鄂尔多斯盆地东缘(鄂尔多斯盆地东缘永和地区石炭―二叠系天然气地质特征(全文))

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鄂尔多斯盆地东缘永和地区石炭―二叠系天然气地质特征(全文) 摘要：永和地区构造上位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠折带，上古生界地层发育完整，生储盖条件优越，构造平缓，主要发育海陆过渡

鄂尔多斯盆地东缘永和地区石炭―二叠系天然气地质特征(全文)

摘要：永和地区构造上位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠折带，上古生界地层发育完整，生储盖条件优越，构造平缓，主要发育海陆过渡相、河流-三角洲沉积相，储层发育。气藏类型为低渗、特低渗砂岩岩性气藏；与苏里格大气田具有相同的地质背景，埋藏在1500-2500m，探井试气效果较好，显示鄂尔多斯盆地东缘挠折带巨大的天然气勘探开发潜力。

关键词：永和地区地层沉积相低渗砂岩气藏

一、基本情况

永和地区位于山西省永和县境内，黄河以东，吕梁山以西，构造位置位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠折带。黄土山地地貌，地势总体趋势东高西低，北高南低，海拔在900-1200m，经长期侵蚀切割形成塬、梁、峁、坡、沟的复杂地形。

目前该区钻探井30多口，永和XX井山西组试气获天然气无阻流量一百万方以上，天然气勘探取得了重大突破，展示了鄂尔多斯盆地东缘天然气勘探开发的良好前景。

本溪组：底部为一套铝土岩沉积，顶部以太原组底部的“晋祠砂岩”为界，厚约0～60m。下部本2段是一套铁铝岩，属奥陶系风化壳上坡积或残积的黄铁矿或灰白色铝土质泥岩，厚约4～15m；上部本l段为深灰色、灰黑色泥岩夹薄层细砂岩、灰岩及煤线，厚约10～20m。

太原组：是指庙沟灰岩至北岔沟砂岩底面之间的所有岩性组合，包括庙沟、毛儿沟、钭道灰岩段及东大窑段地层。分为2段，岩性主要为海陆交互沉积的潮坪相泥岩、炭质泥岩、灰岩、煤层及发育程度不等的砂岩互层。

山西组：顶界为下石盒子组底砂岩，底部为“北岔沟砂岩”。上部砂岩较发育，下部以煤层发育为特征，地层厚80～120m，向西变薄。分为2段：

山2段厚40～60m，为含煤沉积，由深灰色、灰色中粗砂岩夹深黑色泥岩、砂质泥岩和煤层组成，泥岩中多含有黄铁矿及菱铁矿颗粒。

山1段厚40～60m，为分流河道砂泥岩沉积，夹数层薄煤。砂岩主要为细一中粒、粗粒岩屑砂岩及岩屑质石英砂岩，泥岩中常含有不规则砂质条带及保存较为完整的植物化石。

下石盒子组：为内陆河流-湖泊沉积。底部以一套黄绿色厚层状含砾中、粗砂岩与山西组分界，往上为灰绿、黄绿色铝土质泥岩与同色长石质砂岩互层。分4段，即盒4-盒8段。

上石盒子组：属湖泊-河流沉积，以黄绿、紫灰、兰灰砂质泥岩、泥岩和灰紫、黄绿色长石质砂岩互层，*部含锰质结核，顶部夹有薄层硅质泥岩或硅质层，夹薄层状或透镜状砾岩，底部以浅灰绿、黄绿色含砾石粗砂岩与下石盒子为界，厚310-490m。分4段，即盒1-盒4段。

永和地区，主要位于伊陕斜坡东侧，总体为东高西低的西倾单斜构造，构造线近南北走向。永和以西构造相对平缓、平均坡降6～8m/km，地层倾角小，倾角不足1°，*部发育低幅度背斜和向斜；永和以东构造梯度急剧增加，平均坡降达30～40m/km，倾角为1.5～4.5°。

1.沉积相特征

永和地区处于盆地东缘，远离北部物源区，上古生界的沉积，正处于向内陆湖盆演化的重要阶段。此阶段的古构造背景、古气侯环境、古地质特征及物源条件决定了总体沉积格*。

晚石炭世本溪期，为广阔的浅海陆棚环境。平面上发育障壁岛，*部形成碳酸盐岩潮坪、碳酸盐岩潮道，北部受障壁作用而发育泻湖沉积。

早二叠世太原期，*部发育规模不大的障壁岛外，大部分为广阔的潮坪环境。由于潮汐作用，太原期的沉积以浅水陆棚环境的微晶灰岩、生物碎屑灰岩和煤层沉积为主，沉积速率低，补偿慢，沉积厚度较小，潮汐层理发育。

晚二迭世千5期，伴随区域构造活动继续加强，北部物源区继续抬升，季节性水系异常活跃，沉积物供给充分，丰富的陆源碎屑导致相对湖平面的迅速下降。并使冲积-三角洲沉积体系快速向南推进，并在本区形成辫状河沉积。

储层的研究认为，气层受物性的控制，物性受岩性控制及成岩作用控制。原生孔隙较好的中、粗砂砾岩发育的储层是气藏的最佳储层。寻找原生孔隙发育带就要抓住渗透砂岩的分布，同时渗透砂岩的发育带也指示着河道带最活跃的部分。

山2段以潮道砂岩为主，晚期则为水下分流河道与决口扇砂体，单砂体厚度2-8m，单砂带宽度一般4-6km，并由北西向南东方向延伸展布。

山1段主要以三角洲水下分流河道砂体为主，河口坝砂体不发育；砂岩厚度一般5-27m，最薄1.6-2m；单砂带2-8km，由北向南延伸。

盒8段为三角州缘水下分流河道砂，砂体厚度一般5-15m，最厚达29.5m，支流分布连续，宽度2-10km，由北向南延伸稳定。

石千峰底部千5段，辫状河砂体大面积分布，砂体的展布总体呈北东-南北向，具有中部厚两侧薄的特点，砂体厚度一般5.6-32.2m，最厚39.8m，砂带一般宽4-8km，且由北向南延伸距离较长。

