鄂爾多斯寧縣-正寧地區(qū)上古生界盒8段天然氣成藏特征及主控因素

張國龍

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

鄂爾多斯盆地是中國第二大沉積盆地，蘊藏豐富的油氣資源[1-7]。據(jù)現(xiàn)今構造格局可將盆地劃分為6個次級構造單元，即伊盟隆起、渭北隆起、天環(huán)坳陷、西緣逆沖帶、晉西撓褶帶及伊陜斜坡。寧縣-正寧地區(qū)位于伊陜斜坡南部，西臨天環(huán)坳陷、南接渭北隆起，面積約為2 000 km2。古生界天然氣完鉆探井17口，勘探程度較低，目前已發(fā)現(xiàn)盒8段、山1段、山2段、太原組等多套含氣層系，其中盒8段為主力目的層。該區(qū)天然氣勘探始于20世紀80年代，早期以尋找古潛山油氣藏為目標，部署實施寧探1等區(qū)域探井，未獲得發(fā)現(xiàn)。2000年以來，長慶油田通過對古生界天然氣成藏條件研究，確定了上古生界西南物源沉積體系，明確了上古生界發(fā)育辮狀河三角洲砂體，具備基本成藏條件，具有勘探潛力，并以上古生界巖性氣藏為主要勘探目標，先后在研究區(qū)北側的鎮(zhèn)探1井山西組1段和慶探2井石盒子組盒8段獲得高產(chǎn)氣流。但研究區(qū)內(nèi)完鉆的隴44、隴22等探井均未獲得工業(yè)氣流，揭示該區(qū)成藏條件復雜，天然氣成藏主控因素不明確，致密砂巖有效儲層評價及預測難度大，含氣性及產(chǎn)能差異大，嚴重制約了天然氣勘探和效益建產(chǎn)，亟需更全面剖析研究區(qū)情況。在區(qū)域地質條件分析基礎上，通過成藏條件綜合研究，明確了研究區(qū)上古生界天然氣成藏特征。通過天然氣成藏要素分析，明確主要控藏因素，建立上古生界天然氣成藏模式。在此基礎上，利用錄井、測井和分析測試資料，篩選氣層敏感測井曲線，結合儲層巖性和物性特征，建立有效儲層劃分標準。井震結合，運用三維地震資料開展有效儲層預測。研究成果為寧縣-正寧地區(qū)盒8段有利勘探目標優(yōu)選提供了依據(jù)，深化了鄂爾多斯盆地西南部上古生界致密、薄砂巖儲層氣藏成藏富集規(guī)律認識，進一步指導了勘探開發(fā)。

1 目標區(qū)地質特征

鄂爾多斯盆地的結晶基底為太古界和古元古界變質巖系，盆地蓋層在地質歷史時期經(jīng)歷了多期構造活動和多旋回演化，表現(xiàn)為多沉積類型的大型克拉通盆地[8-9]。寧縣-正寧地區(qū)在早古生代奧陶紀末，受加里東構造運動影響，全面抬升，缺失志留系、泥盆系及石炭系。晚古生代二疊紀進入連續(xù)沉積時期，發(fā)育海陸交互—內(nèi)陸河湖相沉積體系。二疊紀太原期，為近海沼澤相廣覆型沉積，形成了該區(qū)上古生界的主要烴源巖層。山西期—石盒子期，區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境由海相過渡為陸相，氣候由潮濕變?yōu)楦珊?，發(fā)育多期疊置、大面積帶狀展布的河流—三角洲相沉積，區(qū)內(nèi)廣覆型發(fā)育的煤系烴源巖構成了盒8段氣藏廣泛發(fā)育的基礎。晚白堊世，本區(qū)整體上升，構造定型。

1.1 構造特征

寧縣-正寧地區(qū)盒8段構造形態(tài)為寬緩的西傾斜坡，坡降為6～10 m/km，地層傾角小于1 °。在單斜背景上發(fā)育3排近東西走向的低緩鼻隆，鼻隆幅度一般為10～30 m，寬為4～5 km，長為10～20 km。區(qū)內(nèi)發(fā)育2組斷裂，北西—南東走向海西期斷裂，平行排列分布。近東西走向喜山期斷裂，雁列狀排列分布。2組斷層均為走滑性質斷層，斷距較小(5～20 m)，整體上形成南北2條斷裂帶，將研究區(qū)分為近東西走向的3個條帶(圖1)。

