鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩主要储层类型及其形成机制

对于鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩储层宏观分布规律和有利区带的认识目前尚不十分清楚,难以满足区带评价和目标优选的需求。为此,利用野外露头、钻井和地球物理测井资料并结合实验分析数据,深入探讨了该盆地海相碳酸盐岩储层的特征、形成机制和分布规律,并指出了下一步天然气勘探的方向。研究结果表明:①鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩主要发育岩溶型和颗粒滩型两类白云岩储层,前者发育于蒸发台地的含膏云岩和膏质云岩坪微相,主要分布在下奥陶统马家沟组马五段上组合及马一段和马三段,后者主要发育于台地边缘颗粒滩和台内颗粒滩微相,分布在中寒武统张夏组、上寒武统三山子组、马四段和马五段中组合;②颗粒滩型储层岩性为鲕粒云岩、砂屑云岩、晶粒云岩及微生物云岩,储集空间以残余粒间(溶)孔、微生物格架(溶)孔、晶间(溶)孔和溶洞为主,少量裂缝,孔隙度介于2.00%～18.03%,平均孔隙度为6.16%,机械沉积和微生物造丘是原生孔隙形成的重要机制,准同生溶蚀和裸露期风化壳岩溶作用是溶孔溶洞形成的主控因素,早期白云石化和封闭体系有利于孔隙的保持;③岩溶型储层岩性为(含)膏模孔细粉晶云岩和粉晶云岩,储集空间为膏模孔、溶洞及微裂缝,孔隙度介于2...     

鄂尔多斯盆地深层寒武系碳酸盐岩储层特征与主控因素

寒武系是鄂尔多斯盆地重要的油气勘探潜力层系。基于最新钻井、野外露头、地震资料和镜下薄片鉴定,识别出其主要发育相控型和构造强改造型两大类储层,进而细分出8类储集体,其中表生岩溶储集体和高能云化鲕粒滩是鄂尔多斯盆地寒武系的主要储集体。寒武系碳酸盐岩储集体的储集空间类型丰富,孔、洞、缝均发育,不同储集体类型的储集空间类型差异明显。提出了寒武系储层发育主要受控于高能相带云岩、古隆起区表生岩溶作用和断裂活动等3方面因素,建立了寒武系储层模式图。在此基础上探讨了鄂尔多斯盆地寒武系碳酸盐岩油气勘探方向,指出盆地西南缘的庆阳古陆周缘地区的寒武系岩溶缝洞型储集体发育区是重点勘探地区。     

鄂尔多斯盆地构造演化及古地理特征研究进展

鄂尔多斯盆地是华北板块西部典型的克拉通边缘叠合盆地,其发展演化除与华北板块一脉相承外,还受盆地周缘古海槽多期开、合演化的控制与影响,具有其自身的独特性与复杂性。近期研究表明,盆地发展演化至今,主要经历8个阶段:①太古代—早元古代盆地结晶基底形成阶段;②中元古代早期—中期大陆裂解阶段,主要发育陆缘裂谷和陆内拗拉槽;③中元古代晚期—晚元古代早期大陆汇聚阶段,盆地抬升缺失沉积;④晚元古代中期—早古生代中奥陶世盆地边缘裂陷与陆内坳陷阶段,主要发育海相碳酸盐岩台地沉积;⑤早古生代晚奥陶世—晚古生代早石炭世盆地周缘碰撞造山阶段,盆地抬升剥蚀;⑥晚古生代晚石炭世—二叠纪末盆地周缘裂解阶段,主要发育海陆交互相沉积;⑦中生代陆内坳陷阶段,盆地边缘隆起并整体掀斜,主要发育河流相、三角洲相及湖泊相沉积;⑧新生代盆地周缘断陷阶段。其中中元古代古构造格局对盆地后期构造断裂展布、沉积演化、地质流体运移及聚集产生了重要影响。     

