鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)不整合結(jié)構(gòu)類型及運移特征

孫　曉, 李　良， 丁　超

[1.中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006；2.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249]

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鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)不整合結(jié)構(gòu)類型及運移特征

孫曉1, 李良1， 丁超2

[1.中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006；2.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249]

杭錦旗地區(qū)地處鄂爾多斯盆地北部邊緣，存在上古生界-下古生界、上古生界-元古生界、上古生界-太古界3個不整合面。根據(jù)已鉆井測井響應(yīng)特征以及巖心觀察和巖屑錄井資料，對研究區(qū)不整合空間結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，同時結(jié)合不整合面上下巖性結(jié)構(gòu)的輸導(dǎo)作用以及氣藏分布等因素，分析了不整合結(jié)構(gòu)類型的運移特征，指出了優(yōu)勢運移通道的分布區(qū)域。研究表明，杭錦旗地區(qū)存在9種不整合結(jié)構(gòu)類型：砂-泥-砂、砂-泥-灰、砂-泥-變、砂-變、砂-灰、泥-泥-砂、泥-泥-灰、泥-泥-變和砂-泥-泥結(jié)構(gòu)類型。同時存在3種運移通道類型：雙運移通道Ⅰ型、單運移通道Ⅱ1型和單運移通道Ⅱ2型。雙運移通道Ⅰ型是優(yōu)勢運移通道，主要分布在3個區(qū)域：最大區(qū)域位于中東部，其目標(biāo)圈閉是斷裂南側(cè)的十里加汗東圈閉以及斷裂北側(cè)的什股壕圈閉，其次是位于西部的新召東圈閉，東部阿鎮(zhèn)圈閉面積最?。皇锛雍刮魅﹂]雙運移通道相對不發(fā)育，有利于天然氣就近富集成藏。

運移通道類型；不整合結(jié)構(gòu)類型；杭錦旗地區(qū)；鄂爾多斯盆地

杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部，橫跨伊盟隆起、伊陜斜坡、天環(huán)向斜3個一級構(gòu)造單元，泊爾江海子-三眼井?dāng)嗔严到y(tǒng)貫穿杭錦旗地區(qū)東西部(圖1)，勘探已證實發(fā)育大型氣田。古生代以來基本處于隆起狀態(tài)，構(gòu)造面貌總體呈北部高南部低，基底主要由太古界至元古界變質(zhì)巖、泥巖和砂巖組成，晚古生代沉積前，杭錦旗地區(qū)一直屬于基巖隆起區(qū)。至晚石炭世沉積以來，上古生界以不同層位由南向北超覆于太古界-元古界基底之上，先后沉積了石炭系太原組、二疊系山西組、上石盒子組、下石盒子組及石千峰組，形成不同時期的超覆不整合。

受構(gòu)造格局影響，杭錦旗地區(qū)不整合面呈現(xiàn)出北高南低特點。生烴高峰時，西部、南部為高氣勢區(qū)，北部為低氣勢區(qū)，南部的石炭系-二疊系煤系烴源巖在中晚侏羅世—早白堊世開始大量生氣后，天然氣沿不整合面向北運移，在不同層位的圈閉聚集成藏。泊爾江海子斷裂以北烴源巖較差，但發(fā)現(xiàn)多個氣藏富集區(qū)，證實氣源主要來自于斷裂以南，存在天然氣的側(cè)向運移，不整合面構(gòu)成一個重要的天然氣運移通道，為油氣側(cè)向運移提供了有利輸導(dǎo)路徑。

近年來，一些研究者通過露頭、鉆井和地震剖面對不整合進(jìn)行刻畫，同時對不整合面上、下地層的接觸關(guān)系如超、削關(guān)系[1-4]及不整合面的形態(tài)和形成機制進(jìn)行識別，進(jìn)而劃分不整合面及其結(jié)構(gòu)類型[5]。張建林2005年在對斷陷盆地不整合類型、地球物理特征和多種類型不整合油藏分析的基礎(chǔ)上，闡述了不整合的組成及其對油氣運移和封堵的作用[6]。準(zhǔn)噶爾盆地不整合面上、下富集大部分油氣藏，表明不整合對于油氣運

