劉池洋，王建強(qiáng)，張東東，趙紅格，趙俊峰，黃 雷，王文青，秦 陽

(1.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069； 2.西北大學(xué) 含油氣盆地研究所，陜西 西安 710069)

1 問題的提出

現(xiàn)今鄂爾多斯盆地面積約25×104km2，地跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，為世界石油發(fā)現(xiàn)最早、中國大陸最先進(jìn)行現(xiàn)代石油工藝鉆探[1]、現(xiàn)今油氣勘探和開發(fā)仍方興未艾的大型含油氣盆地。

盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣，總體具有中(生界)油古(生界)氣的顯明特點(diǎn)；隨天然氣勘探和發(fā)現(xiàn)范圍的擴(kuò)大，盆地南油北氣的平面分布格局有被“滿盆氣、半盆油”替代的趨勢(shì)。近年盆地每年油氣新增儲(chǔ)量和產(chǎn)量均位居中國諸含油氣盆地前列。2020年盆地年產(chǎn)油氣當(dāng)量已超過7 900×104t，其中長慶油田年產(chǎn)油氣當(dāng)量逾6 000×104t，分別成為中國油氣產(chǎn)量最多的含油氣盆地和局級(jí)油田單位。

鄂爾多斯盆地的油氣發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)為何長久未衰，是否還有持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭，這是業(yè)內(nèi)和社會(huì)近年來關(guān)注和期待回答的問題。筆者認(rèn)為，要解答此問題，除了與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步外，盆地豐富的油氣資源和賦存-成藏特點(diǎn)是持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

本文在對(duì)筆者團(tuán)隊(duì)新近和以往研究成果總結(jié)、深化的基礎(chǔ)上，綜合和吸收同仁相關(guān)研究成果及素材和勘探新進(jìn)展，重點(diǎn)從沉積盆地類型、屬性及其演化改造特征、烴源巖特性等方面，探討鄂爾多斯盆地油氣資源豐富的形成原因和油氣賦存-成藏特點(diǎn)。

2 富烴坳陷原型：中生代延長期后陸盆地

中生代鄂爾多斯盆地的發(fā)育時(shí)限為中三疊世—早白堊世，其演化過程經(jīng)歷了中、晚三疊世延長期和早、中侏羅世延安期兩大鼎盛時(shí)期[2]。盆地所發(fā)現(xiàn)的石油主要源自中、上三疊統(tǒng)延長組。相對(duì)而言，在全球范圍內(nèi)，中、晚三疊世有效烴源巖并不發(fā)育，不在全球6大主要烴源巖之列，油氣資源規(guī)模在各主要富油氣世代(層系)中排序較靠后[3]。鄂爾多斯盆地為何于中、晚三疊世湖相環(huán)境中形成了具有豐富資源的優(yōu)質(zhì)烴源巖，前人曾分別從地球化學(xué)特征、古沉積環(huán)境、巖石-礦物學(xué)、凝灰?guī)r及熱液活動(dòng)等方面，討論了延長組烴源巖的特征及其形成環(huán)境，取得了諸多有益認(rèn)識(shí)和重要進(jìn)展[4-11]。但對(duì)該烴源巖形成條件有何個(gè)性特征，富烴坳陷處何特別環(huán)境和動(dòng)力背景，以往研究薄弱，新近始有探究[12-13]。

2.1 富烴坳陷的構(gòu)造活動(dòng)性和深部作用

在構(gòu)造活動(dòng)性方面，鄂爾多斯盆地(地塊)素以穩(wěn)定著稱，被認(rèn)為是中國最穩(wěn)定的地塊。根據(jù)筆者等多年來對(duì)鄂爾多斯盆地多方面的實(shí)際研究和對(duì)近年來不斷涌現(xiàn)的勘探、測(cè)試等新資料的綜合分析認(rèn)為，盆地南部延長期富烴坳陷和其中優(yōu)質(zhì)烴源巖是在構(gòu)造活動(dòng)明顯和深部動(dòng)力作用活躍的地球動(dòng)力環(huán)境中形成、演化的[13]。

在盆地南部延長期富烴坳陷優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)，延長組，特別是延長組7段(長7段)優(yōu)質(zhì)烴源巖同沉積期發(fā)生的構(gòu)造變動(dòng)和深部作用表現(xiàn)形式多樣[13]，擇要總結(jié)如下。

1) 沉積建造

延長期富烴凹陷主要以細(xì)粒湖相沉積為主，但發(fā)生和分布有多期事件沉積，如重力(濁)流沉積、震積巖及水深不等的湖底扇等[12-14]；延長組優(yōu)質(zhì)烴源巖含多層沉凝灰?guī)r夾層[5-6,15-16]。

2) 構(gòu)造變動(dòng)

構(gòu)造變動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)果形式多樣，在野外露頭及鉆井巖心中可見多種形式的同沉積變形構(gòu)造，如斷裂、褶皺、揉皺、滑塌、滑坡、滑動(dòng)等構(gòu)造和(軟)地層變形[17]；在地震剖面上常見較陡立斷裂。

3) 深部熱液活動(dòng)與擠入構(gòu)造

在富烴坳陷長7 段優(yōu)質(zhì)烴源巖中，已檢測(cè)出多種指示與深部熱流體活動(dòng)有關(guān)的巖石、礦物和地球化學(xué)異常，如硅質(zhì)巖、白云巖及鐵白云石、磷錳礦等[7-9]。

在烴源巖層段發(fā)現(xiàn)由多類深部物質(zhì)上拱所形成的擠入構(gòu)造，如帶狀排列的砂巖墻(脈)、泥巖脊[13]；巨型(米級(jí))到小型(厘米級(jí))規(guī)模不等的熱液成因碳酸鹽巖結(jié)核等[18]。

4) 深、淺部結(jié)構(gòu)及熱-構(gòu)造響應(yīng)

延長期富烴坳陷位于盆地南部，坳陷結(jié)構(gòu)南深北淺、沉積南厚北薄，顯示富烴坳陷的形成演化受南部動(dòng)力環(huán)境影響更為明顯。深部探測(cè)顯示，在富烴坳陷深部約400 km以淺地殼-地幔內(nèi)部各界面呈上拱、各圈層厚度減薄的結(jié)構(gòu)特征，各向異性對(duì)比表明此深部結(jié)構(gòu)特征形成于中生代[19]。

富烴坳陷為優(yōu)質(zhì)烴源巖高鈾異常(放射性測(cè)井高異常) 的集中分布區(qū)[20-21]，亦是凝灰?guī)r夾層集中分布區(qū)和深部熱液活動(dòng)主發(fā)區(qū)。3區(qū)同位，暗示火山灰和深部熱液與鈾的富集有源果關(guān)系。

富烴坳陷形成的動(dòng)力環(huán)境背景深廣，其重要影響跨印支運(yùn)動(dòng)并延續(xù)到中侏羅世。發(fā)生于三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動(dòng)，造成盆地的沉積間斷，并使延長組遭受強(qiáng)烈而不均衡的剝蝕[22]。但在之后早中侏羅世各期主要沉積-沉降中心的分布位置，與印支運(yùn)動(dòng)之前延長期富烴坳陷和湖區(qū)范圍大致重疊[23]。這表明，導(dǎo)致盆地較快沉降的深部動(dòng)力環(huán)境在印支期構(gòu)造事件之后仍在延續(xù)。再如，形成于不同區(qū)域構(gòu)造背景中的上古生界—中侏羅統(tǒng)，各層系較高熱演化區(qū)上下大體同位[24]，表明其深部較高熱異常環(huán)境持續(xù)到早中生代晚期。

2.2 富烴坳陷形成的動(dòng)力環(huán)境及其成因類型

中國華北和揚(yáng)子兩大陸的匯聚碰撞與其間秦嶺造山帶的形成主要發(fā)生在中—晚三疊世[25]，鄂爾多斯盆地南部延長期陸相富烴坳陷南鄰秦嶺造山帶。盆山的形成演化在空間上相鄰、發(fā)育時(shí)限同期、演化階段響應(yīng)、活動(dòng)興衰同步，表明相鄰盆地和山系形成演化的動(dòng)力環(huán)境有著密切的關(guān)聯(lián)和耦合響應(yīng)關(guān)系[13]。