1.2 上古生界地層特征

寧縣-正寧地區(qū)上古生界自下而上發(fā)育二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組(表1)。

二疊系下統(tǒng)太原組：早二疊世太原組沉積時期，發(fā)育一套以含煤為特征的濱淺海相沉積。太原組沉積厚度相對較薄，與奧陶系馬家溝組呈不整合接觸，巖性以灰色、灰黑色泥巖與黑色煤互層為主，底部為灰色鋁土巖。

圖1 寧縣-正寧地區(qū)盒8段頂界構造Fig.1 The top boundary structure of the He8 Member in the Ningxian-Zhengning Area

表1 寧縣-正寧地區(qū)上古生界地層簡表Table 1 The summary of Upper Paleozoic stratigraphy in Ningxian-Zhengning Area

二疊系下統(tǒng)山西組：發(fā)育曲流河三角洲沉積，中下部巖性為灰白色砂巖及煤層，上部為深灰色、灰色泥巖。按沉積旋回自下而上分為山2段和山1段，是該區(qū)重要的含氣層系。

二疊系中統(tǒng)石盒子組：發(fā)育大型辮狀河三角洲沉積，下部巖性以黃綠色和灰綠色含礫粗砂巖、中礫粗砂巖、中細砂巖與雜色泥巖不等厚互層。上部主要為一套暗紫紅色、紫紅色泥巖，夾灰色、灰綠色長石砂巖、巖屑砂巖，泥巖的顏色鮮艷，分布面積大而穩(wěn)定，是下古生界的一套區(qū)域性蓋層。根據(jù)巖性組合自下而上分為盒8—盒1段，其中，盒8段底部的駱駝脖子砂巖是該組主要含氣層段。

二疊系上統(tǒng)石千峰組：石千峰組主要為一套紫紅色含礫砂巖與紫紅色砂質泥巖互層沉積，局部地區(qū)夾有泥灰?guī)r鈣質結核。與下伏的石盒子組比較，泥巖為紫紅色、棕紅色，質不純，普遍含鈣質。砂巖成分除石英外，以巖屑、鉀長石為主，一般為長石巖屑石英砂巖。

1.3 沉積特征

早二疊世末期—中三疊世，伴隨秦嶺海槽逐步關閉，華北地區(qū)整體抬升，鄂爾多斯盆地南緣寧縣-正寧地區(qū)逐漸過渡為河流湖泊沉積環(huán)境[10-11]。二疊系石盒子組沉積早期，該區(qū)的地勢為南部高、北部低，地表高差相對比較大，物源來自南部，整體發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，區(qū)內(nèi)盒8段發(fā)育辮狀河三角洲前緣水下分流河道及間灣微相，河道主體近南北向展布(圖2)。砂體以含礫中、粗砂巖為主，常見底礫巖充填及交錯層理，GR曲線通常呈鐘形、箱形，中下部及底部常見含礫粗砂巖及礫巖，自下而上形成正粒序，其中在寧古3井盒8段底部見灰色含礫粗砂巖、砂礫巖、突變的河道沖刷面、正韻律等水下分流河道沉積的典型相標志(圖3)。水下分流河道間，砂巖粒度變細，以灰色粉細砂巖為主，并逐漸減薄尖滅。盒8中下部(部分井底部)發(fā)育的辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂，在研究區(qū)全區(qū)可追蹤對比，而且多口井在該套砂巖獲得高產(chǎn)氣流，是研究區(qū)盒8段重要的氣層段。

圖2 寧縣-正寧地區(qū)盒8段沉積相Fig.2 The sedimentary facies of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