鄂尔多斯盆地寒武纪层序—岩相古地理特征

对野外露头、岩心、测井等资料综合分析表明,鄂尔多斯盆地寒武纪经历了2次海进—海退旋回,依据界面特征可划分出2个超层序和4个体系域,在此基础上以体系域为编图单元编制了层序—岩相古地理图。结果显示:SS1超层序海侵体系域早期发育滨岸相碎屑岩沉积,海侵体系域中晚期和高位体系域以混积潮坪、混积台地相为特征,发育含泥白云岩、泥质白云岩、砂质灰岩、泥岩及页岩沉积;SS2超层序海侵体系域形成高能浅滩,发育鲕粒碳酸盐岩和碎屑碳酸盐岩,高位体系域台地相白云岩发育。SS1—SS2超层序形成过程正好构成一个完整的碎屑岩沉积—混合沉积—碳酸盐岩沉积演化序列。SS2超层序发育过程中形成的浅滩和白云岩均为形成油气储层的有利地质体。     

鄂尔多斯盆地寒武纪层序岩相古地理

在层序地层学理论指导下,运用单因素分析综合岩相古地理作图方法,通过野外露头、岩心、测井和地震资料研究,编制了三级层序格架下的鄂尔多斯盆地寒武纪层序-体系域岩相古地理图7张.研究区寒武纪总体表现为由清水与浑水交替出现的碳酸盐缓坡(黔东世—武陵世台江期)向清水碳酸盐镶边台地(武陵世王村期 — 芙蓉世)演变的过程,古气候表现为由干旱向相对潮湿演变的特点.寒武纪早期(黔东世)即辛集组、朱砂洞组及馒头组下段沉积期表现为典型的南海北陆特征,因海侵作用的不断进行,寒武纪中期(武陵世台江期)即馒头组中段及上段沉积期原鄂尔多斯古陆被海水分割为3个相互分离的古陆(伊盟古陆、吕梁古陆及镇原古陆),至寒武纪武陵世王村期即张夏组沉积期海侵达到最大范围并形成了鄂尔多斯盆地“中央古隆起”的雏形和东西分异的古地理格局,寒武纪晚期(武陵世古丈期—芙蓉世)即三山子组中下部沉积期发生海退并形成了近SN向展布的“伊盟—中央古陆”.寒武纪早中期(黔东世—武陵世台江期),潮坪相是鄂尔多斯盆地的优势相带;寒武纪晚期(武陵世王村期 — 芙蓉世),局限台地相则是分布面积最大的相带.馒头组上段、张夏组鲕粒滩具有环绕内缓坡及开阔台地分布即主要分布于中缓坡及台地边缘的特点,三山子组多孔白云岩具有全区分布的特点.     

鄂尔多斯盆地奥陶纪层序岩相古地理

通过大量露头与钻井沉积相观察,系统编制了三级层序地层格架下的鄂尔多斯盆地奥陶纪岩相古地理图。研究认为,早奥陶世发育近SN走向的伊盟-中央古陆将盆地分为东、西2部分碳酸盐台地沉积区,其沉积古地理分别受控于华北海及祁连海;由早奥陶世至中奥陶世盆地总体呈现出逐渐海侵及伊盟-中央古陆逐渐缩小的过程,伊盟-中央古陆在中奥陶世大部分被海水侵没并已分化为南、北相隔的2个古陆即庆阳古陆和伊盟古陆,至中奥陶世晚期即达瑞威尔期（马家沟组六段沉积期）海侵达到最大范围;晚奥陶世发生海退,造成现今鄂尔多斯盆地范围内大部分表现为古陆剥蚀区,仅在盆地西缘及南缘发育了较窄的开阔镶边台地及其斜坡相沉积,至晚奥陶世中晚期（凯特期-赫南特期）几乎全部隆升为陆。自早奥陶世晚期（弗洛期）至中奥陶世中期（达瑞威尔初期）即马家沟组一段至五段沉积期,盆地中东部发育大面积的局限蒸发环境,形成局限潟湖甚至膏盐潟湖。盆地西部与南部受贺兰拗拉槽与秦祁海槽发展演化控制,主要发育大陆边缘沉积体系,由早奥陶世-中奥陶世早期的被动陆缘碳酸盐缓坡台地向中奥陶世晚期-晚奥陶世的主动陆缘弱镶边碳酸盐台地演化。     

鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩天然气成藏主控因素及勘探进展

1989年,在鄂尔多斯盆地钻探的陕参1、榆3井获高产工业气流,发现了当时我国最大的海相碳酸盐岩气田--靖边气田,证实了该盆地下古生界海相碳酸盐岩沉积层系具有巨大的天然气勘探潜力。为了推进“西部大庆”的早日建成并为该气田下一步勘探工作提供技术支持,对该盆地海相碳酸盐岩天然气成藏主控因素及勘探技术思路进行了总结。通过对鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系沉积特征、烃源岩条件、储层类型及天然气成藏组合的综合分析,认为该区奥陶系海相碳酸盐岩发育盆地中东部奥陶系风化壳、古隆起东侧白云岩、盆地西部岩溶缝洞体等3大勘探领域;近年开展的地质研究和勘探技术攻关,明确了上述3大勘探领域的成藏主控因素,形成了岩溶古地貌精细刻画与风化壳储层预测、白云岩储层地震预测及含气性检测、岩溶缝洞体识别及储层预测等先进的勘探配套技术,天然气勘探取得了新的进展：①靖边气田含气面积不断扩大,天然气储量规模增长近2倍,是中国石油长庆油田公司天然气增储上产的现实目标;②古隆起东侧白云岩发现多个含气富集区,天然气储量规模接近1 000×10⁸ m³,是现实接替领域;③在鄂尔多斯盆地西部岩溶缝洞体发现新苗头,是下一步天然气勘探的新领域。     

鄂尔多斯盆地早古生代庆阳和乌审旗古隆起构造演化及其对寒武系岩相古地理的控制

鄂尔多斯盆地早古生代南、北两个古隆起的构造演化过程认识尚不明确,制约了油气勘探及盆地沉积充填演化过程的研究。基于最新钻井、野外剖面及地震资料,采用地震反射接触关系和滨岸相识别等手段,对庆阳古隆起和乌审旗古隆起进行约束与刻画,认为其总体经历了寒武纪的古隆起逐渐淹没阶段、寒武纪—奥陶纪的抬升剥蚀阶段、早奥陶世冶里组-亮甲山组沉积期之后的庆阳古隆起稳定-乌审旗古隆起快速沉降阶段、晚加里东期的挤压剥蚀和古隆起范围定型阶段、石炭纪—二叠纪的古隆起消亡阶段及二叠纪之后的构造掀斜定型阶段等6个主要阶段,南、北两个古隆起具有早期发育特征相近、后期南部隆升-北部沉降的演化差异。两个古隆起形成隆-凹相间的古构造格局,对寒武系沉积储层控制明显。古隆起总体呈东缓-西陡的古地貌特征,古隆起东侧相对于西侧更有利于大面积白云岩储层的发育。庆阳古隆起和乌审旗古隆起在寒武纪的演化过程中对岩相古地理格局的控制具有差异性,总体上前者控制地貌隆-凹格局及沉积更为持续。寒武纪晚期的怀远构造运动导致鄂尔多斯盆地抬升剥蚀,致使寒武系顶部岩溶作用普遍发育。     

鄂尔多斯克拉通盆地寒武纪古构造与岩相古地理再认识

依据野外露头、钻井和地震等资料,对鄂尔多斯盆地寒武纪古构造和岩相古地理开展研究。厚度图法研究表明,寒武纪的沉积格局与中新元古代的沉积格局具有继承性,古构造整体呈现“三槽二陆一洼”的特征。以此为指导,运用碳酸盐岩沉积学,将鄂尔多斯寒武系划分为滨岸、碳酸盐岩开阔台地、陆棚缓坡和海槽四大沉积体系,编制了5张鄂尔多斯地区寒武纪岩相古地理图。岩相古地理总体特征表现为古陆之外为滨岸,滨岸之外为台地,台地内部有洼地,台地外部为缓坡,缓坡边缘见海槽。鄂尔多斯地区在寒武纪经历了一个完整的海进-海退的演化过程。早寒武世表现为广大地区仍为古陆,仅在西南缘环陆发育了一套滨岸和开阔台地相沉积;中寒武世海侵扩大,古陆面积缩小,并被分割成3个独立的古陆,至张夏期吕梁古陆消失,中东部广大地区表现为广阔的开阔台地相沉积,西南缘为陆棚缓坡和海槽相沉积;晚寒武世,海退开始,鄂尔多斯古陆呈南北向条带状分布于鄂尔多斯中部地区。     

