鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下天然氣成藏條件

苗忠英 陳踐發 張晨 史基安 邵毅 戰沙

1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室 2.中國科學院油氣資源研究重點實驗室3.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院

鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下天然氣成藏條件

苗忠英1陳踐發1張晨1史基安2邵毅2戰沙3

1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室 2.中國科學院油氣資源研究重點實驗室3.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院

鄂爾多斯盆地東部下奧陶統發育優質膏鹽巖區域蓋層,分析其下的烴源巖特征和儲集條件,對于選擇有利勘探區帶和降低勘探風險都具有重要意義。通過對鹽下烴源巖特征、生烴潛力、儲層特征及分布規律的分析,得出以下認識:垂向上下奧陶統馬家溝組五段、一段烴源巖質量最好;平面上膏鹽湖沉積微相有機質豐度最高(0.26%)、局限海次之(0.24%)、開闊海第三(0.235%)、含膏云坪最低(0.2%);相同沉積微相在不同層段有機質豐度有差別,其原因可能與烴源巖泥質含量有關;有機質類型以腐泥型和偏腐泥混合型為主,成熟度較高(VRo>2%),主體已進入過成熟階段;白云巖為主要儲集體,儲層物性較差,儲集空間以晶間孔和晶間溶孔為主,也有溶解縫和構造縫。結論認為:奧陶系膏鹽巖發育層段,天然氣成藏潛力以馬五段最高、馬一段次之、馬三段最低;無膏鹽巖發育層段,馬二段成藏潛力好于馬四段。

鄂爾多斯盆地 早奧陶世 鹽膏層 烴源巖 儲集層 成藏潛力 有機質豐度 沉積微相

鄂爾多斯盆地在早古生代屬于華北地臺,為陸緣海盆地。晚加里東—早海西期的構造運動使中央古隆起抬升遭受剝蝕,形成大面積分布的優質碳酸鹽巖風化殼儲層。在該套儲集層中發現了靖邊大氣田,其天然氣為來源于奧陶系的油型氣與來自上古生界的煤型氣混合形成[1-3]。

盆地東部下奧陶統馬家溝組發育大面積的厚層膏鹽巖。盡管奧陶系碳酸鹽巖烴源巖有機質豐度較低,但是母質類型好、熱演化程度高[4],況且賦存有大量瀝青、見有機包裹體[5-6],所以是有效的氣源巖。奧陶系鹽下主要為白云巖儲層,儲集空間以晶間孔、晶間溶孔、膏鹽晶模孔、針狀溶孔、斑狀溶孔為主,并有成巖縫、構造縫、巖溶縫伴生[6]。對鹽下烴源巖質量、儲層發育特征和源儲配置關系的研究,是確定該區天然氣成藏潛力的重要依據。

1 鹽下碳酸鹽巖烴源巖特征

1.1 烴源巖發育環境

鄂爾多斯盆地東部奧陶紀馬家溝期經歷頻繁的海進和海退,馬一段、馬三段、馬五段為海退期沉積形成,馬二段、馬四段為海進期的產物。在海退時期形成的膏鹽湖沉積環境水體淺、光照強、鹽度高、溶氧量低,盡管生物種類少,但由于有機質類型和保存條件好,產能并不低,有利于有機質的富集和保存。海進期海平面上升,盆地東部絕大部分處于海平面之下,先期的膏鹽湖此時在潮下或潮間低能環境。隨著淡水補給量的增加,沉積水體鹽度逐漸恢復到正常海水的水平,主要的沉積環境為開闊海、云灰坪和局限海。其中開闊海保存的沉積有機質豐度低、富氧貧氫、類型差[7];局限海水動力條件較弱、含鹽度較高,處于還原條件,利于有機質保存。

1.2 有機質豐度特征

鄂爾多斯盆地下奧陶統碳酸鹽巖有機質豐度總體偏低。統計了下奧陶統599個碳酸鹽巖烴源巖有機碳含量數據,發現 TOC介于0.01%～2.11%,平均值為0.26%。但沉積環境不同可導致有機質含量特征的差異,所以筆者將有機質豐度特征分段考慮,同時計算出大于某一豐度(TOC=0.3%)的頻率值和平均值。