移聚集的重要性[7]。研究表明，不整合垂向結(jié)構(gòu)及巖性特征、疊置程度和發(fā)育規(guī)模等決定了不整合的輸導(dǎo)有效性[8]。

目前，針對杭錦旗地區(qū)不整合面研究較少，對于其作為油氣運移通道和聚集場所的研究，尤其是作為油氣運移通道的研究較少，尚不清楚該地區(qū)不整合輸導(dǎo)油氣的機理，輸導(dǎo)效率影響因素，制約了不整合在油氣運移研究中所起作用的認(rèn)識。筆者通過已鉆井的測井響應(yīng)特征以及巖心觀察和巖屑錄井資料，從微觀角度對研究區(qū)不整合空間結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了詳細(xì)研究。同時結(jié)合不整合面上、下巖性結(jié)構(gòu)的輸導(dǎo)作用以及氣藏的分布等因素，分析了不整合結(jié)構(gòu)類型的運移特征。指出了優(yōu)勢運移通道的分布區(qū)域，對于推動該地區(qū)勘探開發(fā)工作具有重要意義。

1　不整合面輸導(dǎo)體特征

1.1不整合面分布特征

杭錦旗地區(qū)不整合面主要表現(xiàn)為上古生界底面與奧陶系或前古生界頂面接觸，存在上古生界-下古生界、上古生界-元古生界、上古生界-太古界3個不整合面。受古地形影響，不同區(qū)域的不整合面的上、下地層層系并不相同。上覆地層的超覆區(qū)由東南向西北呈帶狀分布，由南向北，在不同層系之間的不整合面的間隔時間逐漸變長。其中太原組的尖滅線基本沿三眼井?dāng)嗔?、烏蘭吉林廟斷裂和泊爾江海子斷裂一線展布。什股壕構(gòu)造和伊22井區(qū)缺失元古界。寒武系-奧陶系和太原組的缺失線走向近一致，但前者略偏南，在伊19井附近有風(fēng)化殘余的灰?guī)r顯示，山西組在浩繞召地區(qū)附近缺失。因此，在斷裂南側(cè)發(fā)育太原組與奧陶系之間的不整合面，在斷裂以北，主要發(fā)育山西組與元古界之間的不整合面，什股壕地區(qū)發(fā)育山西組與太古界不整合面，而在浩繞召地區(qū)，發(fā)育下石盒子組與中元古界的不整合面(圖2)。

圖1　杭錦旗地區(qū)位置及構(gòu)造背景簡圖Fig.1　The location and structural background of Hangjinqi Block

1.2不整合結(jié)構(gòu)特征

不整合是由不整合面及其上、下巖石等3部分組成，在空間上具有3層結(jié)構(gòu)[9-11](圖3)：不整合面之上巖石、風(fēng)化粘土層及半風(fēng)化巖石。每層結(jié)構(gòu)發(fā)育著不同的巖石類型及各自的特征，其形成主要與沉積間斷時間、母巖的特征(物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和礦物組成)、古氣候、古地貌以及后期保存條件等有關(guān)。

1.2.1不整合面之上巖石

不整合面之上巖石可以分為底礫巖和砂巖兩種。底礫巖粒度較粗，分選磨圓較差、分布連續(xù)、孔滲性好，為“暢通型”殘積層，是油氣運移的良好通道，主要分布在杭錦旗地區(qū)下石盒子組底部心灘砂體。砂巖主要分布于山西組分流河道砂體和太原組障壁砂壩砂體，分選、磨圓中等，連續(xù)性較差。

圖3　杭錦旗地區(qū)不整合縱向結(jié)構(gòu)模式Fig.3　Vertical structural models of unconformity in Hangjinqi area

1.2.2風(fēng)化粘土層

風(fēng)化粘土層位于不整合面之下，主要是指母巖在物理風(fēng)化作用下形成的細(xì)粒殘積物，是識別不整合的重要標(biāo)志，主要分布在杭錦旗地區(qū)下石盒子組、山西組、太原組的底部以及中元古界頂部。由于受巖性、氣候、暴露時間等多因素的影響，不同構(gòu)造部位風(fēng)化粘土層的發(fā)育程度不等，在局部地區(qū)可有缺失現(xiàn)象。

1.2.3半風(fēng)化巖層

杭錦旗地區(qū)半風(fēng)化巖層的巖石類型主要有泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖、變質(zhì)巖等，主要分布在太古界、中元古界、下古生界奧陶系風(fēng)化殼。碳酸鹽巖風(fēng)化淋濾帶較厚，發(fā)育垂直與近垂直針狀溶孔、水平溶蝕的溶蝕孔洞層，砂質(zhì)巖、變質(zhì)巖分布區(qū)往往僅發(fā)育垂直淋濾帶。半風(fēng)化的砂質(zhì)巖類次生孔隙、裂縫較發(fā)育，連通性較好，而泥質(zhì)巖由于其低滲透性及強塑性等特征，風(fēng)化帶往往較薄，甚至不發(fā)育。