物性资料分层初步统计平均值显示，盒2、3砂体平均孔隙度最高，达9.22-10.8%；盒5、盒6砂体，平均介于7.53%～7.66%之间。盒4、盒7、盒8上、盒8下、山1、山2砂体的平均孔隙度介于5.15%～6.78%之间。

上古砂体平均渗透率超过1md的只有山2砂体，平均为3.95md，最小为盒7与盒8上砂体，仅为0.1md，其余砂体平均渗透率介于0.1md～0.83md之间，属于低渗、特低渗砂岩储层。

砂岩孔隙度与苏里格气田、乌审旗气田、榆林气田、双山气田、米脂气田相比较低，物性差，究其原因，除了沉积、成岩因素外，构造演化及应力场分布亦是不可忽视的因素。

气层分布受渗透砂岩控制，纵向分布层系多，横向叠合连片，气藏流体性质稳定，属岩性圈闭气藏。

1.气藏温度与压力

探井测试结果表明，地温梯度介于2.0-2.9℃/100m，平均为2.5℃/100m，地温梯度较低。

地层压力与深度相关性较差，相同深度下的压力变化较大。气层中部深度下的地层静压13.65～23.7Mpa，盒8段平均地层静压17.5Mpa，山2段平均地层静压19.5Mpa。地层压力系数范围为0.71～1.08，平均地层压力系数为0.87，属低压-正常压力气藏。

天然气份资料分析，山1、山2、盒8气藏主要组份：甲烷含量91.16-97.71%，乙烷含量0.473-5.31%，干燥系数0.93-0.994。

山西组和本溪气层水分析，水型均为CaCI2型，总矿化度分别为23.5g/l与72.96g/l，分析认为其为成藏滞留水，分布范围有限。

永和地区构造上位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠折带，生储盖条件优越，发育上古生界砂岩岩性气藏；与苏里格大气田具有相同的地质背景，埋藏深度适中，探井试气效果较好，具备形成大-中型天然气田的基本地质条件，因此，鄂尔多斯盆地东缘低渗砂岩天然气具有巨大勘探开发潜力。

[1]杨仁超《沉积学报》2012年01期，苏里格气田东二区砂岩成岩作用与致密储层成因.

[2]郑聪斌等，1997，长庆气田成藏地质条件及气藏分布规律[A]，见戴金星等主编，天然气地质研究新进展[M]，石油工业出版社.

[3]闵琪、付金华等.2000.鄂尔多斯盆地上古生界天然气运移聚集特征，石油勘探与开发2000年27（4）.

