郭彥如，付金華，魏新善，徐旺林，孫六一，劉俊榜，趙振宇，張月巧，高建榮，張延玲

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院；2. 中國石油長慶油田公司；3. 中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院）

0 引言

鄂爾多斯盆地中部奧陶系具有萬億立方米的天然氣儲量規(guī)模，已成為天然氣增儲上產(chǎn)的主要勘探層系[1]。鄂爾多斯盆地內(nèi)碳酸鹽巖分布面積廣，沉積環(huán)境變化大，儲集層類型多，成藏地質(zhì)條件復(fù)雜，預(yù)測難度高，勘探前景并不明朗。前人的研究更多地側(cè)重于奧陶系風(fēng)化殼氣藏[2-4]、沉積環(huán)境、烴源巖以及天然氣成藏等方面[5-27]。但受勘探程度和資料限制，對奧陶系海相烴源巖、碳酸鹽巖氣藏成藏機理、成藏演化過程和氣藏類型的認識還存在局限性。本文基于對奧陶系沉積環(huán)境與烴源巖條件的分析，研究和論證鄂爾多斯盆地奧陶系油氣成藏特征以及可能的氣藏類型。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

奧陶系是鄂爾多斯盆地下古生界天然氣勘探的主要目的層系，平均厚度為500～1 500 m，其中下奧陶統(tǒng)馬家溝組是海相碳酸鹽巖主要含氣層位[1]。

奧陶系沉積期，“L型”中央古隆起（近南北向）持續(xù)發(fā)展，形成兩大沉積環(huán)境：盆地西南部為古祁連洋和秦嶺洋，中東部為華北海域。奧陶系受“L型”中央古隆起的控制，隆起兩側(cè)的地層具有很大差異[6]（見圖1a）。

盆地西緣和南緣經(jīng)歷了從早奧陶世被動陸緣緩坡臺地向中—晚奧陶世主動陸緣弱鑲邊臺地的演化[9]，形成厚達萬米的海相地層。下奧陶統(tǒng)三道坎組（西緣）/馬家溝組馬一段—馬三段（南緣）以內(nèi)陸棚緩坡臺地沉積為主，巖性為濱淺海環(huán)境的砂巖和灰?guī)r不等厚互層，厚度0～50 m。中奧陶統(tǒng)桌子山組和克里摩里組（西緣）/馬家溝組馬四段—馬六段（南緣）以局限臺地沉積為主（見圖1b）。桌子山組發(fā)育厚層灰?guī)r和鮞?；?guī)r，厚度為50～800 m；克里摩里組由灰?guī)r與深灰色頁巖互層組成，發(fā)育礁灘相儲集層和溶洞型儲集層，多口井見氣顯示，為可能的目的層。晚奧陶世鄂爾多斯盆地邊緣普遍發(fā)生強烈沉降，巖相分異顯著，以深水斜坡相沉積為主，濁流和滑塌沉積是其重要特征[12-13]，厚度為0～1 000 m，發(fā)育的暗色泥頁巖是奧陶系的主要烴源巖層系。由于秦嶺洋、祁連洋經(jīng)歷的地質(zhì)演化過程不同，盆地西緣和南緣發(fā)育的上奧陶統(tǒng)沉積相序各具特點，盆地西緣為窄陸棚碳酸鹽臺地沉積模式，而盆地南緣為寬陸棚碳酸鹽臺地沉積模式，其最大差異在于西緣陸棚較窄，弱鑲邊臺地中灘體發(fā)育，而南緣陸棚較寬，面對廣海，具有較強的水體能量，弱鑲邊臺地中礁體發(fā)育（見圖1c）。

圖1 奧陶系地層系統(tǒng)及馬五段沉積期、平?jīng)鼋M下段/烏拉力克組沉積期巖相古地理圖

盆地中東部自下而上發(fā)育下奧陶統(tǒng)冶里組和亮甲山組及中下奧陶統(tǒng)馬家溝組。其中冶里組和亮甲山組均形成于華北地臺內(nèi)部典型的陸表海沉積環(huán)境。冶里組由白云巖組成，厚度為0～100 m；亮甲山組由灰?guī)r和白云巖互層組成，厚度為0～150 m。馬家溝組發(fā)育于臺內(nèi)洼陷，厚度為50～1 000 m，由6個巖性段組成。其中馬一、馬三、馬五段是膏云巖與鹽巖發(fā)育段，為蒸發(fā)潮坪與鹽化 潟 湖亞相沉積，表現(xiàn)為典型的封閉—半封閉“同心圓”潟湖沉積模式[14]（見圖1b）。馬二、馬四、馬六段為局限臺地、開闊臺地相石灰?guī)r發(fā)育段[9]。馬五段自上而下劃分為10個亞段，其上部馬五1+2、馬五4、馬五5亞段是靖邊風(fēng)化殼氣田的主力產(chǎn)氣層。晚奧陶紀地層抬升遭受剝蝕，至石炭紀繼續(xù)接受沉積。

