鄂爾多斯盆地奧陶系海相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及勘探前景

付鎖堂 付金華 席勝利 黃正良

（1 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司；2低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

0 引言

國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)整體處于工業(yè)起步階段，目前僅在南方的四川盆地五峰組—龍馬溪組實(shí)現(xiàn)了工業(yè)開(kāi)發(fā)[1-4]，中國(guó)北方頁(yè)巖氣勘探仍處于持續(xù)探索階段。鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣勘探主要針對(duì)盆地西部地區(qū)中奧陶統(tǒng)烏拉力克組泥頁(yè)巖層，烏拉力克組巖性主要為厚層泥頁(yè)巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖，是鄂爾多斯盆地下古生界海相層系中最好的烴源巖層。

長(zhǎng)期以來(lái)，鄂爾多斯盆地西部下古生界勘探以常規(guī)天然氣為主，烏拉力克組一直被看作主要的烴源巖層，下伏的克里摩里組發(fā)育多類(lèi)型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，作為主力勘探目的層，雖已有多口井獲得低產(chǎn)氣流，但一直未獲大的突破。近幾年在盆地西部下古生界天然氣勘探過(guò)程中，多口探井在烏拉力克組鉆探過(guò)程中見(jiàn)到較好的氣測(cè)異常顯示，在非常規(guī)油氣成藏理論的啟示下，對(duì)部分探井烏拉力克組含氣泥頁(yè)巖段進(jìn)行了工業(yè)測(cè)試，9口探井以低產(chǎn)氣流為主，產(chǎn)量多為(0.1～0.45)×104m3/d。特別值得注意的是，忠4井烏拉力克組鉆井過(guò)程中發(fā)生氣侵，中途測(cè)試獲4.18×104m3/d工業(yè)氣流。同時(shí)為進(jìn)一步提高單井產(chǎn)量，近期先后鉆探2口水平井（忠平1井、那平1井），結(jié)合優(yōu)化儲(chǔ)層改造工藝及排采技術(shù)，忠平1井烏拉力克組試氣獲井口無(wú)阻流量26.48×104m3/d高產(chǎn)氣流，持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)94天，盆地西部烏拉力克組海相頁(yè)巖氣勘探獲得重大突破。忠平1井和忠4井在烏拉力克組取得海相頁(yè)巖氣勘探的成功，一方面證實(shí)了盆地西部烏拉力克組具備海相頁(yè)巖氣有利地質(zhì)條件；另一方面反映了盆地西部地區(qū)烏拉力克組雖然含氣性普遍，但存在局部富集的特點(diǎn)。因此，客觀認(rèn)識(shí)鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組海相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征，預(yù)測(cè)甜點(diǎn)空間分布，對(duì)于烏拉力克組頁(yè)巖氣勘探至關(guān)重要，同時(shí)也對(duì)中國(guó)北方頁(yè)巖氣勘探具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

鄂爾多斯盆地處于多個(gè)構(gòu)造單元的交接處[5]，構(gòu)造上包括西緣沖斷帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起、渭北隆起等6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1）[6-10]。盆地西部地區(qū)總體呈南北向展布，橫跨陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古4個(gè)省區(qū)，東西寬50～ 200km，南北長(zhǎng)達(dá)600km，面積約為5×104km2，主要涉及西緣沖斷帶及天環(huán)坳陷兩個(gè)構(gòu)造單元。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)圖Fig.1 Structural units of the Ordos Basin

鄂爾多斯盆地西部地區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，具有分區(qū)性，西緣沖斷帶構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)，天環(huán)坳陷相對(duì)穩(wěn)定（圖2）。鄂爾多斯盆地西緣沖斷帶斷裂極為發(fā)育，主要構(gòu)造特征表現(xiàn)為：發(fā)育多條南北向展布的大型逆沖斷裂及近東西向的平移斷層，基本構(gòu)造形態(tài)總體為逆沖斷裂自西向東擴(kuò)展[5]，同時(shí)南北向的大型逆沖斷裂被東西向的斷層分隔成多個(gè)小構(gòu)造區(qū)，東西向的斷層多表現(xiàn)為右行走滑特征，具有調(diào)節(jié)斷層的性質(zhì)。

