杜金虎，李相博，包洪平，徐旺林，王雅婷，黃軍平，王宏波，完顏容，王菁

（1.中國石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007；2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020；3.中國石油長慶油田公司，西安 710018；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

鄂爾多斯盆地作為中國陸上沉積面積最大的含油氣盆地之一，擁有豐富的油氣資源。經(jīng)過50多年的勘探，圍繞三疊系延長組低滲透油藏、上古生界致密砂巖氣藏及奧陶系風化殼天然氣藏等勘探領(lǐng)域先后發(fā)現(xiàn)了5個（15～20）×108t級的大油區(qū)，1個3×1012m3級、2個1×1012m3級的大氣區(qū)，目前已成為國內(nèi)產(chǎn)量最高的油氣生產(chǎn)基地[1]。伴隨著油氣勘探的發(fā)展，人們對鄂爾多斯盆地油氣勘探潛力與下一步勘探方向非常關(guān)注，尤其是近年來四川盆地新元古界—寒武系安岳大氣田獲得重大發(fā)現(xiàn)以來[2]，與四川盆地同處歐亞板塊的鄂爾多斯盆地中新元古界—寒武系勘探前景如何，下古生界奧陶系除已發(fā)現(xiàn)的風化殼氣藏外是否還有新的領(lǐng)域類型等。

最近，趙文智等[3]通過對中國3大克拉通的研究，認為華北、揚子和塔里木中新元古界—寒武系都發(fā)育有規(guī)模優(yōu)質(zhì)烴源灶、有效儲集層，存在原生和次生兩類成藏組合。事實上，在鄂爾多斯盆地奧陶系與寒武系已獲得了一些勘探新發(fā)現(xiàn)，如盆地西緣奧陶系多口井（如忠4井等）見到低產(chǎn)氣流；盆地南部麟探1井、旬探1井、耀參1等井在寒武系—奧陶系見含氣顯示；盆地中央古隆起慶陽附近隴17井、隴26井在寒武系發(fā)現(xiàn)了低產(chǎn)氣藏。此外，位于盆地北部伊盟隆起的桃59井揭示了盆地內(nèi)部中新元古界發(fā)育青白口系崔莊組烴源巖，總有機碳含量最高達 5.5%[1]，同時在該地區(qū)的錦13井中元古界長城系（3 527～3 530 m）見明顯氣測異常，中途測試獲23 970 m3/d天然氣流[4]。所有這些成果充分說明鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界是一個值得關(guān)注的天然氣勘探新領(lǐng)域。

由于鄂爾多斯盆地是華北巨型克拉通盆地的一部分，其成藏地質(zhì)條件必然受華北克拉通演化與盆地周緣古海槽演化的影響或控制。鑒于此，本文從華北克拉通裂解演化、祁連—秦嶺洋盆開合演化角度出發(fā)，對鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界海相烴源巖發(fā)育特征、有利儲集相帶分布、油氣運移方向及成藏組合進行研究，并在此基礎(chǔ)上分析潛在有利勘探領(lǐng)域和區(qū)帶，以期為鄂爾多斯盆地古老層系的油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域構(gòu)造-沉積演化特征

鄂爾多斯盆地發(fā)育在華北克拉通古老基底之上，是華北板塊的一部分（見圖1a），經(jīng)歷了中晚元古代拗拉谷演化階段、古生代克拉通拗陷沉積階段（其中早古生代為海相沉積階段、晚古生代為海陸過渡沉積階段）及中上生代內(nèi)陸盆地演化階段[5]，形成了相對完整的中新元古界—下古生界海相沉積層序（見圖1b）。

鄂爾多斯盆地的形成和演化與華北板塊的構(gòu)造發(fā)展演化緊密相關(guān)，是華北板塊與周緣古亞洲洋、古祁連洋、古秦嶺洋及特提斯洋相互作用的結(jié)果[6-8]，尤其中晚元古代以來華北克拉通裂解及古祁連—秦嶺洋閉合隆升造山等事件對鄂爾多斯盆地海相烴源巖發(fā)育及成藏有重要影響。

1.1 華北克拉通裂解演化及其對沉積的控制

中晚元古代，以鄂爾多斯地塊、燕遼地塊、冀魯?shù)貕K為主體的華北克拉通基本形成，其北側(cè)為廣闊的蒙古洋、南側(cè)為秦祁海槽[5]（見圖2）。在華北克拉通南緣發(fā)育一系列向北和北東方向插入克拉通內(nèi)部的裂陷槽（拗拉谷），早期認為主要發(fā)育賀蘭、豫陜晉及皖蘇魯3個規(guī)模較大的裂陷槽[5]，最近，有學(xué)者利用最新的重磁、地震和鉆探資料[1,3,9]，重新預(yù)測了華北克拉通上裂陷槽的空間展布（見圖1a），其中南緣有5支，自東向西分別是皖豫、豫晉、晉陜、甘陜及賀蘭裂陷槽等。這些裂陷槽大多具有向北和北東方向收斂、向南及西南方向敞開的楔形輪廓（見圖1a）。位于現(xiàn)今鄂爾多斯盆地范圍內(nèi)的晉陜、甘陜及賀蘭裂陷槽整體呈北東—南西向延伸，其中盆地中部的甘陜裂陷槽向東北延伸，可能與北緣興蒙裂陷槽連通；盆地南部的晉陜裂陷槽向東延伸，進入沁水盆地并進一步東延與燕遼裂陷槽相連通。這些裂陷槽一般經(jīng)歷了初始裂陷、主體斷陷和后期拗陷3個發(fā)育階段，總體上控制了中新元古界分布，相應(yīng)的建造類型有陸相火山巖-碎屑巖建造、巨厚的河流-淺海碎屑巖建造及后期廣覆式碳酸鹽巖建造[1,10]。

圖1 華北克拉通內(nèi)裂陷槽分布（a）與鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界沉積層序（b）（據(jù)文獻[3,5]編制）