1.3不整合測井特征

由于沉積作用形成的不整合造成地層缺失、風(fēng)化粘土層和半風(fēng)化巖石等，不整合面上下測井曲線具有異常響應(yīng)特征，因此可以利用測井曲線在垂向上的異常變化進(jìn)行不整合面的識別和確定[10]。

根據(jù)鉆井資料分析，不整合的3層結(jié)構(gòu)各具其測井響應(yīng)特征。①不整合面之上巖石：低自然伽馬值、低中子孔隙度值、低聲波時差值、自然電位高幅度負(fù)異常、高密度值和高電阻率值,深、淺側(cè)向電阻率曲線呈“鐘”形且出現(xiàn)明顯的幅度差。②風(fēng)化粘土層：低電阻率值、深淺電阻率曲線近“箱狀”且無幅度差，具有低密度、高聲波時差特征。③半風(fēng)化巖層：其測井響應(yīng)特征比較復(fù)雜，介于底礫巖和風(fēng)化粘土層之間。

根據(jù)不整合面結(jié)構(gòu)不同的測井響應(yīng)特征，杭錦旗地區(qū)不整合面縱向可以識別出9種結(jié)構(gòu)類型的測井響應(yīng)特征(圖4a—i)。

2　不整合內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類

通過測井曲線組合對比，結(jié)合巖心觀察和巖屑錄井分析，杭錦旗地區(qū)不整合發(fā)育不整合面上覆巖層、風(fēng)化粘土層和半風(fēng)化巖石，可以將杭錦旗地區(qū)上古生界底面不整合縱向結(jié)構(gòu)分為9種類型(圖5)。

2.1砂-灰型

上覆地層為太原組砂巖，下伏地層為馬家溝組灰?guī)r，僅在錦56井中見到，處于研究區(qū)的南部地區(qū)，風(fēng)化粘土層的缺失原因并不確定(圖5a)。

2.2砂-泥-灰型

上覆地層為太原組砂巖，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為奧陶系碳酸鹽巖。此種不整合結(jié)構(gòu)比較典型，有19口井的測井曲線顯示此種結(jié)構(gòu)類型，幾乎全部分布在太原組分布范圍內(nèi)。只有錦78井分布在山西組分布范圍內(nèi)，其分布界線與太原組尖滅線保持平行，即與斷裂帶走向保持平行，反映當(dāng)時海進(jìn)的方向，也能說明斷裂對沉積作用的控制(圖5b)。

2.3泥-泥-灰型

上覆地層為太原組泥巖，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為奧陶系碳酸鹽巖。該種結(jié)構(gòu)類型只在錦9井、錦52井等6口井中見到，并且均處于太原組分布范圍內(nèi)，處于東部地區(qū)，其類型與砂-灰型相似，形成原因主要是太原組砂巖在平面上分布不均衡造成的(圖5c)。

2.4砂-變型

上覆地層為太原組或下石盒子組砂巖，下伏地層為太古界花崗片麻巖。此類結(jié)構(gòu)在研究區(qū)分布較少，僅在錦15井、錦34井和錦81井3口井中顯示，3口井的分布均在泊爾江海子斷裂的北部地區(qū)，錦15井離斷裂較遠(yuǎn)，可能的原因是此類不整合形成時期，構(gòu)造活動強烈，斷裂處于強烈活動期，離斷裂較近的部位，未形成風(fēng)化粘土層便已開始接受沉積(圖5d)。

2.5砂-泥-變型

上覆地層為太原組、山西組砂巖或砂泥互層，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為太古界雜色花崗片麻巖或中元古界淺紅、棕紅色石英巖、變質(zhì)巖。這種不整合結(jié)構(gòu)分布在山西組分布范圍內(nèi)(11口井)主要集中在研究區(qū)的東北部地區(qū)，分布在太原組分布范圍內(nèi)(12口井)，并且由東南向西北，下伏地層從中元古界變質(zhì)巖變?yōu)樘沤缁◢徠閹r，其界線也與斷裂帶走向一致(圖5e)。

2.6泥-泥-變型

上覆地層為太原組和山西組的泥巖或煤，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為太古界花崗片麻巖或中元古界變質(zhì)巖。此結(jié)構(gòu)類型在研究區(qū)分布較少，僅在錦4井、錦8井、錦60井、錦64井、錦65井、錦80井和錦83井等7口井中見到，零星分布。其中，錦64井地處研究區(qū)西北部，緊鄰下石盒子組分布范圍，反映在下石盒子組沉積時，杭錦旗地區(qū)東部高西部低(圖5f)。

