岩性油气藏  2024, Vol. 36 Issue (6): 77-88       PDF    
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鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界天然气成藏条件及主控因素
关蕴文1, 苏思羽2, 蒲仁海1, 王启超3, 闫肃杰1, 张仲培3, 陈硕2, 梁东歌4    
1. 西北大学地质学系, 西安 710069;
2. 陕西省煤田物探测绘有限公司, 西安 710000;
3. 中国石化石油勘探开发研究院, 北京 102206;
4. 中国石油长庆油田分公司 第二采气厂, 陕西 榆林 719000
摘要: 鄂尔多斯盆地南部古生界勘探开发前景广阔,但勘探成效不理想。基于最新钻井岩心分析测试资料、测井资料、二维/三维地震资料等,对旬宜古生界气源条件、储层质量、源储配置、断裂输导性等4个方面分别进行了评价。研究结果表明:①鄂尔多斯盆地南部旬宜地区发育太原组—山西组黑色煤岩、黑色炭质泥岩、深灰色、灰色泥岩等潜在烃源岩类型,有机质类型均为Ⅲ型,Ro为1.8%~2.5%,热演化程度较高,黑色煤岩、黑色炭质泥岩品质要高于深灰色、灰色泥岩,具有较好的生烃潜力。②研究区储层均为超低孔、超低渗储层,上古生界山西组和下石盒子组盒1段为碎屑岩储层,杂砂岩占比79%,杂基平均体积分数为29%,孔隙类型以粒间孔和次生溶孔为主,面孔率小于3%。盒1段为强胶结—弱溶蚀相,山西组为强压实—杂基强充填相。下古生界马家沟组碳酸盐岩优质储层岩性为砂屑云岩,储集空间以溶蚀孔、晶间孔和裂缝为主。③古生界源储配置关系包括下生上储、上生下储及旁生侧储,其中下古生界马家沟组主要为旁生侧储。研究区3期断裂分别发育于古生代、三叠纪、晚侏罗纪,其中晚侏罗纪的活动断裂具有良好的流体纵向输导作用。④下古生界天然气藏受控于前石炭纪古地貌,剥蚀厚度大的古洼槽东侧毗邻区是下古生界油气聚集的有利区带;上古生界气藏受控于有效输导体系,研究区北部储层物性差且缺乏开启性通源断裂是上古生界勘探失利的主要原因。
关键词: 天然气    成藏条件    储层特征    源储配置    断裂控藏    古生界    旬宜地区    鄂尔多斯盆地    
Palaeozoic gas reservoir-forming conditions and main controlling factors in Xunyi area, southern Ordos Basin
Guan Yunwen1, Su Siyu2, Pu Renhai1, Wang Qichao3, Yan Sujie1, Zhang Zhongpei3, Chen Shuo2, Liang Dongge4    
1. Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, China;
2. Shaanxi Coalfield Geophysical Surveying and Mapping Co., Ltd, Xi'an 710069, China;
3. Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute, Beijing 102206, China;
4. The Second Gas Production Plant, Changqing Oilfield Company, Yulin 719000, Shannxi, China
Abstract: The exploration and development prospects of the Paleozoic area in the southern Ordos Basin are promising, but the exploration results have been unsatisfactory. Based on the latest core analysis, data of logging and 2D/3D seismic, a comprehensive evaluation was conducted for the Palaeozoic of Xunyi area. This evaluation focused on four aspects: gas source conditions, reservoir quality, source-reservoir configuration, and fracture conductivity. The results show that: (1)In the Xunyi area, potential hydrocarbon source rock types have been identified in the Taiyuan-Shanxi formations: black coal rock, black carbonaceous mudstone, dark gray, and gray mudstone. The organic matter types are all Type Ⅲ, with a vitrinite reflectance (Ro) ranging from 1.8% to 2.5%, indicating a high level of thermal maturity. The black coal rock and carbonaceous mudstone exhibit better hydrocarbon generation potential compared to the dark gray and gray mudstones. (2)The reservoirs are charac terized by ultra-low porosity and ultra-low permeability. The upper Paleozoic Shanxi Formation and He 1 mem ber consist of clastic rock reservoirs, with lithic sandstones accounting for 79%, and matrix content averaging 29%. The pore types are mainly intergranular and secondary dissolution pores, with plane porosity lower than 3%. The He 1 member is characterized by strong cementation and weak dissolution facies, while the Shanxi For mation exhibits strong compaction and matrix-rich infill facies. The high-quality carbonate reservoirs of the lower Paleozoic Majiagou Formation are dominated by sandy dolomite, with storage space mainly comprising dissolu tion pores, intercrystalline pores, and fractures. (3)The Paleozoic source-reservoir configurations include "lower-generation upper-storage", "upper-generation lower-storage", and "adjacent lateral-storage" configura tions. Among these, the adjacent lateral-storage configuration is the favorable source-reservoir combination for the lower Paleozoic Majiagou Formation. The Xunyi area experienced three phases of fault development: Paleo zoic, Triassic, and late Jurassic, with the late Jurassic faults providing good vertical fluid migration pathways. (4)The lower Paleozoic gas reservoirs are controlled by the pre-Carboniferous paleogeomorphology. The area adjacent to the eastern side of the deeply eroded paleotroughs is a favorable zone for Lower Paleozoic hydrocar bon accumulation. The upper Paleozoic gas reservoirs are controlled by effective drainage systems. Poor reservoir properties and the lack of open source-conducting faults in the northern part of the study area are the main rea sons for the unfavorable results in the upper Paleozoic.
Key words: natural gas    accumulation conditions    reservoir characteristics    source-reservoir configuration    fault-controlled reservoir    Paleozoic    Xunyi area    Ordos Basin    
0 引言

