趙靖舟,王大興,孫六一,包洪平,肖 暉,吳偉濤,陳永波

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學 陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室，陜西 西安 710065； 3.中國石油 長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710029)

鄂爾多斯盆地西北部奧陶系氣源及其成藏規(guī)律

趙靖舟1，2,王大興3,孫六一3,包洪平3,肖 暉1,吳偉濤1,陳永波1

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學 陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室，陜西 西安 710065； 3.中國石油 長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710029)

為了分析鄂爾多斯盆地西北部奧陶系已發(fā)現(xiàn)氣藏的氣源，探討該區(qū)奧陶系天然氣藏的分布規(guī)律，綜合利用地球化學實驗分析與石油地質(zhì)綜合研究，對研究區(qū)天然氣組分進行了分析。研究表明，研究區(qū)奧陶系天然氣干燥系數(shù)在0.958～0.986。氣源分析認為，奧陶系天然氣主要為來自石炭系-二疊系煤系烴源巖生成的煤成氣，但不排除有奧陶系海相氣源的少量混入。奧陶系烴源巖分析結(jié)果亦支持這一結(jié)論。研究區(qū)奧陶系泥巖和碳酸鹽巖的有機質(zhì)豐度普遍不高。其中，泥巖有機碳含量以烏拉力克組為最高，平均為0.54%;其次是克里摩里組泥巖,平均0.52%;拉什仲組泥巖最低,平均為0.43%；灰?guī)r有機碳含量3個組的平均值分別為0.35%，0.31%和0.25%。綜合分析表明，鄂爾多斯盆地西北部奧陶系天然氣藏的形成和分布主要受構(gòu)造、儲層、蓋層、優(yōu)質(zhì)烴源巖及天然氣運移通道5大因素控制，天然氣主要富集在以下5要素的耦合處：斜坡高部位、溶蝕縫洞儲層發(fā)育帶、烏拉力克組-拉什仲組蓋層分布區(qū)、優(yōu)質(zhì)烴源巖有利區(qū)及上古生界天然氣“倒灌”運移通道發(fā)育區(qū)。

烴源巖；氣藏形成；地球化學；奧陶系；天然氣；鄂爾多斯盆地

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷的北部，西側(cè)到達西緣逆沖帶，東至定邊—鄂托克旗一線，北部與伊盟隆起相接，面積約6×104km2(圖1)。該區(qū)奧陶系鉆揭地層包括下奧陶統(tǒng)三道坎組(O1s)、中奧陶統(tǒng)桌子山組(O2zh)、克里摩里組(O2k)和上奧陶統(tǒng)烏拉力克組(O3w)、拉什仲組(O3l)。其中桌子山組為厚層狀灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r；克里摩里組以深灰色-灰色泥晶灰?guī)r夾薄層白云巖、黑色頁巖、泥灰?guī)r為主，夾有角礫灰?guī)r、濁積巖等；烏拉力克組主要為黑色泥巖，灰黑色、灰綠色含硅質(zhì)頁巖、泥質(zhì)云巖夾泥晶灰?guī)r；拉什仲組主要為泥灰?guī)r和頁巖，含生物碎屑，產(chǎn)筆石。

