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。     

鄂尔多斯盆地乌审旗古隆起对岩溶气藏的控制机理

随着鄂尔多斯盆地北部中国石化大牛地区块一系列深井的钻探成功,发现乌审旗古隆起对奥陶系马家沟组的成藏起着重要的控制作用。在充分利用盆地北部钻井、地震和分析化验资料的基础上,研究乌审旗古隆起的形成与演化对下古生界成储和成藏的控制作用。结果表明：(1)乌审旗古隆起形成于新元古代,一直持续活动到奥陶纪末,具有“水上、水下交替发育”的特点,可分为5个演化阶段;(2)乌审旗古隆起在早古生代的持续活动造成了其东侧断裂系统发育,这些断裂为加里东期—海西期马家沟组岩溶作用提供了通道,形成深层岩溶储层;(3)乌审旗古隆起上沉积水体较浅,利于微生物岩的形成和准同生白云石化,可以形成白云岩孔隙型储层;(4)乌审旗古隆起东侧的断裂是成藏期天然气运移的主要通道,断裂沟通了多套储层,具有“三向供烃、断裂控储、立体成藏”的特征。该研究为鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系的立体勘探提供了一种新模式。     

鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下古地貌恢复及其对滩体的控制作用

古地貌是控制鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下滩体发育的重要因素,寻找滩体发育带具有重要的勘探意义。运用印模法与沉积学分析法相结合的方法,通过残余厚度求取、压实恢复、沉积微相校正等步骤,恢复鄂尔多斯盆地东部盐下马五₅亚段沉积前的古地貌特征,据此分析古地貌对研究区滩体的沉积控制作用。研究结果表明：研究区的古地貌特征整体呈现西北高、东南低、内部呈现隆洼相间的微古地貌沉积格局。岩心观察与薄片鉴定表明马五₆亚段的内碎屑滩形成于碳酸盐岩台地内部的古地貌高部位,而膏盐岩发育于碳酸盐岩台地内部的古地貌低洼部位。     

鄂尔多斯盆地苏里格地区奥陶系古岩溶储层成岩作用

鄂尔多斯盆地苏里格地区奥陶纪主要沉积环境为水下凸起—隆间洼地和(内)陆棚盆地。奥陶系由原始沉积的碳酸盐岩和岩溶角砾岩组成。溶蚀孔是最主要的孔隙类型,裂缝是重要的储集空间;孔隙度为0.02%～16.70%,平均为2.19%;渗透率为(0.0014～706.35)×10^-3μm²,平均为 1.90×10^-3μm²。奥陶系碳酸盐沉积物(岩)经历的成岩作用有压实、白云石化、胶结、交代、溶蚀和去白云石化作用。全岩白云石样品较低的δ¹⁸O值和较高的Mn,Fe含量以及明显低的Sr含量说明白云石受到淡水淋滤和埋藏作用的影响,不低的δ¹³C值说明碳来自原始沉积物中的CaCO₃。白云石胶结物较全岩白云石具有较低的δ¹⁸O和δ¹³C值,说明白云石胶结物形成于裸露期的风化壳岩溶作用阶段。岩石经历了早期成岩作用、表生成岩作用和晚期成岩作用。低孔、低渗是该储层的特点,原因是岩溶作用强度不够和埋藏较深。     

鄂尔多斯盆地古隆起周边地区奥陶系马家沟组储层影响因素

根据大地构造背景、岩石学特征、生物标志和盐类矿物分析,鄂尔多斯盆地古隆起周边奥陶系马家沟组沉积于局限的陆表海碳酸盐台地,其中马五段沉积于水文循环差、盐度高的含膏云坪和膏盐湖环境,马四段沉积环境相对开阔。压实作用使得碳酸盐原始沉积物的孔隙度大大降低。白云石δ18O值较高,δ13C值改变不大,Sr87/Sr86值高,Fe2＋含量高,Sr2＋和Na＋含量低,有序度低且变化大。白云石在局限且高盐度环境下通过微生物作用沉淀,后经岩溶作用和埋藏作用改造。溶蚀作用形成了各种类型的溶蚀孔、洞、缝;岩溶作用形成了由南向北依次发育的岩溶高地、岩溶台地、侵蚀坡地和岩溶盆地等岩溶地貌。白云石化作用和岩溶作用是建设性成岩作用,压实作用、胶结作用和去白云石化作用是破坏性成岩作用。靠近膏盐湖的膏云坪沉积了大量的硬石膏结核,有利于硬石膏结核溶模孔形成。古岩溶斜坡岩溶作用强烈,易形成大量顺层分布的溶蚀孔、洞、缝。古岩溶斜坡与盆地过渡区岩溶作用弱,胶结作用和去白云石化作用较强。受沉积作用、成岩作用和古岩溶地貌三方面因素的共同控制,该区碳酸盐岩储层形成、发育过程极为复杂。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起与天然气聚集

