（地球化学专业论文）鄂尔多斯盆地古生界流体包裹体与天然气成藏作用研究.pdf

摘要 运用流体包裹体地球化学数据可以从多方面对油气藏成藏进行研究。 但目前沉积岩流体包裹体的研究，往往停留在对分析数据表象的分析或简单 的统计分析上。 在本次研究中首先对鄂尔多斯盆地奥陶系含油气压力系统进行分析。 在此基础上，重点利用包裹体显微测温资料求取捕获温度、捕获压力，计算 古地温梯度、古地压梯度、动态古地温网，进行生烃条件时间温度指数( t t i ) 值及油气运聚条件流体势的计算，重点对鄂尔多斯奥陶系含油气压力系统的 生烃条件、运聚条件作了研究。 ：首次运用含油气系统的观点对鄂尔多斯下古生界油气地质条件前人的 研究进行了小结，对鄂尔多斯含油气系统的静态要素进行了分析。 对鄂尔多斯古生界流体包裹体的显微测温资料、激光拉曼探针气相、 液相成分资料进行了分析，首次对研究区沉积岩包裹体进行了均一温度的压 力校正，求取了捕获温度、捕获压力。论证了沉积岩均一温度压力校正的必 要性。 首次运用流体包裹体显微测温资料进行动态古地温网的计算，创造性 地运用烃源条件的包裹体预测法_ t t i 法对鄂尔多斯下古生界烃源条件进行 了研究，计算出了下古生界烃源岩的门限深度、温度、时间，以及烃源岩的 生烃高峰深度、温度、时间。为下古生界成藏模式的研究提供了直接的证据。 首次根据沉积相、成岩相及基底构造格局对研究区进行了油气压力系 统的划分。在此基础上，首次运用流体包裹体显微测温资料求得的古流体密 度、古地温梯度、古地压梯度，计算了研究区古流体势。运用流体势值对研 究区下古生界天然气藏的运聚条件进行了探讨。 在文章的最后，综合本次对下古生界生烃条件、油气运聚条件的研究 结果以及前人从不同侧面研究的结果对鄂尔多斯下古生界含油气系统的动态 要素进行了探讨。结论是：下古生界成藏模式是自生自储为主的欠压封存箱， 有充足的烃源保障和良好保存条件：流体包裹体t t i 计算出奥陶系烃源岩生 烃门限时间为2 8 0 m a 一1 3 1 m a ，相当于二迭纪末期至侏罗纪早期，生烃高峰 期1 8 1 4 m a 一1 4 9 6 m a ，相当于三叠纪末到侏罗纪早期；虽然流体包裹体捕获的 多期性反映了多期油气运移的可能件，但储层物性条件决定了下古生界以原 地自生自储为主，只在奥陶纪顶面侵蚀沟附近可能存在较短距离的二次运移 和富积作用；从包裹体流体势计算结果来判断，下古生界油气运聚的总体方 向是从盆地周边向盆地中部运聚，和其它方法研究结论及油田实际情况相符 合，说明了利用包裹体计算流体势的有效性和可靠性。) ， m i c r o a n a l y s ( i ns i t u ) o f f l u i di n c l u s i o n s i nt h er e s e a r c ho ft h ef o r m a t i o na n d e v o l u t i o n o fo i la n d g a s r e s e r v o i ri no r d o sl o wp a l a e o z o i c d a t ao ff l u i di n c l u s i o n sc a nb eu s e dt or e s e a r c ht h ef o r m a t i o no f o i la n dg a s r e s e r v o i rf r o ms e v e r a ls p e c t s b u tm o s to ft o d a y sr e s e a r c hi n s e d i m e n t a r yf l u i d n c l u s i o n sj u s ts t o pa ts i m p l es a t i t i s t i c so fl a b o r a t o r yd a t a nt h i s p a p e r ，f i r s t l y ，w ea n a l y s t h eo i la n d g a sp r e s s u r es y s t e mo f l o w p a l a e o z o i ci no r d o sb a s i n i nt h eb a s eo f i t ，w e c a c u l a t et h e c a p t u r e t e m p e r a t u r e sa n d t h e c a p t u r e p r e s s u r eb yu s eo ft h e d a t ao ff l u i di n c l u s i o n s m i c r o a n a l y s ，t h e n c a c u l a t et h e p a l e o t e m p e r a t u r eg r a d i e n t ，t h ep a l e o p r e s s u r e g r a d i e n ta n d t h ec h a n g a b l ep a l a e o t e m p e r a t ur et r a j e c t o r yi no r d e rt oc a c