徐旺林，李建忠，劉新社，李寧熙，張才利，張?jiān)虑?，付玲，白瑩，黃正良，高建榮，孫遠(yuǎn)實(shí)，宋微

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安 710018）

0 引言

鄂爾多斯盆地是中國(guó)最大的天然氣產(chǎn)區(qū)。自1986年靖邊氣田發(fā)現(xiàn)以來(lái)，前人在奧陶系天然氣勘探方面做了很多研究工作[1-8]。近年來(lái)勘探領(lǐng)域持續(xù)拓展，一方面是靖邊氣田周邊奧陶系馬家溝組五段1+2亞段（簡(jiǎn)稱(chēng)“馬五1+2亞段”）風(fēng)化殼氣藏的分布范圍持續(xù)擴(kuò)大[5-6]，另一方面是垂向勘探層系得到拓展。除了風(fēng)化殼氣藏外，在奧陶系馬五5—10亞段也發(fā)現(xiàn)多個(gè)高產(chǎn)富集區(qū)和有利含氣區(qū)[7]，形成下古生界碳酸鹽巖萬(wàn)億立方米大氣區(qū)[8]，這些成果表明奧陶系勘探領(lǐng)域具備持續(xù)拓展?jié)摿ΑＧ叭说难芯抗ぷ髦饕性隈R五段的第1—4亞段（上組合）和第5—10亞段（中組合），對(duì)馬一段—馬四段（下組合）的生烴和成藏研究鮮有系統(tǒng)報(bào)道。近年來(lái)，鉆探到下組合的探井中，有11口井見(jiàn)到低產(chǎn)氣流，其中TA119井在馬四段測(cè)試日產(chǎn)氣2.16×104m3。下組合雖有發(fā)現(xiàn)但是沒(méi)有形成規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)，通過(guò)仔細(xì)梳理，認(rèn)為主要存在以下幾方面問(wèn)題：①奧陶系下組合究竟是否具備生烴潛力，下組合天然氣雖遠(yuǎn)離上古生界，是否主要來(lái)自?shī)W陶系海相烴源巖；若奧陶系能夠生烴，是否有足夠規(guī)模形成商業(yè)可開(kāi)采氣藏，而且主力烴源巖的分布位置也需要明確。②奧陶系下組合碳酸鹽巖-膏鹽巖地層巖石比較致密，是否存在良好的鹽相關(guān)儲(chǔ)集層，哪種儲(chǔ)集層類(lèi)型能成為主力目的層，如何尋找高產(chǎn)富集區(qū)等。③奧陶系埋藏深，巖相變化復(fù)雜，加之晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，天然氣成藏機(jī)理和模式還不清楚。

在針對(duì)上述問(wèn)題分析中，筆者還注意到下組合與上、中組合有相似的膏鹽巖-碳酸鹽巖互層共生特征。上、中組合已經(jīng)獲得突破，預(yù)示著下組合有較大勘探潛力。眾所周知，大型油氣田的形成與大面積膏鹽巖密切相關(guān)[9-11]。鄂爾多斯盆地奧陶系膏鹽巖與碳酸鹽巖呈韻律互層發(fā)育，蘊(yùn)藏了豐富的天然氣資源，膏鹽巖對(duì)天然氣成藏具有控制和促進(jìn)作用。除卻封蓋作用，膏鹽巖亦可促進(jìn)烴源巖與儲(chǔ)集層的演化[12-13]。受氣候和生物因素控制的蒸發(fā)潮坪和潟湖環(huán)境，可形成碳酸鹽巖、膏鹽巖和以藍(lán)藻藻席為主的有機(jī)質(zhì)互層結(jié)構(gòu)，具有一定生烴潛力[14]。膏鹽巖還有利于白云巖化作用，形成良好儲(chǔ)集空間。前人多研究中、上組合膏鹽巖相關(guān)的成藏，對(duì)于下組合鹽相關(guān)成藏尚未引起關(guān)注。

為深入研究下組合天然氣成藏關(guān)鍵要素，本文利用鉆井巖心、測(cè)井、地震等資料開(kāi)展烴源巖、儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)和成藏分析工作，評(píng)價(jià)有利區(qū)帶，并對(duì)咸化局限陸表海環(huán)境的古老碳酸鹽巖成藏規(guī)律進(jìn)行探索。

1 地質(zhì)背景與氣藏特征

鄂爾多斯盆地深層古構(gòu)造格局控制碳酸鹽巖沉積演化。寒武紀(jì)末期構(gòu)造格局呈近南北向展布[15-16]，受伊盟古隆起控制，烏審旗—靖邊地區(qū)為隆起區(qū)，周邊逐漸向廣海傾伏。懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)末期在臺(tái)地周邊沉積了下奧陶統(tǒng)冶里組—亮甲山組。期間由于秦祁洋殼的俯沖，中央古隆起開(kāi)始隆升，與伊盟古陸、呂梁低隆共同控制了米脂—子洲洼地，形成大型局限臺(tái)內(nèi)坳陷。其在干旱蒸發(fā)條件下形成環(huán)帶狀分布的膏鹽巖、膏云巖、泥質(zhì)白云巖等巖相序列，環(huán)帶周邊潮坪環(huán)境下形成低能帶泥質(zhì)巖沉積（見(jiàn)圖1）。