作者简介：王春仲男1965年9月出生，天津，大本学士高级工程师，1988年毕业于天大石油分校石油地质专业，在大港油田一直从石油地质及油田开发研究工作。

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煤层气来自地质特征及成藏条件

（一）煤层气地质特征1.含煤地层及煤层鄂尔多斯盆地含煤地层主要为石炭—二叠系和侏罗系。三叠纪含煤层系瓦窑堡组，仅5号煤层为主要可采煤层，只分布在子长至蟠龙一带。本溪期，鄂尔多斯地块内部沉降幅度很小，沉积厚度仅10～25m左右。上石炭统太原组沉积厚度50～100m，含煤5～8层。各地煤层厚度变化较大，如河东煤田太原组主要可采煤层为8、9、10号煤，平均总厚6.66m。往南至乡宁一带变薄，甚至不可采。盆地西缘靖远组、羊虎沟组沉积厚度大，含薄煤层及煤线50层之多，太原期坳陷幅度减小，但沉积厚度仍比东部大，含煤10余层，是主要含煤地层之一。下二叠统山西组厚60～100m，形成较厚的可采煤层。河东煤田4、5号煤层平均总厚为7.82m。南部渭北煤田由东向西煤厚减薄，3号煤层一般0.8～5m（图6-8、图6-9）。图6-8鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤层厚度分布图侏罗纪含煤层系延安组，自下而上分为5、4、3、2、1煤组，主要可采煤层5～7层，可采煤层累计厚度一般15～20m。主要可采煤层发育在盆地南部和北部，中部仅有煤线发育。聚煤作用受湖泊—三角洲—河流沉积体系控制，围绕盆地中心形成一个巨大的聚煤环带，煤层层数、煤层厚度均由无煤区向四周逐步增加。图6-9晋西挠褶带中段柳林地区石炭—二叠系煤系柱状图2.煤岩煤质特征（1）煤岩特征石炭—二叠系山西组和太原组煤的镜质组含量在71%～90%之间，平均含量为79%。侏罗系延安组煤的镜质组含量变化于19.4%～95.2%之间，平均值约为58.5%左右。从两套煤层煤岩显微组分含量的变化趋势来看，山西、太原组煤岩组成特征明显好于延安组。从两套煤层的宏观煤岩类型来观察，侏罗系延安组煤质硬且暗，易污手，而石炭—二叠系山西组和太原组煤质软而亮，具金属光泽，煤质特征显然好于延安组。（2）煤质特征北部及东缘含煤区的石炭—二叠纪煤的灰分含量变化不大，基本都为中灰煤。中侏罗世煤在陕北含煤区以低灰煤为主，灰分一般小于10%，黄陇含煤区为低分—中低灰煤。陕北含煤区子长煤产地的晚三叠世煤为中灰煤。鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤层主要为中高变质烟煤和无烟煤，不同地区煤级分布有较大差异。在盆地东部，煤层主要受深成变质作用，从北向南，煤级逐渐增高。从准噶尔煤田、河东煤田到渭北煤田，煤镜质组反射率从0.65%增大到1.95%。从东向西，随深度增加煤级呈增高趁势，到盆地中部煤级达2.8%以上。在盆地西缘，煤级分布比较复杂。从石炭井矿区—石嘴山矿区—横城矿区—韦州煤田向斜东翼，存在一条南北向展布的低变质煤分布区，镜质组反射率在1%左右。该带以西，马边滩、鸳鸯湖矿区、镜质组反射率急剧增高，汝箕沟矿区达4%以上。反映了西部在深成变质作用基础上叠加了岩浆热变质作用。侏罗系煤变质作用强度低于石炭—二叠系煤。侏罗系延安组煤的热变质作用以区域深成热变质作用为主，煤化程度具有在盆地周缘低、中间高的特征，镜质体反射率介于0.41%～1.07%，煤阶相当于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤。盆地中南部环县以南庆阳、合水、宁县地区以及北部乌审旗、鄂托克旗地区，镜质体反射率大于0.7%；东胜、陕北、灵盐、陇东煤田镜质体反射率为0.42%～0.61%；黄陇煤田为0.5%～0.75%。3.含气性特征鄂尔多斯盆地东缘、南部的渭北煤田和西缘桌贺煤田是石炭—二叠纪煤田的分布区。煤田勘探和煤层气勘探中积累了大量的煤层含气量资料，如表6-11。由表可见，鄂尔多斯盆地东缘煤层含气量由北向南随煤级升高而增高，含气量随上覆有效地层厚度增加而提高。受上覆有效地层厚度影响，渭北煤田含气量由东向西逐渐降低，韩城矿区为煤层气富集区。桌贺煤田，煤类全，含气量较高。鄂尔多斯盆地侏罗系煤层煤级低，含气量普遍低，在*部地区和煤层埋深较大的部位含气量较高。在黄陇侏罗纪煤田，彬长矿区煤含气量0.1～6.29m3/t，黄陵矿区、焦坪矿区少数煤层含气量达4～6m3/t。表6-11鄂尔多斯盆地石炭—二叠纪煤层含气量续表（二）成藏条件（1）煤层长期持续生气，产气率逐步增大，总生气量大鄂尔多斯盆地石炭—二叠系主要煤系沉积后，长期持续沉降，煤变质程度逐渐加深，煤层气大量生成。东部地区大量热模拟实验资料表明，煤由褐煤演化至长焰煤阶段，累积煤气发生率达138～168m3/t，演化至肥煤阶段时，累积煤气发生率达199～230m3/t，至瘦煤阶段时，累积煤气发生率达257～287m3/t，因此本区全区的煤层生成气量均远远超出其自身的吸附能力。（2）煤储层割理和气孔发育，构造轴部次生裂隙发育，煤层气产出条件有利本区煤岩以光亮型、半光亮型为主，镜质组含量高，以中变质的肥煤、焦煤为主，变质程度适当，故煤层割理发育，有利地区割理密集呈网状，连通较好。据不完全统计，煤层发育2组割理：一组为面割理，密度7～25条/5cm，裂口宽0.01～0.3mm；另一组为端割理，密度7～22条/5cm，裂口宽0.001～0.05mm。本区中生代以来在南北向扭应力及东西向挤压应力作用下，产生了成排分布的压扭性断裂鼻状构造或断裂背斜构造，沿构造轴部出现少量张性断层，并在煤层中产生一组张裂隙。这些次生裂隙疏通了煤层的端割理和面割理，使煤层储集物性变好。据煤显微组分观察，本区煤气孔特别发育，尤其基质镜质体中气孔密集，以煤化过程中气体逸出留下的生气孔为主，孔径一般为0.01～0.7mm。这些气孔不仅是煤层生气的直接标志之一，也是煤层吸附气的主要储集空间。（3）盖层封盖能力强，水动力条件好，煤层气保存条件有利本区成煤期后的燕山运动和喜山运动断裂和褶皱作用很弱，含煤地层保存完整，煤层顶底不管是灰岩还是泥岩封盖层，钻井所取岩心都很少见构造裂缝。上石盒子组和下石盒子组杂色泥岩、粉砂质泥岩单层厚度大（一般为5～10m），可对比性和连续性强，所取泥岩样品的孔隙度为1.17%～8.11%，而渗透率值均近于零，是本区具有较好封盖条件的区域盖层。收集了鄂尔多斯盆地边缘17口井地下水特征的有关资料，三叠系含水层的自流量为0.5～4.19L/s，矿化度值20g/L～60g/L，水化学类型偏CaCl2型，*部含Na2SO4型。山西组和太原组含煤地层的含水层自流量0.9～8.7L/s，矿化度10～250g/L，水型以过渡成因的NaHCO3为主。马家沟组灰岩含水层的自流量28.5～61.05L/s，矿化度1～100g/L，水型为CaCl2型、MgCl2型占优。由此可见，这三套地层的地下水特征明显不同，水文地质特征具有独立性、封闭性，有利于煤层气的保存。