2.7砂-泥-砂型

上覆地層為太原組、山西組砂巖砂泥互層，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為中元古界砂巖。該種類型的不整合結(jié)構(gòu)在全區(qū)分布較少，僅在7口井中見到，主要分布在杭錦旗中北部地區(qū)，不是該地區(qū)主要的不整合縱向結(jié)構(gòu)類型(圖5g)。

2.8泥-泥-砂型

上覆地層為太原組、山西組或下石盒子組泥巖，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為中元古界或馬家溝組砂巖，分布較少，僅在4口井中見到，分布零星，在3個層位中均有分布，與砂-泥-砂型類似，形成原因可能是沉積巖層在平面上的不均勻性導(dǎo)致(圖5h)。

圖4　杭錦旗地區(qū)不整合面縱向結(jié)構(gòu)測井響應(yīng)特征Fig.4　Logging response characteristics of vertical unconformity in Hangjinqi areaa.砂-泥-砂型；b.砂-泥-灰型；c.泥-泥-灰型；d.砂-泥-變型；e.泥-泥-變型； f.砂-變型；g.泥-泥-砂型；h.砂-灰型；i.砂-泥-泥型

圖5　杭錦旗地區(qū)不整合縱向結(jié)構(gòu)類型Fig.5　Vertical unconformity structure types in Hangjinqi areaa.砂-灰型；b.砂-泥-灰型；c.泥-泥-灰型；d.砂-變型； c.砂-泥-變型；f.泥-泥-變型；g.砂-泥-砂型； h.泥-泥-砂型；i.砂-泥-泥型

2.9砂-泥-泥型

上覆地層為太原組或山西組砂巖，中間地層為風(fēng)化粘土層，下伏地層為中元古界和馬家溝組泥巖，僅在錦46井和錦69井中見到，下部的顯示泥巖可能與不整合風(fēng)化剝蝕的量有關(guān)(圖5g)。

杭錦旗地區(qū)上古生界底面不整合縱向結(jié)構(gòu)分為9

種類型(圖6)，其中，砂-泥-灰型和砂-泥-變型占了大多數(shù)，其余的類型僅在少數(shù)地區(qū)分布，不是該地區(qū)主要類型?？梢钥闯觯瑪嗔严到y(tǒng)控制地層的沉積與展布，進(jìn)而影響不整合縱向結(jié)構(gòu)類型分布，砂-泥-灰型主要分布在斷裂南側(cè)，砂-泥-變型主要分布在斷裂的北部。

3　不整合運移通道類型

按油氣運移通道類型進(jìn)行分類[12]，綜合考慮不整合面上下巖性配置關(guān)系、風(fēng)化粘土層的發(fā)育情況以及氣藏的分布等因素，以風(fēng)化粘土層為界，宏觀上，不整合可以形成以不整合面之上底礫巖和不整合面之下半風(fēng)化巖石為主的兩種高效運載層[13-15]，將不整合的空間結(jié)構(gòu)分為雙運移通道型(Ⅰ型)、單運移通道型(Ⅱ型)和封堵型(Ⅲ型)3大類，單運移通道型(Ⅱ型)又分為Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅱ3型3個亞類。

根據(jù)不整合面上下巖性結(jié)構(gòu)的輸導(dǎo)作用，砂-變型和砂-灰型兩種結(jié)構(gòu)發(fā)育上、下兩套高效運載層，更有利于油氣輸導(dǎo)運移，歸為雙運移通道型。由此，杭錦旗地區(qū)9種不整合內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為3種通道類型：①雙運移通道Ⅰ型，包括砂-泥-砂、砂-泥-灰、砂-泥-變、砂-變和砂-灰5種結(jié)構(gòu)類型；②單運移通道Ⅱ1型，包括泥-泥-砂、泥-泥-灰和泥-泥-變3種結(jié)構(gòu)類型；③單運移通道Ⅱ2型，只有砂-泥-泥1種結(jié)構(gòu)類型(圖7)。

圖6　杭錦旗地區(qū)不整合縱向結(jié)構(gòu)的空間分布Fig.6　Spatial distribution of vertical unconformity in Hangjinqi area

圖7　杭錦旗地區(qū)不整合面油氣運移通道 類型(據(jù)王艷忠，修改)[12]Fig.7　Unconformity migration pathway types in Hangjinqi area(modified from Wang Yanzhong)[12]

