鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.8.25

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯中东部地区奥陶系马家沟组发育巨厚的碳酸盐岩与膏盐岩交互的沉积体系,但对其沉积发育的规律性及其内部天然气成藏聚集的基本地质特征尚未形成明确的认识。通过对奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系形成时的构造与古地理背景、沉积特征、储层发育、烃源供给及圈闭聚集等方面的分析,形成新的观点与地质认识:(1)受盐洼周边古隆起影响,奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩共生体系形成于与外部广海周期性隔绝的局限海蒸发环境,导致其岩性“相控”与“层控”分布特征极为显著;(2)首次提出“非层状沉积分异”的概念,并认为它是控制奥陶系内幕“溶孔型”储层发育的决定性因素;(3)受区域岩性相变及后期构造反转的控制,奥陶系盐下层系具有形成大区域分布的岩性圈闭体系的有利条件;(4)盐下层系虽自身的海相烃源岩生烃潜力有限,但由于燕山期东部构造抬升与西侧上古生界煤系烃源“供烃窗口”及膏盐封盖层区域性连续分布等要素密切配合,仍具有规模供烃、大区带成藏的潜力。

关键词: 鄂尔多斯, 奥陶系, 非层状沉积分异, 碳酸盐岩-膏盐岩, 盐下成藏, 供烃窗口

Abstract:

A sedimentary system consisting of interactive ultra-thick carbonate rock and gypsum-salt rock developed in the Ordovician Majiagou Formation in the central and eastern Ordos Basin, however, its development process and natural gas accumulation characteristics are not clear. By studying its tectonic and paleogeographic background, sedimentary features, reservoir development, hydrocarbon source supply and trap accumulation, we gain new geological insights into the carbonate-evaporite paragenesis system, which can be summarized as follows: 1) Affected by its surrounding ancient uplifts, the carbonate-evaporite paragenesis system is formed in a restricted sea with periodic isolation from the open sea, therefore its lithologic distribution has obvious “facies-control” and “strata-bound” characteristics. 2) The key factor controlling the development of the Ordovician “interior dissolved pore” type reservoir is “nonstratiform sedimentary differentiation”—a novel concept, proposed here for the first time. 3) Controlled by regional lithologic transition and later structural inversion, the Ordovician sub-salt stratum has favorable conditions for forming lithologic trap system on a large scale. 4) Although the sub-salt stratum has limited hydrocarbon-generation capacity from its own marine source rocks, it still has the potential of large-scale hydrocarbon supply/accumulation due jointly to the Yanshanian tectonic uplift in its eastern part, hydrocarbon supply from Upper-Paleozoic coal-bearing source-rock on its west side, and regional continuous distribution of gypsum-salt capping strata.

Key words: Ordos, Ordovician, nonstratiform sedimentary differentiation, carbonate-gypsum rock, sub-salt hydrocarbon accumulation, window for hydrocarbon supply

中图分类号:

P618.13

包洪平, 王前平, 闫伟, 蔡郑红, 郑杰, 魏柳斌, 黄正良, 郭玮. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力[J]. 地学前缘, 2023, 30(1): 30-44.

BAO Hongping, WANG Qianping, YAN Wei, CAI Zhenghong, ZHENG Jie, WEI Liubin, HUANG Zhengliang, GUO Wei. Sedimentary characteristics and gas accumulation potential of the Ordovician carbonate-evaporite paragenesis system in central and eastern Ordos Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(1): 30-44.

图/表 13

图1 鄂尔多斯地区奥陶纪构造-沉积演化模式图(改自文献[12])

Fig.1 Structural and sedimentary evolution profile of Ordovician in Ordos Basin. Modified after [12].

图2 鄂尔多斯地区奥陶纪古隆起构造与盐洼分布图

Fig.2 The distribution map on paleouplift and salt depression of Ordovician in Ordos area

图3 鄂尔多斯地区奥陶纪马三亚期(a)及马四亚期(b)岩相古地理图

Fig.3 Lithofacies paleogeography map of Ordovician Ma.3 period(a) and Ma.4 period (b)in Ordos area

图4 鄂尔多斯地区奥陶纪马家沟期沉积模式及岩相剖面图

Fig.4 Sedimentary model and lithofacies profile of Ordovician Majiagou period in Ordos area