u l a t et h e t i m et e m p e r t u r ei n d e x ( t t i ) a n df l u i dp o t e n t i a lg r a d i e n t ( f p g ) ，f o r c u s i n g w o r kp o i n ta tg a sd r m i n gc o n d i t i o n sa n dg a sm i g r a t i o nc o d i t i o n so ft h eo i la n d g a sp r e s s u r es y s t e m s y n t h e s i z i n gt h ea n a l y s i so ft h el a b o r a t o r yd a t a t h ec a c u l a t er e s u l to ft t a n df p ga n d h er e s e a m ha c h i e v e m e n lo ff o r e r e s e a r c h e r w ed r a wl h e c o n c l u s i o n e s ：t h ef o r m a t i n gm o d e lo fl o w p a l a e o z o i co i la n dg a sr e s e r v o i ri sa s e l f - p r o d u c i n ga n ds e l f s t o r i n gl a c k i n gp r e s s u r e df l i u dc o m p a r t m e n t ，w h i c hh a s p l e n t i f u l s o u r c eo f h y d r o c a r b o n ；t t i c a c u l a t e df r o md a t ao ff l u i di n c l u s i o n s m i c r o a n a l y si n d i c a t et h a tt h et i m ed o m a i no fh y d r o c a r b o np r o d u c i n gi s 2 8 0 m a 一 13 1m a o fw h i c ht h ee q u a lg e o l o g i ca g ei sf r o mt h ee n do fp e r i a nt ot h eb e g i n e o fj u r a s s i c ，t h et i p 。t i m ed o m a i no fh y d r o c a r b o np r o d u c i n gi s 1 8 1 4 m a 14 9 6 m a ，o f w h i c ht h e e q u a lg e o l o g i ca g ei s f r o mt h ee n do ft r i a s s i ct o t h e b e g i n e o f j u r a s s i c ；t h o u g ht h ep o l y p e o r i o do ff l u i di n c l u s i o n si n d i c a t et h ep o l y p e o r i o do fo i a n dg a sm i g r a t i o n ，t h ep h y s i c a lc o n d i t i o n so ft h es t o r e l a y e rl i m i tt h a tt h eo i la n d g a sr e s e r v o i ri no r d o sl o w p a l a e o z o i ci sm a i n l yas e l f - p r o d u c i n ga n d s e l f - s t o r i n g r e s e r v o i r t h e r em a yb es h o r ld i s t a n c es e c o u n dm i g r a t i o no n l ya r o u n dt h ec o r r o d e g u l l y o nt h e t o pl a y e r o ft h e o d 0 v i c i a n ：a n a l y s i s f r o mt h ef p gi n d i c a t et h e d i r e c t i o no fg a sm i gr a t i o ni s m a i n l yf r o mt h ee d g eo ft h eb a s i nt ot h ec e n t e r ，t h i s c o n c l u s i o ni sc o n f o r mt ot h e r e a l i t y a n dt h er e s e a r c hr e s u l t sf r o mo t h e r r e s e a r c h m e n t ，w h i c hp r o v e st h ea v a i l a b l ea n dc o n f l d a b l eo ft h ew a y t oc a c u l a t i n g f p g b yd a t ao ff l u i di n c l u s i o n sm i c r o a n a l y s 前言 鄂尔多斯盒地的油气勘探历经半个多世纪的艰苦历程后，已经取得了丰硕 的成果。