2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;
3. 中国石油长庆油田公司勘探事业部;
4. 西安石油大学;
5. 川庆钻探有限公司长庆监督公司
, Yang Wenjing2,3
, Jing Xianghui1,2
, Bai Haifeng1,2
, Shi Baohong4
, Sun Yaping5
, Ren Junfeng1,2
, Pan Xing1,2
, Zhang Jianwu1,2
, Wei Jiayi1,2
2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil & Gas Fields;
3. Exploration Department, PetroChina Changqing Oilfield Company;
4. Xi'an Shiyou University;
5. Changqing Supervision Company, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co., Ltd.
鄂尔多斯盆地是我国重要的含油气盆地之一，自20世纪70年代系统地开展石油天然气勘探以来，已在中生界侏罗系、三叠系和古生界二叠系、石炭系、奥陶系发现多个油气田，探明石油地质储量超过10×108t、天然气储量超过万亿立方米，已成为我国重要的油气生产基地[1-2]。目前，鄂尔多斯盆地的油气勘探开发一直聚焦于中生界、古生界，对于盆地深层的勘探与研究程度比较低[3-6]。
近年来，鄂尔多斯盆地深层寒武系、元古宇油气资源逐步受到石油地质学家们的广泛关注[7-11]。随着对地球早期生命研究不断深入探索，证实了元古宇生物具有多样性特征，这为中—新元古界油气资源物质基础提供了依据[12-19]。区域地质研究和油气勘探证实：华北克拉通中—新元古界沉积地层中存在大量油苗、沥青、古油藏和富含有机质的烃源岩[20-25]。目前在全球范围内已经发现了多个中—新元古界原生油气田[26-29]，如西伯利亚克拉通勒拿—通古斯卡石油省、扬子克拉通西部安岳气田与威远气田、阿拉伯克拉通东部阿曼含盐盆地群、印度克拉通巴克尔瓦拉油田。国际上其他国家元古宇优质烃源岩在我国华北克拉通盆地也同期发育[30-31]。位于四川盆地震旦系—寒武系的安岳特大型气田的发现[32-34]，证明中国前寒武系油气前景广阔，因此华北克拉通的元古宇也成了油气勘探重要的新领域[35-37]，为鄂尔多斯盆地潜在的油气系统勘探提振了信心[38]。
中国石油长庆油田公司对鄂尔多斯盆地中元古界长城系地质勘探始于1977年，至今已有40多年的历史，目前钻穿长城系的探井共7口：QS1井位于庆阳古陆基底隆起部位；中北部的6口探井（K1、HT1、J29、JT1、JT2、JT3）在长城系钻遇北大尖组石英砂岩后进入太古宇变质基底完钻，石英砂岩厚度为80~1153m，其中，JT1井在长城系试气点火成功，发现了盆地首个元古宇气藏苗头。2023年，以长城系为目的层，在盆地西南部晋陕裂陷槽实施深层钻井PT1井，完钻井深为5818m，在长城系从上往下依次钻遇洛峪口组、崔庄组、北大尖组、白草坪组、熊耳群，是鄂尔多斯盆地揭示长城系最全的井。随着风险勘探工作的深入，解决鄂尔多斯盆地长城系所面临的地质问题越发紧迫，主要包含3个方面：首先，对盆地长城系的地层划分与展布特征需要进一步厘定，鄂尔多斯盆地各地区长城系地层划分、命名不统一，增加勘探难度；其次，缺少对长城系内部沉积环境的刻画，需要在地层划分对比分析的基础上，研究长城系沉积环境、地层展布及岩性序列，为烃源岩分布提供依据；最后，烃源岩的生烃潜力和热演化史不清楚，需要深化评价研究。本文通过对上述关键问题的针对性研究，进一步明确长城系基本地质特征与成藏条件，进而对有利勘探区带进行预测[39-41]，寻找盆地天然气勘探接替层系，为潜在油气系统的勘探提供基本的地质依据。