鄂爾多斯盆地正是在這些裂陷槽或基底斷裂夾持的背景下開始沉積發(fā)展演化的。雖然經(jīng)過晉寧運動后，上述裂陷槽關(guān)閉，形成了統(tǒng)一的華北板塊，包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的整個華北板塊進入了一個新的沉積期，但這些古裂陷槽或基底斷裂的長期隱性活動直接或間接影響著上覆沉積蓋層的發(fā)育甚至油氣分布[11]。就寒武系而言，其沉積格局與中晚元古代的沉積格局具有一定繼承性[12]。在早寒武世早期（相當于梅樹村期與筇竹寺期），可能受中晚元古代裂陷槽或基底斷裂影響，沿華北板塊西南緣形成了隆凹相間的古地貌格局，發(fā)育了多個深水海灣（見圖2）。位于現(xiàn)今鄂爾多斯盆地西緣與南緣的賀蘭海灣與洛川海灣圍繞慶陽古陸外圍呈“L”形分布，并發(fā)育了一套在全球范圍內(nèi)可對比的早寒武世標志性沉積——含磷細碎屑巖沉積；早寒武世晚期海侵有所擴大，在盆地西南緣環(huán)陸發(fā)育了泥砂坪、泥云坪等濱岸沉積。中寒武世海侵持續(xù)擴大，廣大的鄂爾多斯中東部逐漸由砂泥坪發(fā)展為局限-開闊臺地沉積，在其西南緣發(fā)展為臺地邊緣-深水海槽沉積；晚寒武世開始海退，中東部主體演變?yōu)榫窒夼_地云坪沉積，而西南緣的深水斜坡-海槽則繼續(xù)發(fā)育[13]。早奧陶世，鄂爾多斯主體為一古陸，僅在東南緣形成環(huán)陸泥云坪和云灰坪相沉積；中奧陶世，華北海大面積海侵，在盆地中東部形成局限海膏巖沉積，向外依次發(fā)育局限臺地和開闊臺地沉積；中奧陶世晚期，盆地西南緣再次沉陷發(fā)育臺地前緣斜坡-深水海槽沉積；晚奧陶世的加里東運動使鄂爾多斯整體抬升為陸，但盆地南緣與西緣持續(xù)深陷，圍繞古隆起形成“L”形秦祁海槽（后文簡稱“L”形海槽），發(fā)育深水斜坡-海槽沉積及陸緣海型鑲邊臺地沉積[13-14]。

上述構(gòu)造沉積演化特征表明，鄂爾多斯盆地中新元古界與下古生界具有一定繼承性，早期中晚元古代為裂陷槽沉積，晚期早古生代時裂陷槽關(guān)閉，沿“L”形海槽邊緣和原先“楔形”裂陷槽位置處發(fā)育了拗陷或深水海灣沉積。不同時期的裂陷槽、海灣與陸棚環(huán)境控制了各時期烴源巖分布。

1.2 祁連—秦嶺洋盆閉合演化對沉積的控制作用

位于鄂爾多斯盆地南緣與西緣的“L”形海槽（祁連-秦嶺造山帶）主體屬于特提斯構(gòu)造域。長期以來，有關(guān)特提斯洋盆的閉合時間（即華北與揚子兩個板塊的拼接時間）存在晚加里東—早海西期[15-16]與印支期[17-18]兩種不同觀點。但大部分學(xué)者支持印支期碰撞造山這一認識，認為在晚加里東—早海西期，介于華北與揚子兩個古板塊之間的特提斯洋屬于多島洋體系，陸塊間為軟碰撞，并沒有發(fā)生強烈的造山活動。例如殷鴻福[19]指出“雖然華北與揚子在晚加里東階段開始拼合，但并未立即導(dǎo)致全面碰撞造山，而是在秦嶺微板塊內(nèi)存在多次幕式張合及拉分，從晚泥盆世至中三疊世早期，秦嶺成為東連古太平洋、向西喇叭狀開向古特提斯洋的深海盆”[19]。同時，前人在鄂爾多斯盆地南緣的渭北地區(qū)下三疊統(tǒng)劉家溝組中發(fā)現(xiàn)了大量海相瓣鰓類和蛇尾類化石，從岐山到銅川一帶綿延上百千米[20]。由此推測，至少在早三疊世時渭北地區(qū)是秦嶺—特提斯洋的邊緣海灣，當時的渭北以南到北秦嶺的廣大地區(qū)地勢較低，秦嶺尚未崛起。

圖2 華北克拉通寒武紀原型盆地格局（a）與鄂爾多斯盆地寒武系厚度分布（b）

諸多資料表明[19,21-22]，秦嶺洋盆最終以由東向西的“剪刀式”方式拼合，即大別—合肥地區(qū)大致于早二疊世末—中三疊世即已發(fā)生對接，而西部三門峽地區(qū)可能至中三疊世末—晚三疊世才拼接，到西秦嶺區(qū)則延遲至晚三疊世后期—早侏羅世才完全碰撞。古地磁資料進一步證實[21]，秦嶺—大別洋的“剪刀式”碰撞閉合還引起了華北板塊的逆時針旋轉(zhuǎn)，繼而導(dǎo)致華北板塊南緣碰撞造山與裂陷下沉交替出現(xiàn)，直到晚三疊世晚期秦嶺洋最終關(guān)閉，華北與揚子克拉通拼接，秦嶺地區(qū)才實現(xiàn)全面碰撞造山。

