鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下天然气成藏条件

苗忠英 陈践发 张晨 史基安 邵毅 战沙

1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 2.中国科学院油气资源研究重点实验室3.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院

鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下天然气成藏条件

苗忠英1陈践发1张晨1史基安2邵毅2战沙3

1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 2.中国科学院油气资源研究重点实验室3.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院

鄂尔多斯盆地东部下奥陶统发育优质膏盐岩区域盖层,分析其下的烃源岩特征和储集条件,对于选择有利勘探区带和降低勘探风险都具有重要意义。通过对盐下烃源岩特征、生烃潜力、储层特征及分布规律的分析,得出以下认识:垂向上下奥陶统马家沟组五段、一段烃源岩质量最好;平面上膏盐湖沉积微相有机质丰度最高(0.26%)、局限海次之(0.24%)、开阔海第三(0.235%)、含膏云坪最低(0.2%);相同沉积微相在不同层段有机质丰度有差别,其原因可能与烃源岩泥质含量有关;有机质类型以腐泥型和偏腐泥混合型为主,成熟度较高(VRo>2%),主体已进入过成熟阶段;白云岩为主要储集体,储层物性较差,储集空间以晶间孔和晶间溶孔为主,也有溶解缝和构造缝。结论认为:奥陶系膏盐岩发育层段,天然气成藏潜力以马五段最高、马一段次之、马三段最低;无膏盐岩发育层段,马二段成藏潜力好于马四段。

鄂尔多斯盆地 早奥陶世 盐膏层 烃源岩 储集层 成藏潜力 有机质丰度 沉积微相

鄂尔多斯盆地在早古生代属于华北地台,为陆缘海盆地。晚加里东—早海西期的构造运动使中央古隆起抬升遭受剥蚀,形成大面积分布的优质碳酸盐岩风化壳储层。在该套储集层中发现了靖边大气田,其天然气为来源于奥陶系的油型气与来自上古生界的煤型气混合形成[1-3]。

盆地东部下奥陶统马家沟组发育大面积的厚层膏盐岩。尽管奥陶系碳酸盐岩烃源岩有机质丰度较低,但是母质类型好、热演化程度高[4],况且赋存有大量沥青、见有机包裹体[5-6],所以是有效的气源岩。奥陶系盐下主要为白云岩储层,储集空间以晶间孔、晶间溶孔、膏盐晶模孔、针状溶孔、斑状溶孔为主,并有成岩缝、构造缝、岩溶缝伴生[6]。对盐下烃源岩质量、储层发育特征和源储配置关系的研究,是确定该区天然气成藏潜力的重要依据。

1 盐下碳酸盐岩烃源岩特征

1.1 烃源岩发育环境

鄂尔多斯盆地东部奥陶纪马家沟期经历频繁的海进和海退,马一段、马三段、马五段为海退期沉积形成,马二段、马四段为海进期的产物。在海退时期形成的膏盐湖沉积环境水体浅、光照强、盐度高、溶氧量低,尽管生物种类少,但由于有机质类型和保存条件好,产能并不低,有利于有机质的富集和保存。海进期海平面上升,盆地东部绝大部分处于海平面之下,先期的膏盐湖此时在潮下或潮间低能环境。随着淡水补给量的增加,沉积水体盐度逐渐恢复到正常海水的水平,主要的沉积环境为开阔海、云灰坪和局限海。其中开阔海保存的沉积有机质丰度低、富氧贫氢、类型差[7];局限海水动力条件较弱、含盐度较高,处于还原条件,利于有机质保存。

1.2 有机质丰度特征

鄂尔多斯盆地下奥陶统碳酸盐岩有机质丰度总体偏低。统计了下奥陶统599个碳酸盐岩烃源岩有机碳含量数据,发现 TOC介于0.01%～2.11%,平均值为0.26%。但沉积环境不同可导致有机质含量特征的差异,所以笔者将有机质丰度特征分段考虑,同时计算出大于某一丰度(TOC=0.3%)的频率值和平均值。

从表1中可见,各段有机质平均含量的大小顺序依次为:马五段(0.31%)>马二段(0.25%)>马一段(0.24%)>马四段(0.22%)>马三段(0.21%);TOC大于0.3%的平均值各段分别为:马五段(0.67%)>马二段(0.48%)>马四段(0.46%)>马一段(0.4%) >马三段(0.39%);TOC大于0.3%的频率各段分别为:马五段(25.4%)>马一段(23.1%)>马二段(17.5%)>马三段(13%)>马四段(12%)。下奥陶统各段 T OC指数显示烃源岩质量由好变差的顺序为:马五段>马一段>马二段>马四段>马三段。