從沉積古底形來(lái)看，前期認(rèn)為盆地西部地區(qū)下古生界為單一的向西傾斜的斜坡，但從盆地西部東西向的地震剖面來(lái)看，盆地西部地區(qū)中—上奧陶統(tǒng)整體向西傾斜，但并不是單一的斜坡。在天環(huán)坳陷及西緣沖斷帶的東側(cè)存在局部洼地（圖2），局部洼地中—上奧陶統(tǒng)厚度明顯較其東西兩側(cè)大，洼地烏拉力克組厚度一般為80～150m，洼地兩側(cè)烏拉力克組厚度一般為20～60m。從巖性來(lái)看，局部洼地地區(qū)一般以泥頁(yè)巖夾薄層泥晶灰?guī)r為主，泥質(zhì)含量一般為62%～68%；而洼地兩側(cè)地層泥質(zhì)含量明顯降低，碳酸鹽含量增加，泥質(zhì)含量一般為42%～58%。從地層厚度和泥質(zhì)含量?jī)蓚€(gè)方面均證實(shí)盆地西部西傾斜坡區(qū)發(fā)育局部洼地，局部洼地的識(shí)別對(duì)精細(xì)巖相古地理研究具有重要意義。

圖2 鄂爾多斯盆地西部中段地震剖面（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig.2 Seismic profile of central part of the western Ordos Basin (profile location is in Fig.1)

中—晚奧陶世時(shí)期，受祁連—秦嶺古洋盆和華北板塊對(duì)沖影響，鄂爾多斯盆地本部隆升為陸，中—上奧陶統(tǒng)不發(fā)育；中—上奧陶統(tǒng)僅在盆地西緣、南緣發(fā)育，且地層發(fā)育較全、厚度大（最厚超過(guò)1200m），這是鄂爾多斯盆地西部地區(qū)與盆地本部下古生界發(fā)育特征最大的差異。同時(shí)，由于盆地西部地區(qū)處于阿拉善地塊、祁連造山帶、河西走廊和華北地塊的交接處，因此包含多個(gè)地層分區(qū)（表1）。盆地西部中北段屬于祁連海域沉積體系，中—上奧陶統(tǒng)自下而上依次發(fā)育烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組、蛇山組；盆地西部南段屬于秦嶺海域沉積體系，中—上奧陶統(tǒng)自下而上依次發(fā)育平?jīng)鼋M和車(chē)道組；與盆地西部相接的河西走廊過(guò)渡帶中—上奧陶統(tǒng)主要發(fā)育米缽山組。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系劃分與對(duì)比Table 1 Stratigraphic division and correlation of Ordovician in the Ordos Basin

2 烏拉力克組巖相古地理特征

中—晚奧陶世時(shí)期，一方面，盆地西部地區(qū)隨全球海平面同步大幅度上升[11]；另一方面，烏拉力克期為構(gòu)造活躍期，盆地本部抬升，西部地區(qū)發(fā)生明顯的差異沉降，造成盆地西部烏拉力克組發(fā)育一套深水沉積體系。前人對(duì)盆地西部烏拉力克組巖相古地理特征開(kāi)展了大量研究工作，主要不足體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①相帶劃分不夠精細(xì)，僅停留在沉積相級(jí)別，未開(kāi)展微相研究；②將盆地西部斜坡區(qū)簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)為單一斜坡[5]，忽略了斜坡區(qū)發(fā)育局部洼地對(duì)巖相古地理的影響。基于以上兩方面的不足，在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開(kāi)展烏拉力克組巖石學(xué)、沉積微相特征研究，認(rèn)為盆地西部烏拉力克組為一套鑲邊的陸緣海沉積[12-14]，自東向西水體逐漸變深（圖3、圖4），發(fā)育深水斜坡相—廣海陸棚相—盆地相沉積體系。

2.1 盆地相

盆地相主要分布在櫻桃溝—牛首山—小羅山一線以西地區(qū)，構(gòu)造上位于賀蘭山、河西走廊過(guò)渡帶和祁連造山帶。水體穩(wěn)定，巖性以淺色泥頁(yè)巖為主，反映盆地相沉積區(qū)內(nèi)由于水體過(guò)深，不利于生物生存，烴源巖條件較差。淺色泥頁(yè)巖中基本不含碳酸鹽礦物，局部發(fā)育砂質(zhì)濁積巖（圖5），地層巨厚，一般超過(guò)1000m。

圖3 忠平1井烏拉力克組沉積柱狀圖Fig.3 Stratigraphic and sedimentary facies column of Wulalike Formation in Well Zhongping 1

圖4 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克期巖相古地理圖Fig.4 Lithofacies paleographic map of Wulalike period in the western Ordos Basin

圖5 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組沉積特征Fig.5 Sedimentary characteristics of Wulalike Formation in the western Ordos Basin

