摘要: 苏里格大气田位于我国鄂尔多斯盆地中部,是我国陆上目前已发现的最大的天然气气田。自2000 年开展系统评价勘探以来,目前已在上古生界二叠系碎屑岩地层中获得天然气三级储量8606167 ×108m3 。该区具有良好的天然气成藏地质条件,广泛沉积的海陆交互相煤系地层形成了广覆式的烃源岩,有机质在热演化作用下已达到成熟至高成熟阶段,在盆地内形成了丰富的气源。二叠系由北向南展布的河流O三角洲砂体在平缓的西倾单斜背景下,与侧向的河流间湾泥质岩遮挡及北部上倾方向的致密岩性遮挡一起,构成了大面积的岩性圈闭。陆相砂岩储层中的高石英含量和火山组构的溶蚀是形成高孔渗储层的主要因素。生、储、盖、圈闭以及保存条件的有机配置,为气藏的形成与保存提供了保障。
关键词: 鄂尔多斯盆地; 苏里格大气田; 单斜; 岩性圈闭; 河流—三角洲砂体
鄂尔多斯盆地位于中国中部地区,横跨陕、甘、宁、蒙、晋5 省区,是中国内陆第二大沉积盆地,面积约25 ×104km2 ;盆地南部中生界富含石油,中北部古生界富集天然气。对盆地的天然气勘探始于20 世纪50年代,当时勘探的目标主要是盆地周边的构造气藏。
进入80 年代,在油气勘探新理论指导下,尤其是勘探新技术的推广应用,以盆地中部为主要战场的岩性油气藏勘探取得了重大突破,陆续发现了米脂、靖边、乌审旗、榆林和苏里格气田。苏里格气田从1999 年发现到2001 年短短的3 年时间,探明为一大型的岩性气藏[1 ] 。苏里格气田地处内蒙古自治区伊克昭盟境内,勘探范围约2 ×104km2 ,地质构造隶属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部,是发育于上古生界碎屑岩系中的大型砂岩岩性圈闭气藏。上古生界自下而上可划分为石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组,其中,上、下石盒子组自上而下可划分为盒1 至8 盒的8 个含气层段; 山西组则可划分为山1 、山2 这2 个层段。苏里格气田主力含气层段为二叠系下石盒子组盒8 段和山西组山1 段河流相O三角洲砂岩储层。
1.区域地质特征
鄂尔多斯盆地为一大型多旋回克拉通盆地,在太古代O早元古代形成的基底之上,经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代浅海台地、晚古生代近海平原、中生代内陆湖盆和新生代周边断陷五大沉积演化阶段。根据今构造发育特征,可将其划分为伊盟隆起、西缘掩冲带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠摺带、渭北隆起6 个构造单元[2 ] 。盆地总体构造形态表现为边部构造发育,内部为一地层倾角不足1°的西倾大单斜。苏里格气田处在伊陕斜坡的北部中段,为宽缓西倾的单斜,平均坡降为3～5m/ km。
在早古生代,鄂尔多斯盆地属华北地台的西域,主要沉积一套陆表海环境下的碳酸盐岩;其后,受加里东构造运动影响,早奥陶世末盆地抬升,从而经历了长达114 ×108a 的沉积间断,形成了奥陶系风化壳。目前发现的靖边大气田即发育于奥陶系风化壳之中。自晚石炭世开始,盆地再度下沉,华北海和祁连海分别从东西两侧进入,晚石炭世本溪期盆地不同的地区分别发育三角洲、潮坪、泻湖、障壁岛、陆棚沉积体系,早二叠世太原期则发育曲流河三角洲、陆表海沉积体系,早二叠世山西期为近海湖泊—网状河三角洲沉积体系;本溪期、太原期海相沉积的碳酸盐岩和滨海平原的煤系地层以及山西期的三角洲沼泽相煤系地层构成了盆地上古生界的烃源岩;而同期发育的三角洲平原河道、三角洲前缘河口砂坝、海相滨岸砂坝、潮道砂体构成良好储集岩体。
中二叠世—晚二叠世发育内陆湖泊—三角洲沉积体系,大面积分布冲积扇、辫状河、网状河以及三角洲平原河道、三角洲前缘砂体,形成了盆地最重要的储集岩系。晚二叠世早期广泛沉积的上石盒子组河漫湖相泥岩形成了盆地上古生界气藏的区域盖层。
随着盆地中生代和新生代地层的不断沉积, 上古生界烃源岩日趋成熟并生成大量烃类气体, 通过运移, 最终聚集在由上述储集岩体所构成的岩性圈闭中。
2.气源岩特征
上古生界气源岩主要为二叠系太原组和山西组所沉积的海陆交互相的含煤层系,包括暗色泥岩和煤层。有机质丰度较高,有机质类型为腐植型,以生气为特征。
晚古生代鄂尔多斯地区的环境发生了由海相到陆相、由潮湿到干旱的转变。上古生界气源岩纵向上主要发育于下部石炭系本溪组、二叠系下统太原组和山西组;晚古生代沉积时受盆地“工”字形构造隆起的控制,气源岩在平面上总体表现为西部最厚、中东部次之,而南部和北部相对较薄的特点。
暗色泥岩有机质丰度较高,有机碳平均为210%～310%。泥岩在盆地西部厚度一般为140～150m , 东部厚70～140m , 南部和北部为20～50m。苏里格气田处于东部和西部源岩厚值区的结合部, 泥岩厚度为50～80m。