图5 鄂尔多斯地区中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩的层状及非层状分异的结构特征 a—S139井,3 155.45 m,马五2,泥粉晶白云岩,水平纹层,红色为方解石充填的成岩收缩缝(茜素红染色);b—ZJ1井,3 056.89 m,马三段。硬石膏岩与泥晶白云岩薄互层,两者具较好层状分异;c—GP1H导眼井,2 441.08 m,马五6,石盐岩与白云岩具良好的层状分异;d—ZJ1井,3 041.77 m,马三段。纹层状泥粉晶白云岩。局部见硬石膏斑块斑状集合体;e—S139井,3 196.61 m,马五4,泥粉晶白云岩中均匀散布柱状硬石膏晶体;f—JT1井,3 525.45 m,马五4,泥晶白云岩中星散状分布的石盐晶体(后被方解石交代),内含白云石晶粒;g—S139井,3 194.80 m,马五4,泥晶白云岩中的球状硬石膏结核,可能经历溶蚀再充填,底部为粉晶白云石充填呈示底构造,正交偏光;h—LT2井,2 936.74 m,马三段。泥晶白云岩中的球状石盐结核,少部分已溶蚀成孔;i—S260井,3 525.05 m,马五1-3,泥粉晶白云岩中的球状膏云结核,其中的膏质物已溶蚀成孔。

Fig.5 Rock structural characteristics of layered and non layered differentiation of Ordovician carbonate and gypsum-salt system in central-eastern Ordos Basin

图6 鄂尔多斯地区中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系储层微观孔隙发育特征 a—S296井,3 970.45 m,马五1-3,泥粉晶云岩,发育球状溶孔,白云石半充填;b—S344井,3 915.50 m,马五1,泥粉晶云岩,发育球状溶孔,白云石半充填;c—S30井,3 629.10 m,马五4,泥粉晶云岩,发育膏模孔;d—S234井,马五4-1,3 273.89 m,泥粉晶云岩,发育球状溶孔;e—JT1井,3 633.10 m,马五7,粉晶白云岩,发育溶孔及晶间孔;f—L89井,4 061.94 m,马五9,粉-细晶白云岩,发育晶间孔;g—DT1井,3 929.97 m,马四段,细晶云岩,发育晶间孔;h—J6井,3 688.43 m,马四段,粗粉晶云岩,发育晶间孔;i—L1井,3 699.4 m,马三,泥粉晶云岩,具斑状膏盐矿物溶孔。

Fig.6 Reservoir micro pore characteristics of Ordovician carbonate gypsum-salt rock system in central-eastern Ordos Basin

图7 鄂尔多斯盆地奥陶系马五6亚段膏盐岩盖层分布图

Fig.7 The distribution diagram of gypsum-salt rock in Ma 6 sub-member of Ordovician in Ordos Basin

图8 奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系烃源岩结构及有机质分布特征 a—F5井,2 481.58 m,马四段,含泥质泥粉晶白云岩,具水平纹层构造;b—F5井, 2 481.58 m, 马四段,含泥质泥粉晶白云岩,TOC含量为0.59%;c—LT2井,2 656.93 m,马五7,灰色泥粉晶白云岩,夹约2cm厚可疑黑色炭质薄层;d—LT2井,2 656.93 m,马五7,泥粉晶云岩,TOC含量为0.14%;e—T17井,马五6,灰黑色泥岩,与含泥云岩互层、呈毫米级纹层状分布,片状剥落,有机质丰度相对较高,TOC含量为1.28%;f—T112井,马三段,3 777.10 m,含膏泥质白云岩,岩样总TOC含量为0.15%。

Fig.8 Hydrocarbon source rock structure and organic matter distribution characteristics of Ordovician carbonate gypsum-salt rock system in Ordos Basin

表1 鄂尔多斯盆地上古生界煤系烃源岩有机质丰度统计表

Table 1 Statistics of organic matter abundance of Upper Paleozoic coal measure source rocks in Ordos Basin

地层	本溪组		太原组		山西组
地层	厚度/m	TOC含量/%	厚度/m	TOC含量/%	厚度/m	TOC含量/%
煤层	7~20	55~80	4~8	10~75	5~15	45~90
暗色泥岩(碳质泥岩)	30~40	3~20	20~30	2~18	50~70	1~15
灰岩	4~12	0.2~1.2	10~30	0.3~1.5

