鄂尔多斯盆地油气的分布特征及富集规律

鄂尔多斯盆地油气的分布特征及富集规律

盆地基本概况，油气分布特征，构造特征、储层类型、烃源岩特征、油气藏类型及成藏主控因素分析。

鄂尔多斯盆地由于其具有与我国东、西部明显不同的地质构造背景，因而有着独特的油气聚集规律和分布特征。主要表现在 :①古生界以海相或海陆交互相沉积为主，烃源岩分布面积较广，且较稳定；②古生界以生气为主 ，而中生界以生油为主，油、气生成高峰时期趋于一致；③盆地主体部分地层平缓(地层倾角

烃源岩基本特征

鄂尔多斯盆地存在J 2，T 3，C －P ，O 2四套烃源岩，其中几湖相泥岩和C 一P 系煤系泥岩是两套主要的烃源岩。

1. 下古生界气源岩

下古生界碳酸盐岩残余有机质丰度一般在0.12 %－0.33 %之间，平均为0.21% －0.22 % 。泥岩、泥灰岩烃源岩主要产于中奥陶统平

凉组和上奥陶统克里摩里组、桌子山组及乌拉力克组，分布于中央 古隆起西缘或南缘。泥岩有机碳含量一般为0.4%－0.5 % ; 泥灰岩残余有机碳含量大多在0.2%－0.5 % ，最高达1.11 %。干酪根镜检、干酪根碳同位素及轻烃组成等研究表明，鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩原始有机质类型为海相腐泥型生烃母质，即以Ⅰ－Ⅱ１型干酪根为

主。有机质成熟度大多已进人高成熟阶段，故以生气为主。

2. 上古生界烃源岩

石炭一二叠系气源岩主要是一套海陆过渡相及陆相含煤岩系, 主要发育在下石炭统本溪组 、上石炭统太原组、下二叠统山西组 , 总体上分布较广。煤主要分布于太原组 和山西组。暗色泥岩分布于山 西组、太原组。石灰岩主要发育于太原组中上部, 本溪组中也有分布, 但分布较局限, 厚度薄。暗色泥岩有机质丰度 比较高, 有机碳含量为 0.5 2 %－7.19 % ,平均为2.7 1 % ,有机碳含量在 2 %－4 %之间, 地区间差异不大。太原组生物灰岩有机质丰度较高, 有机碳含量为0.11 %－4.16% ,平均为1.0 % ,有机碳含量一般为0.91% －1.52% ,个别生物灰岩可达4%－5% ,氯仿沥青“A ”平均为0.0735%。根据有机显微组分研究 , 石炭一二叠系煤主要显微组分为镜质组, 属腐殖型; 暗色泥岩一般为腐殖型, 少量本溪组、太原组泥岩干酪根为腐泥型。根据碳同位素特征及干酪根研究, 煤和暗色泥岩有机质类型主体为腐殖型, 石岩的母质类型较煤和暗色泥岩好, 有机质类型主要为腐泥－腐殖型和腐殖腐泥型。盆地南部富县一带热演化程度最高,R 02.2 %以上, 局部达

2.8 %以上。盆地中东部, 以这个地区为中心, 向四周均有所降低。盆地

东北部热成熟度最低(R0

3. 中生界烃源岩

中生界烃源岩主要以暗色泥岩、油页岩、碳质泥岩等碎屑岩类为主, 纵向上主要发育于上三叠统延长组二、三段(即长7、长8及长4+5) 及下侏罗统延安组二段(即延6－延8), 生油岩的分布严格地受沉积环境制约。由于延长组与延安组的沉积环境存在一定差异, 其烃源岩的分布特征亦有所不同。延长组烃源岩主要发育段属半深水湖相沉积。 延安组主要生油岩段的暗色泥岩分布于吴旗－环县－华池－庆阳－志丹一带, 主要为碳质泥岩及暗色泥岩, 暗色泥岩的有机质丰度较高, 但烃转化率不高, 有机碳含量为2.32%,氯仿沥青“A ”为0.083 2 % ,HC 为262mg/L。上三叠统延长组泥岩的有机质丰度高, 有机碳含量为

