鄂尔多斯盆地上古生界含煤层序地层与储层预测

鄂尔多斯盆地为位于华北地台西部的大型克拉通叠合盆地，三次主要构造运动（早古生代加里东运动、早中生代印支运动和晚中生代的燕山运动）将盆地分为三大构造层序和三个含油气系统，即下构造层序下古生界含气系统、中构造层序上古生界含气系统、上构造层序上三叠-侏罗系含油系统。

上古生界含气系统是自生、自储、自盖的煤成气含气系统，其沉积地层为一套在北高南低的缓倾古地形之上以陆表海为沉积背景发育起来的早期为海陆过渡相、晚期为河湖相的陆源含煤建造。本节以盆地中东部地区为例，说明其层序地层与储层分布特征。

一、层序地层格架

上古生界构造层序整体形成于高级次区域基准面产生的以基准面下降期沉积为主的不对称旋回。经对研究区钻井、露头、测井资料详细分析，将石炭—二叠系勘探目的层段本溪组—上石盒子组划分为3个中期地层旋回、11个短期地层旋回。三个中期旋回自上而下命名为MSC1、MSC2、MSC3（图3-11）。

（一）MSC3旋回

相当于本溪组和太原组。底界为石炭系与奥陶系之间的区域不整合面，顶界为山西组底部较发育的河道下切面，即北岔沟砂岩的底界。该层序为一不对称旋回，其上升半旋回的地层厚度远大于下降半旋回。上升半旋回发育潮坪砂泥岩、泥炭坪煤层、障壁岛和扇三角洲砂岩、海相灰岩等；下降半旋回则以发育泥炭坪泥岩、煤层为特征；上升与下降的转换点，即最大洪泛面位置，为一套全区广泛发育的海相灰岩或与其相应的细粒泥质沉积。

（二）MSC2旋回

相当于山西组。底界为山西组底部较发育的河道下切面，顶界为下石盒子组底部的河道下切面，即骆驼脖子砂岩的底界面。该旋回为一不对称旋回，其下降半旋回的厚度多大于上升半旋回的厚度。上升半旋回下部发育河道沉积，上部发育泛滥平原泥质沉积和煤层；下降半旋回发育河道砂岩和泛滥平原泥岩沉积，局部发育炭质泥岩和煤层。上升与下降的转换点为全区广泛分布的较厚层泛滥平原沼泽煤层。

图3-11 神2井层序地层综合分析图

（三）MSC1层序

相当于上、下石盒子组地层。底界为下石盒子组骆驼脖子砂岩底部的不整合面，顶界为石千峰组底部较厚层砂岩的底界。该旋回为一不对称旋回，上升半旋回的地层厚度远大于下降半旋回。上升半旋回为呈退积叠加样式的河道砂砾岩和泛滥平原泥质沉积；下降半旋回以泛滥平原泥质沉积为主，局部为滨浅湖沉积，夹河道和决口扇砂岩。上升与下降半旋回的拐点为上石盒子组中、上部广泛发育的一套泛滥平原或滨浅湖泥质沉积物。

在单井层序划分的基础上，选择大致平行和垂直物源两个方向，建立了研究区的高分辨率层序地层对比格架（图3-12）。由MSC2+MSC3旋回对比格架可以看出，在研究区南部近盆地中心位置，短期地层旋回发育完全，多以对称旋回为主；而近盆地边缘位置，短期地层旋回发育不全，表现为缺失某一短期旋回，或表现为缺失旋回的某一部分。短期旋回的发育程度与其所处的地理位置及在中期旋回中可容纳空间的相对大小有关。在近盆地边缘地区，在中期旋回上升半旋回下部多缺失下部的短期旋回，中期旋回下降半旋回上部多缺失上部短期旋回。这一特征主要受可容纳空间所限制的沉积物的体积分配和A/S值所决定的沉积物的保存程度控制。

图3-12 伊14井—陕196井—神2井—鄂6井MSC3和MSC2旋回南北向对比剖面图

二、基准面旋回与沉积体系构成

研究区目的层段可识别出以下几种沉积体系：扇三角洲沉积体系、陆表海沉积体系、三角洲沉积体系、冲积扇沉积体系及河流沉积体系。层序格架内不同层序以及层序内不同的位置，沉积体系的发育具有不同的特征。

（一）MSC3旋回沉积体系构成

该旋回形成期，鄂尔多斯盆地具陆表海沉积特征，形成障壁岛与潟湖—潮坪相邻分布的多堡岛沉积。海平面上升过程中形成几乎覆盖全区的台地碳酸盐岩沉积。盆地北部发育扇三角洲沉积。

（二）MSC2旋回沉积体系构成

该旋回沉积是在海西运动构造背景下，在石炭纪末海退的陆表海基础上发育起来的。相对于下部MSC3层序，其沉积范围扩大，并向盆地边缘超覆。此时华北地台北缘逐渐抬升，北高南低的古地形格局更加明显，南北沉积分异作用出现。在来自北方古陆丰富的碎屑物质供给条件下，在中北部地区自北而南形成了曲流河—三角洲沉积。温湿的气候条件及植物的繁茂，在曲流河河间低地、湖泊边缘、三角洲间湾沼泽等各部位发育泥炭沼泽。

