任軍峰 劉新社 喻 建 魏柳斌 王前平

（ 1低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室；2中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院；3中國石油長慶油田公司 ）

0 引言

蒸發(fā)巖具有優(yōu)越的封蓋性能，而且與其伴生沉積可以發(fā)育多種源、儲組合，因此，鹽下勘探在世界油氣勘探中一直具有重要的地位，在波斯灣盆地、濱里海盆地及墨西哥灣均發(fā)現(xiàn)了大型鹽下油氣藏[1-10]，近年來，在我國塔里木盆地寒武系鹽下白云巖中也獲得重大發(fā)現(xiàn)[11]，表明鹽下領域勘探潛力良好，是尋找大油氣田的重要目標。鄂爾多斯盆地下古生界寒武系—奧陶系發(fā)育厚層的(最大厚度達3000m)海相碳酸鹽巖沉積地層。20世紀90年代，在盆地中部地區(qū)發(fā)現(xiàn)并探明了我國最早的海相碳酸鹽巖大氣田——靖邊氣田，其主力產(chǎn)層為奧陶系馬家溝組頂部的馬五1—馬五2亞段的巖溶風化殼白云巖儲層。近年來，通過深化研究與勘探，靖邊氣田周邊奧陶系風化殼氣藏含氣層系不斷拓展，儲量規(guī)模也不斷擴大，截至2020年底，奧陶系已累計探明地質儲量超過8000×108m3，總儲量規(guī)模超過10000×108m3，證實盆地奧陶系海相碳酸鹽巖層系具有良好的天然氣資源潛力。但是隨著奧陶系頂部層系勘探開發(fā)程度不斷提高，發(fā)現(xiàn)新的規(guī)模效益儲量的難度也越來越大，向奧陶系深層（鹽下）探索是未來勘探的現(xiàn)實方向。

從世界范圍看，閉塞鹽盆或蒸發(fā)潟湖環(huán)境在海水咸化之前均發(fā)育良好的優(yōu)質烴源巖，咸化之后的膏鹽巖為鹽下油氣成藏提供了良好的封蓋條件[12-15]。鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五6亞段發(fā)育巨厚的膏鹽巖沉積，這套膏鹽巖之下的馬四段等多個層位都以碳酸鹽巖為主，是有利白云巖儲層發(fā)育的層位，其與上下的蒸發(fā)巖層可以形成良好的儲蓋組合，但是早期鉆探均未在鹽下發(fā)現(xiàn)優(yōu)質烴源巖，限制了對該領域勘探潛力的認識。近期，在盆地東部鹽巖發(fā)育區(qū)鉆探的風險探井MT1井在馬四段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，實現(xiàn)了盆地奧陶系鹽下天然氣勘探的首次突破，揭示出鄂爾多斯盆地下古生界風化殼氣藏之外的又一個新的碳酸鹽巖勘探接替領域。該領域勘探程度低，下一步急需深化對該領域的基礎研究，預測有利儲集體分布，評價烴源巖條件及生烴能力，明確氣藏發(fā)育主控因素，指明勘探方向，力爭獲得更大發(fā)現(xiàn)。

本文基于鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)奧陶系沉積特征研究，以儲集體的成因及分布規(guī)律分析為切入點，重點分析奧陶系鹽下生儲蓋配置關系，對比分析不同地區(qū)天然氣成藏差異性，明確有利成藏類型及其分布，綜合評價鹽下整體勘探潛力，并提出下一步的勘探方向。

1 地質背景

1.1 地層發(fā)育特征

鄂爾多斯盆地在數(shù)億年的漫長地質歷史中，經(jīng)歷了海相—海陸過渡相—陸相沉積演化歷程，沉積了元古宇、古生界、中生界和新生界等多套地層，沉積巖最大累計厚度達6500m。其中下古生界寒武系—奧陶系發(fā)育海相碳酸鹽巖沉積，上古生界—中生界發(fā)育海陸過渡相—陸相碎屑巖沉積。在奧陶紀，由于在盆地西部環(huán)縣—蘇里格—鄂托克旗一線發(fā)育的近南北向古隆起的分隔作用，在盆地中東部地區(qū)形成了相對封閉的陸表海淺水臺地環(huán)境，發(fā)育以馬家溝組為代表的碳酸鹽巖—膏鹽巖共生體系沉積。馬家溝組自下而上共劃分為6段，碳酸鹽巖—膏鹽巖交替發(fā)育，其中馬一段、馬三段、馬五段發(fā)育海退旋回臺內(nèi)蒸發(fā)巖局限臺地相沉積，其巖性主要為鹽巖、硬石膏巖，夾薄層含膏白云巖、泥質白云巖及石灰?guī)r；馬二段、馬四段、馬六段屬于海侵旋回碳酸鹽臺地相沉積，其巖性主要為石灰?guī)r及白云巖。馬五段沉積期內(nèi)由于海平面頻繁的升降變化，沉積的旋回性變化也非常顯著，根據(jù)巖性組合將馬五段自下而上劃分為10個亞段，其中馬五10亞段、馬五8亞段、馬五6亞段巖性主要為鹽巖、硬石膏巖，夾白云巖，馬五6亞段鉆井揭示的最大膏鹽巖累計厚度超過150m，在盆地中東部地區(qū)膏鹽巖的分布面積超過5×104km2（圖1）；而馬五9亞段、馬五7亞段、馬五5亞段巖性主要為石灰?guī)r及白云巖；馬五1—馬五4亞段巖性主要為含硬石膏結核泥晶白云巖、粉晶白云巖及硬石膏巖，是靖邊風化殼大氣田的主力產(chǎn)層。近年來，在馬五6亞段膏鹽巖之下的馬五7亞段、馬五9亞段、馬四段均獲得工業(yè)氣流，在更深的馬三段、馬二段等層位均見到含氣顯示，這些層系均是鹽下勘探的目標層系（圖2）。