馬家溝組沉積期由于構(gòu)造幕式升降作用使得坳陷中央水體周期升降，發(fā)育陸表海相碳酸鹽巖與局限海相膏鹽巖韻律沉積。總體來(lái)說(shuō)馬一段、馬三段、馬五段以膏云巖、膏鹽巖和鹽巖為主；馬二段、馬四段和馬六段以白云巖和石灰?guī)r為主。馬六段在盆地中—東部大部分地區(qū)缺失。馬五段受短期海侵、海退控制，發(fā)育10個(gè)韻律亞段。依據(jù)勘探程度和垂向地層關(guān)系，前人[7]將奧陶系劃分為上、中、下組合（見(jiàn)圖2）。上組合為馬五1—4亞段，主要是風(fēng)化殼氣藏。中組合為馬五6—10亞段，是近年勘探取得突破的組合。下組合為馬一段—馬四段，是本文研究的對(duì)象，也是當(dāng)前重點(diǎn)勘探目的層系。

圖2 鄂爾多斯盆地奧陶系綜合柱狀圖

鄂爾多斯盆地奧陶系下組合主要產(chǎn)氣層段是馬四段和馬三段，具有氣層薄、儲(chǔ)集層致密、干氣為主等特征。有 8口井在馬四段鉆遇低產(chǎn)氣流，分布在烏審旗—靖邊次級(jí)隆起帶和神木—子洲鹽隆帶，主要產(chǎn)氣層位為馬四2亞段；有3口井在馬三段鉆遇低產(chǎn)氣流，分布在烏審旗次級(jí)古隆起部位，主要產(chǎn)氣層位為馬三2亞段。此外，LT2井在馬三段測(cè)試獲得日產(chǎn)5.6×104m3的二氧化碳?xì)?。總體上下組合氣層比較薄，測(cè)井解釋單層有效厚度為 0.8～3.0 m。氣藏儲(chǔ)集層以白云巖為主，橫向分布穩(wěn)定，連井對(duì)比推測(cè)氣層延伸范圍可達(dá)20 000 m以上，向東部上傾方向相變?yōu)榛規(guī)r或者膏鹽巖，形成側(cè)向遮擋。氣層儲(chǔ)集層物性較好，測(cè)井計(jì)算孔隙度為1.72%～7.59%。含氣條件較好，測(cè)井解釋含氣飽和度為26.80%～75.32%。鄂爾多斯盆地下組合天然氣組分特征如表1所示，總體以烴類(lèi)氣體為主，含量為82.284%～99.474%。甲烷含量高，為82.241%～97.861%，干燥系數(shù)為0.935～0.999，屬于高熱演化干氣。非烴類(lèi)氣體主要是CO2和N2。近期學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)鹽下H2S氣體含量比較高[17]，這與奧陶系上組合風(fēng)化殼的天然氣組分特征不同。

2 天然氣成藏條件

2.1 氣源對(duì)比及烴源巖條件

2.1.1 氣源對(duì)比

關(guān)于鄂爾多斯盆地奧陶系下組合天然氣源，本文借鑒前人研究工作[17-22]，對(duì)下組合開(kāi)展研究，結(jié)果顯示其天然氣主要來(lái)自海相烴源巖。主要有天然氣同位素組成、天然氣組分、硫磺晶體及硫化氫以及烴類(lèi)包裹體等4個(gè)方面的依據(jù)。

①天然氣同位素組成顯示為油型氣特征。鹽下深層天然氣普遍表現(xiàn)出甲烷同位素組成偏輕的特征（見(jiàn)表1）。從最近測(cè)試天然氣資料來(lái)看，甲烷碳同位素組成為-45.09‰～-37.29‰，而乙烷碳同位素組成出現(xiàn)偏重的現(xiàn)象。為解釋這一現(xiàn)象，采用了黃金管干酪根生烴熱模擬技術(shù)，先將兩件奧陶系海相烴源巖樣品在50 MPa恒壓下，用8 h從室溫升至250 ℃，然后分別采用快速（20 ℃/h）和慢速（2 ℃/h）升溫至600 ℃，并在設(shè)定的12個(gè)溫度點(diǎn)取樣分析。結(jié)果表明，海相泥頁(yè)巖生成的氣態(tài)烴，單體烴碳同位素組成隨著熱演化程度增高，出現(xiàn)明顯偏重的現(xiàn)象（見(jiàn)圖3），而且與甲烷碳同位素組成的變化相比，乙烷碳同位素組成明顯快速變重。表明烷烴氣體在演化過(guò)程中可能發(fā)生了硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)（TSR），而且乙烷在同位素分餾過(guò)程中，輕組分易裂解成甲烷，使得殘留乙烷同位素組成發(fā)生正漂移。