2 烴源巖

前人對靖邊氣田的氣源進行了對比，認為其為油型氣和煤成氣的混合氣[15-19]，煤成氣占主體，且均來自上古生界石炭-二疊系煤系烴源巖，指出該烴源巖是奧陶系風(fēng)化殼氣田的主力烴源巖[20-21]，從而集中深入地開展了上古生界石炭-二疊系煤系烴源巖的研究[22-23]。近年來，由于奧陶系自生自儲式天然氣的發(fā)現(xiàn)，加強了對奧陶系海相烴源巖的研究[24]，筆者在研究中取得了一些新認識。

2.1 海相烴源巖有機碳含量下限

對于鄂爾多斯盆地海相烴源巖有機碳的下限目前還未形成統(tǒng)一認識，一般認為有效烴源巖的有機碳下限為0.5%[28]，在此標準下，鄂爾多斯盆地奧陶系不發(fā)育有效烴源巖，因此無法解釋奧陶系中自生自儲式天然氣的成因[24]。也有學(xué)者認為碳酸鹽巖有機碳下限為0.2%[17-19,29]，甚至有學(xué)者定為0.13%～0.14%[22]，鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖極其發(fā)育，按此標準，盆地內(nèi)有效烴源巖的規(guī)模很大，但仍無法解釋靖邊氣田天然氣主要是煤成氣的原因。筆者通過大量統(tǒng)計分析與模擬實驗，嘗試確定一個比較合理的有機碳下限值。

統(tǒng)計分析表明（見圖2），世界54個以碳酸鹽巖為烴源巖的大油氣田中，僅有兩個油氣田的烴源巖平均總有機碳含量（TOC）小于0.5%，最低值為0.28%。

圖2 世界以碳酸鹽巖為烴源巖的大油氣田烴源巖總有機碳含量頻率分布圖

鄂爾多斯盆地平?jīng)鼋M低演化樣品熱模擬實驗[25]表明，當成熟度Ro值大于2%時，總有機碳含量小于0.3%的樣品（TOC值為 0.15%）生烴能力有限（生烴潛量為17.4 mg/g），總有機碳含量大于0.3%的樣品（TOC值為 0.38%、0.96%）生氣量明顯較高（生烴潛量為215.8 mg/g、218.7 mg/g）。綜合分析認為總有機碳含量0.3%為生烴潛力的一個突變點。

根據(jù)以上討論，鄂爾多斯盆地海相烴源巖有機碳含量的下限值取0.3%較合適，與Tissot提出的碳酸鹽巖烴源巖有機碳下限為0.3%相吻合[30]。

鄂爾多斯盆地下古生界海相烴源巖有機質(zhì)豐度整體較低，局部層段存在較好的烴源巖（見表1、表2）。純碳酸鹽巖的有機碳含量一般小于0.30%，而泥質(zhì)巖、泥質(zhì)碳酸鹽巖平均有機碳含量為0.38%，其有機質(zhì)豐度明顯高于純碳酸鹽巖。整體上，有機碳含量大于0.30%的樣品比例為 24.8%（見圖 3），占總樣品數(shù)的四分之一。這一比例與氣藏解剖結(jié)果大致接近。因此，將鄂爾多斯盆地的碳酸鹽巖烴源巖有機碳下限定為0.3%是合適的。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系海相烴源巖有機碳含量統(tǒng)計表

表2 鄂爾多斯盆地奧陶系海相烴源巖有機碳分布頻率統(tǒng)計表

圖3 鄂爾多斯盆地奧陶系海相烴源巖總有機碳含量頻率分布圖

2.2 海相烴源巖地球化學(xué)特征

奧陶系海相烴源巖包括中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖和上奧陶統(tǒng)暗色泥頁巖和泥灰?guī)r。

中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖有效烴源巖以暗色泥質(zhì)灰?guī)r為主，主要分布于盆地東部鹽下馬家溝組，集中分布于馬三、馬五段，有機碳含量為0.08%～2.91%，平均值為 0.28%，其中有機碳含量大于 0.3%的樣品數(shù)占總樣品數(shù)（194）的 42%。有機碳含量大于 0.3%的烴源巖累計厚度為20～40 m，有機質(zhì)類型為腐殖腐泥型，Ro值為2.07%～2.86%，有機質(zhì)已達過成熟演化階段，生氣強度為（1～2）×108m3/km2，生烴潛力較?。ㄒ妶D 4）。