1 9 9 9 年1 0 月2 7 日的钱江晚报以鄂尔多斯盆地石油天然气储量是个 天文数为题报道了鄂尔多斯盆地最新的勘探成果：“中国石油天然气集团公司 下属的长庆石油勘探局及其前身在鄂尔多斯盆地历经5 0 年的艰苦勘探，累计探 明石油天然气地质储量1 0 5 亿吨( 油当量) ，预测油气资源量达1 2 0 亿吨( 油当量) 以上，同时还找到了煤、煤层气等多种丰富的地下矿藏。目前，在鄂尔多斯盆地 已经找到了3 6 个油气田，尚未动用的储量有近6 亿吨。天然气探明储量到2 0 0 5 年有可能突破1 0 0 0 0 亿立方米，不仅成为我国第一个万亿大气区，而且将跻身世界 巨型气田行列。” 鄂尔多斯盆地是一个多期复合的含油气盆地。目前的研究表明，其中新生 代盆地以产油为主，古生代盆地以产天然气为主。 在本次研究中，研究的对象是鄂尔多斯盆地古生代的天然气，示踪物是流 体包裹体。要回答的问题有这么几个：1 、鄂尔多斯盆地奥陶系的天然气藏的烃 源是来自石炭二叠系的煤系地层还是来自奥陶系自身的碳酸盐岩。2 、奥陶系 的成岩作用有几期，与油气的成藏和成藏期有什么关系。3 、油气如何运移聚集 的。 我们现在用包裹体示踪体系再次研究鄂尔多斯盆地下古生界气藏的烃源、 油气成藏和油气运移，一方面可以利用前人的研究成果来校验流体包裹体作为 示踪物的可靠性，进行一些方法上的探讨；另一方面，可以用验证有效的包裹 体示踪法来对研究程度较低地区的油气成藏和油气运移进行预测和评判。 1 流体包裹体示踪系统概述 包裹体是矿物生成时，一部分成岩成矿物质被包裹在矿物的晶格缺陷或窝 穴中，至今还在矿物中存在，并与主矿物有着界限的那一部分物质。 自1 9 世纪中期( 1 8 5 8 年) s o r b y 等人在石英黄玉的矿物中发现包裹体，据 此进一步研究并提出了包裹体温度计原理以来，流体包裹体的研究已经获得了 巨大的发展。各种最新理论及测试方法的引进，使流体包裹体的研究已经自成 体矛，并广泛的应用于地球科学的各个领域我们称之为流体一裹体示踪系统。 流体包裹体示踪系统的要素可以归结为这么几个：包裹体的岩相及包裹体 的物相组合特征、包裹体的显微测温特征、包裹体成分特征。 这个示踪系统的形成是许许多多科学工作者近一个半世纪不懈努力的结 果，是和近代实证科学的发展相伴随的。 1 8 2 2 年h d a v y 和d b r e w t e r ( 1 8 2 3 ) 等对标本中的包裹体进行了初步分析测 试，测定了捕获包裹体的折射率。h c s o r b y ( 1 8 5 8 ) 提出了包裹体温度计原理。 二十世纪中期，苏联学h n epma k o b ( 1 9 5 0 ) 发表了成矿溶液 的研究第一次系统地、详细地阐述了流体包裹体研究的理论基础、测温的原 理和方法以及流体包裹体在地质上的应用。加拿大多伦多大学的f g s m i t h 和 h s s c o a 在1 9 4 8 年设计制造了包裹体热爆裂仪，使不透明矿物的温度测定成为 可能。 6 0 年代后期，h 兀epma ko b 、g d e i c h 、e r o e d d e r 等人创建了“成 矿流体包裹体委员会( c o o f f l ) ”，并在国际地质大会期间发起成立了流体包 裹体的特别会议。从此，流体包裹体研究在全世界范围内普遍兴起。 7 0 年代以后，流体包裹体研究蓬勃发展，趋于完善。据统计，现已发表的 5 0 0 0 多篇关于流体包裹体的论文中，3 0 0 0 余篇是1 9 7 1 年到1 9 8 0 年间发表的。 流体包裹体研究现已成为独立而完整的示踪系统，应用于地球科学的各个分支 中，方法手段也曰趋完善。主要表现在： ( 1 ) 以流体包裹体示踪系统研究岩石学的各个领域，对陨石、地幔岩、沉积 岩、火成岩和变质岩中包裹体的系统研究已经分别展开，成为当前岩石 学研究中的一个重要课题。 ( 2 ) 用流体包裹体作为示踪体系解决矿床学的许多重要问题，提出了一些矿 床形成模式。特别是近年来开展的单个包裹体的成分测定、群体包裹体 中的稳定同位素测定和同位素年龄测定等，使我们可以通过流体包裹体 示踪系统研究探讨矿床成因、成矿条件、沉淀机制、成矿物质来源、成 矿世代、流体演化以及水一岩交换的问题。 ( 3 ) 现代分析测试方法和技术的引进，使流体包裹体示踪体系的研究更为精 确。例如，中子活化、透射电镜、离子和电子探针、离子色谱以及近年 来引用于有机包裹体测定的荧光光谱、显微傅立叶红外光谱( m i c r o f i r ) 、激光拉曼分子微探针( l r m ) 技术、激光显微热解色谱一质谱 联用技术( l m p y g c m s ) 、飞行时间二次离子质谱( t o f s i m s ) 分析 技术等的应用，大大拓宽了包裹体的研究领域。