李濰蓮，劉 震，張宏光，紀(jì)文明，雷 婷

（1．中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；

2．中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

0 引 言

傳統(tǒng)認(rèn)為鄂爾多斯盆地內(nèi)部斷裂不發(fā)育，但近年來有很多研究者發(fā)現(xiàn)盆地內(nèi)部斷裂存在的大量證據(jù)。在重、磁、電等地球物理資料中，可清晰地發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地內(nèi)部發(fā)育規(guī)模巨大的基底斷裂，基底斷裂中、新生代“隱性”活動(dòng)對(duì)古生界天然氣和中生界石油的富集成藏甚至地表元素地球化學(xué)場(chǎng)的分布特征都有明顯的控制作用［1－11］?；讛嗔鸭昂笃跇?gòu)造活動(dòng)衍生的一系列剪切變形所產(chǎn)生的儲(chǔ)集層物性斷裂對(duì)油氣的控制不容忽視［12］。野外地質(zhì)調(diào)查和鉆井巖芯觀察中，發(fā)現(xiàn)盆地中部古生界、中生界地層均發(fā)育大量的高角度雁行狀、“X”共軛狀節(jié)理及局部斷裂，巖芯可見許多清晰的斷層擦痕和階步［1，12－16］。但是，鄂 爾 多 斯 盆 地 內(nèi) 部 沉 積 蓋 層 中 的斷層斷距小，在常規(guī)二維地震剖面上難以識(shí)別，因此往往難以刻畫斷層的分布。

航磁與地?zé)岙惓５荣Y料反映鄂爾多斯盆地塔巴廟附近存在北東向基底斷裂帶，其北端伊金霍洛旗附近存在近東西向基底斷裂［1］；巖芯中受構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的高角度破裂縫較發(fā)育［15－18］。但前人并未在該區(qū)域進(jìn)行斷層的識(shí)別，斷層對(duì)天然氣成藏和分布的控制也尚未研究。筆者利用塔巴廟地區(qū)2 000km2高精度三維地震資料，進(jìn)行斷層的精細(xì)解釋及山西組、太原組煤系地層均方根振幅地震屬性的提取，分析斷層的分布、成因及形成期，結(jié)合塔巴廟地區(qū)地質(zhì)特征和油氣勘探成果，對(duì)斷層在天然氣輸導(dǎo)、富集成藏中的重要作用進(jìn)行了探討，建立了塔巴廟氣田天然氣成藏模式。

1 研究區(qū)概況

塔巴廟地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北東部，北鄰伊盟北部隆起，東鄰晉西撓曲帶（圖1）。區(qū)域構(gòu)造為一平緩的西傾單斜，地層傾角小于1°，局部構(gòu)造不發(fā)育，上古生界主要發(fā)育巖性氣藏。上古生界自石炭系太原組向上到二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組—石千峰組為一個(gè)完整的成藏組合。氣源巖主要為太原組、山西組的煤及暗色泥巖；主要儲(chǔ)集層為下石盒子組辮狀河砂體、山西組三角洲平原分流河道砂體、太原組局限海岸環(huán)境的障壁砂壩，儲(chǔ)層總體具備低孔、低滲的特征；區(qū)域蓋層為上石盒子組—石千峰組河漫湖相泥質(zhì)巖，泥巖厚度200～300m。

圖1 鄂爾多斯盆地塔巴廟地區(qū)位置Fig．1 Location of Tabamiao Area in Ordos Basin

2 斷裂特征及成因

2．1 斷層剖面反射特征

從高精度三維地震剖面可觀察到同相軸的扭曲現(xiàn)象，太原組、山西組煤層產(chǎn)生的地震強(qiáng)反射同相軸T9b、T9c反射層扭曲更明顯，斷點(diǎn)較清晰，多為高角度的小斷距逆斷層，斷距為20～60m（10～30ms），以斷開奧陶系風(fēng)化殼和太原組、山西組煤層等地震反射層波組為主，上覆反射層亦可見明顯斷點(diǎn)，多斷穿侏羅系延安組地層（圖2、3）。其中，T9f、T9d、T9c、T9b為反射層編號(hào)。