圖4 奧陶系有效烴源巖生烴強度圖

上奧陶統(tǒng)烴源巖僅分布于盆地西緣和南緣臺緣斜坡相帶，巖性以暗色泥頁巖為主，夾暗色泥質(zhì)灰?guī)r薄層，厚度為20～200 m，西厚東薄，烴源巖單層厚度一般為5～30 m，有機碳含量主要為0.37%～1.00%，平均值為0.40%，最大值為2.91%，有機碳含量大于0.3%的樣品占總樣品數(shù)（107）的51.9%。有機質(zhì)類型以腐泥型為主，混合型為輔，具海相烴源巖特征。盆地西南緣上奧陶統(tǒng)烴源巖Ro值為0.89%～1.26%，有機質(zhì)已達成熟演化階段。西緣北段、南緣中東段Ro值為1.34%～2.32%，有機質(zhì)已達高—過成熟演化階段，生氣強度為（8～16）×108m3，具有一定的生烴潛力（見圖4）。

近年來，在盆地西部奧陶系臺緣相帶和盆地東部奧陶系鹽下發(fā)現(xiàn)了自生自儲型氣藏[24]，證實了奧陶系海相烴源巖的生烴潛力。

3 天然氣成藏特征及演化

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖氣藏主要集中在盆地中部奧陶系風(fēng)化殼附近，發(fā)現(xiàn)了迄今為止最大的天然氣田——靖邊氣田[1]。隨著氣田周邊風(fēng)化殼勘探的不斷深化，靖邊氣田的含氣層位和范圍不斷延伸。因此有必要通過對靖邊氣田的解剖，探討盆地奧陶系碳酸鹽巖天然氣的成藏特點及其演化過程。

3.1 氣藏特征

靖邊氣田自上而下主要有 4個產(chǎn)氣層，儲集層由馬五1—4段的白云巖（溶斑云巖、含藻云巖）、灰?guī)r、蒸發(fā)膏巖及其過渡巖類（泥質(zhì)云巖、云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r、膏質(zhì)云巖等）和少量顆粒云巖構(gòu)成，厚度約為60～120 m。儲集空間以裂縫、巖溶孔洞、膏模孔為主，孔隙度一般大于6%，最高達19%，滲透率一般大于 0.5×10?3μm2，最高達 316×10?3μm2。受奧陶系頂面風(fēng)化殼古地貌的控制，風(fēng)化殼頂部形成了巖性-地層圈閉氣藏，其上方和側(cè)面分別以鐵鋁質(zhì)泥巖及石炭系泥巖為遮擋；下面的 3個含氣層上傾方向被泥膏云巖段遮擋，形成巖性圈閉氣藏[21]。靖邊氣田地層壓力系數(shù)小于1.0，平均為0.941 1，是典型的欠壓氣田。其地層水礦化度高，為CaCl2水型，是一個封閉的、自成體系的水動力系統(tǒng)[27]。

靖邊氣田天然氣化學(xué)組分以烴類氣體為主（見表3）。氣體化學(xué)組分和干燥系數(shù)C1/C1—4表明靖邊氣田天然氣為熱解氣[21]。烷烴氣碳同位素組成（見表 4）顯示，烷烴氣碳同位素組成較重且隨碳數(shù)的增加逐漸變重，進一步證明了靖邊氣田天然氣為熱解氣，不存在生物氣[24]。

表3 靖邊氣田奧陶系天然氣化學(xué)組成

表4 靖邊氣田奧陶系烷烴氣同位素組成

前人研究認為不同沉積環(huán)境烴源巖生成的甲烷氫同位素組成不同[29,31]，如陸相淡水環(huán)境沉積烴源巖生成的熱成因甲烷的氫同位素組成小于?190‰，海相烴源巖生成的甲烷 δD1值重于?180‰，海陸交互相半咸水環(huán)境中烴源巖生成的甲烷 δD1值介于二者之間。靖邊氣田烷烴氣氫同位素組成（見表4）表明其母質(zhì)沉積環(huán)境應(yīng)為海相沉積環(huán)境，而前人大量研究認為靖邊氣田的天然氣為油型氣和煤成氣的混合氣[15-19]，也有學(xué)者認為煤成氣占主體，來自上古生界石炭-二疊系煤系烴源巖[20-21]。結(jié)合奧陶系烴源巖特征綜合分析，筆者認為靖邊氣田除一部分氣來源于上古生界石炭-二疊系海陸交互相烴源巖和石炭系本溪組海相烴源巖外，另一部分氣可能源于奧陶系海相烴源巖。