1.56% ,氯仿沥青“A ”为 0.1427 % ,HC为7 7 3 m g/L。纵向上有机质丰度的高值段主要位于延 长组二、三段, 其他层段的有机质丰度明显降低。平面上以陕北地区有机质丰度最高, 向陇东及灵盐地区, 有机质丰度明显变低。延长组泥岩的有机质丰度整体属于较好－好的生油岩类。与延安组相比, 延长组泥岩的有机碳值不高, 但其可溶有机质含量及烃转化率明显高于前者, 这说明延长组是更为优质的生油岩类, 应属中生界的主要生油岩。侏罗系延安组有机质以腐殖型(Ⅲ型) 为主, 并有少量腐泥－腐殖型(Ⅰ型) 。而上三叠统延长组有机质以腐殖－腐

泥型(Ⅱ1型) 为主, 并有部分腐泥型(Ⅰ型) 。中生界生油岩成熟度自上而下逐渐增高, 延安组为低成熟－成熟; 延长组长6层为成熟; 长7－长10层为成熟－高成熟。

雷振宇、张朝军、杨晓萍(中国石油勘探开发研究院, 北京100083)

鄂尔多斯盆地含油气系统划分及特征

2000年8月勘探家Petroleum Explorationist第 5 卷 第 3 册

构造特征

1 地质构造发展史和4套含油气系统

1.1 上三叠统延长组砂岩油藏含油系统

最早勘探开发的延长组含油系统烃源岩以延长组深湖相及浅湖相黑色泥岩、页岩和油页岩为主, 生烃中心分布在盆地南部马家滩－定边－华池－直罗－彬县范围, 油源岩最厚达300－400m, 有利生油区面积达6万k m２(见图1) 。储集岩围绕生油凹陷分布, 北翼缓坡带有定边、吴旗、志丹、安塞和延安等5个大型三角洲及三角洲前缘砂体, 南翼较陡坡带则发育环县和西峰等堆积速率较快的河流相砂体及水下沉积砂体。储渗条件靠裂缝及浊沸石次生孔隙改善, 圈闭靠压实构造, 遮挡靠岩性在上倾方向的侧变。

1 2 下侏罗统延 安组砂岩油藏含油系统

延安组砂岩油藏以淡水－微咸水湖相沉积的上三叠统延长组烃源岩为主要油源岩属混合型干酪根以沼泽相煤系沉积的侏罗系延 安组为辅助烃源岩, 属腐植型干酪根, 陕北南部的衣食村煤系更以含油率

高为特征。三叠纪末期, 印支运动使鄂尔多斯盆地整体抬升, 在三叠系顶部形成侵蚀地貌, 以古河道形式切割延长组。规模最大的甘陕古河由西南向东北汇聚庆西古河、宁陕古河和直罗古河, 开口 向南延伸印支期侵蚀面的古河道切割了延长组 , 成为油气上溢通道, 溢出侵蚀面的油气首先向古河床内的富县组和延安组底砂岩运移和 聚集也向延安组上部各砂岩体及古河床两侧的边滩砂体中运移、聚集, 以压实构造和大量岩性圈闭为其主要圈闭形式。

1．3 奥陶系马家沟组碳酸盐岩含气系统

鄂尔多斯盆地奥陶系陆表海浅海碳酸盐岩的烃源岩主要为微晶及泥晶灰岩、泥质灰岩、泥质云岩及膏云岩, 厚达600－700m 。生烃中心东部在榆林－延安－带, 西部在环县－庆阳一带, 产生腐泥型裂 解气。加里东运动使鄂尔多斯盆地整体抬升, 经受130Ma 的风化剥蚀, 导致奥陶系顶面形成准平原化的古岩溶地貌, 盆地中部靖边一带分布有南北走向的宽阔潜台, 周缘有潜沟和洼地, 在上覆石炭系煤系铁铝 土岩的封盖和东侧奥陶系盐膏层的侧向遮挡双重作用下, 古潜台成为 天然气运移聚集的大面积隐蔽圈闭。

l ．4石炭－二叠系煤系含气系统

鄂尔多斯盆地石炭系为渴湖相和潮坪相沉积, 二叠系为海陆过渡相和内陆河湖相沉积, 以碎屑岩为主, 仅石炭系有少量碳酸盐岩。烃源岩主要为石炭系太原组和下二叠统山西组的煤系, 显微组成为镜质体与丝质体, 干酪根属腐植型, 煤型气的组分以甲烷为主。北部东胜、榆林地区煤层厚20m, 暗色泥岩50－90m, 范围约7万k ｍ２; 南部富县、环