圖2 Crossline700測(cè)線地震解釋剖面Fig．2 Seismic Interpretation Section of Crossline700

圖3 Crossline950測(cè)線地震解釋剖面Fig．3 Seismic Interpretation Section of Crossline950

2．2 斷層地震屬性特征

在塔巴廟地區(qū)疊后時(shí)間偏移純波數(shù)據(jù)的山西組、太原組煤系地層均方根振幅地震屬性平面圖上，可觀察到煤層發(fā)育的強(qiáng)反射區(qū)內(nèi)存在清晰的、極細(xì)的線狀弱反射帶，西南區(qū)域主要呈北東—南西向，北部呈近東西向（圖4），這些線狀異常無法用沉積現(xiàn)象解釋，推測(cè)這些異常與斷裂有關(guān)。

2．3 斷層平面分布特征

在塔巴廟地區(qū)三維地震剖面分析解釋的基礎(chǔ)上，仔細(xì)追蹤各剖面的斷層，對(duì)比各個(gè)斷裂帶的斷距、形態(tài)等特征，結(jié)合區(qū)域應(yīng)力背景，進(jìn)行了斷點(diǎn)平面組合。塔巴廟地區(qū)西南區(qū)域主要發(fā)育4條北東向斷層，并伴有幾條次級(jí)斷層，而在北部和東北部區(qū)域則發(fā)育3條近東西向斷層（圖5）。其中F1～F5這5條斷層與煤系地層均方根振幅地震屬性平面圖所顯示的線狀異常吻合性較好（圖4）。有的斷層未顯示明顯的地震屬性異常，主要是因?yàn)樵诿簩影l(fā)生變化以及反射變?nèi)酢⒆冸s亂的區(qū)域，斷層的弱反射被混淆，地震屬性特征變得模糊。

2．4 斷層成因及形成期

塔巴廟地區(qū)的斷層主要是基底斷裂在燕山運(yùn)動(dòng)中、晚期重新活動(dòng)造成上覆沉積蓋層撕裂形成的。鄂爾多斯盆地早古生代—中三疊世為克拉通拗陷盆地，晚三疊世—白堊紀(jì)為扭動(dòng)型的大型內(nèi)陸拗陷盆地，新生代為扭張型周緣斷陷盆地［19］。燕山期構(gòu)造應(yīng)力活躍，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用在鄂爾多斯剛性地塊上，除地塊周緣構(gòu)造變形強(qiáng)烈外，地塊內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)整體性強(qiáng)（以旋轉(zhuǎn)與扭動(dòng)作用為主）、構(gòu)造活動(dòng)分異小（基底和蓋層構(gòu)造變形微弱）。在旋轉(zhuǎn)與扭動(dòng)作用過程中，剛性強(qiáng)度不同的塊體之間產(chǎn)生扭裂和走滑，使基底斷裂重新活動(dòng)，但并沒有造成規(guī)模較大的斷層落差以及蓋層顯著變形，有人稱之為“隱性”活動(dòng)［1－2］。從而在盆地內(nèi)部造成了上古生界沿著風(fēng)化殼和太原組、山西組煤系地層的滑動(dòng)縮短，導(dǎo)致斷開T9b、T9c、T9d反射層的幾組逆沖斷裂和局部構(gòu)造變形。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期間，盆地周緣受擠壓和拉張，對(duì)盆地內(nèi)部構(gòu)造有一定改造作用，并使斷裂構(gòu)造最終定型［20］。鄂爾多斯盆地在晚侏羅世—早白堊世出現(xiàn)的異常高地溫亦與北東向基底斷裂活動(dòng)密切相關(guān)［1］。

圖4 T9c反射層均方根振幅地震屬性及斷層分布Fig．4 Root Mean Square Amplitude Seismic Attributes and Fault Distribution of Reflecting Layer T9c

3 斷層對(duì)天然氣富集成藏的控制

在大面積“低孔、低滲、低豐度、低產(chǎn)”的背景下，尋找高產(chǎn)層系及富集區(qū)是鄂爾多斯盆地上古生界天然氣勘探亟待解決的關(guān)鍵問題。塔巴廟地區(qū)二疊系下石盒子組盒1段砂體厚度最大，橫向分布穩(wěn)定，且與下伏源巖緊密接觸，含氣顯示普遍，在勘探前期一直被視為重點(diǎn)層位，但一直未取得好的勘探成果；盒1段上部的盒2段與盒3段砂體厚度最小、分布最不穩(wěn)定，曾被視為最差的氣層，卻取得了天然氣勘探的重大突破，成為該區(qū)的主力氣藏，目前已提交探明儲(chǔ)量為586．00×108m3。統(tǒng)計(jì)表明，塔巴廟地區(qū)88．24%的高產(chǎn)層分布于下石盒子組盒2＋3段，其次為山西組山1段和太原組太2段，下石盒子組盒1段高產(chǎn)層則最少［21］。研究表明，斷層對(duì)塔巴廟地區(qū)上古生界天然氣高產(chǎn)層的分布有重要控制作用。