2.2 廣海陸棚相

廣海陸棚相位于晴天浪底之下、極限風(fēng)暴浪底之上，水深數(shù)十米至數(shù)百米。鄂爾多斯盆地西部廣海陸棚相發(fā)育在盆地相以東，桌子山—橫山堡—馬家灘一線以西地區(qū)，呈南北向條帶狀展布。相對(duì)于盆地相，廣海陸棚相巖性雖仍為泥頁(yè)巖，但顏色為灰黑色—黑色，且含有少量碳酸鹽礦物。如廣海陸棚相沉積區(qū)內(nèi)的銀探1井碳酸鹽礦物含量平均為11.4%，長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量為63.8%，黏土礦物含量為22.8%。就盆地相而言，廣海陸棚相水體相對(duì)更淺，有利于生物生存，筆石極為發(fā)育（圖5），有利于形成較好的烴源巖。

2.3 深水斜坡相

深水斜坡相主要發(fā)育在桌子山—橫山堡—馬家灘一線以東地區(qū)，呈南北向帶狀展布，但在南段深水斜坡相向鄂爾多斯古陸收縮，造成南段不發(fā)育深水斜坡相沉積，推測(cè)這是由于盆地西部地區(qū)在燕山期逆沖推覆引起的，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)將西部的廣海陸棚相沉積推至南段地區(qū)，超覆于原位沉積之上。

深水斜坡相受沉積古底形控制，可分為斜坡帶和灰泥洼地兩個(gè)沉積微相。相對(duì)而言，斜坡帶水體能量相對(duì)較高，巖性以泥質(zhì)灰?guī)r為主，部分區(qū)域存在垮塌角礫巖；灰泥洼地水體能量相對(duì)較低，水平層理發(fā)育，巖性以暗色泥頁(yè)巖為主（圖5）。

3 頁(yè)巖氣地質(zhì)特征

3.1 烴源巖特征

3.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖為該盆地海相層系中最好的一套烴源巖，具有厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高的特點(diǎn)。受沉積環(huán)境控制，烏拉力克組烴源巖可劃分為深水斜坡相烴源巖和廣海陸棚相烴源巖兩類(lèi)。二者在礦物成分、沉積厚度、有機(jī)質(zhì)豐度等方面具有明顯的差異性。

從礦物成分來(lái)看，深水斜坡相烴源巖相對(duì)于廣海陸棚相烴源巖，其泥質(zhì)含量更低，碳酸鹽礦物含量更高，一般為32%～54%。廣海陸棚相烴源巖泥質(zhì)含量一般為83%～93%，碳酸鹽礦物含量一般小于15%。

從沉積厚度、有機(jī)質(zhì)豐度來(lái)看，深水斜坡相烴源巖沉積厚度一般為50～100m（圖4、圖6），TOC一 般為0.3%～1.1%、平均為0.59%，生烴潛量（S1+S2）平均為0.29mg/g；局部洼地有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高，TOC平均為0.86%。廣海陸棚相烴源巖沉積厚度一般為200～1200m，有機(jī)質(zhì)豐度更高，TOC一般為0.6%～1.7%、平均為1.21%，生烴潛量（S1+S2）平均為0.11mg/g。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣有機(jī)質(zhì)豐度平均為3.5%[15-17]，與其相比，鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖屬低豐度海相烴源巖。

圖6 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組厚度圖Fig.6 Formation thickness map of Wulalike Formation in the western Ordos Basin

對(duì)鄂爾多斯盆地烏拉力克組及上古生界天然氣碳同位素組成的分析表明，烏拉力克組天然氣甲烷碳同位素值一般為-40.93‰～-35.89‰，明顯較盆地上古生界煤系天然氣甲烷碳同位素值（-33.71‰～-31.85‰）偏輕，證實(shí)烏拉力克組天然氣為下古生界海相油型氣，烏拉力克組烴源巖雖然有機(jī)碳含量較四川盆地泥頁(yè)巖低，但屬有效烴源巖，可以生烴。

3.1.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型與成熟度

對(duì)鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組探井及野外剖面烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)測(cè)試表明，烴源巖以無(wú)定形體為主，干酪根類(lèi)型主要為Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根。Ro為1.63%～1.95%，平均為1.90%。整體來(lái)說(shuō)，烴源巖為高成熟—過(guò)成熟，處于有效生氣階段。值得注意的是，盆地西部南段局部地區(qū)存在相對(duì)低成熟度烴源巖，銀探2井平?jīng)鼋M底部3個(gè)樣品Ro為0.91%～1.02%，平均為0.98%，這可能為南段地區(qū)逆沖推覆造成地層埋藏淺所導(dǎo)致的。