秦嶺造山帶的顯著特點(diǎn)之一是在碰撞造山期鮮有火山活動(dòng)，花崗巖主要分布于勉略構(gòu)造帶之北，商州之西[26-27]，在南、北位置上大致與今鄂爾多斯盆地范圍相對(duì)應(yīng)。在南、北大陸拼接過程中，華北仰沖板塊后陸地區(qū)深部積聚了巨量的俯沖物質(zhì)，遂發(fā)生熔融和熱能轉(zhuǎn)換，致使該區(qū)深部出現(xiàn)物質(zhì)過飽和聚集、熱能和壓力超常驟增；超常積聚的熔融物質(zhì)和熱能只能向上運(yùn)移、噴涌，形成了一定規(guī)模的物質(zhì)對(duì)流和能量交換，引發(fā)地殼表淺層拱張破裂和側(cè)向擴(kuò)展，于是發(fā)生沉降，形成延長期具伸展特性的較熱坳陷，稱其為后陸盆地[13]。

后陸盆地與前陸盆地分別位于碰撞造山帶兩側(cè)仰沖和俯沖板塊臨山一側(cè)。兩類盆地的相似之處是：①均大致平行于造山帶(斷續(xù))延展，垂直于山系呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu)：臨山一側(cè)深而陡，向陸一側(cè)淺而緩；②其發(fā)生、發(fā)展、鼎盛和消亡，與碰撞造山帶匯聚隆升過程的發(fā)育、增強(qiáng)、激烈和結(jié)束相呼應(yīng)；③隨碰撞造山隆升過程的發(fā)展，盆地的沉降-沉積中心具有離山向陸遷移的特征。

但后陸和前陸盆地在構(gòu)造屬性上有質(zhì)的不同。前陸盆地具典型的擠壓構(gòu)造特性，在匯聚動(dòng)力環(huán)境中發(fā)生撓曲沉降；深部作用的參與或直接影響一般不明顯，屬?zèng)雠杌蚶渑?。而后陸盆地的形成與弧后擴(kuò)張盆地相似，總體具伸展構(gòu)造特性，除臨山一側(cè)局部外，一般沒有明顯的擠壓構(gòu)造變形，深部作用活躍，不同形式的深部物質(zhì)(流體)介入多見，屬熱盆或溫盆。

2.3 后陸型富烴坳陷的油氣賦存-成藏特點(diǎn)

后陸和前陸盆地(坳陷)的油氣賦存條件和資源狀況差別頗大。大部分前陸盆地以水上粗粒-較粗粒碎屑沉積為主，沉積地層中缺乏規(guī)模有效烴源巖；其含油氣性和資源規(guī)模主要依賴于下伏前期盆地沉積地層中烴源巖的質(zhì)量、規(guī)模和有效性。而后陸盆地與之明顯不同。結(jié)合鄂爾多斯盆地南部延長期富烴坳陷實(shí)際，對(duì)后陸盆地的油氣賦存-成藏特點(diǎn)總結(jié)如下。

1) 后陸盆地沉降，形成較大型沉積坳陷。大型坳陷在主要演化時(shí)期，沉降速率大于沉積速率，故深湖-較深湖發(fā)育時(shí)期長、范圍廣；坳陷的伸展、較熱地溫場(chǎng)和活躍的深部熱流體作用，在沉積過程中有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的較大規(guī)模發(fā)育和成烴演化，形成了大型富烴坳陷，為豐富的油氣資源奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2) 主要受來自南側(cè)碰撞造山帶匯聚環(huán)境的影響，形成了沉降南深北淺、結(jié)構(gòu)南陡北緩、沉積南厚北薄的大型坳陷。坳陷為多物源匯集區(qū)，特別是東北和西南兩大物源的沉積交匯和消長變遷，形成豐富多樣的沉積體系和生-儲(chǔ)-蓋成藏組合。

3) 較活動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境和活躍的深部動(dòng)力作用，常誘發(fā)震積、滑坡等多種事件沉積，致使較深湖-深湖區(qū)泥頁巖與多類型重力流沉積砂體在垂向上多層間互、橫向上交錯(cuò)鄰接，形成源-儲(chǔ)一體、源-儲(chǔ)交互的有利成油組合，有利于近源和源內(nèi)常規(guī)-非常規(guī)、致密油-頁巖油的規(guī)模形成[28-30]，油藏類型多樣。

4) 盆地南部延長期大型富烴坳陷已成為盆地大、中型油田(藏)形成與常規(guī)-非常規(guī)油氣集中分布的專屬領(lǐng)地和勘探核心區(qū)?，F(xiàn)已在該區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了安塞、西峰、姬塬和華慶等億噸級(jí)大油田，目前已落實(shí)了4個(gè)10×108t級(jí)整裝含油富集區(qū)[28-30]和延長大油區(qū)。富烴坳陷先向南、后向北兩次較大規(guī)模的沉降-沉積中心遷移，使烴源巖的分布位置發(fā)生了時(shí)空變化，擴(kuò)大了油氣勘探的領(lǐng)域和層系、豐富了成藏組合和系統(tǒng)類型。

3 組合盆地類型：多重大型克拉通疊合盆地

在鄂爾多斯盆地所在地區(qū)(圖1)，古生代以來大范圍接受沉積的累計(jì)時(shí)間長逾300 Ma；總體構(gòu)成了中生代/石炭紀(jì)—二疊紀(jì)/寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)3個(gè)世代大型克拉通盆地的復(fù)合疊加，其組合盆地類型屬多重疊合型盆地[31]。在空間上，中生代鄂爾多斯盆地西部的沉積范圍，已超出早、晚古生代盆地的沉積西界[32]。在寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)大華北盆地之下，還有沉積厚度和地層分布變化較大的中、新元古代裂陷盆地。

國內(nèi)外疊合盆地各有特點(diǎn)，多重疊合盆地尤甚。從對(duì)油氣賦存-成藏有明顯影響的方面對(duì)比，鄂爾多斯多重疊合盆地的突出個(gè)性特征有：①3個(gè)完整的大型克拉通盆地疊加；②上覆陸相盆地具有豐富的石油資源和良好的賦存-成藏條件；③發(fā)育大區(qū)域廣泛分布的侏羅系、石炭系—二疊系兩大套煤系；④3個(gè)世代盆地的疊加特點(diǎn)雖有別，但上、下盆地的組合接觸關(guān)系總體以整合、假整合、微-小角度整合為主(見下述)；⑤在今盆地內(nèi)部，3個(gè)世代盆地的主體均未遭受較強(qiáng)的構(gòu)造變形和在短距離內(nèi)沒有較大的差異升降。

3.1 改造疊合型盆地：早、晚古生代大型盆地的疊加

現(xiàn)今鄂爾多斯盆地所在地區(qū)分布的下、上古生界，為早、晚古生代大型克拉通盆地西部的組成部分。當(dāng)時(shí)其沉積范圍廣闊，幾乎覆蓋整個(gè)華北克拉通及周緣(圖1)，故稱其為大華北盆地。

在寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)，盆地為一套海相碳酸鹽巖為主的沉積建造，西與賀蘭裂陷槽連接[33]。到奧陶紀(jì)晚期，受周鄰海域變遷和構(gòu)造變動(dòng)(加里東運(yùn)動(dòng))的影響，華北克拉通主體發(fā)生區(qū)域抬升，沉積間斷并遭風(fēng)化剝蝕的時(shí)間超過100 Ma，主體缺失晚奧陶世晚期—早石炭世地層。

晚古生代盆地主要發(fā)育時(shí)限為晚石炭世—二疊紀(jì)，在今鄂爾多斯盆地所在地區(qū)，早期有短暫海相和海-陸過渡相沉積，后即轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓秶懴喑练e。石炭系—下二疊統(tǒng)為重要的含煤建造。

在石炭紀(jì)華北克拉通接受區(qū)域沉積前，寒武系—奧陶系遭受了長期的風(fēng)化剝蝕，形成了大區(qū)域展布的成熟古風(fēng)化殼。雖然奧陶系頂部風(fēng)化剝蝕的時(shí)間長逾100 Ma，但由于克拉通盆地主體以整體隆升為主，內(nèi)部分化和差異隆升相對(duì)較弱，大部地區(qū)的奧陶系仍得以存留；僅在局部隆升較高的局部范圍遭強(qiáng)烈剝蝕，地層缺失較多，甚或剝蝕殆盡，如今鄂爾多斯盆地西部慶陽古隆起。所以，上覆和下伏盆地之間的疊合關(guān)系主體為假整合接觸，僅在盆地局部和邊部有角度不整合接觸。

