引用本文
杜金虎, 李相博, 包洪平, 徐旺林, 王雅婷, 黄军平, 王宏波, 完颜容, 王菁. 鄂尔多斯盆地中新元古界—下古生界天然气成藏地质条件及勘探新领域[J]. 石油勘探与开发, 2019,46(5): 820-835.
DU Jinhu, LI Xiangbo, BAO Hongping, XU Wanglin, WANG Yating, HUANG Junping, WANG Hongbo, WANYAN Rong, WANG Jing. Geological conditions of natural gas accumulation and new exploration areas in the Mesoproterozoic to Lower Paleozoic of Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2019,46(5): 820-835.  
Doi: 10.11698/PED.2019.05.03
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鄂尔多斯盆地中新元古界—下古生界天然气成藏地质条件及勘探新领域
杜金虎1, 李相博2, 包洪平3, 徐旺林4, 王雅婷2, 黄军平2, 王宏波2, 完颜容2, 王菁2
1. 中国石油勘探与生产分公司,北京 100007
2. 中国石油勘探开发研究院西北分院,兰州 730020
3. 中国石油长庆油田公司,西安 710018
4. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083
联系作者简介：李相博（1965-）,男,甘肃环县人,博士,中国石油勘探开发研究院西北分院高级工程师,主要从事石油地质学与碎屑岩沉积研究。地址：甘肃省兰州市城关区雁儿湾路535号,中国石油勘探开发研究院西北分院,邮政编码：730020。E-mail: lixiangbo911@sina.com

第一作者简介：杜金虎（1958-）,男,陕西合阳人,中国石油勘探与生产分公司教授级高级工程师,主要从事石油地质勘探方面的研究和管理工作。地址：北京市东城区东直门大街9号B座,中国石油勘探与生产分公司,邮政编码：100007。E-mail：dujinhu@petrochina.com.cn

收稿日期: 2018-12-26
基金项目: 国家自然科学基金项目（41772099,41872116）; 中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“长庆油田5000万吨持续高效稳产关键技术研究与应用”（2016E-0502）
摘要

基于野外露头调查、钻井及地震资料解释,并借鉴大量前人研究成果,从华北克拉通裂解演化、祁连—秦岭洋盆开合演化角度出发,对鄂尔多斯盆地古老海相烃源岩特征、有利储集相带、油气运移方向及成藏规律进行了研究。主要取得以下4点认识：①受深水陆棚-海湾控制,鄂尔多斯盆地及周缘发育中新元古界、下寒武统底部和中上奥陶统3套烃源岩;②受滨岸环境、古隆起及台地边缘控制,区内发育中新元古界—下寒武统滨浅海石英砂岩、中上寒武统—奥陶系风化壳与白云石化储集层及奥陶系“L”形台缘礁滩体4类储集层系;③研究区成藏组合变化较大,台内以“上生下储”为主,“自生自储”次之;台缘带既有“上生下储”,也有“自生自储”。此外,在深大断裂与长城系古裂陷槽沟通的情况下,台内与台缘还可能存在“下生上储”组合;④研究区存在庆阳古隆起前石炭纪风化壳、盆地西南缘“L”形台缘带、盆地中东部奥陶系盐下组合及中新元古界—寒武系4个勘探领域,其中前石炭纪风化壳、“L”形台缘相带是较为现实的接替领域,奥陶系盐下组合及盆地深层中新元古界—寒武系等领域具有一定潜力,值得探索。图10表1参47

关键词: 天然气勘探领域; 成藏地质条件; 中新元古界; 下古生界; 鄂尔多斯盆地
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2019)05-0820-16
Geological conditions of natural gas accumulation and new exploration areas in the Mesoproterozoic to Lower Paleozoic of Ordos Basin, NW China
DU Jinhu1, LI Xiangbo2, BAO Hongping3, XU Wanglin4, WANG Yating2, HUANG Junping2, WANG Hongbo2, WANYAN Rong2, WANG Jing2
1. PetroChina Exploration & Production Company, Beijing 100007, China;
2. Northwest Branch, Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Lanzhou 730020, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China;
4. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China;
Abstract

Based on field outcrop investigation, interpretation and analysis of drilling and seismic data, and consulting on a large number of previous research results, the characteristics of ancient marine hydrocarbon source rocks, favorable reservoir facies belts, hydrocarbon migration direction and reservoir-forming law in the Ordos Basin have been studied from the viewpoints of North China Craton breakup and Qilian-Qinling oceanic basin opening and closing. Four main results are obtained: (1) Controlled by deep-water shelf-rift, there are three suites of source rocks in the Ordos Basin and its periphery: Mesoproterozoic, Lower Cambrian and Middle-Upper Ordovician. (2) Controlled by littoral environment, paleo-uplift and platform margin, four types of reservoirs are developed in the area: Mesoproterozoic- Lower Cambrian littoral shallow sea quartz sandstone, Middle-Upper Cambrian-Ordovician weathering crust and dolomitized reservoir, and Ordovician L-shape platform margin reef and beach bodies. (3) Reservoir-forming assemblages vary greatly in the study area, with “upper generation and lower storage” as the main pattern in the platform, followed by “self-generation and self-storage”. There are both “upper generation and lower storage” and “self-generation and self-storage” in the platform margin zone. In addition, in the case of communication between deep-large faults and the Changchengian system paleo-rift trough, there may also exist a “lower generation and upper reservoir” combination between the platform and the margin. (4) There are four new exploration fields including Qingyang paleo-uplift pre-Carboniferous weathering crust, L-shape platform margin zone in southwestern margin of the basin, Ordovician subsalt assemblage in central and eastern parts of the basin, and Mesoproterozoic-Cambrian. Among them, pre-Carboniferous weathering crust and L-shape platform margin facies zone are more realistic replacement areas, and Ordovician subsalt assemblage and the Proterozoic- Cambrian have certain potential and are worth exploring.