鄂尔多斯盆地中央古隆起可以划分为中部凸起剥蚀区、西翼陡坡区、东翼缓坡区、北翼平缓北倾区、南翼陡缓变化区.经历了前加里东期、加里东期、海西期、燕山期几个发育阶段.古隆起的构造发育与烃源岩热演化配置良好.其东翼靖边-志丹-富县区为 Ⅰ 类远景区;北翼定边-天池区次之;西翼陡坡区较差.主要储集层是奥陶系顶部风化淋滤带.     

鄂尔多斯盆地古隆起东侧奥陶系马家沟组中组合成藏地质条件

鄂尔多斯盆地古隆起东侧奥陶系马家沟组中组合发育白云岩储层,其特征明显有别于靖边气田奥陶系顶部风化壳储层。通过储层岩性分析、流体包裹体测试分析,结合钻井、地球化学、试油等相关资料,从烃源、储层、沉积等方面对鄂尔多斯盆地古隆起东侧马家沟组中组合成藏地质条件进行了系统分析。结果表明,古隆起东侧马家沟组中组合马5⁵ 、马5⁷和马5⁹亚期处于次一级海侵沉积背景,水动力条件强,滩相沉积发育,在隆起周边形成自形程度高的粗粉晶-细晶结构的晶粒状白云岩储层,具有晶粒均一、连通性好且发育白云石晶间孔等特征;受加里东末期构造抬升运动影响,古隆起东侧奥陶系顶部剥露为中组合地层,与上覆上古生界煤系烃源岩直接接触,形成了良好的源、储配置关系;受上倾方向岩相变化控制,在空间上中组合滩相白云岩逐渐相变为泥晶灰岩,形成分布不连续、局部富集的岩性圈闭。     

鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶类型及分布

古岩溶的形成和发育是构造多旋口发展中碳酸盐岩介质性质与结构、水文地质条件与地球化学环境等控制物质-能量转化因素在一系列复杂成岩变化过程中演化的结果。鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩自沉积以来，经历了沉积成岩→溶蚀破坏→溶蚀充填→溶蚀改造等漫长的多期岩溶地质作用，古岩溶形态多种多样、大小多变、组构复杂。按照古岩溶形成的条件及控制因素可以划分为表生期岩溶和埋藏期岩溶两大类。其中表生期岩溶包括同生期层间岩溶和裸露期风化壳岩溶；埋藏期岩溶包括压释水岩溶和热水岩溶。由于所受构造条件的控制，不同类型岩溶的分布区域存在明显的差异。同生期层间岩溶主要围绕膏盐盆地分布；裸露期风化壳岩溶主要集中在岩溶地貌变化带；压释水岩溶主要分布于盆地的中北部；热水岩溶主要分布于盆地西缘。     

鄂尔多斯盆地西部奥陶系古油藏油源对比与靖边气田气源

岩心观察和镜下薄片鉴定表明,鄂尔多斯盆地奥陶系孔洞缝储集体中普遍存在沥青,平面上主要分布在盆地中西部地区,剖面上主要集中在桌子山组顶-克里摩里组和乌拉力克组。成层富集的沥青揭示出研究区存在3类古油藏:克里摩里组顶部孔洞型、桌子山组顶部孔隙型和乌拉力克组裂隙型。应用生物标志化合物进行油源对比,证实古油藏的油源为盆地西南缘的平凉组海相泥页岩;结合天然气碳同位素、黄金管热模拟实验、构造沉积演化史、成藏史及地质背景研究,认为中央古隆起东西两侧奥陶系储层中天然气的气源岩为平凉组海相泥页岩;侏罗纪-早白垩世,平凉组泥页岩生成的油气向中央古隆起区带运聚形成古油藏;晚侏罗世-古近纪,古油藏裂解生成的天然气向盆地北东方向的构造高部位进行区域性运移,形成群体性潜山风化壳大气田--靖边气田。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起成因新解