盆地东部沉积边界

目前，对鄂尔多斯盆地东部边界认识的分歧主要集中于三叠纪吕梁山古陆是否存在。鄂尔多斯盆地位于华北板块西缘，是华北板块的一部分。因此，鄂尔多斯盆地延长组东部沉积边界的确定应该在华北板块原型盆地演化的基础上进行分析和探讨。本文在对华北板块不同地区地层、岩性、区域不整合面等基础资料的重新认识的基础上，并结合前人的研究成果认为，上三叠统延长组鄂尔多斯原始盆地的东部沉积边界向东可延伸至豫西、豫北及山西中西部地区。三叠纪沉积时吕梁山古陆不存在，它是后期抬升的古隆起。其依据主要如下。1.鄂尔多斯盆地与华北地区岩性特征、生物化石可以追踪对比上三叠统延长组在华北地区东部渤海湾盆地区整体缺失，而在西部鄂尔多斯盆地、沁水盆地、济源盆地较发育，且在岩性和古生物面貌方面具有可对比性。延长组早期的沉积（长7以前，狭义的铜川组）在鄂尔多斯盆地东部山西省境内的宁武盆地、沁水盆地以及吕西区中均可见到，其岩性主要为灰绿、灰黄色厚层中细粒长石砂岩与灰绿、灰紫、灰黑色砂质泥岩及页岩夹凝灰岩组成，粒度由粗至细构成一个完整的沉积旋回。产有延长组植物群的Annalepis-TongchuanoPhyllum组合，Shanxiconchalonga类群；以Euestheriashanxiensis-E.cf.minuta为代表的叶肢介、孢粉和昆虫化石等。属于温暖潮湿气候下河流—三角洲—湖泊沉积。延长组晚期沉积分布于沁水区的北部和吕西区的西南部，以大宁、吉县一带发育较好，代表性剖面为永和县罢古乡罢古剖面，岩性由黄绿、灰绿、灰黄色和肉红色中细粒长石砂岩组成，夹灰绿色砂质泥岩和页岩及泥岩层组成，*部夹有凝灰岩，砂岩中普遍含有黄铁矿结核，页岩中含有丰富的植物化石（图2-19）。上三叠统油房庄组、谭庄组、椿树腰组在河南渑池、义马一带以及济源盆地本部发育较好（图2-20），其岩性、岩相和化石情况可以和西部山西沁水盆地以及鄂尔多斯盆地延长组对比（图2-21）。在山西的中南部和河南焦作西北部也有分布，虽不连片，却星罗棋布，具明显的后期剥蚀特征（王同和，1999；山西省区域地质志，1990）。其中，济源盆地内上三叠统下部椿树腰组主要为黄绿色中细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩，为湿热气候下的河流—沼泽相沉积（陈传诗，1995）；上部谭庄组主要为黄色中厚层钙质粉、细砂岩，泥岩与暗色泥岩、油页岩，夹多层煤线，为冲积平原相及河流—湖泊相沉积。图2-19山西省三叠系延长组柱状对比图图2-20河南省三叠系延长组柱状对比图图2-21华北地区三叠系地层划分对比图2.地层厚度表明三叠系鄂尔多斯盆地与华北地区相连通通过对比三叠系残留地层在华北地区不同构造单元的保存状况和厚度变化，可以看出三叠系鄂尔多斯盆地与华北地区相连通（图2-22，图2-23）。图2-22华北地区中、下三叠统残留地层厚度分布图（1）华北地区下、中三叠统残留地层呈现出西部连片、东部零星分布的特点，厚度自西向东变薄、自南向北变薄。在华北地区西部，鄂尔多斯盆地厚度由东北向西南逐渐增大，西南部环县—庆阳—平凉一带厚度可达1100m左右（何自新，2003）；沁水盆地地层厚度大于1200m（王同和，1995），这一厚度已被沁参1井所证实，沁参1井岩性普遍较细，并非边缘相沉积，另外地震资料证实该区地层厚度达1500m，分布面积约22500km2；豫西济源—伊川—洛阳一带，最大厚度超过2500m，向四周地层厚度逐渐减薄至数百米；豫东周口坳陷最大厚度也近千米（中原油田石油地质志编辑委员会，1993）。所以，早、中三叠世华北盆地的深坳陷集中在鄂尔多斯盆地平凉、固原地区、沁水盆地东部地区以及济源盆地伊川、洛阳一带。在华北地区东部，渤海湾盆地区，在冀中坳陷、黄骅坳陷、临清坳陷、东濮坳陷以及一些凸起上均有分布，一般厚数百米（漆家福等，2003），最大厚度位于临清坳陷的莘县凹陷、冠县凹陷及邱县凹陷等地，钻井揭示的最大残存厚度为1792.5m（丘4井）。此外，渤海湾盆地周边的淄博、章丘、冀北下花园、承德、北京西山等地也零星分布有下、中三叠统（萧宗正等，1995；漆家福等，2003）。图2-23华北地区上叠统延长组残留地层厚度分布图（2）华北地区上三叠统延长组残留地层相对于下、中三叠统残留地层沉积范围明显缩小，呈现出西部连片分布、东部渤海湾地区整体缺失、仅在北侧*部地区零星分布的特点（田在艺，1997）。鄂尔多斯盆地延长组具有由北向南地层厚度增大、沉积物粒度变细的趋势。鄂尔多斯盆地北部离石地区地层厚400～600m，南部铜川地区地层厚度1200～1400m（何自新，2003）；济源盆地厚度约1700m，沁水盆地上三叠统厚度为400～500m，东部沁水区略厚于西部吕西区，吕西区沉积厚度南厚北薄，离石、太原以南厚423.8～483.7m，以北厚275m。从鄂尔多斯盆地延长组残余地层厚度以及剥蚀地层厚度看，盆地地层厚度向东南均没有减薄的趋势，而恢复的延长组地层厚度则与华北地区南部变化趋势一致（杨友运，2004）。地层发育特征及厚度变化表明在晚三叠世鄂尔多斯盆地是一个大型的原始沉积盆地，盆地范围向东可延伸至豫西、豫北及山西中西部地区。三叠纪时，豫西、豫北地区比鄂尔多斯盆地坳陷要深。3.吕梁山隆起时间较晚，鄂尔多斯盆地东部三叠系缺乏边缘相沉积吕梁山在晚三叠世是否隆起，对于鄂尔多斯盆地东部沉积边界的确定以及沉积体系的发育有着非常重要的影响。对于鄂尔多斯盆地的盆地形态和地层分布，前人已做过大量的研究，分析认为晚三叠世鄂尔多斯盆地与华北地区相连通，为大华北盆地的西缘，印支期鄂尔多斯盆地东部也无明显构造和造山活动，吕梁隆起不是一个南北统一的古老隆起带，对盆地东部沉积范围没有控制作用（刘绍龙，1986；王同和，1995；何白新，2003；杨友运，2004）。