鄂爾多斯盆地自1989年發(fā)現(xiàn)靖邊氣田以來，奧陶系的勘探工作和地質(zhì)研究主要集中在位于盆地中部的靖邊氣田及其周圍地區(qū)，對于盆地西部奧陶系的研究也多集中在構(gòu)造、儲層、烴源巖等方面，天然氣氣源特別是成藏方面的研究則很少。而且，靖邊氣田自發(fā)現(xiàn)起，其氣源問題一直存在爭議。進入本世紀以來，隨著天然氣地球化學資料和奧陶系烴源巖資料的日益豐富，對靖邊氣田奧陶系氣藏氣源問題的探討不斷深化。根據(jù)奧陶系天然氣地球化學特征和氣源對比分析，目前多數(shù)研究者認為，靖邊氣田為煤成氣與油型氣的混源氣，以煤成氣為主，氣源主要來自上古生界煤系地層[1-8]。但也有少數(shù)研究者認為該氣田天然氣主要為油型氣，混有少量煤成氣，氣源主要為奧陶系海相烴源巖[9-11]。還有研究者認為，靖邊氣田奧陶系天然氣的混源比例因不同地區(qū)乃至不同井區(qū)而異。如程付啟等[12]在確認靖邊氣田奧陶系天然氣為混源氣的同時，指出其不同井區(qū)煤成氣與油型氣的混合比例差異很大，反映成藏比較復雜。Li Xianqing等[13]同樣肯定靖邊氣田奧陶系風化殼氣藏為混源氣，但認為其中的煤成氣主要產(chǎn)自氣田東部地區(qū)，而油型氣可能主要產(chǎn)于氣田的北、西、南部地區(qū)。另有部分研究者從烴源巖和成藏研究的角度，得出靖邊氣田奧陶系天然氣主要為奧陶系烴源巖生成的結(jié)論[14-15]。這種認識的依據(jù)是，鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)奧陶系烴源巖不發(fā)育[16],而西部和南部盆緣地區(qū)中-上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M—背鍋山組發(fā)育有效乃至優(yōu)質(zhì)烴源巖[14，17-22]，另外盆地中央古隆起及其附近發(fā)現(xiàn)有奧陶系古油藏的存在[15，22-23]，由此認為靖邊氣田奧陶系天然氣是來自盆地西部和南部奧陶系烴源巖生成的天然氣或者/以及來自中央古隆起區(qū)古油藏形成的天然氣，向東側(cè)大規(guī)模運移形成的。近年來，又提出盆地中東部奧陶系馬家溝組鹽下(主要是馬五段、馬三段)發(fā)育有效烴源巖[21-22]，暗示其對靖邊氣田奧陶系氣藏形成具有一定乃至重要貢獻。但楊華等[6]、姚涇利等[24]認為，馬家溝組鹽下烴源巖單層厚度小(一般小于1 m)、有機質(zhì)豐度低，與上古生界煤系烴源巖相比較，奧陶系海相烴源巖對成藏的貢獻應(yīng)當非常有限。可見，盆地中東部地區(qū)奧陶系馬家溝組鹽下是否發(fā)育足以形成較大規(guī)模天然氣聚集的烴源巖仍不確定。在此情況下，盆地西部和南部奧陶系烴源巖的發(fā)育情況不僅對該地區(qū)天然氣藏形成具有重要意義，而且對于分析盆地內(nèi)部奧陶系天然氣藏的形成也具有重要意義。

圖1 鄂爾多斯盆地研究區(qū)位置示意圖

近年來，鄂爾多斯盆地西北部奧陶系勘探取得了新突破，在天環(huán)坳陷北部鉆探的余探1井、余探2井兩口井獲得日產(chǎn)天然氣超過1×104m3，還有多口井獲得低產(chǎn)氣流或油氣顯示。發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氣層位主要為克里摩里組，除此外個別井在拉什仲組、烏拉力克組、桌子山組也有產(chǎn)氣發(fā)現(xiàn)。本文擬根據(jù)新獲得的勘探資料和地質(zhì)地球化學資料就研究區(qū)奧陶系的氣源以及氣藏的形成和富集規(guī)律加以探討。

1 奧陶系氣源

1.1 天然氣組分特征對比

鄂爾多斯盆地西北部奧陶系天然氣以烴類氣體為主，占87.02%～98.94%，非烴氣含量僅占1.058%～12.979%。非烴氣的主要成分為CO2,H2和N2，幾乎不含H2S(表1)。重烴組分C2—C4占1.363%～1.962%，干燥系數(shù)在0.948～0.986，全為干氣。而同區(qū)上古生界天然氣組分中幾乎全部為烴類氣體，占97.46%～99.75%，非烴氣含量極少，僅占0.245%～4.863%；烴類氣體組分中甲烷占90.41%～97.44%，重烴氣占2.068%～8.698%，干燥系數(shù)在0.913～0.979，反映上古生界天然氣濕氣和干氣均有。可以看出，研究區(qū)奧陶系較上古生界天然氣組分總體偏干。