1 区域地质概况鄂尔多斯盆地是一个多旋回沉积的叠合盆地，位于华北地台西部，横跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西5个省（自治区），面积约为32×104km2。盆地内部沉积地层发育全，元古宇、古生界、中生界、新生界均有沉积，而中元古界长城系是沉积在盆地太古宇—古元古界变质结晶基底上的第一套盖层。从太古宙至古元古代，盆地演化经历了早期古陆核增生、中期裂谷及后期链合的过程。太古宙早期，构造热事件首先在鄂尔多斯地区北部形成了以集宁群为代表的最早的古陆核——伊盟古陆核[42]。古太古代晚期, 古陆核开始横向扩张和垂向增生，阜平运动使鄂尔多斯地区形成了一个相对统一的薄弱壳体。五台运动初期，裂谷系及与之相伴随的岩浆活动十分发育[43]；至五台期末，部分裂谷经挤压碰撞而闭合，形成包括研究区在内的华北初始大陆。古元古代，构造与岩浆活动性减弱，裂谷的规模进一步减小；晚期的吕梁运动使裂谷碰撞闭合，独立的古地块被紧密“焊接固结”，鄂尔多斯盆地统一而稳定的结晶基底就此形成。至中—新元古代，鄂尔多斯地块进入新的发展阶段，形成了由固结稳定的古陆块及其边缘受上地幔浅层热对流系控制的大规模张裂体系[44]。这一时期，在华北古陆北侧形成白云鄂博裂谷，陆内由地壳热点所控制的秦、祁大陆裂谷应运而生。在一系列三联点的作用下，产生向华北古陆楔入的陆内裂谷，裂谷在发展中夭折，形成四大次级裂陷槽，由北向南依次为贺兰裂陷槽、定边裂陷槽、晋陕裂陷槽及豫陕裂陷槽（图 1）。豫陕裂陷槽与熊耳裂谷相接；晋陕裂陷槽规模、厚度大，整体向西南加深；定边裂陷槽规模小，地层厚度薄；贺兰裂陷槽宽缓，具有明显断陷特征。从地震剖面看，贺兰裂陷槽成喇叭状，内部伴生多个分支裂陷槽，裂陷槽宽度为30~100km，延伸距离为240km，厚度为1000~2000m。定边裂陷槽以复合型断陷为主，控槽断裂活动性强，呈断续状，北东走向，断面向北西陡倾，裂陷槽宽度为50~70km，延伸距离为200km，厚度为1500~2500m。晋陕裂陷槽宽度达200km，延伸距离为150km，西南部最大深度达8000m以上（图 2）。
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图 1 华北地区中元古界构造格局与地层分布图 Fig. 1 Structural framework and stratigraphic distribution in the Mesoproterozoic in North China |
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图 2 深层叠前时间偏移剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 2 Pre-stack time migration profile of deep formations (section location is in Fig. 1) |
中元古界长城系是鄂尔多斯盆地陆壳的最主要组成部分[45-47]，除盆地东部鄂尔多斯—神木—榆林—石楼一线缺失外，盆地内部大范围展布，具有沉积厚度大、分布范围广的特征，平面上呈北东—南西向隆凹相间的沉积格局[48-49]。盆地基底太古宇变质岩系，其上的长城系发育中国大陆最古老的一套烃源岩，这些古老烃源岩出现在燕辽、白云鄂博、熊耳、鄂尔多斯等大裂谷。鄂尔多斯裂谷的长城系崔庄组是主要烃源岩层，北大尖组和白草坪组是次要烃源层；北大尖组和洛峪口组是主要的储层；沉积盖层自下而上主要为蓟县系、寒武系，具有自生自储、下生上储、上生下储等多种成藏组合（图 3）。
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图 3 鄂尔多斯盆地长城系综合柱状图 Fig. 3 Comprehensive stratigraphic column of Changcheng System in Ordos Basin |
