張國龍

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

鄂爾多斯盆地是中國第二大沉積盆地，蘊(yùn)藏豐富的油氣資源[1-7]。據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造格局可將盆地劃分為6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，即伊盟隆起、渭北隆起、天環(huán)坳陷、西緣逆沖帶、晉西撓褶帶及伊陜斜坡。寧縣-正寧地區(qū)位于伊陜斜坡南部，西臨天環(huán)坳陷、南接渭北隆起，面積約為2 000 km2。古生界天然氣完鉆探井17口，勘探程度較低，目前已發(fā)現(xiàn)盒8段、山1段、山2段、太原組等多套含氣層系，其中盒8段為主力目的層。該區(qū)天然氣勘探始于20世紀(jì)80年代，早期以尋找古潛山油氣藏為目標(biāo)，部署實(shí)施寧探1等區(qū)域探井，未獲得發(fā)現(xiàn)。2000年以來，長慶油田通過對(duì)古生界天然氣成藏條件研究，確定了上古生界西南物源沉積體系，明確了上古生界發(fā)育辮狀河三角洲砂體，具備基本成藏條件，具有勘探潛力，并以上古生界巖性氣藏為主要勘探目標(biāo)，先后在研究區(qū)北側(cè)的鎮(zhèn)探1井山西組1段和慶探2井石盒子組盒8段獲得高產(chǎn)氣流。但研究區(qū)內(nèi)完鉆的隴44、隴22等探井均未獲得工業(yè)氣流，揭示該區(qū)成藏條件復(fù)雜，天然氣成藏主控因素不明確，致密砂巖有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及預(yù)測難度大，含氣性及產(chǎn)能差異大，嚴(yán)重制約了天然氣勘探和效益建產(chǎn)，亟需更全面剖析研究區(qū)情況。在區(qū)域地質(zhì)條件分析基礎(chǔ)上，通過成藏條件綜合研究，明確了研究區(qū)上古生界天然氣成藏特征。通過天然氣成藏要素分析，明確主要控藏因素，建立上古生界天然氣成藏模式。在此基礎(chǔ)上，利用錄井、測井和分析測試資料，篩選氣層敏感測井曲線，結(jié)合儲(chǔ)層巖性和物性特征，建立有效儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)。井震結(jié)合，運(yùn)用三維地震資料開展有效儲(chǔ)層預(yù)測。研究成果為寧縣-正寧地區(qū)盒8段有利勘探目標(biāo)優(yōu)選提供了依據(jù)，深化了鄂爾多斯盆地西南部上古生界致密、薄砂巖儲(chǔ)層氣藏成藏富集規(guī)律認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步指導(dǎo)了勘探開發(fā)。

1 目標(biāo)區(qū)地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地的結(jié)晶基底為太古界和古元古界變質(zhì)巖系，盆地蓋層在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)和多旋回演化，表現(xiàn)為多沉積類型的大型克拉通盆地[8-9]。寧縣-正寧地區(qū)在早古生代奧陶紀(jì)末，受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，全面抬升，缺失志留系、泥盆系及石炭系。晚古生代二疊紀(jì)進(jìn)入連續(xù)沉積時(shí)期，發(fā)育海陸交互—內(nèi)陸河湖相沉積體系。二疊紀(jì)太原期，為近海沼澤相廣覆型沉積，形成了該區(qū)上古生界的主要烴源巖層。山西期—石盒子期，區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境由海相過渡為陸相，氣候由潮濕變?yōu)楦珊?，發(fā)育多期疊置、大面積帶狀展布的河流—三角洲相沉積，區(qū)內(nèi)廣覆型發(fā)育的煤系烴源巖構(gòu)成了盒8段氣藏廣泛發(fā)育的基礎(chǔ)。晚白堊世，本區(qū)整體上升，構(gòu)造定型。

1.1 構(gòu)造特征

寧縣-正寧地區(qū)盒8段構(gòu)造形態(tài)為寬緩的西傾斜坡，坡降為6～10 m/km，地層傾角小于1 °。在單斜背景上發(fā)育3排近東西走向的低緩鼻隆，鼻隆幅度一般為10～30 m，寬為4～5 km，長為10～20 km。區(qū)內(nèi)發(fā)育2組斷裂，北西—南東走向海西期斷裂，平行排列分布。近東西走向喜山期斷裂，雁列狀排列分布。2組斷層均為走滑性質(zhì)斷層，斷距較小(5～20 m)，整體上形成南北2條斷裂帶，將研究區(qū)分為近東西走向的3個(gè)條帶(圖1)。