（三）MSC1旋回沉积体系构成

该旋回沉积早期，由于受海西构造运动影响，华北地台北缘古陆进一步抬升，古陆与沉积盆地相对高差变大，沉积继承山西组沉积期的沉积格局，发育的沉积相类型与山西组类似，主要为河流—三角洲—湖泊沉积。该期碎屑体系空前发育，尽管有北方华夏植物群的鼎盛繁衍，但因气候干燥而未能形成煤层。晚期气候进一步变得干燥，其古地貌在继承前期古地理格局的基础上，开始向内陆湖盆转化，古地理面貌为以湖区为主体的河流—湖泊复合体系，主要特征表现为冲积体系的萎缩和湖相区的扩大。

综上所述，鄂尔多斯盆地上古生界层序地层发育特征如图3-13所示。早期具准平原基础上形成的陆表海沉积特征。由于基底沉降速率较低，古地形平缓，海平面的升降可以引起海岸线的大规模的进退和岩相上的频繁交替。因此，古地理环境和水动力条件在相当大的范围内具有一致性。加之气候潮湿，造就了煤系地层广布的石炭系和早二叠世滨海相和海岸平原相为主的含煤盆地。其特征是构成中期基准面旋回上升半旋回早期的低位体系域不甚发育，而是以上升半旋回晚期水进体系域的碳酸盐台地相、潮汐相和基准面下降半旋回的滨岸滩坝相为主（图3-13下部中期旋回）。

图3-13 鄂尔多斯盆地中东部上古生界南北向地层层序发育模式图

二叠纪，海水退出盆地，开始了晚期陆相盆地的发育阶段，以三角洲—湖相、河流—冲积平原—湖沼相为主，构造运动和沉积物补给对层序发育特征的控制作用明显。盆地北部被来自北缘的冲积扇和河流三角洲体系进积充填。中期基准面旋回发育完整，基准面上升半旋回主要以底部冲刷面为界的分支河道砂岩相开始，以分支间洼地薄煤层或泛滥平原相泥岩告终；基准面下降半旋回中决口扇、决口河道发育。随着区域基准面旋回的下降，至二叠纪晚期，由于基底的抬升，盆地可容纳空间的降低及河流三角洲向盆地的推进，中期基准面旋回以河流冲积平原相为主的基准面上升半旋回更为发育（图3-13中上部中期旋回）。

三、储层分布预测

（一）储层分布的层序地层位置

储层在MSC1、MSC2、MSC3三个旋回中均有分布。目前已发现气层或较好气显示的层段主要为：MSC3上部短期旋回上升半旋回的障壁岛和潮道砂体，MSC2中、上部短期旋回上升半旋回的河道砂体和MSC1中、下部短期旋回上升半旋回的河道砂体。总体上，这些含气层位具有以下特征：

（1）主要的储集层段多发育于短期旋回最大洪泛面之下的基准面上升期。该时期形成的河道砂体、障壁岛和潮道砂体，紧邻生气源岩，其上最大洪泛面泥岩又可作为直接盖层，具备良好的生、储、盖配置关系。

（2）陆表海层序（太原组为主）储集层主要为中期基准面上升半旋回晚期形成的水进型障壁岛、潮沟、潮道相和基准面下降期形成的河口坝、滩坝砂。

（3）陆相层序（山西组、石盒子组）有利储层多为发育在短期基准面上升半旋回下部的三角洲分流河道、冲积平原河道砂体。

（二）储层分布与有利含气区带预测

以钻井资料为基础，结合地震地层分析及地震相地质意义的标定，认为在山西组和上、下石盒子组地震反射中，叠瓦状反射、丘状反射、透镜状反射的形成与河流的发育有关。山西组（MSC2）和石盒子组（MSC1）内河道砂体为主要储集体。依此对盆地中东部地区山西组和石盒子组河道储集砂体平面分布作出预测，如图 3-14 所示。在此基础上，结合3个中期基准面旋回砂体厚度与储层物性分析，指出了盆地中东部有利储层分布区

图3-14 山西组和上、下石盒子组河道体系发育图

为：伊24—鄂9—鄂5—伊14井区、伊22—伊6—伊13井区、伊15—召探1井区和伊9井区（图3-15）。

图3-15 上古生界砂体集中发育区及含油气远景区

根据储层平面分布预测，并结合储层成岩作用、煤层、暗色泥岩等气源岩分布特征及已知的气田位置和有利层位，确定了盆地中东部有利含气区带为：①塔巴庙—起鸡哈浪—陕196井区为上古生界最有利勘探区。此区距油源近，储层厚度大，物性好，盖层条件也好，并且已有陕141井、陕9井等高产工业气流井出现。②杭锦旗—泊尔江海子为较有利勘探区。该区储层条件很好，也具备一定的构造条件。不利之处为油源不充分且盖层条件不是太好。