表1 鄂爾多斯盆地西北部奧陶系天然氣組分特征

注：O3w為上奧陶統(tǒng)烏拉力克組；O2k為中奧陶統(tǒng)克里摩里組；O2zh為中奧陶統(tǒng)桌子山組。

1.2 碳同位素特征對比

從鄂爾多斯盆地西北部天然氣碳同位素分布(表2)可知，無論是上古生界還是奧陶系，絕大多數(shù)天然氣樣品都呈現(xiàn)出δ13C1<δ13C2<δ13C3的正序碳同位素分布特征(圖2)，反映主體為單源單期原生氣的特征。而且，大部分樣品δ13C1>-35‰，δ13C2>-28‰。按照戴金星[25]提出的判別標準(δ13C2<-28.5‰為油型氣，δ13C2>-28‰為煤成氣，δ13C2處于兩者之間為混合氣)，盆地西北部上古生界和奧陶系絕大部分天然氣主要都屬于裂解型煤成氣。應(yīng)用最新修訂的δ13C1-δ13C2-δ13C3判別圖版[26]進行判別，同樣能得出氣源為煤成氣的結(jié)論(圖3)。只有少數(shù)樣品，如鄂16井(中二疊統(tǒng)下石盒子組P2x)、鄂32井(P1t)、蘇360井(O2k)鄂29井(O2zh)出現(xiàn)乙烷、丙烷碳同位素倒轉(zhuǎn)的情況，即δ13C2>δ13C3，反映可能為同源不同期天然氣混合的結(jié)果。

另外，還有兩口井3個天然氣樣品比較特殊，即色1井(中二疊統(tǒng)上石盒子組P2s)和余探1井(O2k，O3w)氣樣。其中色1井石盒子組天然氣甲烷碳同位素很重，δ13C1為-32.9‰，屬于煤成氣；而其δ13C2很輕，為-30.5‰，按照乙烷判別標準[25]判定，屬于油型氣。由此判斷，該天然氣可能屬于煤成氣與油型氣的混合氣。

余探1井2個奧陶系氣樣的甲烷δ13C1分別為-39.11‰和-38.92‰(PDB標準，下同)，明顯比盆地西北部其它樣品偏輕，與盆地東北部子洲氣田龍?zhí)?井奧陶系鹽下天然氣甲烷碳同位素(δ13C1=-39.26‰)相當。但其乙烷δ13C2分別為-27.26‰和-27.17‰，丙烷δ13C3為-25‰，重烴碳同位素相對甲烷明顯偏重。由于余探1井及盆地西北部古生界天然氣的烷烴氣系列碳同位素均呈正常序列，不存在靖邊氣田那種甲烷、乙烷之間的碳同位素倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且其δ13C2>-28‰，因此包括余探1井奧陶系在內(nèi)的盆地西北部天然氣主要都屬于單源單期的原生天然氣，據(jù)乙烷碳同位素可以判定為煤成氣。至于余探1井等甲烷碳同位素明顯偏輕的現(xiàn)象，本文分析認為主要可能與運移分餾作用有關(guān)，但也不排除奧陶系氣源貢獻的可能(見后文討論)。

表2 鄂爾多斯盆地西北部古生界天然氣碳同位素特征

注：O3w為上奧陶統(tǒng)烏拉力克組；O2k為中奧陶統(tǒng)克里摩里組；O2zh為中奧陶統(tǒng)桌子山組；P2x8為中二疊統(tǒng)下石盒子組八段；P1s1為下二疊統(tǒng)山西組一段；P1t為下二疊統(tǒng)太原組。

1.3 奧陶系烴源巖評價

目前，國內(nèi)外特別是國內(nèi)對高成熟海相碳酸鹽巖烴源巖的評價標準認識分歧較大，提出的有效烴源巖總有機碳含量(TOC)下限0.1%～0.5%不等。金之鈞和王清晨[27]提出海相烴源巖TOC生烴下限為0.5%。最近，郭彥如等[22]對世界54個以碳酸鹽巖為烴源巖的大油氣田的源巖總有機碳統(tǒng)計表明，96%的油氣田的烴源巖平均TOC大于0.5%，僅有兩個油氣田的烴源巖TOC小于0.5%，最低值為0.28%，說明把0.5%作為形成大油氣田的海相烴源巖TOC一般性下限是合理的。本文據(jù)此對研究區(qū)奧陶系烴源巖進行評價。

圖2 鄂爾多斯盆地西北部上古生界和奧陶系天然氣碳同位素分布對比

圖3 鄂爾多斯盆地西北部古生界天然氣成因δ13C1-δ13C2-δ13C3鑒別圖版

研究區(qū)奧陶系烴源巖包括碳酸鹽巖和泥巖兩類，主要分布于中統(tǒng)克里摩里組與上統(tǒng)烏拉力克組和拉什仲組?？死锬锝M烴源巖主要為灰?guī)r，夾少量泥巖，發(fā)育條件一般。烏拉力克組以大量出現(xiàn)灰黑色泥頁巖、灰泥巖為主要特征，是下古生界主要的烴源巖發(fā)育層段。拉什仲組碳酸鹽巖和泥巖烴源巖均占一定比例。