圖1 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五6亞段膏鹽巖厚度圖Fig.1 Thickness contour map of gypsum-salt rock of the 6th sub-member of the 5th member of Majiagou Formation in the central and eastern Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地中東部奧陶系地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Ordovician in the central and eastern Ordos Basin

1.2 古構造與沉積背景

早古生代至晚古生代早期，在鄂爾多斯盆地西部發(fā)育一大型古隆起構造，奧陶系厚度圖（圖3）對該古隆起的反映很清晰，隆起核部位于環(huán)縣—合水西南部（奧陶系缺失區(qū)），向北延伸到定邊—鄂托克旗地區(qū)，向東延伸到洛川地區(qū)，總體呈“L”形輪廓，一般稱為中央古隆起。以中央古隆起為中心，地層向兩側加厚的特征非常顯著，該古隆起以西為邊緣洼陷，地層向西快速加厚，古隆起東側發(fā)育臺內(nèi)洼陷，地層厚度相對較大。中央古隆起是盆地古生代時期最大的一個隆起構造，對盆地古生界沉積、成藏具有重要控制作用，其主要發(fā)育于晚寒武世—中二疊世太原組沉積期，鼎盛時期在奧陶紀[16-19]。同時，奧陶系厚度圖也顯示在中部烏審旗—靖邊地區(qū)存在一個厚度相對較薄的區(qū)域，將整個東部大洼陷分隔成兩個次級洼陷，寒武系厚度圖上對應的區(qū)域寒武系完全缺失（圖4），這一寒武系的古隆起對奧陶系的古構造有什么影響作用是大家關注的重要問題。近年來，地震及地質結合，對烏審旗地區(qū)古隆起進行了識別與分析：東西向地震剖面顯示（圖5），古隆起核部寒武系缺失，而且局部可以見到寒武系逐漸向古隆起超覆沉積的現(xiàn)象（目前鄂爾多斯盆地仍主要以二維地震測線為主，深層成像較差）。由圖6也可以看到，盆地中部寒武系完全缺失，奧陶系馬家溝組直接與長城系砂巖接觸，而且馬一段及寒武系均向東加厚，反映這兩個時期沉積向古隆起超覆，與地震剖面反映的地層發(fā)育特點一致。進一步分析認為烏審旗地區(qū)在寒武紀存在古隆起，并一直持續(xù)到奧陶系馬家溝組沉積早期，其后的奧陶系沉積受其繼承性影響。奧陶紀西部的中央古隆起是古地貌最高的區(qū)域，而烏審旗古隆起處于古地貌相對高部位，也有利于灘相等相對高能相帶的發(fā)育。盡管碳酸鹽巖沉積也存在高部位厚度大（生物建隆作用強，奧陶系殘余地層厚度最大的區(qū)域在鄂托克旗—定邊—吳起一線，馬四段白云巖厚度最大的區(qū)域也在盆地西部的鄂托克旗—定邊—吳起地區(qū)，該區(qū)域就是中央古隆起的分布區(qū)）、低洼區(qū)厚度小的特點，但是蒸發(fā)巖類厚度卻對于古構造的高低具有明顯的反映。如前所述，馬家溝組馬五6亞段就是以蒸發(fā)巖沉積為主，馬五6亞段膏鹽巖厚度在烏審旗—靖邊地區(qū)（寒武系古隆起的位置）相對較?。▓D1），東西兩側明顯存在兩個沉積凹陷，同時其東側的米脂地區(qū)馬家溝組沉積了巨厚的鹽巖，西側的局部洼陷主要沉積的是硬石膏巖及碳酸鹽巖，顯示寒武系古隆起對于奧陶系的隆洼分布及巖性分布具有控制作用。

