鄂尔多斯盆地东缘临兴中区煤系气富集地质条件及成藏模式

鄂尔多斯盆地东缘临兴区块中部（以下简称临兴中区）含煤岩系分布范围广、厚度大及有机质热成熟度高，是极具潜力的煤系气勘探目标。但是，对煤系气储层地质条件及富集成藏机制认识不清制约了该地区煤系气的高效勘探。为此，在对临兴中区煤系气生储盖特征分析的基础之上，结合煤系储层含气性特征，剖析了煤系气的分布特征及其共生关系，综合构造、岩浆热作用、沉积和水动力等控制因素，探讨了该区煤系气的成藏模式。

研究结果表明 ：①充足的气源供应、相互叠置煤系储层的广泛分布以及良好的盖层条件为临兴中区煤系气的富集成藏提供了基础条件 ；②受构造特征和含气性特征的影响，煤系气分布可划分为 3 个区带，其中紫金山隆起区以煤层气自生自储为主，环紫金山向斜区以煤层气、致密砂岩气、页岩气三气自生共储为主，平缓构造区以煤层气、致密砂岩气两气自生共储为主；③构造演化、岩浆活动、沉积地质及水文地质等因素对临兴中区煤系气富集成藏均有影响。结论认为，研究区煤系气成藏类型主要为岩浆热侵—断层逸散型、向斜—水动力封堵型和岩性—水动力封堵型，研究成果为该区煤系气的精细勘探指明了方向。

Ⅰ

鄂尔多斯盆地东缘地跨伊盟隆起、晋西挠褶带和渭北隆起 3 个构造单元，整体为西倾的单斜构造，构造较简单，广泛发育石炭系—二叠系煤系地层 ，烃源岩发育良好，下二叠统山西组煤层稳定发育，厚度介于 1 ～ 15 m，上石炭统本溪组—下二叠统山西组页岩厚度较大、分布广泛。临兴区块位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带，总体为向西倾斜的单斜构造，地层倾角较小，构造发育。区内可分为临兴西、临兴中、临兴东 3 部分，临兴中区中部隆起区受紫金山构造岩浆作用影响较大，断裂发育且呈环形放射状展布，四周为环状分布的向斜区，北部受岩浆侵入的影响较弱，为平缓构造区（图 1）。

本溪组—盒八段煤层、泥岩层、砂岩层平面上广泛分布，垂向上相互叠置，发育多套有效的生储盖配置，具备良好的煤系气富集成藏基础，是笔者本次研究的目的层段。

图1  临兴中区构造位置及地层综合柱状图

Ⅱ

采用测井参数与录井资料相结合的方法对煤系地层含气性进行预测分析，临兴中区煤层含气量介于 6.1 ～ 24.6 m³/t，由于紫金山岩体的侵入，整体表现为环紫金山岩体带显示异常高值且向四周降低的特性（图 2-a、b）。泥页岩储层孔隙发育程度较低，含气性较弱，整体上不如煤层气和砂岩气含量高，介于 0.2 ～ 2.6 m³/t，分布规律同煤层含气量相反，环紫金山岩体带处含气量较低，沿四周含气量较高（图 2-c ～ d）。砂岩气含气量介于 0.4 ～ 4.5 m³/t，含气量分布不均匀，以蔡家会为界，北部含气量较高，南部含气量较低，表现为北高南低的特性（图 2-e ～ h）。

图2  临兴中区本溪组—山西组煤系地层含气量分布图

Ⅲ

一、构造

临兴中区受紫金山岩浆侵入抬升地层的影响，总体可分为 3 个区，分别是紫金山隆起区、环紫金山向斜区和平缓构造区，采用断层相似维及褶皱平面变形系数量化评价研究区构造的复杂程度。

如图 3 所示，断层相似维介于 0.3 ～ 1.5，褶皱平面变形系数介于 0.01 ～ 0.52，变化范围较大，受紫金山岩体的影响，分布趋势整体为在紫金山隆起区最高，紫金山隆起区到平缓构造区，断层发育程度越差，岩层褶皱变形程度越小，整体构造越简单。紫金山隆起区受紫金山岩体侵入影响明显，断层褶皱最为发育，隆起核部发育大量高陡正断层，断距大，断开层位多，天然气沿断层向上运移，导致源内、近源发育的煤系气藏遭受破坏，在上部上石盒子组远源成藏更为普遍 ；环紫金山向斜区在挤压作用下围绕紫金山岩体发育弧形断层及小型层间断裂，主要为逆断层，规模较小，断距介于 10 ～ 50 m，起到沟通相邻储层的作用，有利于煤系地层中天然气运移；平缓构造区受紫金山岩体影响较小，地层倾角小，断层不发育，微裂缝发育较好，有利于煤系气藏的保存 。