根據(jù)對研究區(qū)奧陶系烴源巖樣品實測結(jié)果統(tǒng)計分析(圖4)，烏拉力克組烴源巖有機質(zhì)豐度最高，有機碳平均值為0.49%，大于0.3%的樣品約占55%，大于0.5%的樣品數(shù)超過40%；其次是克里摩里組，平均為0.46%，超過0.3%的占到53%，大于0.5%的接近30%；拉什仲組最低，平均為0.39%，小于0.3%的占到43.8%，小于0.5%的大約接近80%。

對灰?guī)r和泥巖實測結(jié)果分別進行統(tǒng)計，拉什仲組灰?guī)r有機質(zhì)豐度以TOC小于0.3%為主，占該組測試灰?guī)r樣品數(shù)的64.3%；其次是TOC為0.3%～0.5%，占28.6%；TOC大于0.5%的僅占7.1%；TOC平均為0.25%。烏拉力克組灰?guī)r也以TOC小于0.3%為主，占60%；其次是TOC為0.5%～1.0%，占28%；平均為0.35%?？死锬锝M灰?guī)r同樣以TOC小于0.3%為主，占60%；其次是TOC為0.5%～1.0%和TOC大于1.0%，分別占18.5%和11.1%；TOC平均為0.31%；而拉什仲組泥巖TOC以0.3%～0.5%為主，小于0.5%的占67.2%，平均為0.43%。烏拉力克組泥巖TOC以0.3%～1%為主，小于0.5%的占65.3%，平均為0.54%?？死锬锝M泥巖TOC以0.3%～0.5%為主，小于0.5%的占70%，平均為0.52%。

圖4 鄂爾多斯盆地西北部奧陶系灰?guī)r和泥巖烴源巖TOC含量分布直方圖

可見，研究區(qū)烴源巖無論是灰?guī)r還是泥巖，其TOC均以烏拉力克組為最高，其次為克里摩里組，拉什仲組最低。亦即，區(qū)內(nèi)奧陶系烴源巖主要分布在克里摩里組與烏拉力克組。而且，泥巖的有機碳含量明顯高于泥灰?guī)r的有機碳含量。其中烏拉力克組和克里摩里組泥巖和灰?guī)r均有約30%的烴源巖樣品TOC達0.5%以上，說明其對奧陶系氣藏的形成有可能產(chǎn)生一定貢獻。但總的來看，研究區(qū)奧陶系烴源巖的有機碳含量并不高，反映其對奧陶系天然氣藏形成的貢獻比較有限。前述氣源對比表明研究區(qū)氣藏主要為來自上古生界煤系烴源巖的煤成氣，也從另一個側(cè)面說明奧陶系烴源巖對氣藏的形成可能貢獻不大。

2 天然氣成藏主控因素與富集規(guī)律

綜合分析表明，研究區(qū)奧陶系天然氣藏的形成和分布主要受構(gòu)造、儲層、蓋層、烴源巖及天然氣運移通道5大因素控制，天然氣主要富集在以下5要素的耦合處：斜坡高部位、溶蝕縫洞儲層發(fā)育帶、烏拉力克組-拉什仲組蓋層分布區(qū)、烴源巖有利區(qū)及天然氣“倒灌”運移通道發(fā)育區(qū)。

2.1 斜坡高部位

由鄂爾多斯盆地西北部奧陶系克里摩里組頂面現(xiàn)今構(gòu)造圖可以看出(圖5)，研究區(qū)克里摩里組頂面現(xiàn)今構(gòu)造表現(xiàn)為“中間凸起、南北兩側(cè)凹陷”的構(gòu)造格局。中部鄂31井—李華1井為相對高的臺地，由此向南北兩側(cè)逐漸過渡為凹陷，形成馬鞍狀構(gòu)造格局。而在此臺地東西方向上，克里摩里組又表現(xiàn)為西厚東薄，向東逐漸超覆尖滅。