本书对三叠系吕梁山隆起程度的研究，主要是通过吕梁山两侧沉积物特征、地层厚度，并结合鄂尔多斯盆地构造演化来加以讨论。在吕梁山西部山西省兴县、石楼、永合、吉县地区没有发现延长组边缘相带沉积，其中吉县营头山剖面、永合下罢古剖面、石楼峪底剖面上三叠统岩性均为中细粒砂岩，夹灰绿色砂质泥岩和页岩及泥岩层，*部夹有凝灰岩，砂岩中普遍含有黄铁矿结核，页岩中含有丰富的植物化石，没有边缘相沉积；鄂尔多斯盆地陕北地区神木窟野河剖面、子长清涧河剖面、延长延河剖面、黄陵洛河—沮河剖面延长组沉积相类型均为河湖三角洲沉积，也未见到边缘相沉积。在吕梁山隆起带南段复背斜上仍有中、下三叠统出露和保存，特别是钻井和地震资料揭示刘家沟组、和尚沟组沉积均不薄于鄂尔多斯盆地同时期地层（何自新，2003）。而在吕梁山东部山西省沁水盆地广泛发育晚三叠世地层，中、下三叠统厚度约1200m，上三叠统厚度为400～500m，均未见到边缘相沉积，沉积环境更接近沉积中心（王同和，1995）。在鄂尔多斯盆地东缘和南缘尚未发现上三叠统边缘相沉积，而延长组各段沉积中心偏于东南。盆地内延长群最厚的铜川一带仍薄于晋南、豫北一带（王同和，1995）。这些事实说明，直到晚三叠世，吕梁山尚未隆起，鄂尔多斯盆地仍保持着西（北）高、东（南）低的古构造面貌。下、中侏罗统，吕梁山东西两侧延安组的岩性、岩相及含煤性等仍基本一致，厚度相差无几，其中下侏罗统富县组、中侏罗统延安组与山西的永定庄组、大同组和云岗组也可对比。通过煤层的层序构成、碎屑沉积及含煤性等特征与大同、宁武等煤田具有一定的成因联系，表明盆地当时是相连的。盆地东部的沉积范围并不在现今的剥蚀边界上。中侏罗统直罗组和安定组沉积时，也有类似的特点，沉积范围逐渐由东南、东部向西收缩。在下、中侏罗统靠近吕梁山均未见边缘相；位于吕梁山附近的宁武煤田所展现的构造线与吕梁山主导构造一致，而且被褶皱卷入的最新地层为中侏罗统。因此，吕梁山在延安组形成时未能起到阻隔作用，现今东部各含煤盆地呈孤立分散状态，纯系后期构造变动和剥蚀等作用改造的结果（赵红格，2003）。晚侏罗世是燕山造山的鼎盛时期（任纪舜等，1999），它除了使华北东部继续隆起和伴随着强烈的岩浆活动外，还使早中、侏罗世鄂尔多斯盆地大范围抬升，此时离石断裂活动加剧，吕梁山开始大规模抬升崛起（王同和，1995）。虽然离石断裂两侧都缺少晚侏罗统，但可以从岩浆岩看出活动的痕迹。紫金山碱性杂岩体为山西省著名的两大碱性岩，分布于吕梁山东翼、离石断裂北西侧。根据中国科学院广州地球化学研究所的资料，紫金山岩体Rb-Sr等时线年龄为153Ma，龙王庙岩体“40Ar-39Ar”法年龄为150Ma，反映出该地区大规模的构造事件发生在晚侏罗世—早白垩世。4.晚三叠世鄂尔多斯盆地向东开口鄂尔多斯盆地晚三叠世沉积是在继承早、中三叠世坳陷湖盆背景上进行的。其沉积物是由早、中三叠世炎热气候条件下河流—湖泊相杂色碎屑沉积逐渐演变为晚三叠世湿热气候条件下湖泊三角洲、深水湖泊相灰绿色砂泥岩、暗色泥岩沉积。从鄂尔多斯盆地、沁水盆地、济源盆地上三叠统与下、中三叠统接触关系上看，多为整合接触或微平行不整合接触，说明华北地区西部晚三叠世的盆地原型应该是叠覆在早、中三叠世盆地的继承性坳陷盆地（漆家福，2003）。但是，从鄂尔多斯盆地所在的大华北盆地看，晚三叠世的沉积范围较早、中三叠世沉积范围发生了缩小，残留的地层多分布在华北地区西部的鄂尔多斯盆地、晋中南及豫西地区，在鄂尔多斯盆地西南部还出现边缘相沉积；华北地区东部渤海湾地区整体缺失，仅在北侧*部地区零星分布。从地层接触关系上看，华北地区中、下三叠统与下伏上古生界石千峰组之间均表现为整合接触（如临清坳陷、东濮坳陷、济源盆地、鄂尔多斯盆地等）或平行不整合接触（如北京西山地区），这表明发生于二叠纪末期的海西运动在华北地区并没有引起剧烈的沉积格*变化，早、中三叠世则继承了晚海西以来的北西高、南东低的构造格*，属于大型陆内拗陷盆地，同时延续了晚二叠世的干热气候，陆相红色碎屑沉积发育。华北地区西部下、中三叠统与上三叠统整合接触或微平行不整合接触；而东部大多表现为下、中三叠统与侏罗系或更新地层的角度不整合接触。这表明发生于晚三叠世的印支运动（夏邦栋等，1996；万天丰等，2002）对华北的沉积格*产生了重要影响（马寅生等，2002），造成了华北地区的差异升降，华北东部地区抬升较为强烈，造成了下、中三叠统不同程度的剥蚀，一些地区（如济阳地区）完全缺失三叠系甚至更深层位的地层；而华北西部地区受印支运动的影响相对微弱些，表现为整体抬升和少量的剥蚀。区域构造背景研究表明，自早三叠世开始，扬子板块受到来自SSW方向的挤压作用，且到晚三叠世趋于强化，并与华北板块之间发生自东向东西剪刀式俯冲拼接（夏邦栋等，1996；李洪革等，1999；侯贵廷等，2001）。扬子与华北板块的“剪刀式”碰撞拼合大致沿勉略—岳西缝合带由东向西发生（张国伟，1995），即大别—合肥地区大致于早三叠世末—中三叠世即已发生对接（图2—24）；而西部三门峡地区可能至中三叠世末—晚三叠世才拼接；到西秦岭区则迟至晚三叠世后期—早侏罗世才完全碰撞。图2-24东秦岭—大别造山带构造示意图从晚三叠世开始，秦岭—大别造山带强烈的造山运动使得南华北地区大规模隆升的同时，在秦岭—大别造山带的南侧形成了前陆磨拉石堆积（余和中，2005）。华北地区东部首先隆起并逐渐向西扩展，出现东西差异，东部抬升早，表现剧烈；西部抬升晚，抬升幅度小。从上三叠统的地层厚度及岩性变化反映出的古湖盆状况来看，鄂尔多斯地区古湖盆北部为南倾斜坡，南部为较厚的湖相沉积（1000～1400m）整个湖盆向东南开口（长庆油田石油地质志编写组，1992），湖盆的水体与豫西地区是相连的（刘绍龙，1986），沉积中心位于南华北的铜川—济源—洛阳—郑州一带（图2-25）。湖盆的方向由东南向西北，所以晚三叠世浊积岩主要分布在济源—铜川—固城川—庆阳地区。