由于秦嶺洋盆閉合造山時期（尤其北秦嶺造山帶形成時期）關(guān)系到鄂爾多斯盆地南緣下古生界油氣能否成藏，本文系統(tǒng)研究了北秦嶺—華北板塊南緣元古宙—早古生代構(gòu)造-沉積演化史。首先分析了研究區(qū)上、下古生界接觸關(guān)系，參考前人研究成果[23-29]，編制了地層接觸關(guān)系圖（見圖3）。圖3顯示，除岐山西方后溝與涇陽嵯峨山九頃垣等個別露頭剖面外，沿北秦嶺—華北板塊南緣的廣大地區(qū)（東到河南信陽、魯山，西到陜西銅川及甘肅平?jīng)觯┥舷鹿派缃佑|關(guān)系均以平行不整合為主，這充分說明奧陶紀末期的加里東構(gòu)造運動在研究區(qū)主要表現(xiàn)為“平起平落”的構(gòu)造隆升，而不是褶皺造山運動，這與上述秦嶺—特提斯洋陸塊間為“軟碰撞”、秦嶺地區(qū)印支期造山的認識完全一致。至于岐山—涇陽地區(qū)上下古生界呈角度不整合接觸的現(xiàn)象可以這樣解釋：由于岐山—涇陽地區(qū)位于鄂爾多斯陸塊西南角向祁連—秦嶺海槽凸出的位置，在洋盆閉合過程中容易形成構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)，因而率先發(fā)生褶皺造山運動，但這僅僅是局部地質(zhì)現(xiàn)象。

基于上述分析，結(jié)合前人相關(guān)資料[10,30-31]，編制了“L”形海槽——鄂爾多斯盆地構(gòu)造沉積演化剖面（見圖4）。該剖面揭示，寒武紀—奧陶紀，“L”形海槽的西段與南段均為向海槽深部傾斜的構(gòu)造斜坡，在西緣沖斷帶與南緣渭北—秦嶺地區(qū)發(fā)育了陸棚-臺緣斜坡相沉積；志留紀—泥盆紀，加里東運動使得整個鄂爾多斯盆地寒武系—奧陶系遭受抬升剝蝕，古隆起漸趨夷平，但慶陽古隆起及以南地區(qū)寒武系—奧陶系的地層產(chǎn)狀沒有改變，總體仍然保持向南傾伏；石炭紀—早中三疊世，鄂爾多斯盆地南部及西部地區(qū)穩(wěn)定沉降并接受海陸過渡相沉積；此時，雖然由于秦嶺地區(qū)的局部隆升而向北部隴東地區(qū)供給了一定規(guī)模的碎屑物質(zhì)，但地層整體保持了“平起平落”與向南傾伏的產(chǎn)狀（見圖4a），這或許就是研究區(qū)大部分地區(qū)上下古生界之間呈平行不整合接觸的原因。晚三疊世以后，盆地南緣秦嶺海槽完全關(guān)閉，北秦嶺崛起（見圖4a）；盆地西緣開始沖斷、天環(huán)坳陷逐步形成（見圖4b），盆地內(nèi)部南北向古隆起完全消失，整個盆地進入陸相湖盆發(fā)育階段。

北秦嶺地區(qū)于晚三疊世以后閉合造山的認識有利于解釋來自“L”形海槽下古生界烴源巖的油氣在早期階段（二疊紀末期—早中三疊世）向慶陽古隆起方向運移聚集成藏，詳見下文。

圖3 北秦嶺—華北板塊南緣上、下古生界地層接觸關(guān)系圖（據(jù)文獻[23-29]編制）

2 中新元古界—下古生界天然氣成藏地質(zhì)條件

中新元古界裂陷槽及“L”形海槽開合演化不但控制了鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界沉積類型及分布，而且控制了烴源巖發(fā)育、有利儲集相帶展布及油氣運移方向和成藏組合類型等。

2.1 烴源巖發(fā)育特征

受上述區(qū)域構(gòu)造-沉積環(huán)境控制，鄂爾多斯盆地及周緣發(fā)育中新元古界、寒武系和中上奧陶統(tǒng)3套烴源巖。

2.1.1 中新元古界烴源巖

現(xiàn)有資料表明[1,3,32]，華北克拉通內(nèi)部中新元古界烴源巖主要分布在燕遼裂陷槽、北緣裂陷槽、晉陜裂陷槽、豫晉裂陷槽及皖豫裂陷槽中（見表1、圖1a）。例如，在燕遼裂陷槽有多口井已鉆遇海相優(yōu)質(zhì)烴源巖，其中下馬嶺組和洪水莊組泥質(zhì)烴源巖有機碳含量平均值分別為5.2%和4.1%；長城系串嶺溝組海相泥巖烴源巖有機碳含量平均為 2.0%[3]。而且，在該裂陷中還相繼發(fā)現(xiàn)了一批由洪水莊組和鐵嶺組烴源巖供烴形成的古油氣藏[32]。此外，在盆地周緣的北緣裂陷槽（內(nèi)蒙固陽）、晉陜裂陷槽（陜西洛南、山西永濟）及華北克拉通南緣的皖豫裂陷槽（合肥地區(qū)）也都發(fā)現(xiàn)了中新元古界海相泥質(zhì)烴源巖[3]（見表1、圖1a）。

近期，在盆地內(nèi)部的桃59井（屬甘陜裂陷槽）及盆地南緣渭河盆地鉆探的濟探1井（屬于晉陜裂陷槽）都揭示了長城系烴源巖的存在（見表1、圖1a），其中濟探1井泥質(zhì)烴源巖有機碳含量最高達0.98%，厚22 m；桃59井泥質(zhì)烴源巖有機碳含量一般為3.0%～5.0%，平均3.6%，屬于中等—好烴源巖[1]。

桃59井揭示的長城系泥質(zhì)烴源巖在地震剖面上對應(yīng)一組強振幅反射[3]，根據(jù)這一信息，并結(jié)合前人資料，利用二維地震資料預(yù)測了鄂爾多斯盆地內(nèi)部晉陜裂陷槽、甘陜裂陷槽內(nèi)長城系泥頁巖（烴源巖）的厚度一般為50～100 m，在西緣和南緣厚度較大，最厚可達100 m（見圖5a）?？傊?，盆地內(nèi)部裂陷槽中發(fā)育長城系規(guī)模烴源巖的可能性極大，但這一結(jié)果有待進一步驗證。