圖5 鄂爾多斯盆地西北部奧陶系氣-水分布平面圖

由構(gòu)造演化分析以及奧陶系分布情況可知，上述構(gòu)造面貌在奧陶紀末即已形成，現(xiàn)今構(gòu)造面貌為奧陶紀末古構(gòu)造的繼承，只是在盆地西緣受到后期較強烈的改造。

研究區(qū)奧陶系已發(fā)現(xiàn)的8口出氣井全部位于斜坡高部位(圖5)。其中日產(chǎn)1×104m3以上的3口井(余探1、余探2、天1井)均位于古今斜坡的中部以上較高部位。

相反，構(gòu)造最高部位和斜坡低部位至凹陷中心部位均不利于成藏。如研究區(qū)馬鞍形構(gòu)造的中部臺地區(qū)是除西緣外構(gòu)造最高的部位，迄今尚未有一口井日產(chǎn)1 000 m3以上的氣。鄂19井雖然見有氣顯示，但試氣僅日產(chǎn)52 m3。成藏條件最差的是凹陷中心附近的構(gòu)造低部位，其目前所鉆的探井無一見有氣產(chǎn)出，而幾乎全部產(chǎn)水。如靠近南部凹陷中心的李4井、余3井、鄂29井和北部凹陷中心附近的棋探1井、鄂26井，試氣結(jié)果均只產(chǎn)水，日產(chǎn)水量48～315 m3不等。其中棋探1井日產(chǎn)水315 m3，為北部凹陷之最；李4井日產(chǎn)水240 m3，為南部凹陷之最。

研究區(qū)奧陶系天然氣之所以主要聚集在斜坡高部位，是由于一方面該部位靠近氣源，另一方面是由于斜坡高部位巖溶儲層相對比較發(fā)育，另外其保存條件也往往較好。

前面氣源對比分析表明，研究區(qū)奧陶系氣藏的氣源主要為上古生界煤系烴源巖，其生成的天然氣只能通過“倒灌”方式向其下伏的奧陶系運移和充注，運移的動力為上古生界烴源巖在晚侏羅世—早白堊世時期大量生烴所產(chǎn)生的異常高壓。那么，隨著運移深度的增加，運移的動力將逐漸減弱，直到運移到一定的構(gòu)造低部位時，運移的動力將不足以將構(gòu)造低部位儲層中的水所驅(qū)替，從而形成構(gòu)造低部位富水、斜坡高部位富氣的氣水分布格局。而且，斜坡高部位比低部位更有利于碳酸鹽巖儲層的淋濾和溶蝕；而低部位由于是地層水流動的滯流區(qū)，因而不僅古巖溶作用變?nèi)?，而且是斜坡上部溶蝕物質(zhì)向下搬運沉淀的場所，故其儲層條件一般較差，從而不利于天然氣的富集。

2.2 巖溶縫洞儲層發(fā)育帶

截止2013年底，研究區(qū)共有8口井產(chǎn)氣，14口井產(chǎn)水。產(chǎn)氣井分別為蘇357井、蘇360井、鄂19井、李2井、余探1井、余探2井、天1和鄂29井。產(chǎn)氣井中，除鄂29井為桌子山組產(chǎn)氣(試氣獲日產(chǎn)量為1 592 m3)外，其余7口井均是克里摩里組產(chǎn)氣，占到氣層總井數(shù)的87.5%；且8口產(chǎn)氣井中，只有天1井、余探1井、余探2井三口井日產(chǎn)氣超過1×104m3，其產(chǎn)氣層位均為克里摩里組。而拉什仲組和烏拉力克組分別僅在余探2井、余探1井發(fā)現(xiàn)氣層，且日產(chǎn)氣量較小，分別為298 m3和2 605 m3。可見，克里摩里組為研究區(qū)的主要產(chǎn)氣層位，而拉什仲組、烏拉力克組和桌子山組僅在個別井獲得天然氣流。

克里摩里組之所以成為研究區(qū)奧陶系的主要含氣層位，與其巖溶儲層發(fā)育有關(guān)。奧陶紀克里摩里期，在盆地西北部發(fā)育近南北展布的臺緣斜坡相帶，巖性主要為石灰?guī)r。晚加里東運動時期，盆地中央古隆起處于繼承性隆升狀態(tài)，奧陶系抬升遭受風化剝蝕以及淋濾溶蝕作用。其中西側(cè)斜坡相帶的石灰?guī)r地層具有相對較高的溶解速度，加之大氣降水的垂向滲入和地下徑流作用，導致在奧陶系形成區(qū)域型順層溶蝕和局部性溶蝕兩種主要巖溶作用。