1.2 上古生界地層特征

寧縣-正寧地區(qū)上古生界自下而上發(fā)育二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組(表1)。

二疊系下統(tǒng)太原組：早二疊世太原組沉積時(shí)期，發(fā)育一套以含煤為特征的濱淺海相沉積。太原組沉積厚度相對(duì)較薄，與奧陶系馬家溝組呈不整合接觸，巖性以灰色、灰黑色泥巖與黑色煤互層為主，底部為灰色鋁土巖。

圖1 寧縣-正寧地區(qū)盒8段頂界構(gòu)造Fig.1 The top boundary structure of the He8 Member in the Ningxian-Zhengning Area

表1 寧縣-正寧地區(qū)上古生界地層簡表Table 1 The summary of Upper Paleozoic stratigraphy in Ningxian-Zhengning Area

二疊系下統(tǒng)山西組：發(fā)育曲流河三角洲沉積，中下部巖性為灰白色砂巖及煤層，上部為深灰色、灰色泥巖。按沉積旋回自下而上分為山2段和山1段，是該區(qū)重要的含氣層系。

二疊系中統(tǒng)石盒子組：發(fā)育大型辮狀河三角洲沉積，下部巖性以黃綠色和灰綠色含礫粗砂巖、中礫粗砂巖、中細(xì)砂巖與雜色泥巖不等厚互層。上部主要為一套暗紫紅色、紫紅色泥巖，夾灰色、灰綠色長石砂巖、巖屑砂巖，泥巖的顏色鮮艷，分布面積大而穩(wěn)定，是下古生界的一套區(qū)域性蓋層。根據(jù)巖性組合自下而上分為盒8—盒1段，其中，盒8段底部的駱駝脖子砂巖是該組主要含氣層段。

二疊系上統(tǒng)石千峰組：石千峰組主要為一套紫紅色含礫砂巖與紫紅色砂質(zhì)泥巖互層沉積，局部地區(qū)夾有泥灰?guī)r鈣質(zhì)結(jié)核。與下伏的石盒子組比較，泥巖為紫紅色、棕紅色，質(zhì)不純，普遍含鈣質(zhì)。砂巖成分除石英外，以巖屑、鉀長石為主，一般為長石巖屑石英砂巖。

1.3 沉積特征

早二疊世末期—中三疊世，伴隨秦嶺海槽逐步關(guān)閉，華北地區(qū)整體抬升，鄂爾多斯盆地南緣寧縣-正寧地區(qū)逐漸過渡為河流湖泊沉積環(huán)境[10-11]。二疊系石盒子組沉積早期，該區(qū)的地勢為南部高、北部低，地表高差相對(duì)比較大，物源來自南部，整體發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，區(qū)內(nèi)盒8段發(fā)育辮狀河三角洲前緣水下分流河道及間灣微相，河道主體近南北向展布(圖2)。砂體以含礫中、粗砂巖為主，常見底礫巖充填及交錯(cuò)層理，GR曲線通常呈鐘形、箱形，中下部及底部常見含礫粗砂巖及礫巖，自下而上形成正粒序，其中在寧古3井盒8段底部見灰色含礫粗砂巖、砂礫巖、突變的河道沖刷面、正韻律等水下分流河道沉積的典型相標(biāo)志(圖3)。水下分流河道間，砂巖粒度變細(xì)，以灰色粉細(xì)砂巖為主，并逐漸減薄尖滅。盒8中下部(部分井底部)發(fā)育的辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂，在研究區(qū)全區(qū)可追蹤對(duì)比，而且多口井在該套砂巖獲得高產(chǎn)氣流，是研究區(qū)盒8段重要的氣層段。

圖2 寧縣-正寧地區(qū)盒8段沉積相Fig.2 The sedimentary facies of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