鄂尔多斯盆地南缘寒武纪岩相古地理特征及演化

通过对野外露头剖面、钻井及岩心观察,在地层划分与对比基础上,系统分析了鄂尔多斯盆地南缘寒武纪不同时期的岩相古地理特征。研究表明,受古陆及海平面升降的影响,研究区寒武纪具有三个演化阶段,辛集-朱砂洞组发育滨-浅海沉积体系,并逐渐向碳酸盐岩缓坡过渡;馒头组主要为碳酸盐岩缓坡沉积体系,自北向南发育内缓坡、外缓坡及深水盆地相沉积;张夏组海侵到达最大,碳酸盐岩台地形成,台缘鲕粒滩异常发育;三山子组由局限台地云坪、台缘滩、斜坡及深水盆地沉积组成。受后期表生溶蚀作用,张夏组台缘鲕粒滩及三山子组云坪局部形成优质储集层,为研究区寒武系最为有利的储集相带。     

鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩主要储层类型及其形成机制

对于鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩储层宏观分布规律和有利区带的认识目前尚不十分清楚，难以满足区带评价和目标优选的需求。为此，利用野外露头、钻井和地球物理测井资料并结合实验分析数据，深入探讨了该盆地海相碳酸盐岩储层的特征、形成机制和分布规律，并指出了下一步天然气勘探的方向。研究结果表明：①鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩主要发育岩溶型和颗粒滩型两类白云岩储层，前者发育于蒸发台地的含膏云岩和膏质云岩坪微相，主要分布在下奥陶统马家沟组马五段上组合及马一段和马三段，后者主要发育于台地边缘颗粒滩和台内颗粒滩微相，分布在中寒武统张夏组、上寒武统三山子组、马四段和马五段中组合；②颗粒滩型储层岩性为鲕粒云岩、砂屑云岩、晶粒云岩及微生物云岩，储集空间以残余粒间（溶）孔、微生物格架（溶）孔、晶间（溶）孔和溶洞为主，少量裂缝，孔隙度介于2.00%～18.03%，平均孔隙度为6.16%，机械沉积和微生物造丘是原生孔隙形成的重要机制，准同生溶蚀和裸露期风化壳岩溶作用是溶孔溶洞形成的主控因素，早期白云石化和封闭体系有利于孔隙的保持；③岩溶型储层岩性为（含）膏模孔细粉晶云岩和粉晶云岩，储集空间为膏模孔、溶洞及微裂缝，孔隙度介于2.00%～16.36%，平均孔隙度为5.98%，同生期层间岩溶和裸露期风化壳岩溶是膏模孔形成的主要机制，而膏模孔的保存受矿物充填和封闭体系两大因素的控制。结论认为，有利储层主要分布在该盆地鄂托克前旗—定边—上韩、桃利庙—吴起和榆林—志丹一带，其中桃利庙—吴起和榆林—志丹一带是深层碳酸盐岩气藏勘探最有利的区带。     

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相碳、氧稳定同位素特征

根据岩石薄片及阴极发光图像,研究了鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相类型及岩相特征。据碳、氧稳定同位素(δ¹³C, δ¹⁸O)分析数据,研究了各类成岩相的地球化学特征。奥陶系海相碳酸盐岩台地在早古生代处于近地表成岩域,划分为正常海水、蒸发海水、早期大气淡水及热海水4类成岩环境及成岩相。正常海水、热海水及蒸发海水成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值普遍较高,随生物碎屑含量增加δ¹⁸O及δ¹³C值趋于减小;早期淡水成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值普遍较低。晚古生代,奥陶系顶部进入表生期成岩域,据目前残存地层的岩石类型,表生期成岩域可划分为峰峰组的灰岩风化成岩相和马家沟组的云岩风化成岩相,其δ¹⁸O和δ¹³C值明显低于早期淡水成岩相的值。晚古生代末期,奥陶系进入3 000~4 000 m的中-深埋藏成岩域,划分为封闭系统及开放系统成岩相。封闭系统成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值主要继承了其原岩的δ¹⁸O和δ¹³C值特征;而在开放系统中,由于同位素高温分馏作用,其成岩相的δ¹⁸O和δ¹³C值则大幅度降低。研究结果表明,碳酸盐岩岩相特征及碳、氧稳定同位素组成是追溯碳酸盐岩成岩环境及识别和划分成岩相的重要指标。     