位于研究區(qū)中部凸起的克里摩里組剝蝕區(qū)，直接接受大氣水的淋濾、溶解和沉淀等作用，形成風化殼儲層。而在其南北兩側(cè)沉積的奧陶系烏拉力克組、拉什仲組泥灰?guī)r、泥頁巖等難溶巖類地層，阻擋了克里摩里組的垂向溶蝕，而只能沿著其地層展布方向進行順層巖溶，形成由東部到西北部、中部到南部和北部順層展布的溶蝕孔洞系統(tǒng)。

顯然，與局部性縫洞體系相比，這種順層分布的區(qū)域性溶蝕孔洞發(fā)育帶是最有利的天然氣運移通道和成藏區(qū)帶，可形成大中型氣藏。表現(xiàn)在其儲層物性相對較好，如克里摩里組儲層的平均孔隙度和平均滲透率分別為1.86%和1.78×10-3μm2；而拉什仲組儲層的平均孔隙度為1.2%，平均滲透率為0.43×10-3μm2；烏拉力克組平均孔隙度為1.0%，平均滲透率為0.16×10-3μm2。

由于上述原因，在研究區(qū)奧陶系各層位中，克里摩里組成為含氣最普遍的層位，也是迄今唯一產(chǎn)出工業(yè)氣流的層位。

2.3 烏拉力克組-拉什仲組蓋層分布區(qū)

研究區(qū)鄰近鄂爾多斯盆地西緣前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造活動相對比較強烈，特別是在晚侏羅世—早白堊世奧陶系氣藏形成后，盆地西緣強烈的構(gòu)造擠壓對氣藏的形成和調(diào)整均具有重要影響。因此，良好的保存條件特別是相對穩(wěn)定的構(gòu)造位置(斜坡區(qū))和高質(zhì)量的蓋層是西北部奧陶系氣藏形成與富集不可缺少的條件之一。

研究發(fā)現(xiàn)，本區(qū)奧陶系主力氣層克里摩里組上覆直接蓋層存在兩種情況：一是奧陶系烏拉力克組-拉什仲組致密灰?guī)r和泥巖，以烏拉力克組蓋層條件為最優(yōu)；另一種則是石炭系-二疊系(圖6)。其中烏拉力克組-拉什仲組致密灰?guī)r和泥巖的封蓋條件相對較好，而石炭系-二疊系直接蓋層在本區(qū)封蓋條件相對較差。因此，已發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氣井幾乎全部位于烏拉力克組-拉什仲組蓋層分布區(qū)，包括日產(chǎn)過1×104m3的余探1井、余探2井和天1井以及日產(chǎn)超過5 000 m3的蘇357井。

相反，在烏拉力克組-拉什仲組缺失區(qū)，克里摩里組由于暴露古地表，且與上古生界烴源巖直接接觸，理應(yīng)既具有良好的儲集條件，又具有“近水樓臺先得月”的優(yōu)越氣源供給條件，但實際上卻成藏較差。在克里摩里組暴露區(qū)(奧陶系頂面)共鉆遇的27口井中，僅在李2井(1 149 m3/d)、鄂19井(52 m3/d)和蘇360井(1 575 m3/d)獲得低產(chǎn)氣流。對克里摩里組氣層和水層的孔隙度和滲透率分析表明(表3)，克里摩里組古暴露區(qū)的鄂7井、蘇259井、蘇361井和蘇365井的儲層物性實際上比古埋藏區(qū)的余探1井和余探2井克里摩里組氣藏的儲層還要好，后兩者的孔隙度和滲透率分別僅為3.83%，0.95%和0.05×10-3，0.04×10-3μm2。這說明，造成克里摩里組暴露區(qū)成藏差的原因不是儲層條件，而主要是蓋層條件差，缺失烏拉力克組-拉什仲組優(yōu)質(zhì)蓋層。事實上，克里摩里組的古暴露區(qū)恰恰正是上古生界烴源巖生成的天然氣向奧陶系的供烴區(qū)或“供烴窗口”。而與之相鄰的烏拉力克組-拉什仲組優(yōu)質(zhì)蓋層發(fā)育區(qū)應(yīng)是研究區(qū)天然氣藏形成和富集的有利地區(qū)。