從表1中可見,各段有機質平均含量的大小順序依次為:馬五段(0.31%)>馬二段(0.25%)>馬一段(0.24%)>馬四段(0.22%)>馬三段(0.21%);TOC大于0.3%的平均值各段分別為:馬五段(0.67%)>馬二段(0.48%)>馬四段(0.46%)>馬一段(0.4%) >馬三段(0.39%);TOC大于0.3%的頻率各段分別為:馬五段(25.4%)>馬一段(23.1%)>馬二段(17.5%)>馬三段(13%)>馬四段(12%)。下奧陶統各段 T OC指數顯示烴源巖質量由好變差的順序為:馬五段>馬一段>馬二段>馬四段>馬三段。

表1 鄂爾多斯盆地東部下奧陶統碳酸鹽巖烴源巖有機質豐度特征表

1.3 有機質豐度與沉積環境的關系

將各段不同沉積微相的有機質豐度特征列于表2,從中可見:馬五段膏鹽湖和局限海有機質豐度最高,均為0.35%;而含膏云坪微相較低,僅為0.22%;在馬四段,沉積環境差異導致有機質豐度不同的現象較明顯,局限海有機質豐度明顯比開闊海高,兩者分別為0.25%和0.22%;馬三段盡管形成于水體相對封閉的環境,但是各微相有機質豐度均很低;馬二段與馬四段類似,即局限臺地比開闊臺地有機質豐度略高,云灰坪有機碳含量為0.26%,開闊海為0.25%;馬一段云灰坪和膏鹽湖有機碳含量較高,分別為0.29%和0.24%。

若考慮數據少的沉積微相有機碳豐度特征不具有統計學的意義,可以發現各微相有機質豐度具有如下特征:膏鹽湖有機質豐度最高(0.26%)、局限海次之(0.24%)、開闊海第三(0.235%)、含膏云坪最低(0.2%);相同微相在不同層段有機質豐度不同,例如同為膏鹽湖和局限海,馬三段有機質豐度要比馬一段和馬五段低很多,其原因可能與泥質含量有關。例如,龍探1井馬一段白云質泥巖和石膏質泥巖總厚度為12 m,占地層厚度的17.4%;馬三段對應巖性總厚度僅為6 m,占地層總厚度3.9%。

1.4 有機質類型特征

根據有機質顯微組分特征可以確定有機質的類型。這種方法確定的類型偏重于對有機質來源的判斷。筆者將顯微組分劃分為3部分:無定形+殼質組;鏡質組;惰質組。其中在寒武系和奧陶系無定形組分的含量均大于80%。以這3部分為端元,作出劃分有機質類型的三角圖(圖1)。

表2 不同沉積相烴源巖有機質豐度特征表

圖1 鄂爾多斯盆地古生界有機質類型劃分圖

從圖1中可見,二疊系有機質鏡質組含量很高(80%),為特征明顯的腐殖型有機質;寒武系和奧陶系有機質顯微組分主要集中于端元1,是特征明顯的腐泥型和混合型有機質。

研究區氯仿瀝青“A”組成特征見表3。從表3中可見,各層位族組分中飽和烴的含量有明顯優勢,均超過35%;芳烴和瀝青質相對較少,均低于10%;飽芳比(飽和烴/芳烴)較高,均大于3。根據氯仿瀝青“A”組成劃分有機質類型標準[8],將研究區古生界有機質劃分為偏腐殖混合型和偏腐泥混合型2種類型,而鹽下地層有機質為偏腐泥混合型,明顯好于上古生界。

奧陶系干酪根δ13C值92.98%分布在-26‰～-32‰范圍內,7.02%分布在-24‰～-26‰范圍,可見有機質類型腐泥型為主,混合型很少。這與干酪根生源構成主要是由水生浮游生物和藻類轉化而來一致。陜參1井下奧陶統鹽下干酪根δ13C為27.8‰,據此推斷鹽下有機質類型主體為腐泥型。