表1 鄂尔多斯盆地东部下奥陶统碳酸盐岩烃源岩有机质丰度特征表

1.3 有机质丰度与沉积环境的关系

将各段不同沉积微相的有机质丰度特征列于表2,从中可见:马五段膏盐湖和局限海有机质丰度最高,均为0.35%;而含膏云坪微相较低,仅为0.22%;在马四段,沉积环境差异导致有机质丰度不同的现象较明显,局限海有机质丰度明显比开阔海高,两者分别为0.25%和0.22%;马三段尽管形成于水体相对封闭的环境,但是各微相有机质丰度均很低;马二段与马四段类似,即局限台地比开阔台地有机质丰度略高,云灰坪有机碳含量为0.26%,开阔海为0.25%;马一段云灰坪和膏盐湖有机碳含量较高,分别为0.29%和0.24%。

若考虑数据少的沉积微相有机碳丰度特征不具有统计学的意义,可以发现各微相有机质丰度具有如下特征:膏盐湖有机质丰度最高(0.26%)、局限海次之(0.24%)、开阔海第三(0.235%)、含膏云坪最低(0.2%);相同微相在不同层段有机质丰度不同,例如同为膏盐湖和局限海,马三段有机质丰度要比马一段和马五段低很多,其原因可能与泥质含量有关。例如,龙探1井马一段白云质泥岩和石膏质泥岩总厚度为12 m,占地层厚度的17.4%;马三段对应岩性总厚度仅为6 m,占地层总厚度3.9%。

1.4 有机质类型特征

根据有机质显微组分特征可以确定有机质的类型。这种方法确定的类型偏重于对有机质来源的判断。笔者将显微组分划分为3部分:无定形+壳质组;镜质组;惰质组。其中在寒武系和奥陶系无定形组分的含量均大于80%。以这3部分为端元,作出划分有机质类型的三角图(图1)。

表2 不同沉积相烃源岩有机质丰度特征表

图1 鄂尔多斯盆地古生界有机质类型划分图

从图1中可见,二叠系有机质镜质组含量很高(80%),为特征明显的腐殖型有机质;寒武系和奥陶系有机质显微组分主要集中于端元1,是特征明显的腐泥型和混合型有机质。

研究区氯仿沥青“A”组成特征见表3。从表3中可见,各层位族组分中饱和烃的含量有明显优势,均超过35%;芳烃和沥青质相对较少,均低于10%;饱芳比(饱和烃/芳烃)较高,均大于3。根据氯仿沥青“A”组成划分有机质类型标准[8],将研究区古生界有机质划分为偏腐殖混合型和偏腐泥混合型2种类型,而盐下地层有机质为偏腐泥混合型,明显好于上古生界。

奥陶系干酪根δ13C值92.98%分布在-26‰～-32‰范围内,7.02%分布在-24‰～-26‰范围,可见有机质类型腐泥型为主,混合型很少。这与干酪根生源构成主要是由水生浮游生物和藻类转化而来一致。陕参1井下奥陶统盐下干酪根δ13C为27.8‰,据此推断盐下有机质类型主体为腐泥型。

表3 氯仿沥青“A”组成划分有机质类型表

综合有机质显微组分、氯仿沥青“A”和干酪根碳同位素等特征,认为盐下烃源岩有机质类型较好。此外,研究区在马五段、马三段发现自生黄铁矿、烃源岩Pr/Ph小于0.7,说明沉积有机质的保存环境为高盐且还原环境。

1.5 有机质成熟度

下奥陶统海相碳酸盐岩缺乏陆源镜质组,故常用等效镜质组反射率(VRo)来确定其热演化程度。研究区下古生界等效镜质体反射率全部大于1.8%,绝大部分大于2.0%,说明烃源岩全部热演化至高—过成熟阶段,大部分演化至过成熟阶段。此外,龙探1井83%的烃源岩样品,其 Tmax>450℃(图2),也反映出有机质高热演化程度的特征。