基于前人在元古宙地层年代上所做的工作，结合国内近几年在元古宇地层年龄方面所做的最新研究成果，本文将对研究区及其邻区中—新元古代地层年代进行对比，建立研究区区域地层划分对比表，以期为后续研究提供一定的参考依据。
鄂尔多斯盆地周缘各地区长城系地层差异性较大，沉积环境、岩性特征具有较强的独特性、区域性。盆地西缘贺兰山地区黄旗口群为一套以石英砂岩为主的浅海—滨海相碎屑岩沉积；北缘固阳地区渣尔泰群为一套三角洲—滨海相碎屑岩及碳酸盐岩沉积，石灰岩沉积发育在该群中部；南缘洛南地区高山河群为一套滨海—浅海相碎屑岩及镁质碳酸盐岩沉积，白云岩沉积发育在该群中部。盆地东缘中条山地区发育熊耳群、云梦山组、白草坪组、北大尖组、崔庄组和洛峪口组（图 4）。与燕山地区长城系标准剖面也存在明显差异[50-53]，该地区缺失白草坪组、云梦山组及熊耳群[54-56]（图 4）。
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图 4 华北地区中—新元古代长城系划分与对比图 Fig. 4 Stratigraphic division and correlation of the Mesoproterozoic–Neoproterozoic Changcheng System in North China |
在系统分析岩性、沉积环境的基础上，结合盆地东缘中条山地区长城系岩性组合特征，对比盆地内部深井，对盆地内长城系进行小层划分，从底部到顶部依次可以划分为熊耳群、白草坪组、北大尖组、崔庄组和洛峪口组，缺失云梦山组。同燕山地区蓟县剖面对比，洛峪口组对比团山子组，崔庄组对比串岭沟组，北大尖组对比常州沟组。
熊耳群：主要岩性为玄武岩（图 5a、b）、火山碎屑岩（图 5c）。对钻井取心段5807.00~5811.60m的玄武岩进行锆石U-Pb测年，玄武岩锆石加权平均年龄为1731Ma±27Ma、1756Ma±19Ma（图 6），指示玄武岩多期喷发；对比赵太平等[57]对华北熊耳群火山岩的年龄研究，判断为熊耳群。该段见玄武岩与凝灰岩突变接触，接触面见凝灰岩软沉积冲刷面，揭示熊耳群喷发岩与凝灰岩沉积同期进行。PT1井首次在鄂尔多斯盆地中心位置钻遇熊耳群，证明盆地内部发育裂谷，这在地质学研究上有重要意义。
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图 5 鄂尔多斯盆地PT1井熊耳群玄武岩岩心照片 Fig. 5 Photos of basalt cores in Xiong'er Group in Well PT1 in Ordos Basin (a）PT1井，5808.68m，凝灰岩与玄武岩接触面；（b）对应（a）位置1，薄片显微镜照片，玄武岩，辉石蚀变为绿泥石，保留辉石晶型；（c）对应（a）位置2，薄片显微镜照片，凝灰岩 |
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图 6 鄂尔多斯盆地PT1井熊耳群玄武岩年龄谱图 Fig. 6 Geologic age spectrum of Xiong'er Group basalt in Well PT1 in Ordos Basin (a) 5808.00~5809.00m，玄武岩；（b）对应（a）局部放大图；(c) 5810.00~5811.00m，玄武岩；(d) 对应（c）局部放大图 |
汝阳群白草坪组：该组不整合沉积在熊耳群之上。岩性主要为一套浅棕色细砂岩、浅棕色泥质砂岩、杂色泥质砂岩、含砾石英砂岩和红色、绿色、灰色泥页岩互层（图 7a、b），指示海平面的频繁波动变化，与中条山地区较为一致。砂岩层理发育，见楔状交错层理、板状交错层理和羽状交错层理（图 7c）。白草坪组在盆地及周缘厚度变化大，PT1井钻遇白草坪组厚度为415m，中条山地区白草坪组厚度为170m左右。