綜上所述，不整合面作為該地區(qū)的運移通道并不是區(qū)域性的，不整合之上巖層的雙運移通道類型Ⅰ型優(yōu)勢運移通道主要分布在3個區(qū)域：最大區(qū)域位于中東部，其目標(biāo)圈閉是斷裂南側(cè)的十里加汗東圈閉以及斷裂北側(cè)的什股壕圈閉；其次是位于西部的新召東圈

閉，東部阿鎮(zhèn)圈閉面積最小；十里加汗西圈閉雙運移通道不發(fā)育，有利于天然氣就近富集成藏，是下步值得關(guān)注的有利區(qū)域(圖8)。

4　結(jié)論

1) 杭錦旗地區(qū)不整合縱向結(jié)構(gòu)分為9種類型：砂-泥-砂、砂-泥-灰、砂-泥-變、砂-變、砂-灰、泥-泥-砂、泥-泥-灰、泥-泥-變和砂-泥-泥結(jié)構(gòu)類型。其中，砂-泥-灰型和砂-泥-變型占了大多數(shù)，其余的類型僅在少數(shù)地區(qū)分布，不是該地區(qū)主要類型。斷裂系統(tǒng)影響不整合縱向結(jié)構(gòu)類型分布，砂-泥-灰型主要分布在斷裂南側(cè)，砂-泥-變型主要分布在斷裂的北部。

2) 杭錦旗地區(qū)9種不整合內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為3種通道類型：雙運移通道Ⅰ型、單運移通道Ⅱ1型、單運移通道Ⅱ2型。

3) 不整合之上巖層的雙運移通道類型Ⅰ是優(yōu)勢運移通道，主要分布在3個區(qū)域：最大區(qū)域位于中東部，其目標(biāo)圈閉是斷裂南側(cè)的十里加汗區(qū)帶東圈閉以及斷裂北側(cè)的什股壕圈閉；其次是位于西部的新召區(qū)帶東圈閉，東部阿鎮(zhèn)圈閉面積最小；十里加汗區(qū)帶西圈閉雙運移通道不發(fā)育，氣藏應(yīng)該就近富集成藏，是下步值得關(guān)注的有利區(qū)域。

圖8　杭錦旗地區(qū)不整合通道類型分布Fig.8　Unconformity pathway distribution in Hangjinqi area 參　考　文　獻(xiàn)

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(編輯張亞雄)

Unconformity structure types and hydrocarbon migration characteristics in Hangjinqi area of Ordos Basin

Sun Xiao1,Li Liang1,Ding Chao2

[1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,SINOPECNorthChinaCompany,Zhengzhou,Henan450006,China；2.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China]

Hangjinqi Block is located in northern Ordos Basin and has three unconformities including the Upper Paleozoic-Lower Paleozoic,Upper Paleozoic-Paleozoic and Upper Paleozoic-Archean.Logging data,core data and cutting logging data were integrated to study the characteristics of unconformity space structure in detail.In addition,hydrocarbon migration characteristics of various types of unconformity structure were also analyzed in combination with the carriers above and below the conformities and distribution of gas reservoir.It also figured out the distribution area of advantageous migration pathways.The research shows that there are nine unconformity configuration types in Hangjinqi Block,namely sand-mud-sand,sand-mud-limestone,sand-mud-metamorphic rock,sand-metamorphic rock,sand-limestone,mud-mud-sand,mud-mud-limestone,mud-mud-metamorphic rock and sand-mud-mud.And there are three kinds of migration pathways,namely double migration pathway I-type,single migration pathway Ⅱ1-type and single migration pathway Ⅱ2-type,among which the double migration pathway I-type is the primary pathway and is mainly distributed in three areas.The largest area is in the central-eastern part of the block,and its target traps are Shilijiahan in the south of fault and ShiguhaoYin the north of fault.And the second area lies in the western block and its target trap is Xinzhao.The smallest area lies in the eastern block and its target trap is Azhen.Double migration pathway is poorly developed in Shilijiahan trap and is favorable for the in-situ enrichement and accumulation of gas.

migration pathway type,unconformity structure type,Hangjinqi area,Ordos Basin

2015-12-20;

2016-02-20。

孫曉(1980—)男，碩士、工程師，天然氣勘探。E-mail:sunxiao0377@163.com。

國家科技重大專項(2011ZX05002-001)；中國石化科技部項目(P13109)。

0253-9985(2016)02-0165-08

10.11743/ogg20160203

TE121.2

A