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地,具有丰富的煤层气、页岩气和致密气资源[1]。近年盆地油气新增储量和产量均位居国内各含油气盆地前列,是我国重要的油气资源基地之一。以固原、庆阳、宜君为界,盆地古生界致密气勘探工作主要集中在北部,先后在苏里格、米脂、子洲、神木、大牛、延安等地区发现多个大型致密砂岩天然气藏[2-4]。南部旬邑—宜君(简称旬宜)、富县、彬长、镇泾等地区作为新的古生界致密气资源接替区,地质背景相较北部复杂,勘探研究工作相对滞后,相关文献报道较少,现有研究成果主要集中在基础成藏地质条件分析,研究结果显示南部上古生界烃源岩条件良好[5-7],发育大规模三角洲砂岩储层和下古生界碳酸盐岩海相储层,源储配置良好[8-10],具备优秀的天然气资源勘探潜力。然而,近年来在旬宜、彬长、镇泾等地区部署的古生界风险探井大多失利,揭示上古生界致密砂岩、下古生界碳酸盐岩储层普遍为干层,勘探效果不理想。气藏分布规律不清、控藏因素不明等问题严重制约了南部的勘探开发进程。2020年彬长区块CT1井、B2井在山西组、石盒子组多砂层组试获了工业气流,标志着南部古生界致密气藏勘探的重大突破,学者们借助CT1井气藏特征,首次分析了鄂尔多斯盆地南部上古生界天然气富集规律,提出“多层叠置、断裂输导、下生上储”的立体成藏模式[11]。南部下古生界奥陶系、寒武系碳酸盐岩储层在陇东、黄龙等地区有较好的油气显示[12-13],针对下古生界气藏总结出“岩溶古地貌-构造差异控储、控藏”的油气富集规律[14]。随着勘探程度的持续加深,南部成藏潜力巨大已达成基本共识。

旬宜地区位于彬长探区东部,富县区块西部,勘探程度较其他区块低,研究区QP1井的突破对于南部上古生界致密气勘探工作具有里程碑式的意义。为进一步探寻南部古生界天然气成藏规律,结合最新钻井、测井、地震、铸体薄片、物性测试、流体包裹体等资料,对鄂尔多斯盆地南部旬宜地区成藏条件进行评估,系统分析了旬宜地区烃源岩、储层、源储配置等条件,并探讨了南部古生界天然气成藏的关键地质要素。通过对比区域成藏井和失利井的地质条件差异,提出“下古生界气藏受控于源储配置关系,上古生界气藏受控于有效断裂输导体系”等认识,以期为南部勘探部署提供新的钻探目标。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北板块的西部,面积约25×104 km2。南接秦岭造山带,北接天山—兴蒙造山带,东邻太平洋构造域,西接贺兰—六盘山造山带,是受多期构造演化阶段形成的大型多旋回叠合克拉通盆地。现今地层整体起伏平缓,东高西低,发育多组基底断裂,控制了基底的构造格局[15-16]。盆地分为伊盟隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、渭北隆起、天环坳陷和西缘冲断带6个构造单元(图 1a)。盆地资源十分丰富,常规油气、煤层气、页岩气、致密气、煤炭、铀矿等多种矿产共存[17-18]