岩溶水来自系统的水化学、同位素特征

一、岩溶地下水的水化学特征1.岩溶水系统岩溶水分区主要水化学组分含量特征受地质、气候、水动力条件以及人类活动影响，北方岩溶地下水水化学含量在不同地区差别悬殊。根据我们多年来取样分析、收集到的北方全区894个样品资料，以水的TDS为例，最大的为9010.33mg/L，最小的仅为133.75mg/L，大小相差在65倍以上。从岩溶水系统分区的岩溶水水化学含量比较，各分区间也存在较大差异（见表4-4，有些地区由于样品数少，代表性相对较差）。表4-4中国北方岩溶地下水水化学主要组分平均含量分区汇总表在13个分区的水化学样品常规组分中，pH、TDS、HB、、Cl-、F-、Na+在鄂尔多斯盆地西缘区都为最大，体现了复杂的地质环境条件。地下水的平均水温尽管与各区的气温存在一定系，但在各区中汾渭地堑及豫西地区都超过20℃以上，显然活跃的现代构造运动也是影响水温的重要因素。地下水中的含量以南部徐淮、淮南和豫西最大，相对湿热的气候条件是直接原因，东部地区的三氮含量普遍偏高，人类活动的污染是重要原因。鄂尔多斯盆地周边（ⅩⅣ区）与鄂尔多斯盆地以东地区（ⅩⅤ区）进行分区比较，一些组分含量的差别更加突出，尤其以易溶离子K+、Na+、Cl-、F-相差较大。在地下水水化学三线图中（图4-10），这两个区的样品分布差别一目了然，鄂尔多斯盆地周边的水化学样品分布比较分散，而盆地以东的样品多数集中分布在Piper图的左侧。图4-10鄂尔多斯盆地周边（蓝色）、鄂尔多斯盆地以东（红色）岩溶水水化学三线图2.北方岩溶水系统岩溶水代表性样的水化学类型分布特征北方岩溶水系统岩溶地下水代表性样品（一般为岩溶地下水主排泄点，无泉水出流量一般以附近岩溶井水代替）按照阴离子分类的水化学类型主要有：、·、Cl-·、Cl-··、Cl-·五种类型（图4-11），五种类型在水化学的形成演化依次具有从简单到复杂的过程，相应水的TDS呈现出增加的趋势（图4-12）。水化学类型为的岩溶水系统总计有68个，占到系统总数（有115个系统代表样品数）的59.13%。主要分布在山西、河北北部，太行山中南部，鄂尔多斯盆地西缘南部，豫西地区，鲁中山区，旅大地区和淮南地区。该种类型地下水系统除山西辛安泉域岩溶水系统外，总体上表现出以下特点：1）TDS最小，除两个特殊系统外，都在730mg/L以下，平均为495.57mg/L。2）分布在中奥陶统中无石膏的地区（山西、河北北部）、寒武系岩溶含水层或中新元古界岩溶含水层的系统（山东东西崖泉域岩溶水系统、河南临汝岩溶水系统、北京甘池-高庄泉域岩溶水系统、天津公乐亭泉域岩溶水系统等）。图4-11岩溶水系统排泄区代表性样水化学类型与TDS系图3）汇水面积较小的系统（鄂尔多斯盆地西南缘、太行山中南部、豫西地区、鲁中山区、旅大地区和淮南地区），由于地下水在这些地区的补给条件相对简单（多数为降水直接补给），地下水循环距离短、深度小，碳酸盐岩的岩性背景直接控制地下水的水化学类型。水化学类型为及的岩溶水系统总计有41个，占到有样品系统总数的35.65%，主要分布在山西中南部，鲁中、唐山地区及太子河流域。这些系统的TDS相对较小，平均646.68mg/L，这些系统多是中奥陶统（含石膏）分布区。另外所有系统都有比较强烈的煤矿开采活动。水化学类型为Cl-·的岩溶水系统总计仅有4个，分别是邢台百泉泉域岩溶水系统、九里山泉域岩溶水系统、淄博沣水泉域岩溶水系统、巨野-嘉祥岩溶水分布区。TDS平均值为785.97mg/L。邢台百泉断流后滏阳河的倒灌、九里山泉域内鑫安碱渣尾矿库对岩溶水的污染、淄博沣水泉域大武一带生活污水的回渗是导致前三个系统代表样点Cl-增加的直接原因，而巨野-嘉祥岩溶水分布区岩溶水样品则与地下水循环深度大有。水化学类型为Cl-··和Cl-·的岩溶水系统分别有10个和2个，它们的TDS也最大，分别为980.33mg/L和2583.674mg/L。这种类型的系统主要分布在鄂尔多斯盆地的周边地区，西北干旱少雨，岩土矿物淋滤程度低，宁南地区大面积分布含各种易溶矿物的古近纪蒸发相土层以及鄂尔多斯盆地东缘中部中奥陶世米脂古盐湖的地球化学背景是形成这些水化学类型的本质。该类型现在东部鄂尔多斯盆地以外的肥城岩溶水系统样品（Cl-··）是唯一的特例，盆地内多个煤矿反复多次的矿坑突水以及大面积浅覆盖分布区生活污水、农业施肥污染是形成该水化学类型的原因。以上是以系统为整体进行分析，具体到系统内部不同区岩溶水的水化学类型受到各种自然、人为地质环境变化也会产生较大改变，特别是系统内部岩溶水的水化学类型随着水动力条件规律性变化将在下面以典型系统进行论述。3.典型岩溶水系统内部的水化学变化特征位于吕梁山西侧的柳林泉域岩溶水系统，是典型的“单斜顺置”泉域岩溶水系统。由于泉口下游存在大面积岩溶地下水承压区，成为系统从补给区-径流区-排泄区-承压滞流区水动力分布最齐全的系统。