圖3 黃金管熱模擬甲烷、乙烷氣體碳同位素組成隨熱演化程度增高的變化過(guò)程

表1 奧陶系鹽下深層天然氣組分和同位素組成特征

②組分判識(shí)為原油裂解氣。將下組合天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)資料投在李劍等學(xué)者建立的腐泥型有機(jī)質(zhì)不同演化階段干酪根降解氣和原油裂解氣判識(shí)圖版上[18]（見(jiàn)圖4），絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)落在原油裂解氣區(qū)。

圖4 古生界天然氣組分比對(duì)數(shù)相關(guān)圖（圖版據(jù)文獻(xiàn)[18]）

③在馬四段巖心中發(fā)現(xiàn)硫磺晶體，表明下組合存在過(guò)烴類(lèi)流體與膏鹽巖相互作用過(guò)程。在方解石半充填的溶蝕孔洞中發(fā)育淡黃色硫磺晶體（見(jiàn)圖5a），在巖心裂縫中發(fā)育充填裂縫的片狀硫磺晶體。這些硫磺的存在表明烴類(lèi)流體與膏鹽發(fā)生過(guò)TSR反應(yīng)，其化學(xué)過(guò)程如下。

事實(shí)上在流體包裹體中也發(fā)現(xiàn)了H2S（見(jiàn)圖5b），而且下組合低產(chǎn)氣流井產(chǎn)出的天然氣硫化氫普遍較高，前人研究發(fā)現(xiàn)H2S含量主要為9.016%～23.230%，平均可達(dá)11.58%，并且對(duì)δ34S分析對(duì)比后認(rèn)為鹽下高硫化氫天然氣的硫同位素組成與硫酸鹽匹配度好[17]。下組合存在石灰?guī)r與膏鹽巖共生現(xiàn)象，并且經(jīng)歷了高過(guò)成熟的熱演化過(guò)程，而且出現(xiàn)乙烷碳同位素組成正漂移現(xiàn)象，證實(shí)下組合發(fā)生過(guò)TSR反應(yīng)。

④在盆地鹽下深部?jī)?chǔ)集層的次生白云石或者方解石礦物中發(fā)現(xiàn)大量含烴流體包裹體。這些包裹體形成的過(guò)程中發(fā)生了烴類(lèi)流體運(yùn)移，激光拉曼檢測(cè)證實(shí)包裹體中確實(shí)含有豐富的烴類(lèi)流體。如在SH473井中發(fā)現(xiàn)大量含烴包裹體（見(jiàn)圖5c、圖5d），激光拉曼檢測(cè)氣相為甲烷。

圖5 巖心與包裹體特征

上述幾方面資料顯示，天然氣甲烷同位素組成明顯偏輕，乙烷同位素組成偏重，天然氣組分判識(shí)結(jié)果是原油裂解氣，下組合的巖心中見(jiàn)到豐富的硫磺晶體，天然氣中發(fā)現(xiàn)硫化氫，而且硫化氫及烴類(lèi)包裹體廣泛發(fā)育，說(shuō)明奧陶系下組合天然氣主要來(lái)自海相烴源巖。

2.1.2 烴源巖條件

奧陶系下組合有兩套烴源巖。第1套為馬一段—馬三段烴源巖，主要環(huán)繞鹽坳分布，巖性為灰黑色條帶狀或者薄紋層狀泥質(zhì)巖（見(jiàn)圖6a—圖6b），其中灰黑色條帶狀泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，在測(cè)井曲線上具有高伽馬特征（見(jiàn)圖2）。第2套為馬四段烴源巖，主要分布在坳陷中央?yún)^(qū)，巖性為藻團(tuán)塊巖或者團(tuán)塊狀藻云巖（見(jiàn)圖6c），有機(jī)碳含量總體較高，鏡下可見(jiàn)黑色團(tuán)塊狀有機(jī)質(zhì)充填在孔洞中（見(jiàn)圖6d）。

圖6 奧陶系下組合烴源巖、儲(chǔ)集層特征

2.1.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

關(guān)于碳酸鹽巖有機(jī)碳含量下限，前人做了大量研究工作。王兆云提出TOC=0.3%為碳酸鹽巖氣源巖的評(píng)價(jià)下限[23]，秦建中提出高、過(guò)成熟海相碳酸鹽巖排烴下限TOC值約為0.08%，成熟海相富烴碳酸鹽巖排烴下限TOC值約為0.3%[24]。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)建立了鄂爾多斯盆地奧陶系泥質(zhì)巖含量和TOC值之間的線性關(guān)系[25]，認(rèn)為泥質(zhì)含量大于20%的巖性屬于烴源巖，與TOC值0.3%對(duì)應(yīng)。本文利用全取心井資料對(duì)盆地下組合做了XRD（X射線衍射）礦物含量分析，統(tǒng)計(jì)了泥質(zhì)巖含量與TOC關(guān)系，二者也呈線性關(guān)系。TOC=0.3%大致與泥質(zhì)含量 19%相對(duì)應(yīng)，因此采納TOC=0.3%為烴源巖下限標(biāo)準(zhǔn)。