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图 7 鄂尔多斯盆地及中条山地区长城系岩心及野外露头照片 Fig. 7 Core and outcrop photos of Changcheng System in Zhongtiaoshan area in Ordos Basin （a）白草坪组，砂泥互层，永济地区；（b）PT1井，白草坪组，5483.68m，含砾石英砂岩；（c）白草坪组，羽状交错层理，永济地区；（d）北大尖组，石英砂岩，羽状交错层理，永济地区；（e）白草坪组与北大尖组野外岩性照片，永济地区；（f）JT1井，北大尖组，4172.82m，石英砂岩；（g）崔庄组，泥页岩，永济地区；（h）PT1井，崔庄组，4830.15m，灰黑色泥岩；（i）P1井，洛峪口组，3305.68m，粉晶白云岩 |
汝阳群北大尖组：岩性特征为“三段式”结构，下段为浅红色、灰色石英砂岩，中段为紫红色、灰黑色页岩、砂质页岩互层，上段为浅红色石英砂岩、砂质云岩、白云岩，砂岩层见羽状交错层理（图 7d）。北大尖组沉积期发生了大范围的海侵，与下伏白草坪组整合接触（图 7e）。北大尖组是盆地内长城系分布范围最广的地层，盆地内部大面积展布，多口钻井钻遇长城系北大尖组石英砂岩，厚度变化大，从几十米到上千米（HT1井）。中段页岩可能具有生烃潜力，该组也是长城系优质储层，JT1井在北大尖组钻遇浅灰色石英砂岩（图 7f），平均孔隙度为11.25%，平均渗透率为1.39mD。
洛峪群崔庄组：主要为一套泥岩碎屑沉积，岩性主要为灰黑色泥页岩、杂色泥岩夹细砂岩、泥质云岩（图 7g、h），灰黑色泥页岩有机碳含量较高，PT1井TOC最大为1.52%，是长城系主要的烃源岩层。盆地内部多口钻井和盆地东缘崔庄组岩性特征一致，分布稳定，厚度在140m左右，与下伏北大尖组整合接触。
洛峪群洛峪口组：为盆地长城系顶部地层，钻井揭示的岩性单一，为紫红色薄层泥质云岩、白云岩（图 7i），与下伏崔庄组整合接触，与上覆蓟县系龙家园组硅质条带云岩平行不整合接触，岩性特征明显，便于区分，厚度在80m左右。
2.2 地层展布特征通过风险探井PT1井钻探成果，对深层地震剖面进行层位标定，首次完整地揭示了盆地长城系的地层展布特征。在豫陕裂陷槽，P1井及JIT1井两口探井均未钻穿长城系，但根据地震解释及周边中条山区域地质研究，笔者认为其下还应该发育白草坪组、云梦山组及熊耳群。盆地西南部晋陕裂陷槽内，熊耳群沉积期裂陷槽受拉张强烈，熊耳群沉积厚度较大。此外，三维地震资料上熊耳群裂陷特征清晰，熊耳群之上长城系其他地层均表现出坳陷特征，证实长城系裂陷槽具有“先断后坳”的沉积充填特征。晋陕裂陷槽长城系发育熊耳群、白草坪组、北大尖组、崔庄组和洛峪口组。盆地中部定边裂陷槽J29井、JT1井、JT2井、JT3井、T59井等钻遇北大尖组石英砂岩，地震剖面揭示盆地中部开裂晚，地层厚度较南部减薄，仅发育熊耳群、白草坪组和北大尖组。定边裂陷槽以早期裂陷、晚期坳陷为特征，地层厚度较小，地层向东超覆减薄，裂陷槽以复合型断陷为主，控槽断裂活动性强，沉积后持续抬升剥蚀，奥陶系（寒武系）与长城系不整合接触。盆地北部贺兰裂陷槽开裂最晚，形态宽缓，地层厚度大，K1井、HT1井均钻穿长城系，岩性为石英砂岩，仅发育北大尖组，与太古宇不整合接触（表 1）。
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表 1 鄂尔多斯盆地长城系钻井分层统计表 Table 1 Stratification of Changcheng System in wells in Ordos Basin |
鄂尔多斯盆地长城系以半深海—浅海滨岸—三角洲沉积体系为主，期间发育潮坪沉积[58-59]。但鉴于深层探井较少、区域地层对比困难、纵向描述尺度问题，潮坪相沉积难以在平面沉积相中得以体现。
目前PT1井是盆地内唯一一口钻入熊耳群的探井，地震资料预测熊耳群厚度超过2000m，平面展布特征尚不明确，需要进一步的探索和研究。