2.1.2 寒武系烴源巖

圖4 “L”形海槽—鄂爾多斯盆地構(gòu)造-沉積演化剖面圖（剖面位置見圖2b）（據(jù)文獻[10]修改）

表1 鄂爾多斯盆地及鄰區(qū)中新元古界—下古生界烴源巖基本參數(shù)統(tǒng)計

圖5 鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界厚度及奧陶系馬家溝組烴源巖分布

寒武紀是全球重要的烴源巖發(fā)育期，中國的揚子、塔里木克拉通均發(fā)育寒武系烴源巖[33-34]。華北克拉通寒武紀沉積歷來被認為以氧化環(huán)境為主，不發(fā)育烴源巖。但前人在華北克拉通南緣合肥盆地發(fā)現(xiàn)了下寒武統(tǒng)馬店組黑色泥巖，厚20～40 m，TOC值平均為6.13%，為一套較好的氣源巖[33]，其分布主要受斷陷控制，為陸棚欠補償還原環(huán)境沉積，它們的巖性特征、地層序列及沉積構(gòu)造環(huán)境與四川盆地（揚子陸塊）筇竹寺組烴源巖、塔里木盆地玉爾吐斯組烴源巖極其相似[33]。馬店組烴源巖與豫西—洛南地區(qū)下寒武統(tǒng)東坡組沉積時代相當[33]。近期，筆者在緊鄰鄂爾多斯盆地南緣的北秦嶺與洛南地區(qū)多個露頭上的東坡組中也發(fā)現(xiàn)了一套淺變質(zhì)灰黑色泥質(zhì)板巖，位于寒武系底部[37]，厚度2～80 m，風化后呈葉片狀（見圖2b、圖6），經(jīng)分析化驗其TOC值為0.19%～11.18%，均值為3.14%（45個樣品），有機質(zhì)類型為Ⅰ型，熱演化程度高，屬于高豐度優(yōu)質(zhì)烴源巖（見表1）。

圖6 洛南地區(qū)晉河村下寒武統(tǒng)東坡組沉積序列與露頭照片

考慮到下寒武統(tǒng)烴源巖主要受深水陸棚環(huán)境與古地貌裂陷槽（海灣）控制[33]，為進一步預(yù)測其烴源巖平面分布，筆者分析了華北板塊下寒武統(tǒng)沉積前古構(gòu)造特征，并結(jié)合露頭與前人資料，編制了華北板塊南緣下寒武統(tǒng)殘留地層分布圖（見圖5b），由圖5b可以看出，鄂爾多斯盆地南部—北秦嶺地區(qū)寒武系厚度最大，可能曾為下寒武統(tǒng)生烴中心，推測現(xiàn)今在富平—洛川地區(qū)仍有保存。

此外，位于盆地北部的桃59井在寒武系中部徐莊組揭示厚達30.5 m的暗色泥巖，熱解分析其TOC值為0.3%～0.4%（見表1、圖2b）；巖心分析TOC值局部可達0.67%；有機質(zhì)類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主。同時，筆者在盆地南部渭北隆起帶禮泉地區(qū)上韓剖面徐莊組露頭上也發(fā)現(xiàn)了一套連續(xù)厚度超過20 m的深灰色—黑色細粒碎屑巖沉積建造（位置見圖2b），其中深灰色頁巖厚6 m，灰黑色泥巖厚1.5 m，露頭追蹤其橫向延伸直線距離超5 km（植被覆蓋嚴重）。雖然露頭樣品有機碳含量較低（屬于古老烴源巖，長期物理分化，TOC值均小于0.3%），但不排除在盆地內(nèi)部生烴指標可能變好。

北秦嶺—洛南高豐度烴源巖及盆地內(nèi)部徐莊組“暗色碎屑巖系”的發(fā)現(xiàn)改變了以往認為鄂爾多斯盆地周緣寒武系以碳酸鹽臺地沉積為主，缺乏烴源巖發(fā)育的古構(gòu)造-地理環(huán)境的觀點，其勘探意義值得重視。

2.1.3 中上奧陶統(tǒng)烴源巖

中上奧陶統(tǒng)烴源巖在臺緣斜坡及臺內(nèi)坳陷均有發(fā)育[1]。上奧陶統(tǒng)海相烴源巖主要發(fā)育于盆地西部和南部“L”形海槽深水陸棚-斜坡環(huán)境，其中西部祁連海槽烴源巖發(fā)育于中上奧陶統(tǒng)的烏拉力克組—拉什仲組/平?jīng)鼋M，泥質(zhì)烴源巖累計厚度為100～200 m（見圖5c），有機質(zhì)豐度高（見表1），屬于好烴源巖。南部秦嶺海槽則主要為中上奧陶統(tǒng)的背鍋山組泥灰?guī)r、平?jīng)鼋M筆石頁巖以及中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬六段灰?guī)r，其中上奧陶統(tǒng)暗色泥灰?guī)r、泥巖厚220～360 m，有機質(zhì)豐度較高，TOC最高值可達5.64%，屬于較好烴源巖[1]，生烴潛力較大。

中奧陶統(tǒng)海相烴源巖發(fā)育于盆地東部華北海臺內(nèi)鹽洼周邊（見圖5d），以泥灰?guī)r為主，單層厚度薄，但層系多，TOC平均值為0.2%（見表1），具有一定生烴潛力，對奧陶系鹽下自生自儲型氣藏有重要貢獻[1,35-36]。