圖5 下石盒子組盒3段砂體、斷裂與天然氣富集區(qū)分布關(guān)系Fig．5 Relationship Among Sandstone Bodies，F(xiàn)aults and Gas Accumulation Areas in He3Member of Lower Shihezi Formation

3．1 溝通氣源和圈閉

塔巴廟地區(qū)氣源巖主要為太原組、山西組的煤及暗色泥巖，其高產(chǎn)層段下石盒子組盒3段、盒2段辮狀河砂體與源巖的距離為100～250m，烴源巖和儲(chǔ)集層沒有直接接觸，其間發(fā)育太原組、山西組、下石盒子組泥巖隔層。斷層溝通了烴源巖和盒2段、盒3段的巖性圈閉，且斷裂形成期與烴源巖生排烴期在時(shí)間上有效匹配；斷層形成期主要是在燕山運(yùn)動(dòng)中、晚期，太原組、山西組煤系烴源巖的生排烴高峰期為中侏羅世至早白堊世末期［22］，從而使斷層成為天然氣垂向運(yùn)移至盒2段、盒3段巖性圈閉的優(yōu)勢(shì)通道。

3．2 匯流及改善儲(chǔ)層物性

對(duì)于鄂爾多斯盆地上古生界巖性氣藏，天然氣多以近源成藏為主，油氣一般通過初次運(yùn)移或短距離二次運(yùn)移可直接成藏，即使沒有斷層存在也可以成藏，但斷層的存在卻對(duì)油氣富集起到了垂向匯流的作用，易形成高產(chǎn)氣藏。塔巴廟地區(qū)下石盒子組盒1段砂體雖然與下伏源巖緊密接觸，氣源充足，易于成藏，但由于盒1段辮狀河道砂體非常發(fā)育，造成其上泥巖較薄，砂體成藏后其氣藏頂部的蓋層易被斷層破壞，天然氣再次向上運(yùn)移，導(dǎo)致氣藏氣量和能量損失，從而使得盒1段含氣顯示普遍，但氣藏產(chǎn)能低。對(duì)于盒2段、盒3段氣藏，一方面，斷層溝通了烴源巖和圈閉，另一方面，斷層降低了太原組、山西組、盒1段局部蓋層的有效性，促使下伏天然氣沿?cái)嗔淹ǖ老蚝?段、盒3段匯流富集；同時(shí)盒2段、盒3段上覆大面積穩(wěn)定分布的上石盒子組—石千峰組區(qū)域泥巖蓋層厚度大且發(fā)育超壓，高角度小斷距斷層不影響其連續(xù)性和封閉能力，因此天然氣沿?cái)鄬哟瓜騾R流運(yùn)移至盒3段頂界即被封蓋，從而形成了塔巴廟地區(qū)盒2段、盒3段的主力高產(chǎn)層段和富集區(qū)。

斷層可為其附近的儲(chǔ)層增孔作出貢獻(xiàn)。斷層及其派生的密集裂縫系統(tǒng)既是天然氣垂向運(yùn)移的重要通道，同時(shí)也為有機(jī)酸的運(yùn)移溶蝕提供了通道，有效改善了鄰近低滲砂體儲(chǔ)層的孔滲性能，從而控制了天然氣富集高產(chǎn)的“甜點(diǎn)”區(qū)帶的分布。