1.6 烃源岩生烃潜量

利用测井资料计算盐下烃源岩有机碳的含量, TOC>0.3%为有效烃源岩。结果表明:有效烃源岩的厚度介于35～150 m;膏盐岩发育层段,马五段厚度最大,为10～60 m;无膏盐岩层段,马四段厚度(10～40 m)较马二段(5～15 m)大;平面上,烃源岩厚度高值区与沉积中心匹配。

图2 龙探1井盐下烃源岩 T max分布频率图

元素平衡法计算盐下烃源岩的生烃强度为(1～6) ×108m3/km2,生气量达37×1012m3,可为中小型气藏提供充足的气源。

2 盐下储层特征及天然气成藏潜力

2.1 储层特征

盐下储层岩性主要有细粉晶云岩、粉晶云岩、细晶云岩和含膏含盐泥晶云岩储集岩等4类[9]。其中,白云岩为层状、似层状粉晶云岩、细晶云岩,分布广、厚度大;而泥晶和微晶白云岩较少见。储层孔隙度为0.1%～14.9%,平均为2.08%;渗透率为0.001～34.25 mD,平均为0.904 mD。马三段储层物性最好,孔隙度分布范围为0.29%～9.7%,平均为3.74%,渗透率范围为0.007～34.35 mD,平均为8.795 mD;马四段储层物性最差,孔隙度分布于0.13%～6.75%,平均为1.02%,渗透率范围为0.001～7.43 mD,平均为0.23 mD。储集空间主要为晶间孔和晶间溶孔(图3),这2种孔隙类型在白云岩基质孔隙中有绝对的优势。此外,白云岩中溶蚀作用也非常发育,致使溶解缝和构造缝都较常见,且大多充填沥青质。

图3 鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下主要储集空间类型图

2.2 天然气成藏潜力

马家沟组膏盐岩分布广泛,垂向上主要分布在马一、马三、马五段。其中,马一段厚度为10～50 m,马三段厚度为10～120 m,马五段厚度介于20～200 m,马家沟组总厚度为40～370 m。平面上,膏盐岩分布以龙探1井、米1井、榆9井为中心,向四周厚度减薄。总体上,分布面积5×104km2左右的膏盐岩构成马家沟组及其之下地层的优质盖层。通过对烃源岩、储层特征的分析,并结合目的层位于盐下这一地质背景,认为:膏盐岩发育层段,成藏潜力以马五段最高、马一段次之、马三段最低;无膏盐岩发育层段,马二段成藏潜力好于马四段。在马一、马三、马五段膏盐岩之下,发育鼻状盐隆、断裂—岩性、地层尖灭、透镜体等多种类型圈闭[6],其中的大型圈闭具有较高勘探价值。

3 结论

1)鄂尔多斯盆地东部膏盐岩广布,面积近5×104km2,盐下烃源岩生气量达37×1012m3,生气强度可达6×108m3/km2,可以为中小型气田提供充足气源。

2)盐下烃源岩垂向和平面有机质丰度特征差异明显。垂向上马五段烃源岩质量最好,马一段次之,马二、马四、马三段依次降低;平面上膏盐湖有机质丰度最高,局限海次之,开阔海第三,含膏云坪最低。相同沉积微相在不同层段有机质丰度不同,其原因可能与泥质含量有关。

3)有机质类型以腐泥型和偏腐泥混合型为主,反映其具有较好的生烃潜力;成熟度普遍较高(VRo> 2.0%),烃源岩产物基本全部为气态烃。盐下储层以白云岩为主。物性较差,孔隙度和渗透率一般较低,储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔和溶蚀缝等。

4)综合分析生储盖组合特征认为,天然气成藏潜力在膏盐岩发育层段中,以马五段最高、马一段次之、马三段最低,无膏盐岩发育层段,马二段成藏潜力高于马四段。

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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

国家自然科学基金“原油中含氮化合物分布特征与油藏储层连通性研究”(编号:40773039)。

苗忠英,1982年生,博士研究生;研究方向为油气生成机理及油气藏分布规律。地址:(102249)北京市昌平区中国石油大学245号。电话:(010)89734164,13811374828。E-mail:zhymiao@foxmail.com

苗忠英等.鄂尔多斯盆地东部奥陶系盐下天然气成藏条件.天然气工业,2011,31(2):39-42.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.009

(修改回稿日期 2010-12-21 编辑 罗冬梅)

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