需強調(diào)的是，最新研究表明，位于臺緣斜坡區(qū)的中上奧陶統(tǒng)烴源巖普遍發(fā)育片狀微孔隙、微裂縫，具有一定的儲集性能，而且由于烴源巖以灰質(zhì)泥（頁）巖（西緣）或泥質(zhì)灰?guī)r、純灰?guī)r夾泥頁巖（南緣）為主，脆性礦物含量相對較高，有利于頁巖氣的施工改造，因此，中上奧陶統(tǒng)烴源巖（尤其“L”形海槽陸棚-斜坡環(huán)境）對常規(guī)與非常規(guī)天然氣成藏均具有重要意義。

2.2 儲集層特征

受濱岸環(huán)境、古隆起及臺地邊緣控制，鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界主要發(fā)育 4類儲集層系，分別是下寒武統(tǒng)（辛集組—朱砂洞組，饅頭組—毛莊組）及中新元古界濱淺海石英砂巖、中上寒武統(tǒng)—奧陶系風化殼與白云石化儲集層及奧陶系“L”形臺緣帶礁灘體，而中新元古界碳酸鹽巖因當時大氣中氧氣含量低、風化淋濾作用弱[3]，加之經(jīng)歷多期構(gòu)造熱事件，重結(jié)晶作用強烈，儲集層質(zhì)量總體偏差。

下寒武統(tǒng)（辛集組—朱砂洞組，饅頭組—毛莊組）濱淺海石英砂巖儲集層在盆地西緣與南緣環(huán)陸沿海岸線呈斷續(xù)狀分布，據(jù)文獻資料[13]，該套儲集層物性較好，總厚度為30～100 m。筆者近期通過對盆地南部彭陽古城鎮(zhèn)及洛南地區(qū)饅頭組露頭剖面實地考察，發(fā)現(xiàn)該套砂巖的巖性主要為中粒長石石英砂巖，出露厚度30 m左右，分布較穩(wěn)定，磨圓度好，孔隙度高達11.6%，為好儲集層。此外，盆地內(nèi)部中新元古界長城系也普遍發(fā)育砂巖儲集層[37-38]，主要為石英砂巖，盡管時代老、成巖作用強烈，但儲集空間依然存在，以殘余粒間孔和次生溶孔為主。

中上寒武統(tǒng)—奧陶系風化殼與白云石化儲集層均受南北向古隆起控制。風化殼儲集層是目前盆地下古生界最為重要的儲集類型，早先認為該類儲集層主要發(fā)育在奧陶系頂面的馬家溝組上組合（馬五1—馬五4亞段），并由此發(fā)現(xiàn)了儲量規(guī)模達數(shù)千億立方米的靖邊大氣田[39]。但近年來，隨著勘探的深入，人們發(fā)現(xiàn)在奧陶系深層馬家溝組下組合（馬四段及其以下）及寒武系（張夏組—三山子組）都發(fā)育巖溶或風化殼儲集層。除此之外，上述地層中還廣泛發(fā)育白云石化儲集層[39-40]。從地域上看，風化殼儲集層也不只限于靖邊氣田所在的盆地中東部地區(qū)，在南北向古陸尤其慶陽古陸及其東側(cè)同樣發(fā)育；白云石化儲集層（白云巖體）也受南北向古隆起控制，在古隆起及東西兩側(cè)斜坡區(qū)大規(guī)模分布[41-42]。

事實上，奧陶紀末—早石炭世，由于加里東期構(gòu)造抬升及南北向古隆起的存在，一方面使得研究區(qū)中上寒武統(tǒng)—奧陶系遭受了長期風化剝蝕及巖溶作用；另一方面，由于古隆起區(qū)常常處于間歇性暴露的沉積環(huán)境，使得處于淺埋藏階段的灰?guī)r容易受到大氣淡水的影響而發(fā)生白云石化作用[40]。這兩方面因素也許正是中央古隆起區(qū)域及其鄰近地區(qū)在奧陶系馬家溝組、寒武系張夏組—三山子組發(fā)育大規(guī)模風化殼溶孔型儲集層（由含膏云巖或灰?guī)r溶蝕而形成）及白云石化儲集層（原巖為灘相顆?；?guī)r）的主要原因。

奧陶系“L”形臺緣礁灘體主要分布在海槽與鄂爾多斯臺地的過渡部位，包括現(xiàn)今西緣沖斷帶及南緣渭北地區(qū)均有分布；層位上則主要分布在中奧陶統(tǒng)克里摩里組和上奧陶統(tǒng)，礁灘體總面積約3×104km2。礁灘相經(jīng)歷后期改造，主要形成灰?guī)r與白云巖兩類有效儲集體。目前該區(qū)已有多口井鉆遇溶洞、洞穴為主的儲集體并獲得較好含氣顯示，證實了這類儲集空間的有效性[39,43]。

2.3 成藏組合類型

綜合烴源巖、儲集層及近年勘探實踐，可以將盆地中新元古界—下古生界成藏組合類型分為臺地內(nèi)部成藏組合與臺地邊緣成藏組合兩大類型（見圖7）。

臺內(nèi)成藏組合包含“上生下儲”和“自生自儲”兩種亞類。其中上生下儲為主要的成藏組合類型，具體是指上覆石炭系—二疊系煤系烴源巖生成的天然氣向下或側(cè)向通過不整合面運移至寒武系—奧陶系儲集層而形成的成藏組合，位于盆地中東部地區(qū)的靖邊大型氣田以及目前在隴東地區(qū)前石炭紀風化殼獲得的一系列重要發(fā)現(xiàn)（城探1井在馬二段鉆遇風化殼氣層2.2 m，試氣獲1.26×104m3/d低產(chǎn)天然氣流）均屬于這種成藏組合類型；自生自儲型成藏組合類型指以盆地東部鹽洼之下的海相泥灰質(zhì)烴源巖為源，向鹽洼內(nèi)部白云巖儲集層供烴形成的氣藏，目前雖有發(fā)現(xiàn)（如統(tǒng)74井在鹽下馬五7亞段鉆遇氣層5.5 m，試氣獲127.98×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流），但其烴源巖規(guī)模與資源潛力有待進一步落實。