特别是目前单个包裹体 成分的测定，提高了包裹体研究的精确性。 ( 4 ) 流休包裹体的理论研究也取得了新进展。防着化学热力学、化学动力学 研究的发展，应用包裹体资料求取古温度、址力、氧逸度的理论更趋合 理；对溶液不混溶性的认识、不混溶包裹体的鉴别、不混溶包裹体及沸 腾包裹体与成矿关系的研究等更丰富了成矿理论。 ( 5 ) 随着理论和实验技术的发展，流体包裹体示踪系统在找矿和矿体深部预 测及油气田勘探等应用领域发挥着越来越有效的作用。 我国6 0 年代已开始建立了包裹体实验室，早期主要用于研究各种金属热液 矿床的成矿温度和成矿流体的组成性质。8 0 年代初傅家谟等( 1 9 8 0 ) 和施继锡 等( 1 9 8 5 、1 9 8 7 ) 开始将流体包裹体方法用于研究我国古生界碳酸盐岩的热演 化程序，划分油气生成演化的演化阶段，根据包裹体的类型、分布、均一温度、 盐度、气体的有机组成等多种包裹体观测与分析数据，提出了碳酸盐烃源岩与 油气储层含烃性能的评价方法和指标。沉积盆地中沉积岩的包裹体研究首先在 石油和天然气质领域中迅速发展。卢焕章等1 9 9 0 年出版了包裹体地球化学，比 较系统地介绍了流体包裹体研究原理、方法和有关实验技术。 8 0 年代以来我国包裹体的应用研究、基础研究、分析测试技术等方面均发 展很快，特别是近年来由于包裹体研究受到各方面的重视，地学界很多单位， 例如中国科学院系统、石油天然气总公司系统、地质矿产部系统和院校等单位 先后引进了十分先进的包裹体研究设备，例如us g s 气流冷系统、英国l i n k i n g 自动化程度很高的冷热台系统，能观察微有机包裹体和进行图象处理的共聚焦 激光显微镜，单个包裹体分析的激光拉曼谱仪等。还建立了包裹体群的6d 、 6 ”0 、6 ”c 同位素分析系统，有机包裹体群的色谱一质谱分析已为矿物包裹 体的全面研究和追踪盆地流体的组成、性质、成因、活动期次及流体的古温度、 压力条件等创造必要条件。 2 流体包裹体示踪系统在油气勘探中的研究 近2 0 年来由于很多技术方法的引进与应用，矿物包裹体研究发展很快，不 仅为各种岩浆岩、变质岩和热液矿床成因等提供了大量物理化学和热力学参数， 解决了许多近代地质学中的理论与实际问题，而且近年沉积岩中矿物流体包裹 体研究在恢复盆地埋藏史、热演化史、成岩史和指示油气生成、运移、聚集方 面也取得了很大进展。但是由于沉积岩中包裹体相对比较细小和稀少，研究中 有不少自身的特点和规律。 流体包裹体可简单地分为熔融包裹体和气液包裹体两大类，有机包裹体是 气液包裹体的一种特殊类型。流体包裹体示踪系统在油气勘探中的应用不只局 限在一般包裹体的研究，有机包裹体的研究近来得到很大发展。 所谓有机包裹体，是指由有机的液体、气体、固体组成的包裹体。液体如 石油，气体如甲烷、乙烷，固体为沥青等。b u r r u s s 称这种包裹体为碳氢流体包 裹体或护流体包裹体。有f 。包裹体系含有一定量的有机质( 一般| 【= 室温下就能 识别) ，并与水成不相混溶的流体，它们一般也称为多相流体包裹体。 有关有机包裹体的研究，国外早有报道。g i g a s h v i l i g m 和k a l i s h v p 1 9 7 7 年最早报道了利用矿物中的烃类包裹体作为含烃流体运移的物理化学条件的指 标。1 9 8 1 年在加拿大矿物协会主办的“流体包裹体在岩石学中的应用”讲课学 、 习班上，b u r r u s s 较为全面地介绍了有机包裹体的研究概况。b o d n a r b j 1 9 1 s 9 1 9 9 0 年用流体包裹体数据讨论了美国加州m o n t e r e y 页岩石油生成的物理化学条件以 及含烃流体包裹体的性质。l e s p i n a s s e m 等1 9 9 2 年总结t n 用流体包裹体恢复 和重建古流体运移的时空特征应注意的若干问题。b u r r u s s r c 和t o t h d j 1 9 8 0 年最早报道了有机包裹体的荧光性质确定美国阿肯色州盆地烃类运移的相对时 间。n e w e l l k d 和b u r r u s s r c 1 9 9 2 年报道了美国堪萨斯北部元古代细碎屑岩 油气生成的流体包裹体证据。此外，p r e z b i n d o w s k d r 和t a p p j b 1 9 9 1 年比较 系统地总结了沉积岩中流体包裹体的研究与应用。 近几年来，关于利用气液包裹体的均一温度和有机包裹体的产状推断油气 运移的时间和油气演化的程度和阶段的报道较多。国内，1 9 8 0 年傅家谟报道了 四川金口河石英晶体中的有机包裹体的色谱分析结果，随后又提出了有机包裹 体是分散有机质存在的形式之一的认识。从而进一步强调了对有机包裹体研究 的重要性。 有机包裹体可以出现在油气藏形成的各个阶段。因此，它可以是各历史事 件中成矿流体及其中的有机质的原始样品。它在油气资源研究中有着广泛的用 途。归纳起来，可以应用于下列五个方面： 1 、扩大与加深有机地球化学指标的应用范围与深度。定量地测定出有机包 裹体中各有机组份。可以将各种有机地球化学指标推广于有机包裹体， 用于讨论油气的生成、运移等问题。 