3.1.3 烴源巖展布特征

縱向上，地球化學(xué)分析表明，烏拉力克組下部有機(jī)碳含量明顯高于上部，下部TOC一般為0.07%～1.24%，平均為0.59%；上部TOC一般為0.05%～1.16%，平均為0.28%。結(jié)合探井氣測(cè)顯示情況，在烏拉力克組底部20～30m的范圍內(nèi)氣測(cè)顯示較好，且平面上分布穩(wěn)定，證實(shí)有效烴源巖主要分布在烏拉力克組底部20～30m范圍內(nèi)。從巖性上看，烏拉力克組底部相對(duì)于上部泥質(zhì)含量更高，且筆石頁(yè)巖、黃鐵礦發(fā)育，為深水強(qiáng)還原環(huán)境的體現(xiàn)；上部碳酸鹽含量明顯增加，反映烏拉力克組縱向上整體為向上變淺的沉積旋回。從元素分析來(lái)看，烏拉力克組底部Mo、Ni、V及V/Cr、Ni/Co、U/Th、V/Sc都明顯高于頂部，同樣證實(shí)烏拉力克組底部為深水貧氧環(huán)境，有利于烴源巖發(fā)育及保存（圖7）。

平面上，鄂爾多斯盆地西部烴源巖分布受沉積古底形控制明顯，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在深水區(qū)。TOC統(tǒng)計(jì)表明，有效烴源巖的分布與廣海陸棚及灰泥洼地等深水區(qū)相關(guān)性較好。北部鐵克蘇廟—橫山堡洼地TOC為0.70%～1.58%，平均為1.1%；中部李莊子洼地TOC為0.31%～1.15%，平均為0.7%；廣海陸棚相發(fā)育區(qū)TOC平均為1.16%，有機(jī)質(zhì)含量明顯優(yōu)于深水斜坡相的其他區(qū)域烴源巖（TOC一般為0.30%～0.80%，平均為0.47%）。

圖7 忠平1井烏拉力克組古氧環(huán)境參數(shù)變化圖Fig.7 Diagram of paleo-oxygen environment parameters of Wulalike Formation in Well Zhongping 1

3.2 儲(chǔ)層特征

3.2.1 巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖相對(duì)于國(guó)內(nèi)外的泥頁(yè)巖而言，碳酸鹽礦物含量較高，脆性礦物含量更高。石英含量一般為43.4%～59.3%，平均為51.1%；長(zhǎng)石含量一般為2.9%～4.5%，平均為3.6%；碳酸鹽礦物含量一般為11.4%～23.9%，平均為20.4%；黏土礦物含量一般為18.1%～27.0%，平均為23.5%；脆性礦物總含量一般為71.1%～79.5%，平均為75.3%，明顯高于四川盆地龍馬溪組泥頁(yè)巖的脆性礦物含量（58.7%）[18-19]，更有利于后期儲(chǔ)層的壓裂改造。

3.2.2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)

盆地西緣烏拉力克組泥頁(yè)巖發(fā)育納米—微米級(jí)孔縫儲(chǔ)集空間體系，基質(zhì)孔隙類(lèi)型包括礦物晶間孔、有機(jī)質(zhì)孔、微裂縫3種，其中礦物晶間孔、微裂縫是其主要的孔隙類(lèi)型，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度總體較低。

礦物晶間孔主要包括黃鐵礦晶間孔，白云石、方解石、長(zhǎng)石、石英等溶蝕孔，以及黏土礦物層間孔。黃鐵礦晶間孔主要見(jiàn)于草莓狀黃鐵礦中，黃鐵礦晶體直徑一般為3～5μm，呈裙帶狀或?qū)訝罘植迹稚⒌狞S鐵礦晶體間也可見(jiàn)有機(jī)質(zhì)孔，呈橢圓狀或不規(guī)則狀，黃鐵礦晶間孔孔徑一般為40～200nm，多以介孔（孔徑為2～50nm）為主（圖8a、b）。烏拉力克組泥頁(yè)巖富含碳酸鹽及石英等礦物，白云石、方解石、長(zhǎng)石及石英等易溶礦物溶蝕可形成礦物溶蝕孔（圖8c—e）。除此之外還發(fā)育石英粒間孔，孔隙呈橢圓狀或不規(guī)則狀，孔徑為100～600nm，多以宏孔（孔徑＞50nm）為主 (圖8f)。其次，黏土礦物間也發(fā)育較多的層間納米級(jí)孔縫，主要以伊利石間的微孔隙為主(圖8g、h)。