2 天然氣成藏特征

2.1 氣源巖特征

寧縣-正寧地區(qū)上古生界石盒子組盒8段圍繞二疊系煤系烴源巖，發(fā)育下生上儲型致密砂巖巖性氣藏。寧縣-正寧地區(qū)上古生界二疊系煤系烴源巖具有廣覆式生烴的特點。鉆井揭示煤層厚度為2～6 m(圖4)，有機碳含量達40.10%～91.30%，氯仿瀝青“A”為0.61%～0.80%，總烴為1 757.1×10-6～2 539.8×10-6，產(chǎn)烴潛力為71.9～78.1 mg/g，烴轉化率為6.9%～12.0%，煤巖鏡質組中鏡質體含量高，生烴能力好。該區(qū)鉆井揭示暗色泥巖厚度為55.0～94.7 m(圖4)，有機碳含量為0.60%～6.05%，母質類型以腐殖型為主，Ro大于2.0%，已達過成熟演化階段，具備生烴能力。二疊系煤系烴源巖在早白堊世進入生排氣高峰期[12-14]，為該區(qū)天然氣成藏提供了良好的氣源條件。

2.2 儲層特征

寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲層巖石類型主要為巖屑石英砂巖，其次為石英砂巖及少量巖屑砂巖(圖5)。巖礦分析結果表明，寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲集砂巖以粗粒為主，分選為中等—差，磨圓程度為次棱角狀—次圓狀。儲層碎屑組分主要為石英類(包括石英、燧石)，含量為35.00%～80.00%,平均含量為80.50%；其次為巖屑組分，成分以變質巖巖屑為主，含量為9.00%～49.00%,平均含量為18.20%(表2)。盒8段儲集層填隙物平均含量為6.70%，包括黏土礦物、凝灰質和碳酸鹽類。

圖3 寧古3井盒8段單井沉積相Fig.3 The sedimentary facies of single well in He8 Member of Well Ninggu 3

巖心物性分析結果表明，盒8段儲層孔隙度主要為3.06%～16.66%，平均為7.46%；滲透率主要為0.04～4.32 mD，平均0.36 mD，總體屬于特低孔、特低超低滲儲層。

根據(jù)巖心鑄體薄片分析，盒8段儲層孔隙類型主要為粒間孔、巖屑溶孔、晶間孔，三者約占總面孔率的86.4%，總面孔率為2.20%。

盒8段儲層整體孔隙結構較為復雜，據(jù)研究區(qū)30塊巖心高壓壓汞資料分析，盒8段儲層排驅壓力為4.59 MPa，中值壓力為20.74 MPa，中值半徑為0.36 μm，最大進汞飽和度為93.7%，退汞效率為33.98%，喉道分選系數(shù)為1.07，孔隙結構屬于小孔微細喉型。

寧縣-正寧地區(qū)盒8段儲集體以辮狀河三角洲分流河道砂體為主，儲層厚度為5.0～36.5 m。砂巖粒度中、細、粗粒均發(fā)育，砂巖粒度越粗，儲層物性和含氣性越好。上覆盒8段上部及盒7段灰色、綠灰色泥巖，泥巖厚度為70～120 m，可形成有效蓋層。橫向上，砂體由主河道向側緣及河道間發(fā)生相變或因巖性逐漸致密側向遮擋，形成有利的儲蓋組合條件。

圖4 寧縣-正寧地區(qū)二疊系烴源巖厚度Fig.4 The thickness of Permian source rock in Ningxian-Zhengning Area

圖5 盒8段儲層巖石類型Fig.5 The reservoir rock types of He8 Member

3 天然氣藏控制因素

3.1 氣藏類型

根據(jù)區(qū)內(nèi)探井試氣試采結果分析，寧縣-正寧地區(qū)上古生界盒8段氣藏沿辮狀河三角洲前緣分支河道主砂帶分布，砂體邊部因巖性致密或相變形成側向遮擋，與下伏廣覆式分布的成熟優(yōu)質烴源巖緊密接觸，形成典型的下生上儲型彈性驅動致密巖性氣藏(圖6)。盒8氣藏屬未飽和氣藏，無邊底水，單井一般無自然工業(yè)生產(chǎn)能力，需經(jīng)過壓裂獲得工業(yè)氣流。