表3 氯仿瀝青“A”組成劃分有機質類型表

綜合有機質顯微組分、氯仿瀝青“A”和干酪根碳同位素等特征,認為鹽下烴源巖有機質類型較好。此外,研究區在馬五段、馬三段發現自生黃鐵礦、烴源巖Pr/Ph小于0.7,說明沉積有機質的保存環境為高鹽且還原環境。

1.5 有機質成熟度

下奧陶統海相碳酸鹽巖缺乏陸源鏡質組,故常用等效鏡質組反射率(VRo)來確定其熱演化程度。研究區下古生界等效鏡質體反射率全部大于1.8%,絕大部分大于2.0%,說明烴源巖全部熱演化至高—過成熟階段,大部分演化至過成熟階段。此外,龍探1井83%的烴源巖樣品,其 Tmax>450℃(圖2),也反映出有機質高熱演化程度的特征。

1.6 烴源巖生烴潛量

利用測井資料計算鹽下烴源巖有機碳的含量, TOC>0.3%為有效烴源巖。結果表明:有效烴源巖的厚度介于35～150 m;膏鹽巖發育層段,馬五段厚度最大,為10～60 m;無膏鹽巖層段,馬四段厚度(10～40 m)較馬二段(5～15 m)大;平面上,烴源巖厚度高值區與沉積中心匹配。

圖2 龍探1井鹽下烴源巖 T max分布頻率圖

元素平衡法計算鹽下烴源巖的生烴強度為(1～6) ×108m3/km2,生氣量達37×1012m3,可為中小型氣藏提供充足的氣源。

2 鹽下儲層特征及天然氣成藏潛力

2.1 儲層特征

鹽下儲層巖性主要有細粉晶云巖、粉晶云巖、細晶云巖和含膏含鹽泥晶云巖儲集巖等4類[9]。其中,白云巖為層狀、似層狀粉晶云巖、細晶云巖,分布廣、厚度大;而泥晶和微晶白云巖較少見。儲層孔隙度為0.1%～14.9%,平均為2.08%;滲透率為0.001～34.25 mD,平均為0.904 mD。馬三段儲層物性最好,孔隙度分布范圍為0.29%～9.7%,平均為3.74%,滲透率范圍為0.007～34.35 mD,平均為8.795 mD;馬四段儲層物性最差,孔隙度分布于0.13%～6.75%,平均為1.02%,滲透率范圍為0.001～7.43 mD,平均為0.23 mD。儲集空間主要為晶間孔和晶間溶孔(圖3),這2種孔隙類型在白云巖基質孔隙中有絕對的優勢。此外,白云巖中溶蝕作用也非常發育,致使溶解縫和構造縫都較常見,且大多充填瀝青質。

圖3 鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下主要儲集空間類型圖

2.2 天然氣成藏潛力

馬家溝組膏鹽巖分布廣泛,垂向上主要分布在馬一、馬三、馬五段。其中,馬一段厚度為10～50 m,馬三段厚度為10～120 m,馬五段厚度介于20～200 m,馬家溝組總厚度為40～370 m。平面上,膏鹽巖分布以龍探1井、米1井、榆9井為中心,向四周厚度減薄。總體上,分布面積5×104km2左右的膏鹽巖構成馬家溝組及其之下地層的優質蓋層。通過對烴源巖、儲層特征的分析,并結合目的層位于鹽下這一地質背景,認為:膏鹽巖發育層段,成藏潛力以馬五段最高、馬一段次之、馬三段最低;無膏鹽巖發育層段,馬二段成藏潛力好于馬四段。在馬一、馬三、馬五段膏鹽巖之下,發育鼻狀鹽隆、斷裂—巖性、地層尖滅、透鏡體等多種類型圈閉[6],其中的大型圈閉具有較高勘探價值。