烏拉力克組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔主要呈橢圓狀或不規(guī)則狀，多以介孔為主（圖8i）。有機(jī)質(zhì)孔總體發(fā)育程度較低，明顯區(qū)別于國(guó)內(nèi)外其他泥頁(yè)巖[20-21]，這主要由以下兩個(gè)原因造成：一是烏拉力克組泥頁(yè)巖有機(jī)碳含量偏低；二是烏拉力克組泥頁(yè)巖Ro為1.8%～2.0%，高熱演化階段有機(jī)質(zhì)孔處于封閉階段[8]，不利于有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育和保存。

圖8 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖孔隙特征Fig.8 Pore characteristics of Wulalike Formation shale in the western Ordos Basin

此外，微裂縫、裂縫極為發(fā)育是鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖最大的儲(chǔ)集空間優(yōu)勢(shì)。成像測(cè)井及鉆井巖心上可見(jiàn)大量裂縫，以層間縫和構(gòu)造縫為主，由于盆地西部烏拉力克組巖性為泥頁(yè)巖及泥質(zhì)灰?guī)r的組合，這種巖性組合后期經(jīng)歷印支期—喜馬拉雅期多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，易于形成層間縫和構(gòu)造縫 （圖9a—c）。其次，鑄體薄片及激光共聚焦也可見(jiàn)大量微裂縫，裂縫縫寬為5～20μm（圖9d、e）；掃描電鏡下也可見(jiàn)大量納米級(jí)微裂縫，主要為粒緣縫、有機(jī)質(zhì)邊緣縫和黏土礦物層間縫（圖8h）。烏拉力克組泥頁(yè)巖發(fā)育不同尺度的裂縫體系，一方面極大改善了盆地西部烏拉力克組儲(chǔ)層物性；另一方面也利于頁(yè)巖氣中的吸附氣向游離氣解析，利于后期的排采。

3.2.3 巖性與孔徑關(guān)系

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖孔徑與巖性對(duì)比發(fā)現(xiàn)，泥頁(yè)巖中微孔（孔徑＜2nm）占26%，介孔占67%，宏孔占7%；灰質(zhì)泥巖中微孔占29%，介孔占55%，宏孔占16%；石灰?guī)r中微孔占2%，介孔占43%，宏孔占55%。表明隨著泥質(zhì)含量的增加，孔徑逐漸減小。從巖性與孔隙體積關(guān)系來(lái)看，泥頁(yè)巖孔隙體積最大，平均為0.006cm3/g；石灰?guī)r孔隙體積最小，平均為0.002cm3/g。核磁共振及低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)研究表明，烏拉力克組泥頁(yè)巖孔隙以納米級(jí)為主，介孔占比最大，與四川盆地龍馬溪組泥頁(yè)巖孔徑分布范圍相同[22]。介孔為孔隙體積和孔隙表面積的主要貢獻(xiàn)者，對(duì)孔隙體積貢獻(xiàn)達(dá)到65.43%，對(duì)孔隙表面積貢獻(xiàn)達(dá)到82.53%；其次為微孔，宏孔對(duì)孔隙體積貢獻(xiàn)較低。因此，泥頁(yè)巖中介孔占比大，為頁(yè)巖氣勘探最優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層；石灰?guī)r中雖然孔隙孔徑大，以宏孔或微裂縫為主，但孔隙體積小，為最差儲(chǔ)層。

圖9 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組裂縫發(fā)育特征Fig.9 Fracture development characteristics of Wulalike Formation shale in the western Ordos Basin

3.2.4 物性特征

鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖孔隙度一般為1%～3%，平均為1.82%；滲透率一般為0.01～ 0.1mD，平均為0.07mD；四川盆地龍馬溪組泥頁(yè)巖孔隙度為4%～7%，滲透率平均為0.0002mD[9]，可見(jiàn)鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖孔隙度相對(duì)較低，滲透率更高，這主要是由于盆地西部烏拉力克組微裂縫及水平層理極為發(fā)育。