圖3 鄂爾多斯盆地奧陶系厚度圖Fig.3 Thickness contour map of the Ordovician in Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地寒武系厚度圖Fig.4 Thickness contour map of the Cambrian in Ordos Basin

圖5 鄂爾多斯盆地中部東西向地震剖面(沿二疊系底界拉平；剖面位置見圖4)Fig.5 E-W direction seismic profile in the central Ordos Basin (flattened by the base Permian, section location is in Fig.4)

2 生儲蓋條件

鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)奧陶系馬家溝組發(fā)育膏鹽巖—碳酸鹽巖共生體系沉積，局限環(huán)境的烴源巖、碳酸鹽巖旋回的白云巖儲層與蒸發(fā)巖旋回的膏鹽巖蓋層在垂向上形成了多套良好的生儲蓋組合。馬家溝組馬三段、馬四段、馬五段的沉積相及演化特征分析表明，其在縱向上可以構成良好的生儲蓋配置（圖2）。馬三段沉積期區(qū)域海平面下降，盆地東部處于局限環(huán)境，加之氣候炎熱，鹽巖、硬石膏巖發(fā)育，平面上自東向西從鹽巖逐漸過渡為硬石膏巖及白云巖；該沉積期發(fā)育多個向上變淺的旋回，旋回底部一般發(fā)育深灰色含藻類白云巖—含泥白云巖—深灰色云質泥巖組合，海水咸化，水體循環(huán)較差，缺氧環(huán)境發(fā)育，有利于形成烴源巖，加之上面通常為鹽巖或硬石膏巖覆蓋，有機質保存條件好；而且由于期間振蕩性的海平面變化，使夾在膏鹽巖層之間的烴源巖發(fā)育層段在縱向上疊置出現(xiàn)，單層厚度不大，但累計厚度大。馬四段沉積期區(qū)域海平面上升，是整個馬家溝組沉積期的最大海侵期，海水越過馬三段沉積期的古陸（隆起）區(qū)，東部的華北海和西部的祁連海連為一體，古隆起區(qū)水動力強，碳酸鹽巖生物建隆作用下，形成灘相白云巖，儲集性能好；向東水體逐漸變深，逐漸相變?yōu)槟嗑Щ規(guī)r，但是由于東部古底形的變化，在局部相對高部位也發(fā)育灘相沉積，形成了具有較好儲集性能的白云巖儲層。馬五段沉積期區(qū)域海平面下降，沉積環(huán)境及沉積相分布與馬三段類似，但蒸發(fā)作用更強，是馬家溝組沉積期的最大海退期，馬五6亞段膏鹽巖厚度巨大，連續(xù)性好，構成了鹽下馬四段氣藏的區(qū)域性蓋層（圖1）。

2.1 烴源巖條件

2.1.1 奧陶系海相烴源巖

關于鄂爾多斯盆地奧陶系是否發(fā)育有效的海相烴源巖一直存在較大爭議[20-37]。在盆地西緣、南緣中—上奧陶統(tǒng)發(fā)育盆地—斜坡相暗色泥頁巖及泥質碳酸鹽巖，厚度大，一般為60～200m，有機碳含量高(平均為0.46%，最大為2.9%)，烴源巖干酪根類型以Ⅰ型為主，生烴能力較好。近期針對該套海相泥頁巖開始了非常規(guī)頁巖氣勘探，目前已有多口井獲得低產(chǎn)氣流，證實該套烴源巖具有較好的生烴能力。近年來，隨著勘探的逐漸深入，在遠離奧陶系鹽下層位相繼發(fā)現(xiàn)工業(yè)性氣藏，鉆入鹽下層位探井的產(chǎn)氣層段距奧陶系風化殼頂面已經(jīng)超過200m，而且中間有厚達近百米的膏鹽巖分隔，天然氣碳同位素明顯偏輕，樣品甲烷碳同位素δ13C1主要分布在－45‰～－35‰（表1），上古生界砂巖氣藏的δ13C1一般為－35‰～－30‰，奧陶系頂部風化殼氣藏的δ13C1與上古生界煤成氣分布區(qū)間相似，鹽下第一口高產(chǎn)工業(yè)氣流井MT1井馬四段的天然氣δ13C1為－44.80‰，利用天然氣甲烷與乙烷碳同位素分布綜合判識（圖7），顯示鹽下氣藏與奧陶系風化殼氣藏、上古生界山1段、盒8段砂巖氣藏分布區(qū)間具有明顯的差別，進一步反映盆地中東部鹽下氣藏主要為海相烴源巖生成的天然氣。從烴源巖發(fā)育的沉積環(huán)境上看，鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)奧陶系馬家溝組馬五段、馬三段及馬一段膏鹽巖發(fā)育（圖8），在膏鹽洼地周緣有利于有機質豐度較高的以含藻類泥質白云巖及膏質、含膏白云巖為主的烴源巖層的形成與保存，而且由于馬家溝組沉積期振蕩性的海平面變化，造成夾在膏鹽巖層之間的烴源巖層在縱向上疊置出現(xiàn)（圖6）。鹽下樣品有機質豐度統(tǒng)計分析表明，鹽下烴源巖巖性以泥巖、膏質白云巖、泥質白云巖為主，有機碳含量為0.1%～1.63%，平均為0.2%左右，干酪根類型以Ⅰ型為主?？v向上馬三段、馬五6亞段烴源巖最為發(fā)育，其次為馬二段、馬一段（目前鉆井取心少，缺乏地球化學分析數(shù)據(jù)）（表2）。泥巖、泥質碳酸鹽巖單層厚度一般為0.5～2.0m，縱向上分布比較分散，而且其間通常都有硬石膏巖、鹽巖及純碳酸鹽巖分隔。中東部地區(qū)馬家溝組鹽下地層厚度在500m左右，累計烴源巖厚度為10～25m（圖9），綜合評價認為這套烴源巖屬于中等烴源巖，具有一定的生烴能力[34-37]。但是由于目前鹽下的鉆井及取心仍然非常少，其整體生烴規(guī)模有待進一步評價。