常規(guī)方法分析的烴源巖TOC值總體偏低，其中藻紋層和藻團(tuán)塊顏色較深，TOC值相對(duì)較高。通過(guò)對(duì)馬一段—馬四段805塊樣品統(tǒng)計(jì)分析，TOC值為0.07%～3.24%，平均值為0.31%。樣品TOC值主要為0.1%～0.5%，約占總樣品數(shù)的89.1%，其中TOC值大于0.3%的樣品約占總樣品數(shù)的 28%。針對(duì)淺灰色碳酸鹽巖與灰黑色泥質(zhì)巖條帶互層的巖石，選取灰黑色泥質(zhì)條帶開(kāi)展分析（見(jiàn)圖6a），結(jié)果表明TOC隨條紋顏色變淺而降低。深黑色泥質(zhì)條紋TOC值最高可達(dá)0.7%，平均值為 0.45%；黑色、灰黑色含泥質(zhì)巖條紋的平均TOC值分別為0.32%和0.19，數(shù)量最多，占比達(dá)74.14%；TOC值大于 0.3%的深黑色與黑色烴源巖占比可達(dá)44.83%。深黑色與黑色泥質(zhì)巖條帶TOC值高者可達(dá)0.78%。藻紋層、藻團(tuán)塊TOC值較高，普遍大于0.5%，最高可達(dá)3.24%。

對(duì)用常規(guī)方法分析TOC值較低的下古生界烴源巖，要考慮在其高、過(guò)成熟演化中成烴后殘留有機(jī)碳較低和傳統(tǒng)TOC值分析方法中有機(jī)酸鹽流失兩方面原因。前人對(duì)有機(jī)酸鹽及其生烴特征做了大量基礎(chǔ)研究工作[26-34]，認(rèn)為碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積環(huán)境有利于藻類(lèi)有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)酸鹽，并且形成詳細(xì)的分析流程。有機(jī)酸鹽主要是沉積有機(jī)質(zhì)在成巖時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦衫腋^(guò)程中和干酪根生烴階段排出的有機(jī)酸與海相灰?guī)r中鈣、鎂等金屬離子反應(yīng)形成，其在低溫條件下保持穩(wěn)定，在高溫條件下具有強(qiáng)生烴能力，在高、過(guò)成熟階段具備大規(guī)模轉(zhuǎn)化生成氣態(tài)烴的潛力。

為探索盆地奧陶系下組合有機(jī)酸鹽對(duì)有機(jī)碳測(cè)定的影響，本文從應(yīng)用角度出發(fā)，采用前人分析方法[31-32,34]，選取下組合12塊樣品開(kāi)展有機(jī)酸鹽分析，并與傳統(tǒng)方法分析TOC值對(duì)比。結(jié)果表明用常規(guī)方法測(cè)的TOC值偏低，平均值為0.26%。開(kāi)展有機(jī)酸鹽分析后重新計(jì)算總TOC值，結(jié)果基本上都大于 0.3%，最高值為1.36%，平均值達(dá)0.58%，表明下組合膏鹽巖地層中賦存有機(jī)酸鹽，具備較好的生烴潛力（見(jiàn)圖7）。

圖7 烴源巖TOC分析對(duì)比圖

2.1.2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

選擇奧陶系下組合22塊源巖樣品進(jìn)行干酪根顯微組分鑒定及類(lèi)型劃分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些樣品中沒(méi)有檢測(cè)到殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，大部分組分為腐泥組中的無(wú)定形組分（見(jiàn)圖6e），占比超過(guò)96%，有少部分海相鏡質(zhì)體，屬Ⅰ型干酪根，表明下組合生烴母質(zhì)中沒(méi)有陸源有機(jī)質(zhì)混入，生烴條件較好。

2.1.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

對(duì)奧陶系下組合30塊烴源巖樣品進(jìn)行干酪根海相鏡質(zhì)體及瀝青反射率測(cè)試（見(jiàn)圖6f），利用前人校正公式[35]計(jì)算等效鏡質(zhì)體反射率，結(jié)果Ro值為 1.62%～2.16%，北部烏審旗附近Ro值略低，向南部富縣—黃陵一帶Ro值稍高，表明下組合烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到高—過(guò)成熟階段，處于大量成氣階段。

2.1.2.4 烴源巖分布特征

總體來(lái)說(shuō)奧陶系下組合烴源巖厚度較小，但是在環(huán)繞鹽洼周邊地區(qū)，不同程度發(fā)育較厚的泥質(zhì)巖帶，單層最厚可達(dá)22 m左右，烴源巖規(guī)模比較大。依據(jù)部分地震反演剖面和鉆井分析烴源巖資料相結(jié)合，編制下組合總的烴源巖分布圖（見(jiàn)圖8）。