Keyword: natural gas exploration area; hydrocarbon accumulation geological conditions; Mesoproterozoic; Neoproterozoic; Lower Paleozoic; Ordos Basin
0 引言

鄂尔多斯盆地作为中国陆上沉积面积最大的含油气盆地之一, 拥有丰富的油气资源。经过50多年的勘探, 围绕三叠系延长组低渗透油藏、上古生界致密砂岩气藏及奥陶系风化壳天然气藏等勘探领域先后发现了5个（15~20）× 108 t级的大油区, 1个3× 1012 m3级、2个1× 1012 m3级的大气区, 目前已成为国内产量最高的油气生产基地[1]。伴随着油气勘探的发展, 人们对鄂尔多斯盆地油气勘探潜力与下一步勘探方向非常关注, 尤其是近年来四川盆地新元古界— 寒武系安岳大气田获得重大发现以来[2], 与四川盆地同处欧亚板块的鄂尔多斯盆地中新元古界— 寒武系勘探前景如何, 下古生界奥陶系除已发现的风化壳气藏外是否还有新的领域类型等。

最近, 赵文智等[3]通过对中国3大克拉通的研究, 认为华北、扬子和塔里木中新元古界— 寒武系都发育有规模优质烃源灶、有效储集层, 存在原生和次生两类成藏组合。事实上, 在鄂尔多斯盆地奥陶系与寒武系已获得了一些勘探新发现, 如盆地西缘奥陶系多口井（如忠4井等）见到低产气流; 盆地南部麟探1井、旬探1井、耀参1等井在寒武系— 奥陶系见含气显示; 盆地中央古隆起庆阳附近陇17井、陇26井在寒武系发现了低产气藏。此外, 位于盆地北部伊盟隆起的桃59井揭示了盆地内部中新元古界发育青白口系崔庄组烃源岩, 总有机碳含量最高达5.5%[1], 同时在该地区的锦13井中元古界长城系（3 527~3 530 m）见明显气测异常, 中途测试获23 970 m3/d天然气流[4]。所有这些成果充分说明鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界是一个值得关注的天然气勘探新领域。

由于鄂尔多斯盆地是华北巨型克拉通盆地的一部分, 其成藏地质条件必然受华北克拉通演化与盆地周缘古海槽演化的影响或控制。鉴于此, 本文从华北克拉通裂解演化、祁连— 秦岭洋盆开合演化角度出发, 对鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界海相烃源岩发育特征、有利储集相带分布、油气运移方向及成藏组合进行研究, 并在此基础上分析潜在有利勘探领域和区带, 以期为鄂尔多斯盆地古老层系的油气勘探提供借鉴。

1 区域构造-沉积演化特征

鄂尔多斯盆地发育在华北克拉通古老基底之上, 是华北板块的一部分（见图1a）, 经历了中晚元古代拗拉谷演化阶段、古生代克拉通拗陷沉积阶段（其中早古生代为海相沉积阶段、晚古生代为海陆过渡沉积阶段）及中上生代内陆盆地演化阶段[5], 形成了相对完整的中新元古界— 下古生界海相沉积层序（见图1b）。

图1 华北克拉通内裂陷槽分布（a）与鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界沉积层序（b）（据文献[3, 5]编制）

鄂尔多斯盆地的形成和演化与华北板块的构造发展演化紧密相关, 是华北板块与周缘古亚洲洋、古祁连洋、古秦岭洋及特提斯洋相互作用的结果[6, 7, 8], 尤其中晚元古代以来华北克拉通裂解及古祁连— 秦岭洋闭合隆升造山等事件对鄂尔多斯盆地海相烃源岩发育及成藏有重要影响。

1.1 华北克拉通裂解演化及其对沉积的控制

中晚元古代, 以鄂尔多斯地块、燕辽地块、冀鲁地块为主体的华北克拉通基本形成, 其北侧为广阔的蒙古洋、南侧为秦祁海槽[5]（见图2）。在华北克拉通南缘发育一系列向北和北东方向插入克拉通内部的裂陷槽（拗拉谷）, 早期认为主要发育贺兰、豫陕晋及皖苏鲁3个规模较大的裂陷槽[5], 最近, 有学者利用最新的重磁、地震和钻探资料[1, 3, 9], 重新预测了华北克拉通上裂陷槽的空间展布（见图1a）, 其中南缘有5支, 自东向西分别是皖豫、豫晋、晋陕、甘陕及贺兰裂陷槽等。这些裂陷槽大多具有向北和北东方向收敛、向南及西南方向敞开的楔形轮廓（见图1a）。位于现今鄂尔多斯盆地范围内的晋陕、甘陕及贺兰裂陷槽整体呈北东— 南西向延伸, 其中盆地中部的甘陕裂陷槽向东北延伸, 可能与北缘兴蒙裂陷槽连通; 盆地南部的晋陕裂陷槽向东延伸, 进入沁水盆地并进一步东延与燕辽裂陷槽相连通。这些裂陷槽一般经历了初始裂陷、主体断陷和后期拗陷3个发育阶段, 总体上控制了中新元古界分布, 相应的建造类型有陆相火山岩-碎屑岩建造、巨厚的河流-浅海碎屑岩建造及后期广覆式碳酸盐岩建造[1, 10]。