塔里木盆地寒武系—奥陶系海相烃源岩识别与分布预测

基于露头实测、探地雷达浅层地震测量、岩心分析、测井评价和地震追踪等,建立了海相烃源岩识别方法和流程,对塔里木盆地寒武系—奥陶系海相烃源岩进行重新识别和空间展布预测。结果表明,寒武系—奥陶系垂向上共发育4套烃源岩,分别赋存于阿瓦提凹陷和满加尔凹陷的下—中寒武统、塔东地区的下-中奥陶统黑土凹组、阿瓦提凹陷—阿满过渡带—满加尔凹陷的中-上奥陶统萨尔干组—吐木休克组—却尔却克组、阿瓦提凹陷至塔中地区的上奥陶统印干组—良里塔格组中。寒武系—奥陶系海相烃源岩的发育受海平面上升控制明显,分布具有鲜明的"等时异相"特征,即在同一时期,不同沉积相带沉积不同类型的烃源岩;烃源岩的形成还具有随碳酸盐岩盆地迁移而迁移,随陆源碎屑大量注入而消亡的规律。     

四川盆地寒武纪-奥陶纪层序岩相古地理、有利储层展布与勘探区带

通过对四川盆地寒武系、奥陶系野外露头剖面、钻井岩心、录井和测井等资料的详细分析,认为寒武系-奥陶系主要发育局限台地相、开阔台地相和台地边缘相。结合地震资料,应用层序地层学理论和方法将寒武系划分为5个三级层序,奥陶系划分为6个三级层序。以三级层序为单元,采用单因素编图、多因素综合的方法,编制了四川盆地及邻区寒武系-奥陶系层序岩相古地理图,认为寒武纪-奥陶纪总体呈现西部以陆源碎屑沉积为主、东部以碳酸盐岩沉积为主的格局,碳酸盐台地演化呈现出由早寒武世早期（梅树村期-筇竹寺期）碎屑-混积陆棚、早寒武世中期（沧浪铺期）缓坡台地向早寒武世晚期（龙王庙期）至中奥陶世镶边台地的转变,在晚奥陶世,因全球海平面上升再加上扬子板块东南被动陆缘向华夏陆块之下俯冲聚敛的构造沉降效应,导致沉积水体快速加深,致使上扬子（四川）台地被淹没而成为较深水缓坡-盆地相。寒武纪从早期陆源碎屑和碳酸盐混积为主转变到晚期清水碳酸盐沉积为主,盆地内部大面积发育局限台地相台内滩和台内白云岩有利储集体;奥陶纪受海侵影响,盆地内部以开阔台地沉积为主,台内滩呈带状分布;晚奥陶世台地被淹没沉积了宝塔组、临湘组及五峰组泥晶灰岩、泥质灰岩及泥岩,成为遍及全盆地的区域盖层,五峰组还可作为优质烃源岩。有利天然气储层为砂屑白云岩、鲕粒白云岩和细粉晶白云岩,溶蚀孔洞发育,储层平均孔隙度2%～6%,储层单层厚度较大,空间上连续性较好。在有利储集体评价的基础上,通过成藏条件综合分析,优选了4个寒武系-奥陶系有利勘探区带,其中乐山-龙女寺古隆起有利区带和泸州古隆起有利区带发育大型构造圈闭,有利储集体大面积分布,有较大勘探潜力。     