白草坪组沉积期（图 8a），盆地东北部大部分为古陆地，水体深度从东北向西南方向呈现逐渐加深的趋势，表现为水动力活动由强至弱的减弱过程。白草坪组沉积范围向西北扩大至鄂托克前旗，自西北向东南发育3个沉积中心，分别对应定边裂陷槽、晋陕裂陷槽及豫陕裂陷槽。豫陕裂陷槽的沉积厚度小，定边裂陷槽和晋陕裂陷槽沉积厚度较大。在这个时期内，沉积相带的分布与变迁呈现出鲜明的垂向和侧向分异特征，从西南向东北方向，逐渐海侵，沉积环境发生了显著的变化，从靠近古陆边缘的滨岸相开始，随着离陆地距离的增加及水深加大，由滨岸相逐步过渡到了半深海相，以砂岩、泥岩互层沉积为主，反映了强烈的波浪冲刷、潮汐作用及间歇性的河流输入。随着海洋环境的深入，沉积物粒度逐渐变细，泥质含量增加，生物碎屑和化学沉淀作用也变得更为明显，在盆地西南部，浅海相与半深海相之间形成了一种交替式出现的沉积格局。
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图 8 鄂尔多斯盆地长城系沉积相图 Fig. 8 Sedimentary facies map of Changcheng System in Ordos Basin |
北大尖组沉积期（图 8b），沉积古地理与之前的白草坪组沉积期有相似之处，表现为东北部依然保持着古陆地，从东北向西南方向沉积环境开始发生渐变，逐渐过渡至半深海相沉积环境，反映鄂尔多斯盆地发生大面积海侵，水体深度增加、水动力强度减弱。北大尖组沉积期是长城系沉积范围最大的时期，多口探井钻遇了北大尖组，向西北至银川，东北至临河—靖边—临汾—太原一线，沉积中心集中在贺兰裂陷槽、定边裂陷槽、晋陕裂陷槽及豫陕裂陷槽。在这个过渡带的中部地区，沉积环境呈现出“舌状”分布的特殊形态，即如同舌头形状般由陆地深入海洋，这种特殊的地理构造极大地丰富了横截面上沉积相类型的多样性。在该区域内，滨岸相、浅海相及半深海相交错展布。
崔庄组沉积期（图 8c），开始逐步海退，沉积范围萎缩，在环县—庆阳—韩城一线以南沉积。沉积环境以滨岸—三角洲相为主，其分布规律在一定程度上继承了前一地质时期的特征，同时又体现了独特的演化趋势。具体来说，在崔庄组沉积阶段，自东北向西南方向延伸的过程中，水体深度呈现出逐步加深的特点。随着水体深度的增加，浅海相区域不仅保持了原有的分布范围，而且相对面积有了更大的扩展。滨岸—三角洲相呈明显的环带状分布。河流携带大量陆源物质至河口区域，与潮汐流相互作用，形成了三角洲平原，并围绕着这些三角洲平原形成了稳定的滨岸带沉积环境。
洛峪口组沉积期（图 8d），古地理构造形态扩展至贺兰山地区，其水体分布区域的总体面积变化不大。在沉积演化过程中，显著的特征是早期以滨岸—三角洲相为主导的沉积相带逐渐向潮坪相转变，反映了河流输入强度的减弱及海洋水动力增强的动态平衡。在此期间，滨岸相的沉积区域呈现逐渐减小的趋势，这是因为随着地壳运动、海平面升降及其他自然因素的影响，使得原本的滨岸区域逐渐被潮汐作用更明显的潮坪环境所取代。
3 长城系烃源岩特征元古宇生烃母质可以提供有效的气源而形成工业性油气藏，如四川盆地川中古隆起安岳大气田的主要烃源层就是新元古界南华系大塘坡组、震旦系陡山沱组黑色页岩，华北燕辽地区中—新元古界的油苗也显示为自生的特性。本文对白云鄂博裂谷阴山地区渣尔泰群，熊耳裂谷中条山地区的崔庄组、白草坪组，洛南地区高山河群及鄂尔多斯裂谷贺兰山地区黄旗口群地质露头进行采样，与盆地内次级裂陷槽钻井钻遇的崔庄组、北大尖组暗色泥岩进行对比分析。对钻井91块样品和野外剖面59块样品进行TOC测试。考虑到目标层“高演化、古老”等特点，根据前人关于中国海相烃源岩的评价标准，参考高演化烃源岩或古生界及以下层系烃源岩进行评价，最后定出烃源岩的划分标准：海相泥岩烃源岩和非烃源岩的TOC划分界限为0.5%。盆地北缘长城系渣尔泰群、南缘高山河群发育的黑色页岩，地球化学分析试验数据结果表明存在较高丰度的烃源岩，但总体演化程度较高，大多数样品已变质。在盆地中南部的深井均在长城系钻遇有效烃源岩，有机碳含量及热演化程度分析结果表明为一套潜在的烃源岩（表 2）。
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表 2 鄂尔多斯盆地及周缘中元古代长城系裂谷泥页岩分析数据表 Table 2 Lab test data of shale in the Mesoproterozoic Changcheng System in Ordos Basin and its periphery |