3.2 古油藏存在的證據(jù)

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖儲集層中普遍分布瀝青與流體包裹體，其產(chǎn)出類型和特征復(fù)雜，方解石、白云石中均有不同大小和形態(tài)的瀝青與流體包裹體（見圖5），表明存在古油藏。

圖5 奧陶系碳酸鹽巖薄片中瀝青與包裹體特征圖

3.2.1 瀝青特征

有機巖石學(xué)分析結(jié)果表明盆地西部天環(huán)坳陷北部、中部靖邊氣田及盆地南部奧陶系均有較多的瀝青，證明有石油的充注，大量的瀝青表明存在古油藏（見圖5a—5d）。通過顯微光度計鏡下鑒定分析，瀝青主要賦存于白云石晶間孔和溶蝕孔隙中。整體上瀝青的豐度并不高，在巖石中的比例（鏡下觀察）為0.005%～0.480%，在有機質(zhì)中的比例（鏡下觀察）為8%～80%。光學(xué)顯微鏡下測定的瀝青反射率都比較高，一般為1.63%～2.89%，等效 Ro值為 1.41%～2.19%，表明瀝青的熱演化程度很高。瀝青有多種成因，本區(qū)的瀝青可能是由早期充填的原油經(jīng)過深成熱演化作用形成。原油在深成熱作用過程中發(fā)生二次反應(yīng)，裂解生氣，殘物發(fā)生縮合最終形成固體瀝青。

瀝青生物標志化合物分析表明其源巖主要為海相烴源巖。如旬探 1井奧陶系灰?guī)r瀝青在有機質(zhì)中占78%，C27—C29甾烷分布呈“V”字型（C27甾烷>C28甾烷，C28甾烷

氣源對比表明可能存在兩套海相烴源巖：石炭系本溪組海相泥灰?guī)r和奧陶系海相泥灰?guī)r。對于兩者的比例關(guān)系看法不一。有學(xué)者認為奧陶系灰?guī)r為主要氣源巖[17-19,29]，還有學(xué)者認為奧陶系海相灰?guī)r和石炭系海相灰?guī)r烴源巖各占一半，或二者的比例為 4∶6，甚至為 3∶7[15-16]，還有部分學(xué)者認為石炭系本溪組海相灰?guī)r為主要氣源巖，奧陶系灰?guī)r所占比例很少[20-21]。從瀝青的賦存方式、豐度、熱演化程度及生物標志化合物分析來看，該區(qū)在早期曾有來自于古生界海相烴源巖原油的聚集。

前人研究認為奧陶系瀝青有兩期：1期瀝青主要賦存于晶縫、晶間；2期瀝青賦存于溶蝕孔隙邊緣和結(jié)晶程度比較高的方解石礦物邊緣，形態(tài)不規(guī)則，反射色較1期瀝青稍低[26]。本區(qū)構(gòu)造-熱演化史表明，兩期瀝青均為熱成因，是原油裂解的產(chǎn)物[26]。在三疊紀末期，奧陶系烴源巖埋深大于3 000 m，Ro值達到了1.0%～1.2%，進入生烴峰值期，原油開始運聚成藏。早白堊世早期，由于受鄂爾多斯盆地異常熱事件和快速沉降的影響，烴源巖快速生烴，原油由東南、西南的高勢區(qū)向中央古隆起東部斜坡區(qū)大量運聚，古油藏基本形成。早白堊世晚期在熱演化作用下大量裂解生成天然氣。

3.2.2 烴類包裹體特征

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖中存在大量原油包裹體，而氣體包裹體較少，表明曾經(jīng)發(fā)生原油的大量充注，這是古油藏存在的另一直接證據(jù)。

盆地西部奧陶系包裹體主要發(fā)育于方解石脈中。該區(qū)方解石脈較發(fā)育，表明該區(qū)斷層和裂縫較發(fā)育。方解石脈早期為細脈，晚期為粗脈。早期方解石細脈被晚期方解石粗脈穿插切割，說明早期的斷裂裂縫發(fā)育程度較高。井下奧陶系碳酸鹽巖裂縫和孔隙中的烴類包裹體發(fā)育，如棋探 1井克里摩里組自生方解石中含有液態(tài)烴包裹體（見圖5e），同時見有少量氣態(tài)烴包裹體，氣體包裹體同位素分析表明其為原油裂解氣。