伴随水动力条件的变化，水化学含量及水化学类型也发生规律性变化，表4-5是与水动力分区对应的水化学主要组分含量的变化情况表。从表中可以看出，除和pH外，几乎所有组分含量（包括水温），从补给区到滞流区都呈现出增加的趋势。其变化过程在水化学三线图中也表露无遗（图4-13），总体上从补给区到滞流区的样品在图中从左向右分布。图4-12中国北方岩溶水系统排泄区岩溶水代表性样的水化学类型分布图表4-5柳林泉域岩溶水系统水化学主要组分平均含量与水动力分区表图4-13柳林泉域岩溶水系统水化学三线图二、岩溶水的同位素特征1.氢、氧同位素宏观特征图4-14是本次工作中分析和收集前人的北方岩溶水555个样品和161个雨水样品的δD-δ18O系图，其方程为：y=5.9361x-10.954（r=0.83），δDp=6.586δ18Op-2.66（r=0.94），图中表现出以下一些信息：图4-14北方岩溶水（555样）、雨水（161样）氢氧同位素系图1）二者δD-δ18O具有很高的线性相系。2）岩溶地下水和雨水的δD-δ18O系方程斜率低于全球（k=8.0）以及我国（k=7.9）雨水线，代表了北方岩溶区内陆干旱、多风气候条件下的一种同位素不平衡分馏的云团形成过程。3）从区域角度出发，北方岩溶地下水主要补给来源是当地大气降水入渗补给（包括了大部分发源于区内河水的入渗补给量），因此岩溶地下水同位素样品基本分布在北方雨水线附近，体现了雨水与岩溶地下水相互间的成生联系。4）从图中可看出，雨水的氢氧同位素数值分布变化范围要大，以δ180为例，其数值分布范围为-32‰～3.03‰，这与不同季节、不同高程、不同位置等的温度、雨量、大陆等各种效应有；而地下水由于其循环过程中对各种高程、类型、时段（有些系统还保留有大量“古水”，梁永平，2003）补给水的调节、混合，使得同位素数值趋于均一化，分布在窄的范围之内（δ18O为-12.7‰～-1.6‰），雨水的δ18O分布范围是岩溶地下水的3.5倍。北方岩溶地下水地域跨度大，氢氧同位素的高程效应、雨水从沿海到西部内陆的逐渐分馏过程在岩溶地下水中都有一定的体现。图4-15是作者2010年取样分析的岩溶水样品高程与δ18O（‰）系图。总体上岩溶水的δ18O（‰）随着高程的增加而降低，同位素的高程效应得以体现，但由于样点高程与其补给高程不尽一致，因此线性相程度还不高。由前述条件可知，大气降水的入渗是北方岩溶地下水最重要的补给来源。北方降水的水汽主要来源于太平洋大气环流。水汽中重的氢、氧同位素随着向西部大陆腹地方向运移的距离越大，含量逐渐减小，形成同位素分馏的“大陆效应”，从而在岩溶地下水中的δ18O数值也将随着自东向西的经度同步变小（图4-16）。图4-15岩溶水样品δ18O（‰）-高程系图图4-16本次分析岩溶水样品δ18O（‰）-经度系图2.硫同位素特征从环境地质背景方面分析，北方岩溶地下水中硫酸根离子形成的矿物来源主要有以下几个层位，分别是东部中奥陶统中的石膏夹层、石炭、二叠纪煤系地层中硫铁矿、黄土层以及西部地区古近纪蒸发相岩层的硫化矿物。表4-6是不同各层位δ34S的分析结果，各层位的δ34S在数值分布上存在一定规律。中奥陶纪地层中石膏最大，共10个样品平均值为27.17‰；西部北部煤系地层（主要为煤矿矿坑排水和煤中硫铁矿）最小，30个样品平均值为-1.38‰；西北黄土层中地下水及古近系中石膏样品主要集中在10附近，平均为8.26‰，与同区内地表水平均值9.68‰比较接近。岩溶地下水δ34S的平均值介于这些地质环境背景层的数值之间，为17.15‰，多种硫酸根来源的混合是其必然结果。理论上，石膏（指中奥陶统中石膏）成岩后在硫酸盐还原细菌的参与过程中，原子半径小的32S细菌更受青睐吸收而优先参与反应，并以硫化物形式被水带出，形成硫化物和硫酸盐之间的同位素的巨大分馏，使得残余在中奥陶统岩石中硫酸盐δ34S值的增大（陈祈，2005）。煤中硫有两种主要来源，其一来自成煤植物，其含量相对较少；其二是来自地下水循环（或海水入侵）时溶解硫酸盐经细菌还原作用而形成的富含δ32S的还原硫化物。后期，这部分硫化物与铁结合成黄铁矿，从而造成34S贫化的结果。根据前人的测定结果，中国北方煤总硫的δ34S值平均为3.68‰（洪业汤，1992）。表4-6不同层位硫-34同位素背景值汇总表太行山以东及南部（包括太行山南部的辛安泉域和三姑泉域岩溶水系统）区内煤系地层中δ34S值变化较大，从-1.8‰到64.0‰（表4-7），而且15个样品的平均值达到23.19‰。其中有些样品的矿坑排水（数值较大的如河北邯郸九龙矿、山东肥城陶阳矿、河南焦作马寅矿、河南许昌市禹州文殊镇芦门村柏树嘴矿等）是岩溶水降压排水，其数值偏大可以解释，但有些数据偏大的原因目前还不清楚。表4-7东部、南部煤系地层中硫-34同位素分析结果表硫同位素值在不同层位中的差别是较大的，我们可利用这一点来分析岩溶地下水物质来源并进一步研究岩溶水的循环和污染途径。

