鄂爾多斯盆地東部米探1井奧陶系馬四段天然氣勘探新發現及勘探方向

付金華 于 洲 李程善 王維斌 黃正良 吳興寧 王少依

1.中國石油長慶油田公司 2.中國石油杭州地質研究院 3.中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室

0 引言

前人對鄂爾多斯盆地馬四段的研究主要集中于巖相古地理方面，且存在較大分歧。馮增昭等[9]、郭彥如等[10]認為盆地東部為開闊臺地相沉積；周進高等[11]認為盆地東部為局限臺地相臺內灘、灘間海和臺內洼地微相沉積。對盆地東部馬四段天然氣成藏條件[12]綜合研究較少。盆地東部馬四段天然氣勘探仍然存在“儲層發育規律不明、圈閉類型及保存條件不落實”等關鍵問題，嚴重制約了盆地東部的天然氣勘探。為了深化盆地東部馬四段的地質認識，指導該區下一步天然氣勘探部署，筆者結合前人的研究成果，在分析米探1井鉆探成果的基礎上，對該區的烴源巖條件、儲層特征、圈閉類型以及保存條件等天然氣成藏要素開展了系統研究，并預測了天然氣有利勘探區帶，以期為該區馬四段天然氣勘探部署提供技術支撐。

1 沉積背景及地層巖性特征

鄂爾多斯盆地在奧陶紀馬四期具有“隆坳相間”的構造古地理格局[11,13]，由西向東依次為西南邊緣坳陷、中央古隆起、桃利廟坳陷、橫山隆起、米脂坳陷和離石隆起（圖1）。馬四段為馬家溝組內最大海侵沉積[11]，由于海平面快速上升，盆地周緣海水從東、南、西3個方向淹過古隆起并進入鄂爾多斯盆地東部地區，導致盆地中東部沉積環境由馬三期的蒸發臺地相轉變為臺地邊緣—局限臺地相，中央古隆起發育臺地邊緣灘相沉積，沉積物巖性主要為砂屑白云巖、粉—細晶白云巖和細—中晶白云巖，夾少量斑狀粉晶白云巖和云斑石灰巖；橫山隆起發育局限臺地相臺內顆粒灘和灘間海微相沉積，沉積物巖性以砂（礫）屑白云巖、粉—細晶白云巖和斑狀粉晶白云巖為主，夾少量薄層云斑石灰巖；桃利廟坳陷和米脂坳陷以局限臺地相灰質潟湖沉積為主，局部發育臺內丘，其中灰質潟湖沉積物巖性為石灰巖，臺內丘沉積物巖性為斑狀粉晶白云巖、斑狀灰質白云巖和疊層石白云巖。

鄂爾多斯盆地東部馬四段巖性以石灰巖、白云質石灰巖、灰質白云巖和白云巖等碳酸鹽巖為主，上部夾多套薄層硬石膏巖，連續沉積于馬三段之上，與上覆馬五段呈整合接觸。根據巖石組合及沉積旋回特征，自下而上又細劃分為3個亞段：馬四3亞段厚度介于47～66 m，巖性以石灰巖和白云質石灰巖為主，局部地區夾少量薄層灰質白云巖和白云巖；馬四2亞段厚度介于38～68 m，沉積物巖性以白云質石灰巖和灰質白云巖、白云巖間互沉積為特征；馬四1亞段厚度介于30～52 m，中、下部以硬石膏巖、白云質石灰巖、灰質白云巖和白云巖沉積為主要特征，上部以白云質石灰巖和白云巖沉積為主（圖1）。

2 米探1井馬四段天然氣勘探新發現

近年來，在鄂爾多斯盆地東部馬四段見到油氣勘探苗頭的基礎之上和盆地中東部奧陶系鹽下多口鉆井獲得高產自生自儲油型氣的啟示下，結合新鉆井和新地震資料，重新深化了馬四段沉積、儲層、圈閉和保存條件等成藏條件的認識，認為盆地東部鹽隆構造帶上的馬四段具備奧陶系鹽下高產氣井相似的成藏條件?；诖?，中國石油長慶油田公司于2019—2020年在盆地東部奧陶紀米脂坳陷的凸起帶和現今鹽隆構造帶疊合位置部署了一口鉆探目的層為馬四段的風險探井——米探1井（圖1、2）。該井于2020年9月14日開鉆，2021年3月15日完鉆，完鉆層位為寒武系三山子組，完鉆井深為3 190 m。該井自上而下鉆遇第四系，三疊系延長組、脂肪組、和尚溝組、劉家溝組，二疊系石千峰組、石盒子組、山西組和太原組，石炭系本溪組，奧陶系馬五段、馬四段、馬三段、馬二段和馬一段，寒武系三山子組。