鄂尔多斯盆地海相烃源岩系发育特征与勘探新领域

鄂尔多斯盆地油气勘探已进入储量发现高峰期,围绕延长组烃源岩的石油资源和来自上古生界煤系地层的天然气资源基本探明。随着盆地油气勘探的深入,急需寻找新的油气勘探接替领域。研究认为,古老海相烃源岩发育2套：即中上奥陶统海相碳酸盐岩烃源岩系和中上元古界海相碎屑岩烃源岩系。中上奥陶统海相烃源岩在不同海域有不同的特征。中奥陶统海相烃源岩发育于盆地东部华北海台内盐坳周边,以泥灰岩为主,单层厚度薄,但层系多,有机质丰度差-中等,高成熟度,有规模生烃潜力,对奥陶系盐下自源气藏有重要贡献。上奥陶统海相烃源岩主要发育于盆地西部和南部“L”型秦祁海槽斜坡相带,以泥页岩、泥灰岩为主,有机质丰度中等,累计厚度大,在天环凹陷上达到高-过成熟生气阶段,分布范围有限,在盆地西缘逆冲带上盘处于成熟生油阶段,生烃潜力较大。而中上元古界海相泥岩烃源岩系在邻区为有效烃源岩,以泥板岩为主,厚度大,有机质丰度中等,高过成熟度。在盆地本部甘陕裂陷槽新钻井中也有部分揭示。围绕2套海相烃源岩系分布的奥陶系海相碳酸盐岩和中上元古界深层海相层系是未来天然气勘探的2个新领域,其中5个有利勘探区带天然气勘探潜力大,有望形成天然气勘探接替区带。     

鄂尔多斯盆地马家沟组盐下碳酸盐岩烃源岩分布特征

针对鄂尔多斯盆地中东部盐下奥陶系内幕天然气自生自储特征及其相应烃源岩发育不清的实际,利用地球化学与测井技术相结合的方法,分析了研究区奥陶系盐下烃源岩的分布特征。奥陶系马家沟组马五₆亚段膏岩最为发育,分布最为广泛,该膏岩层之下发现的自生自储天然气出气点表明了海相碳酸盐岩烃源岩具有一定的生排气能力。研究表明:研究区马家沟组盐下碳酸盐岩烃源岩有机质丰度总体偏低,测试的有机碳含量平均值约为0.2%,大部分低于0.5%;岩石热解T_ma 平均值达484℃,处于高成熟—过成熟阶段。平面分布上,盐下碳酸盐岩烃源岩有机碳含量在西部相对较高,向东逐渐降低;有机碳含量在北部相对较高,向盆地中部降低,最南部略有升高。研究区存在3个相对较好的烃源岩有利分布区。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起区中寒武统鲕粒碳酸盐岩

鄂尔多斯盆地中央古隆起区中寒武统鲕粒碳酸盐岩沉积于碳酸盐斜坡中的小规模浅滩,其主要矿物成分为白云石和方解石。根据全岩样品分析结果,鲕粒碳酸盐岩的δ¹⁸O_V-PDB值在-11.3‰~-4.9‰之间,平均-6.5‰;δ¹³C_V-PDB值在-1.7‰~0.3‰之间,平均-0.8‰。该碳酸盐岩沉积于浅水鲕粒滩,因受到淡水淋滤影响,之后又长期处于深埋环境,δ¹⁸O值明显偏低。由于成岩作用过程中受有机质影响很小,δ¹³C值没有表现出异常。白云岩的δ¹⁸O值较石灰岩的高。显微激光采样分析结果表明,鲕粒较胶结物有较低的δ¹⁸O和δ¹³C值。前者形成于动荡的浅水环境,形成后常受淡水的淋滤。胶结物大多形成于埋藏期,孔隙水具有海水性质,盐度较高,胶结物沉淀后,受淡水影响较小。由于经受了强烈的埋藏作用,鲕粒碳酸盐岩表现出的特征为Na和Sr含量低、Fe含量高—特高及Mn含量较高。白云石大多数为埋藏作用阶段高Mg含量卤水条件下交代而成,整体上有较低的有序度,MgCO₃含量高。在强烈的埋藏作用和胶结作用下,鲕粒碳酸盐岩现存孔隙度极低。