下载原图 图 1 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区构造位置图(a)及岩性地层综合柱状图(b) Fig. 1 Structural location(a)and stratigraphic column(b)of Xunyi area, southern Ordos Basin

旬宜地区位于鄂尔多斯盆地南缘,横跨伊陕斜坡和渭北隆起,构造呈东南高北西低,面积约1 140 km2。资评结果表明,旬宜地区古生界天然气资源量为2.29×1011 m3,勘探潜力巨大[19]。该区自下而上分为下古生界寒武系、奥陶系海相碳酸盐岩沉积体系;上古生界二叠系太原组、山西组海陆过渡-陆相含煤碎屑岩体系以及下石盒子组辫状三角洲前缘沉积体系。主力勘探层系为马家沟组、山西组及盒1段。其中,马家沟组自下而上分为马一段、马二段、马三段;山西组分为山1段、山2段(图 1b)。目前该地区已连续布置了9口探井,仅QP1井在上古生界成藏,其余井古生界均未获得突破。

2 油气成藏条件 2.1 烃源岩条件

旬宜地区发育上古生界石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组3套海相-海陆过渡相-陆相的煤系烃源岩和下古生界奥陶系马家沟组含泥碳酸盐岩烃源岩。

奥陶系马家沟组烃源岩的岩性以薄层泥岩与含泥/泥质碳酸盐岩为主,总有机碳(TOC)为0.25%~0.40%,有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ1型,Ro大于2.5%[20]。然而,研究区下古生界碳酸盐岩烃源岩对上古生界气藏是否有贡献至今未被证实,目前主流观点依旧认为上古生界煤系层为鄂南主力烃源岩。研究区发育太原组—山西组黑色煤岩、黑色炭质泥岩、深灰色、灰色泥岩等4类潜在烃源岩类型(图 2a2d),该套煤系烃源岩普遍含硫,部分样品中发育黄铁矿(FeS2)(图 2d),指示了陆源输入的还原环境。岩石中的TOC含量与可溶有机质(氯仿沥青“A”)含量是常用的有机质丰度评价指标,对旬宜地区上古生界潜在烃源岩的上述2个指标进行测试,采用煤系和非煤系烃源岩的有机质丰度评价标准[21],将本次样品和以往样品测试结果投至有机质丰度评价图版(图 2e),结合以往测定旬宜上古生界烃源岩氢指数、干酪根热降解产烃高峰温度(Tmax)、镜质体反射率(Ro)、奇数碳优势(CPI)、正构烷烃奇偶数碳优势(OPE)综合分析显示,旬宜上古生界烃源岩有机质类型均为Ⅲ型,Ro为1.8%~2.5%,热演化程度较高[19],基于有限的样品数量,初步判断研究区黑色煤岩、炭质泥岩品质要高于深灰色、灰色泥岩(图 2e),具备一定程度的供烃能力。此外,根据已钻探井及三维地震资料联合反演显示上古生界煤层厚度为6~13 m(图 3),为旬宜古生界储层近源成藏奠定了一定的物质基础。

下载原图 图 2 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区上古生界太原组—山西组潜在烃源岩岩石类型及有机质丰度评价 (a)黑色煤岩,XY1井,3 131.97 m;(b)黑色炭质泥岩,XY1井,3 132.43 m;(c)深灰色泥岩,XY1井,3 067.15 m;(d)灰色泥岩,富含黄铁矿,J1井,3 099.00 m;(e)有机质丰度评价图版。 Fig. 2 Evaluation of potential source rock types and organic matter abundance in the Taiyuan-Shanxi Formations of the upper Paleozoic of Xunyi area, southern Ordos Basin
下载原图 图 3 鄂尔多斯盆地旬宜地区上古生界太原组—山西组煤层地震属性图(a)和厚度图(b) Fig. 3 Seismic attribute map(a)and thickness map(b)of coal seams in the Taiyuan-Shanxi Formations of Xunyi area, Ordos Basin
2.2 储层发育特征

研究区古生界储层主要发育在马家沟组、山西组及盒1段,各层段储层条件如表 1所列。

下载CSV 表 1 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界储层条件 Table 1 Paleozoic reservoir conditions in the Xunyi area, southern Ordos Basin
2.2.1 上古生界山西组—盒1段碎屑岩储层特征