由塔巴廟地區(qū)盒3段砂體、斷裂與天然氣富集區(qū)分布關(guān)系可以看出，斷裂和大面積相對(duì)高孔滲砂體的疊合區(qū)域是天然氣富集區(qū)。高產(chǎn)氣井分布不僅僅受控于有利的儲(chǔ)集相，還受控于斷層，高產(chǎn)氣井多位于斷層發(fā)育區(qū)。如塔巴廟地區(qū)西南區(qū)域?yàn)楦弋a(chǎn)井集中 分 布 的 區(qū) 域 （如 D1－1、D1－4、DK13、DK27、DK34等井區(qū)），同時(shí)北東向的斷裂很發(fā)育，而中部和東部也發(fā)育厚層的辮狀主河道砂體，但斷層不發(fā)育，高產(chǎn)氣流井少（圖5）。另外，塔巴廟地區(qū)北部和東北部發(fā)育的近東西向斷層附近也分布一些高產(chǎn)井，如D28井的盒2段、D57井的盒3段及太2段、D47井區(qū)及D35井區(qū)的太2段、D70井區(qū)的太1段。

4 成藏模式

結(jié)合區(qū)域沉積、構(gòu)造特征以及前人的研究成果［15－18，21－34］，建立塔 巴 廟 地 區(qū) 層 狀 復(fù) 式 天 然 氣 成 藏模式（圖6）。

圖6 天然氣成藏模式Fig．6 Accumulation Model of Gas

4．1 太原組—山西組自生自儲(chǔ)源內(nèi)成藏模式

太原組、山西組煤系烴源巖生成的天然氣就近、擇優(yōu)充注到與其緊密接觸的太原組局限海岸環(huán)境的障壁砂壩砂體和山西組三角洲平原分流河道砂體中，在其物性好的部位富集成藏，直接蓋層和側(cè)向的遮擋層為太原組、山西組自身發(fā)育的泥巖。由于源儲(chǔ)之間的空間距離近、氣源充足、排烴壓力大，只需經(jīng)過初次運(yùn)移就可聚集成藏。氣層的分布主要受沉積相帶的控制，與斷裂關(guān)系不大。

4．2 下石盒子組下生上儲(chǔ)源上成藏模式

下石盒子組盒2段、盒3段砂體與源巖距離100～250m，而且下石盒子組辮狀河道砂巖沉積從下到上由盒1段至盒3段砂巖逐漸減少，泥巖增加，砂層的疊置程度變低，因此只在盒1段、盒2段、盒3段3期砂體疊置連通性較好的局部區(qū)域才有天然氣靠疊置砂體運(yùn)移到達(dá)盒2段、盒3段儲(chǔ)層中，更重要的是通過斷層優(yōu)勢(shì)通道的垂向輸導(dǎo)進(jìn)行。上覆區(qū)域蓋層使天然氣沿?cái)鄬哟瓜騾R流運(yùn)移至盒3段頂界即被封蓋，形成了盒2段、盒3段的高產(chǎn)氣藏。斷裂和相對(duì)高孔滲砂體的疊合區(qū)域是天然氣的有利富集區(qū)。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過高精度三維地震資料的精細(xì)解釋及山西組、太原組煤系地層均方根振幅地震屬性分析，在塔巴廟地區(qū)西南區(qū)域識(shí)別出4條北東向斷層，北部和東北部區(qū)域識(shí)別出3條近東西向斷層。斷層多為高角度的小斷距斷層，斷距20～60m。這些斷層是基底斷裂在燕山運(yùn)動(dòng)中、晚期重新活動(dòng)造成上覆沉積蓋層撕裂形成的。

（2）斷層溝通了太原組、山西組煤系烴源巖和下石盒子組盒2段、盒3段巖性圈閉，而且斷層活動(dòng)期與烴源巖生排烴高峰期良好匹配，既促使下伏天然氣向盒2段、盒3段垂向匯流運(yùn)移，同時(shí)又為有機(jī)酸的運(yùn)移溶蝕提供通道，有效改善了鄰近低滲砂體儲(chǔ)層的孔滲性能，控制了塔巴廟地區(qū)盒2段、盒3段天然氣運(yùn)聚成藏和富集高產(chǎn)。

（3）塔巴廟地區(qū)太原組—山西組自生自儲(chǔ)源內(nèi)成藏模式強(qiáng)調(diào)其高產(chǎn)氣層分布主要受有利儲(chǔ)集相帶控制；而下石盒子組下生上儲(chǔ)源上成藏模式認(rèn)為在尋找盒2段、盒3段勘探靶區(qū)時(shí)不應(yīng)僅重視砂體儲(chǔ)層特征研究，還應(yīng)重視斷裂匯流通道，因?yàn)閿嗔押拖鄬?duì)高孔滲砂體的疊合區(qū)域是天然氣的有利富集區(qū)。

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