鄂尔多斯盆地大牛地气田沉积背景与沉积古地理演化

【摘 要】大牛地气田是以上古生界石炭—二叠系为主要目的层开发致密砂岩气的大型气田，为典型的低压、低渗—特低渗储层，以岩性圈闭发育为主的隐蔽性致密气藏。鉴于大牛地气田目的层系多，储层连续性差等特点，对大牛地气田沉积背景、沉积古地理演化的分析对精确预测目的层的展布形态具有重要意义。

【关键词】鄂尔多斯盆地；大牛地气田；沉积背景

0 引言

鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，面积28×104km2，是我国重要的能源盆地，石油天然气资源丰富，俗称“半盆油、满盆气”，其中大牛地气田位于盆地东部伊陕斜坡带东北部塔巴庙区块，以上古生界石炭—二叠系为主要目的层，开发致密砂岩气为主的大型气田，勘探面积2000km2。

自2000年以来，大牛地气田已有13年的勘探开发历史[1]，施工钻井超过1000口，2012年天然气产量达到27.59亿m3，积累了成熟的勘探开发经验和研究成果，对鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩气等非常规天然气的开发具有重要的指导意义。

大牛地气田为典型的低压、低渗—特低渗储层，以岩性圈闭发育为主，为隐蔽性致密气藏。多年的研究表明，特定的沉积背景及生储盖组合是决定大牛地气田成功开发的关键因素，鉴于大牛地气田目的层系多，储层连续性差等特点，对大牛地气田沉积背景、沉积古地理演化尤其是储层精细化研究及沉积体系类型的划分对精确预测储层及目的层的展布形态具有重要意义。

本文以大牛地气田上古生界石炭—二叠系为研究对象，通过对区域沉积背景、沉积古地理演化的分析，对沉积特征及沉积微相进行精细划分和研究。

1 沉积背景

鄂尔多斯盆地的地质构造演化可分为五个阶段：①中晚元古代以浅海碎屑岩和碳酸盐岩发育为主的裂陷槽盆地阶段；②早古生代以陆表海碳酸盐岩沉积为主的复合型克拉通坳陷盆地阶段；③晚古生代到中三叠世以滨海碳酸盐岩逐渐过渡为碎屑岩台地的联合型克拉通坳陷盆地阶段；④晚三叠世到白垩纪的大型内陆湖泊、河流沉积的坳陷盆地阶段；⑤新生代内陆河湖断陷充填型周缘断陷盆地阶段。从现今盆地的构造面貌来看，地史时期虽然经历了多期次的构造运动，但盆地内部广大地区的构造环境具有长期、整体的稳定性，各时代地层除盆地边缘有角度不整合接触外，一般均为连续沉积或假整合接触[2]。

鄂尔多斯盆地的五个发展阶段具有不同的沉积体系和沉积特征，形成了不同的油气生成、运移、聚集和成藏环境，在鄂尔多斯盆地内形成了三套含油气体系，即下古生界寒武—奥陶系海相碳酸盐岩含油气体系、上古生界石炭—二叠系海陆交互相含煤碎屑岩含油气体系和中生界内陆湖泊相碎屑岩含油气体系，大牛地气田主要属于上古生界石炭—二叠系海陆交互相含煤碎屑岩含油气体系。

中晚奥陶世的加里东运动使鄂尔多斯盆地经历了长达1亿年以上的抬升剥蚀，缺失志留系、泥盆系及下石炭统、中石炭统早期的沉积，地貌经过了准平原化过程；海西运动早期，鄂尔多斯地台又发生沉降，接受海相沉积，并开始由海陆过渡相向陆相的转化；石炭纪中、晚期—二叠纪早期属于海相—海陆过渡相，气候湿润，植物发育，为砂、泥岩、灰岩含煤沉积，二叠纪晚期转变为陆相干旱气候沉积，为砂、泥岩沉积。