3 結論

1)鄂爾多斯盆地東部膏鹽巖廣布,面積近5×104km2,鹽下烴源巖生氣量達37×1012m3,生氣強度可達6×108m3/km2,可以為中小型氣田提供充足氣源。

2)鹽下烴源巖垂向和平面有機質豐度特征差異明顯。垂向上馬五段烴源巖質量最好,馬一段次之,馬二、馬四、馬三段依次降低;平面上膏鹽湖有機質豐度最高,局限海次之,開闊海第三,含膏云坪最低。相同沉積微相在不同層段有機質豐度不同,其原因可能與泥質含量有關。

3)有機質類型以腐泥型和偏腐泥混合型為主,反映其具有較好的生烴潛力;成熟度普遍較高(VRo> 2.0%),烴源巖產物基本全部為氣態烴。鹽下儲層以白云巖為主。物性較差,孔隙度和滲透率一般較低,儲集空間主要為晶間孔、晶間溶孔和溶蝕縫等。

4)綜合分析生儲蓋組合特征認為,天然氣成藏潛力在膏鹽巖發育層段中,以馬五段最高、馬一段次之、馬三段最低,無膏鹽巖發育層段,馬二段成藏潛力高于馬四段。

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Gas pooling conditions in the Ordovician subsalt layers,eastern Ordos Basin

BranchofExplorationandDevelopmentResearchInstitute,SinopecSouthwestBranch,Deyang,Sichuan 618000,China)(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting∥ChinaUniversityofPetroleum,Beijing 102249,China;2.KeyLaboratoryofPetroleumResources,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029, China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Xi’an,Shaanxi710061,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 2,pp.39-42,2/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Quality halite gypsum regional cap rocks are developed in the Lower Ordovician of the eastern O rdos Basin.An analysisof the subsalt source rocks and reservoir conditions isof great significance to the recognition of favo rable p lays,the enlargement of exp loration domain,and themitigation of exploration risk.The following conclusions are obtained based on the studiesof the features and the hydrocarbon generation potential of subsalt source rocks as well as the characteristics and distribution of the subsalt reservoirs.Vertically,the source rocks in the 5thand the 1stmembers of the Lower O rdovician Majiagou Fo rmation are the highest in quality.Laterally,salt lake maicrofacies is the highest in o rganic matter abundance(0.26%),followed by restricted sea(0.24%), the third is open sea(0.235%),w hile the last is salt-bearing dolomite flat(0.2%).Theorganic matter abundance fo r the same sedimentary mcirofacies is not the same at different intervals,possibly due to the variation of shale content of source rocks.The organic matters are dominated by type-Ⅰand -Ⅲkerogen w ith high maturity(VRo>2%)and most of them are over-mature.The reservoirs are dominated by dolomite w ith poor poroperm characteristics.The reservoir space is dominated by intercrystalline pores and intercrystalline dissolution pores,to a lesser extent,dissolution fractures and structural fractures.A t the intervals w ith salt layers,gas po tential is the highest in the 5thmember of the Majiagou Fo rmation,followed by the 1stmember,and the last is in the 3rdmember. In contrast,at the intervals w ithout salt layers,gas potential of the 2ndmember is higher than that of the 4thmember.

O rdos Basin,Early O rdovician,salt layer,source rock,reservoir,accumulation condition,organic matter abundance, sedimentary microfacies

國家自然科學基金“原油中含氮化合物分布特征與油藏儲層連通性研究”(編號:40773039)。

苗忠英,1982年生,博士研究生;研究方向為油氣生成機理及油氣藏分布規律。地址:(102249)北京市昌平區中國石油大學245號。電話:(010)89734164,13811374828。E-mail:zhymiao@foxmail.com

苗忠英等.鄂爾多斯盆地東部奧陶系鹽下天然氣成藏條件.天然氣工業,2011,31(2):39-42.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.009

(修改回稿日期 2010-12-21 編輯 羅冬梅)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.009

M iao Zhongying,born in 1982,is studying fo r a Ph.D degree w ith his interests in research of hydrocarbon generation mechanism and reservoir distribution.

Add:Changping District,Beijing 102249,P.R.China

Tel:+86-10-8973 4164 E-mail:zhymiao@foxmail.com