在臺地邊緣帶，由于發(fā)育寒武系、奧陶系等多套烴源巖與多類儲集體，成藏組合較為豐富，既有海相頁巖氣儲集層，也有常規(guī)天然氣藏，前者主要分布在臺緣斜坡區(qū)中上奧陶統(tǒng)烴源巖內(nèi)部（前已述及），后者大體有“上生下儲”和“自生自儲”2種亞類。其中上生下儲型成藏組合與臺內(nèi)上生下儲組合類似，是指上覆石炭系-二疊系煤系烴源巖通過側(cè)向運移至寒武系—奧陶系儲集層而成藏；自生自儲型是指由寒武系—奧陶系烴源巖（如烏拉力克—拉什仲組泥質(zhì)烴源層）生成的油氣運移聚集在寒武系—奧陶系儲集層中形成的氣藏（見圖7）。

此外，不論臺地內(nèi)部還是臺地邊緣，在深大斷裂與長城系裂陷槽溝通的情況下，還可能存在下生上儲型成藏組合（見圖7），即由長城系烴源巖供烴到上部寒武系—奧陶系儲集層中聚集而成藏。該類成藏組合雖然目前在鄂爾多斯盆地尚未獲得勘探證實，但也值得重視。

3 天然氣勘探新領(lǐng)域

根據(jù)上述烴源巖、儲集層分布及成藏組合特征分析，認為鄂爾多斯盆地中新元古界—古生界存在如下4個天然氣勘探新領(lǐng)域（見圖8），即慶陽古隆起前石炭紀風化殼、盆地西南緣“L”形臺緣帶、盆地中東部奧陶系鹽下組合及中新元古界—寒武系。其中前石炭紀風化殼、“L”形臺緣相帶是較為現(xiàn)實的接替領(lǐng)域，奧陶系鹽下組合與中新元古界—寒武系等領(lǐng)域具有較好的勘探潛力，值得進一步探索。

圖8 鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界天然氣勘探領(lǐng)域劃分（據(jù)文獻[39]修改）

3.1 慶陽古隆起前石炭紀風化殼

古隆起是沉積盆地內(nèi)控制油氣聚集的重要地質(zhì)因素之一[34]。慶陽古隆起位于盆地西南部，面積超萬平方千米（見圖8）。一般認為其形成于早寒武世，奧陶紀發(fā)展成為分隔秦祁海域與華北海域“L”形中央古隆起[30-31]，石炭紀—二疊紀調(diào)整為低隆起，最終消失于中晚白堊世（見圖4）。

眾所周知，奧陶紀末期的構(gòu)造抬升造成慶陽古隆起及周邊地區(qū)下古生界遭受了長期的風化剝蝕，自東向西馬五段—馬一段、三山子組、張夏組和徐莊組等諸層段依次剝露至地表（見圖8）。同時，由于古地貌西高東低，自西向東依次發(fā)育巖溶高地、巖溶臺地、巖溶斜坡以及巖溶洼地[39]。由于奧陶系馬家溝組、寒武系三山子組—張夏組在古隆起周圍以含膏云巖或灘相顆粒灰?guī)r沉積為主，經(jīng)過長期暴露與風化淋濾作用后，容易形成風化殼及白云石化儲集層。風化殼溶蝕縫洞或灘相白云巖儲集體與上覆石炭系—二疊系煤系烴源巖相配置，可以形成有效天然氣聚集。

印支期末—燕山期，隨著盆地東部抬升，古隆起消失，古地貌轉(zhuǎn)變?yōu)闁|高西低，上古生界氣源沿風化殼供烴窗口向東側(cè)上傾方向運移，受古地貌及巖性致密帶遮擋，發(fā)育地層-巖性圈閉氣藏（見圖9a）。目前有多口探井（如隴17井）在下古生界獲得天然氣流，揭示了古隆起東側(cè)前石炭紀風化殼具有一定的成藏潛力。

3.2 “L”形臺緣帶

該領(lǐng)域是指鄂爾多斯臺地與其西緣賀蘭海槽、南緣秦嶺海槽的過渡區(qū)域（見圖8）。在寒武紀—奧陶紀，該區(qū)域處于臺緣-陸棚-斜坡環(huán)境，生儲蓋組合較多，具有較好的常規(guī)與非常規(guī)天然氣成藏地質(zhì)條件。

就頁巖氣而言，如前所述，在“L”形海槽南緣與西緣發(fā)育了較大規(guī)模的有效海相烴源巖，并且具有一定的儲集性能。近期，盆地西緣馬家灘地區(qū)、銀洞子地區(qū)及南緣麟游地區(qū)多口探井在烏拉力克組/平?jīng)鼋M、背鍋山組泥頁巖中發(fā)現(xiàn)氣測異常顯示，尤其位于盆地西緣的忠 4井在烏拉力克組泥質(zhì)巖段試氣獲 4.18×104m3/d工業(yè)氣流，這說明烴源巖內(nèi)部賦存有豐富的頁巖氣資源，值得重視。

就常規(guī)天然氣而言，在盆地西緣，奧陶紀克里摩里組沉積期自東向西依次發(fā)育高能淺灘、潟湖、臺緣隆起及廣海陸棚相帶，其中高能淺灘、臺緣隆起廣泛發(fā)育球粒灰?guī)r、顆?；?guī)r及生物灰?guī)r等礁灘體沉積，受后期白云石化及巖溶作用影響，發(fā)育白云巖與巖溶縫洞等多種類型儲集體[1]。同時該領(lǐng)域具有多源供烴特征，上覆石炭系-二疊系煤系烴源巖和奧陶系烏拉力克組烴源巖生成的油氣可向古隆起方向運移，在奧陶系礁灘體中聚集成藏。