圖8 鄂爾多斯盆地奧陶紀馬三段沉積期巖相古地理圖Fig.8 Paleogeographic map during the deposition period of the 3rd member of the Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下烴源巖厚度圖Fig.9 Thickness contour map of source rocks of the Ordovician subsalt in Ordos Basin

表1 鄂爾多斯盆地古生界天然氣碳同位素數(shù)據(jù)表Table 1 Carbon isotope of natural gas of the Paleozoic in Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地古生界天然氣同位素分布及判識圖Fig.7 Carbon isotope distribution and identification chart of natural gas of the Paleozoic in Ordos Basin

表2 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組烴源巖地球化學特征數(shù)據(jù)表Table 2 Geochemical characteristics of source rocks of the Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

2.1.2 上古生界煤系烴源巖

晚古生代早期，鄂爾多斯盆地處于海陸過渡沉積環(huán)境，形成了廣泛分布、富含有機質的沼澤相煤系烴源巖，地層中煤層累計厚度一般為10～30m，其有機碳含量為70.8%～83.2%，分布范圍廣且厚度穩(wěn)定，是一套優(yōu)質烴源巖，生烴能力強，在晚侏羅世—早白堊世末期達到生排烴高峰期，生氣強度為(10～40)×108m3/km2，是古生界天然氣成藏的主要氣源[20-23]。

加里東末期，整個華北地區(qū)經(jīng)歷了大范圍的整體抬升作用，使得鄂爾多斯盆地下古生界遭受長達1.4億年的抬升與剝蝕，這一時期在鄂爾多斯盆地的環(huán)縣—蘇里格—鄂托克旗一線形成了中央古隆起，古隆起核部出露中—新元古界及寒武系，古隆起周邊出露地層逐漸變新，在古隆起東側造成馬家溝組向西被逐層剝露，與后來沉積的石炭系—二疊系煤系地層形成直接的接觸關系。在盆地中東部靖邊及其以東地區(qū)，奧陶系頂部出露馬家溝組馬五1—馬五4亞段，經(jīng)歷長期的風化淋濾后形成了風化殼溶孔型儲層，后期與上古生界煤系烴源巖接觸，形成了古地貌—巖性風化殼氣藏，是靖邊氣田的主要產(chǎn)層，該類氣藏的甲烷碳同位素值一般為－36‰～－30‰，乙烷碳同位素值為－30‰～－23‰，與盆地上古生界山1段、盒8段砂巖氣藏的特征類似，證實氣源為上古生界煤系烴源巖（表1、圖7）。

在靖邊以西地區(qū)，鹽下層位（馬五6亞段以下）：馬五7—馬五10亞段及馬四段—馬一段向西也被逐層剝露，與上古生界煤系地層直接接觸，形成上生下儲的源儲配置關系。對盆地中部探井鹽下層位的天然氣組分碳同位素分析表明：甲烷碳同位素值為－43‰～ －36‰，乙烷碳同位素值為－30‰～－23‰，反映在盆地中部地區(qū)鹽下天然氣成藏中奧陶系海相烴源巖與上古生界煤系烴源巖均有貢獻[35-38]。