圖1 鄂爾多斯盆地馬四段巖相古地理與地層柱狀圖

米探1井馬四段厚度為183.94 m，其中馬四3亞段厚度為56.99 m；馬四2亞段厚度為80.60 m，較周緣井的馬四2亞段厚20～24 m；馬四1亞段厚度為46.36 m（圖3）。綜合地震、成像測井和鉆井巖心等資料開展地層對比，發現米探1井馬四2亞段存在一條小型逆斷層，斷點位置在井深2 653.4 m，斷層上、下盤重復地層厚度為23.8 m（圖2、3）。斷層中充填的角礫巖巖性為細—粉晶白云巖，發育殘余礫間孔、晶間孔和微裂縫；斷層之上可見1個1 m高的小型巖溶洞穴，洞穴充填物由細—粉晶白云石粉砂、細—粉晶白云石角礫和方解石角礫組成，角礫間半充填細—粉晶白云石粉砂和方解石，殘余礫間孔較發育，部分細—粉晶白云石角礫中發育晶間孔（圖3）。

圖2 過米探1井疊前偏移地震剖面圖

圖3 米探1井馬四段綜合柱狀圖

米探1井馬四段儲層巖性主要為斑狀灰質白云巖和斑狀白云質石灰巖，少量粉晶白云巖和角礫巖，儲集空間類型有晶間孔、礫間孔和微裂縫。測井解釋結果顯示，米探1井馬四段儲層累計厚度為58.3 m，其中馬四3亞段儲層累計厚度為19.7 m，氣層厚度為9.9 m，含氣水層厚度為5.1 m，干層厚度為4.7 m；馬四2亞段儲層累計厚度為31.7 m，氣層厚度為2.0 m，含氣層厚度為10.7 m，含氣水層厚度為5.3 m，干層厚度為13.7 m；馬四1亞段儲層累計厚度為6.9 m，含氣層厚度為1.3 m，含氣水層厚度為2.4 m，干層厚度為3.2 m（圖3）。

米探1井先后于2021年5月和6月進行兩次壓裂酸化施工及試氣，第一次采用“胍膠＋滑溜水＋陶粒壓裂”施工方案，對馬四3亞段井段2 700.0～2 704.0 m和井段2 710.7～2 714.0 m進行射孔壓裂施工，試氣日產天然氣量為6.18×104m3，日產水量為9.6 m3，計算天然氣無阻流量為20.73×104m3/d；第二次也采用“胍膠＋滑溜水＋陶粒壓裂”施工方案，對井段2 616.5～2 618.5 m、2 622.0～2 625.0 m和2 630.4～2 635.9 m進行射孔壓裂施工，馬四3亞段和馬四2亞段合試，試氣日產天然氣量為8.46×104m3，日產水量為21.6 m3，計算天然氣無阻流量為35.24×104m3（圖3）。

老年腦卒中患者往往需要長期臥床，在一定程度增加了護理難度，而受到多因素影響，患者有發生壓瘡的風險[1]。而患者的恢復需要很長時間，大多數患者無法在院接受長期治療，通過護理干預向患者的家庭延伸，幫助患者預防并發癥，提高康復效率，是醫護人員的重任[2]。本文分析了延伸護理對老年腦卒中臥床患者壓瘡發生及生活質量的影響，報道如下。

3 馬四段成藏條件

3.1 烴源巖條件

3.1.1 馬四段具有海相烴源巖供烴條件

前人研究結果認為，鄂爾多斯盆地存在兩套向馬家溝組供烴的烴源巖[1,12,14-16]：第一套是下古生界奧陶系馬家溝組海相烴源巖；第二套為上古生界石炭系—二疊系煤系烴源巖。但是，盆地東部馬四段距離風化殼剝蝕窗口較遠，不具備中央古隆起東側“上源下儲側向接觸、近距離運移”條件；而盆地東部馬三段—馬一段發育的海相烴源巖與馬四段儲層呈“下源上儲”關系，符合天然氣的運移規律。研究結果表明，馬三段—馬一段發育的烴源巖常與硬石膏巖伴生，巖性為深灰色—黑灰色泥質白云巖或白云質泥巖，總有機碳含量介于0.22%～1.61%，平均值為0.40%，最高值可達3.42%，有機質以腐泥無定形為主，生烴母質主要為浮游藻類，為腐泥型干酪根，熱演化成熟度（Ro）介于1.7%～2.5%，已達到高、過成熟階段。該套烴源巖受沉積相控制[11]，主要沿地勢相對較低的桃利廟坳陷和米脂坳陷規模分布，單層厚度介于為0.1～1.0 cm，最大可達50 cm，累計厚度介于40～80 m（圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地東部馬三段—馬一段烴源巖厚度分布圖