表2 寧縣-正寧地區(qū)盒8段砂巖碎屑組分Table 2 The sandstone clastic components of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

圖6 寧縣-正寧地區(qū)盒8段氣藏模式

3.2 氣藏控制因素

鄂爾多斯盆地二疊系煤系烴源巖在早白堊世進入生排氣高峰期[12-14]，氣源巖持續(xù)的供氣能力，巨大的生排氣量是上古生界天然氣富集成藏的物質基礎。高熟—過熟煤系烴源巖生成的天然氣就近運移聚集，為區(qū)內(nèi)盒8段大面積含氣創(chuàng)造了有利的資源條件。

盒8段辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂巖多期發(fā)育，砂體規(guī)模大，平面上沿主河道展布。河道主體水動力強，砂巖粒度粗，以含礫中粗砂巖為主，泥質含量低，儲層物性好。河道側緣相帶砂巖泥質含量高，以細砂巖為主，儲層物性差。

寧縣-正寧地區(qū)主要發(fā)育海西期和燕山期斷裂[15-24]，燕山期斷裂與二疊系煤系烴源巖大規(guī)模生排烴期具有良好的匹配關系，為有效通源斷裂，利于天然氣垂向運移，同時，燕山期斷裂附近裂縫發(fā)育，有效改善儲層物性，利于天然氣富集。區(qū)內(nèi)高產(chǎn)井與燕山期斷裂具有良好的匹配關系，證實燕山期斷裂對于天然氣富集成藏起到重要作用。

總之，煤系、暗色泥巖雙源“廣覆式”近源供烴、分流河道主體相帶有效儲層與燕山期近東西向通源斷裂三因素的有效耦合，控制了寧縣-正寧地區(qū)盒8段天然氣的富集成藏，“源”“儲”、“斷”的合理空間配置關系是成藏的關鍵。

4 勘探潛力分析

根據(jù)寧縣-正寧地區(qū)試氣試采結果，篩選了氣層敏感的測井曲線密度、聲波時差、深側向電阻率，結合儲層巖性和物性特征，運用多口井有效儲層參數(shù)統(tǒng)計分析，建立了盒8段氣藏有效儲層劃分標準(表3)，據(jù)此標準并結合區(qū)內(nèi)探井的錄井、測井及分析化驗資料，對盒8段砂巖進行有效儲層識別與劃分。在此基礎上，利用三維地震資料，井震結合，預測了區(qū)內(nèi)盒8段有效儲層分布面積約為980 km2(圖7)，為天然氣勘探部署和規(guī)模發(fā)現(xiàn)的重點目標。

表3 寧縣-正寧地區(qū)盒8段有效儲層識別標準Table 3 The identification criteria for effective reservoirs of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

圖7 寧縣-正寧地區(qū)盒8段有效儲層預測厚度等值線Fig.7 The contour line of predicted thickness of effective reservoir of He8 Member in Ningxian-Zhengning Area

5 結 論

(1) 寧縣-正寧地區(qū)盒8段具有天然氣成藏有利的生儲蓋組合條件,具有廣闊的勘探前景，為天然氣規(guī)模儲量發(fā)現(xiàn)和效益建產(chǎn)的首選領域和重點目標區(qū)。

(2) 寧縣-正寧地區(qū)上古生界二疊系煤系烴源巖廣覆式分布，為天然氣成藏提供了良好的氣源條件。三角洲前緣分支流河道砂體是盒8段主要儲層，砂體展布受沉積微相控制，近南北向條帶狀分布，與下伏成熟的煤系烴源巖直接接觸或通過斷層溝通，形成下生上儲型彈性驅動致密巖性氣藏，氣藏的發(fā)育程度和分布范圍受砂體展布及儲層物性控制。

(3) 篩選了氣層聲波時差、密度、電阻率等敏感的測井曲線，結合儲層巖性和物性特征，建立了研究區(qū)盒8段氣藏有效儲層劃分標準，運用三維地震資料開展有效儲層預測，預測了區(qū)內(nèi)盒8段有效儲層分布面積約為980 km2。