2 沉积古地理演化

2.1 晚石炭世太原期

继晚石炭世沉积之后，随着盆地沉降，海水自东西两侧分别向中央古隆起和向北扩大，潮坪、泻湖和滨岸沉积逐渐超覆于中央古隆起的奥陶系古侵蚀面之上，使中央古隆起沦于水下，东西两侧形成一个统一的海域。但古隆起地形仍对沉积有一定程度的控制，东部地区以陆表海沉积为主，西缘地区转化为裂后坳陷，成为相对陆表海沉积中的坳陷带。该期古地理格局总体表现为冲积扇、三角洲、潮坪—浅水陆棚碳酸盐岩、障壁岛等沉积体系共存，并形成陆源碎屑与碳酸盐岩的混合沉积。北部杭锦旗—东胜一带发育总和扇和冲积平原沉积，乌达地区以三角洲沉积为主，沉积厚度达300多米。中北部、中部和南部地区主要发育潮坪，其中伊金霍洛旗—保德地区为三角洲沉积。中东部地区（临县—安塞—吉县地区）为滨岸和浅水陆棚环境的微晶灰岩、生物屑灰岩和煤层沉积，夹厚度不大的三角洲砂体。西缘坳陷区为海湾泻湖沉积，有障壁岛发育。

2.2 早二叠世山西期

太原期沉积后，区域构造环境和沉积格局发生了显著变化。因华北地台整体抬升，海水从鄂尔多斯盆地东西侧迅速退出，盆地性质由陆表海盆演变为近海湖盆，沉积环境由海相转变为陆相，东西差异基本消失，而南北差异沉降和相带分异增强，总体沉积面貌为以吴旗、富县、宜川、延长地区为盆地沉降中心，发育浅湖沉积，周缘滨湖区则以三角洲沉积为特征，可分为盆地北部、西北部、西部—西南部和东南部五个三角洲沉积体系，砂体具向湖盆强烈进积的层序结构。盆地北部乌达—东胜一带为冲积扇和冲积平原分布区，冲积平原内主要为河道和河漫滩沉积，向南到呼鲁斯台—鄂托克旗—伊金霍洛旗发育呈东西向展布且分布宽广的三角洲平原，银川—靖边—米脂地区则发育三角洲前缘沉积。盆地西南部固原—平凉地区为三角洲平原发育区，环县—西峰一带为三角洲前缘沉积。盆地东南区蒲城—澄城区发育三角洲平原，向北到旬探1井—黄龙—韩城区则以三角洲前缘沉积为特征。该期总体上可划分出五个三角洲体系，分别为保德—米脂三角洲、乌审旗、靖边三角洲、石嘴山—银川—布拉格苏木三角洲、固原—平凉三角洲和铜川—韩城三角洲[3]。

山西期沉积特征主要表现为：①三角洲相取代潮坪—浅水陆棚相；②沉积相带呈南北相带分异，由北向南，由冲积平原、三角洲平原、三角洲前缘过渡到浅湖沉积；③海相碳酸盐建造演变为陆源碎屑含煤建造。三角洲平原规模大，分布范围广。

2.3 中二叠世下石盒子期

进入中二叠世，气候由温暖潮湿变为干旱炎热，植被大量减少，从而沉积一套灰白—黄绿色的纯的陆源碎屑建造。初期，北部古陆进一步抬升，物源丰富，季节性水系异常活跃，沉积物供给充分，相对湖平面下降，河流—三角洲体系向南推进，三角洲沉积异常发育。随后，伴随着北部物源区抬升的再次减弱，沉积物补给通量减小，湖平原上升，河流作用减弱，湖泊作用增强。

伴随区域构造活动继续加强，北部物源区继续抬升，丰富的陆源碎屑导致相对湖平面的迅速下降，三角洲体系快速向湖中推进，致使三角洲平原相带向南迁移，平原相区缩小，前缘相区增大。

3 储层沉积特征及沉积微相

通过野外露头观察，岩心分析，结合测井相分析及区域沉积相划分研究成果，大牛地气田太原组—下石盒子组为一套海相—海陆过渡相—陆相的沉积，其中太原组为具障壁的滨—浅海相沉积，山西组为河流三角洲相沉积，下石盒子组为河流相沉积[4]。

3.1 太原组沉积特征及储层沉积微相

太原组沉积厚度25～82m，沉积物主要有灰白色中、粗粒石英砂岩、深灰色泥岩、灰黑色灰岩及煤层。泥岩富含炭屑、植物化石；灰岩由薄层、中厚层状微晶灰岩、含生物碎屑微晶灰岩组成，泥质含量较高。