圖8 馬家溝組下組合烴源巖厚度圖

奧陶系下組合烴源巖呈環(huán)帶狀圍繞膏鹽巖坳陷分布，主要發(fā)育在準(zhǔn)格爾旗—烏審旗—吳起—富縣—黃龍等地，在盆地中央的米脂—榆林—神木附近，發(fā)育有機(jī)質(zhì)豐度較高、厚度較大的碳酸鹽巖烴源巖。烴源巖厚度普遍為20～80 m，局部烴源巖較發(fā)育處最厚可達(dá)100 m。在環(huán)帶地區(qū)馬三段泥質(zhì)巖與膏鹽巖、白云巖、石灰?guī)r伴生，以測(cè)井響應(yīng)為高伽馬特征的白云質(zhì)泥巖或者泥質(zhì)白云巖為主（見(jiàn)圖2），深黑色的泥質(zhì)條帶有機(jī)碳含量較高，具備較大的供烴規(guī)模。在坳陷中央地區(qū)馬四段烴源巖主要包括藻團(tuán)塊巖和團(tuán)塊狀藻云巖，整體規(guī)模較大。

2.2 儲(chǔ)集層條件

2.2.1 儲(chǔ)集層控制因素

2.2.1.1 古地貌控制儲(chǔ)集層發(fā)育

前人研究成果表明，凹凸相間和高低分異的古地貌控制碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)的丘灘相儲(chǔ)集層發(fā)育[36-37]。研究區(qū)奧陶系白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育和分布亦受控于沉積背景和古地貌環(huán)境。在馬家溝組沉積前，懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)育中央古隆起和烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起，控制了馬家溝組灘相白云巖儲(chǔ)集層的宏觀展布，且隆、洼格局具有繼承性，如中央古隆起部位DT1井附近（見(jiàn)圖9），缺失寒武系三山子組、奧陶系馬一段和馬二段，表明當(dāng)時(shí)該區(qū)域?yàn)槔^承性古隆起，隆起幅度大，隆升持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不僅分隔了華北海和祁連海，而且控制了上覆馬三段和馬四段的巖性特征。

圖9 近東西向連井剖面圖展示烏審旗次級(jí)古隆起位置及巖相橫向變化特征（剖面位置見(jiàn)圖1）

烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起帶局部缺失寒武系，奧陶系馬一段直接覆蓋在長(zhǎng)城系之上（見(jiàn)圖9中TG100、JN14和JN6井附近）。向東在QI44、MI131、YU9等井處依次鉆遇寒武系張夏組和三山子組。向西在TA59井附近則是奧陶系馬二段直接覆蓋在毛莊組之上，缺失徐莊、張夏、三山子等中上寒武統(tǒng)。該次級(jí)隆起為寒武紀(jì)已存在的繼承性古隆起，寒武系地層向隆起帶兩側(cè)逐漸加厚，在隆起區(qū)附近完全缺失。奧陶系沉積時(shí)水體較淺，沉積地層較薄。以馬一段為例，在隆起部位的 JN14井和 JN6井，地層厚度分別為 23.6，15.4 m，而在東部的QI44井、MI131井和YU9井，厚度依次增大到55.0，67.0，104.4 m。

從沉積旋回和巖性上看，馬一段在隆起部位以泥巖、泥云巖為主，夾薄層石膏巖。而在東部的QI44井、MI131井和YU9井一帶，則相變?yōu)楹駥邮}巖，泥質(zhì)巖逐漸減薄。馬二段沉積期整體以海侵為主，發(fā)育 3套白云巖，被兩套短期海退沉積的膏鹽巖分隔。馬三段沉積期是干旱蒸發(fā)環(huán)境，主要發(fā)育膏云巖、石膏和石鹽沉積。在TG100、JN14和JN6井附近的次級(jí)古隆起區(qū)主要發(fā)育石膏和白云巖。在神木—子洲一帶則局部發(fā)育厚層膏鹽巖。馬四段沉積期，鄂爾多斯地區(qū)處于最大海泛期，中央古隆起東側(cè)華北海水體較深區(qū)，發(fā)育較厚的石灰?guī)r沉積，而在中央古隆起及其周緣部位水體較淺，發(fā)育了最厚可達(dá)450 m的厚層白云巖。主要是以較淺水環(huán)境生物擾動(dòng)條件下形成的斑狀白云巖為主，白云巖晶形大，物性較好，但以產(chǎn)水為主。在烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起部位則主要發(fā)育較薄層的白云巖。到馬四段沉積晚期，伴隨著薄層石膏巖產(chǎn)出，發(fā)育了較厚的白云巖體，標(biāo)志著高位水體回落，局部形成蒸發(fā)環(huán)境，有利于準(zhǔn)同生白云巖發(fā)育。在神木—子洲一帶，由于馬三段局部厚層膏鹽巖的鹽隆作用形成低隆，馬四段的白云巖儲(chǔ)集層也比較發(fā)育。

2.2.1.2 膏鹽巖促進(jìn)儲(chǔ)集層演化

膏鹽巖層對(duì)白云巖形成具有促進(jìn)作用[38-40]。膏鹽巖下白云巖儲(chǔ)集層主要為回流滲透云化成因，如中央古隆起附近的馬四段厚層塊狀白云巖和生物擾動(dòng)斑狀白云巖。其具體表現(xiàn)為馬四段沉積末期和馬五段沉積早期，海退導(dǎo)致隆起部位附近及周邊地區(qū)處于潮上蒸發(fā)環(huán)境，局部沉淀石膏，使得地層水中的鎂、鈣離子濃度比顯著增大，當(dāng)表層云化作用基本完成，鹵水向下部疏松沉積物回流，形成厚層白云巖。另外膏鹽巖對(duì)儲(chǔ)集層演化的促進(jìn)作用還包括硬石膏向石膏轉(zhuǎn)化，失水導(dǎo)致體積減少，利于晶間孔形成；硫酸鹽還原反應(yīng)消耗硫酸鈣，促使石膏溶解，釋放的CO2和H2S等形成的酸性流體[27]有利于礦物溶解形成次生孔隙。