图2 华北克拉通寒武纪原型盆地格局（a）与鄂尔多斯盆地寒武系厚度分布（b）

鄂尔多斯盆地正是在这些裂陷槽或基底断裂夹持的背景下开始沉积发展演化的。虽然经过晋宁运动后, 上述裂陷槽关闭, 形成了统一的华北板块, 包括鄂尔多斯盆地在内的整个华北板块进入了一个新的沉积期, 但这些古裂陷槽或基底断裂的长期隐性活动直接或间接影响着上覆沉积盖层的发育甚至油气分布[11]。就寒武系而言, 其沉积格局与中晚元古代的沉积格局具有一定继承性[12]。在早寒武世早期（相当于梅树村期与筇竹寺期）, 可能受中晚元古代裂陷槽或基底断裂影响, 沿华北板块西南缘形成了隆凹相间的古地貌格局, 发育了多个深水海湾（见图2）。位于现今鄂尔多斯盆地西缘与南缘的贺兰海湾与洛川海湾围绕庆阳古陆外围呈“ L” 形分布, 并发育了一套在全球范围内可对比的早寒武世标志性沉积— — 含磷细碎屑岩沉积; 早寒武世晚期海侵有所扩大, 在盆地西南缘环陆发育了泥砂坪、泥云坪等滨岸沉积。中寒武世海侵持续扩大, 广大的鄂尔多斯中东部逐渐由砂泥坪发展为局限-开阔台地沉积, 在其西南缘发展为台地边缘-深水海槽沉积; 晚寒武世开始海退, 中东部主体演变为局限台地云坪沉积, 而西南缘的深水斜坡-海槽则继续发育[13]。早奥陶世, 鄂尔多斯主体为一古陆, 仅在东南缘形成环陆泥云坪和云灰坪相沉积; 中奥陶世, 华北海大面积海侵, 在盆地中东部形成局限海膏岩沉积, 向外依次发育局限台地和开阔台地沉积; 中奥陶世晚期, 盆地西南缘再次沉陷发育台地前缘斜坡-深水海槽沉积; 晚奥陶世的加里东运动使鄂尔多斯整体抬升为陆, 但盆地南缘与西缘持续深陷, 围绕古隆起形成“ L” 形秦祁海槽（后文简称“ L” 形海槽）, 发育深水斜坡-海槽沉积及陆缘海型镶边台地沉积[13, 14]。

上述构造沉积演化特征表明, 鄂尔多斯盆地中新元古界与下古生界具有一定继承性, 早期中晚元古代为裂陷槽沉积, 晚期早古生代时裂陷槽关闭, 沿“ L” 形海槽边缘和原先“ 楔形” 裂陷槽位置处发育了拗陷或深水海湾沉积。不同时期的裂陷槽、海湾与陆棚环境控制了各时期烃源岩分布。

1.2 祁连— 秦岭洋盆闭合演化对沉积的控制作用

位于鄂尔多斯盆地南缘与西缘的“ L” 形海槽（祁连-秦岭造山带）主体属于特提斯构造域。长期以来, 有关特提斯洋盆的闭合时间（即华北与扬子两个板块的拼接时间）存在晚加里东— 早海西期[15, 16]与印支期[17, 18]两种不同观点。但大部分学者支持印支期碰撞造山这一认识, 认为在晚加里东— 早海西期, 介于华北与扬

子两个古板块之间的特提斯洋属于多岛洋体系, 陆块间为软碰撞, 并没有发生强烈的造山活动。例如殷鸿福[19]指出“ 虽然华北与扬子在晚加里东阶段开始拼合, 但并未立即导致全面碰撞造山, 而是在秦岭微板块内存在多次幕式张合及拉分, 从晚泥盆世至中三叠世早期, 秦岭成为东连古太平洋、向西喇叭状开向古特提斯洋的深海盆” [19]。同时, 前人在鄂尔多斯盆地南缘的渭北地区下三叠统刘家沟组中发现了大量海相瓣鳃类和蛇尾类化石, 从岐山到铜川一带绵延上百千米[20]。由此推测, 至少在早三叠世时渭北地区是秦岭— 特提斯洋的边缘海湾, 当时的渭北以南到北秦岭的广大地区地势较低, 秦岭尚未崛起。

诸多资料表明[19, 21, 22], 秦岭洋盆最终以由东向西的“ 剪刀式” 方式拼合, 即大别— 合肥地区大致于早二叠世末— 中三叠世即已发生对接, 而西部三门峡地区可能至中三叠世末— 晚三叠世才拼接, 到西秦岭区则延迟至晚三叠世后期— 早侏罗世才完全碰撞。古地磁资料进一步证实[21], 秦岭— 大别洋的“ 剪刀式” 碰撞闭合还引起了华北板块的逆时针旋转, 继而导致华北板块南缘碰撞造山与裂陷下沉交替出现, 直到晚三叠世晚期秦岭洋最终关闭, 华北与扬子克拉通拼接, 秦岭地区才实现全面碰撞造山。

由于秦岭洋盆闭合造山时期（尤其北秦岭造山带形成时期）关系到鄂尔多斯盆地南缘下古生界油气能否成藏, 本文系统研究了北秦岭— 华北板块南缘元古宙— 早古生代构造-沉积演化史。首先分析了研究区上、下古生界接触关系, 参考前人研究成果[23, 24, 25, 26, 27, 28, 29], 编制了地层接触关系图（见图3）。图3显示, 除岐山西方后沟与泾阳嵯峨山九顷垣等个别露头剖面外, 沿北秦岭— 华北板块南缘的广大地区（东到河南信阳、鲁山, 西到陕西铜川及甘肃平凉）上下古生界接触关系均以平行不整合为主, 这充分说明奥陶纪末期的加里东构造运动在研究区主要表现为“ 平起平落” 的构造隆升, 而不是褶皱造山运动, 这与上述秦岭— 特提斯洋陆块间为“ 软碰撞” 、秦岭地区印支期造山的认识完全一致。至于岐山— 泾阳地区上下古生界呈角度不整合接触的现象可以这样解释：由于岐山— 泾阳地区位于鄂尔多斯陆块西南角向祁连— 秦岭海槽凸出的位置, 在洋盆闭合过程中容易形成构造应力集中区, 因而率先发生褶皱造山运动, 但这仅仅是局部地质现象。