县地区煤层厚5－10m, 暗色泥岩厚10－100m, 范围约6万km 2。储集体以砂岩为主, 主要物源区在北部大青山、乌拉山一带, 各层砂体叠置, 蔚为壮观。山西组沉积中心位于盆地南部洛川－庆阳一带, 以盆地北部砂体最发育, 共有 6条大砂体向盆地内延伸, 各支大砂体内部受古河网控制, 呈现复杂的条带状。储渗条件靠裂缝及后生成岩作用改善圈闭靠压实构造及上倾方向的岩性遮挡。

杨俊杰. 鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律「M .北京石油工业出版社,2002 李克勤. 鄂尔多斯盆地大地构造对油气的控制作用 中国含油

气盆地构造学. 北京石油工业出版社, 2002

油气分布特征

鄂尔多斯盆中生界石油分布规律

鄂尔多斯盆地石油分布在中生界, 发育三叠系、侏罗系两套含油层系, 已开发的油田分布在盆地的中南部。鄂尔多斯盆地在晚三叠世早期开始下坳, 进入了湖盆发育阶段, 为一套湖泊三角洲碎屑岩沉积, 形成三叠系上统延长组含油层系。晚三叠世末印支运动使盆地抬升, 形成侵蚀古地貌, 侏罗纪白垩纪时期, 由河流相－湖沼相－河流相沉积旋回充填, 形成侏罗系下统延安组含油层系。

三叠系延长组沉积时, 湖盆的东北、东南、西南及西北都有较大的河流注入, 主河流注入区形成了规模较大的三角洲复合体, 成为湖盆中心生成的烃类运移聚集的场所, 目前已发现的三角洲油藏聚集在两类砂体中, 一类是三角洲前缘河口砂坝, 形成的油藏规模较大; 另一类是三角洲平原分流河道砂体, 形成的油藏规模较小。三角洲沉积发育

完整的生储盖组合, 半深湖相生油岩三角洲前缘砂体和三角洲平原分流河道砂体形成良好储层－浅湖相砂泥岩和煤系地层形成的良好盖层。盆地北东向和南北向的三角洲沉积体油气富集程度高, 这两类走 向的三角洲东侧(即油藏上倾方向) 沉积以暗色泥岩夹薄层粉砂岩为主, 当区域构造东抬之后, 它们成为区域遮挡, 形成岩性圈闭油藏。

印支运动结束了延长组内陆湖盆古地理环境, 并将延长组顶面侵蚀改造, 横贯盆地东西的一级甘陕古河谷和近于南北走向的宁陕、庆西、蒙陕二级古河谷将盆地南部地区分割为四个油气富集区:姬塬、演武、子午岭和靖边古高地, 这种古地貌控制了侏罗系早期沉积, 是形成侏罗系古地貌油藏的基础。延安组河流相砂体是形成古地貌油气藏的主要储集体, 延安组早期沉积主要集中在一、二级古河床中, 中后期河谷变浅, 沉积范围扩大到古高地斜坡残丘区, 由早期的垂向加积沉积变为后期的侧向沉积, 在残丘区形成分选良好的储集砂体。深切延长组的古河谷是油气向上运移的主要通道, 延安组的油源来自三叠系延长组, 延安组在一、二级古河谷中的沉积直接与延长组呈不整合接触, 延长组的油源沿延安组河床砂体先垂向运移后转为侧向运移至近岸古残丘、滨岸砂体之中, 到了岩性变化带, 聚集形成油气藏, 受古地貌控制的差异压实构造是油气长期运移的指向, 差异压实作用形成的砂层顶面起伏, 形成圈闭。因此, 古地形高部位是油气早期运移的指向, 紧邻侵蚀面上覆地层的砂岩顶面起伏促使油气进一步富集, 这是古地貌岩性油藏形成的特有地质条件。