2.2.2 下組合儲(chǔ)集層類(lèi)型

白云巖儲(chǔ)集層的分布和演化既受沉積期古地貌控制，也受與膏鹽巖相關(guān)的鹵水流體作用控制。白云石化和流體溶蝕等地質(zhì)作用控制了儲(chǔ)集層發(fā)育[41-46]，主要形成晶間孔型、溶蝕孔型和裂縫型3類(lèi)儲(chǔ)集層。

2.2.2.1 白云巖晶間孔型儲(chǔ)集層

晶間孔多發(fā)育在粗粉晶和細(xì)—中晶白云巖中。不規(guī)則多邊形狀孔隙多為自形晶間孔，少量發(fā)育在自形—他形晶之間（見(jiàn)圖6g）。如生物擾動(dòng)斑狀白云巖可在局部發(fā)育自形晶和晶間孔，灰質(zhì)白云巖則多發(fā)育半自形晶和晶間微孔，鮞粒白云巖亦發(fā)育小孔徑晶間孔。

2.2.2.2 溶蝕孔型儲(chǔ)集層

該類(lèi)儲(chǔ)集層又包括兩類(lèi)，一類(lèi)是與泥粉晶白云巖或者顆粒灘云灰?guī)r中的石膏結(jié)核溶蝕作用相關(guān)，在上組合風(fēng)化殼儲(chǔ)集層中由于大氣淡水淋濾作用而較為常見(jiàn)，在馬四段藻球粒膏質(zhì)白云巖中也能見(jiàn)到。另一類(lèi)多分布在局部古隆、古高地的藻屑灘相云巖和微生物格架云巖中，其分布與黑色有機(jī)質(zhì)條帶相關(guān)，橫向上呈不規(guī)則條帶狀分布，多見(jiàn)于下組合馬四段（見(jiàn)圖6h）。其形成大多是由于流體沿著云化程度較低的晶間孔或者微裂隙流動(dòng)時(shí)與白云石作用，形成晶間溶孔或者晶體粒內(nèi)溶蝕孔。晶間溶孔由于沿著早先形成的晶間孔流體溶蝕作用較強(qiáng)，能形成規(guī)模稍大的溶蝕孔，溶蝕孔中?？梢?jiàn)到方解石生長(zhǎng)充填。晶體粒內(nèi)溶蝕孔因溶蝕程度較低而規(guī)模有限。

2.2.2.3 裂縫型儲(chǔ)集層

裂縫型儲(chǔ)集層是碳酸鹽巖地層中的重要儲(chǔ)集層。下組合馬四段和馬三段微裂縫比較發(fā)育。既有構(gòu)造作用形成的微裂縫，也有溶蝕作用形成的溶蝕縫，包括壓溶縫和縫合線縫等。一般裂縫發(fā)育帶由于其溝通了孔隙，使得儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能得到改善。同時(shí)由于沿著裂縫流體運(yùn)移活躍，溶蝕作用強(qiáng)烈，因此裂縫附近溶蝕孔也比較發(fā)育（見(jiàn)圖6i）。也有溶蝕縫被晚期方解石充填使得儲(chǔ)集空間遭到破壞。

2.2.3 儲(chǔ)集層分布與物性特征

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的分布與古地貌、沉積環(huán)境密切相關(guān)。馬四段沉積時(shí)期，盆地內(nèi)自西向東依次發(fā)育中央古隆起和烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起，在連井對(duì)比剖面上亦可識(shí)別次級(jí)古隆起（見(jiàn)圖9）。隆起部位在馬四段沉積早、中期發(fā)生大規(guī)模海侵，水體能量大，高部位易形成高孔顆粒灘，到馬四段沉積晚期開(kāi)始海退，多處于持續(xù)—間歇暴露狀態(tài)，加之蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，使得白云化和膏化作用強(qiáng)烈。東部的神木—子洲地區(qū)由于馬三段局部鹽隆作用，馬四段發(fā)育含灰云巖，儲(chǔ)集層也比較發(fā)育（見(jiàn)圖10）。

