鄂爾多斯盆地烏審旗-靖邊古隆起對奧陶系鹽下沉積與儲層的控制作用

魏柳斌，陳洪德，郭 瑋，嚴 婷，蔡鄭紅，周黎霞

(1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都610059； 2.成都理工大學 沉積地質研究院，四川 成都 610059；3.中國石油 長慶油田分公司 勘探開發研究院，陜西 西安 710018； 4.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

國內外油氣勘探證實，古隆起是油氣勘探的重要目標，尤其是繼承性古隆起中的油氣藏具有多層系復合含氣的特征[1-2]。如中國四川盆地的川中古隆起，低幅隆起控制了震旦系燈影組巖溶儲層及寒武系龍王廟組大面積丘灘體的形成和發育，發現了中國最大的整裝氣田——安岳氣田[3-4]。再如沙特阿拉伯的加瓦爾隆起，1940年發現了世界第一大油田——加瓦爾油田，產層為侏羅系的Arab組碳酸鹽巖，1971年加深鉆探又在三疊系Khuff組碳酸鹽巖層系發現了加瓦爾大氣田，后期又在石炭-二疊系及泥盆系發現了砂巖氣藏[5-6]，均證實繼承性古隆起是形成大型-超大型油氣田的重要構造單元。鄂爾多斯盆地早古生代也存在“中央古隆起”[7-9]，雖未直接控制古生界天然氣成藏，但對其周邊地區的地層巖性及儲層發育特征卻起著重要的控制作用。圍繞中央古隆起帶附近馬家溝組發育厚層白云巖體，具有極佳的物性條件，發育以晶間孔為主的白云巖儲層[10-18]。近期的鉆探證實，鄂爾多斯盆地早古生代除了發育中央古隆起、伊盟隆起外，在寒武紀沉積期還存在“烏審旗-靖邊古隆起”(圖1)，它對后續奧陶系的沉積及儲層發育起著重要的控制作用。筆者基于鉆井及地震地層對比剖面、系統性的寒武系厚度、寒武系各段地層超覆尖滅線以及前奧陶紀古地質圖等編圖，詳細論述寒武系古隆起形成分布及確認依據，重點圍繞繼承性古隆起控制背景下，奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖-膏鹽巖體系發育的古構造背景及地層巖性分區特征，分析烏審旗-靖邊古隆起對奧陶系鹽下沉積、儲層發育的控制作用，以期指導鄂爾多斯盆地中東部奧陶系鹽下碳酸鹽巖領域的天然氣勘探。

圖1 鄂爾多斯盆地寒武系厚度Fig.1 The Cambrian system thickness in the Ordos BasinA—A′綠線示圖2剖面位置；B—B′綠線示圖3剖面位置

1 寒武紀古構造格局

1.1 古隆起形成與分布

早期研究證實，寒武紀鄂爾多斯地塊主要發育三大古隆起：一是中央古隆起，位于鄂爾多斯盆地西南部環縣-鎮原一帶，主軸呈南北向展布，形態似棗核狀，中央古隆起核部前石炭系出露前寒武系，不同階段形態特征略有差異，奧陶系中央古隆起的范圍進一步擴大，演化成“L”型展布的古隆起，橫亙南北[7-9]；二是呂梁隆起，位于鄂爾多斯盆地東部撓褶帶的柳林-臨縣一帶，盆地東部柳林三川河下古生界露頭剖面顯示寒武系沉積期僅發育晚寒武世三山子組沉積，缺失早-中寒武世地層，該古隆起呈近南北向展布；三是伊盟隆起，位于盆地北部，分布范圍較廣，多數學者認為伊盟隆起在中元古代長城紀沉積后即處于隆升狀態[19-22]，核部前石炭系出露千里山群和烏拉山群基底變質巖系，局部發育長城系裂陷槽沉積，巖性以石英砂巖為主(圖1)。