鄂尔多斯盆地古生界天然气分布规律

鄂尔多斯盆地的天然气集中分布在古生界, 古生界奥陶系为浅海台地碳酸盐岩沉积体系, 石碳二叠纪系滨海平原碎屑岩和煤系沉积体系, 该盆地古生界天然气成藏分为上、下两套含气层系。古生界为石碳二叠系气藏, 分布在盆地的北部, 为受北部物源控制的三角洲砂岩气藏, 目前已投入开发的米脂、榆林、乌审旗、苏里格气田均为三角洲砂岩气藏。下古生界气藏主要分布在奥陶系古风化壳中, 已投入开发的靖边气田是我国陆上第一大气田。鄂尔多斯盆地下古生界天然气储集在奥陶系顶部风化壳古潜台岩溶中, 烃源岩为下古生界海相碳酸盐岩和上古生界海陆过渡相煤系, 前者为腐泥型裂解气, 后者为腐殖煤型气, 二者气混源比为3:7。下古生界奥陶系的生烃中心位于榆林、靖边、 延安一带, 烃源岩为白云岩和石灰岩; 上古生界石炭二叠系的生烃中心位于榆林、靖边、富县一带, 烃源岩为泥岩和煤系; 下古生界生气中心与上古生界生气中心在盆地内的叠合面积达7500km 2。古潜台与古潜沟有机配套形成的隐蔽圈闭是下古生界天然气最有利的储集场所。加里东运动结束了鄂尔多斯盆地海相沉积环境, 地壳整体抬升, 奥陶系顶面接受130Ma 的风化剥蚀, 形成了准平原化的碳酸盐岩古喀斯特岩溶地貌, 它既有宽阔的潜台正向地貌单元, 又有近等间距分布的潜沟负向地貌单元, 在石炭系泥岩的封盖和奥陶系盐膏层的侧向遮挡下, 古潜台正向地貌单元成为捕集天然气的理想隐蔽圈闭; 此外, 燕山运动中期, 石炭二叠系的煤系和奥陶系的烃源岩达到生排烃的高峰期, 古潜台正向地貌单元处于流体的低势区, 生成的天然气充注到奥陶系顶部的溶蚀孔隙和裂缝发育的风化壳岩溶中。储层以海相碳酸盐岩为基础, 潮

坪相白云岩为骨架, 溶孔为连通体, 微裂缝发育的孔隙层状网络结构。靖边气田是典型的下古生界奥陶系海相碳酸盐岩风化壳古潜台岩溶大气田, 该大气田为古凹今坡, 具有全方位聚气的有利部位。加里东运动晚期至海西运动期在靖边－横山－杏河奥陶系顶部形成长达350km 的古潜台, 古潜台东侧, 分布着大体等间距呈近南北向展布的古潜沟, 古潜沟切穿储层、泥岩层, 沟通东部上翘方向的区域遮挡, 近南北向展布靖边气田是在这样的背景下形成的。研究表明, 从寒武系侏罗系该地区处于低部位, 南北分别为古生界生烃中心, 早白垩世的区域构造运动, 该区东部抬升西部下降, 处于向西倾的斜坡部位, 使早期的油气从东向西、从南北向中部的中央古隆起斜坡部位运聚, 晚期油气则从西向东, 沿着奥陶系顶部风化壳淋滤渗流带向东大规模运移, 并聚集成藏。一方面奥陶系的天然气沿压力梯度减小的方向运移到奥陶系顶部风化壳, 另一方面上古生界的天然气沿沟槽两侧向奥陶系储层中运移, 并富集在低势区的奥陶系古潜山的高部位, 早白垩世后, 盆地东部抬升, 形成现今的构造格局。

鄂尔多斯盆地石碳、二叠纪是重要的成煤期, 盆地中广泛分布海陆过渡相煤系地层。目前该盆地发现的上古生界气田(苏里格、榆林、乌审旗、榆林南、镇北台、神木等气田 , 与石碳二叠系的煤系地层密切相关, 受沉积中心和热演化中心控制, 在盆地西部、中部和东部的乌达、靖边和桌子山形成3生烃中心, 已发现的上古生界气藏分布在生烃中心周边, 石碳二叠系在中北部发育4南北向展布三角洲沉积体系控制了上古生界气田的分布。石碳二叠系煤系地层是主要烃源岩, 在