2 天然氣成藏特征

2.1 氣源巖特征

寧縣-正寧地區(qū)上古生界石盒子組盒8段圍繞二疊系煤系烴源巖，發(fā)育下生上儲(chǔ)型致密砂巖巖性氣藏。寧縣-正寧地區(qū)上古生界二疊系煤系烴源巖具有廣覆式生烴的特點(diǎn)。鉆井揭示煤層厚度為2～6 m(圖4)，有機(jī)碳含量達(dá)40.10%～91.30%，氯仿瀝青“A”為0.61%～0.80%，總烴為1 757.1×10-6～2 539.8×10-6，產(chǎn)烴潛力為71.9～78.1 mg/g，烴轉(zhuǎn)化率為6.9%～12.0%，煤巖鏡質(zhì)組中鏡質(zhì)體含量高，生烴能力好。該區(qū)鉆井揭示暗色泥巖厚度為55.0～94.7 m(圖4)，有機(jī)碳含量為0.60%～6.05%，母質(zhì)類型以腐殖型為主，Ro大于2.0%，已達(dá)過成熟演化階段，具備生烴能力。二疊系煤系烴源巖在早白堊世進(jìn)入生排氣高峰期[12-14]，為該區(qū)天然氣成藏提供了良好的氣源條件。

2.2 儲(chǔ)層特征

寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲(chǔ)層巖石類型主要為巖屑石英砂巖，其次為石英砂巖及少量巖屑砂巖(圖5)。巖礦分析結(jié)果表明，寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲(chǔ)集砂巖以粗粒為主，分選為中等—差，磨圓程度為次棱角狀—次圓狀。儲(chǔ)層碎屑組分主要為石英類(包括石英、燧石)，含量為35.00%～80.00%,平均含量為80.50%；其次為巖屑組分，成分以變質(zhì)巖巖屑為主，含量為9.00%～49.00%,平均含量為18.20%(表2)。盒8段儲(chǔ)集層填隙物平均含量為6.70%，包括黏土礦物、凝灰質(zhì)和碳酸鹽類。

圖3 寧古3井盒8段單井沉積相Fig.3 The sedimentary facies of single well in He8 Member of Well Ninggu 3

巖心物性分析結(jié)果表明，盒8段儲(chǔ)層孔隙度主要為3.06%～16.66%，平均為7.46%；滲透率主要為0.04～4.32 mD，平均0.36 mD，總體屬于特低孔、特低超低滲儲(chǔ)層。

根據(jù)巖心鑄體薄片分析，盒8段儲(chǔ)層孔隙類型主要為粒間孔、巖屑溶孔、晶間孔，三者約占總面孔率的86.4%，總面孔率為2.20%。

盒8段儲(chǔ)層整體孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，據(jù)研究區(qū)30塊巖心高壓壓汞資料分析，盒8段儲(chǔ)層排驅(qū)壓力為4.59 MPa，中值壓力為20.74 MPa，中值半徑為0.36 μm，最大進(jìn)汞飽和度為93.7%，退汞效率為33.98%，喉道分選系數(shù)為1.07，孔隙結(jié)構(gòu)屬于小孔微細(xì)喉型。

寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲(chǔ)集體以辮狀河三角洲分流河道砂體為主，儲(chǔ)層厚度為5.0～36.5 m。砂巖粒度中、細(xì)、粗粒均發(fā)育，砂巖粒度越粗，儲(chǔ)層物性和含氣性越好。上覆盒8段上部及盒7段灰色、綠灰色泥巖，泥巖厚度為70～120 m，可形成有效蓋層。橫向上，砂體由主河道向側(cè)緣及河道間發(fā)生相變或因巖性逐漸致密側(cè)向遮擋，形成有利的儲(chǔ)蓋組合條件。

圖4 寧縣-正寧地區(qū)二疊系烴源巖厚度Fig.4 The thickness of Permian source rock in Ningxian-Zhengning Area

圖5 盒8段儲(chǔ)層巖石類型Fig.5 The reservoir rock types of He8 Member

3 天然氣藏控制因素

3.1 氣藏類型

根據(jù)區(qū)內(nèi)探井試氣試采結(jié)果分析，寧縣-正寧地區(qū)上古生界盒8段氣藏沿辮狀河三角洲前緣分支河道主砂帶分布，砂體邊部因巖性致密或相變形成側(cè)向遮擋，與下伏廣覆式分布的成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖緊密接觸，形成典型的下生上儲(chǔ)型彈性驅(qū)動(dòng)致密巖性氣藏(圖6)。盒8氣藏屬未飽和氣藏，無邊底水，單井一般無自然工業(yè)生產(chǎn)能力，需經(jīng)過壓裂獲得工業(yè)氣流。

表2 寧縣-正寧地區(qū)盒8段砂巖碎屑組分Table 2 The sandstone clastic components of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

