【摘要】 鄂爾多斯盆地東南部下古生界天然氣資源豐富,自靖邊氣田發現以來,奧陶系風化殼成為重要的勘探目標。氣源分析表明,下古生界氣藏天然氣主要來源于上古生界石炭二疊系煤系烴源巖。因此通過分析上古生界的流體動力演化歷史,結合砂體輸導體及不整合輸導體的分析結果,對天然氣從上古生界到下古生界的運移過程和運聚特征的研究,具有重要的理論和實際意義。分析異常壓力成因,通過等效深度法計算最大埋深時期過剩壓力,并以此為約束條件結合各項基礎數據、參數進行盆地數值模擬,得出目的層位流體壓力各時期分布特征與演化過程。通過沉積相展布、物性特征、構造演化等工作細致研究本區砂巖、裂縫、不整合輸導體的分布、輸導能力、空間配置,劃分有效輸導體。通過天然氣組分及同位素特征示蹤天然氣運移方向,利用包裹體及其他成藏條件演化判定成藏期次。結合成藏期流體動力特征與有效輸導體分布及其他成藏要素分析天然氣運移過程、成藏機理。研究表明,本區下古生界氣藏成藏于侏羅紀-早白堊世。天然氣在上古生界生成后在過剩壓力與氣勢作用下沿砂體-裂縫輸導體運移。因砂體輸導體的限制天然氣運移以研究區南部、西部、東側小范圍的垂向運移為主,就近側向運移為輔。天然氣到達本溪組底部后由研究區西南部古巖溶高地及東部古溝槽鋁土巖缺失區進入馬家溝組沿不整合面運移。馬家溝組碳酸鹽巖內異常流體壓力不發育,天然氣以在物性較好的隆起處短距離運移為主,志丹、延安、富縣等地區在成藏期發育繼承性隆起,是可能的運移指向區。 

第一章緒論

1.1研究目的和意義

鄂爾多斯盆地是我國第二大含油氣盆地，具有多旋回疊合含油氣特征。天然氣資源豐富，含氣層系多，其中上、下古生界復合含氣。盆地中部靖邊氣田奧陶系風化殼氣藏的發現證實了該盆地下古生界海相碳酸鹽巖層系具有巨大的勘探潛力，通過多年對奧陶系沉積特征、烴源巖條件儲層類型等成藏條件的綜合分析，提出包括古風化殼氣藏的多種勘探領域，勘探范圍不斷擴大。

通過鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼儲層內天然氣藏的已有研究發現，氣源以上古生界石炭二疊系煤型氣源為主，相對下古生界優越的烴源巖條件為上古天然氣向下運移進入奧陶系風化殼內聚集成藏奠定了豐富的物質基礎。儲層為馬家溝組馬六段與馬五段，以馬五段云巖為主。古侵燭溝槽為上古生界天然氣進入風化殼的途徑。天然氣生成后在流體動力控制下在上古生界碎屑巖輸導體內運移，由古侵蝕溝槽或招土巖缺失部位進入風化殼，隨后在側向運移成藏。多套不同體系不同機理封蓋層共同作用，阻止天然氣逸散。流體動力在研究區的分布與發育特征，尤其是油氣大量生成時期（最大埋深時期）的動力條件會對上古生界煤系烴源巖天然氣生成后的垂向和側向運移起到決定性作用，這直接決定了上古生界煤系烴源巖所生成的天然氣能否向下運移進入奧陶系巖溶儲層聚集成藏。而過去對下古奧陶系馬五段氣藏的研究多集中在儲層特征與評價、沉積與成巖作用、古地貌和古巖溶等方面，對成藏過程中關鍵的流體動力與運移等科學問題的研究很少，因此迫切需要對控制上古生界天然氣生成以后的運移規律的成藏動力進行研究。本文擬通過對上古生界流體動力演化的細致研究，結合輸導體及其它油氣成藏的地質條件，分析天然氣的運移過程及對下古生界的天然氣成藏的影響，為該區下古生界天然氣有利目標的勘探提供一定的地質依據。

1.2國內外研究現狀

1.2.1含油氣盆地流體動力研究現狀

盆地流體主要是指含油氣盆地內為油氣運移、聚集提供通道和場所的巖石孔隙空間中的所有流體。流體運動的動力來自其能量的不均衡分布，引起這種能量不均衡的地質因素很多，主要包括構造作用、沉積成巖作用、地下流體的相對分布以及大氣水和地表水的滲入等。流體動力在油氣生、排、運、聚、保的過程中都起著重要作用，通過研究地下流體的運動機理，探討流體動力場的空間分布規律和展布模式，能夠深化對油氣運移和聚集認識。流體動力控制了流體的運移規律，是油氣運聚的動力學框架和背景，流體動力學分析以流體動力的發育特點與歷史演化為中心，已成為油氣成藏研究的一個重要途徑，也是油氣勘探的重要手段。