图3 北秦岭— 华北板块南缘上、下古生界地层接触关系图（据文献[23, 24, 25, 26, 27, 28, 29]编制）

基于上述分析, 结合前人相关资料[10, 30, 31], 编制了“ L” 形海槽— — 鄂尔多斯盆地构造沉积演化剖面（见图4）。该剖面揭示, 寒武纪— 奥陶纪, “ L” 形海槽的西段与南段均为向海槽深部倾斜的构造斜坡, 在西缘冲断带与南缘渭北— 秦岭地区发育了陆棚-台缘斜坡相沉积; 志留纪— 泥盆纪, 加里东运动使得整个鄂尔多斯盆地寒武系— 奥陶系遭受抬升剥蚀, 古隆起渐趋夷平, 但庆阳古隆起及以南地区寒武系— 奥陶系的地层产状没有改变, 总体仍然保持向南倾伏; 石炭纪— 早中三叠世, 鄂尔多斯盆地南部及西部地区稳定沉降并接受海陆过渡相沉积; 此时, 虽然由于秦岭地区的局部隆升而向北部陇东地区供给了一定规模的碎屑物质, 但地层整体保持了“ 平起平落” 与向南倾伏的产状（见图4a）, 这或许就是研究区大部分地区上下古生界之间呈平行不整合接触的原因。晚三叠世以后, 盆地南缘秦岭海槽完全关闭, 北秦岭崛起（见图4a）; 盆地西缘开始冲断、天环坳陷逐步形成（见图4b）, 盆地内部南北向古隆起完全消失, 整个盆地进入陆相湖盆发育阶段。

图4 “ L” 形海槽— 鄂尔多斯盆地构造-沉积演化剖面图（剖面位置见图2b）（据文献[10]修改）

北秦岭地区于晚三叠世以后闭合造山的认识有利于解释来自“ L” 形海槽下古生界烃源岩的油气在早期阶段（二叠纪末期— 早中三叠世）向庆阳古隆起方向运移聚集成藏, 详见下文。

2 中新元古界— 下古生界天然气成藏地质条件

中新元古界裂陷槽及“ L” 形海槽开合演化不但控制了鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界沉积类型及分布, 而且控制了烃源岩发育、有利储集相带展布及油气运移方向和成藏组合类型等。

2.1 烃源岩发育特征

受上述区域构造-沉积环境控制, 鄂尔多斯盆地及周缘发育中新元古界、寒武系和中上奥陶统3套烃源岩。

2.1.1 中新元古界烃源岩

现有资料表明[1, 3, 32], 华北克拉通内部中新元古界烃源岩主要分布在燕辽裂陷槽、北缘裂陷槽、晋陕裂陷槽、豫晋裂陷槽及皖豫裂陷槽中（见表1、图1a）。例如, 在燕辽裂陷槽有多口井已钻遇海相优质烃源岩, 其中下马岭组和洪水庄组泥质烃源岩有机碳含量平均值分别为5.2%和4.1%; 长城系串岭沟组海相泥岩烃源岩有机碳含量平均为2.0%[3]。而且, 在该裂陷中还相继发现了一批由洪水庄组和铁岭组烃源岩供烃形成的古油气藏[32]。此外, 在盆地周缘的北缘裂陷槽（内蒙固阳）、晋陕裂陷槽（陕西洛南、山西永济）及华北克拉通南缘的皖豫裂陷槽（合肥地区）也都发现了中新元古界海相泥质烃源岩[3]（见表1、图1a）。

表1 鄂尔多斯盆地及邻区中新元古界— 下古生界烃源岩基本参数统计

近期, 在盆地内部的桃59井（属甘陕裂陷槽）及盆地南缘渭河盆地钻探的济探1井（属于晋陕裂陷槽）都揭示了长城系烃源岩的存在（见表1、图1a）, 其中济探1井泥质烃源岩有机碳含量最高达0.98%, 厚22 m; 桃59井泥质烃源岩有机碳含量一般为3.0%~5.0%, 平均3.6%, 属于中等— 好烃源岩[1]。

桃59井揭示的长城系泥质烃源岩在地震剖面上对应一组强振幅反射[3], 根据这一信息, 并结合前人资料, 利用二维地震资料预测了鄂尔多斯盆地内部晋陕裂陷槽、甘陕裂陷槽内长城系泥页岩（烃源岩）的厚度一般为50~100 m, 在西缘和南缘厚度较大, 最厚可达100 m（见图5a）。总之, 盆地内部裂陷槽中发育长城系规模烃源岩的可能性极大, 但这一结果有待进一步验证。

图5 鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界厚度及奥陶系马家沟组烃源岩分布

2.1.2 寒武系烃源岩

寒武纪是全球重要的烃源岩发育期, 中国的扬子、塔里木克拉通均发育寒武系烃源岩[33, 34]。华北克拉通寒武纪沉积历来被认为以氧化环境为主, 不发育烃源岩。但前人在华北克拉通南缘合肥盆地发现了下寒武统马店组黑色泥岩, 厚20~40 m, TOC值平均为6.13%, 为一套较好的气源岩[33], 其分布主要受断陷控制, 为陆棚欠补偿还原环境沉积, 它们的岩性特征、地层序列及沉积构造环境与四川盆地（扬子陆块）筇竹寺组烃源岩、塔里木盆地玉尔吐斯组烃源岩极其相似[33]。马店组烃源岩与豫西— 洛南地区下寒武统东坡组沉积时代相当[33]。近期, 笔者在紧邻鄂尔多斯盆地南缘的北秦岭与洛南地区多个露头上的东坡组中也发现了一套浅变质灰黑色泥质板岩, 位于寒武系底部[37], 厚度2~80 m, 风化后呈叶片状（见图2b、图6）, 经分析化验其TOC值为0.19%~11.18%, 均值为3.14%（45个样品）, 有机质类型为Ⅰ 型, 热演化程度高, 属于高丰度优质烃源岩（见表1）。

图6 洛南地区晋河村下寒武统东坡组沉积序列与露头照片
（a）新元古界— 下寒武统沉积序列（据文献[37]修改）; （b）灰黑色泥质板岩, 东坡组, 位置见图6a; （c）照片b的局部放大; （d）灰黑色泥质板岩, 东坡组, 洛南闫家楼北沟（位置见图2b）; （e）灰黑色泥质板岩, 东坡组下段, 位置见图6a