2.2 儲集體特征及分布

根據(jù)鄂爾多斯盆地馬家溝組的沉積旋回、巖性及儲集空間特征，在鹽下劃分出兩類白云巖儲層。

2.2.1 晶間孔型白云巖儲層

晶間孔型白云巖儲層主要發(fā)育在馬四段、馬二段，以馬四段為例，其巖性自西向東從白云巖向石灰?guī)r過渡，不同區(qū)域的巖性及儲層特征明顯不同。盆地西部馬四段主要為細晶白云巖，而且加里東末期由于構造抬升并發(fā)生風化剝蝕，該區(qū)出露的白云巖經(jīng)歷長達1.4億年的大氣淡水淋溶作用改造，除發(fā)育晶間孔之外，溶蝕孔洞也非常發(fā)育（圖10），白云巖單層厚度為5～10m，累計厚度為50～80m，平均孔隙度為1.75%～9.5%，平均滲透率為0.1～2.63mD，物性非常好。而中東部鹽下區(qū)域馬四段（馬五6亞段膏鹽巖尖滅線以內(nèi)）白云巖儲層上覆100～200m的碳酸鹽巖及膏鹽巖地層，未經(jīng)歷風化殼期的大氣淡水溶蝕改造，巖性主要為細—粉晶白云巖和殘余顆粒細—粉晶白云巖，儲集空間主要以晶間孔為主[39-49]，這類儲層單層厚度為1～6m，累計厚度最大可達20～30m，孔隙度一般為2%～5.5%，滲透率為0.01～0.5mD。由于緊鄰馬五段蒸發(fā)巖旋回（圖2），中東部鹽下區(qū)域馬四段上部的白云巖中也可以見到石膏等蒸發(fā)巖礦物溶蝕孔或被后期方解石等礦物充填的現(xiàn)象，整體物性條件不如西部地區(qū)白云巖。

圖10 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下白云巖儲層巖心及顯微特征Fig.10 Core observation and microscopic characteristics dolomite reservoir of the Ordovician subsalt in Ordos Basin

馬四段沉積期古構造西高東低，由西向東分別為中央古隆起、烏審旗古隆起、東部洼陷。從西部古隆起區(qū)到東部洼陷（洼地）區(qū)，水體逐漸變深，巖性從白云巖向石灰?guī)r過渡。古隆起區(qū)水動力強，廣泛發(fā)育顆粒灘沉積，經(jīng)歷白云巖化及后期的溶蝕作用，形成了良好的白云巖儲層。這類白云巖一般為細—粉晶白云巖，晶粒結構，半自型—自型，多呈鑲嵌接觸，可見霧心亮邊；泥質含量較低，微細紋層不太發(fā)育，局部可見早期顆粒殘余或幻影，反映其形成環(huán)境具有較強的水動力條件。盆地東部洼陷內(nèi)以石灰?guī)r為主，局部的古地形高部位白云巖相對比較發(fā)育。馬四段白云巖自西向東逐漸變薄，同時由于古隆起基本呈近南北向分布，使白云巖分布也具有南北向帶狀分布特點（圖11、圖12）。

圖11 鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬四段巖相古地理圖Fig.11 Paleogeographic map during the deposition period of the 4th member of the Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

圖12 鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬四段白云巖儲層厚度圖Fig.12 Thickness contour map of dolomite reservoir of the 4th member of the Ordovician Majiagou Formation in the central and eastern Ordos Basin

2.2.2 溶孔型白云巖儲層

溶孔型白云巖儲層主要發(fā)育在馬一段、馬三段及馬五段。以馬三段為例，馬三段形成于海平面相對下降的沉積階段，發(fā)育高頻的碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖旋回層序，在以鹽巖、硬石膏巖為主的地層中，縱向上發(fā)育多套薄夾層狀白云巖、含膏白云巖，這類白云巖具泥—粉晶結構，泥質含量一般為5%～30%，常見的沉積構造有水平藻紋層、微波狀紋層等；平面上這類白云巖主要分布于圍繞東部鹽巖盆地呈環(huán)帶狀展布的膏云坪相帶上（圖8）。儲層巖性以泥晶白云巖、細—粉晶白云巖為主，白云巖中可以見到硬石膏結核及板條狀、針狀硬石膏或被后期方解石交代的假晶，為溶孔型白云巖儲層的形成創(chuàng)造了有利條件。該類儲層儲集空間主要為溶孔（圖10），次之為白云石晶間孔；儲層段平均孔隙度為1%～7%，滲透率為0.1～8mD。