圖10 馬四段巖相分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[16]修編）

烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起部位鉆井巖心實(shí)測(cè)馬四段白云巖儲(chǔ)集層孔隙度為 0.23%～14.34%，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層段孔隙度主要為1%～3%，平均值為1.8%；測(cè)井解釋儲(chǔ)集層段孔隙度為 0.71%～10.26%，平均值為4.26%。東部神木—子洲局部低隆帶巖心實(shí)測(cè)馬四段白云巖儲(chǔ)集層孔隙度為0.11%～5.93%，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層段孔隙度主要為1.0%～2.8%，平均值為1.6%；測(cè)井解釋儲(chǔ)集層段孔隙度為2.02%～8.65%，平均值為4.51%。馬三段鉆井較少，總體統(tǒng)計(jì)結(jié)果是巖心實(shí)測(cè)孔隙度為0.11%～10.35%，平均值為1.65%；測(cè)井解釋儲(chǔ)集層段孔隙度0.01%～10.33%，平均值為3.75%。

總體上馬四段白云巖儲(chǔ)集層物性比馬三段好，馬四段烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起附近的物性比東部神木—子洲地區(qū)的物性好?？紫抖葹?1%～3%的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層段主要是以白云巖晶間孔為主，局部均值性較好；部分孔隙度大于 3%的儲(chǔ)集層段與溶蝕孔或者裂縫相關(guān)，儲(chǔ)集性能較好，但是非均值性強(qiáng)，橫向變化大。

2.3 生儲(chǔ)蓋組合與成藏模式

2.3.1 生儲(chǔ)蓋組合

奧陶系下組合馬三段沉積期為海退條件下的干旱蒸發(fā)環(huán)境，主要沉積膏鹽巖和膏云巖；馬四段沉積期為海侵條件下高水位沉積環(huán)境，主要發(fā)育白云巖和石灰?guī)r。二者的儲(chǔ)集空間主要是白云巖晶間孔、晶間溶蝕孔以及微裂縫，但是封蓋層不同，從而形成不同的生儲(chǔ)蓋組合。

蓋層主要有致密碳酸鹽巖和膏鹽巖兩類(lèi)。馬四段主要發(fā)育致密碳酸鹽巖蓋層，巖性包括薄紋層狀泥質(zhì)巖、泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等。一般分布在局部隆起之間的較深水沉積區(qū)，相對(duì)高水位期也覆蓋沉積在局部隆起之上，與相對(duì)低水位期的準(zhǔn)同生白云巖形成互層，一般巖性致密，孔滲條件差，封蓋能力強(qiáng)。馬四段自身發(fā)育藻類(lèi)和泥質(zhì)巖沉積，是重要的烴源巖，與層狀白云巖儲(chǔ)集層和致密碳酸鹽巖形成互層式生儲(chǔ)蓋組合。

馬三段主要發(fā)育膏鹽巖類(lèi)蓋層，巖性主要是蒸發(fā)環(huán)境下沉積的硬石膏、泥質(zhì)石膏巖、鹽巖等。這類(lèi)巖石密度低，巖性致密，封蓋能力強(qiáng)。其巖性自坳陷中央向周邊依次為鹽巖、膏鹽巖、含膏石灰?guī)r、膏云巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)巖。其中環(huán)繞坳陷的富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)巖多以薄紋層形式存在，具備一定的生烴潛力，與膏鹽巖層間白云巖和膏鹽巖蓋層形成蒸發(fā)環(huán)境生儲(chǔ)蓋組合。

2.3.2 成藏組合

奧陶系下組合自西向東發(fā)育鄂托克旗—慶陽(yáng)古隆起、烏審旗—靖邊次級(jí)低隆和神木—子洲鹽隆帶，白云巖儲(chǔ)集層比較發(fā)育。隆起間則為較深水環(huán)境，多發(fā)育致密石灰?guī)r（見(jiàn)圖10）。燕山運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致盆地東部整體抬升，形成側(cè)向巖性上傾遮擋圈閉和局部低幅度構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉。在此背景下，馬四段主要發(fā)育烏審旗—靖邊和神木—子洲兩個(gè)成藏組合，均以含藻泥灰?guī)r和藻云巖為主要烴源巖，低隆帶的白云巖為儲(chǔ)集體，致密碳酸鹽巖為封蓋層，白云巖儲(chǔ)集層側(cè)向相變?yōu)橹旅苁規(guī)r，形成遮擋條件。馬三段目前發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布在烏審旗—靖邊低隆帶，其成藏組合以環(huán)繞坳陷帶的薄紋層泥質(zhì)巖為烴源巖，鹽間白云巖薄層為儲(chǔ)集巖，向東部側(cè)向發(fā)育的膏鹽巖形成遮擋條件。