盆地中部靖邊氣田方解石、白云石中均有不同大小和形態(tài)的流體包裹體（見圖5f、圖5g）。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：①液體包裹體以鹽水包裹體為主，無色透明，占包裹體總數(shù)的20%～95%，氣液比一般為5%～20%，少數(shù)達30%；包裹體大小大多為2～20 μm，少數(shù)可達30～50 μm[27]。②有機包裹體由氣態(tài)和液態(tài)烴包裹體組成，以氣態(tài)烴包裹體為主，占包裹體總數(shù)的5%～80%，氣液比為 50%～90%。液態(tài)烴包裹體發(fā)黃褐色熒光，是較為典型的油型氣形成的包裹體[27]。③奧陶系碳酸鹽巖中氣態(tài)烴包裹體的比例具有南多北少的特點。以上統(tǒng)計結(jié)果表明該區(qū)曾形成過古油藏和次生裂解氣藏。盆地南部奧陶系馬六段方解石脈中也見到含烴包裹體（如旬探1井，見圖5h），表明存在烴類的生成與運移。

奧陶系碳酸鹽巖儲集層中大量瀝青和液態(tài)烴（油）包裹體證實了古油藏的存在，同時也反映出古油藏向氣藏轉(zhuǎn)化的過程。有學(xué)者初步估算，奧陶系古油藏總裂解生氣量約為（3.6～7.7）× 1012m3[26]。因此，盆地中部氣田的氣源可能有相當一部分由古油藏裂解而來。

3.3 天然氣成藏期次

主要根據(jù)流體包裹體分析資料，研究鄂爾多斯盆地奧陶系天然氣成藏期次。

奧陶系包裹體反映出古油藏與裂解氣藏的 3個主成藏期，并記錄了油氣的轉(zhuǎn)化過程，同時表明溶蝕孔隙的形成時間早于油氣大量運移時間。

在盆地西部天環(huán)坳陷奧陶系儲集層中發(fā)現(xiàn)的流體包裹體反映出3個主要的油氣充注期（見圖6a）。以棋探 1井為例，中奧陶統(tǒng)方解石中包裹體均一溫度為100～160 ℃，主要分布于140 ℃左右。其中溶洞充填方解石中的流體包裹體均一溫度的分布呈現(xiàn)3個峰值，主峰值跨度大（120～145 ℃），反映溶洞的主要形成期。綜合分析埋藏?zé)嵫莼罚ㄒ妶D 7a）發(fā)現(xiàn)，早白堊世初期是溶洞形成的主要時期，方解石脈中包裹體所反映的裂縫也大致形成于此時期。這一地區(qū)有 3個成藏期次：侏羅紀末期伴隨溶洞的形成，烴類運聚；早白堊世初期溶洞-裂縫大量形成，期間烴源巖以成油為主，油氣運聚量不斷加大（見圖5e）；早白堊世晚期溶洞-裂縫發(fā)育減緩，天然氣運聚量最大，為烴類運聚的主要時期。

圖6 中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲集層包裹體均一溫度頻率直方圖

盆地中部斜坡地區(qū)油氣的成藏演化與西部有很大差異。以蘇308井為例，包裹體均一溫度為50～180 ℃（見圖6b），分布區(qū)間更寬，同樣也呈現(xiàn)3個峰值：第1個峰值為白云石中包裹體的均一溫度，主峰在90 ℃左右；第2、第3個峰值為裂縫亮晶方解石充填物中包裹體的均一溫度，主峰分別為130 ℃和160 ℃。結(jié)合埋藏?zé)嵫莼穲D（見圖 7b）可知，中侏羅世時烴類發(fā)生運聚，早白堊世初期和晚期為兩個溶洞-裂縫發(fā)育期，也是油氣運聚的主要時期。從包裹體性質(zhì)來看，中晚侏羅紀以成油為主（見圖5f），白堊紀以成氣為主（見圖 5g）。

圖7 盆地中—西部中奧陶統(tǒng)埋藏史圖

在盆地南部，溶蝕孔隙形成時間早于油氣大量運移時間。溶洞充填方解石中的包裹體均一溫度為135 ℃，晶間白云石中的包裹體均一溫度為110 ℃和140 ℃，與液態(tài)烴共生的鹽水包裹體均一溫度為127～132 ℃，反映晶間孔與液態(tài)烴的形成時間大約都在早中侏羅世；方解石脈中包裹體均一溫度在150～170 ℃（見圖6b），形成的時間為早白堊世晚期，與氣態(tài)烴充注同期（見圖8）。

結(jié)合埋藏史進行綜合分析，奧陶系油氣藏的形成主要經(jīng)歷了 3個時期：侏羅紀、早白堊世初期和早白堊世晚期。侏羅紀是古油藏形成的主要時期，白堊紀是古油藏裂解形成熱解氣藏的主要時期。