2.3 蓋層

蓋層是油氣藏形成、保存的必要條件，一般連續(xù)且廣泛分布、厚度較大的泥頁巖、膏巖、鹽巖都可成為有效的優(yōu)質蓋層，其中膏巖、鹽巖蓋層孔隙度、滲透率極低，而塑性強，所以具有非常好的封閉性能，是最優(yōu)質的蓋層。鄂爾多斯盆地中東部奧陶系馬家溝組馬一段、馬三段和馬五段屬于膏鹽潟湖環(huán)境，巖性均以膏巖、鹽巖等蒸發(fā)巖類為主，其中馬五6亞段膏鹽巖厚度為30～150m，分布面積為6.5×104km2（圖1）。對鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下探井馬五6亞段膏巖樣品的分析測試表明，其比表面積為0.65m2/g、孔隙流體能僅為0.04J/g、突破壓力達20.78MPa、封閉氣柱高2078.4m，反映這套膏巖具有很強的封閉性。馬三段膏鹽巖厚度為20～120m，分布面積為10×104km2，馬一段膏鹽巖厚度為20～90m，分布面積為7×104km2，盆地中東部馬五6亞段、馬三段、馬一段膏鹽巖的疊合分布面積超過5×104km2，縱向上與碳酸鹽巖層段交替發(fā)育，這些膏鹽巖層為鹽下多層系天然氣成藏創(chuàng)造了良好的封蓋與保存條件。

3 天然氣成藏特征與分布規(guī)律

3.1 鹽下天然氣成藏模式

根據(jù)上述鹽下天然氣成藏的基本地質條件，建立了鹽下巖性圈閉天然氣成藏的基本模式。首先，從天然氣來源看，上古生界煤系烴源巖及鹽下自身的海相烴源巖對成藏均具有重要貢獻，奧陶系鹽下具備雙源供烴的有利條件。在古隆起區(qū)出露的地層主要為馬家溝組馬四段白云巖，與上古生界煤系地層直接接觸，但是馬四段白云巖在東部地區(qū)被硬石膏巖、鹽巖與上古生界煤系烴源巖所分隔，其成藏只能依賴奧陶系鹽下自身的海相烴源巖，為典型的自生自儲型氣藏，但是在中部地區(qū)仍然存在一定比例的混源氣藏。從生儲蓋配置關系上看，盆地西部馬四段白云巖厚，向東部逐漸減薄，西部儲層厚度最大、物性最好且連通性好，盡管其與上古生界煤系烴源巖直接接觸，但是由于缺乏上覆蓋層，且上傾方向缺乏致密遮擋，難以形成有效圈閉，大范圍產(chǎn)水，主要起到了供烴窗口的作用[38，40]；盆地中東部隨著上覆膏鹽巖蓋層的發(fā)育，含氣性逐漸變好，盆地東部鹽下馬四段上覆巨厚鹽巖蓋層，這一區(qū)域也是目前含氣最好的區(qū)域，因此，蓋層和保存條件對鹽下天然氣成藏至關重要。其次，從圈閉形成條件看，盆地中東部地區(qū)馬家溝組各個層段均表現(xiàn)出東西方向的巖性相變，馬四段具有自西向東由白云巖相變?yōu)槭規(guī)r的規(guī)律，在成藏期（晚侏羅世—早白堊世）東高西低的古構造背景下，非常有利于白云巖巖性圈閉的形成，而且膏鹽巖沉積旋回與碳酸鹽巖旋回在縱向上疊置發(fā)育，有利于在多個層位形成規(guī)模巖性圈閉天然氣成藏的有利區(qū)。在成藏期東高西低古構造背景下，上古生界煤系烴源巖生成的天然氣向奧陶系鹽下馬四段側向運聚，鹽下馬一段—馬三段海相烴源巖生成的天然氣通過切穿奧陶系斷裂及其伴生的裂縫體系垂向向上運移，天然氣經(jīng)歷多次運移、調整，最終在巖性相變帶附近上傾方向白云巖巖性圈閉中聚集成藏（圖13），但是由于儲層分布的非均質性及局部斷裂、構造等因素的疊加，氣藏分布表現(xiàn)出局部高產(chǎn)富集的特點。

圖13 奧陶系鹽下天然氣成藏模式圖Fig.13 Gas accumulation pattern of the Ordovician subsalt

3.2 成藏區(qū)帶劃分

在分析對比不同區(qū)域的生儲蓋配置關系及成藏控制因素差異性的基礎上，結合含氣顯示情況，將鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下馬四段天然氣成藏區(qū)帶劃分為3種（表3）。

表3 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下不同成藏區(qū)帶成藏特征對比表Table 3 Comparison of the characteristics of gas accumulation in different plays of the Ordovician subsalt in Ordos Basin

3.2.1 盆地西部

烏審旗—靖邊—志丹以西區(qū)域，由于奧陶系在加里東期向西逐層剝露，該區(qū)奧陶系頂部主要分布馬五段中下段及馬四段的白云巖地層。該區(qū)馬四段為大段白云巖地層，儲層主要為晶間孔及溶孔發(fā)育的顆粒白云巖，厚度較大，一般為20～50m，但是上覆馬五段的膏鹽巖向西逐漸減薄并完全缺失，缺乏區(qū)域性的封蓋層，而且由于東高西低的區(qū)域構造背景，厚層白云巖上傾方向缺乏有效的巖性或致密層遮擋，不利于形成規(guī)模性的天然氣聚集，圈閉有效性差，目前探井普遍產(chǎn)水。但是該地區(qū)馬四段與上古生界煤系烴源巖直接接觸，在成藏期東高西低的背景下，馬四段白云巖起到了供烴窗口的作用，上古生界煤系烴源巖生成的天然氣沿著馬四段白云巖向上傾方向運移，在中部巖性相變帶及有馬五段膏鹽巖覆蓋的區(qū)域聚集成藏。