近期鉆探資料揭示，鄂爾多斯盆地在寒武系沉積期，除了發育中央古隆起、伊盟隆起以及呂梁隆起外，還發育“烏審旗-靖邊”古隆起。該古隆起位于盆地中部烏審旗-靖邊地區，呈燕尾狀形態，一翼向靖邊地區延伸，另外一翼向鄂托克前旗延伸。周緣寒武系向古隆起超覆減薄直至尖滅缺失，古隆起核部缺失整個寒武系，鉆井約束寒武系缺失面積約1.1×104km2(圖1)。古隆起上的中元古界長城系與奧陶系馬家溝組直接接觸，表明整個寒武系沉積期該古隆起一直處于隆升狀態，直至奧陶紀馬家溝期才開始接受沉積。

1.2 古隆起的確認依據

1.2.1 寒武系厚度變化

利用露頭與鉆井資料編制了鄂爾多斯盆地寒武系厚度(圖1)。鄂爾多斯盆地在寒武系沉積期形成了隆坳相間的古構造格局，伊盟隆起、烏審旗-靖邊古隆起及中央古隆起均缺失寒武系，而呂梁隆起寒武系也明顯較兩翼變薄。鄂爾多斯盆地寒武系整體分布上具有“盆地邊緣厚度大、盆地內部厚度較薄”的特點。盆地東北部神木、準格爾旗厚度約300 m，盆地西南緣最厚可達800 m，指示寒武系沉積期海水從盆地西南緣及東北部向鄂爾多斯臺地內部逐漸海侵的演化過程。

1.2.2 鉆井地層對比剖面

通過橫穿古隆起的鉆井地層對比剖面可以更直觀地反映古隆起的形成、消亡時間及古隆起周緣地層展布規律。由烏審旗-靖邊古隆起的東西向鉆井地層對比剖面發現(圖2)，古隆起核部奧陶系馬家溝組直接與中元古界長城系接觸，其間缺失整個寒武系。從寒武系徐莊組開始，古隆起兩翼開始接受沉積，伴隨海平面的緩慢上升，古隆起周緣的寒武系由老到新依次向古隆起超覆直至尖滅缺失。其上覆的奧陶系馬家溝組早期沉積的馬一段、馬二段也具有向古隆起超覆減薄的現象，表明烏審旗-靖邊古隆起為同沉積古隆起。

1.2.3 地震剖面依據

由橫切烏審旗-靖邊古隆起的G12-05地震大剖面可見，寒武系向烏審旗-靖邊地區逐漸減薄并尖滅缺失，奧陶系也顯著較兩側減薄，地震預測靖西地區奧陶系厚約700 m,盆地東部厚度可達800 m,而烏審旗-靖邊地區僅640 m(圖3)，證實奧陶系沉積期烏審旗-靖邊地區仍為水下古隆起。從深部地震反射結構來看，長城系沉積期在靖邊西側發育裂陷槽，長城紀地層向烏審旗-靖邊地區逐漸減薄并缺失，盆地東部地區整體缺失長城系沉積，寒武系與太古界直接接觸。表明烏審旗-靖邊古隆起發育于長城紀裂陷槽的邊緣，它的形成可能與長城系裂谷邊緣擠壓反轉隆升有關。

圖3 鄂爾多斯盆地中東部地區東西向地震偏移時間剖面(剖面位置見圖1B—B′所示)Fig.3 Offest time profile of transmeridional stitching seismic line in central and eastern Ordos Basin (see Fig.1 for the section location as shown in line B—B′)

1.2.4 寒武系各層段超覆尖滅線分布

寒武系底面各層段超覆尖滅線是寒武系底部地層分布的總體輪廓，主要反映寒武紀從早到晚的地層超覆沉積特征，也可以間接反映古隆起的性質。由鄂爾多斯盆地寒武系層段超覆尖滅線可見(圖4)，呂梁隆起、伊盟隆起及烏審旗-靖邊隆起周緣地層向古隆起地層年代依次變新，周緣寒武系依次向古隆起超覆，具有同沉積古隆起的特點；而中央古隆起周緣寒武系發育齊全，平面上寒武系剝蝕區位于底部毛莊組發育區，寒武系向古隆起剝蝕削截，說明中央古隆起可能形成于寒武紀之后，早奧陶世懷遠運動時期的可能性較大。