由于早、晚古生代大型克拉通盆地之間經(jīng)歷了長時(shí)期的沉積間斷和較大規(guī)模的風(fēng)化剝蝕，故稱其為改造疊合型盆地[31]。

3.2 易延疊合型盆地：中生代與晚古生代大型盆地的疊加

與上述晚、早古生代兩個(gè)大型克拉通盆地疊合的形式不同，中生代鄂爾多斯盆地與晚古生代大華北盆地的疊加，之間既沒有經(jīng)歷較長時(shí)間的沉積間斷和剝蝕改造，也沒有發(fā)生如較強(qiáng)烈構(gòu)造變形、巖漿活動(dòng)等重大變革事件，而是漸變過渡、較平穩(wěn)的完成了“改朝換代”。因而上、下盆地的疊合關(guān)系主體為整合或假整合接觸，僅有短時(shí)沉積間斷并與連續(xù)沉積在不同地區(qū)同存。由于上覆和下伏盆地的疊合是在斷續(xù)繼延中變革、在轉(zhuǎn)變中疊加續(xù)延,故冠以“易延”來說明和突出其上、下盆地疊加的個(gè)性[31]。

在中三疊世，隨著秦嶺洋自東而西的剪刀式閉合消亡[25]和華北克拉通東隆西降的發(fā)生，整個(gè)克拉通的沉積環(huán)境開始發(fā)生東西分化[2,34]。西部沉積粒度變細(xì)、始有湖相沉積出現(xiàn)，且湖盆數(shù)量和面積逐步增多擴(kuò)大。將其作為中生代鄂爾多斯盆地發(fā)育的始端，時(shí)間為中三疊世紙坊期[2]，對(duì)應(yīng)地層在華北地區(qū)為二馬營組。此后，分散的獨(dú)立湖盆相繼連為一起，湖盆面積和湖相沉積范圍快速擴(kuò)大；到中-晚三疊世延長期，湖區(qū)面積超過10×104km2，在深湖-較深湖區(qū)發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。

尚需提及的是，中生代鄂爾多斯盆地沉積的邊界，遠(yuǎn)大于今盆地范圍，東跨晉豫冀皖，西達(dá)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)的賀蘭裂陷槽[2](圖1a)，或到河西走廊-北祁連石炭紀(jì)—二疊紀(jì)沉積區(qū)[35]。從而使鄂爾多斯盆地西部卷入到或包括了中國南北構(gòu)造帶北部體系，同時(shí)受中國東、西兩大構(gòu)造域動(dòng)力作用和沉積建造消長變化的影響，地質(zhì)構(gòu)造特征和油氣賦存條件因時(shí)空而異、特征復(fù)雜多樣。

3.3 大型多重疊合盆地的油氣賦存-成藏特點(diǎn)

現(xiàn)今鄂爾多斯多重疊合盆地，主體處于中生代和古生代3大克拉通盆地西部，西跨早古生代賀蘭裂陷槽。多個(gè)世代、相對(duì)獨(dú)立大型克拉通盆地的多重疊置，形成了具顯明個(gè)性的油氣賦存-成藏特點(diǎn)[28-30,36-37]。

1) 3個(gè)世代大型克拉通盆地大面積發(fā)育的各類有效烴源巖在空間上的疊置，極大增加了盆地油氣資源的規(guī)模和豐度，盆地蘊(yùn)藏有巨量油氣資源，常規(guī)與各類非常規(guī)油氣資源豐富。

2) 上覆盆地的疊加深埋，使下伏盆地的地層得以完好地保存，并使其長期經(jīng)受更強(qiáng)的壓實(shí)、成巖和成巖后生作用，致使大范圍沉積的細(xì)粒砂巖、碳酸鹽巖和混積巖儲(chǔ)層致密化，低滲-特低滲致密儲(chǔ)層廣布，降低了油氣更大規(guī)模的耗散；油氣藏主要為致密地層巖性油氣藏，低豐度油氣藏普遍、局部存在高豐度富集點(diǎn)帶。

圖1 鄂爾多斯疊合盆地與今殘留盆地及不同世代盆地分布范圍(a)和東西向區(qū)域剖面(b)Fig.1 Occurrence of superimposed basins and current residual basin during different periods (a) and E-W trending regional section (b) in Ordos

3) 3個(gè)世代盆地的烴源巖熱演化和油氣生成、聚散、成藏、改造及定位，在時(shí)間節(jié)律上關(guān)聯(lián)密切，具有相對(duì)的整體性；各世代盆地中常規(guī)與非常規(guī)油氣在成藏和分布諸方面存在較多的時(shí)空過渡性和共存兼容性[即，常規(guī)與非常規(guī)油氣(藏)在形成時(shí)間和分布空間上是漸變過渡的，甚或共存兼容的，之間缺乏可劃分的明顯天然界線]。因而常規(guī)油氣的勘探思想和技術(shù)路線在前期勘探中仍取得了較明顯成效。

4) 3個(gè)大型克拉通盆地形成了各盆地自身源-儲(chǔ)縱向相鄰、間互出現(xiàn)，加之盆地間的疊合方式和盆地內(nèi)部構(gòu)造變動(dòng)-后期改造較弱(見后述)、缺乏深大斷裂溝通，決定了各世代盆地油氣賦存條件和成藏系統(tǒng)自成體系、相對(duì)獨(dú)立，上下連通較弱，主要發(fā)生在本盆地沉積層系之中；常規(guī)和非常規(guī)油氣均以垂向短距離運(yùn)聚、近源成藏為特色；除上古生界煤成氣通過底部侵蝕面的剝蝕天窗進(jìn)入奧陶系儲(chǔ)層外，跨早、晚盆地隔世代層系發(fā)生運(yùn)聚-成藏甚少；油氣成藏分布總體具有縱向隔層系疊置、平面復(fù)合連片的特點(diǎn)。

5) 各世代盆地結(jié)構(gòu)構(gòu)造和沉積建造等特征的差異，決定了各世代盆地油氣在賦存條件、成藏模式及組合關(guān)系和分布規(guī)律等方面?zhèn)€性特征鮮明。如在烴源巖和儲(chǔ)集層類型(碳酸鹽巖、沉積環(huán)境不同的碎屑巖、以及非常規(guī)的頁巖油、煤成氣等)、油氣成藏特點(diǎn)、富集區(qū)空間分布等方面，各世代盆地明顯有別。

6) 盆地下古生界油氣勘探程度較低，為盆地持續(xù)發(fā)展的接替區(qū)。今盆地在寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)邊臨3大洋(秦嶺洋、賀蘭-祁連海、中亞洋)、內(nèi)有臺(tái)洼隆(臺(tái)坪、鹽洼、隆起)。這6大地域沉積環(huán)境和構(gòu)造背景不同，油氣賦存和成藏環(huán)境各異，勘探對(duì)象多樣、領(lǐng)域廣闊。目前已發(fā)現(xiàn)中部臺(tái)坪區(qū)靖邊大氣田和中、西部多個(gè)中小氣田或氣發(fā)現(xiàn)井；新近在中東部鹽下馬家溝組4段成功鉆探的高產(chǎn)、高壓氣井，一改以往氣井低產(chǎn)、低壓的常態(tài)；在西部奧陶系烏拉力克組“實(shí)現(xiàn)了海相頁巖氣領(lǐng)域的勘探突破”[33]；臨近北部的大牛地氣田產(chǎn)于奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)層中的油型氣，主要源自馬家溝組烴源巖[38]。最新的研究揭示，馬家溝組烴源巖的成烴生物組合以浮游生物為主，屬產(chǎn)烴率高的有機(jī)質(zhì)(1)劉文匯，張東東，羅厚勇，等.鄂爾多斯盆地中東部奧陶系碳酸鹽巖烴源評(píng)價(jià)新方法、標(biāo)準(zhǔn)再認(rèn)識(shí)[R].西安：長慶油田分公司，2020.。以上不同地域的勘探成果、新發(fā)現(xiàn)和研究新認(rèn)識(shí)，展現(xiàn)了下古生界豐富的資源潛力和良好的勘探前景。

通過對(duì)露頭剖面、地震勘探和有限鉆井等資料的研究，目前認(rèn)為盆地及周鄰未變質(zhì)的元古宇主要為中元古界中、下部和古元古界上部，時(shí)代明顯老于已有天然氣規(guī)模發(fā)現(xiàn)的四川盆地。在今盆地西南部及周鄰，元古宇厚度大、地層較全，是油氣勘探值得探索的地域。