3.2.2 盆地中部

烏審旗—靖邊以東、榆林—橫山以西的盆地中部奧陶系馬家溝組發(fā)育完整，馬五6亞段、馬五8亞段、馬五10亞段均發(fā)育蒸發(fā)巖，這一區(qū)域主要為硬石膏巖，其中以馬五6亞段硬石膏巖厚度最大，一般在30～60m，馬五8亞段、馬五10亞段的硬石膏巖厚度為10～20m，是其下的馬五7亞段、馬五9亞段及馬四段白云巖良好的直接蓋層。馬三段硬石膏巖發(fā)育，而且發(fā)育薄層狀分布的泥質烴源巖層，為馬四段白云巖成藏提供了烴源巖條件，同時上古生界煤系烴源巖也具有從西側古隆起區(qū)向鹽下馬四段側向供烴的有利條件，形成上、下古生界雙烴源巖供烴，鹽下馬四段、馬五7亞段、馬五9亞段等多層系成藏含氣。

3.2.3 盆地東部

榆林—橫山以東地區(qū)馬五6亞段、馬五8亞段、馬五10亞段、馬三段的主要巖性已經(jīng)相變?yōu)楹駥拥柠}巖，其中以馬五6亞段鹽巖厚度最大，一般為60～120m，馬五8亞段、馬五10亞段的鹽巖厚度為20～40m，整體封蓋能力非常好，完全阻隔了上古生界煤系烴源巖規(guī)模供烴的可能性，而且由于鹽巖層的分隔，在沒有大型穿層斷裂溝通的前提下，只發(fā)育鹽下馬三段海相烴源巖近源向上運移供烴的自生自儲型氣藏。地震資料反映馬三段鹽巖在斷裂及區(qū)域應力作用下發(fā)生塑性形變，形成的鹽構造非常發(fā)育，可以在上覆馬四段白云巖中形成構造隆起，為鹽下構造—巖性圈閉的形成提供了良好條件（圖13、圖14）,在該構造帶內(nèi)鉆探的風險探井MT1井在馬四段試氣獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，表明這一構造帶是該區(qū)馬四段天然氣富集的有利區(qū)。

圖14 鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.14 Seismic profile of the Ordovician subsalt in the eastern Ordos Basin (section location is in Fig.1)

從盆地中東部地區(qū)古生代以來的古構造演化來看，自中生代晚侏羅世開始，盆地的古構造逐漸演變?yōu)闁|北高、西南低，在上覆巨厚的膏鹽巖層的封蓋下，盆地東部神木—米脂地區(qū)也是區(qū)域天然氣運移聚集的長期指向區(qū)，值得進一步加大勘探。

4 勘探方向與目標

綜合上述對天然氣成藏分區(qū)差異性的分析認為，馬四段是鹽下天然氣勘探的首選層系。巖相是控制鹽下馬四段儲集體分布的首要因素，根據(jù)馬四段沉積期的巖相分布規(guī)律，靖邊氣田東側至榆林—延安一帶是鹽下深層多層系白云巖巖性氣藏勘探的有利區(qū)帶，其中中部的烏審旗—橫山云灰緩坡相帶（面積約12000km2）及東部神木云灰隆起相帶（面積約8000km2）是近期馬四段勘探的兩個有利區(qū)（圖11）。但是與塔里木、四川這兩個碳酸鹽巖盆地相比，鄂爾多斯盆地構造相對簡單，盆地主體為一向西緩傾的單斜構造，由于南北向擠壓作用的存在，在地層內(nèi)部形成了一系列北東—南西走向的鼻隆構造，奧陶系巖性圈閉與這些鼻隆構造的疊合部位往往以高產(chǎn)井為主，如目前鹽下的MT1井就處于一個與斷裂相關的局部構造高點上。而對于遠離上古生界煤系烴源巖的鹽下而言，由于上古生界煤系烴源巖長距離側向運移困難，氣源以奧陶系海相烴源巖為主，局部的構造—巖性復合圈閉更易于天然氣富集成藏。而且鹽下海相烴源巖分布較為分散，且有膏鹽巖層分隔，斷裂是溝通下部海相烴源層的重要通道。因此，局部構造對于奧陶系鹽下深層天然氣富集有重要影響[50]，巖性相變帶內(nèi)的構造—巖性復合圈閉是下一步勘探的現(xiàn)實目標。