圖6 寧縣-正寧地區(qū)盒8段氣藏模式

3.2 氣藏控制因素

鄂爾多斯盆地二疊系煤系烴源巖在早白堊世進(jìn)入生排氣高峰期[12-14]，氣源巖持續(xù)的供氣能力，巨大的生排氣量是上古生界天然氣富集成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。高熟—過熟煤系烴源巖生成的天然氣就近運(yùn)移聚集，為區(qū)內(nèi)盒8段大面積含氣創(chuàng)造了有利的資源條件。

盒8段辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂巖多期發(fā)育，砂體規(guī)模大，平面上沿主河道展布。河道主體水動(dòng)力強(qiáng)，砂巖粒度粗，以含礫中粗砂巖為主，泥質(zhì)含量低，儲(chǔ)層物性好。河道側(cè)緣相帶砂巖泥質(zhì)含量高，以細(xì)砂巖為主，儲(chǔ)層物性差。

寧縣-正寧地區(qū)主要發(fā)育海西期和燕山期斷裂[15-24]，燕山期斷裂與二疊系煤系烴源巖大規(guī)模生排烴期具有良好的匹配關(guān)系，為有效通源斷裂，利于天然氣垂向運(yùn)移，同時(shí)，燕山期斷裂附近裂縫發(fā)育，有效改善儲(chǔ)層物性，利于天然氣富集。區(qū)內(nèi)高產(chǎn)井與燕山期斷裂具有良好的匹配關(guān)系，證實(shí)燕山期斷裂對(duì)于天然氣富集成藏起到重要作用。

總之，煤系、暗色泥巖雙源“廣覆式”近源供烴、分流河道主體相帶有效儲(chǔ)層與燕山期近東西向通源斷裂三因素的有效耦合，控制了寧縣-正寧地區(qū)盒8段天然氣的富集成藏，“源”“儲(chǔ)”、“斷”的合理空間配置關(guān)系是成藏的關(guān)鍵。

4 勘探潛力分析

根據(jù)寧縣-正寧地區(qū)試氣試采結(jié)果，篩選了氣層敏感的測井曲線密度、聲波時(shí)差、深側(cè)向電阻率，結(jié)合儲(chǔ)層巖性和物性特征，運(yùn)用多口井有效儲(chǔ)層參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，建立了盒8段氣藏有效儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)(表3)，據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合區(qū)內(nèi)探井的錄井、測井及分析化驗(yàn)資料，對(duì)盒8段砂巖進(jìn)行有效儲(chǔ)層識(shí)別與劃分。在此基礎(chǔ)上，利用三維地震資料，井震結(jié)合，預(yù)測了區(qū)內(nèi)盒8段有效儲(chǔ)層分布面積約為980 km2(圖7)，為天然氣勘探部署和規(guī)模發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)目標(biāo)。

表3 寧縣-正寧地區(qū)盒8段有效儲(chǔ)層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The identification criteria for effective reservoirs of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

圖7 寧縣-正寧地區(qū)盒8段有效儲(chǔ)層預(yù)測厚度等值線Fig.7 The contour line of predicted thickness of effective reservoir of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

5 結(jié) 論

(1) 寧縣-正寧地區(qū)盒8段具有天然氣成藏有利的生儲(chǔ)蓋組合條件,具有廣闊的勘探前景，為天然氣規(guī)模儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)和效益建產(chǎn)的首選領(lǐng)域和重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)。

(2) 寧縣-正寧地區(qū)上古生界二疊系煤系烴源巖廣覆式分布，為天然氣成藏提供了良好的氣源條件。三角洲前緣分支流河道砂體是盒8段主要儲(chǔ)層，砂體展布受沉積微相控制，近南北向條帶狀分布，與下伏成熟的煤系烴源巖直接接觸或通過斷層溝通，形成下生上儲(chǔ)型彈性驅(qū)動(dòng)致密巖性氣藏，氣藏的發(fā)育程度和分布范圍受砂體展布及儲(chǔ)層物性控制。

(3) 篩選了氣層聲波時(shí)差、密度、電阻率等敏感的測井曲線，結(jié)合儲(chǔ)層巖性和物性特征，建立了研究區(qū)盒8段氣藏有效儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用三維地震資料開展有效儲(chǔ)層預(yù)測，預(yù)測了區(qū)內(nèi)盒8段有效儲(chǔ)層分布面積約為980 km2。