圖8 盆地南部中奧陶統(tǒng)古地溫演化史

3.4 天然氣成藏演化

上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M沉積后，鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了3×108年以上的陸內(nèi)克拉通（中石炭世—中三疊世）—陸內(nèi)大型坳陷（晚三疊世—早白堊世）繼承性發(fā)育階段，充分完成了石油的生成和油氣的轉(zhuǎn)化[27]。西緣逆沖斷裂活動階段，盆地東西部構(gòu)造呈現(xiàn)“蹺蹺板”式變化，古油氣藏發(fā)生重大調(diào)整。天然氣富集受 3套烴源巖（上古生界石炭-二疊系煤系、石炭系本溪組海相泥灰?guī)r和奧陶系海相泥灰?guī)r）、兩大構(gòu)造沉積環(huán)境（華北海和秦祁海）和一套區(qū)域性蓋層（石炭-二疊系海陸交互相泥巖）控制（即“三元”控氣），氣藏的形成是一個早期成油、晚期成氣的過程：晚侏羅世形成古油藏，白堊紀油裂解形成古氣藏，晚白堊世—新近紀古氣藏調(diào)整定型（見圖9）。

在陸內(nèi)大型坳陷階段（三疊紀—早白堊世），油氣向中央古隆起周圍斜坡運移。中部斜坡區(qū)具有上古生界海陸交互相煤系烴源巖、石炭系本溪組海相烴源巖和上奧陶統(tǒng)海相泥灰?guī)r烴源巖三源供烴、多期不整合為輸導(dǎo)層的成藏條件，同時奧陶系巖溶風(fēng)化殼儲集層形成，有利于油氣的運聚。自東向西，馬五1+2、馬五3、馬五4、馬五5和馬五6等亞段依次剝露地表，馬五段剝露區(qū)晶粒白云巖儲集層與上古生界煤系烴源巖直接接觸，有利于油氣藏形成。西北部奧陶紀臺緣帶緊鄰西部上奧陶統(tǒng)烏拉力克組—拉什仲組（平?jīng)鼋M）生烴坳陷，西南部奧陶紀臺緣帶靠近南部平?jīng)鼋M生烴坳陷，“L”型臺緣帶是奧陶系烴源巖生成油氣的運移指向區(qū)。在晚侏羅世，圍繞中央隆起帶形成古油藏，早白堊世初期—早白堊世晚期油裂解形成古氣藏。

在西緣沖斷發(fā)育階段（早白堊世后），盆地發(fā)生西緣沖斷、西部拗陷、東部抬升的“蹺蹺板”運動[27]，隨著沖斷活動的加劇，盆地東部由坳陷抬升轉(zhuǎn)變?yōu)槲鲀A斜坡，早期位于古隆起部位的古氣藏調(diào)整運移至斜坡上傾方向的巖性圈閉中形成地層-巖性復(fù)合氣藏。在中部斜坡區(qū)，發(fā)育地層-巖性復(fù)合圈閉，多層系疊置連片，早期形成的氣藏調(diào)整為復(fù)式氣藏。在西北臺緣帶，坳陷西翼在該階段開始發(fā)育構(gòu)造-巖性圈閉，晚期蓋層條件好，為油氣運移的指向區(qū)，也是奧陶系氣源的成藏區(qū)。在西南臺緣帶，發(fā)育構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉，斷裂有利于油氣運聚，有利于形成以奧陶系為烴源的構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏。