考虑到下寒武统烃源岩主要受深水陆棚环境与古地貌裂陷槽（海湾）控制[33], 为进一步预测其烃源岩平面分布, 笔者分析了华北板块下寒武统沉积前古构造特征, 并结合露头与前人资料, 编制了华北板块南缘下寒武统残留地层分布图（见图5b）, 由图5b可以看出, 鄂尔多斯盆地南部— 北秦岭地区寒武系厚度最大, 可能曾为下寒武统生烃中心, 推测现今在富平— 洛川地区仍有保存。

此外, 位于盆地北部的桃59井在寒武系中部徐庄组揭示厚达30.5 m的暗色泥岩, 热解分析其TOC值为0.3%~0.4%（见表1、图2b）; 岩心分析TOC值局部可达0.67%; 有机质类型以Ⅰ — Ⅱ 1型为主。同时, 笔者在盆地南部渭北隆起带礼泉地区上韩剖面徐庄组露头上也发现了一套连续厚度超过20 m的深灰色— 黑色细粒碎屑岩沉积建造（位置见图2b）, 其中深灰色页岩厚6 m, 灰黑色泥岩厚1.5 m, 露头追踪其横向延伸直线距离超5 km（植被覆盖严重）。虽然露头样品有机碳含量较低（属于古老烃源岩, 长期物理分化, TOC值均小于0.3%）, 但不排除在盆地内部生烃指标可能变好。

北秦岭— 洛南高丰度烃源岩及盆地内部徐庄组“ 暗色碎屑岩系” 的发现改变了以往认为鄂尔多斯盆地周缘寒武系以碳酸盐台地沉积为主, 缺乏烃源岩发育的古构造-地理环境的观点, 其勘探意义值得重视。

2.1.3 中上奥陶统烃源岩

中上奥陶统烃源岩在台缘斜坡及台内坳陷均有发育[1]。上奥陶统海相烃源岩主要发育于盆地西部和南部“ L” 形海槽深水陆棚-斜坡环境, 其中西部祁连海槽烃源岩发育于中上奥陶统的乌拉力克组— 拉什仲组/平凉组, 泥质烃源岩累计厚度为100~200 m（见图5c）, 有机质丰度高（见表1）, 属于好烃源岩。南部秦岭海槽则主要为中上奥陶统的背锅山组泥灰岩、平凉组笔石页岩以及中奥陶统马家沟组马六段灰岩, 其中上奥陶统暗色泥灰岩、泥岩厚220~360 m, 有机质丰度较高, TOC最高值可达5.64%, 属于较好烃源岩[1], 生烃潜力较大。

中奥陶统海相烃源岩发育于盆地东部华北海台内盐洼周边（见图5d）, 以泥灰岩为主, 单层厚度薄, 但层系多, TOC平均值为0.2%（见表1）, 具有一定生烃潜力, 对奥陶系盐下自生自储型气藏有重要贡献[1, 35, 36]。

需强调的是, 最新研究表明, 位于台缘斜坡区的中上奥陶统烃源岩普遍发育片状微孔隙、微裂缝, 具有一定的储集性能, 而且由于烃源岩以灰质泥（页）岩（西缘）或泥质灰岩、纯灰岩夹泥页岩（南缘）为主, 脆性矿物含量相对较高, 有利于页岩气的施工改造, 因此, 中上奥陶统烃源岩（尤其“ L” 形海槽陆棚-斜坡环境）对常规与非常规天然气成藏均具有重要意义。

2.2 储集层特征

受滨岸环境、古隆起及台地边缘控制, 鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界主要发育4类储集层系, 分别是下寒武统（辛集组— 朱砂洞组, 馒头组— 毛庄组）及中新元古界滨浅海石英砂岩、中上寒武统— 奥陶系风化壳与白云石化储集层及奥陶系“ L” 形台缘带礁滩体, 而中新元古界碳酸盐岩因当时大气中氧气含量低、风化淋滤作用弱[3], 加之经历多期构造热事件, 重结晶作用强烈, 储集层质量总体偏差。

下寒武统（辛集组— 朱砂洞组, 馒头组— 毛庄组）滨浅海石英砂岩储集层在盆地西缘与南缘环陆沿海岸线呈断续状分布, 据文献资料[13], 该套储集层物性较好, 总厚度为30~100 m。笔者近期通过对盆地南部彭阳古城镇及洛南地区馒头组露头剖面实地考察, 发现该套砂岩的岩性主要为中粒长石石英砂岩, 出露厚度30 m左右, 分布较稳定, 磨圆度好, 孔隙度高达11.6%, 为好储集层。此外, 盆地内部中新元古界长城系也普遍发育砂岩储集层[37, 38], 主要为石英砂岩, 尽管时代老、成岩作用强烈, 但储集空间依然存在, 以残余粒间孔和次生溶孔为主。

中上寒武统— 奥陶系风化壳与白云石化储集层均受南北向古隆起控制。风化壳储集层是目前盆地下古生界最为重要的储集类型, 早先认为该类储集层主要发育在奥陶系顶面的马家沟组上组合（马五1— 马五4亚段）, 并由此发现了储量规模达数千亿立方米的靖边大气田[39]。但近年来, 随着勘探的深入, 人们发现在奥陶系深层马家沟组下组合（马四段及其以下）及寒武系（张夏组— 三山子组）都发育岩溶或风化壳储集层。除此之外, 上述地层中还广泛发育白云石化储集层[39, 40]。从地域上看, 风化壳储集层也不只限于靖边气田所在的盆地中东部地区, 在南北向古陆尤其庆阳古陆及其东侧同样发育; 白云石化储集层（白云岩体）也受南北向古隆起控制, 在古隆起及东西两侧斜坡区大规模分布[41, 42]。