圖4 鄂爾多斯盆地寒武系各層段超覆尖滅線分布Fig.4 Distribution of overlapping pinch-out boundaries of the Cambrian in the Ordos Basin

1.2.5 前奧陶紀古地質圖

鄂爾多斯盆地前奧陶紀古地質圖可以反映奧陶系沉積前寒武系頂部地層分布的全貌，也可在一定程度上反映寒武系沉積結束后的古地貌輪廓或地形起伏狀況。由鄂爾多斯盆地前奧陶紀古地質圖可見(圖5)，中央古隆起、烏審旗-靖邊古隆起及伊盟隆起均缺失寒武系，古隆起周緣的寒武系向古隆起依次由新變老，烏審旗-靖邊古隆起與中央古隆起在寒武紀末期漸趨連成一體，橫亙于盆地中部，成為分割盆地東部和西部坳陷區的分水嶺。

圖5 鄂爾多斯盆地前奧陶紀古地質圖Fig.5 The pre-Ordovician paleo-geological map of the Ordos Basin

綜合前奧陶紀古地質圖及寒武系各層段超覆尖滅線范圍，寒武系古隆起演化特征總體表現為：寒武紀早期古隆起主要發育于盆地北部，伊盟隆起、烏審旗-靖邊古隆起及呂梁隆起連成一線，分割南北兩大海域；到了寒武紀末期，隨著中央古隆起的隆升，伊盟古隆起、烏審旗-靖邊古隆起及中央古隆起南北連成一體，分割東西兩大海域，反映出寒武紀構造格局由南北向構造向東西向構造的轉換。

2 寒武紀古隆起對中東部奧陶系沉積的繼承性影響

2.1 控制盆地東部米脂鹽洼的分布格局

從奧陶系厚度可以看出，受盆地西南部中央古隆起、中部烏審旗-靖邊古隆起、東部呂梁古隆起的三面夾持作用，在盆地東部奧陶紀馬家溝期形成了一個三角洼陷帶，即米脂鹽洼。所在區受三大古隆起的共同障壁阻隔作用，致使馬家溝組海退期古隆起大部分時間暴露地表，導致盆地東部米脂洼陷與廣海長時間隔絕或海水循環不暢，水體鹽度升高，形成厚層的石鹽巖沉積(圖6)。其中，馬一段、馬三段、馬五6亞段是蒸發巖的主要發育期，馬一段石鹽巖分布面積約5.4×104km2；馬三段石鹽巖分布面積約3.9×104km2；馬五6亞段石鹽巖分布面積約3.5×104km2(圖6)。其中，馬一段石鹽巖分布范圍最廣，面積最大，隨著馬家溝組振蕩性海侵作用的不斷推進，石鹽巖逐漸向北收縮，石鹽巖分布范圍從馬一期至馬三期、再到馬五6亞期依次縮小。從石鹽巖分布范圍可知，烏審旗-靖邊古隆起、呂梁古隆起及中央古隆起對石鹽巖分布具有明顯的控制作用。石鹽巖沉積邊界西至烏審旗-靖邊古隆起東側的靖邊-橫山一帶，東至呂梁隆起西側柳林-臨縣一帶，南至中央古隆起北側的吳旗-富縣一帶。

圖6 鄂爾多斯盆地奧陶系石鹽巖平面分布Fig.6 Planar distribution of the Ordovician salts in the Ordos Basin