圖9 鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化和奧陶系油氣藏形成史圖

4 天然氣成藏模式

受古沉積-構(gòu)造環(huán)境控制，不同構(gòu)造巖相區(qū)發(fā)育不同的圈閉類型，形成不同的成藏模式，有以下4類。

4.1 西北臺緣帶構(gòu)造-順層巖溶型巖性復(fù)合氣藏成藏模式

西北臺緣帶構(gòu)造-順層巖溶型巖性復(fù)合氣藏成藏模式（見圖 10a）主要指由石炭-二疊系煤系烴源巖和奧陶系烏拉力克組烴源巖雙源供烴，油氣向古隆起方向運移，最終在奧陶系礁灘體晶間孔和晚期沖斷活動形成的裂縫-溶蝕孔洞中聚集成藏，分布于西部沖斷帶和天環(huán)坳陷東、西兩翼。油氣成藏期，盆地西部坳陷初步成形，烏拉力克組—拉什仲組海相烴源巖生烴，而后側(cè)向運移，在臺緣灘相發(fā)育區(qū)形成灘體順層巖溶巖性氣藏；西部沖斷帶前緣大斷層遮擋形成斷背斜-順層巖溶型巖性復(fù)合氣藏，如T1井氣藏。喜馬拉雅構(gòu)造運動對坳陷西翼氣藏基本形態(tài)改造不大，有利于該類天然氣藏的保存，如YT1井氣藏、T1井氣藏；東翼氣藏可能有明顯的改造，因盆地中央隆起以東坳陷抬升為西傾斜坡，改變了桌子山組/馬四段內(nèi)部白云巖孔隙性氣藏東部的封堵條件，造成天然氣二次運移至東部較高部位，坳陷東翼和中央古隆起及以東地區(qū)的鉆井在馬四段白云巖儲集層中均出水是為例證。在馬四段中見瀝青[26]和烴類包裹體（見圖5c），表明馬四段儲集層中形成過古油藏。在天環(huán)坳陷東翼，桌子山組上覆克里摩里組儲集層中順層巖溶孔洞、裂縫與晶間孔發(fā)育，上傾方向石炭系海相泥巖蓋層封堵性好，形成順層巖溶型或礁灘型地層-巖性氣藏。

4.2 中部斜坡風(fēng)化殼地層-巖性氣藏成藏模式

中部斜坡風(fēng)化殼地層-巖性氣藏成藏模式（見圖10b）主要指在盆地中部斜坡，由石炭-二疊系煤系烴源巖和西緣上奧陶統(tǒng)烏拉力克組—拉什仲組海相烴源巖雙源供烴，天然氣向古隆起運移，最終在古風(fēng)化殼儲集層中聚集成藏。從圖10b中看出，自東向西，馬五1+2、馬五3、馬五4、馬五5和馬五6等亞段依次剝露地表，馬五段不同亞段白云巖的區(qū)域剝露，使得晶粒白云巖儲集層與上古生界煤系烴源巖直接接觸，構(gòu)成良好的源儲配置。由于馬五段剝蝕層位的不同，形成了不同類型的氣藏：馬五1—4亞段位于巖溶斜坡部位，風(fēng)化殼殘丘發(fā)育，殘丘內(nèi)部馬五1—4亞段的膏鹽模孔洞型儲集層中形成風(fēng)化殼巖性-地層氣藏，如靖邊風(fēng)化殼氣藏；馬五5—10亞段位于風(fēng)化殼古地貌的隆起部位，巖溶殘丘和溝槽不發(fā)育，地層沒有切割，受臺內(nèi)灘相控制的白云巖儲集層分布穩(wěn)定，由于古巖溶盆地區(qū)溶蝕作用弱，在上傾方向上構(gòu)成封堵條件，形成巖性氣藏，如靖西潛臺風(fēng)化殼氣藏。風(fēng)化殼氣藏類型多為地層-巖性復(fù)合氣藏，復(fù)式聚集、多層系疊置連片分布。晚侏羅紀早期沿不整合面形成了巖性-地層古油藏，早白堊世初期古油藏裂解為氣藏，最后晚白堊世開始調(diào)整，天然氣運移至斜坡上傾方向的巖性-地層圈閉或巖性圈閉中形成氣藏。大面積、多層系、連片分布的地層、巖性氣藏群構(gòu)成了靖邊大氣田。

圖10 鄂爾多斯盆地奧陶系天然氣成藏模式圖

4.3 西南臺緣帶礁灘體巖性氣藏成藏模式

西南臺緣帶礁灘體巖性氣藏（見圖10c）主要分布在盆地南部渭北隆起。在奧陶紀，該區(qū)為秦嶺海槽的北部斜坡區(qū)，沉積了較厚的平?jīng)鼋M海相泥頁巖，其為該區(qū)的主要氣源。侏羅紀時，平?jīng)鼋M生成的油氣向古隆起方向運移，在中奧陶統(tǒng)頂部礁灘體中聚集成藏。白堊紀之后，伴隨構(gòu)造抬升活動，該區(qū)發(fā)生翹傾，由南傾海槽演變?yōu)槁∩齾^(qū)，然而奧陶系埋深仍較大，具有一定的保存條件。盆地西南部是油氣運移的長期指向區(qū)，有利于形成與礁灘體有關(guān)的構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏，但目前還未發(fā)現(xiàn)實例。