3.1.2 天然氣碳同位素進一步證實海相烴源巖供烴

盆地東部馬四段已發現的天然氣藏主要位于不發育硬石膏巖的馬四2亞段和馬四3亞段，其天然氣甲烷碳同位素值介于－45.40‰～－37.29‰，且部分富含H2S，與奧陶系風化殼、上古生界煤成氣的甲烷碳同位素分布特征存在明顯差異；而與奧陶系鹽下天然氣地球化學特征具有相似性（表1）?；谇叭藢Χ鯛柖嗨古璧毓派缣烊粴獬梢蚺凶R[17-20]，筆者通過馬四段、奧陶系鹽下、奧陶系風化殼和上古生界煤成氣的氣源對比分析，認為盆地東部馬四段天然氣源與奧陶系鹽下氣源一致，來自于馬家溝組海相烴源巖，為自生自儲油型氣，硫化氫含量較高原因為天然氣在運移過程中經歷了硬石膏巖分布區，并與硬石膏巖發生了硫酸巖熱化學還原反應所致[20]。

表1 鄂爾多斯盆地東部天然氣碳同位素及H2S含量統計表

3.2 馬四段發育規模儲集層

3.2.1 馬四段主要發育臺內灘相和臺內丘相兩種孔隙型儲層

鄂爾多斯盆地東部馬四段主要發育臺內灘相和臺內丘相兩類優質儲層。臺內灘相儲層巖性為砂（礫）屑云巖、粉—細晶白云巖和粉晶白云巖，發育粒間孔、晶間溶孔、晶間孔和微裂縫（圖5-a～d），儲層孔隙度介于1.03%～11.27%，平均孔隙度為4.95%；滲透率介于0.002～7.730 mD，平均滲透率為0.090 mD。臺內丘相儲層巖性為微生物白云巖、斑狀粉晶白云巖、斑狀灰質白云巖和斑狀白云質石灰巖，發育晶間孔和微裂縫（圖5-e～h），儲層孔隙度介于0.70%～13.21%，平均孔隙度為2.47%；滲透率介于0.002～4.269 mD，平均滲透率為0.075 mD。

圖5 鄂爾多斯盆地東部馬四段儲層特征照片

3.2.2 優質儲層主要沿橫山隆起和米脂坳陷中的凸起帶規模分布

構造—巖相古地理研究結果表明，鄂爾多斯盆地東部在奧陶紀馬四期具有“?。ㄍ梗┷辏ò迹┫嚅g”的構造古地理格局[11,13]。海侵初期，橫山隆起和米脂坳陷中的凸起帶水體較深，沉積物巖性為致密石灰巖，但該區適合造跡生物活動，這些造跡生物在石灰巖中形成了形態各異的潛穴及潛穴充填物。由于潛穴內充填物較為疏松，為后期白云石化流體的進入提供了通道，潛穴充填物經過白云石化作用后形成發育晶間孔的斑狀白云巖；伴隨海平面下降，海水逐漸咸化，隆起和凸起區沉積物為致密灰質白云巖和粉晶白云巖。與此同時，該區生物活動也逐漸增強，沉積物原巖結構被強烈破壞形成了較為疏松的生物攪動層，后期滲入的白云石化流體對生物攪動層中粉晶白云石進行重結晶改造，形成發育晶間孔的粗粉晶白云石或細晶白云石；當海平面進一步下降至適當條件時，橫山隆起和米脂坳陷中的凸起發育顆粒白云巖和微生物白云巖（圖1），具有一定的原始基質孔隙[8,20-21]；當海平面繼續下降至橫山隆起和米脂坳陷中的凸起帶上的沉積物暴露于地表時，大氣淡水溶蝕作用對早期形成的孔隙進行擴溶并形成溶蝕孔。受臺內丘灘體、生物擾動作用和白云石化作用共同控制，盆地東部馬四段優質儲層主要沿位于沉積古地貌高地的神木—米脂和榆林—橫山—靖邊一帶展布，并呈現出儲層厚度由隆起向坳陷方向逐漸減薄的平面展布特征（圖6）。