圖9 鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界成藏模式

需要說明的是，由于該區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造主體屬于西部沖斷帶和天環(huán)坳陷東、西兩翼，斷裂構(gòu)造發(fā)育，成藏條件相對復(fù)雜。受后期西緣沖斷帶活動及天環(huán)坳陷遷移演化影響，前期形成的油氣藏會發(fā)生調(diào)整，但由于上傾方向存在斷層或潟湖區(qū)泥巖或白云石化程度弱的泥晶灰?guī)r等致密巖性封堵，有利于構(gòu)造-巖性、地層-巖性等復(fù)合氣藏的形成（見圖9b），典型實例有忠探1井和李16井，兩者均在奧陶系獲得低產(chǎn)氣流。同時，近期研究認為在主沖斷層下盤和大的寬緩向斜帶構(gòu)造變形相對較弱，尤其下古生界具有較好的保存條件[40]。

“L”形臺緣帶的南緣主要指盆地南部渭北隆起帶。寒武紀—奧陶紀該區(qū)南部為秦嶺海槽，北部為慶陽古隆起，區(qū)內(nèi)發(fā)育奧陶系臺緣帶礁灘體、中寒武統(tǒng)張夏組—三山子組白云石化儲集層及下寒武統(tǒng)（辛集組—朱砂洞組，饅頭組—毛莊組）環(huán)陸分布的濱淺海石英砂巖儲集層等多套儲集體；同時該區(qū)域發(fā)育了較厚的平?jīng)鼋M海相泥頁巖，又鄰近中新元古界晉陜裂陷槽與寒武系海灣烴源巖發(fā)育區(qū)（見圖8），具有多源供烴優(yōu)勢。由于慶陽古隆起為長期古隆起，多種來源的油氣有可能向古隆起方向運移，最終在寒武系—奧陶系有利儲集體中聚集成藏。盡管隨著后期構(gòu)造活動的抬升（印支期末—燕山運動以來），該區(qū)發(fā)生翹傾，由南傾海槽演變?yōu)槁∩齾^(qū)[10]，但由于寒武系—奧陶系埋深仍較大，在構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)依然具有一定保存條件，推測能夠形成與礁灘體、白云巖體等有關(guān)的構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏（見圖9d）。雖然目前還未發(fā)現(xiàn)實例，但由于晚三疊世之前（印支運動晚期）該區(qū)始終是源于北秦嶺地區(qū)深水陸棚-海灣環(huán)境烴源巖所生成油氣運移的指向區(qū)（詳見下文），因而是目前盆地古老海相烴源巖最有利的勘探區(qū)，有望形成天然氣勘探新的接替區(qū)帶。

總體而言，與臺內(nèi)相比，臺緣帶雖然具有生儲蓋組合多的特點，但由于構(gòu)造活動強，常規(guī)天然氣藏保存難度大，下一步需要加強構(gòu)造與圈閉有效性研究，尋找構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)進行勘探。

3.3 盆地中東部奧陶系鹽下組合

盆地中東部地區(qū)奧陶系可分為“鹽上”與“鹽下”2個組合，其中鹽上組合（馬五段1—5亞段）已發(fā)現(xiàn)靖邊大氣田[1,35]，故不在討論之列。本文討論的鹽下組合指奧陶系馬五7亞段—馬一段，地域上包括東部鹽洼及靖邊風化殼氣藏的深層，勘探面積約10.0×104km2。該組合的上覆層段馬五6亞段膏鹽巖厚度大，分布面積廣，封蓋能力強，為鹽下氣藏的區(qū)域蓋層。位于馬五6亞段之下的馬五8亞段、馬五10亞段及更深層的馬一段、馬三段也普遍含有膏鹽層，為鹽下氣藏的直接蓋層。前期研究表明[1,35-36]，臺內(nèi)鹽洼中含藻泥灰?guī)r具備一定生烴能力，并且鹽間馬五7亞段、馬五9亞段和馬四段發(fā)育白云巖儲集層，十分有利于天然氣氣藏的形成（見圖9c）。事實上，如前所述，位于鹽洼內(nèi)部的統(tǒng)74井已在馬五7亞段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，證明鹽下是尋找奧陶系“內(nèi)幕式”天然氣藏的主要領(lǐng)域。

從世界范圍看，閉塞鹽盆或蒸發(fā)潟湖環(huán)境在海水咸化之前都發(fā)育良好的優(yōu)質(zhì)烴源巖，咸化之后的膏鹽巖為鹽下成藏提供了良好的封蓋條件[1,44]。因此，下一步需圍繞該領(lǐng)域落實主力烴源巖及資源潛力，明確氣藏發(fā)育主控因素，在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選可靠圈閉實施鉆探，爭取獲得新發(fā)現(xiàn)。

3.4 中新元古界—寒武系

中新元古界—寒武系在鄂爾多斯盆地本部尚未發(fā)現(xiàn)規(guī)模有效烴源巖，只是在盆地外圍北秦嶺洛南地區(qū)發(fā)現(xiàn)了高豐度烴源巖，在盆地內(nèi)部也只是個別井（桃59井）徐莊組發(fā)現(xiàn)了具有一定生烴潛力的“暗色泥巖”。因此，圍繞該層系的主要勘探工作有兩方面：①繼續(xù)在盆地內(nèi)部尋找規(guī)模有效烴源巖；②探索盆地外圍北秦嶺洛南地區(qū)寒武系高豐度烴源巖對盆地本部、尤其對慶陽古隆起南緣一帶油氣成藏的貢獻，以下筆者重點對后者進行分析。