事实上, 奥陶纪末— 早石炭世, 由于加里东期构造抬升及南北向古隆起的存在, 一方面使得研究区中上寒武统— 奥陶系遭受了长期风化剥蚀及岩溶作用; 另一方面, 由于古隆起区常常处于间歇性暴露的沉积环境, 使得处于浅埋藏阶段的灰岩容易受到大气淡水的影响而发生白云石化作用[40]。这两方面因素也许正是中央古隆起区域及其邻近地区在奥陶系马家沟组、寒武系张夏组— 三山子组发育大规模风化壳溶孔型储集层（由含膏云岩或灰岩溶蚀而形成）及白云石化储集层（原岩为滩相颗粒灰岩）的主要原因。

奥陶系“ L” 形台缘礁滩体主要分布在海槽与鄂尔多斯台地的过渡部位, 包括现今西缘冲断带及南缘渭北地区均有分布; 层位上则主要分布在中奥陶统克里摩里组和上奥陶统, 礁滩体总面积约3× 104 km2。礁滩相经历后期改造, 主要形成灰岩与白云岩两类有效储集体。目前该区已有多口井钻遇溶洞、洞穴为主的储集体并获得较好含气显示, 证实了这类储集空间的有效性[39, 43]。

2.3 成藏组合类型

综合烃源岩、储集层及近年勘探实践, 可以将盆地中新元古界— 下古生界成藏组合类型分为台地内部成藏组合与台地边缘成藏组合两大类型（见图7）。

图7 鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界成藏组合类型

台内成藏组合包含“ 上生下储” 和“ 自生自储” 两种亚类。其中上生下储为主要的成藏组合类型, 具体是指上覆石炭系— 二叠系煤系烃源岩生成的天然气向下或侧向通过不整合面运移至寒武系— 奥陶系储集层而形成的成藏组合, 位于盆地中东部地区的靖边大型气田以及目前在陇东地区前石炭纪风化壳获得的一系列重要发现（城探1井在马二段钻遇风化壳气层2.2 m, 试气获1.26× 104 m3/d低产天然气流）均属于这种成藏组合类型; 自生自储型成藏组合类型指以盆地东部盐洼之下的海相泥灰质烃源岩为源, 向盐洼内部白云岩储集层供烃形成的气藏, 目前虽有发现（如统74井在盐下马五7亚段钻遇气层5.5 m, 试气获127.98× 104 m3/d高产工业气流）, 但其烃源岩规模与资源潜力有待进一步落实。

在台地边缘带, 由于发育寒武系、奥陶系等多套烃源岩与多类储集体, 成藏组合较为丰富, 既有海相页岩气储集层, 也有常规天然气藏, 前者主要分布在台缘斜坡区中上奥陶统烃源岩内部（前已述及）, 后者大体有“ 上生下储” 和“ 自生自储” 2种亚类。其中上生下储型成藏组合与台内上生下储组合类似, 是指上覆石炭系-二叠系煤系烃源岩通过侧向运移至寒武系— 奥陶系储集层而成藏; 自生自储型是指由寒武系— 奥陶系烃源岩（如乌拉力克— 拉什仲组泥质烃源层）生成的油气运移聚集在寒武系— 奥陶系储集层中形成的气藏（见图7）。

此外, 不论台地内部还是台地边缘, 在深大断裂与长城系裂陷槽沟通的情况下, 还可能存在下生上储型成

藏组合（见图7）, 即由长城系烃源岩供烃到上部寒武系— 奥陶系储集层中聚集而成藏。该类成藏组合虽然目前在鄂尔多斯盆地尚未获得勘探证实, 但也值得重视。

3 天然气勘探新领域

根据上述烃源岩、储集层分布及成藏组合特征分析, 认为鄂尔多斯盆地中新元古界— 古生界存在如下4个天然气勘探新领域（见图8）, 即庆阳古隆起前石炭纪风化壳、盆地西南缘“ L” 形台缘带、盆地中东部奥陶系盐下组合及中新元古界— 寒武系。其中前石炭纪风化壳、“ L” 形台缘相带是较为现实的接替领域, 奥陶系盐下组合与中新元古界— 寒武系等领域具有较好的勘探潜力, 值得进一步探索。

图8 鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界天然气勘探领域划分（据文献[39]修改）

3.1 庆阳古隆起前石炭纪风化壳

古隆起是沉积盆地内控制油气聚集的重要地质因素之一[34]。庆阳古隆起位于盆地西南部, 面积超万平方千米（见图8）。一般认为其形成于早寒武世, 奥陶纪发展成为分隔秦祁海域与华北海域“ L” 形中央古隆起[30, 31], 石炭纪— 二叠纪调整为低隆起, 最终消失于中晚白垩世（见图4）。

众所周知, 奥陶纪末期的构造抬升造成庆阳古隆起及周边地区下古生界遭受了长期的风化剥蚀, 自东向西马五段— 马一段、三山子组、张夏组和徐庄组等诸层段依次剥露至地表（见图8）。同时, 由于古地貌西高东低, 自西向东依次发育岩溶高地、岩溶台地、岩溶斜坡以及岩溶洼地[39]。由于奥陶系马家沟组、寒武系三山子组— 张夏组在古隆起周围以含膏云岩或滩相颗粒灰岩沉积为主, 经过长期暴露与风化淋滤作用后, 容易形成风化壳及白云石化储集层。风化壳溶蚀缝洞或滩相白云岩储集体与上覆石炭系— 二叠系煤系烃源岩相配置, 可以形成有效天然气聚集。

印支期末— 燕山期, 随着盆地东部抬升, 古隆起消失, 古地貌转变为东高西低, 上古生界气源沿风化壳供烃窗口向东侧上倾方向运移, 受古地貌及岩性致密带遮挡, 发育地层-岩性圈闭气藏（见图9a）。目前有多口探井（如陇17井）在下古生界获得天然气流, 揭示了古隆起东侧前石炭纪风化壳具有一定的成藏潜力。