綜合評價認為發(fā)育以下兩個近期勘探的現(xiàn)實目標（圖15），總面積近1×104km2，預計儲量規(guī)模超過5000×108m3，勘探潛力大。

圖15 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下勘探區(qū)帶綜合評價圖Fig.15 Comprehensive evaluation map of exploration targets of the Ordovician subsalt in Ordos Basin

4.1 神木—米脂鹽巖底辟隆起帶

該區(qū)處于東部鹽隆疊合成藏區(qū)內(nèi)。盆地東部神木—米脂地區(qū)奧陶系馬家溝組馬四段上覆的馬五段，以及其下的馬三段、馬一段的巖性均是鹽巖，封蓋性能非常好。馬一段、馬三段鹽巖在區(qū)域應力作用下通常會發(fā)生顯著的塑性變形，并擠壓、擠入上覆的馬四段形成底辟隆起構造。目前該構造帶馬四段已獲得工業(yè)氣流。同時，區(qū)域性的擠壓作用在更東側區(qū)域表現(xiàn)為以大量的鼻隆構造為主，并發(fā)育規(guī)模較小的一些近北東向的斷裂，對馬四段天然氣富集非常有利，是下一步鉆探的有利目標，預測有利勘探面積約為4000km2。

4.2 烏審旗靖邊—古隆起東側構造—巖性帶

該區(qū)處于中部烏審旗古隆起疊合成藏區(qū)內(nèi)，馬四段白云巖上覆馬五段硬石膏巖，白云巖側向相變?yōu)槭規(guī)r，構成上傾方向巖性遮擋，形成較大面積分布的白云巖巖性圈閉，同時烏審旗古隆起東側海西期擠壓形成逆斷層，形成斷控低幅背斜構造，斷層錯斷造成白云巖儲層段與膏鹽巖側向接觸，構成上傾方向斷層遮擋，可形成構造—巖性圈閉，斷層也起到溝通源儲的作用，膏鹽巖層底面高點是天然氣聚集的有利部位，預測有利勘探面積約5500km2。

此外，馬三段及馬一段也發(fā)育厚層膏鹽巖，但目前勘探成程度很低，與其相配置的馬三段、馬二段均是未來鹽下深入勘探的遠景目標層系。對于馬三段而言，盆地中部地區(qū)的烏審旗—靖邊膏云坪、含膏云坪相帶是勘探的有利區(qū)，有利范圍約為18000km2。馬二段的沉積環(huán)境與馬四段類似，也發(fā)育白云巖儲層，其上被馬三段膏鹽巖覆蓋，也具有良好的成藏條件。下一步在落實馬四段含氣規(guī)模的基礎上，通過加深鉆探，積極探索馬三段、馬二段等鹽下新層系勘探潛力，若取得發(fā)現(xiàn)，將進一步擴大奧陶系鹽下整體含氣規(guī)模，形成鄂爾多斯盆地新的碳酸鹽巖勘探領域。

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下天然氣來自兩套烴源巖，其中上古生界煤系烴源巖分布范圍廣，古隆起區(qū)奧陶系中下部地層被剝露，白云巖形成的供烴窗口在成藏期東高西低的背景下造成天然氣側向運移是奧陶系鹽下成藏的有利條件；同時，奧陶系鹽下多個層段發(fā)育泥巖、泥質碳酸鹽巖，有機碳含量相對較高，累計厚20～40m，具有一定的生烴能力。

（2）白云巖是奧陶系鹽下氣藏的主要儲層，馬家溝組沉積縱向上旋回性特征明顯，為多套白云巖儲層發(fā)育創(chuàng)造了有利條件，根據(jù)其儲集空間特點，劃分為兩種類型白云巖儲層：海侵旋回形成的馬四段晶間孔型白云巖儲層與海退階段的馬三段溶孔型白云巖儲層。

（3）奧陶系鹽下具有上、下古生界雙源供烴的有利條件，形成了受多層系區(qū)域巖性相變帶控制的白云巖巖性氣藏，斷裂、構造相對發(fā)育的區(qū)域天然氣高產(chǎn)富集。

（4）綜合評價認為奧陶系鹽下新領域具有形成規(guī)模天然氣聚集的資源潛力，馬家溝組馬四段是目前奧陶系鹽下勘探的現(xiàn)實目標層系，盆地中東部地區(qū)馬家溝組多層系疊合區(qū)域巖性相變帶是鹽下天然氣富集的有利區(qū)，烏審旗—橫山云灰緩坡相帶及神木云灰隆 起相帶是近期馬四段勘探的目標區(qū)。烏審旗—靖邊馬三段膏云坪、含膏云坪相帶是下一步勘探的有利區(qū)。