3.2.5 含氣性

忠平1井烏拉力克組取心段現(xiàn)場(chǎng)解析分析表明，烏拉力克組下部泥頁(yè)巖解析氣量為0.20～0.63mL/g， 平均為0.47mL/g，明顯低于四川盆地五峰組—龍馬溪組現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量（0.73～1.31mL/g）[12]。采用USBM線性回推法對(duì)氣層損失氣量進(jìn)行恢復(fù)，得到盆地西部烏拉力克組下部泥頁(yè)巖的總含氣量范圍為1.73～2.38mL/g；測(cè)井手段計(jì)算出的總含氣量主要分布在1.1～2.7mL/g。鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組泥頁(yè)巖含氣性較四川盆地龍馬溪組泥頁(yè)巖低[7]，但高于美國(guó)泥頁(yè)巖含氣量底限（0.50～1.00mL/g）[23-25]，烏拉力克組泥頁(yè)巖仍具有一定的勘探潛力。

3.3 埋深及地層壓力

鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組頁(yè)巖氣產(chǎn)氣段埋深相對(duì)較大，一般為1500～4700m，整體具有南淺北深的特征。南段由于受盆地西部地層逆沖推覆，造成局部地層剝蝕，埋深較淺，一般為1500～3000m；中北段埋深較大，一般為3700～4700m，其中北段鐵克蘇廟地區(qū)最深，一般為4500～4700m。埋深大給鉆井及壓裂改造造成一定困難，但游離氣在頁(yè)巖氣中的占比高，有利于開(kāi)采。受盆地西部構(gòu)造活躍影響，烏拉力克組地層壓力相對(duì)較低，地層壓力一般為4.4～5.7MPa，壓力系數(shù)一般為0.7～0.8，低于國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣地層壓力，這對(duì)后期排采工藝也提出一定挑戰(zhàn)。

4 目標(biāo)優(yōu)選及甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

4.1 目標(biāo)區(qū)優(yōu)選

鄂爾多斯盆地西部地區(qū)相對(duì)中東部地區(qū)，最大的特點(diǎn)就是構(gòu)造活動(dòng)活躍，對(duì)成藏及后期頁(yè)巖氣保存都具有較大影響；同時(shí)盆地西部地區(qū)由于呈南北向條帶狀展布，南北長(zhǎng)達(dá)600km，導(dǎo)致南段與中北段的構(gòu)造特征也存在明顯差異。

盆地西部南段因沉積蓋層的滑脫，整體具有“斷層發(fā)育、地層剝蝕嚴(yán)重”的構(gòu)造特征（圖10）：一是南段的勘探主體位于西緣沖斷帶內(nèi)，構(gòu)造復(fù)雜，東側(cè)的天環(huán)坳陷雖構(gòu)造穩(wěn)定，但地層厚度薄。二是斷層發(fā)育數(shù)量多，且斷層一般切穿薊縣系—白堊系，這類(lèi)斷層多溝通其他層系的地層水，造成中—上奧陶統(tǒng)產(chǎn)水，不利于頁(yè)巖氣富集。如銀探1井平?jīng)鼋M底部試氣產(chǎn)水，氯離子濃度僅為1152mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于烏拉力克組地層水濃度（22504～30716mg/L），證實(shí)為大氣淡水混入。三是受燕山期逆沖推覆活動(dòng)的影響，西側(cè)局部區(qū)域存在部分地層剝露地表，后期受風(fēng)化剝蝕作用而缺失，如銀探1井平?jīng)鼋M直接與白堊系接觸，目的層埋深僅為1500m左右，保存條件差。

圖10 鄂爾多斯盆地西部南段地震解釋剖面（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig.10 Seismic interpretation profile of southern part in the western Ordos Basin (profile location in Fig.1)

盆地西部中北段構(gòu)造特征明顯區(qū)別于南段 （圖2）：一是中北段主體位于天環(huán)坳陷內(nèi)，構(gòu)造穩(wěn)定，且烏拉力克組厚度大。二是中北段天環(huán)坳陷區(qū)的斷層僅在下古生界發(fā)育，甚至多數(shù)斷層都未切穿烏拉力克組，構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，平面上面積約為1×104km2。三是中北段天環(huán)坳陷區(qū)地層發(fā)育穩(wěn)定，未發(fā)生明顯的剝露風(fēng)化，保障了頁(yè)巖氣的保存條件。

結(jié)合盆地西部中北段和南段的勘探效果來(lái)看，中北段目前已獲得1口高產(chǎn)氣流井、1口工業(yè)氣流井及11口低產(chǎn)氣流井，氣層平面上大面積連片。近期在南段完鉆2口探井（銀探1井、銀探2井），受構(gòu)造影響，銀探1井烏拉力克組產(chǎn)水，銀探2井Ro未達(dá)到生氣階段，進(jìn)一步證實(shí)盆地西部中北段為目前頁(yè)巖氣勘探最現(xiàn)實(shí)的區(qū)域，南段為頁(yè)巖氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)。