2 、用于讨论油气运移的方向及时间。在一定地区水平及垂直方向剖面上采 样，对样品中各期裂隙中有机包裹体进行类型、丰度、成分等对比研究， 可以了解油气运移的大致方向及相对时间。 3 、用于确定油气演化的程度和阶段。根据有机包裹体的类型、特征、古温 度以及气相成分分析结果，可以确定出油气演化的程度和阶段。 4 、用于讨论油气藏形成时物理化学条件及油田水的性质、来源以及演化， 利用加热及冷冻以及成分分析结果，可以获得油气藏形成时的温度、压 力、原始油田水的盐度、密度、成分以及碳、氢、氧稳定同位素值。从 而了解原始油田水的物质来源、性质及演化情况。 5 、用于油气藏的直接寻找。利用有机包裹体的类型、丰度、分布特征、古 温度等各种参数综合研究，确定有无油气藏存在的可能性。 3 鄂尔多斯盆地包裹体地球化学研究 鄂尔多_ l l 毓地的石油地质学家们在研究奥陶系碳酸盐岩生烃能力l 王 可仁等，1 9 9 1 ) 和奥陶系马家沟组成岩作用期次( 郑葆英等，1 9 9 9 ) 时都 曾对鄂尔多斯包裹体的地球化学特征作过研究。 王可仁等( 1 9 9 1 ) 通过对奥陶系马五段流体包裹体宿主矿物、均一温 4 、 度的研究划分出三个构造旋回，并通过包裹体气相成分、液相成分、包裹 体水的6 ”0 、6d 对马家沟组生烃条件、古水体来源作了探讨。 郑葆英等( 1 9 9 9 ) 通过马家沟组气液包裹体均温度在平面上、垂向 上的分布特征来反映研究区溶蚀充填的多期次性。 在本次研究中，首先对鄂尔多斯盆地奥陶系含油气压力系统进行分 析。在此基础上，重点利用包裹体显微测温资料求取捕获温度、捕获压力， 计算古地温梯度、古地压梯度、动态古地温网，进行生烃条件t t i 值及油 气运聚条件流体势的计算，对奥陶系含油气压力系统的生烃条件、运聚条 件作了重点研究。 第一章中，首次运用含油气系统的观点对鄂尔多斯下古生界油气地质 条件前人的研究进行了小结，对鄂尔多斯含油气系统的静态要素进行了分 析。 第二章中，对鄂尔多斯古生界流体包裹体的显微测温资料、激光拉曼 探针气相、液相成分资料进行了分析，首次对研究区沉积岩包裹体进行了 均一温度的压力校正，求取了捕获温度、捕获压力。论证了沉积岩均一温 度压力校正的必要性。 第三章中，首次运用流体包裹体显微测温资料进行动态古地温网的计 算，创造性地运用烃源条件的包裹体预测法t t i 法对鄂尔多斯下古生界烃 源条件进行了研究，计算出了下古生界烃源岩的门限深度、温度、时间， 以及烃源岩的生烃高峰度期的深度、温度、时间。为下古生界成藏模式的 研究提供了直接的证据。 第四章中，首次根据沉积相、成岩相及基底构造格局对研究区进行了 油气压力系统的划分。在此基础上，首次运用流体包裹体显微测温资料求 得的古流体密度、古地温梯度、古地压梯度，计算了研究区古流体势。运 用流体势值对研究区下古生界天然气藏的运聚条件进行了探讨。 在文章的最后，综合本次对下古生界生烃条件、油气运聚条件的研究 结果以及前人从不同侧面研究的结果对鄂尔多斯下古生界含油气系统的动 态要素进行了探讨。结论是：下古生界成藏模式是自生自储为主的欠压封 存箱，有充足的烃源保障和良好保存条件；流体包裹体t t i 计算出奥陶系 烃源岩生烃门限时间为2 8 0 m a 一1 3 l m a ，相当于二迭纪末期至侏罗纪早期， 生烃高峰期1 8 i 4 m a 1 4 9 6 m a ，相当于三叠纪术到侏罗纪早期；虽然流体包 裹体捕获的多期性反映了多期油气运移的可能性，但储层物性条件决定了 下古生界以原地自生自储为主，只在奥陶纪顶面侵蚀沟附近可能存在较短 距离的二次运移和富集作用；从包裹体流体势计算结果来判断，下古生界 油气运聚的总体方向是从盆地周边向盆地中部运聚，和其它方法研究结论 及油田实际情况相符合，说明了利用包裹体计算流体势的有效性和可靠性。 ， 第章 鄂尔多斯盆地及中音b 气田油气地质条件基本特征 鄂尔多斯盆地位于中国北方的中部地区，横跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙、 山西等5 省( 区) ，周缘分别被大的山脉( 系) 包围，西部贺兰山脉、北部阴山 山脉，东部吕梁山脉，南部为秦岭。在标有黄河的中国行政版图上，很容易确 定该巨型盆地的地理位置。因为黄河中游3 个大的急转变( 近9 0 。) 河段，正 好流经瓮地西北、北部和东部边缘( 图1 1 ) 。盆地的平面形态为一个南北向 展布的近矩形盆地，面积约2 5 0 0 0 0 k m 2 。 1 9 8 9 年6 月、9 月，位于盆地中部的陕参1 井和榆3 井，在奥陶系风化壳 分别获得无阻流量2 8 3 1 0 4 m 3 d 和1 3 6 1 0 4 m 3 d 的高产工业气流，最终导致 中部大气田的发现。这是我国“七五”期间天然气勘探的重大突破，为我国开 辟了一个新的找气领域。目前的基本探明储量已证实，中部气田是我国储量最 大的气田，是世界级的大气嗣。 经过石油地质工作者“七五”、“八五”、“九五”的连续奋战，盆地的油气 地质条件基本特征已有了相当程度的研究，对其进行消化吸收，使我们的工作 可以在前人的基础上向前迈进，有个较高的起点。 1 盆地的基本地质特征 1 1 区域构造 鄂尔多斯盆地总体呈现为走向南北、东缓西陡的不对称箕状向斜。