能夠表征流體動力的主要參數有過剩壓力和流體勢。過剩壓力為同深度地層壓力與靜水壓力之差，決定了油氣初次運移的方向。超壓是油氣在低滲透致密儲層運移充注的主要動力，超壓強度是低滲透致密儲層中油氣成藏的決定性因素。流體勢可以指示盆地內流體的運動方向，根據地層中油勢或氣勢的高低能夠判斷油氣水的流動方向和優勢聚集區帶，低勢區是油氣聚集的有利區域，勢能變化（勢梯度）最大的方向是油氣運移的主要方向。

1.2.2油氣成藏動力綜合數值模擬技術

油氣盆地數值模擬是近些年發展起來的新技術，模擬系統逐漸由一維模型向二維、三維模型發展，隨著模擬方法的不斷完善和軟件構架算法的不斷更新，完成了油氣資源評價方法質的飛躍，由定性、半定量逐漸向定量發展。

盆地數值模擬是在綜合考慮關聯石油地質、地球物理、地球化學等多學科的基礎上，以地質時間為序，對盆地各地質過程參數的動態模擬，在空間上定量分析和描述盆地的構造演化過程、再現各個時期不同層序的沉積埋藏歷史、為描述地層層面起伏狀態提供了可能，同時還可以恢復古壓力，給出盆地不同時期的古地溫，重現烴源巖的熱演化史和油氣生成、在不同輸導體系中跟隨流體勢的特征運移聚集過程。盆地模擬包含著油氣地質模型、數學模型的建立和轉換。在成藏動力學分析中，盆地數值模擬是研究油氣成藏過程的一項必不可少的重要方法。

第二章區域地質概況

鄂爾多斯盆地又稱陜甘寧盆地，橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省區，是中國第二大沉積盆地。盆地可劃分為六個一級構造單元，包括西緣逆沖帶，天環瑣陷，中部伊陜斜坡，晉西燒摺帶，伊盟隆起與渭北隆起。盆地屬于穩定克拉通盆地，周緣構造活動相對強烈，斷層發育，盆地內部構造穩定，地層平緩，東高西低小角度傾斜。研究區位于盆地東南部伊陜斜坡部位，北到綏德，南到黃陵，西自志丹，東至延川，（圖2-1）。

2.1沉積構造特征

鄂爾多斯盆地在早古生代進入穩定克拉通發育時期，多期海進海退形成了一套穩定的寒武紀、奧陶紀海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積。古生界主要地層包括上古生界石炭二疊系地層和下古生界奧陶系地層。下古生界發育陸表海沉積，下奧陶統馬家溝組形成一套以含膏白云巖為主的碳酸鹽巖沉積。隨后在加里東運動作用下，盆地整體抬升，經歷140Ma的風化剝燭。盆地大部分地區中上奧陶統、志留系、泥盆系、下石炭統缺失，直到晚石炭世鄂爾多斯盆地才重新整體下沉接受沉積，石炭系本溪組與下伏地層不整合接觸，在盆地中東部地區隨著海侵擴大，形成良好的灣湖、障壁島和淺水陸棚沉積，巖性以灣湖相灰黑色鐵鍋質泥巖、招土巖和障壁島中細粒砂巖為主。進入早二疊世太原組沉積時期，海侵范圍擴大造成全區發育海陸交互相沉積的暗色砂泥巖夾石灰巖和煤層。隨后華北地塊抬升，山西組沉積時期鄂爾多斯盆地轉變為近海湖盆，沉積環境由海陸交互相轉變為陸相，形成以泥質巖為主間夾細砂巖的淺湖或三角洲沉積，石盒子組則以水下分流河道沉積為特征(表2-1)。到晚二疊世石千峰期，沉積環境徹底成為陸相沉積，在盆地內廣泛發育河流、三角洲平原以及湖泊沉積體系。

2.2烴源巖特征

研究區發育兩套烴源巖，，一套為上古生界石炭二疊系煤系烴源巖和石灰巖，一套為下古生界碳酸鹽巖烴源巖。普遍觀點認為，鄂爾多斯盆地上古生界二疊石炭系烴源巖為一套廣覆式沉積的海陸交互相含煤層系。主要分布在石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組的海相、海陸過渡相以及陸相的含泥碳酸鹽巖和煤系經源巖氣源巖，巖性主要包括暗色泥巖、炭質泥巖、炭質頁巖以及煤層。烴源巖分布廣泛并覆蓋全盆地，厚度分布較穩定，其中在盆地中部相對較薄，盆地西部與東部厚度較大。