2.2 控制烏審旗-靖邊古隆起東西沉積相帶分異

受寒武紀古隆起的繼承性影響，在盆地中東部形成了“三隆兩洼”的古構造格局。三個隆起，即中央古隆起、烏審旗-靖邊古隆起以及呂梁古隆起；兩個洼陷，即米脂洼陷和靖西洼陷(圖7)。受烏審旗-靖邊古隆起的障壁作用，盆地中東部奧陶系馬家溝組沉積分異作用顯著。特別是烏審旗-靖邊古隆起東、西兩側洼陷的沉積出現明顯的相帶分異。以盆地中東部馬五7亞段巖相古地理為例(圖8)，除了盆地東北部府谷地區水體相對開闊，以泥晶灰巖沉積為主之外(圖9a),盆地東部米脂洼陷總體而言相對于靖西洼陷沉積水體更為局限，巖性以灰質云巖，云質灰巖沉積為主，局部古地貌高部位以生物潛穴白云巖為主(圖9b)；而靖西洼陷與外海溝通，沉積水體較通暢，巖性以生物擾動灰巖為主(圖9c)。烏審旗-靖邊古隆起上水體能量較高，主要發育臺內丘灘體沉積(圖9d)，而在馬五6、馬三等海退期沉積期，盆地中東部整體處于半封閉-封閉的局限海沉積環境。以盆地中東部馬三段巖相古地理為例(圖10)，烏審旗-靖邊古隆起上以蒸發云坪沉積為主，烏審旗-靖邊古隆起兩側的洼陷出現更進一步的沉積分異，東部的米脂洼陷海水鹽度較高，巖性以石鹽巖為主(圖9e)，而中部的靖西洼陷海水鹽度相對較低，巖性以硬石膏巖與白云巖互層為主(圖9f)。

圖7 鄂爾多斯盆地奧陶系厚度Fig.7 Thickness of the Ordovician in the Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地馬五7亞段巖相古地理Fig.8 Lithofacies paleogeography of the Ma 57Sub-member in the Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下巖石學特征Fig.9 Petrology characteristics of the Ordovician subsalt rocks in the Ordos Basina.神66井，埋深2 169.73 m，馬五7，泥晶灰巖； b.雙141井,埋深2 824.23 m，馬五7，生物潛穴白云巖；c.靳7井，埋深3 734.50 m馬五7，生物擾動灰巖；d.靖探1井，埋深3 643.00 m，馬五7，砂屑白云巖；e.陜473井，埋深4 160.51 m，馬三段，粉紅色石鹽巖；f.桃102井，埋深3 094.03 m， 馬三段，結核狀硬石膏巖

烏審旗-靖邊古隆起對盆地中東部馬家溝組碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系巖性旋回的控制作用也較為明顯，不同區帶碳酸鹽巖-膏鹽巖共生體系巖性特征存在顯著差異。盆地東部米脂地區主要為海退期鹽巖洼地與海侵期云灰洼地交替演變，縱向上發育石鹽巖與云質灰巖為主的巖性旋回；盆地中部烏審旗-靖邊古隆起主要為海退期膏云坪與海侵期顆粒灘交替演變，縱向上發育云質膏巖夾顆粒灘、微生物丘為主的巖性旋回；盆地中部靖西洼陷主要為海退期膏質洼地與海侵期灰質洼地交替演變，縱向上發育硬石膏巖夾泥晶灰巖的巖性旋回。

3 古隆起對奧陶系儲層發育的控制作用

3.1 烏審旗-靖邊古隆起海侵期發育丘灘體等有利儲集相帶

短期海侵層序的白云巖儲層是夾于蒸發巖旋回的粉晶白云巖，其成因受短期海侵期形成的丘灘相沉積體控制，通常與局部地區古沉積底形的相對高部位密切相關。受寒武系烏審旗-靖邊古隆起的繼承性影響，該區在奧陶紀也基本處于相對隆起的地區，是一個間歇性暴露的水下古隆起，形成了一個寬緩的低幅隆起帶，東西橫亙幾十公里，南北延綿上百公里，為大面積丘灘體的發育提供了有利的古地形條件，成為一個有利于丘灘體發育的區帶(圖8)。平面上丘灘體呈毯式、群帶狀圍繞烏審旗-靖邊古隆起大面積發育，儲層以凝塊石白云巖、顆粒白云巖為主(圖11a,b)，發育殘余格架及溶孔型儲層(圖11d,e)。