另外，烏拉力克組-拉什仲組也是自身氣藏的良好蓋層。如余探1井烏拉力克組氣藏和余探2井拉什仲組氣藏。這也是這兩個層位能夠形成氣藏的重要因素之一。

圖6 鄂爾多斯盆地西北部南北向奧陶系天然氣運移剖面

井名井段/m孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)試氣成果余探23994.5～3998.93.830.05氣層余探14049.0～4056.00.950.04氣層鄂74017.4～4132.54.090.12水層蘇3594085.7～4089.67.690.18水層蘇3613836.0～3844.01.810.49水層蘇3654036.0～4039.80.552.16水層

2.4 上古生界烴源巖有利區(qū)與“倒灌”運移通道發(fā)育區(qū)

烴源巖評價表明，研究區(qū)發(fā)育石炭系-二疊系海陸過渡相煤系烴源巖與奧陶系海相碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖兩套烴源巖，以上古生界煤系烴源巖為最優(yōu)。石炭系-二疊系煤系烴源巖在研究區(qū)的煤層厚度分布在4～12 m，暗色泥巖厚度介于70～90 m，生烴強度范圍為(10～20)×108m3/km2[28]。而盆地西北部中、上奧陶統(tǒng)烏拉力克組和拉什仲組海相烴源巖的厚度分布在60～300 m，有機碳含量在0.3%～0.6%，生烴強度主要分布在(8～16)×108m3/km2。

氣源對比結(jié)果證實，研究區(qū)奧陶系氣藏的氣源主要均為上古生界煤系烴源巖。因此，氣藏的形成主要是來自上古生界烴源巖的天然氣以“倒灌”的方式向奧陶系儲層充注的結(jié)果?！暗构唷边\移的一個直接證據(jù)就是天然氣甲烷碳同位素值的變化。由圖6可以看出，由鄂19井向南到構(gòu)造低部位的余探2和余探1井，隨著距離的增大，甲烷碳同位素明顯呈變輕之勢，其主要產(chǎn)氣層克里摩里組天然氣甲烷的碳同位素值分別為-34.64‰，-35.06‰和-38.92.‰，反映可能與運移分餾作用有關(guān)。當然，余探1井天然氣甲烷碳同位素的明顯變輕也不排除奧陶系氣源存在少量混入的可能。

就烴源條件來看，上古生界煤系烴源巖由于在鄂爾多斯盆地具有廣覆式分布的特點，其有效烴源巖分布十分廣泛，且在本區(qū)其生氣強度也比較高，超過了以往認為的致密大氣田形成的生氣強度下限10×108m3/km2[28-30]。因此，對本區(qū)奧陶系致密碳酸鹽巖的成藏而言，除盆地西緣外，大部分地區(qū)烴源條件是比較有利的。那么，對奧陶系的成藏來說，關(guān)鍵就要看“倒灌運移”通道發(fā)育情況等其它條件如何了。

就“倒灌運移”的輸導條件來看，研究區(qū)的“倒灌”運移通道主要存在順層巖溶縫洞型輸導體系和斷裂型輸導體系2種類型。前者主要構(gòu)成上古生界天然氣側(cè)向運移的通道，主要分布在奧陶系克里摩里組的斜坡區(qū)和古剝蝕暴露區(qū)，其中古剝蝕暴露區(qū)與上古生界煤系烴源巖直接接觸，構(gòu)成了順層“倒灌運移”的“供烴窗口”。而斷裂型輸導體系則構(gòu)成上古生界天然氣垂向運移的通道，分布在斷裂發(fā)育區(qū)。由于沿碳酸鹽巖地層傾斜方向容易形成較發(fā)育的溶蝕孔洞系統(tǒng)，因而順層巖溶縫洞輸導體系是研究區(qū)最重要的天然氣“倒灌”運移通道和大氣田形成的主要模式。已發(fā)現(xiàn)的主要產(chǎn)氣井除天1井位于斷層發(fā)育區(qū)、為垂向運移成藏外，其余氣井均分布于順層“倒灌”運移通道的發(fā)育區(qū)，特別是余探1、余探2兩口日產(chǎn)氣上萬方的探井，就位于克里摩里組順層巖溶縫洞輸導體系發(fā)育區(qū)。事實上，近年來在盆地中央古隆起東側(cè)發(fā)現(xiàn)的奧陶系馬家溝組中組合氣藏，同樣是來自上古生界煤系源巖的天然氣經(jīng)奧陶系古剝蝕暴露區(qū)進入中組合輸導層進行順層側(cè)向運移聚集的結(jié)果[6,31]。