晚侏罗世早白垩世时期, 石碳二叠系煤系地层达到生烃高峰, 上古生界的储层改造和盖层封闭能力有机结合形成了上古生界气藏。目前鄂尔多斯盆地发现的上古生界天然气田分布在石碳系的本溪组、太原组和二叠系的山西组、下石盒子组中。本溪组和太原组为陆表海沉积, 在中东部的三角洲前缘砂体及潮道砂体已发现工业气藏。山西组沉积时期, 中北部发育4个南北向展布的河流三角洲沉积体系, 中南部发育滨浅湖沉积, 三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道及河口坝砂体是有利储层, 储层物性及含气性均较好。下石盒子组沉积时期北部物源区抬升强烈, 四个继承性的冲积扇辫状河三角洲沉积砂体向湖盆进积更远, 辫状河心滩及三角洲平原分流河道砂体是有利储层。

储层类型

鄂尔多斯盆地储层类似于阿尔伯达盆地为低孔低渗致密砂岩, 但它们在砂体发育和物性特征等方面仍存在一定差异, 表现为储层物性差、非均质性强、展布方向与构造走向一致且上倾方向为物性较差的致密层, 不具备深盆气藏储层向上倾方向物性变好的条件。鄂尔多斯盆地上古生界的储层主要位于山2段－盒8段, 为河流－三角洲沉积, 砂体规模较小, 主要为河道叠置的砂体, 呈带状或透镜状, 周围被物性较差的致密层包围, 砂体连通性差。然而, 阿尔伯达盆地深盆气藏的储层主要为滨岸砂坝沉积, 砂体规模较大, 横向连通性好, 纵

向发育多套楔入生烃凹陷的席状砂体, 储层连通性明显好于鄂尔多斯盆地。阿尔伯达盆地砂体展布方向与区域构造走向相反, 储层上倾方向为水力封堵, 形成“下气上水”的深盆气藏。相比之下, 鄂尔多斯盆地上古生界砂体展布方向与盆地区域构造走向一致, 储层上倾方向为物性较差的致密层, 无法产生瓶颈效应, 不具备形成水力封堵的条件。鄂尔多斯盆地上古生界山1段－盒8段储集体的孔隙度为 4%~8% , 渗透率为0.1x10-3～2x10-3μm, 较阿尔伯达盆地的孔渗性普遍偏低, 致使需要气驱水的动力更大, 并且储层沿上倾方向物性变化不大, 整体为低孔低渗, 不具有阿尔伯达盆地储层沿上倾方向孔渗性逐渐变好的条件, 不易于在储层上倾方向形成圈闭。

鄂尔多斯盆地优质储层特征

211 储层沉积及展布特征

鄂尔多斯盆地发育了多套油气储层, 整体呈上油下气的分布特征。目前发现的天然气主要分布在二叠系的山西组和下石盒子组, 以辫状河三角洲和辫状河沉积为主, 发育了辫状河河道、辫状河三角洲分流河道等砂体类型; 石油主要分布在三叠系的延长组和侏罗系的延安组, 延长组为湖泊三角洲沉积, 延安组为曲流河沉积, 发育了三角洲分流河道、河口坝、湖泊滩坝、曲流河点坝等砂体类型。整体而言, 鄂尔多斯盆地地势平缓, 形成大型沉积体系, 砂体分布面积大、连片性好。如根据孙粉锦等人研究, 下石盒子组时期形成了多个由北向南分布的巨型砂带沉积, 单个砂带规模东西向可达十几公里, 南北向可达上

百公里, 厚度可达几十米。从油气储量来看, 山西组、石盒子组和延长组储层占绝大部分, 相应地从下至上形成了3种主要储层砂体类型: (1)山西组辫状河三角洲前缘分流河道砂体, 为中细粒石英砂岩沉积, 形成了千亿立方米储量以上的大型气田, 包括榆林气田和子洲气田等;(2)石盒子组辫状河高能水道砂体, 为粗粒岩屑石英砂岩沉积, 形成了大面积分布的岩性气藏, 储量规模达数千亿立方米以上, 包括苏里格气田、乌审旗气田、米脂气田等;(3)延长组三角洲分流河道砂体, 为细粒长石岩屑砂岩沉积, 是鄂尔多斯盆地最主要的产油储层, 形成了安塞油田、绥靖油田等一系列大中型油田。