针对盆地北缘的阴山地区区域地质露头进行实地考察后发现，在巴彦诺日公、乌加河镇、河湾、固阳北等地区长城系广泛发育较厚泥页岩，具备一定的生烃物质基础。表明盆地周缘的长城系已具备形成区域性有效烃源岩的构造、气候及沉积环境条件，并可能有早期生命活动痕迹。
巴彦诺日公与巴音巴拉格位于阿拉善左旗，中元古界长城系主要发育碎屑岩沉积，部分层段夹有碳酸盐岩，中部发育一套黑色页岩（图 9a）。从巴彦诺日公、巴音巴拉格的样品分析结果来看，有机碳含量较高，最大值分别为2.47%、1.82%，平均值分别为1.83%、1.78%，但Ro却分别达到了8.74%、5.86%，均已变质。乌加河镇位于巴彦淖尔市乌拉特中旗，元古宇长城系由渣尔泰群组成，主要发育碎屑岩沉积，部分层段夹碳酸盐岩。在渣尔泰群下部发育数层灰黑色页岩（图 9b），有机碳含量较高，最大值为3.00%，平均为1.175%，Ro为2.15%。河湾与书记沟等中元古界长城系由渣尔泰群组成，主要发育碎屑岩沉积，夹少量碳酸盐岩，碎屑岩沉积中发育厚层黑色页岩、碳质页岩（图 9c），分布范围广。河湾、书记沟采样分析表明有机碳含量高，最大值分别为6.37%、3.68%，平均分别为3.01%、3.35%，Ro平均分别为2.83%、3.57%。包头市固阳北中元古界长城系由渣尔泰群组成，主要发育石英岩、页岩和结晶灰岩。渣尔泰群中上部岩性为黑色页岩（图 9d），有机碳含量很高，最大值为11.11%，平均为5.79%，Ro为4.32%。
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图 9 鄂尔多斯地区及周缘中元古界长城系暗色泥页岩特征图 Fig. 9 Characteristics of dark shale in the Mesoproterozoic Changcheng System in Ordos Basin and its periphery （a）巴彦诺日公，长城系渣尔泰群，黑色页岩；（b）乌加河镇，长城系渣尔泰群，灰黑色页岩；（c）河湾，长城系渣尔泰群，黑色页岩；（d）固阳北，长城系渣尔泰群，黑色页岩；（e）洛南县巡检司，长城系高山河群，黑色页岩；（f）贺兰山拜寺口，长城系黄旗口群，灰黑色页岩；（g）T59井，长城系北大尖组，4461.30m，黑色泥质条带；（h）JIT1井，长城系崔庄组，2117.5m，灰黑色页岩；（i）HT14井，长城系崔庄组，4804.05m，灰黑色页岩 |
洛南县巡检司中元古界长城系（高山河群）顶部发育一套潟湖相黑色页岩（图 9e），地球化学分析结果显示TOC最大值为1.07%，平均为0.11%，Ro平均为4.78%。通过对巡检司样品进行氯仿沥青“A”族组分分析，发现饱和烃含量最小值为21.52%，最大值为37.5%，介于20%~40%；饱和烃/芳烃值最小值为1，最大值为2.5，介于1.0~3.0；非烃+沥青质含量最小值为43.5%，最大值为70.88%，基本介于40%~60%。判断其为混合性Ⅱ型干酪根，并且以Ⅱ1型为主。
陶家窑剖面暗色泥岩段主要发育在崔庄组，有机碳含量较高，最大值为2.70%，平均为0.88%，Ro平均为2.71%。陶家窑崔庄组烃源岩干酪根显微组分中腐泥组含量相对较低，平均为80.4%，属于Ⅱ1型干酪根。白草坪组灰色页岩TOC平均为0.32%，有成为烃源岩的潜力。
3.2 鄂尔多斯裂谷暗色泥岩 3.2.1 贺兰裂陷槽贺兰裂陷槽仅在贺兰山拜寺口长城系黄旗口群发育厚10余米的灰黑色页岩，有机碳含量较低，最高为0.08%，烃源岩总体不发育（图 9f）。
贺兰裂陷槽内没有钻遇长城系烃源岩的探井，HT1井在北大尖组3262.28m处钻遇少量薄层紫红色泥岩，有机碳丰度低，不具备生烃条件，实测TOC仅为0.07%。