在区域 构造格局上，鄂尔多斯盆地是在华北克拉通基础上发展形成的内克拉通盆地。 在构造演化上，早古生代受古蒙古洋板块向南俯冲的影响；晚古生代北受古蒙 古洋板块，南受古特提斯洋板块的共同作用：中新生代其东面受到库拉太平洋 板块运动，而西南受到新特提斯构造运动的影响。 盆地的基底结构总体上和华北陆块一致。前中元古代为深变质的结晶基底 ( 地层出露在盆地北部，近东西向展布) ，中晚元古代为海相裂陷槽沉积，早 古生代为浅海至滨海相以碳酸盐岩为主的边缘克拉通盆地沉积，晚古生代为海 陆交互相内克拉通盆地沉积。 中新生代鄂尔多斯盆地和中国大多数陆相油气盆地一样经历了断陷、坳陷、 抬升阶段。 1 2 构造属性 在构造属性上，鄂尔多斯瓮地是一个残延内克拉通盆地( 赵重远等，1 9 9 2 ) 。 古生代时，鄂尔多斯地区是大华北盆地的西翼，地层层序和岩性与华北其他地 区相近，下古生界以碳酸盐岩沉积为主，上古生界为海陆过渡相含煤系地层。 6 r 除鄂尔多斯盆地西缘及南缘有0 ：或0 。沉积外，盆地大部分地区缺失0 2 一c 。沉 积。中石炭统以假整合接触关系直接覆盖在下奥陶统风化面之上。这是大华北 盆地地层层序上一个非常重要的特征。进入中生代，大华北盆地逐渐向鄂尔多 斯地区收缩，鄂尔多斯地区则开始了向内陆坳陷型锰地( 内克拉通盆地) 的演 化，沉积了巨厚的中生界湖相碎屑沉积。因而，鄂尔多斯盆地是华北地区古生 界和中生界发育最齐全的地区。从燕山期开始，鄂尔多斯盆地东部逐渐抬升， 坳陷中心西迁，形成翁地西翼窄陡、东翼宽缓的构造面貌( 图1 2 ) 。盆地现 今的轮廓主要是侏罗纪末燕山中期运动以后才逐渐定型的。因此，称其为“残 延”内克拉通盆地。 圈1 1 鄂尔多斯盆地与研究区位置圈 、 l - 3 地层剖面 在地层剖面上，鄂尔多斯盆地缺失上白垩统沉积；第三系沉积亦很薄，且 分布局限；但第四纪时，盆地中部和南部地区沉积了较厚的黄土层，形成中外 著名的黄土高原。这表明进入新生代后，鄂尔多斯盆地主体与华北其他地区( 如 渤海湾盆地) ，在沉积和构造属性上已截然不同。盆地边缘地区，新生代仍有强 烈的构造活动，围绕盆地边缘，形成一系列地堑型盆地。 尽管鄂尔多斯盆地经历了多期构造运动和多旋回演化，但盆地内部变形十 分微弱，缺乏断层。奥陶系及其上覆上古生界、中生界地层之间均呈整合或假 整合接触关系，反映了该地区异常稳定的特性。盆地古构造及其演化研究亦表 明，盆地内部中、古生界，无论是在燕山中期运动以前构造为西高东低时期， 还是以后转变为西低东高时期，地层倾角始终在o 。3 0 以下，小者仅0 4 1 0 左右( 赵重远等，1 9 9 3 ) 。正是这种罕见的稳定性，使鄂尔多斯盆地不仅发育 而且保存了华北地区最为齐全的古、中生界。这种特殊的构造发育史，决定了 鄂尔多斯盆地古、中生界油气生成、运移、聚集、成藏方面，必然有自己的特 色。 图1 - 2 鄂尔多斯盆地东西向横剖面图 2 鄂尔多斯气田系统基本特征 含油气系统( p e t r o l e u ms y s t e mo ro i ls y s t e m ) 是由相互作用、相互联系的 油气藏静态要素和动态要素组成的客观实体。在此我们用含油气系统的方法， 对盆地的油气地质条件进行归纳小结 鄂尔多斯盆地中部气田主要位于靖边一横山地区，在盆地内二级构造单元 划分上，气田位于伊陕斜坡中段( 图1 1 ，l 一2 ) 。目前发现的主要气层是下 奥陶统马家沟组马五段碳酸盐岩风化壳储层。风化壳厚度6 0 - - 9 0 m 。马五段地 层总体上呈一个区域西倾的大单斜，坡降4 l o m k m ，倾角不足0 。3 0 。但 在局部地区，构造等高线有一定扭曲，表现出数排北东方向开口低缓鼻隆构 造。气层埋深2 8 0 0 一3 7 0 0 m ，主要分布在3 0 0 0 3 5 0 0 m 井深范围。海拔高程一1 8 5 0 m 至一2 3 5 0 m 。 在鄂尔多斯盆地中部已丌展了大规模的天然气勘探。截至1 9 9 3 年底，累 计钻井1 6 0 多口，基本查明的含气区轮廓呈南北向展布。西起城川l 井，东至 麒参1 井，北到审旗，南抵富县，有利勘探面积约5 0 0 0 0 k m 2 ( 图卜一1 ，图2 - 2 ) 。 其中，东起陕4 6 井，西至陕3 0 井，北起陕1 5 1 井，南至陕9 4 井，约1 2 0 x 4 0 k m 2 范围内，勘探程度已很高，钻井1 1 1 口。完成测试9 9 口井，试气无阻流量大于 4 1 0 4 m 3 d 工业气流井6 4 口。目前，在陕1 5 l 井以北、陕9 4 井以南地区继续 勘探，气田范围继续向南、向北扩展( 图2 2 ) 。 鄂尔多斯盆地经过几十年的勘探开发，研究工作目前已经进入了详查、 开发阶段。因此含油气系统的研究尺度也相应细化到凹陷、区带的规模。该尺 度含油气系统的界限主要依靠沉积相、沉积微相以及成岩相的差异来确定，一 个含油气系统往往表现为单的压力系统，由压力系统控制着油气的运移和聚 集。 m a g o o n ( 1 9 8 9 ) 将含油气系统要素分为静态要素和动态要素，前者( 烃 源岩、储集层、盖层、上覆岩层、圈闭) 是反映系统能否存在的必要条件，后 者( 生烃、排烃、运聚的过程) 则反映系统内各种流体能量的转换及成藏过程。 