研究区上古生界储层岩石类型以杂砂岩为主,砂岩主要填隙物包括杂基、绿泥石、硅质、云母、方解石、炭质沥青、铁方解石等,其中杂基、绿泥石、硅质含量最高,不同粒径砂岩填隙物类别占比有所差异,中砂岩和细砂岩杂基体积分数平均值为30%,粗砂岩杂基体积分数平均值为8%,填隙物以硅质为主,其余填隙物的体积分数均小于5%(图 4)。

下载原图 图 4 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界山西组、盒1段中主要填隙物含量统计图 Fig. 4 Statistical chart of average volume percent content of main fillings in Shanxi formation and He1 member of Xunyi area, southern Ordos Basin

从显微照片上看,储层普遍发生压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用,其中以压实作用和胶结作用为主。盒1段砂岩粒间孔隙普遍被方解石、硅质胶结,少量长石和杂基被溶蚀形成次生溶孔(图 5a5c)。山西组砂岩孔隙不发育,石英发育次生加大边,孔隙主要被塑性物质充填,受压实作用颗粒之间呈线接触,凝灰质杂基含量较高,镜下目估其体积分数为30%(图 5f5i)。参考以往成岩相划分标准[22],将盒1段定为强胶结—弱溶蚀相,山西组定为强压实—杂基强充填相。

下载原图 图 5 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界山西组、盒1段储层特征 (a)方解石基底胶结,J1井,2 998.00 m,盒1段;(b)方解石交代长石颗粒,J1井,2 998.00 m,盒1段;(c)方解石交代杂基,J1井,3 101.80 m,盒1段;(d)长石颗粒被溶蚀,J1井,3 003.80 m,盒1段;(e)无孔隙,隐晶质石英呈基底型胶结,J1井,3 003.80 m,盒1段;(f)石英次生加大和方解石胶结,杂基被溶蚀,J1井,3 101.83 m,山西组;(g)无孔隙,溶蚀边结构发育,凝灰质杂基含量较高,石英次生加大发育,充填孔隙,储层致密,J1井,3 104.70 m,山西组;(h)石英次生加大,J1井,3 101.83 m,山西组;(i)无孔隙,胶结物不发育,孔隙主要被杂基充填,压实致密,J1井,3 107.10 m,山西组。 Fig. 5 Reservoir characteristics of Shanxi Formation and He1 Member of Xunyi area, southern Ordos Basin

扫描电镜结果显示,岩石粒间孔中被鲕绿泥石(图 6a6f)与硅质(图 6g6i)完全充填,导致岩石致密。从颗粒间的接触关系看,胶结作用发生在压实作用之前,揭示了早期胶结作用。考虑到邻区(陇东地区)上古生界发育陆源沉积成因的硅质岩和硅质的隐晶质形态(后期发生了重结晶作用)[23],推测研究区硅质胶结物的成因是形成于同生—准同生期的硅质沉淀。另一方面,长英质火山灰在蚀变流体作用下可向硅质、绿泥石、伊利石等矿物转化[24]。含鲕绿泥石岩石中,石英颗粒边缘常呈溶蚀港湾状(图 6d),揭示了岩浆斑晶的结构,因此,本次观点倾向于含鲕绿泥石岩石为沉积凝灰岩。说明该时期南部存在古火山口的凝灰质供应是研究区山西组砂岩物性变差的主要原因之一。

下载原图 图 6 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界山西组、盒1段储层杂基特征 (a)XY2井,2 792.3 m,山西组;(b)为(a)的同视域背散射电子成像照片;(c)为(a)(b)中红点位置的能谱;(d)XY2井,2 792.3 m,山西组;(e)为(d)的同视域背散射电子成像照片;(f)为(d)(e)中红点位置的能谱;(g)J1井,3 000.1 m,盒1段;(h)为(g)的同视域背散射电子成像照片;(i)为(g)(h)中红点位置的能谱。 Fig. 6 Matrix characteristics of the Shanxi Formation and He 1 member of Xunyi area, southern Ordos Basin
2.2.2 下古生界马家沟组碳酸盐岩储层特征