3.2.2 定边裂陷槽中部定边裂陷槽的T59井在长城系北大尖组4461.00~4462.40m进行了取心，岩性为浅棕色石英砂岩夹薄层灰黑色泥岩（图 9g）。这套泥岩的有机碳含量较高，分析测试有机碳含量平均为0.43%，表明鄂尔多斯盆地中部定边裂陷槽长城系可能具备形成区域性有效烃源岩的构造、气候及沉积环境条件，发育规模的烃源岩层。
3.2.3 豫陕裂陷槽豫陕裂陷槽的JIT1井钻遇长城系崔庄组100m，上部为厚70m的灰绿色夹紫红色的杂色泥岩，下部为厚22m的灰黑色页岩，底部为8m厚的泥质砂岩。上部的杂色泥岩TOC最小值为0.08%，最大值为0.18%；而下部黑色页岩的TOC较高，最大值为0.95%，平均为0.62%，揭示了东缘长城系发育良好泥质烃源岩层（图 9h）。
3.2.4 晋陕裂陷槽盆地西南部晋陕裂陷槽的HT14井在崔庄组钻遇厚29m的暗色页岩（图 9i），上部页岩的TOC最大值为0.21%；而下部黑色页岩的TOC较高，最大值为1.01%，平均为0.45%，Ro平均为2.6%。PT1井也在崔庄组钻遇两段暗色页岩共厚28m（图 7h）。其中上段页岩厚22.5m；下段厚5.5m。上段页岩TOC最大值为0.36%，平均为0.10%；下段页岩厚5.5m，TOC最大值为1.52%，平均为0.81%，TOC＞0.5%的样品占64%，Ro平均为2.32%，处于过成熟阶段。崔庄组暗色页岩干酪根的碳同位素介于-32.35‰~-26.11‰，属于腐泥型，大部分为Ⅰ型干酪根，少部分为Ⅱ型干酪根。证明了盆地次级裂陷槽内长城系也发育良好泥质烃源岩层。
3.3 盆地热演化史分析盆地热演化史是由盆地所处的大地构造背景和盆地的构造演化历史所决定的，对其热演化史的恢复是对有机质成熟和油气生成的动态认识，是进行油气运移、聚集、成藏研究的基础，是盆地分析和油气资源评价的关键环节。笔者以PetroMod软件为工具，开展了PT1井中元古界崔庄组烃源岩的热史模拟，分析了盆地的热演化史（图 10）。
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图 10 鄂尔多斯盆地长城系崔庄组烃源岩热演化史模拟图 Fig. 10 Thermal evolution simulation of Cuizhuang Formation source rock in Changcheng System in Ordos Basin |
有机质成熟度史模拟结果表明：崔庄组烃源岩于二叠世中期Ro达到0.5%进入成熟阶段，三叠世中期Ro值达到1.0%进入晚成熟阶段，三叠世晚期Ro值达到1.3%进入生湿气阶段，早白垩世晚期Ro值达到2.0%进入生干气阶段，现今Ro值为2.3%~2.5%，仍处于生干气阶段。虽然热演化程度达高—过成熟阶段，但崔庄组砂岩裂缝、杂基和颗粒表面存在大量的固态沥青（图 11），是早期油气充注的直接证据，揭示深层存在油气成藏与运聚。
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图 11 鄂尔多斯盆地南缘PT1井长城系崔庄组砂岩充填固体沥青特征图 Fig. 11 Bitumen filling characteristics of Cuizhuang Formation sandstone in Changcheng System in Well PT1 in the southern margin of Ordos Basin （a）4735.18m，粒间孔内充填固体沥青；（b）4736.62m，微裂缝内充填固体沥青；（c）4756.5m，微裂缝内充填固体沥青 |
中—新元古界时代老，埋藏深，在地质历史过程中的多期构造运动，使烃源岩热演化程度普遍较高，尤其是白云鄂博裂谷和熊耳裂谷洛南地区，热演化程度相对更高，Ro普遍超过4%，达到了过成熟阶段，已变质。鄂尔多斯盆地内部长城系沉积后虽经历过多次构造运动，蓟县系沉积后又经历了9亿年的隆升，其后的埋藏演化史与下古生界相似，未遭受过区域性变质作用，长城系在盆地内部的暗色烃源岩均未变质。T59井、JT1井、HT14井、PT1井及中条山永济陶家窑剖面的暗色烃源物质的镜质组反射值在2%~3%之间，达到过成熟干气生成阶段，具备天然气成藏的生烃条件。