縱向上受海平面升降控制，盆地中東部馬家溝組發育碳酸鹽巖-膏鹽巖交互沉積，尤其是馬五段發育次一級的海侵-海退旋回，馬五7、馬五亞段9等奧陶系鹽下碳酸鹽巖是夾于蒸發巖旋回中的短期海侵沉積。結合區域巖相古地理研究發現(圖8)，烏審旗-靖邊古隆起在馬五7、馬五9亞期均處于潮上-潮間的淺水環境，局部可發育高能丘灘體沉積，經沉積后白云巖化作用，有利于形成丘灘型白云巖儲層。橫向上，烏審旗-靖邊古隆起沉積期局部高部位處于潮上帶以膏云坪沉積為主，古隆起的緩坡帶位于潮間帶，水體能量較高，是丘灘相碳酸鹽巖發育的有利部位，丘灘體主要圍繞靖西洼陷呈環帶狀分布。其次，古隆起帶剛好位于海退蒸發巖旋回石鹽巖與硬石膏巖的巖相轉換帶，其東側為米脂石鹽巖的沉積區，其西為靖西硬石膏巖沉積區(圖10)，古地理格局上構成了一個明顯的區域巖性相變帶，也為后期滲透白云巖化作用的發生提供了基本的成巖環境。

圖10 鄂爾多斯盆地馬三段巖相古地理Fig.10 Lithofacies paleogeography of the Ma 3 Member in the Ordos Basin

3.2 烏審旗-靖邊古隆起海退期易于形成溶孔型儲層

烏審旗-靖邊古隆起海退蒸發巖層序也發育較好的白云巖儲層，巖性以富含膏(鹽)模孔的泥粉晶白云巖為主，形成于馬五6亞段、馬三段等大規模海退沉積期。雖然整體上表現為振蕩性的海退過程，但是其內部也發育米級的白云巖夾層，縱向上發育向上變淺的巖石序列，由多個石鹽巖-硬石膏巖-含硬石膏(石鹽)結核的泥粉晶白云巖的巖性旋回組成。含硬石膏(石鹽)結核的泥粉晶白云巖本身缺乏儲集性能，但靖邊-烏審旗古隆起處于較高的古地貌背景，在海退蒸發巖沉積期長時間、大面積暴露，遭受了準同生期大氣淡水淋濾[23-25]，導致含硬石膏(石鹽)結核的泥粉晶白云巖發生組構選擇性溶蝕作用，易溶膏鹽礦物組構發生溶解，形成含膏(鹽)模孔的泥粉晶白云巖儲層(圖11c,f)。

圖11 鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下儲層類型及巖石學特征Fig.11 Types and petrology characteristics of subsalt reservoirs in the Ordovician in the Ordos Basina.陜367井，馬五7，埋深3 762.24 m，顆粒白云巖； b.蓮144井，埋深3 789.28 m，馬五9，藻格架白云巖；c.陜473井，馬三段，埋深4 130.80 m,泥晶白云巖，溶孔；d.陜367井，馬五9，埋深3 946.63 m，砂屑白云巖，晶間溶孔； e.蓮144井，埋深3 803.90 m，馬五7，晶間溶孔； f.陜473井， 馬三段，埋深4 172.59 m，泥晶白云巖，溶孔

4 古隆起控制的沉積及儲層發育模式

依據上述古隆起對奧陶系巖相古地理格局及儲層分布規律控制作用的研究，建立了鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組多重障壁的臺地沉積模式(圖12)。受海平面升降變化的影響，海侵期與海退期的沉積相分異作用明顯，海侵期自西向東由臺緣斜坡-臺緣丘灘-灰質洼地-臺內灘丘-云灰洼地-臺內丘灘構成；海退期自西向東由臺緣斜坡-臺緣丘灘-膏質洼地-膏云坪-鹽巖洼地-膏云坪構成。盆地中部烏審旗-靖邊地區奧陶系鹽下鉆探證實，烏審旗-靖邊古隆起奧陶紀為低幅度的水下古隆起，具有較高的古地貌背景，海侵期古隆起及其緩坡帶有利于高能顆粒灘及微生物丘等有利儲層沉積相帶的發育；海退期古隆起上長時間暴露，遭受準同生期巖溶作用，導致富含硬石膏結核的泥晶白云巖發生組構選擇性溶蝕，易于形成溶孔型白云巖儲層。