旬宜地区下古生界奥陶系马家沟组发育马一段、马二段、马三段,储层孔隙类型以溶蚀孔和裂缝为主(图 7a7c图 8a),主要岩石类型为泥晶灰岩、泥晶云岩、细粉晶云岩、灰质云岩以及砂屑云岩。泥晶灰岩、泥晶云岩分别呈浅灰色、青灰色的块状构造(图 7d7e),镜下显微结构分别为泥晶方解石、白云石晶粒,无基质孔隙(图 8b8c)。细粉晶云岩为深灰色块状构造(图 7f),为细粉晶晶粒结构,白云石晶粒间呈紧密接触,晶间孔不发育(图 8d)。灰质云岩呈灰黑色块状构造(图 7g),其主要成分为粗粉晶白云石,体积分数大于50%,白云石表面附着或颗粒间充填的泥晶方解石被茜素红—铁氰化钾混合染色剂染为红色(图 8e)。砂屑云岩呈灰白色块状构造,岩石表面似砂岩,呈颗粒结构(图 7h),镜下观察显示砂屑云岩具残余砂屑结构,砂屑粒径为中—细砂,白云石晶粒以粗粉晶为主,粒间孔发育(图 8f),是马家沟组储层主要的岩石类型。

下载原图 图 7 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界马家沟组储层岩心照片 (a)溶蚀孔,XY1井,3 303.60 m;(b)高角度裂缝,J1井,3 177.00 m;(c)风化壳溶洞,XY2井,2 986.10 m;(d)泥晶灰岩,XY1井,3 175.25 m;(e)泥晶云岩,J1井,3 158.25 m;(f)细粉晶云岩,XY1井,3 180.00 m;(g)灰质云岩,XY1井,3 180.00 m;(h)砂屑云岩,J1井,3 303.60 m。 Fig. 7 Core photos of the Ma 1 member of the lower Paleozoic of Xunyi area, southern Ordos Basin
下载原图 图 8 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界马家沟组储层镜下典型特征 (a)粉晶白云石,XY1井,3 179.80 m,见裂缝;(b)泥晶灰岩,XY1井,3 175.25 m,单偏光,铸体薄片;(c)泥晶云岩,微裂缝发育,J1井,3 158.25 m,单偏光,铸体薄片;(d)细粉晶云岩,J1井,3 161.70 m,单偏光,铸体薄片;(e)灰质云岩,XY1井,3 180.00 m,单偏光,铸体薄片;(f)砂屑云岩,J1井,3 303.60 m,单偏光,铸体薄片。 Fig. 8 Typical characteristics of the Majiagou Formation reservoir under the microscope of Xunyi area, southern Ordos Basin
2.2.3 储层物性特征

岩心物性测试结果显示,盒1段砂岩孔隙度为0.1%~13.7%,平均为6.65%,渗透率为0.001 2~3.981 9 mD,平均为0.241 5 mD。山2段砂岩孔隙度为1.8%~9.7%,平均为5.40%,渗透率为0.002 3~6.512 2 mD,平均为0.211 0 mD。山1段砂岩孔隙度为1.2%~7.5%,平均为4.8%,渗透率为0.005 7~0.273 0 mD,平均为0.062 3 mD。根据储层评价标准(SY/T 6285—2011)[25],盒1段、山2段为特低孔—超低渗储层。山1段物性较差,为超低孔—超低渗储层。各储层的孔隙度和渗透率均呈正相关关系(图 9a)。马家沟组储层孔隙度为0.1%~1.9%,平均为0.57%,渗透率为0.34~24.24 mD,平均为2.77 mD,为超低孔—超低渗储层(图 9b)。

下载原图 图 9 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界马家沟组、山西组、盒1段储层物性关系 Fig. 9 Physical properties of reservoirs in the Majiagou Formation, Shanxi Formation, and He1 Member of Xunyi area, southern Ordos Basin
2.3 源储配置及输导条件

根据研究区烃源岩分布情况,结合以往研究成果,古生界源储配置可分为上古生界太原组、山西组、下石盒子组盒1段的“上生下储、下生上储”型以及下古生界马家沟组“上生下储”、“旁生侧储”型[26-27]。根据储层距离烃源岩远近可分为太原组、山西组的“源储紧邻”型和石盒子组的“纵向远源”型。二者对输导体系的依赖程度不同,“源储紧邻”型源岩排出的烃类可直接运移至储层,而“纵向远源”型依赖于砂体的纵向叠置或断裂的纵向输导。