4 烴源巖特性：富鈾并夾多層凝灰?guī)r

目前，鄂爾多斯盆地所發(fā)現(xiàn)的石油主要源自中—上三疊統(tǒng)延長組；天然氣大多來自石炭系—二疊系煤系地層，少數(shù)為奧陶系碳酸鹽巖。延長組主力生油巖以富鈾和夾多層凝灰?guī)r為特色，石炭系—二疊系主力氣源巖也具有類似的特征。

在國內(nèi)外含油氣盆地的烴源巖層系中，含多層凝灰?guī)r夾層或有(較)高鈾異常者較多；二者兼具者亦不鮮見。后者如松遼、二連、準(zhǔn)噶爾等盆地。

4.1 延長組主力生油巖

延長組主力烴源巖為長7 段富有機(jī)質(zhì)頁巖，長7 段和長9段黑色泥巖是次要烴源巖，長6 段和長8 段暗色泥巖對(duì)油源的貢獻(xiàn)有限[37]。長7 段優(yōu)質(zhì)烴源巖放射性異常普遍較高-高，伽馬值最高逾1 000 API。烴源巖伽馬高值異常區(qū)的平面分布穩(wěn)定、范圍廣，主要位于深湖-半深湖沉積相區(qū)，呈北西-南東向展布，與烴源巖的分布位置和范圍總體一致[20-21,39-40]。大量測(cè)試分析表明，烴源巖的放射性高異常值主要是因鈾元素的富集所引起，與釷和鉀含量沒有相關(guān)性[20,40]。烴源巖中鈾含量最高可達(dá)140×10-6，平均51.1×10-6[20-21]。烴源巖中鈾正異常層段數(shù)量多、厚度不等，如莊35井累計(jì)厚度達(dá)32.4 m。累計(jì)厚度大于10 m的分布面積約為3.2×104km2。根據(jù)其平均鈾含量和空間分布等參數(shù)估算，長7 段頁狀烴源巖的鈾元素總量約為0.8×108t[21]。長7段湖相烴源巖鈾的豐度與有機(jī)碳、二價(jià)硫和磷元素含量之間均呈正相關(guān)關(guān)系，反映富集的鈾是在缺氧沉積環(huán)境中形成，并與生物作用或生物化學(xué)作用關(guān)聯(lián)密切，有利于有機(jī)質(zhì)的繁盛[20-21]。

在延長組的10個(gè)地層段中，沉凝灰?guī)r夾層分布廣泛、層數(shù)較多，單層厚度3～500 mm不等，累計(jì)厚度0.3～2.5 m；尤以盆地西南部長7段最發(fā)育，層數(shù)多，厚度相對(duì)較大，向北東方向變薄(圖2)，顯示強(qiáng)烈火山活動(dòng)和火山灰主要來源在西南方向[6,8,41]。在正8井長7段約9 m巖心中，肉眼可識(shí)別出182層凝灰?guī)r紋層[5]。在露頭剖面和鉆井巖心中，凝灰?guī)r常與優(yōu)質(zhì)烴源巖或泥巖互層產(chǎn)出。綜合研究表明，長7 段凝灰?guī)r的源巖以中酸性火山巖為主[5-6,8]，主要來自于地殼巖石的部分熔融，并有一定地幔物質(zhì)加入[42]。

多種測(cè)試分析和綜合研究發(fā)現(xiàn)，以往認(rèn)定的延長組沉“凝灰?guī)r”夾層可分為沉凝灰?guī)r、斑脫巖和熱水(液)沉積巖3種類型，其來源分別對(duì)應(yīng)于空中降落火山灰、地表水搬運(yùn)風(fēng)化火山灰和深部噴涌熱液3種[6,8]。

在鄂爾多斯盆地南部富烴坳陷中，優(yōu)質(zhì)烴源巖與沉凝灰?guī)r夾層、富鈾烴源巖的空間分布關(guān)聯(lián)密切，三位一體、彼此交互疊置(圖2)。這反映三者形成的相關(guān)性，并暗示部分鈾元素可能來自火山灰。

4.2 石炭系-二疊系煤系源巖

4.2.1 煤系富鈾

目前發(fā)現(xiàn)的大氣田集中分布在盆地中部-中北部(圖3)，大多為煤型氣藏，氣源主要來自石炭系—二疊系太原組、山西組及本溪組煤系烴源巖。在大華北地區(qū)(含今鄂爾多斯盆地)，太原組和山西組分布廣泛、含煤普遍，但不同地區(qū)的含煤性、煤層數(shù)量和厚度差別較大。受晚古生代沉積-構(gòu)造環(huán)境的控制，在現(xiàn)今盆地范圍內(nèi)，石炭系—二疊系煤層厚度具東西分帶、南北分區(qū)特征。即西緣厚(>10 m)、中部薄(<10 m)、東部厚(>10 m)；北厚、南??；在盆地東北角準(zhǔn)格爾煤田，山西組單個(gè)煤層最大厚度達(dá)55.28 m[43]。在盆地內(nèi)部深埋區(qū)的煤巖厚10～25 m，主力煤層單層厚5～10 m；煤巖中有機(jī)碳含量70.8%～83.2%，瀝青“A”含量0.61%～0.80%，總烴含量(1 757.1～2 539.8)×10-6，為良好的烴源巖[36]，主要生氣中心位于大氣田分布區(qū)中部。

圖2 鄂爾多斯盆地南部中生界油田與長7段烴源巖中伽馬異常分布Fig.2 Map showing distribution of the Mesozoic oil fields and the Chang 7 Member source rocks and its gamma anomaly,southern Ordos Basin

在盆地中部-中北部大氣田區(qū)，地下3 000 m以深的石炭系—二疊系煤系源巖在測(cè)井曲線上具有高伽馬異常特征，其中橫山、榆林一帶異常幅度大，最大逾700 API；高異常層厚度大，可達(dá)21 m以上(圖3)。對(duì)自然伽馬能譜測(cè)井資料進(jìn)行能譜分析和定量測(cè)定各類巖樣鈾、釷、鉀含量揭示，地層中伽馬異常值與鈾、釷含量均成正相關(guān)關(guān)系，而與鉀沒有相關(guān)性，表明該區(qū)煤系烴源巖的高伽馬異常是由鈾釷含量高所引起[40]。

4.2.2 煤系夾多層凝灰?guī)r

在晚石炭世—早二疊世，包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的華北克拉通周緣火山活動(dòng)頻繁，火山事件沉積遍及全區(qū)。對(duì)區(qū)內(nèi)24個(gè)煤田及煤礦區(qū)的詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn),火山事件沉積在本溪組有1次，在太原組有5 期 11次，共發(fā)現(xiàn)6期 12次火山事件層。火山碎屑的沉積方式有直接空降沉積和空降后水體搬運(yùn)沉積兩類。火山碎屑可能來自華北克拉通以北和以南多個(gè)火山源，北部以中性為主，南部以中酸性、酸性為主；巖漿可能來自下地殼而非上地幔[44-45]。

圖3 鄂爾多斯盆地中北部古生界氣田與煤系地層伽馬異常分布Fig.3 Map showing distribution of the Paleozoic gas fields as well as the coal measure strata and its gamma anomaly in the north-central part of Ordos Basin

在鄂爾多斯盆地東緣中北部太原組煤系中的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r層多夾于煤層中，呈夾矸或頂?shù)装逍问匠霈F(xiàn)，厚度一般不大，在5～20 cm；也有賦存于灰?guī)r、砂巖或泥巖中，形成凝灰質(zhì)沉積巖?；鹕交业奈⒂^巖石類型和凝灰?guī)r夾層特征的變化，總體上具有由北向南，火山碎屑物質(zhì)不斷減少，漸向沉積巖過渡；火山灰或凝灰?guī)r夾層數(shù)漸趨減少的趨勢(shì)。這說明區(qū)內(nèi)的火山噴發(fā)中心在北部。在縱向上，自下而上顯示了煤層—火山灰—灰?guī)r的垂向演變層序[46]，反映了北鄰中亞-蒙古構(gòu)造域巖漿-構(gòu)造事件對(duì)包括鄂爾多斯盆地在內(nèi)的華北克拉通沉降-沉積及海平面(水體)變化的影響。