储层沉积微相为障壁砂坝，沉积物主要为灰白色中粗粒石英砂岩，岩性纯，石英含量较高，一般大于90%，碎屑颗粒分选好、次圆—圆状，成份和结构成熟度均较高；发育低角度冲洗层理、下切型板状交错层理、沙纹层理、脉状层理等[5-7]。

3.2 山西组沉积特征及储层沉积微相

山西组沉积物主要为灰、浅灰色中—粗粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩、灰色粉砂岩、深灰、灰色泥岩、炭质泥岩和煤等。沉积厚度100m左右。

储层沉积微相为三角洲平原分流河道，沉积物主要为浅灰、灰色含砾粗砂岩、中、粗砂岩、灰色细砂岩；层理类型主要有平行层理、槽状交错层理、沙纹层理、水平层理、小型波状层理等，砂岩底部常见冲刷面；富含植物化石碎片，局部可见黄铁矿结核。

3.3 下石盒子组沉积特征及储层沉积微相

下石盒子组与山西组为连续沉积，在下石盒子组沉积时期，由于北部物源区快速隆升，陆源碎屑物质供给充足，地表冲积水系较为发育，河流沉积作用普遍[8]。

下石盒子组岩性主要为灰白、浅灰色含砾粗砂岩—粗砂岩，砂砾岩和细砾岩；灰色、浅绿灰色细砂岩、粉细砂岩，灰绿色、棕褐色及杂色泥岩。垂向沉积序列中，以粗粒沉积为主，呈下粗上细的正旋回特征，下部含砾，向上变为粗砂岩、中砂岩，顶部与泥岩多为突变接触。由于辫状河河道迁移性强，堤岸沉积不发育。曲流河的“二元结构”在盒三段部分井中可见，盒一、盒二段不明显，盒一段到盒三段砂泥比与砂地比均逐渐减小，说明下石盒子组沉积有由辫状河沉积逐渐向曲流河沉积过渡的趋势，但总体上仍以辫状河为主。

储层沉积微相为心滩、河道充填，沉积物主要为灰白、浅灰色含砾粗砂岩、粗砂岩及少量砂砾岩、细砾岩等，砂岩厚度大。层理类型主要为块状层理、平行层理、槽状交错层理，冲刷面发育。

4 结论

4.1 大牛地气田位于盆地东部伊陕斜坡带东北部塔巴庙区块，以上古生界石炭—二叠系为主要目的层，开发致密砂岩气为主的大型气田，为典型的低压、低渗—特低渗储层，以岩性圈闭发育为主，为隐蔽性致密气藏。

4.2 特定的沉积背景及生储盖组合是决定大牛地气田成功开发的关键因素，对沉积背景、沉积古地理演化尤其是储层精细化研究及沉积体系类型的划分对精确预测储层及目的层的发布形态具有重要意义。

4.3 随着我国煤层气及页岩气等非常规天然气的规模化开发，大牛地气田储集层中的煤层及泥岩中蕴含的煤层气及页岩气也应成为下步关注的重点。

【参考文献】

[1]郝蜀民，惠宽洋，李良.鄂尔多斯盆地大牛地大型低渗气田成藏特征及其勘探开发技术[J].石油与天然气地质，2006，27（6）.

[2]何自新，等.鄂尔多斯盆地演化与油气[M].北京：石油工业出版社，2003..

[3]王延斌，郑亚斌，等.大牛地气田上古生界储层特征研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2004.

[4]杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律[M].北京：石油工业出版社，2001，3.

[5]赵澄林，朱莜敏.沉积岩石学[M].北京：石油工业出版社，2001.

[6]赵洪德，等.鄂尔多斯地区晚古生代沉积层序地层学与盆地构造演化研究[J].矿物岩石，2001，21（3）：16-22.

[7]Cant D.J.Spirit River Formation a stratigraphic diagenetic gas trap in the Deep Basin of Alberta [J]. AAPG Bulletin，1983，67：577-587.

[8]魏红红，等.鄂尔多斯盆地中部石炭—二叠系沉积相带与砂体展布[J].沉积学报，1999，17（3）：403-407.

[责任编辑：王迎迎]