一般情况下,与油气充注事件有良好时空耦合关系的断裂才具备通源、输导的作用。通过旬宜地区三维地震资料提取不同层位相干属性图及地震剖面图可将断裂分为古生界走滑断裂(图 10a)、三叠系走滑断裂(图 10b)以及晚侏罗世逆冲断裂(图 10c)。为判断研究区不同期次断裂与成藏期的耦合关系,通过basinmod-1D软件模拟J1井埋藏史-热史(图 11),将烃类伴生的盐水包裹体均一温度主峰投至埋藏史-烃源岩热演化史图后显示,研究区上古生界储层在早侏罗世发生过一期油气充注,下古生界储层在早、晚侏罗世发生过2期油气充注,说明主成藏期为早侏罗—中侏罗世。

下载原图 图 10 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区古生界断裂输导体系 Fig. 10 Three-dimensional fault system of Xunyi area, southern Ordos Basin
下载原图 图 11 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区XY1井和XY2井古生界储层盐水包裹体均一温度在J1井埋藏史-热史图的投影 Fig. 11 Projection of uniform temperature of saline water inclusions in Paleozoic reservoirs of well XY1 and well XY2 on the burial history and thermal history map of well J1 of Xunyi area, southern Ordos Basin

从断裂发育期次看,古生界断裂在成藏期已停止活动,断裂普遍封闭,不具备输导能力。XY1,XY2,Y626等失利井均过古生界断裂,然而储层均致密,次生孔隙发育程度低(参见图 5),说明早期断裂对储层物性没有改造作用。中生界走滑断裂多数未断入下二叠系,对古生界成藏的影响十分有限,唯成藏期断入古生界的活动断裂才能与古生界储层形成有效的纵向输导体系。

3 成藏主控因素分析 3.1 下古生界有利源储配置受古地貌控制

以往研究认为下古生界碳酸盐岩优质储层分布主要受控于前石炭纪古地貌[28-30]。旬宜地区下古生界目前未见油气显示,为分析研究区下古生界失利原因,收集了旬宜周边探井,统计前石炭纪古风化壳出露层位编制鄂南区域古地质图(图 12a),出露层位越老的区域为剥蚀厚度最大的区域。将下古生界气井与干井区分后发现,下古生界成藏井普遍位于寒武系—奥陶系顶面的岩溶古洼槽边缘斜坡带,形成旁生(上古生界烃源岩)侧储(下古生界碳酸盐岩储层)的有利源储配置(图 12b),成藏区具有古地貌低、下古生界剥蚀厚度大、剥蚀层位多、紧邻上古生界煤系烃源岩等特点。

下载原图 图 12 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区鄂南下古生界源储配置关系 (a)鄂南地区前石炭纪古地质图与下古生界产气井分布;(b)旬宜地区前石炭纪古地貌与现今构造等值线叠合图;(c)古岩溶凹槽侧翼源储配置奥陶系成藏模式图。 Fig. 12 Source-reservoir configuration relationship of the lower Paleozoic of Xunyi area, southern Ordos Basin

盆地现今为西低东高的构造格局,天然气往往沿构造脊、断层向构造高带聚集,当洼槽走向与构造等值线延伸方向平行时,成藏潜力更大,洼槽内沉积的上古生界气源岩排出的烃类沿构造脊线向东运移。根据三维区现今构造等值线与古地貌叠合图发现旬宜区下古生界失利井所处位置或远离洼槽、或位于洼槽西部,均不利于形成旁生侧储的有利源储配置(图 12c)。

3.2 晚期开启性断裂有利于油气成藏

QP1井是旬宜地区唯一一口上古生界成藏井,该井位于渭北隆起断坡带,同YH1井地质条件相似,均紧邻晚期深大断裂(参见图 1)。晚期深大断裂带与主成藏期具备良好的时空配置关系,YH1井失利而QP1井成藏的主要原因在于断裂输导条件不同,即断面启闭性不同。评价断裂启闭状态往往要考虑3个因素:一是断裂活动时间和活动程度,一般在成藏期活动的断裂才具有良好的输导作用,若断裂过早停止活动,断缝容易受胶结-充填作用断缝再度闭合;二是断面压力,张性断裂输导性要好于压性断裂;三是考虑断层两侧岩性差异,断面含泥量越低,断裂输导作用越好;反之,输导条件差[31]。对于油源断裂而言,断裂封闭性越好,越不利于油气运移至有效储层形成岩性油气藏。