對(duì)鄂爾多斯盆地北鄰的大青山童盛茂區(qū)上石炭統(tǒng)—二疊系剖面巖礦、地球化學(xué)等分析和綜合研究，共劃分出12期火山事件沉積序列,包括了39層火山事件沉積層[47]。在鄂爾多斯盆地西北部賀蘭山北段石盒子組中發(fā)現(xiàn)過數(shù)層火山碎屑巖[44]；在烏達(dá)煤礦區(qū)，太原組頂部夾于厚煤層中的凝灰?guī)r厚約66 cm，其鋯石U-Pb年齡為(298.34±0.09) Ma[48]，時(shí)代為二疊紀(jì)初。

在華北克拉通北部，奧陶系馬家溝組灰?guī)r頂部風(fēng)化殼 “G”鋁土礦中大量的巖漿成因鋯石的U-Pb 年齡為晚石炭世[48-49]；其微區(qū)Hf 同位素特征與北鄰內(nèi)蒙古火山弧隆起上同期巖漿巖中鋯石相似，而與中亞造山帶同期巖漿巖明顯不同[50]。結(jié)合上述“G”鋁土礦之上的晚石炭世—早二疊世煤系中含有大量凝灰?guī)r夾層可知，華北克拉通晚石炭世—早二疊世的沉積與火山弧相伴，其特征與早二疊世晚期的環(huán)境明顯不同[49]。

4.3 火山灰與鈾元素對(duì)烴源巖形成和生烴的影響

4.3.1 火山灰對(duì)烴源巖形成的影響

烴源巖中夾有多層凝灰?guī)r，是同沉積期盆內(nèi)和鄰區(qū)火山活動(dòng)頻繁發(fā)生的記錄，反映當(dāng)時(shí)盆地所處的區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力環(huán)境活動(dòng)性較強(qiáng)、深部作用較活躍、地溫場(chǎng)較高。在中國東部松遼、渤海灣和近海諸盆地，中部鄂爾多斯、四川和西部準(zhǔn)噶爾、塔里木等含油氣盆地，不同時(shí)代的陸相或海相烴源巖均夾有多層凝灰?guī)r。凝灰?guī)r或火山灰的時(shí)空分布與優(yōu)質(zhì)烴源巖聯(lián)系密切，烴源巖中有機(jī)碳(TOC)含量與之呈正相關(guān)關(guān)系，顯示了二者之間的成因聯(lián)系[5,51-55]，表明這種動(dòng)力環(huán)境有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成[51-55]。

火山灰本身含有多種生物生長所需的元素，落入水中具有“施肥”或“加營養(yǎng)”般的效應(yīng)，可在短期內(nèi)使水中生物繁盛瘋長[51-55]。在火山灰的分布范圍，使低葉綠素區(qū)水體表面的葉綠素顯著增加，同時(shí)也增高了水體的鹽度[51]，導(dǎo)致水體分層和底部還原環(huán)境的形成。這就兼具了優(yōu)質(zhì)烴源巖形成所需的有機(jī)質(zhì)高生產(chǎn)和良好保存的兩個(gè)重要條件[55]。

2008年8月阿留申島的Kasatochi火山噴發(fā)，幾天后發(fā)現(xiàn)在火山灰降落的太平洋東北部衛(wèi)星熱輻射圖像發(fā)生明顯變化。在溫度和鹽度沒變化的情況下，海洋淺表面的變化是由浮游生物的勃發(fā)造成海洋表層生產(chǎn)力的增高所引起。通過航船的實(shí)際測(cè)定發(fā)現(xiàn)，火山灰中大量的活性鐵使硅藻勃發(fā)，導(dǎo)致了葉綠素的顯著增加；即在短時(shí)間內(nèi)就促使了浮游生物的勃發(fā)，顯著提高了水體的原始生產(chǎn)力[51]。

在海相沉積層系烴源中，以浮游生物為主的有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率，是底棲生物為主的有機(jī)質(zhì)的兩倍左右[56]。這從烴源巖組成中原始成烴生物不同方面，揭示了同屬海相腐泥型烴源巖但其生烴產(chǎn)能明顯有別、油氣資源潛力變化較大的原因。這對(duì)鄂爾多斯盆地湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖產(chǎn)烴率高的認(rèn)識(shí)和資源評(píng)價(jià)均有重要啟迪。

4.3.2 鈾元素的參與對(duì)烴源巖生烴的影響

在中國北方含油氣盆地中，大多都發(fā)現(xiàn)高鈾異常特征。在松遼、二連、鄂爾多斯和吐哈等盆地，已發(fā)現(xiàn)了大型砂巖型鈾礦。在國外，波斯灣盆地中著名的“熱”頁巖，即是富鈾烴源巖。有機(jī)質(zhì)的還原和吸附性能，常使鈾物質(zhì)富集。鈾元素的存在，不僅有利于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖,而且對(duì)烴源巖的轉(zhuǎn)化有積極促進(jìn)作用。

針對(duì)鄂爾多斯盆地長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖中平均鈾含量(51×10-6)的實(shí)際，對(duì)泥質(zhì)低熟烴源巖進(jìn)行不加鈾和加鈾(加入U(xiǎn)=50×10-6)系列生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果有兩大進(jìn)展：加鈾的實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴生成窗溫度域提前(降低)、生烴量增多[57-58]。

液態(tài)窗溫度域提前(降低)，對(duì)“低熟-未熟油”規(guī)模生成的成因和致密油藏(田)的形成方式，帶來了新的認(rèn)知，啟發(fā)和拓寬了勘探思路。在這些油氣較早生成時(shí)，儲(chǔ)層的孔滲條件較好，有些地層甚或尚未完全成巖，便于油氣發(fā)生大范圍較長距離的運(yùn)移，并使儲(chǔ)層變得親油，形成優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道；從而為此后大規(guī)模生成的油氣的運(yùn)移、成藏創(chuàng)造了有利條件。這為延長組致密油藏(田)“早充注、后致密”和“邊成藏、邊致密”的形成方式提供了支持證據(jù)。對(duì)隴東地區(qū)諸油田延長期3期充注-成藏的研究表明，早期油氣的運(yùn)移距離較遠(yuǎn)，其運(yùn)移所達(dá)范圍影響或限定了以后各期生成石油運(yùn)移充注、含油飽和度和成藏范圍[59]。

生烴量增多是一個(gè)值得特別關(guān)注的重要現(xiàn)象。在地下較深部，鈾元素作用可將水分解成氫和氧，所產(chǎn)生的外源氫與烴源巖中較豐富的有機(jī)碳結(jié)合，可形成遠(yuǎn)多于單憑烴源巖本身所產(chǎn)生的碳?xì)浠衔?。本團(tuán)隊(duì)對(duì)不同類型水在輻射作用下的系列生氫模擬實(shí)驗(yàn)[60]揭示，NaCl，CaCl2及KCl溶液的生氫量是其他溶液的幾倍到10多倍。在地下油氣田的地層水中，多富含Na+，K+，Ca2+和Cl-。如鄂爾多斯盆地氣田區(qū)的水型均為CaCl2型，在鈾元素作用下，易于形成較多的氫參與生烴過程。測(cè)試分析和統(tǒng)計(jì)已揭示，鄂爾多斯盆地北部蝕源區(qū)母巖較為富鈾，因而盆內(nèi)富鈾層系較多[61]。這不僅形成了各類沉積型鈾礦[58]，而且使烴源巖生油氣量明顯增加。這為盆地油氣豐富的成因和資源評(píng)價(jià)提供了新觀念。

5 盆地演化屬性：多期改造殘留盆地

5.1 后期改造的期次

鄂爾多斯多重疊合盆地的后期改造強(qiáng)烈、改造形式多樣，按時(shí)期可分為4種情況：①3個(gè)世代盆地各自沉積演化期間不同強(qiáng)度、不同形式的改造。如發(fā)生在寒武紀(jì)晚(末)期的懷遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)、三疊紀(jì)延長期末的印支運(yùn)動(dòng)[62]、晚侏羅世芬芳河期的燕山運(yùn)動(dòng)[2]等，均導(dǎo)致整個(gè)盆地沉積間斷和前期地層遭受強(qiáng)烈而不均一的剝蝕、變形等形式的改造。②上覆盆地沉積覆蓋前，下伏盆地遭受形式多樣、強(qiáng)度不同的改造。③上覆盆地疊加，對(duì)下伏盆地的深埋改造。④早白堊世晚(末)期鄂爾多斯盆地隆升消亡、大區(qū)域沉積結(jié)束，之后發(fā)生的各種形式的改造。對(duì)油氣成生、聚散和成藏定位有較明顯或直接影響的改造，主要為后兩種。其中第3種疊加深埋改造也以中生代晚期最為重要。

