岩生烃强度在盆地西南部庆阳以南为最低值具有很好的一致性［33］。
3.3 鄂尔多斯盆地南部寒武系储层沥青来源
①中国石油长庆油田公司.2020中文作者简介：.
综上所述，晚三叠世以前，鄂尔多斯盆地南缘为向南倾斜的简单构造斜坡，早期（P2—T1+2）形成的油气可能向盆地南缘庆阳古隆起方向运移聚集成藏（图10）。鄂尔多斯盆地寒武系天然气的成因和盆地南部寒武系储层沥青来源进一步证实了北秦岭—洛南地区下寒武统高丰度海相烃源岩生成的油气能运移至盆地西南部的庆阳古隆起方向，并运移聚集成藏。
4 结论
鄂尔多斯盆地南缘洛南、三门峡地区发育下寒武统高丰度海相烃源岩，岩性主要为泥页岩，局部发生了动力变质，以泥板岩为主，但烃源岩TOC含量较高，为0.10%~13.75%，均值为3.32%。有机质类型以II1型为主，少量为I型；但烃源岩经历了较高的热演化程度，等效镜质体反射率介于2.25%~2.71%之间。综合评价，为一套优质的烃源岩。
下寒武统烃源岩在二叠纪末—中三叠世发生了第一次大规模生排烃作用，此时鄂尔多斯盆地南部渭北隆起与北秦岭地区之间为向南倾的单斜，这样的构造背景有利于下寒武统高丰度海相烃源岩的早期成藏。鄂尔多斯盆地寒武系天然气乙烷碳同位素值在下古生界天然气中最低，介于-35.24‰~-41.27‰之间，表现为反序列油型气特征。而寒武系天然气甲烷碳同位素值为-32.4‰~-29.9‰，与下寒武统烃源岩干酪根δ13C值分布较为一致，即-32.75‰~-26.5‰，而有别于上奥陶统平凉组烃源岩干酪根碳同位素值分布，表明寒武系天然气主要来源于下寒武统海相烃源岩。盆地南部寒武系储层沥青与下寒武统烃源岩的相似性进一步证实了下寒武统高丰度海相烃源岩的成藏贡献。
鄂尔多斯盆地西南部的庆阳古隆起周缘下古生界地层向古隆起方向层层剥露，发育多套风化壳储层，北秦岭—洛南地区下寒武统高丰度海相烃源岩生成的油气能向庆阳古隆起方向运聚并成藏，同时可形成上倾岩性遮挡气藏，是下一步鄂尔多斯盆地南部寒武系天然气勘探的重要领域，值得关注。
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