根据YH1井测井曲线识别出渗透性层与非渗透性层(储盖组合关系)并绘制成柱状图,使理想状态下相同的断层两侧岩性柱图首尾相接,形成三角形关系[32-33]。通过斜拉线对齐相同岩性的层段,将岩性投影在三角形图上,形成Knipe图解(图 13a)。Knipe图可直观反映断裂两侧岩性对接关系。图解中用(深度,断距)坐标系统来确定岩性关系:x轴代表沿断裂走向断距的大小,最大值为断开层厚;y轴代表断开地层的深度断距。针对不同的断层情况,读取方法具有一定的差异。当本盘为上升盘时,对接线为横拉线,对接条带指示与上覆地层的对接关系;反之,当对接盘为下降盘,对接线为斜拉线,对接条带指示与下伏地层的对接关系。通过此方法读取上古生界目的层段,可以看到断裂侧向大部分区域均属于储盖对接,侧向封闭性良好。为进一步定量判断封闭情况,引入SGR指数(断层泥比率)[34],并绘制基于Knipe图解的SGR图版(图 13b)。同Knipe图储层对应位置的SGR值为60%~80%,说明断面含泥量较高,过YH1井断裂本身为高角度逆冲断裂,在强烈的挤压作用下,断面紧闭程度较其他断裂更高,随断层滑动断面塑性矿物经过研磨更易将断面涂抹形成非渗透面,同时压性断裂不利于诱导次级裂缝发育,对改善储层物性的作用很小。

下载原图 图 13 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区YH1井Knipe(a)和SGR图解(b) Fig. 13 Knipe (a) and SGR diagram(b)of well YH1 of Xunyi area, southern Ordos Basin

从二维地震剖面上看,过QP1井断裂在晚期发生构造反转(图 14),断裂性质从压扭转变为张扭,断面压力远小于压性断裂,具有天然的流体输导优势。此外借助成像测井资料,发现QP1井含气层段裂缝均十分发育(图 15),说明断入古生界的晚期开启性断裂在活动过程中更易诱发裂缝,为油气提供纵向运移通道的同时提高了储层物性,断裂通源输导作用与“构造增容”作用兼并。

下载原图 图 14 过QP1井二维地震剖面(剖面位置见图 1 Fig. 14 2D seismic section across of well QP1
下载原图 图 15 鄂尔多斯盆地南部旬宜地区QP1井综合解释成果图 Fig. 15 Comprehensive interpretation results of well QP1 of Xunyi area, southern Ordos Basin

综上所述,上古生界致密砂岩成藏的关键因素可能在于是否发育输导性良好的断裂和裂缝。储层过于致密且缺乏有效输导体系是研究区北部多井失利的主要原因,寻找晚期开启性古生界断裂或裂缝或许能为南部上古生界勘探带来新的突破。

4 结论

(1)鄂尔多斯盆地旬邑地区古生界发育太原—山西组黑色煤岩、黑色炭质泥岩、深灰色、灰色泥岩等4类潜在烃源岩类型,有机质类型均为Ⅲ型,Ro为1.8%~2.5%,成熟度达到过熟—成熟。黑色煤岩、炭质泥岩有机质丰度要高于深灰色、灰色泥岩,烃源岩厚度为6~13 m,具备较好的生烃潜力。

(2)研究区上古生界砂岩和下古生界碳酸盐岩均为超低孔—超低渗储层。下古生界优质储层岩石类型为砂屑云岩,孔隙类型以晶间孔、溶蚀孔、裂缝为主。上古生界砂岩储层杂基体积分数平均为29%,破坏型成岩作用强烈,盒1段为强胶结—弱溶蚀相,山西组为强压实—杂基强充填相,面孔率小于3%。

(3)旬宜地区古生界源储配置组合有下生上储、上生下储和旁生侧储。其中旁生侧储是下古生界马家沟组的有利源储组合。研究区发育古生代、三叠纪、晚侏罗纪3期断裂,晚侏罗纪活动断裂与成藏期具有时空耦合关系,具备良好的流体纵向输导作用。

(4)下古生界有利源储配置主要受控于前石炭纪古地貌,剥蚀厚度大的古洼槽内易充填上古生界煤系烃源岩,油气沿构造脊、断裂向毗邻古洼槽东侧下古生界储层运聚成藏。上古生界天然气藏受控于有效输导体系。研究区北部储层物性差,且缺乏纵向输导性良好的通源断裂,初步判定为不利区。南部上古生界后续勘探工作可围绕开启性通源断裂展开部署。

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