5.2 后期改造的形式和結(jié)果

中生代晚期以來的后期改造，使鄂爾多斯疊合盆地主要發(fā)生了以下重要變化。

1) 疊加深埋改造

研究區(qū)3個(gè)不同世代大型盆地的先后疊加，使前期盆地沉積地層的埋深在大區(qū)域上顯著增加。如中生代盆地的疊加，使早、晚古生代和元古宙盆地西部普遍遭受了約3 000 m以上的深埋改造。其中在上侏羅統(tǒng)芬芳河組和下白堊統(tǒng)較厚沉積區(qū)，古生界及中、新元古界深埋改造更強(qiáng)?，F(xiàn)今盆地東部和邊部的前中生代地層埋藏較淺或出露地表，這是后期抬升剝蝕改造所致。這些地區(qū)實(shí)際上曾經(jīng)歷了較深的埋藏成巖過程。

上覆盆地的疊加，不僅會(huì)產(chǎn)生下伏盆地直觀的深埋改造，更重要的是完全改變了下伏盆地的結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造屬性、水動(dòng)力環(huán)境和地溫場(chǎng)；其地質(zhì)作用和成藏效應(yīng)明顯不同于前期地層之上連續(xù)沉積了一套新地層的地質(zhì)效果。

2) 持續(xù)區(qū)域抬升

早白堊世末，鄂爾多斯盆地發(fā)生整體區(qū)域抬升，盆地演化和大面積接受沉積的歷史結(jié)束。盆地的抬升具區(qū)域整體性，但各地抬升的幅度差別較大，總體表現(xiàn)為東強(qiáng)西弱。這種東西差異抬升，始于晚侏羅世，在早白堊世略有表現(xiàn)，現(xiàn)今盆地結(jié)構(gòu)東高西低、地表出露地層?xùn)|老西新的形成(圖1b)，主要是在晚白堊世以來所形成。

有必要提及的是，在距今10～8 Ma以來，現(xiàn)今盆地范圍的抬升趨勢(shì)發(fā)生了反轉(zhuǎn)[2]，出現(xiàn)了盆地西-西北抬升較強(qiáng)。由于盆地整體結(jié)構(gòu)東高西低的高差幅度大，晚中新世以來的反轉(zhuǎn)抬升沒有改變中深部已有的結(jié)構(gòu)格局。但形成了現(xiàn)今淺表層西-西北高、盆地內(nèi)流徑較長的水系大多向東南匯流的地貌景觀。

3) 邊部裂陷沉降與火山活動(dòng)

古近紀(jì)中、晚期以來，現(xiàn)今盆地周邊發(fā)生裂陷沉降，形成了渭河、河套、銀川及寧南(即寧夏南部，現(xiàn)今該盆地已消亡)[2]等斷陷盆地，中新世晚期—上新世以來，形成了山西地塹系(圖1a)。這些裂陷盆地的先后發(fā)育和演化，不僅使中生界-古生界盆地的原始沉積范圍大為減小，同時(shí)加速了盆地本部主體的進(jìn)一步抬升和剝蝕，加快步入了獨(dú)特高原地貌的行列。從而使盆地周邊圍限封閉的系統(tǒng)，漸變成為流體、溫壓可對(duì)外開放交換的環(huán)境。

周緣斷陷盆地系僅在東北部大同斷陷及鄰近發(fā)現(xiàn)新生代晚期的火山活動(dòng)。在鄂爾多斯盆地東北角和林格爾的玄武巖Ar-Ar坪年齡為6.4 Ma，形成于晚中新世[63]。此火山活動(dòng)和其東不遠(yuǎn)岱海一帶中新世以來多期噴發(fā)的玄武巖[64]，均應(yīng)與大同地區(qū)火山活動(dòng)形成的構(gòu)造動(dòng)力環(huán)境相關(guān)。此火山活動(dòng)的形成和分布，對(duì)認(rèn)識(shí)鄂爾多斯盆地改造及周緣裂陷系形成有特別而重要的意義。

4) 強(qiáng)烈差異剝蝕

盆地晚期較大規(guī)模的強(qiáng)烈剝蝕改造，主要發(fā)生在盆地邊緣和東部(圖1b，圖4)。對(duì)盆地晚白堊世以來剝蝕厚度的估算量，雖因人、因方法不同而有異，但在量級(jí)上具有可對(duì)比性，總體表現(xiàn)為東強(qiáng)西弱、邊強(qiáng)內(nèi)弱：盆緣渭北隆起、晉西撓褶帶剝蝕量最大，達(dá)2 000 m以上[65]；東部約2 000 m[66]，1 800～2 000 m[2]，1 600 m[67]；陜北斜坡剝蝕厚度東高西低，一般在1 000～2 000 m[65]；西部約1 000 m[66]，天環(huán)向斜小于1 000 m[65-68]。

在今盆地東部，從西向東依次出露白堊系、侏羅系、三疊系，即為該區(qū)抬升和地層剝蝕東強(qiáng)西弱的結(jié)果(圖1，圖4)。在盆地以東，僅呂梁山中寧靜(寧武-靜樂)向斜(盆地)(圖1b)和豫西北義馬、澠池等地，局部殘留有連片分布的下-中侏羅統(tǒng)延安組同期煤系地層；在河南洛伊、濟(jì)源被較新地層覆蓋的地區(qū)和秦嶺北緣南召露頭區(qū)，殘留有中、上三疊統(tǒng)延長組同期地層；在山西南部沁水向斜(盆地)(圖1b)，僅零星殘存有與延長組同期的中、上三疊統(tǒng)。除此而外，在中生代鄂爾多斯盆地原始沉積范圍的東部(圖1)，絕大部分地區(qū)已缺失上三疊統(tǒng)-下白堊統(tǒng)。

圖4 鄂爾多斯盆地東高西低結(jié)構(gòu)和東部遭強(qiáng)烈削截地震剖面Fig.4 Seismic section showing a high-east and low-west configuration of the Ordos Basin as well as an abrupt truncation in the east part of the basin

5) 斷褶構(gòu)造變形

新生代周緣斷陷邊界大斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)，使斷陷大幅沉降并同步發(fā)生邊鄰地區(qū)快速抬升和遭強(qiáng)度剝蝕，并伴生有諸多不同規(guī)模的斷褶構(gòu)造。

在鄂爾多斯盆地西南部，印支期和喜馬拉雅期改造甚烈。后者主要是青藏高原向東北擴(kuò)展擠壓，導(dǎo)致六盤山于晚新生代快速隆升、發(fā)育活動(dòng)強(qiáng)烈的擠壓-走滑斷裂和褶皺。

晚侏羅世的構(gòu)造變形和剝蝕改造強(qiáng)烈，與上覆白堊系之間形成的區(qū)域角度不整合面在盆地中生代—古生代地層中少見。其中較大規(guī)模逆沖斷褶變形和推覆構(gòu)造在盆地西緣已為人們所熟知[68]，在盆地北部也表現(xiàn)極為強(qiáng)烈。如在北部臨近河套斷陷的石合拉溝，發(fā)現(xiàn)石炭系—二疊系煤系變形強(qiáng)烈，古元古界石英巖逆沖到石炭系—二疊系之上，地層缺失較多；下白堊統(tǒng)東勝組直接不整合覆蓋在前中生界不同時(shí)代變形強(qiáng)烈的巖層之上(圖5)。下白堊統(tǒng)沒有卷入變形，其底部礫石為石英巖等較老時(shí)代巖石，表明此強(qiáng)烈變形發(fā)生在早白堊世之前；結(jié)合在其北大青山露頭區(qū)發(fā)現(xiàn)的多處擠壓斷褶構(gòu)造[69]認(rèn)為，此變形改造發(fā)生在晚侏羅世。

6) 構(gòu)造-熱體制轉(zhuǎn)換及巖漿活動(dòng)

早白堊世為鄂爾多斯盆地最晚沉積時(shí)段，是多重疊合盆地累計(jì)堆積地層最厚的時(shí)期[2]；又是盆地構(gòu)造-熱動(dòng)力環(huán)境變革的重要時(shí)期，從晚侏羅世的圍限擠壓轉(zhuǎn)換為 (弱)伸展拉張，盆地地溫場(chǎng)和熱演化程度達(dá)到最高[70]，自然就成為中生界-古生界烴源巖生烴高峰期和主(重)要運(yùn)聚、成藏期。