图9 古隆起东侧奥陶系与上古生界不整合接触及源-储配置关系剖面图

Fig.9 Unconformity contact between Ordovician and Upper Paleozoic on the east side of Central Paleo-uplift

图10 盆地中东部奥陶系沉积期后构造变动及成藏演化模式图

Fig.10 The tectonic changes after Ordovician sedimentary period in Ordos aera

图11 鄂尔多斯中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系天然气成藏模式图

Fig.11 Gas accumulation model of Ordovician carbonate gypsum-salt rock system in central-eastern Ordos Basin

图12 白垩纪古构造与奥陶系内幕有利成藏区带分布预测图(马四段、马三段沉积相变细节参见图3)

Fig.12 Cretaceous paleostructure map and Distribution prediction of favorable undersalt hydrocarbon accumulation zones in Ordovician

参考文献 43

[1]	文竹, 何登发, 童晓光. 蒸发岩发育特征及其对大油气田形成的影响[J]. 新疆石油地质, 2012, 33(3): 373-378.
[2]	徐世文, 于兴河, 刘妮娜, 等. 蒸发岩与沉积盆地的含油气性[J]. 新疆石油地质, 2005, 26(6): 715-718.
[3]	李勇, 钟建华, 温志峰, 等. 蒸发岩与油气生成、保存的关系[J]. 沉积学报, 2006, 24(4): 596-606.
[4]	CHRITOPHER G, KENDALL S C, WEBER L J. The giant oil field evaporite association: a function of the Wilson cycle, climate, basin position and sea level[A]. AAPG Annual Convention, 40471, 2009.
[5]	MOODY J D. Distribution and geological characteristics of giant oil fields[M]//FISCHERALFRED G. Petroleum and Global Tectonics. New York: Princeton University Press, 1975: 307-320.
[6]	雷怀彦. 蒸发岩沉积与油气形成的关系[J]. 天然气地球科学, 1996, 7(2): 22-28.
[7]	杨华, 包洪平. 鄂尔多斯盆地奥陶系中组合成藏特征及勘探启示[J]. 天然气工业, 2011, 31(12): 11-20.
[8]	杨华, 付金华, 魏新善, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩天然气勘探领域分析[J]. 石油学报, 2011, 32(5): 733-739. DOI
[9]	付金华, 孙六一, 冯强汉, 等. 鄂尔多斯盆地下古生界海相碳酸盐岩油气地质与勘探[M]. 北京: 石油工业出版社, 2018: 1-217.
[10]	宋奠南. 对怀远运动的再认识[J]. 山东地质, 2001, 17(1): 19-23, 51.
[11]	张守信. 理论地层学: 现代地层学概念[M]. 北京: 科学出版社, 1989: 1-165.
[12]	邵东波, 包洪平, 魏柳斌, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶纪构造古地理演化与沉积充填特征[J]. 古地理学报, 2019, 21(4): 537-556.
[13]	赵重远, 刘池祥. 华北克拉通沉积盆地形成与演化及其油气赋存[M]. 西安: 西北大学出版社, 1990: 1-189.
[14]	张吉森, 杨奕华, 王少飞, 等. 鄂尔多斯地区奥陶系沉积及其与天然气的关系[J]. 天然气工业, 1995, 15(2): 5-10.
[15]	包洪平, 杨承运, 黄建松. “干化蒸发”与“回灌重溶”: 对鄂尔多斯盆地东部奥陶系蒸发岩成因的新认识[J]. 古地理学报, 2004, 6(3): 279-288.
[16]	张吉森, 曾少华, 黄建松, 等. 鄂尔多斯东部地区盐岩的发现、成因及其意义[J]. 沉积学报, 1991, 9(2): 34-43.
[17]	袁鹤然, 郑绵平, 陈文西, 等. 陕北成盐盆地奥陶纪成钾找钾远景分析[J]. 地质学报, 2010, 84(11): 1554-1564.
[18]	陈文西, 袁鹤然. 陕北奥陶纪盐盆的区域成矿地质条件分析[J]. 地质学报, 2010, 84(11): 1565-1575.
[19]	郑绵平, 袁鹤然, 张永生, 等. 中国钾盐区域分布与找钾远景[J]. 地质学报, 2010, 84(11): 1523-1553.
[20]	张永生, 郑绵平, 包洪平, 等. 陕北盐盆马家沟组五段六亚段沉积期构造分异对成钾凹陷的控制[J]. 地质学报, 2013, 87(1): 101-109.