圖6 鄂爾多斯盆地東部馬四段儲層厚度分布圖

3.3 斷裂和微裂縫形成了有效的疏導體系

氣源對比分析結果表明，奧陶系海相烴源巖是向盆地東部馬四段天然氣藏供烴的主力烴源巖，但這些烴源巖主要位于馬四段下部的馬三段—馬一段，縱向上常被硬石膏巖或鹽巖分隔，且垂向上距離馬四段氣藏較遠。構造演化與典型氣藏解剖綜合研究結果表明，鄂爾多斯盆地馬四段沉積后經歷了奧陶紀擠壓背景下的同沉積斷裂活動、加里東運動、海西運動和燕山運動等多期次構造運動[15,22-23]，在盆地東部形成了一系列斷層和裂縫（圖2、5～7）。微觀薄片和三維CT掃描顯示，米探1井奧陶系馬四段中的斷層角礫巖發育未被充填的礫間孔、晶間孔和微裂縫（圖3、5）。這表明斷層和裂縫能夠直接溝通源儲，形成了有效的輸導體系，是盆地東部奧陶系馬四段天然氣聚集成藏的關鍵。

3.4 良好的圈閉有利于天然氣聚集

鄂爾多斯盆地東部馬四段發育規模巖性圈閉和構造—巖性圈閉（圖2、7）。巖性圈閉與沉積相分異相關，分布于隆起或凸起帶上的臺內丘灘體原始孔隙度高，經過白云石化作用后可形成儲集性能較好的孔隙型儲層，在地震上呈現出中振幅、欠連續的反射特征；而位于臺內丘灘體周緣的低部位，水體能量低，海水鹽度值正常，且生物擾動作用較弱，沉積物為基質孔不發育的致密石灰巖，地震上呈現出強振幅、連續反射特征，構成了遮擋層和蓋層，可形成有效巖性圈閉（圖1、7）；此外，多期次構造運動形成的鹽底辟構造、斷層與巖性圈閉疊合后形成了鹽隆構造—巖性復合圈閉（圖2）和斷背斜—巖性復合圈閉（圖7）。這些圈閉為馬四段天然氣聚集提供了有利場所，起到了重要的控藏作用。

圖7 過靖探1井—靳27井地震剖面圖

3.5 多套蓋層有利于天然氣保存

鄂爾多斯盆地東部馬四段及上覆地層中發育多套直接蓋層和區域蓋層。直接蓋層為馬四段內部的石灰巖蓋層和硬石膏巖蓋層，其中硬石膏巖蓋層發育于馬四1亞段中（圖1、 3），累積厚度介于0.5～14.9 m，具有橫向分布穩定、連續性好的特征（圖8-a）；區域蓋層為上覆于馬四段之上的馬五10亞段、馬五8亞段和馬五6亞段膏鹽巖蓋層，巖性主要為鹽巖、硬石膏巖和膏質白云巖，巖性致密，分布范圍更廣，其中以馬五6亞段的硬石膏巖、鹽巖最為發育，累積厚度介于1.0～129.0 m（圖8-b）。

圖8 鄂爾多斯盆地馬四1亞段、馬五6亞段膏鹽巖蓋層分布圖

比表面積、突破壓力、氣柱高度和遮蓋系數是評價蓋層封閉能力的常用參數[24]。盆地東部馬四段和馬五段的石灰巖與膏鹽巖測試結果顯示，石灰巖和膏鹽巖均具有較強的封閉性，其中膏鹽巖封閉性能更為優越，具有比表面積大、突破壓力高、封閉氣柱高和氣體遮蓋系數大等特點（表2）。兩類直接蓋層和區域蓋層封閉性能好，有利于天然氣的保存。

表2 鄂爾多斯盆地東部馬家溝組石灰巖、膏鹽巖蓋層封閉性能實驗數據表

3.6 天然氣成藏模式

基于上述成藏條件分析，構建了鄂爾多斯盆地東部馬四段“下古生界海相烴源巖供烴、斷裂與裂縫疏導運移、馬四段圈閉聚集成藏”的成藏模式。發育于桃利廟坳陷和米脂坳陷中的馬三段—馬一段海相烴源巖沿斷層與裂縫向神木—米脂和榆林—橫山—靖邊地區馬四段中的巖性圈閉和構造—巖性復合圈閉運移并聚集成藏（圖9）。

圖9 鄂爾多斯盆地東部馬四段天然氣成藏模式圖

4 馬四段天然氣勘探方向

米探1井成為首口在馬四段獲得高產工業氣流的探井，證實了鄂爾多斯盆地東部馬四段具有良好的勘探潛力，發掘了該盆地內又一個具有規模成藏條件的含油氣層系，實現了繼奧陶系巖溶風化殼氣藏和中組合白云巖巖性氣藏后的又一重大戰略性突破，堅定了在鄂爾多斯盆地靖邊氣田以下找靖邊的信心。目前，綜合有效烴源巖、儲層發育特征、輸導體系、有效圈閉以及保存條件等成藏地質條件，預測鄂爾多斯盆地東部神木—米脂地區和榆林—靖邊地區是馬四段天然氣有利勘探區，面積共計為13 000 km2，有望形成新的天然氣規模儲量、產量增長區（圖10）。