3.2 “ L” 形台缘带

该领域是指鄂尔多斯台地与其西缘贺兰海槽、南缘秦岭海槽的过渡区域（见图8）。在寒武纪— 奥陶纪, 该区域处于台缘-陆棚-斜坡环境, 生储盖组合较多, 具有较好的常规与非常规天然气成藏地质条件。

就页岩气而言, 如前所述, 在“ L” 形海槽南缘与西缘发育了较大规模的有效海相烃源岩, 并且具有一定的储集性能。近期, 盆地西缘马家滩地区、银洞子地区及南缘麟游地区多口探井在乌拉力克组/平凉组、背锅山组泥页岩中发现气测异常显示, 尤其位于盆地西缘的忠4井在乌拉力克组泥质岩段试气获4.18× 104 m3/d工业气流, 这说明烃源岩内部赋存有丰富的页岩气资源, 值得重视。

就常规天然气而言, 在盆地西缘, 奥陶纪克里摩里组沉积期自东向西依次发育高能浅滩、潟湖、台缘隆起及广海陆棚相带, 其中高能浅滩、台缘隆起广泛发育球粒灰岩、颗粒灰岩及生物灰岩等礁滩体沉积, 受后期白云石化及岩溶作用影响, 发育白云岩与岩溶缝洞等多种类型储集体[1]。同时该领域具有多源供烃特征, 上覆石炭系-二叠系煤系烃源岩和奥陶系乌拉力克组烃源岩生成的油气可向古隆起方向运移, 在奥陶系礁滩体中聚集成藏。

需要说明的是, 由于该区域现今构造主体属于西部冲断带和天环坳陷东、西两翼, 断裂构造发育, 成藏条件相对复杂。受后期西缘冲断带活动及天环坳陷迁移演化影响, 前期形成的油气藏会发生调整, 但由于上倾方向存在断层或潟湖区泥岩或白云石化程度弱的泥晶灰岩等致密岩性封堵, 有利于构造-岩性、地层-岩性等复合气藏的形成（见图9b）, 典型实例有忠探1井和李16井, 两者均在奥陶系获得低产气流。同时, 近期研究认为在主冲断层下盘和大的宽缓向斜带构造变形相对较弱, 尤其下古生界具有较好的保存条件[40]。

图9 鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界成藏模式

“ L” 形台缘带的南缘主要指盆地南部渭北隆起带。寒武纪— 奥陶纪该区南部为秦岭海槽, 北部为庆阳古隆起, 区内发育奥陶系台缘带礁滩体、中寒武统张夏组— 三山子组白云石化储集层及下寒武统（辛集组— 朱砂洞组, 馒头组— 毛庄组）环陆分布的滨浅海石英砂岩储集层等多套储集体; 同时该区域发育了较厚的平凉组海相泥页岩, 又邻近中新元古界晋陕裂陷槽与寒武系海湾烃源岩发育区（见图8）, 具有多源供烃优势。由于庆阳古隆起为长期古隆起, 多种来源的油气有可能向古隆起方向运移, 最终在寒武系— 奥陶系有利储集体中聚集成藏。尽管随着后期构造活动的抬升（印支期末— 燕山运动以来）, 该区发生翘倾, 由南倾海槽演变为隆升区[10], 但由于寒武系— 奥陶系埋深仍较大, 在构造稳定区依然具有一定保存条件, 推测能够形成与礁滩体、白云岩体等有关的构造-岩性复合气藏（见图9d）。虽然目前还未发现实例, 但由于晚三叠世之前（印支运动晚期）该区始终是源于北秦岭地区深水陆棚-海湾环境烃源岩所生成油气运移的指向区（详见下文）, 因而是目前盆地古老海相烃源岩最有利的勘探区, 有望形成天然气勘探新的接替区带。

总体而言, 与台内相比, 台缘带虽然具有生储盖组合多的特点, 但由于构造活动强, 常规天然气藏保存难度大, 下一步需要加强构造与圈闭有效性研究, 寻找构造相对稳定区进行勘探。

3.3 盆地中东部奥陶系盐下组合

盆地中东部地区奥陶系可分为“ 盐上” 与“ 盐下” 2个组合, 其中盐上组合（马五段1— 5亚段）已发现靖边大气田[1, 35], 故不在讨论之列。本文讨论的盐下组合指奥陶系马五7亚段— 马一段, 地域上包括东部盐洼及靖边风化壳气藏的深层, 勘探面积约10.0× 104 km2。该组合的上覆层段马五6亚段膏盐岩厚度大, 分布面积广, 封盖能力强, 为盐下气藏的区域盖层。位于马五6亚段之下的马五8亚段、马五10亚段及更深层的马一段、马三段也普遍含有膏盐层, 为盐下气藏的直接盖层。前期研究表明[1, 35, 36], 台内盐洼中含藻泥灰岩具备一定生烃能力, 并且盐间马五7亚段、马五9亚段和马四段发育白云岩储集层, 十分有利于天然气气藏的形成（见图9c）。事实上, 如前所述, 位于盐洼内部的统74井已在马五7亚段获得高产工业气流, 证明盐下是寻找奥陶系“ 内幕式” 天然气藏的主要领域。

从世界范围看, 闭塞盐盆或蒸发潟湖环境在海水咸化之前都发育良好的优质烃源岩, 咸化之后的膏盐岩为盐下成藏提供了良好的封盖条件[1, 44]。因此, 下一步需围绕该领域落实主力烃源岩及资源潜力, 明确气藏发育主控因素, 在此基础上, 优选可靠圈闭实施钻探, 争取获得新发现。

3.4 中新元古界— 寒武系

中新元古界— 寒武系在鄂尔多斯盆地本部尚未发现规模有效烃源岩, 只是在盆地外围北秦岭洛南地区发现了高丰度烃源岩, 在盆地内部也只是个别井（桃59井）徐庄组发现了具有一定生烃潜力的“ 暗色泥岩” 。因此, 围绕该层系的主要勘探工作有两方面：①继续在盆地内部寻找规模有效烃源岩; ②探索盆地外围北秦岭洛南地区寒武系高丰度烃源岩对盆地本部、尤其对庆阳古隆起南缘一带油气成藏的贡献, 以下笔者重点对后者进行分析。