該模式與鄂爾多斯盆地馬家溝組早期建立的臺地模式存在顯著差異。早期認為鄂爾多斯盆地中東部為統一的臺內坳陷，隨著烏審旗-靖邊古隆起的發現轉變為“隆洼相間”的古構造格局的新認識，即盆地中東部由烏審旗-靖邊古隆起及其東西兩側的米脂洼陷和靖西洼陷構成。從沉積及儲層發育的角度來說，該模式凸顯了奧陶系鹽下碳酸鹽巖油氣勘探潛力，以往的勘探主要集中于中央古隆起為主的臺地邊緣相區，盡管該區也發育較好的白云巖儲層，但由于白云巖發育厚度大，缺乏有效圈閉條件，中央古隆起區厚層白云巖體試氣均產水，勘探效果不佳。該模式的建立，將鄂爾多斯盆地奧陶系天然氣勘探區帶由以往的中央古隆起周邊地區拓展到盆地東部的臺地內部，勘探層系由以往的奧陶系風化殼拓展到奧陶系鹽下。這對于鄂爾多斯盆地奧陶系鹽下天然氣勘探具有重大理論和實際勘探意義。

烏審旗-靖邊古隆起位于海退期硬石膏巖-石鹽巖的巖性相變附近。該區馬家溝組縱向上發育硬石膏巖與白云巖交互沉積，馬五7亞段、馬五9亞段及馬四段等海侵層序是白云巖儲層的主要發育層段，馬五6亞段及馬三段等海退層序發育的硬石膏巖是主要封蓋層。尤其是奧陶系馬五6亞段膏鹽巖具有“地層厚度大、分布面積廣”的特點，厚度約70～120 m，面積約5×104km2，是奧陶系鹽下碳酸鹽巖的主要封蓋層，直接披覆于烏審旗-靖邊古隆起之上，形成了良好的儲蓋組合(圖12)。古隆起控制作用下的沉積及儲層綜合模式的建立，不僅可以有效預測有利儲集相帶的空間展布，更重要的是揭示了奧陶系鹽下也具有良好的油氣勘探潛力，推動了奧陶系馬五段鹽下天然氣勘探的突破。目前已有多口井試氣獲得高產氣流，有望形成千億方的含氣區，實現長慶油田“靖邊氣田”之下找“靖邊氣田”的夙愿。

圖12 鄂爾多斯盆地馬五6與馬五7沉積演化模式Fig.12 Evolutionary model showing the deposition of the Ma 56 and Ma 57 Sub-members in the Ordos Basin

5 結論

1) 鄂爾多斯盆地中東部寒武系由老到新依次向烏審旗-靖邊地區超覆減薄直至尖滅缺失，寒武系缺失面積約1.1×104km2，該區中元古界長城系與奧陶系馬家溝組直接接觸，證實烏審旗-靖邊古隆起的存在。

2) 烏審旗-靖邊古隆起奧陶紀仍為低幅度的水下古隆起，對奧陶系沉積的控制作用顯著，具有“三隆兩洼”的古構造格局，受中央古隆起、呂梁隆起及烏審旗-靖邊古隆起的共同障壁作用，控制了盆地東部奧陶系米脂洼陷的形成。

3) 烏審旗-靖邊古隆起上奧陶系馬家溝組海侵期發育丘灘體等有利儲集相帶，海退期則由于間歇性暴露，利于溶孔型儲層的形成。繼承性古隆起控制了區域巖性相變帶的形成，有利于天然氣圈閉成藏，是奧陶系鹽下天然氣勘探的有利區帶。