[21]	张永生, 邢恩袁, 郑绵平, 等. 陕北奥陶纪盐盆厚层钾石盐高矿化段的发现及其找钾启示[J]. 地球学报, 2014, 35(6): 693-702.
[22]	包洪平, 杨承运. 鄂尔多斯东部奥陶系马家沟组微相分析[J]. 古地理学报, 2000, 2(1): 31-42.
[23]	许靖华. 大地构造与沉积作用[M]. 何起祥, 译. 北京: 地质出版社, 1985: 341-433.
[24]	HSU K J. Origin of saline giants: a critical review after the discovery of meditterance[J]. Earth-Science Review, 1972, 8: 371-386. DOI URL
[25]	VAIL P R, MITCHUM R M, THOMPSON S, Seismic stratigraphy and global changes of sea level, part 3: relative changes of sea level from coastal onlap[J]. AAPG Bulletin, 1977. 26: 49-212.
[26]	博歇特. 盐类矿床[M]. 北京: 地质出版社, 1975: 52-61.
[27]	包洪平, 杨帆, 蔡郑红, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系白云岩成因及白云岩储层发育特征[J]. 天然气工业, 2017, 37(1): 32-45.
[28]	王传刚. 鄂尔多斯盆地海相烃源岩的成藏有效性分析[J]. 地学前缘, 2012, 19(1): 253-263.
[29]	陈安定. 陕甘宁盆地奥陶系源岩及碳酸盐岩生烃的有关问题讨论[J]. 沉积学报, 1996, 14(S1): 90-99.
[30]	谢增业, 胡国艺, 李剑, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系烃源岩有效性判识[J]. 石油勘探与开发, 2002, 29(2): 29-32.
[31]	刘德汉, 付金华, 郑聪斌, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩生烃性能与中部长庆气田气源成因研究[J]. 地质学报, 2004, 78(4): 542-550.
[32]	DAI J X, LI J, LUO X, et al. Stable carbon isotope compositions and source rock geochemistry of the giant gas accumulations in the Ordos Basin, China[J]. Organic Geochemistry, 2005, 36(12): 1617-1635. DOI URL
[33]	涂建琪, 董义国, 南红丽, 等. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组规模性有效烃源岩的发现及其地质意义[J]. 天然气工业, 2016, 36(5): 15-24.
[34]	李伟, 涂建琪, 张静,等, 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组自源型天然气聚集与潜力分析[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(4): 521-530.
[35]	刘文汇, 赵恒, 刘全有, 等. 膏盐岩层系在海相油气成藏中的潜在作用[J]. 石油学报, 2016, 37(12): 1451-1462. DOI
[36]	刘文汇, 腾格尔, 王晓锋, 等. 中国海相碳酸盐岩层系有机质生烃理论新解[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(1): 155-164.
[37]	张水昌, 梁狄刚, 张大江. 关于古生界烃源岩有机质丰度的评价标准[J]. 石油勘探与开发, 2002, 29(2): 8-12.
[38]	彭平安, 刘大永, 秦艳, 等. 海相碳酸盐岩烃源岩评价的有机碳下限问题[J]. 地球化学, 2008, 37(4): 415-422.
[39]	王兆云, 赵文智, 王云鹏. 中国海相碳酸盐岩气源岩评价指标研究[J]. 自然科学进展, 2004, 14(11): 1236-1243.
[40]	夏新宇, 洪峰, 赵林, 等. 鄂尔多斯盆地下奥陶统碳酸盐岩有机相类型及生烃潜力[J]. 沉积学报, 1999, 17(4): 638-650.
[41]	高岗, 刚文哲. 鄂尔多斯盆地奥陶系盐下生烃潜力评价[R]. 西安: 长庆油田公司, 2020.
[42]	杨华, 包洪平, 马占荣. 侧向供烃成藏: 鄂尔多斯盆地奥陶系膏盐下天然气成藏新认识[J]. 天然气工业. 2014, 34(4): 19-26.
[43]	包洪平, 黄正良, 武春英, 等. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下侧向供烃成藏特征及勘探潜力[J]. 中国石油勘探, 2020, 25(3): 134-145. DOI