圖10 鄂爾多斯盆地東部馬四段天然氣有利勘探區預測圖

4.1 神木—米脂天然氣有利勘探區

神木—米脂有利區面積為5 000 km2，是盆地東部馬四段天然氣聚集成藏區，主要依據有：①該區馬一段—馬三段發育海相烴源巖，累計厚度介于40～80 m，具備充足的供烴條件（圖4）。②馬四段發育以晶間孔和微裂縫為儲集空間的規模儲層，儲層厚度介于2.0～58.3 m （圖6），平均孔隙度為2.47%。③有利區東部位于臺內丘和鹽隆構造帶上，發育構造—巖性復合圈閉；有利區西部位于巖性相變帶上，發育巖性圈閉（圖2）。④有利區西部發育北東向走向的斷裂帶，形成了有效的輸導體系，有利于溝通氣源（圖6）。⑤該區膏鹽巖蓋層厚度大、分布范圍廣，有利于天然氣保存（圖8）。

截至目前，該區米探1井獲得了35.24×104m3/d的高產工業氣流，神100井、米104井和神103井等多口井的薄儲層中獲得幾千立方米的低產氣流，證實該區域具有良好的勘探前景，是馬四段天然氣勘探的重點靶向區。下一步針對該區的天然氣勘探，應優選出一批具有米探1井相似成藏條件的位置進行井位部署，擴大勘探成果。

4.2 榆林—靖邊有利勘探區

榆林—靖邊有利區面積為8 000 km2，也是盆地東部馬四段天然氣聚集成藏區，主要依據有：①該區東、西部毗鄰的桃利廟坳陷和米脂坳陷馬一段—馬三段均發育海相烴源巖，累計厚度介于40～80 m，具備良好的烴源巖供烴條件（圖4）。②馬四段發育厚層臺內灘相白云巖儲層，儲層孔隙主要為晶間孔、粒間孔和微裂縫，儲層厚度介于2.0～58.1 m（圖6），平均孔隙度為4.74%，儲層條件好。③該區位于云灰相變帶（圖1）和斷裂帶上（圖6、10），發育巖性圈閉和構造—巖性復合圈閉類型（圖7）。④該區發育近北東向走向和近北西向走向的斷裂帶（圖6、10），為下部馬三段—馬一段海相烴源巖油型氣向上部馬四段運移提供了有效的輸導體系。⑤縱向上發育的多套厚層硬石膏巖蓋層，且分布范圍廣，有利于天然氣保存（圖8）。

截至目前，該區統51、統52、靳14和靳27井等多口鉆井獲得了天然氣流，但由于儲層厚度較薄或處于構造低部位，僅獲得了低產氣流，目前未獲得重大天然氣勘探突破。下一步針對該區的勘探應加強對臺內灘的刻畫工作，優選靠近斷裂帶、在地震剖面具有臺內灘反射特征、側向上有封堵層的構造高部位進行風險井位部署，尋求天然氣勘探新發現。

5 結論

1）鄂爾多斯盆地東部馬四段主要沿神木—志丹、榆林—靖邊—志丹一帶發育臺內灘相、臺內丘相儲層。臺內灘相儲層巖性為砂（礫）屑白云巖、粉—細晶白云巖和粉晶白云巖，發育粒間孔、晶間溶孔、晶間孔和微裂縫，平均孔隙度為4.95%；臺內丘相儲層巖性為微生物白云巖、斑狀粉晶白云巖、斑狀灰質白云巖和斑狀白云質石灰巖，發育晶間孔和微裂縫，平均孔隙度為2.47%。

2）鄂爾多斯盆地東部馬四段天然氣為自生自儲油型氣，由下古生界奧陶系馬三段—馬一段海相烴源巖供烴；斷層和裂縫溝通源儲，形成了有效的輸導體系；巖性圈閉和構造—巖性復合圈閉是天然氣聚集的有利場所；馬四段內的石灰巖和硬石膏巖是直接蓋層，馬五段的多層系膏鹽巖蓋層為區域封蓋層，提供了良好的封存條件。

3）米探1井在馬四段獲得高產工業氣流，證實了盆地東部馬四段具備天然氣藏的形成條件，鄂爾多斯盆地東部神木—米脂和榆林—靖邊一帶是馬四段天然氣有利勘探區，有利勘探面積13 000 km2。