本章中，首先对盆地古生界含油气系统的静态要素进行分析。 2 1 烃源岩 盆地古生界的烃源岩主要有两套：下古生界寒武系至奥陶系的一套碳酸 盐岩地层中，奥陶系碳酸盐岩在有机质丰度上居首位；上古生界地层中，中上 石炭统和下二叠统山西组的含煤地层有机质丰度较高。这两套烃源岩的有机地 化特征差异明显。奥陶系碳酸盐岩厚度较大，有机质丰度较低，烃源以藻类为 主，有机质性质属腐泥一混合型，处在高过成熟热演化阶段。石炭一二叠系煤 系烃源岩厚度分布不均匀，有机质丰度较高，烃源以高等植物为主，有机质性 质为腐殖型及腐殖为主的混合型，处于成熟、过成熟热演化阶段。 二者明显的有机地球化学特征的差异，使我们运用包裹体生化指标判别鄂 尔多斯盆地中部天然气藏的烃源层成为可能。 2 2 储集层物性及气井产能 、 大量的岩芯实测数据和储层专题研究表明，中部气田白云岩储层为低孔低 渗储层。储层和物性变化较大。单块岩芯分析孔隙度最高达1 9 8 ，最低0 3 3 ， 平均2 2 5 。单块岩芯分析，渗透率最高7 0 6 3 5 x 1 0 。3 u i 1 2 ( 1 8 8 井，岩芯有裂 缝) ，最低0 0 l 1 0 3 um 2 ，平均1 2 7 1 0 。3 u m 2 1 0 2 5 x 1 0 3 u m 2 。表1 1 是 靖边一横山地区1 0 5 口井岩芯孔、渗分析结果( 宁国初等，1 9 9 3 ) ，物性最好的 是马五3 和马五。1 两个主力气层。 表1 - 1 储层岩芯孔隙度、渗透率分析结果 i ；墨1 2 孔隙度( )渗透率( 1 0 - 3 u m ) 单层平均值井数单层平均值井数 最小最大平均最小最大平均 马五， 0 9 44 9 427 72 30 ，o l6 3】2 72 3 马五，2 0 。9 86 0 43 ，0 47 20 ，0 19 0 0 54 7 37 2 马五3 1 1 59 8 45 2 58 00 0 49 3 5 41 0 2 58 0 马五，4 0 4 59 9 2 3 0 96 00 0 i5 6 3 l31 36 0 马五2 2 o 3 51 0 5 92 7 68 60 0 14 4 5 73 8 28 6 马五3 1 0 4 45 1 62 0 l4 1o0 14 6 3 31 6 04 1 马五。1 o 8 01 0 0 24 9 88 0o0 11 5 2 9 076 27 9 不同气层含水饱和度有较大差异。林5 井和陕3 4 井油基泥浆取芯的1 9 个 岩样测定结果是，马五3 气层含水饱和度分别为2 0 6 和1 5 1 ，马五。1 气层 含水饱和度分别为4 6 0 和4 2 8 。显然，马五。1 气层比马五，3 气层含水饱和 度高。 含水( 含气) 饱和度是储量计算和气田开发的重要参数，与储层孔隙结构、 气藏成因也有密切关系。但不可能有大量的油基泥浆取芯样品。经实测值与测 井解释计算得到的含水( 含气) 饱和度对比，二者有良好的相关关系，绝对误 差在1 0 以内。因而认为测井解释的含水( 含气) 饱和度数据可用。中部气田 由测井资料解释求得的马五，3 和马五。1 含水饱和度平均值分别为2 5 和5 1 ， 总体来看马五3 含气性更好。 地层测试、试气及分层测试成果表明，马五为中部气田的主要产层，马 五。3 为其主力气层。在钻遇马五的1 0 0 口探井中，8 6 口井试气结果是无阻流 量大于1 0 0 1 0 4 m 3 d 的有3 口井，1 0 0 x1 0 4 5 0 1 0 4 m 3 d 的有6 口井，5 0 1 0 4 - - 2 0 1 0 4 m 3 d ，有1 8 口井，2 0 x1 0 4 - - 4 1 0 4 m 3 d 的有3 l 口井，这5 8 口井达 到了工业气井( 无阻流量小于4 x 1 0 4 m 5 d ) 标准，其余2 8 口井无阻流量小于4 x 1 0 4 m 3 d ( 陈安宁等，1 9 9 4 ) 。以上产能数据大多是经过酸化改造措施后的测试 结果，统计表明，酸化改造后平均增产1 6 4 1 倍。这说明酸化是改善奥陶系风 化壳储层连通性、增加产能的一项非常有效的措施。 在平面上，产能变化明显，主要表现在两方面。一是近距离内产能变化较 大，如陕参1 井、林5 井、林1 井相距只有2 o k m 和1 8 k i n ，试气无阻流量则 由2 8 3 1 0 4 m 3 d 变为1 6 8 1 0 4 r r g d 再如陕5 井试气无阻流量高达i i o 1 0 4 m 3 d l o 而该井北东方向约9 1 k m 处的陕2 3 井，试气无阻流量只有1 2 1 0 4 m 3 d ，相差两 个数量级。第二个特征是，工业气井群中可能有非工业性气井，如陕7 9 井试气 无阻流量3 0 4 1 0 4 m 3 d 而周围9 k m 范围内的陕1 2 、陕6 6 、陕8 0 、陕6 1 、陕9 1 、 陕7 7 井均为工业气井，试气无阻流量分别为8 4 0 1 0 4 m 3 d 、1 5 馏1 0 4 m 3 d 、6 6 1 0 4 m 3 d 、3 7 4 1 0 4 m 3 d 、6 2 1 0 4 r r l 3 d 、和8 2 1 0 4 m 3 d 、。