煤层主要发育于太原组和山西组,有机碳含量为75 %左右,煤层厚度一般为2～20m ,在西缘西南部的银洞子和西北部的乌达聚煤中心厚度大于25m ,乌审旗—榆林以北煤层厚度也较大,普遍大于15m ,在苏里格气田区煤层厚度为6～12m ,盆地吴旗以南厚度较薄,一般为5m 左右。
3.储集岩特征
鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩主要有两大沉积体系,即河流—三角洲沉积体系和浅海潮坪沉积体系,其中二叠系山西组和下石盒子组的河流—三角洲沉积体系形成了目前上古生界的主力储集层,并在盆地分布有6 大河流—三角洲砂岩主体发育区。特别是盆地北部由东向西近南北向展布的4 条河流—三角洲主砂区控制了大气田的展布。苏里格气田发育于伊陕斜坡西部的杭锦旗三角洲砂体发育区。由于北部物源的充足供给,河道的频繁摆动,砂体纵横叠置,从而在该区堆积了巨厚、颗粒相对较粗的、多条河道砂体带。
3.1储层发育特征
苏里格气田主要储层为下石盒子组底部的盒8 砂体和山西组上部的山1 砂体。盒8 在本区主要为三角洲平原辫状分流河道沉积,剖面结构中以粗砂岩、砂砾岩及中粗砂岩为主,细砂及粉砂沉积在连续的砂质剖面中所占份额很少。砂体厚度大,一般为10～50m ;砂层多期叠置, 平面展布规模大, 砂体宽度为10 ～20km ,南北可延伸200km 以上; 砂体微相类型主要有河道充填砂体、河床蚀余砂体堆积、辫状河砂坝以及废弃河道等。
山1 砂体总体则表现为曲流河的沉积特征,砂体相对较窄,一般宽度为3～5km ,砂岩厚度为5～15m ;砂层在层序上具明显的下粗上细的二元结构,顶部粉细砂质在层序中占有较大比重;山1 中的砂层结构多以单砂层为主,反映多期叠置、冲刷—充填的多砂层结构相对少见。
3.2储层岩石学特征
盒8 —山1 段储层主要为石英砂岩,石英含量较高,其次为岩屑,仅局部层段偶见少量长石颗粒[3 ] 。盒8 段石英含量最高,一般为80%～90% ,岩屑含量为8%～12% ,主要为变质岩岩屑和少量火成岩岩屑。砂岩多以中粗粒、粗粒结构为主;分选好到次棱状,为再生式—孔隙式胶结。山1 段石英含量为65%～90% ,岩屑含量相对较高,局部可达30%以上。主要为火成岩岩屑和中浅变质岩岩屑;以中—粗粒结构为主,分选中等—次圆,为孔隙式胶结。
3.3储层孔隙特征
苏里格气田主力储层储集空间以孔隙为主,裂缝只占储集空间的极少部分。对岩心样品的孔隙度与渗透率相关性分析表明,苏里格庙地区无论盒8 还是山1 段储层,其渗透率均与孔隙度呈明显的正相关关系,说明渗透率的变化主要受孔隙发育程度的控制,显示出孔隙型储层的特征,同时大量的现场岩心观察及铸体薄片分析均末发现以裂缝为主的储集层段。
孔隙构成中次生溶孔占主要地位。铸体薄片分析表明,本区主要储集层段(盒8 、山1 储层) 的储集空间均以次生溶孔为主,原生孔隙在孔隙构成中居于次要地位。原生孔隙主要指残余粒间孔和杂基内微孔;次生孔隙主要为次生溶孔、胶结物晶间孔。次生溶孔又可按被溶组构类型进一步分为岩屑溶孔、长石(及角闪石等) 单矿物颗粒溶孔、杂基溶孔及胶结物溶孔等,岩石中偶见少量成岩收缩缝和构造微裂缝,从而进一步沟通岩石孔隙。
3.4储层物性特征
苏里格地区主力储层盒8 具有较高的孔隙度和渗透率,并表现了较高的产能。其单层平均渗透率一般在(015～2) ×10- 3μm2 ,最高达到62174 ×10 - 3μm2 ;单层平均孔隙度一般为12 %～15 % , 最高达到2112 % ,是盆地迄今为止发现的上古生界储层最好的地区之一。山1 段储层物性在该区相对较差,单层平均渗透率一般在(013～016) ×10 - 3μm2 ,平均孔隙度为7 %～10 %。盒8 孔隙度、渗透率较高的形成原因,一是石英含量高;二是次生溶孔非常发育。
现有勘探资料表明,盆地上古生界砂岩储层中普遍含气,但以苏里格气田为代表的较高孔隙度、渗透率的储集区主要发育了一套高石英含量的砂岩储集体。这说明苏里格地区的沉积砂岩曾经历了较强的成岩压实作用,岩石组构的差异决定了高渗层的发育程度。上古生界砂体大多都含有一定量泥板岩等软岩屑组分及陆源杂基,降低了其抗压实能力,从而造成孔隙度及渗透率较低的特征。苏里格气田区由于紧邻以石英为主的西部物源区,地理位置独特,盒8 储层中石英含量较高,其粒度较粗,分选较好,抗压实能力强,因而保存了较高的原始粒间孔。
对孔隙成因的微观分析显示,该区上古生界砂岩储层中的各类次生溶孔与同期的火山供给物质密切有关。这主要表现在两个方面:一是同期的火山作用为正常河流沉积的砂质沉积物提供了化学性质不太稳定的骨架颗粒;二是同期火山作用形成的火山灰物质在大气中降落或为流水搬运成为砂质沉积物的杂基组构。由于这种火山成因的碎屑物质经历风化作用时间较短(未经历缓慢的剥露风化过程) ,其风化程度较浅,化学性质很不稳定,因而很容易成为后期埋藏溶蚀的对象。
因此,苏里格地区高石英含量增强了颗粒抗压实能力,使原生粒间孔得以保存;而原始孔隙的保存,又有利于后期火山物质的溶蚀,因而在本区形成了孔隙度及渗透率均较高的储集体。