圖5 鄂爾多斯盆地北部石合拉溝下白堊統(tǒng)與下伏石炭系-二疊系煤系接觸關(guān)系Fig.5 The contact relationship of the Lower Cretaceous with underlying Carboniferous-Permian coal system on the Shihelagou outcrop,northern Ordos basin

在今鄂爾多斯盆地區(qū)內(nèi)，中生代晚期以來巖漿活動(dòng)主要局限分布在盆地邊部。盆地北部杭錦旗黑石頭山玄武巖Ar-Ar坪年齡為(126.2±0.4) Ma[63]。在盆地西南部由地震及鉆井所揭示的巖漿侵入體，大多形成時(shí)代未定。已有測(cè)年的3處巖體為輝綠巖和堿性巖體，鋯石U-Pb年齡在130～107 Ma[70]。在盆地以東(含東北、東南)較廣闊地區(qū)的早白堊世巖漿活動(dòng)，年齡在140～114 Ma，峰值為130～120 Ma。與此同時(shí)，鄂爾多斯盆地及周鄰的熱巖石圈厚度發(fā)生了減薄[70]。以上特征與中國東部早白堊世大巖漿事件[71]在成因上耦合，是對(duì)其和華北東部克拉通破壞在125 Ma達(dá)到高峰[72]的響應(yīng)。

隨早白堊世末盆地抬升和區(qū)域沉積結(jié)束，盆地地溫場(chǎng)降溫即已開始[2]；古新世晚期以來周緣斷陷盆地系先后形成，加速了盆地隆升、降溫和向高原地貌演變。盆地遂由早白堊世的熱盆逐漸演變?yōu)闇嘏杌驔雠?，地溫梯度由早白堊世?5.0～45.0 ℃/km降低到現(xiàn)今的29.3 ℃/km[24,70]。

7) 原始盆地的范圍大為縮小

根據(jù)對(duì)盆地和周鄰大區(qū)域多種資料和成果的綜合研究與原盆恢復(fù)揭示，中生代鄂爾多斯盆地在中、晚三疊世延長期鼎盛發(fā)育時(shí)期，沉積范圍廣闊，地跨陜甘寧蒙晉豫冀皖，面積逾50×104km2(圖1a)，其中湖區(qū)面積超過10×104km2[2,13]。延長期的湖盆主體位于盆地南部(圖1a)，先后于長8段和長2段沉積時(shí)期發(fā)生了自北往南和再由南向北兩次較長距離的沉積中心遷移[13]。期間長7段沉積時(shí)期深湖-較深湖區(qū)范圍廣闊，發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，成為盆地石油資源的主力源巖。盆地另一鼎盛發(fā)育時(shí)期為早—中侏羅世延安期，沉積范圍較延長期略有變化，主要為含煤沉積建造，現(xiàn)存的煤系仍遍布陜甘寧蒙晉豫廣闊地區(qū)。

晚白堊世以來，盆地長期遭受東強(qiáng)西弱、邊強(qiáng)內(nèi)弱的強(qiáng)烈而不均衡的抬升剝蝕和邊部裂陷等形式的改造，使盆地中生代沉積巖連片分布的面積減去大半，現(xiàn)今殘留盆地的面積約25×104km2(圖1a)。

5.3 后期改造對(duì)油氣賦存-聚散-成藏的影響

以上多種形式的后期改造，強(qiáng)烈地改變了多重疊合盆地的原始沉積面貌，深刻地影響和控制著盆地油氣的賦存條件、聚散過程和成藏特點(diǎn)。主要表現(xiàn)為以下特點(diǎn)。

1) 廣闊地區(qū)失去油氣勘探價(jià)值

鄂爾多斯多重疊合盆地的古沉積面貌后期改造強(qiáng)烈，在今殘留盆地周鄰和之東，3個(gè)世代盆地的原始沉積范圍一半以上地區(qū)已遭強(qiáng)烈剝蝕，地層殘留無幾，或裸露地表。這些地區(qū)，除局部被后期較新地層深埋的殘留烴源巖可能對(duì)生烴有些許貢獻(xiàn)外，絕大部分地區(qū)已失去油氣勘探價(jià)值。

2) 油氣規(guī)模耗散和次生成藏

多種形式的后期改造，特別是區(qū)域差異抬升，使盆地的油氣在成熟和成藏期或之后發(fā)生規(guī)模聚散。其中耗散的形式多樣、規(guī)模因地而異、油氣有別。

延長組石油運(yùn)聚距離有限、逸散量相對(duì)較小。運(yùn)移到上覆侏羅系成藏的地帶，主要發(fā)生在印支期末較大型下切河谷附近和中生代較大斷裂活動(dòng)地帶，特別是盆地西部隆坳高差較大的坡折帶及其隆起一側(cè)。石油逸散主要發(fā)生在埋深較淺的渭北隆起和斷褶復(fù)雜的西緣斷隆區(qū)。

天然氣耗散量巨大，且運(yùn)移甚遠(yuǎn)。根據(jù)對(duì)氣田上古生界氣藏抬升前后地層壓力和溫度參數(shù)等計(jì)算，地處今盆地中部的蘇里格、烏審旗和榆林氣田，散失量相對(duì)較低，在30%～40%；位于盆地東部的神木、米脂氣田散失量相對(duì)較高，達(dá)43%～58%；其中淺部的石千峰組氣層散失量最高，在50%以上[36,73]。

盆地中部豐富的成熟煤型氣主要向盆地北、北東和東部地勢(shì)較高的地區(qū)運(yùn)移，除在臨近形成大氣區(qū)外，并向伊盟隆起方向長距離運(yùn)移和耗散。在伊盟隆起侏羅紀(jì)地層中，已發(fā)現(xiàn)分布較廣的多種與天然氣耗散有關(guān)的砂巖漂白、綠色和灰色蝕變、碳酸鹽化、鈾礦化和下白堊統(tǒng)凝析油苗等現(xiàn)象；其中蝕變漂白砂巖連綿分布逾100 km。在臨近河套盆地南緣出露的下白堊統(tǒng)凝析油苗，油源對(duì)比證明來自盆地中部成熟煤型氣[74-75]。這表明，整個(gè)盆地中北部逾10×104km2，曾遍布成熟煤型天然氣，足見天然氣可能運(yùn)聚和耗散的范圍及規(guī)模之大，又顯示在此低滲透致密儲(chǔ)層分布區(qū)繼續(xù)發(fā)現(xiàn)次生氣藏地域之廣。在伊盟隆起杭錦旗地區(qū)，已發(fā)現(xiàn)目前盆地最北邊的東勝(杭錦旗)大氣田。此大氣田與盆地中部各氣田相比較，儲(chǔ)層含水相對(duì)增多。

值得注意的是，伊盟隆起北緣含凝析油苗的下白堊統(tǒng)砂巖，均直接與石炭系—二疊系接觸；若下伏有三疊系或侏羅系，則未見凝析油苗。這說明來自盆地中部的成熟煤型氣向伊盟隆起較大規(guī)模長距離水平運(yùn)移，主要為同世代層系(石炭系—二疊系)的層間運(yùn)移；只有在遇到斷裂、下切深谷、剝蝕窗等對(duì)上、下不同世代盆地的疊合關(guān)系改造的地域，才會(huì)發(fā)生跨早、晚盆地隔世代層系的規(guī)模運(yùn)移。

3) 低滲-特低滲致密儲(chǔ)層分布廣

鄂爾多斯盆地中生界-古生界低滲-特低滲致密儲(chǔ)層分布廣、存在普遍。其形成的主要原因有三：①各世代大型克拉通盆地邊部近物源沉積的較粗粒地層大部已遭剝蝕改造而缺失，現(xiàn)存地層以大面積分布的細(xì)粒-較細(xì)粒沉積為主，本身巖性相對(duì)較致密；②后期盆地的相繼疊加，使前期盆地地層的埋藏大面積增深，加強(qiáng)了深埋地層的成巖-成巖后生作用和致密化；③晚石炭世以來的陸相沉積，周鄰蝕源區(qū)母巖中巖漿巖發(fā)育，以酸性-中酸性巖類為主，含量較高的長石類礦物和其他相伴碎屑及填隙物沉積后，在壓實(shí)成巖-成巖后生作用過程中抗壓實(shí)能力較差、易于發(fā)生變化和礦物轉(zhuǎn)化，致使膠結(jié)致密、砂巖孔隙減少，致密儲(chǔ)層大面積分布。巖層和儲(chǔ)層的普遍致密化，在一定程度上又抑制了油氣逸散的規(guī)模和速度。