結(jié)合烏拉力克組構(gòu)造、泥頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、埋深等綜合分析，優(yōu)選了李莊子和鐵克蘇廟—橫山堡兩個(gè)目標(biāo)區(qū)。李莊子目標(biāo)區(qū)有機(jī)質(zhì)豐度較高，TOC平均為0.7%，有效烴源巖厚度為40～65m，含氣性普遍，埋深為3900～4300m，區(qū)內(nèi)已有1口高產(chǎn)井、1口工業(yè)氣流井和6口低產(chǎn)氣流井，為頁(yè)巖氣勘探首選目標(biāo)區(qū)。鐵克蘇廟—橫山堡目標(biāo)區(qū)有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC平均為1.1%，有效烴源巖厚度、含氣性與李莊子目標(biāo)類(lèi)似，埋深更大，區(qū)內(nèi)已有3口低產(chǎn)氣流井，顯示出較好的勘探潛力。

4.2 甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

4.2.1 縱向甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

水平井鉆探是目前頁(yè)巖氣勘探提高單井產(chǎn)量最有效的手段，而縱向甜點(diǎn)段的選擇，直接關(guān)系到水平段的氣層鉆遇率，所以極為重要。鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組有效烴源巖雖然主要發(fā)育在底部20～30m處，縱向氣測(cè)顯示連續(xù)，但并非都是甜點(diǎn)段，結(jié)合國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣甜點(diǎn)縱向分布的經(jīng)驗(yàn)，烴源巖縱向甜點(diǎn)段一般厚3～5m。

第一口水平井——忠平1井的地球化學(xué)分析、測(cè)井—地質(zhì)分析等的綜合研究發(fā)現(xiàn)，忠平1井導(dǎo)眼井氣測(cè)顯示段連續(xù)無(wú)間斷，氣測(cè)值無(wú)突變，TOC、實(shí)測(cè)吸附氣量、測(cè)井解釋含氣量均變化不明顯。從巖石學(xué)特征的角度開(kāi)展甜點(diǎn)段優(yōu)選，但均以含碳酸鹽礦物的泥頁(yè)巖為主，礦物含量也無(wú)明顯縱向差異。鑒于U/Th頁(yè)巖氣甜點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)在四川盆地龍馬溪組具有較好的效果[22-23]，開(kāi)展了盆地西部U/Th與TOC相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)僅為0.19，仍不夠理想。

通過(guò)開(kāi)展測(cè)井—地質(zhì)一體化攻關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，電阻率RLLD、補(bǔ)償中子CNL與有機(jī)碳含量之間存在一定的相關(guān)性。但是補(bǔ)償中子受到泥質(zhì)含量和有機(jī)碳含量的雙重影響，在有機(jī)碳含量小于2.0%時(shí)，泥質(zhì)含量對(duì)中子的影響要遠(yuǎn)超過(guò)有機(jī)碳含量的影響。因此消除泥質(zhì)含量對(duì)中子的影響，是準(zhǔn)確計(jì)算有機(jī)碳含量的關(guān)鍵。研發(fā)了中子—電阻率綜合指數(shù)法，可有效識(shí)別頁(yè)巖氣縱向發(fā)育甜點(diǎn)段，該方法計(jì)算出中子—電阻率綜合指數(shù)與TOC的相關(guān)系數(shù)為0.6329，相關(guān)性較好。從忠平1井中子—電阻率綜合指數(shù)縱向變化來(lái)看（圖11），在4262～4267m段該值明顯偏高，為縱向甜點(diǎn)段，該方法有效指導(dǎo)了忠平1井縱向甜點(diǎn)段的優(yōu)選，忠平1井水平段最終氣層鉆遇率為86.9%。同時(shí)該方法也用于那平1井的縱向甜點(diǎn)預(yù)測(cè)，氣層鉆遇率達(dá)98.3%，證實(shí)了中子—電阻率綜合指數(shù)法適用于鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組海相頁(yè)巖氣層縱向甜點(diǎn)優(yōu)選。

圖11 忠平1井烏拉力克組縱向甜點(diǎn)預(yù)測(cè)圖Fig.11 Prediction of shale gas sweet spot interval of Wulalike Formation in Well Zhongping 1