第三章古流體動力特征及演化.........14

3.1異常壓力成因........14

3.2泥巖壓實研究.......15

3.3最大埋深時期過剩壓力.....16

第四章輸導體特征........33

4.1上古生界砂巖輸導體........33

4.2裂縫輸導體........36

4.3下古生界不整合輸導體....36

第五章下古生界天然氣成藏特征.....41

5.1奧陶系頂面構造演化.......41

5.2流體動力對成藏的影響........43

第五章下古生界天然氣成藏特征

油氣的成藏是多方面因素互相作用的結果，控制成藏的因素除了前文所涉及到的動力、輸導體、生儲蓋等條件外，對于鄂爾多斯盆地東南部奧陶系碳酸鹽巖氣藏影響較大的還有奧陶系頂面構造演化、輸導體與流體動力的相互配置等因素，通過對這些方面的研究在天然氣運移示蹤與成藏期次研究的前提下對下古生界氣藏成藏過程與機理進行較為全面的分析。

5.1奧陶系頂面構造演化

天然氣在通過錯土巖層進入奧陶系馬家溝組后在不整合輸導體內運移，由于馬家溝組碳酸鹽巖地層內過剩壓力不發育，因此天然氣會在浮力作用下沿地層上傾方向在不整合輸導體優勢運移路徑中運移，并最終在構造高點和隆起處聚集成藏，因此成藏期奧陶系頂面構造特征及其演化對于下古生界氣藏的最終結果具有重要意義。

根據數值模擬出的研究區各井位古埋深數據，恢復出奧陶系頂面構造演化的過程。三疊紀末地層整體西高東低，在延安以西地區地勢平緩，地層高度下降較慢，到延安以東地勢變陸，快速下降。志丹，洛川地區為構造高點，子長和延安地區發育鼻狀隆起，這些構造高點和隆起部位為油氣聚集的優勢部位。侏羅紀末構造未發生大的變動，構造高點和隆起部位得到繼承。整體西高東低的趨勢已經變緩。早白堊世末期地層達到最大埋深，由于燕山運動的影響造成地層反轉，東高西低，中西部凹陷而周圍略高。高點位于延川，洛川，子長和延安地區仍發育小規模隆起。晚白至世末期經歷抬升剝蝕后地層更加趨于平緩，到現今在小范圍處略有調整，形成小角度東高西低。

結論

1、異常壓力成因分析得出：鄂爾多斯盆地東南部上古生界碎屑巖中異常壓力主要由欠壓實造成，構造擠壓、水熱增壓等因素對異常壓力作用微弱。己知的碳酸鹽巖異常壓力成因如烴源巖生烴、烴類裂解、構造擠壓等在研究區不發育，因此本區碳酸鹽巖流體異常壓力相對上古生界不發育。

2、由泥巖壓實曲線計算出的最大埋深時期過剩壓力顯示：石盒子組普遍發育高過剩壓力層，對下部層位形成有效封隔，并提供天然氣向下運移的動力，縱向上過剩壓力快速降低區域為天然氣向下運移的優勢部位。平面上研究區山西、太原、本溪組過剩壓力都呈現西高東低的趨勢，山西組與太原組，太原組與本溪組在平面上的過剩壓力差顯示研究區除北部部分區域外大部分區域上覆地層過剩壓力都要大于下部地層，為天然氣垂向運移提供動力。

3、過剩壓力演化史表明，從三疊紀開始到早白聖世末，上古生界地層均發育有高過剩壓力，為烴源巖排經和天然氣的運移提供充足動力；天然氣在上古生界運移生成后由氣勢高區經由勢梯度高值區向低勢區運移聚集，并在過剩壓力差和氣勢差作用下穿層運移，平面上子長、甘泉、富縣等地區都是有利聚集部位，且有利部位在成藏期侏羅紀到早白壟世具有一定繼承性。垂向上過剩壓力差顯示研究區西部，南部、以及東部具有垂向運移的動力條件，氣勢差則顯示指向研究區西部、南部和東部小范圍區域。

4、輸導體特征顯示上古生界優質輸導體發育局限，不連續，主要分布于研究區中東部，分流河道分布位置，不利于油氣大范圍側向運移，以小范圍就近側向運移和垂向運移為主。而下古不整合輸導體發育較好，主要分布于巖溶斜坡及含硬石膏白云巖沉積區域，根據物性、不整合結構、不整合面傾角等因素研究不整合輸導性能，得出天然氣在不整合內趨向于在泥巖碳酸鹽巖不整合結構處，物性較好的隆起處運移，運移規模不會很大。裂縫在本區普遍發育，特別是對于天然氣垂向運移較為重要的豎直或高角度斜向裂縫在各層組均有發育，溝通砂體充當天然氣垂向運移的通道。

參考文獻（略）