4.4 盆地東部鹽下CO2構(gòu)造-巖性非烴氣藏成藏模式

盆地東部鹽下CO2構(gòu)造-巖性非烴氣藏（見圖10d）主要分布在盆地東部鹽下奧陶系。盆地東部鹽下發(fā)育與鹽巖塑性流動變形有關(guān)的構(gòu)造圈閉。Lt2井在子洲構(gòu)造圈閉的馬三段獲得高產(chǎn)工業(yè) CO2氣流，表明鹽下存在CO2非烴氣富集帶。Lt2井所產(chǎn)CO2為無機成因氣，δ13C值較重，為0.7‰～1.4‰?？赡艿膬煞N成因是：①硫酸鹽還原反應(yīng)（TSR）。馬家溝組馬五6—10亞段發(fā)育大量云質(zhì)膏巖和膏質(zhì)鹽巖，其中石膏與烴源巖生成的烴類發(fā)生硫酸鹽還原反應(yīng)，形成CO2、H2S、次生方解石和單質(zhì) S，并產(chǎn)生一部分水。反應(yīng)的中間產(chǎn)物 S的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，又會與烴類持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，若單質(zhì)S未反應(yīng)完全，則會在儲集層中部分殘留。當?shù)貙又写嬖贔e3+時，H2S可以將其還原，形成黃鐵礦晶體（FeS）。然而在鹽下地層中目前還沒有觀察到黃鐵礦。因此，硫酸鹽還原反應(yīng)說尚不能肯定。②地幔脫氣，地幔氣要運移到奧陶系儲集層中，必須有深大斷裂的存在。通過重、磁、電研究，盆地東部基底發(fā)育東北走向的地塹，地塹兩側(cè)發(fā)育深大斷裂，并顯示有串珠狀火山噴發(fā)體存在。從現(xiàn)今東部鹽下馬五6底部構(gòu)造圖上可見東北向的子洲斷裂，在構(gòu)造活動分布穩(wěn)定的盆地中東部，出現(xiàn)北東向斷裂，都與深部北東向大斷裂有關(guān)。目前，地震資料無法解釋深部斷裂，通過與重、磁解釋斷裂疊合，發(fā)現(xiàn)子洲斷裂帶位于深大斷裂附近，由此認為子洲斷裂可能與深部大斷裂連通，地幔 CO2氣順著大斷裂向上運移，并在奧陶系聚集成藏（見圖10d）。因此，地幔脫氣說是一種合理的解釋。按此觀點，東部鹽下東北向構(gòu)造帶是 CO2氣藏勘探的有利區(qū)域。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖具備良好的天然氣成藏地質(zhì)條件。受中央古隆起演化的控制，盆地西部和南部發(fā)育秦祁海槽構(gòu)造沉積環(huán)境，盆地中東部發(fā)育華北海構(gòu)造沉積環(huán)境。不同的構(gòu)造沉積背景形成了具有不同生烴能力的烴源巖系。華北海臺內(nèi)凹陷與膏鹽相伴生的奧陶系薄層泥灰?guī)r厚度薄，生烴潛力低；秦祁海槽晚奧陶世沉積的平?jīng)鼋M斜坡相暗色泥頁巖厚度大，生烴潛力高。石炭-二疊系煤系烴源巖仍是盆地中部風(fēng)化殼儲集層的主力氣源巖。

通過分析已發(fā)現(xiàn)的氣藏認為盆地中部氣區(qū)的天然氣為熱解氣，具有煤成氣和原油裂解氣的混合氣特征。煤成氣來源于上覆石炭-二疊系煤系烴源巖，原油裂解氣則主要源自奧陶系海相烴源巖形成的侏羅紀古油藏的高溫裂解，也不排除石炭系本溪組海相泥灰?guī)r生成的高成熟油型氣的貢獻。

大量瀝青與包裹體證據(jù)表明奧陶系古油藏廣泛分布，經(jīng)歷了早期成油晚期成氣的過程。侏羅紀時期，圍繞中央古隆起周緣形成古油藏，早白堊世古油藏裂解形成熱解氣藏，晚白堊世—新近紀，東西向“翹翹板”運動導(dǎo)致古氣藏調(diào)整，天然氣向東部上傾方向運移成藏，形成了盆地中部大氣區(qū)。

鄂爾多斯盆地發(fā)育 4種碳酸鹽巖氣藏成藏模式：盆地中部為風(fēng)化殼地層-巖性氣藏成藏模式；西北臺緣帶為構(gòu)造-順層巖溶型巖性復(fù)合氣藏成藏模式；西南臺緣帶為礁灘體巖性氣藏成藏模式；東部奧陶系鹽下為CO2構(gòu)造-巖性非烴氣藏成藏模式。風(fēng)化殼地層-巖性氣藏是靖邊氣田主要的氣藏類型，構(gòu)造-順層巖溶型巖性復(fù)合氣藏已證實為潛在主要的氣藏類型，CO2構(gòu)造-巖性非烴氣藏已有發(fā)現(xiàn)，礁灘體巖性氣藏有待證實。

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