图3  临兴中区断层相似维与褶皱平面变形系数图

二、热动力作用

热动力主要通过影响有机质成熟度来达到控气作用，研究区地温梯度介于 2.8 ～ 5.8 ℃ /100 m，紫金山隆起区附近为地温梯度异常高值区，自紫金山隆起区至平缓构造区，地温梯度逐渐降低（图 4-a），本溪组有机质成熟度也呈现出紫金山隆起区异常增大的特征。而岩浆侵入伴随的热动力作用兼之动力挤压作用会产生异常高压，产生贯穿多套地层的断裂体系，兼之后期发生的多次大规模岩浆喷发活动，断裂体系反复扩张，致使地层已有裂隙变宽并产生大量次生裂缝 ，导致紫金山隆起区附近的煤系气部分逸散，而生烃增压作用在扩宽裂隙的同时形成大量微裂缝，使煤层具有较好的储集条件和运移条件（图 4-b、c）。

图4  临兴中区地温梯度、本溪组有机质成熟度与主力煤层渗透率分布图

三、沉积相

沉积相带通过含煤岩系的岩性、岩相及空间组合等控制着煤系储层的规模与物性，优质储层的规模和分布直接决定了煤系气能否富集成藏。临兴中区山西组为浅水三角洲沉积（图 5-a），太原组为障壁海岸沉积（图 5-b），本溪组为潮坪—潟湖沉积（图 5-c）。

图5  临兴中区山西组—本溪组沉积微相分布图

Ⅳ

一、岩浆热侵—断层逸散型

紫金山隆起区煤系气富集特征主要表现为受构造和热动力影响明显，形成岩浆热侵—断层逸散型煤系气成藏模式（图 6），煤系气以煤层气自生自储为主。

二、向斜—水动力封堵型

环紫金山向斜区煤系气富集特征主要表现为受控于构造和水动力条件，形成向斜—水动力封堵型煤系气成藏模式（图 6），煤系气以煤层气、致密砂岩气、泥页岩气三气自生共储为主。环紫金山向斜区受到岩浆侵入影响较小，但在挤压作用下发育的弧形断层及小型层间断裂的断距较小，在沟通上下储集层的同时提高了生储层的渗透率和导流能力。此外，向斜核部埋深较大，上覆区域性盖层较厚，保存条件较好，大规模物性较好的砂岩和泥页岩储层的发育也有利于煤系气富集成藏，相对滞留区的地下水环境阻碍了地下水的交互，导致地下水流动性弱，有利于煤系气的保存。

三、岩性—水动力封堵型

平缓构造区煤系气富集特征主要表现为受控于沉积环境和水动力条件，形成岩性—水动力封堵型煤系气成藏模式（图 6），煤系气以煤层气、致密砂岩气两气自生共储为主。

图6  临兴中区煤系气富集成藏模式图

Ⅴ

1）临兴中区煤系烃源岩分布广泛，生烃潜力及热演化程度较高，为煤系气富集成藏提供了气源基础 ；煤系储层相对致密，但分布面积广，累计厚度大，各类储层与烃源岩叠置共生，空间配置关系有利；煤系地层上部盒八段区域性泥岩盖层广泛发育且封盖性强，煤系旋回性强，煤系地层内部泥岩、煤岩、致密砂岩和页岩可以互为盖层，形成多套生储盖组合，为研究区煤系气提供了较为有利的成藏条件。

2）临兴中区煤系储层存在多种岩性组合配置关系，基于构造特征、含气性、储层累计厚度、岩性组合及生储盖关系将煤系气分布划分为 3 个带。其中紫金山隆起区以煤层气自生自储为主，发育独立煤层气藏 ；环紫金山向斜区以三气自生共储为主，发育煤系三气组合气藏 ；平缓构造区以煤层气、致密砂岩气两气自生共储为主，发育煤层气和致密砂岩气组合气藏。

3）煤系气的富集成藏受到构造、热动力、沉积和水动力条件等多因素影响，从定性、定量的角度出发综合分析控气地质因素。紫金山隆起区煤系气富集主要受控于构造、热动力条件，形成岩浆热侵—断层逸散型煤系气成藏模式 ；环紫金山向斜区煤系气富集主要受控于构造、水动力条件，形成向斜—水动力封堵型煤系气成藏模式 ；平缓构造区煤系气富集主要受控于沉积、水动力条件，形成岩性—水动力封堵型煤系气成藏模式。