4) 持續(xù)抬升釋壓降溫，形成分布廣泛的低壓、低產(chǎn)油氣藏

鄂爾多斯盆地整體區(qū)域抬升始于早白堊世末。古近紀(jì)中晚期以來今盆地周邊裂陷沉降和諸多斷陷盆地(圖1a)的形成，進(jìn)一步增強(qiáng)了盆地本部的抬升和表淺層的剝蝕，進(jìn)而發(fā)展成高原地貌。在此邊降內(nèi)隆過程中，盆地由周邊圍限的封閉系統(tǒng)，遂漸演變成對(duì)外開放的環(huán)境。

與上述演化過程同步，盆地深部地層和油氣藏的壓力釋放、能量和溫度降低、地層孔隙反彈、油氣發(fā)生逸散。致使鄂爾多斯盆地的油氣藏壓力系數(shù)普遍小于1。中生界油藏壓力系數(shù)大多介于0.60～0.85 ；上古生界氣藏壓力系數(shù)小于1.20，其中小于1者逾90%。然而在國內(nèi)多數(shù)盆地致密油層的壓力系數(shù)大于1.10；北美Williston、Maverick、大綠河、西加等盆地致密油層的壓力系數(shù)介于1.11～2.01[76-77]。鄂爾多斯盆地僅在深埋的奧陶系馬家溝組厚層膏鹽之下的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中見有壓力系數(shù)1.33和1.51[78]。

在盆地主要層系儲(chǔ)層致密、低滲的背景下，低壓、低溫伴隨油氣藏低飽和、低能，生產(chǎn)井一般無自然產(chǎn)能，單井產(chǎn)量低，形成了油氣藏普遍具有三低(低滲、低壓和低產(chǎn))的鮮明特性[30,79]。

盆地低壓普遍存在的現(xiàn)象，與盆地晚期持續(xù)區(qū)域抬升、油氣規(guī)模逸散關(guān)聯(lián)密切。但當(dāng)油氣藏或儲(chǔ)層成為低壓或負(fù)壓之后，油氣的逸散就較有限，甚或在一定程度上抑制了油氣的散失。

5) 油氣連續(xù)充注時(shí)間長，成烴、成藏高峰期集中

根據(jù)伊利石對(duì)形成環(huán)境的需求，通常將油氣儲(chǔ)層中自生伊利石K-Ar法最小年齡看作油氣規(guī)模充注到儲(chǔ)層的最早年齡。統(tǒng)計(jì)對(duì)比和分析大量測(cè)年結(jié)果可知(圖6)，鄂爾多斯盆地中生界和上古生界自生伊利石K-Ar年齡分布具有以下特征：①二疊系及石炭系各段地層中的年齡，主要分布在200～108 Ma，并具有相對(duì)連續(xù)性，集中分布時(shí)段為160～120 Ma；上部石千峰組中的年齡分布和集中分布時(shí)限要新；在盒8段，有兩個(gè)年齡值小于100 Ma。②三疊系延長組和侏羅系延安組各層段的年齡，分布在150～80 Ma，并具有相對(duì)連續(xù)性，集中分布時(shí)段為130～100 Ma；其中，緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖之上的長6段，小于100 Ma的年齡甚少；更上部的長4+5段、延9段和其下部長8段的年齡偏新，沒有大于120 Ma的年齡。

以上年齡分析結(jié)果揭示，中生代和晚古生代兩個(gè)世代盆地油、氣的生成、聚散和成藏，是兩個(gè)分別發(fā)生的獨(dú)立系統(tǒng)和連續(xù)過程；早白堊世的構(gòu)造-熱事件對(duì)兩大油氣系統(tǒng)，特別是成烴成藏高峰期均有重要影響。

圖6 鄂爾多斯盆地中生界-上古生界自生伊利石K-Ar測(cè)年結(jié)果對(duì)比(部分年齡據(jù)文獻(xiàn)[79-91])Fig.6 K-Ar dating correlation for authigenic illite samples from the Mesozoic and Upper Paleozoic,Ordos Basin(partially modified after references[79-91])

在中—晚三疊世延長期沉積末，石炭系-二疊系煤系已規(guī)模生氣和運(yùn)聚；在印支期抬升期，已在較大范圍多個(gè)層系聚集，此時(shí)期各層系儲(chǔ)層未必已致密化；充注成藏的高峰期發(fā)生在構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈的晚侏羅世和構(gòu)造-熱事件活躍的早白堊世早、中期，延續(xù)到早白堊世末；在生氣高峰期，天然氣向上運(yùn)聚到石千峰組；晚白堊世以來，煤型成熟天然氣聚集-成藏和向更大區(qū)域運(yùn)移-聚散同時(shí)發(fā)生，并隨時(shí)間發(fā)展，耗散大于聚集。來自伊盟隆起杭錦旗盒8段氣層的兩個(gè)年齡值小于100 Ma(82 Ma，98.5 Ma)(圖6)，是對(duì)晚白堊世天然氣在廣闊區(qū)域發(fā)生規(guī)模運(yùn)聚散的結(jié)果和佐證。

以長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖為代表的延長組烴源巖，在侏羅紀(jì)末已規(guī)模生烴和運(yùn)聚，生排、運(yùn)聚和成藏的高峰期發(fā)生在早白堊世中、晚期[71]，延續(xù)到晚白堊世早期；在約120 Ma的高峰期，石油向上運(yùn)聚到更上部長4+5段和延9段；晚白堊世中、晚期以來，石油向邊鄰隆起較高部位運(yùn)移-聚散。值得注意的是，長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖之下長8段儲(chǔ)層中的年齡集中分布在120～80 Ma時(shí)段，說明在石油生排-運(yùn)聚高峰期，烴源巖內(nèi)部壓力驟增，石油同時(shí)向下運(yùn)移。這是一個(gè)尚需進(jìn)一步探究的重要問題。

6 結(jié)論

鄂爾多斯盆地油氣勘探開發(fā)已逾百年，至今仍方興未艾；近年油氣年產(chǎn)儲(chǔ)量均位居中國諸含油氣盆地前列。盆地油氣資源豐富的成因主要與其以下4大鮮明特性有關(guān)：

1) 盆地南部中生代延長期富烴凹陷是在中國南北大陸拼接碰撞和秦嶺造山帶演化區(qū)域背景下發(fā)育的，形成于構(gòu)造活動(dòng)明顯和深部作用活躍的動(dòng)力環(huán)境中，屬后陸盆地類型；具大型、伸展和熱溫特性，有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育。

2) 現(xiàn)今盆地為中生代和晚、早古生代3個(gè)世代大型克拉通盆地復(fù)合疊加而成的多重疊合盆地，集3大盆地豐富的油氣資源于一體，極大增加了資源的規(guī)模和豐度。

3) 三疊系延長組優(yōu)質(zhì)烴源巖和石炭系-二疊系煤系烴源巖，均以富鈾并夾多層凝灰?guī)r為特色，這些無機(jī)物質(zhì)有益于優(yōu)質(zhì)烴源巖形成、轉(zhuǎn)化和生烴量增加。

4) 現(xiàn)今盆地屬殘留盆地，后期遭受了多種形式邊強(qiáng)內(nèi)弱的較強(qiáng)烈改造；邊緣裂陷沉降，盆地主體隆升為高原；致使深部釋壓降溫，油氣發(fā)生多維運(yùn)移聚散。

這4大秉性，使盆地蘊(yùn)藏有巨量油氣資源，各世代盆地油氣賦存-成藏各具特點(diǎn)、空間分區(qū)類型有別；常規(guī)與非常規(guī)油氣在成藏和分布諸方面存在明顯的時(shí)空過渡性和共存兼容性，多以垂向短距離運(yùn)聚、近源成藏為特色；低滲-特低滲致密儲(chǔ)層廣布，油氣藏主要為致密地層巖性油氣藏，具低滲、低壓、低產(chǎn)特征；盆地持續(xù)勘探潛力巨大、領(lǐng)域廣闊。