可見，順層側(cè)向運移是鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖氣藏形成的一種重要方式。

3 結(jié)論

1) 鄂爾多斯盆地西北部奧陶系天然氣干燥系數(shù)在0.958～0.986，全為干氣；烷烴氣系列碳同位普遍呈現(xiàn)出δ13C1<δ13C2<δ13C3的正序分布特征，且δ13C2>-28‰。氣源分析認為，研究區(qū)奧陶系天然氣主要為來自上古生界煤系烴源巖的煤成氣。其中余探1井奧陶系2個天然氣樣品的甲烷碳同位素雖然很輕，δ13C1在-39.11‰～-38.92‰，可能與運移分餾作用有關(guān)。

2) 以往曾認為盆地西部是鄂爾多斯盆地奧陶系烴源巖最發(fā)育的地區(qū)，因此可能是該區(qū)天然氣的重要來源。但本文所研究的盆地西北部奧陶系無論是碳酸鹽巖還是泥質(zhì)巖，其有機質(zhì)豐度普遍不高，暗示奧陶系烴源巖對研究區(qū)天然氣藏的形成可能貢獻不大。研究區(qū)奧陶系天然氣主要表現(xiàn)為煤成氣的特征即證明了這一判斷。

3) 綜合研究表明，鄂爾多斯盆地西北部奧陶系天然氣藏的形成和分布主要受構(gòu)造、儲層、蓋層、優(yōu)質(zhì)烴源巖及天然氣運移通道5大因素控制，天然氣主要富集在以下5要素的耦合處：斜坡高部位、溶蝕縫洞儲層發(fā)育帶、烏拉力克組-拉什仲組蓋層分布區(qū)、優(yōu)質(zhì)烴源巖有利區(qū)及上古生界天然氣“倒灌”運移通道發(fā)育區(qū)。

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(編輯 張亞雄)

Origin of the Ordovician gas and its accumulation patterns in Northwestern Ordos Basin

Zhao Jingzhou1,2,Wang Daxing3,Sun Liuyi3,Bao Hongping3,Xiao Hui1,Wu Weitao1,Chen Yongbo1

(1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China;2.ShaanxiKeyLaboratoryofPetroleumAccumulationGeology,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China;3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Xi’an,Shaanxi710029,China)

In order to determine the source of natural gas and to reveal the factors controlling the accumulation and distribution of natural gas in the Ordovician reservoirs of the study area,we studied the composition of the natural gas through geochemical analysis and comprehensive geologic studies.The Ordovician gases are revealed to be entirely dry gas and their dryness indices range from 0.958 to 0.986.Geochemical analysis indicates that the Ordovician gases are mostly derived from the Carboniferous-Permian coal measure source rocks,whereas the marine Ordovician source is assumed to be a minor contribution.This is also supported by the Ordovician source rock analysis,which has revealed that the organic matter content of the mudstones and the carbonates is commonly not high.The average TOC of the mudstones in the Wulalike,Kelimoli,Lashizhong formations are only 0.54%,0.52% and 0.43%，respectively,and that of the carbonates in the above three formations are 0.35%,0.31% and 0.25%，respectively.Comprehensive studies suggest that the gas accumulation and distribution is principally controlled by structure,reservoirs,cap rocks,quality source rocks and migration pathways.Gases mainly enrich in places where the following 5 factors couple,namely structural highs of the slope,highly developed reservoirs with dissolution fractures and vugs,cap rocks of the Wulalike and Lashizhong formations,quality source rocks,and migration pathways for downward charging of gas from the Upper Paleozoic source rocks.

source rocks,gas accumulation,geochemistry,Ordovician,natural gas,Ordos Basin

2014-11-03;

2015-07-20。

趙靖舟(1962—)，男，教授，油氣成藏地質(zhì)學、非常規(guī)油氣地質(zhì)與勘探。E-mail：jzzhao@xsyu.edu.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05007-004)。

0253-9985(2015)05-0711-10

10.11743/ogg20150501

TE122.1

A