2.3.3 成藏模式

鄂爾多斯盆地中東部奧陶系上、中、下組合各自成藏模式有所不同，可以劃分為3類(lèi)（見(jiàn)圖11）。①類(lèi)型Ⅰ是上組合風(fēng)化殼成藏模式，主要分布在靖邊及周邊地區(qū)，對(duì)應(yīng)上古生界氣源為主的上、下古生界混源模式，以膏?？變?chǔ)集層和地層圈閉為主。②類(lèi)型Ⅱ是中組合成藏模式，主要圍繞鹽坳呈環(huán)帶狀分布在烏審旗、靖邊西、吳起一帶。其中處于馬五6亞段膏鹽巖層之上的馬五4亞段和馬五5亞段的氣藏，以上、下古生界混源供烴模式為主；處于馬五6亞段及以下至馬五10亞段的氣藏，主要包括泥質(zhì)條帶烴源巖和藻白云巖、藻灰?guī)r烴源巖，屬自生自?xún)?chǔ)油型氣成藏組合[17,22]。③類(lèi)型Ⅲ是下組合成藏模式，主要分布在烏審旗—靖邊次級(jí)古隆起和神木—子洲附近的鹽隆帶。源巖為以薄層泥質(zhì)條帶為主的馬三段烴源巖和以藻白云巖、藻灰?guī)r為主的馬四段烴源巖。儲(chǔ)集層主要為隆起部位的顆粒灘和藻屑灘相粉細(xì)晶白云巖或者石灰質(zhì)白云巖，發(fā)育溶蝕孔和晶間孔。隆起周邊低洼部位多發(fā)育石灰?guī)r和泥質(zhì)石灰?guī)r，在燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后東部抬升，形成側(cè)向巖性遮擋圈閉或者低幅度構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉。垂向小斷裂、微裂縫和橫向展布的薄層白云巖共同形成天然氣運(yùn)移聚集的輸導(dǎo)體系。

圖11 鄂爾多斯盆地奧陶系天然氣成藏模式（剖面位置見(jiàn)圖1）

3 勘探潛力及方向

鄂爾多斯盆地奧陶系下組合馬三段和馬四段有多口井測(cè)試獲低產(chǎn)氣流，預(yù)示其是近期重要的勘探領(lǐng)域，未來(lái)勘探潛力值得重視。

馬三段厚度為140～180 m，在烏審旗—橫山—靖邊次級(jí)古隆起附近有利勘探面積約1.6×104km2，其西側(cè)次洼烴源巖比較發(fā)育，主要為與膏云巖互層的灰黑色紋層狀泥質(zhì)巖和藻團(tuán)塊泥質(zhì)白云巖，一般具有高伽馬測(cè)井響應(yīng)特征，與上、中組合的鋸齒狀高伽馬測(cè)井響應(yīng)特征相似（見(jiàn)圖2），具備較好的供烴潛力。這類(lèi)泥質(zhì)巖與白云巖、膏鹽巖交替互層共生，表明沉積期海水淺，光照足，藻類(lèi)繁茂，有利于有機(jī)質(zhì)附著與保存。馬四段地層厚度160～220 m，其在烏審旗—橫山—靖邊次級(jí)古隆起和神木—子洲鹽隆面積約 2.4×104km2，隆間次洼發(fā)育泥質(zhì)巖和藻灰?guī)r，供烴能力較好。次級(jí)隆起部位發(fā)育的藻白云巖，分布面積較大，儲(chǔ)集能力較好。該層段已經(jīng)有多口井見(jiàn)到天然氣顯示和低產(chǎn)氣流，勘探前景較好。

從平面分布上看，有利的勘探方向?yàn)闉鯇徠臁獧M山—靖邊次級(jí)古隆起和神木—子洲鹽隆帶。局部低隆帶發(fā)育的白云巖儲(chǔ)集層和周邊的云、灰?guī)r互層帶，向東漸變?yōu)橹旅芑規(guī)r（見(jiàn)圖10），有利于形成上傾巖性遮擋氣藏，局部低幅度構(gòu)造圈閉的富集條件最好。近期分別在兩個(gè)有利區(qū)帶上鉆探了JT1和MT1井，含氣顯示好，表明這兩個(gè)區(qū)帶是重要勘探方向，也證實(shí)奧陶系下組合具備規(guī)模生烴潛力，是未來(lái)重要的勘探領(lǐng)域。

4 結(jié)論

盆地奧陶系下組合天然氣為奧陶系自生的高熱演化干氣。甲烷同位素組成偏輕、乙烷同位素組成偏重。天然氣組分圖版判識(shí)結(jié)果是原油裂解氣，與硫酸鹽發(fā)生硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)，形成硫磺晶體和H2S氣體。

下組合烴源巖主要為薄層狀泥質(zhì)巖和團(tuán)塊狀藻云巖，TOC值主要為0.1%～0.5%，最高可達(dá)3.24%；TOC平均值為0.31%，有機(jī)酸鹽恢復(fù)后平均值可達(dá)0.58%，有機(jī)質(zhì)豐度較高。泥質(zhì)巖厚度為20～80 m，主要環(huán)坳分布；藻云巖厚度為20～60 m，集中分布在坳陷中央。總體上，下組合烴源巖具有規(guī)模生烴條件。

白云巖儲(chǔ)集層分布受沉積古地貌和局部膏鹽巖鹽隆控制，可分為晶間孔型、溶蝕孔型和裂縫型儲(chǔ)集層，其演化與膏鹽巖密切相關(guān)。

下組合成藏模式為海相源巖供烴、灘相云巖儲(chǔ)集、小微斷裂輸導(dǎo)、構(gòu)造-巖性圈閉聚集。

烏審旗—橫山—靖邊古隆起和神木—子洲鹽隆附近白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育，向東漸變?yōu)橹旅芑規(guī)r，可形成上傾巖性遮擋氣藏，是重要勘探方向。