4 勘探前景分析综合研究分析表明，鄂尔多斯盆地长城系泥质烃源岩主要发育在崔庄组，北大尖组和白草坪组也发育两套次要烃源层。区域上烃源岩分布受裂陷槽控制，主要分布在盆地中南部，从东南部的运城、中条山地区向盆地西南部伸，JT1、HT14、PT1等井均钻遇崔庄组，厚度为80~140m，具有一定的规模。崔庄组烃源岩处于滨岸—三角洲沉积环境，岩性为灰黑色、黑色、灰绿色、紫红色泥页岩，夹薄层粉砂岩，为相对封闭低能环境下的沉积产物，处在有效烃源岩发育的有利沉积相带内；该套烃源岩于三叠世晚期进入生烃高峰，区域构造于燕山期进入沉降稳定期，油气生排烃期与构造形成期配置关系良好。区域上，源储合理配置有利于形成天然气藏。
4.1 晋陕裂陷槽勘探区晋陕裂陷槽位于盆地西南部，处在古裂陷槽交会区域，烃源岩发育条件优越，HT14井、PT1井在崔庄组均钻遇优质烃源岩，是“向深”“向源”勘探的有利目标区（图 12a）。
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图 12 鄂尔多斯盆地长城系厚度图（a）及裂陷槽成藏模式图(b—c) Fig. 12 Thickness map of Changcheng System in Ordos Basin (a) and hydrocarbon accumulation pattern in rift trough (b-c) |
晋陕裂陷槽是盆地长城系地层发育最全、厚度最大的地区，发育多套泥质烃源层。崔庄组泥页岩展布面积为100000km2，地球化学评价泥质烃源岩发育，供烃能力强。此外，白草坪组局部暗色泥岩也可能生烃。顶部洛峪口组白云岩、北大尖组砂岩等均可形成优质的储层，源储有效配置，在裂陷槽内形成上生下储、下生上储的天然气藏（图 12b）。
4.2 定边裂陷槽勘探区定边裂陷槽长城系从下到上发育3套地层，依次为熊耳群、白草坪组和北大尖组。JT1井在北大尖组钻遇高孔、高渗石英砂岩储层，平均孔隙度为11.25%，平均渗透率为1.39mD。T59井钻入长城系北大尖组264m（未穿），在北大尖组厚层砂岩中钻遇泥质烃源岩夹层（图 9g），并在细砂岩层钻遇气测显示，录井解释含气层两段3.0m，上部含气层（4560~4562m）厚2.0m，气测峰值为3.1541%，基值为0.5042%，下部含气层（4606~4607m）厚1.0m，气测峰值为3.1114%，基值为1.5794%，证实了定边裂陷槽天然气成藏的可能性。定边裂陷槽长城系北大尖组和白草坪组的泥质岩为有效烃源岩，北大尖组砂岩作为潜在有利储层，顶部的下寒武统泥质岩与奥陶系盐岩封盖性能好，生储盖配置合理，可形成有效的自生自储的原生气藏（图 12c）。
5 结论与认识（1）鄂尔多斯裂谷次级裂陷槽控制中元古界长城系地层展布，发育熊耳群、白草坪组、北大尖组、崔庄组和洛峪口组地层格架，底部充填基性火山喷发岩的熊耳群，发育在豫陕裂陷槽、晋陕裂陷槽及定边裂陷槽；中部为白草坪组和北大尖组，白草坪组以砂岩、泥岩互层、砾岩为主，北大尖组在盆地内大范围沉积，岩性以石英砂岩为主；上部的崔庄组及洛峪口组分布面积小，主要分布在晋陕裂陷槽、豫陕裂陷槽，以泥页岩和碳酸盐岩为主。
（2）鄂尔多斯盆地长城系以半深海—浅海—滨岸—三角洲沉积体系为主，期间发育潮坪沉积。
（3）白云鄂博裂谷阴山地区，熊耳裂谷洛南地区中元古界长城系黑色泥页岩热演化程度高，已变质。熊耳裂谷中条山崔庄组及盆地西南部次级裂陷槽崔庄组烃源岩镜质组反射率在2%~3%之间。根据鄂尔多斯盆地热演化史分析结果表明早白垩世晚期Ro值达到2.0%进入生干气阶段。崔庄组砂岩裂缝、杂基和颗粒表面存在大量的固态沥青是早期油气充注的直接证据。
（4）晋陕裂陷槽崔庄组烃源岩与长城系顶部洛峪口组、北大尖组储层源储配置好，形成上生下储、下生上储的天然气藏；定边裂陷槽长城系北大尖组和白草坪组的泥质岩具有生烃潜力，北大尖组储层发育，源储有效配置可以形成自生自储，下生上储型气藏。
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