这些特征反映出奥 陶系风化壳储层物性横向变化大，非均质性突出。 2 3 盖层和上覆岩层 三叠系最下部的刘家沟组“铁板砂岩”是中部气田古生界良好的区域性 盖层，这一段石英和铁质胶结的砂岩非常致密坚硬，而且几乎整个鄂尔多斯盆 地的刘家沟组地层都具有这一特征，其孔隙度一般小于5 。从目前的资料看， 刘家沟组将古生界、中生界划分为两个油气压力系统。 2 4 气藏类型及圈闭条件分析 气藏类型与气藏成因有关。不同类型的气藏，形成条件和分布规律就会 有差异。鄂尔多斯盆地中部气田气藏类型和成因研究的认识主要经历了两个阶 段。 勘探初期，人们基本上以东部膏盐湖相成因的盐岩能造成储层上倾方向遮 挡形成大规模地层气藏( 田) 的指导思想布井，以期拿下个大型地层圈闭气藏； 之后，认识到岩溶的作用和侵蚀沟谷的作用，又以岩溶潜台和沟槽遮挡模式布 井；随着探井数的增加，越来越感到沉积相对岩溶储层发育起着非常重要的控 制作用，又以环东部膏盐湖轮廓呈弧形( 向西突出) 分布的模式布井。因此，鄂 尔多斯盆地中部气田气藏类型和成因研究的认识是由地层气藏向岩性气藏模式 转变的。 2 4 1 气藏类型的确定 鄂尔多斯盆地中部地层稳定、变化平缓，奥陶系侵蚀面构造形态比较简单， 基本上是一个平缓西倾的大单斜。在这种构造背景下不具备形成构造圈闭的条 件，那么只能是地层或岩性圈闭。圈闭类型不外乎岩性圈闭、古地貌( 地层) 一岩性圈闭、岩性一地层圈闭。相应也应有上述类型的气藏。 目前一种普遍的看法是，认为风化壳项部的马五，( 或马五：) 由于侵蚀 作用形成的沟谷地貌，可以形成古地貌( 地层) 圈闭或古地貌( 地层) 一岩性圈 闭。层位相对靠下的马五。层除西部靠近中央古隆起的地区地层遭剥蚀而缺失 外，大部分地区侵蚀沟谷没有下切到这个层位，因而都属岩性圈闭或岩性气藏。 从东西向、南北向气藏剖面图上看，马五，3 和马五。1 两气层连续性较好， 马五。3 气层从南部的陕1 0 2 井到北部的陕1 7 5 井，2 0 0 多公里距离内可以追踪 对比。因此，目前不少人都认为中部大气田是一个薄层整装大气田。但郝石生 等( 1 9 9 4 ) 对研究区内1 0 9 口测井的实测资料进行压力梯度和流体势研究，研 究结果表明，鄂尔多斯盆地中部奥陶系风化壳气田不是一个整装大气田，而是 一系列距离近、连通性差的小气藏，是由一系列的小型岩性气藏群组成的，其 模式图可用图1 - 3 示意。 图卜3 奥陶系风化壳气藏模式图 因此，可以说中部气田南北方向是一个岩性气藏群，马五。一。气藏平均连 通距离6 一l o k m ，马五。1 气藏平均横向连通距离5 - - 6 5 k m 。宏观上则具有“似 整装”的特点。 2 4 2 豳闭条件分析 鄂尔多斯盆地中部奥陶系风化壳有其独特的圈闭条件，古沉积( 环境) 、 古地貌、古水文、古岩溶等都对风化壳圈闭的形成和演化有影响。其中，古沉 积奠定了圈闭的物质基础岩性和层序，古地貌和古水文创造了圈闭的外在 条件，古岩溶导致了圈闭的产生岩溶储集体。从岩性气藏特点看，古构造 对鄂尔多斯盆地中部奥陶系风化壳天然气运移、聚集不起直接控制作用，古构 造只能通过对岩性岩相的控制、对古岩溶作用的控制，间接影响天然气的聚集。 一、地貌及其圈闭作用 中部气田是一个碳酸盐岩风化壳气田，地貌对圈闭有重要影响。勘探早期， 人们就注意了古地貌的研究，当时划分的侵蚀谷、古潜台、古残丘、残后平原 等古地貌单元，对加速中部大气田的勘探进程起了重要推动作用。古地貌对天 然气聚集条件的影响主要表现在对储层发育的影响上，古地貌中为正地形单元 且层位保存较多的地区，天然气聚集条件最好。负地形单元侵蚀谷中充填了中 石炭统泥质沉积，对奥陶系风化壳天然气有遮挡作用，但作用不是太大。这是 因为鄂尔多斯盆地中部气田主要是由相互分割的岩性气藏群组成的气田，不是 二个大型地层圈闭，因而地层遮挡作用只在少数濒临侵蚀谷的气藏中起作用， 大部分气藏属岩性气藏，。它们主要受沉积一成岩作用控制。这是鄂尔多斯盆地 气田比较突出的特点之一。 二、古沉积与古环境对圈闭的影响 岩性圈闭主要由多孔岩层和致密岩层在三维空间的有机配置而形成。而多 孔层和致密层的形成主要受沉积和成岩作用控制。沉积环境和沉积相决定原岩 性质和层序，而原岩性质和厚度又影响以后的成岩改造作用。 在中部气田区马五一地层是一套潮间、潮上环境下形成的云坪、含膏云 坪、泥云坪相沉积，岩性由泥质白云岩、泥云岩夹薄层泥岩与层状白云岩交互 组合的岩性段。其中泥质层上覆的较纯白云岩，在近地表岩溶条件下最易发生 溶解，形成顺层分布的溶蚀孔洞层，马五、溶蚀层就是这样形成的。马五，岩性 为泥晶、粉晶白云岩，本身应有较好的溶解性，但由于上部紧邻马五4 隔水层， 致使溶蚀现象不发育同时由于下伏马五；段岩层的溶蚀垮塌，在重力作用下， 发育了一系列低溶解度微裂缝，成为本区横向层位相对稳定的裂缝性储集层。 马五，一。原岩为富含石膏的云岩。其中斑状或肠状石膏溶解作用十分强烈， 形成溶洞、洞穴甚至暗河。溶洞十分发育时，导致溶洞垮塌，形成角砾岩。所 以现今马五。一。层以溶角砾岩十分发育为特征。马五。顶部的马五。1 层，成份较 纯，可形成连续性较好的溶蚀性储层，或重结晶白云岩储层。 三、古岩溶、古水文与圈闭 古岩溶的发育与古地表形态起伏( 古地貌) 形态、