4.2.2 平面甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

如前所述，盆地西部烏拉力克組海相頁(yè)巖氣具有源儲(chǔ)一體的特征，即泥質(zhì)含量高、烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、介孔占比高、孔隙體積大的區(qū)域?yàn)轫?yè)巖氣甜點(diǎn)區(qū)。通過(guò)前期勘探和綜合研究，落實(shí)李莊子和鐵克蘇廟—橫山堡兩個(gè)局部洼地地區(qū)，面積分別為2200km2和4300km2。

甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)主要以烏拉力克組厚度、泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度及鉆井過(guò)程中的含氣顯示作為最主要的指標(biāo)：①局部洼地地區(qū)地層厚度大、泥質(zhì)含量高，具有更好的源儲(chǔ)條件，烏拉力克組厚度一般大于80m；②通過(guò)對(duì)探井烏拉力克組泥頁(yè)巖有機(jī)碳含量的分析認(rèn)為，產(chǎn)氣井的TOC一般大于0.5%，勘探人員在長(zhǎng)期的海相地層勘探過(guò)程中，一直以TOC為0.3%作為海相地層的生烴下限，選取TOC為0.5%作為烏拉力克組泥頁(yè)巖甜點(diǎn)區(qū)的生烴下限是合適的；③通過(guò)對(duì)探井鉆井過(guò)程中的氣測(cè)值對(duì)比分析認(rèn)為，產(chǎn)氣井氣測(cè)值普遍超過(guò)2%。三者的重疊區(qū)域即為盆地西部中北段烏拉力克組甜點(diǎn)區(qū)，主要發(fā)育在棋探9井區(qū)、鄂102井區(qū)、余探1井區(qū)及忠平1井區(qū)4個(gè)井區(qū)，面積約為2000km2（圖12）。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地烏拉力克組海相頁(yè)巖氣屬于中國(guó)北方海相頁(yè)巖氣，與四川盆地高豐度海相頁(yè)巖氣相比，具有獨(dú)特的地質(zhì)特征，對(duì)盆地西部烏拉力克組海相頁(yè)巖氣探井產(chǎn)能最大的影響主要是“低有機(jī)碳含量、低地層壓力”。為此開(kāi)展了地質(zhì)—工程一體化攻關(guān)：一是在兩個(gè)局部洼地落實(shí)4個(gè)甜點(diǎn)區(qū)，指導(dǎo)了忠平1井的部署；二是提出中子—電阻率綜合指數(shù)法，為縱向甜點(diǎn)優(yōu)選提供依據(jù)，提升了水平井氣層鉆遇率；三是開(kāi)展氣體增能壓裂試驗(yàn)，有效解決烏拉力克組的低壓?jiǎn)栴}。忠平1井烏拉力克組原始地層壓力系數(shù)為0.7～0.8，主要開(kāi)展了大規(guī)模體積壓裂，注入壓裂液30668m3，地層壓力系數(shù)增至1.55；在此基礎(chǔ)上，注入液氮800m3，壓力系數(shù)提升至1.84，為大液量壓裂后連續(xù)排液奠定了能量基礎(chǔ)。

雖然前期直井勘探單井產(chǎn)量低，但是忠平1井的成功實(shí)施，證實(shí)了水平井和體積壓裂的思路可以完美解決這一難題。盆地西部烏拉力克組發(fā)育厚層烴源巖，含氣性普遍，落實(shí)頁(yè)巖氣含氣范圍1.5×104km2，有利勘探面積為6500km2，資源量為1×1012m3，烏拉力克組海相頁(yè)巖氣勘探領(lǐng)域具有廣闊的勘探前景。目前盆地西部烏拉力克組勘探程度低，地質(zhì)資料少，下一步需加大地質(zhì)條件綜合研究和相關(guān)工程技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步擴(kuò)大勘探成果。

圖12 鄂爾多斯盆地西部烏拉力克組頁(yè)巖氣平面甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)圖Fig.12 Prediction of shale gas sweet spot area of Wulalike Formation in the western Ordos Basin

鄂爾多斯盆地西部廣海陸棚相烴源巖厚度更大，有機(jī)質(zhì)豐度更高，銀探1井和銀探2井氣測(cè)異常明顯，同樣具有頁(yè)巖氣成藏條件，但構(gòu)造復(fù)雜，在地層發(fā)育規(guī)律、烴源巖綜合評(píng)價(jià)等方面存在困難，下一步急需開(kāi)展以下兩方面工作：一是加大地震工作量的部署，落實(shí)盆地西緣南段構(gòu)造特征及地層發(fā)育情況；二是繼續(xù)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)勘探，尋找地層發(fā)育全、烴源巖成熟度高的有利目標(biāo)區(qū)。