20世纪80年代初，地震勘探在盆地中发现了中央古隆起，它的确定对长庆油田天然气勘探起了决定性的作用。因此，围绕中央古隆起的形成开展了诸多方面的研究，学者们站在不同角度对中央古隆起成因提出了早古生代为贺兰裂谷肩引起的均衡翘升以及晚古生代为碰撞谷所致的观点。通过对鄂尔多斯盆地基底各岩系的对比及其基底形成、发展、后期盖层演化的研究后发现：鄂尔多斯盆地中央古隆起应由北东向兴和——平凉微陆核两侧多次的翘倾作用．以及蓟县系官道口群厚层碳酸盐岩深入盆地西南部叠加引起的沉积差异所形成的观点似乎更具有说服力。     

鄂尔多斯盆地大牛地气田奥陶系“垮塌”型岩溶储层发育规律

随着水平井压裂技术在大牛地气田奥陶系风化壳气藏开发中的成功运用,低孔、低渗、强非均质性的岩溶储层显示出良好的天然气开发潜力,储层发育规律是风化壳成藏的关键。通过岩心观察,结合大量的测井资料,利用岩石相进行岩溶旋回和储层发育规律的研究,结果表明：①奥陶系马家沟组发育3期岩溶,上部两期岩溶规模较大,下部第三期岩溶规模较小,风化壳储层的发育主要与上部两期岩溶有关;②膏质云岩、泥云岩的长期溶蚀,导致水平洞穴层顶板发生破裂,部分上覆地层垮塌,最终形成一套厚层的岩溶角砾岩;③储层主要发育在岩溶强度相对较弱的区域,平面上主要发育在岩溶斜坡的残丘,纵向上则发育在上部两期岩溶保存相对完整的垂直渗流带,发育的岩石相为裂纹-镶嵌角砾岩相。利用岩溶旋回和岩相对有利储层发育区进行了预测,指明了下一步天然气勘探开发的方向。     

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储集体类型及特征

鄂尔多斯盆地奥陶系沉积时期,处于“两隆两鞍两坳陷”的古构造格局。2个隆起在平面上呈“L”型展布,共同控制着奥陶系的沉积相带,并控制着不同类型碳酸盐岩储集体的区域展布。奥陶系的储集类型主要包括风化壳溶孔型、白云岩晶间孔型、台缘礁滩孔隙型、岩溶缝洞型4种。风化壳溶孔型储集体为最有利的储集体,在该储集体中目前已发现并探明靖边大气田;白云岩晶间孔型储集体勘探获得初步突破;其他2种类型储集体的勘探还未取得实质性进展,但近期勘探已发现一些新的苗头,存在较大的勘探潜力,是开拓鄂尔多斯盆地下古生界天然气勘探新领域的关键所在。     

鄂尔多斯盆地西北部奥陶系气源及其成藏规律

为了分析鄂尔多斯盆地西北部奥陶系已发现气藏的气源,探讨该区奥陶系天然气藏的分布规律,综合利用地球化学实验分析与石油地质综合研究,对研究区天然气组分进行了分析。研究表明,研究区奥陶系天然气干燥系数在0.958～0.986。气源分析认为,奥陶系天然气主要为来自石炭系-二叠系煤系烃源岩生成的煤成气,但不排除有奥陶系海相气源的少量混入。奥陶系烃源岩分析结果亦支持这一结论。研究区奥陶系泥岩和碳酸盐岩的有机质丰度普遍不高。其中,泥岩有机碳含量以乌拉力克组为最高,平均为0.54％;其次是克里摩里组泥岩,平均0.52％;拉什仲组泥岩最低,平均为0.43％;灰岩有机碳含量3个组的平均值分别为0.35％,0.31％和0.25％。综合分析表明,鄂尔多斯盆地西北部奥陶系天然气藏的形成和分布主要受构造、储层、盖层、优质烃源岩及天然气运移通道5大因素控制,天然气主要富集在以下5要素的耦合处：斜坡高部位、溶蚀缝洞储层发育带、乌拉力克组-拉什仲组盖层分布区、优质烃源岩有利区及上古生界天然气“倒灌”运移通道发育区。     

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。