北秦岭洛南地区寒武系高丰度烃源岩对盆地内部成藏的贡献涉及秦岭造山带崛起时期与下古生界烃源岩生烃排烃时期是否匹配问题。对于秦岭造山带崛起时期, 如前所述, 笔者研究认为, 北秦岭全面崛起的时期应该为晚三叠世以来; 对于下古生界烃源岩生排烃时期, 前人做过大量研究, 何治亮等[45]认为下古生界源岩在距今240 Ma时进入高成熟, 印支运动抬升, 热演化停止; 戴金星[33]认为马店组烃源岩在加里东末期开始生烃; 朱建辉等[46]认为二叠纪末期, Ro值大部分地区均已超过1.0%, 进入生烃高峰; 王兆云等[47]认为南华北地区下古生界烃源岩大规模生烃期为二叠纪末, 位于深层的下寒武统烃源岩生排烃期可能更早。显然, 大家普遍承认研究区下古生界烃源岩第1次大规模生排烃时期为二叠纪末期— 早中三叠世, 即晚三叠世之前, 而此时秦岭尚未崛起。由此看来, 当时的庆阳古隆起为油气运移指向区, 由北秦岭— 洛南地区寒武系高丰度烃源岩与中新元古界烃源岩生成的油气完全有可能向北部的古隆起方向运移聚集成藏（见图10）。目前在位于庆阳古隆起南侧的麟探1井、旬探1井、耀参1井张夏组中发现的古沥青或含气显示或许就是这一过程的体现。

需要说明的是, 由于后期构造变动, 庆阳古隆起消失, 渭北隆起形成, 早先形成的油气藏会发生调整, 下一步需要加强构造变动对古油气藏影响的研究, 以确定有利的勘探目标。

4 下步勘探建议

目前, 除了对鄂尔多斯盆地奥陶系顶面风化壳研究程度较高外, 中新元古界— 下古生界勘探程度总体较低, 许多勘探新层系或老层系中还存在新领域, 还有许多基础地质问题没有解决; 有望成为接替领域的前石炭纪风化壳储集层非均质性强, 下一步需要精细刻画岩溶古地貌以寻找有利储集体; “ L” 形台缘带构造活动强烈, 天然气藏保存难度大, 下一步需要寻找构造相对稳定区进行勘探。鉴于此, 笔者提出以下建议：①加强基础地质研究。主要包括庆阳古隆起前石炭纪风化壳岩溶古地貌的精细刻画研究、盆地中东部奥陶系盐下气源的确定与岩性圈闭目标落实研究、“ L” 形台缘带地质结构解释与圈闭有效性以及页岩气勘探潜力评价研究等。同时, 针对中新元古界甘陕裂陷槽和晋陕裂陷槽及寒武系海湾, 开展古构造、古沉积、古生烃、古成藏综合研究, 尽快圈定主力勘探靶区。②加强地震攻关研究。建议以天环坳陷中北段— 马家滩地区、天环坳陷南段— 正宁地区及庆阳古隆起为重点, 加密部署高精度二维地震测线, 提高深层地震信噪比和分辨率, 攻关岩溶裂缝带刻画、台缘礁滩体储集层预测与精细构造解释, 优选目标择机开展风险钻探。

图10 庆阳古隆起— 秦岭地区印支运动之前油气运移成藏模式（剖面位置见图2b）

5 结论

鄂尔多斯盆地及周缘主要发育中新元古界、下寒武统底部和中上奥陶统3套烃源岩, 其中中新元古界烃源岩在盆地周缘深水陆棚及盆地本部甘陕与晋陕裂陷槽中均有分布; 下寒武统底部烃源岩是新发现的烃源岩, 主要发育于盆地南缘— 北秦岭地区海湾（裂陷）及深水陆棚环境; 中上奥陶统海相烃源岩主要发育于“ L” 形海槽陆棚-斜坡带及台内盐洼环境。

受滨岸环境、古隆起及台地边缘环境控制, 下古生界主要发育4类储集层, 分别是下寒武统（辛集组— 朱砂洞组, 馒头组— 毛庄组）及中新元古界滨浅海石英砂岩、中上寒武统— 奥陶系风化壳与白云石化储集层及奥陶系“ L” 形台缘带礁滩体。

研究区成藏组合变化较大, 台内成藏组合以“ 上生下储” 为主（石炭系— 二叠系生, 寒武系— 奥陶系储与盖）, “ 自生自储” 次之; 台缘带成藏组合较多, 类型也较多, 既发育海相泥页岩气储集层, 也存在常规天然气藏, 既有“ 上生下储” 组合, 也有“ 自生自储” 组合（寒武系— 奥陶系自生自储）。此外, 不论台内还是台缘, 在深大断裂与长城系古裂陷槽沟通的情况下, 还存在下生上储组合（长城系生、寒武系储）。

鄂尔多斯盆地中新元古界— 下古生界存在庆阳古隆起前石炭纪风化壳、“ L” 形台缘带、奥陶系盐下组合及寒武系— 中新元古界裂陷槽（海湾）4个天然气勘探领域, 其中前石炭纪风化壳、“ L” 形台缘相带是较为现实的接替领域, 奥陶系盐下组合及盆地深层中新元古界— 寒武系等领域具有一定勘探潜力, 值得进一步探索。

致谢：中国石油长庆油田公司勘探开发研究院孙六一、任军峰等和中国石油勘探开发研究院郭彦如、周进高、吴兴宁、赵振宇、刘俊榜、张月巧、高建荣、张延玲、李宁熙等参加了相关研究工作, 在此一并表示诚挚谢意！

（编辑 黄昌武）

The authors have declared that no competing interests exist.

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