北秦嶺洛南地區(qū)寒武系高豐度烴源巖對盆地內(nèi)部成藏的貢獻涉及秦嶺造山帶崛起時期與下古生界烴源巖生烴排烴時期是否匹配問題。對于秦嶺造山帶崛起時期，如前所述，筆者研究認為，北秦嶺全面崛起的時期應(yīng)該為晚三疊世以來；對于下古生界烴源巖生排烴時期，前人做過大量研究，何治亮等[45]認為下古生界源巖在距今240 Ma時進入高成熟，印支運動抬升，熱演化停止；戴金星[33]認為馬店組烴源巖在加里東末期開始生烴；朱建輝等[46]認為二疊紀末期，Ro值大部分地區(qū)均已超過1.0%，進入生烴高峰；王兆云等[47]認為南華北地區(qū)下古生界烴源巖大規(guī)模生烴期為二疊紀末，位于深層的下寒武統(tǒng)烴源巖生排烴期可能更早。顯然，大家普遍承認研究區(qū)下古生界烴源巖第 1次大規(guī)模生排烴時期為二疊紀末期—早中三疊世，即晚三疊世之前，而此時秦嶺尚未崛起。由此看來，當時的慶陽古隆起為油氣運移指向區(qū)，由北秦嶺—洛南地區(qū)寒武系高豐度烴源巖與中新元古界烴源巖生成的油氣完全有可能向北部的古隆起方向運移聚集成藏（見圖10）。目前在位于慶陽古隆起南側(cè)的麟探1井、旬探1井、耀參 1井張夏組中發(fā)現(xiàn)的古瀝青或含氣顯示或許就是這一過程的體現(xiàn)。

需要說明的是，由于后期構(gòu)造變動，慶陽古隆起消失，渭北隆起形成，早先形成的油氣藏會發(fā)生調(diào)整，下一步需要加強構(gòu)造變動對古油氣藏影響的研究，以確定有利的勘探目標。

4 下步勘探建議

目前，除了對鄂爾多斯盆地奧陶系頂面風化殼研究程度較高外，中新元古界—下古生界勘探程度總體較低，許多勘探新層系或老層系中還存在新領(lǐng)域，還有許多基礎(chǔ)地質(zhì)問題沒有解決；有望成為接替領(lǐng)域的前石炭紀風化殼儲集層非均質(zhì)性強，下一步需要精細刻畫巖溶古地貌以尋找有利儲集體；“L”形臺緣帶構(gòu)造活動強烈，天然氣藏保存難度大，下一步需要尋找構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)進行勘探。鑒于此，筆者提出以下建議：①加強基礎(chǔ)地質(zhì)研究。主要包括慶陽古隆起前石炭紀風化殼巖溶古地貌的精細刻畫研究、盆地中東部奧陶系鹽下氣源的確定與巖性圈閉目標落實研究、“L”形臺緣帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)解釋與圈閉有效性以及頁巖氣勘探潛力評價研究等。同時，針對中新元古界甘陜裂陷槽和晉陜裂陷槽及寒武系海灣，開展古構(gòu)造、古沉積、古生烴、古成藏綜合研究，盡快圈定主力勘探靶區(qū)。②加強地震攻關(guān)研究。建議以天環(huán)坳陷中北段—馬家灘地區(qū)、天環(huán)坳陷南段—正寧地區(qū)及慶陽古隆起為重點，加密部署高精度二維地震測線，提高深層地震信噪比和分辨率，攻關(guān)巖溶裂縫帶刻畫、臺緣礁灘體儲集層預(yù)測與精細構(gòu)造解釋，優(yōu)選目標擇機開展風險鉆探。

圖10 慶陽古隆起—秦嶺地區(qū)印支運動之前油氣運移成藏模式（剖面位置見圖2b）

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地及周緣主要發(fā)育中新元古界、下寒武統(tǒng)底部和中上奧陶統(tǒng) 3套烴源巖，其中中新元古界烴源巖在盆地周緣深水陸棚及盆地本部甘陜與晉陜裂陷槽中均有分布；下寒武統(tǒng)底部烴源巖是新發(fā)現(xiàn)的烴源巖，主要發(fā)育于盆地南緣—北秦嶺地區(qū)海灣（裂陷）及深水陸棚環(huán)境；中上奧陶統(tǒng)海相烴源巖主要發(fā)育于“L”形海槽陸棚-斜坡帶及臺內(nèi)鹽洼環(huán)境。

受濱岸環(huán)境、古隆起及臺地邊緣環(huán)境控制，下古生界主要發(fā)育 4類儲集層，分別是下寒武統(tǒng)（辛集組—朱砂洞組，饅頭組—毛莊組）及中新元古界濱淺海石英砂巖、中上寒武統(tǒng)—奧陶系風化殼與白云石化儲集層及奧陶系“L”形臺緣帶礁灘體。

研究區(qū)成藏組合變化較大，臺內(nèi)成藏組合以“上生下儲”為主（石炭系—二疊系生，寒武系—奧陶系儲與蓋），“自生自儲”次之；臺緣帶成藏組合較多，類型也較多，既發(fā)育海相泥頁巖氣儲集層，也存在常規(guī)天然氣藏，既有“上生下儲”組合，也有“自生自儲”組合（寒武系—奧陶系自生自儲）。此外，不論臺內(nèi)還是臺緣，在深大斷裂與長城系古裂陷槽溝通的情況下，還存在下生上儲組合（長城系生、寒武系儲）。

鄂爾多斯盆地中新元古界—下古生界存在慶陽古隆起前石炭紀風化殼、“L”形臺緣帶、奧陶系鹽下組合及寒武系—中新元古界裂陷槽（海灣）4個天然氣勘探領(lǐng)域，其中前石炭紀風化殼、“L”形臺緣相帶是較為現(xiàn)實的接替領(lǐng)域，奧陶系鹽下組合及盆地深層中新元古界—寒武系等領(lǐng)域具有一定勘探潛力，值得進一步探索。

致謝：中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院孫六一、任軍峰等和中國石油勘探開發(fā)研究院郭彥如、周進高、吳興寧、趙振宇、劉俊榜、張月巧、高建榮、張延玲、李寧熙等參加了相關(guān)研究工作，在此一并表示誠摯謝意！