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投资者提问：

中国海油23日宣布，在鄂尔多斯盆地东缘发现了我国首个千亿方深煤层气田——神府深煤层大气田。该气田探明地质储量超过1100亿立方米，对保障国家能源安全、助力西部大开发具有重要意义。请问董秘，你们供中海油钻头设备吗！？

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您好，公司主要产品井下动力钻具广泛应用于中海油山西吕梁临兴区块煤层气田和神府深煤层大气田的开发，谢谢！

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咫尺天涯梦也无，斜阳蔓草两萧疏。梧桐不解离人意，乱寄西风无字书。求高手作一首相对应的诗。

**海角人归处，落日残垣两消瘦。芭蕉不解丁香情，同向春风各自愁。

鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气地质特征及勘探开发前景

鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组山2段页岩层系为海陆过渡相沉积,通过对近些年来该区页岩气勘探新突破与理论认识进展系统归纳,与美国海陆过渡相页岩气及四川盆地海相页岩气特征对比,明确了鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气地质特征及勘探开发前景。提出鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩气具有4大地质特征：①沉积环境稳定,富有机质页岩大面积分布;②发育微纳米级孔-缝体系,具备较好储集能力;③富含石英等脆性矿物,有利于储集层压裂;④地层压力适中,含气量高。鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩气资源丰富,发育榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵共3个有利区块,有利区总面积为1.28×104km2,资源量为（1.8~2.9）×1012m3,勘探潜力大。鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩气直井测试产气量稳定,单井控制储量高,评价可采性和可压裂性良好,系统试井证实地层能量充足,具有较好稳产能力和开发前景。鄂尔多斯盆地东缘山西组和太原组发育多套页岩,与多套煤层垂向叠置性好,可以考虑多层系不同类型气协同开发。研究成果将为中国页岩气勘探开发实践提供有益参考,进一步推动中国页岩气快速发展。图11参38

Theshalesinthe2ndMemberofShanxiFormationintheeastmarginoftheOrdosBasinweredepositedinaparalicenvironmentduringthePermian.Basedontherecentbreakthroughsintheshalegasexplorationandtheoreticalunderstandingsontheshalegasofthestudyarea,withacomparisontomarineshalegasintheSichuanBasinandtransitionalshalegasintheU.S.,thisstudypresentsthegeologicalcharacteristicsanddevelopmentpotentialoftransitionalgasinthestudyarea.The2ndMemberoftheShanxiFormationinthestudyareahasfourgeologicalfeatures:(1)stablesedimentaryenvironmentandwidelydistributedorganicshale;(2)welldevelopedmicroandnanoscaleporeandfracturesystemswithgoodstoragecapacity;(3)highcontentofbrittlemineralssuchasquartz,whichisconducivetoreservoirfracturing;and(4)moderatereservoirpressureandrelativelyhighgascontent.The2ndMemberofShanxiFormationintheeastmarginofOrdosBasinisrichinshalegasresource.Threefavorablezones,Yulin-Linxian,Shiloubei-Daning-Jixian,andHancheng-Huanglingaredeveloped,withatotalareaof1.28×104km2andresource**etween1.8×1012and2.9×1012m3,indicatingahugeexplorationpotential.Testsofthe2ndMemberofShanxiFormationinverticalwellsshowthatthesectionhasstablegasproductionandhighcontrolledreservesperwell,goodrecoverabilityandfracability.Theshalesectionhassufficientenergy,stableproductioncapacity,andgooddevelopmentprospects,asevidencedbysystematicwelltesting.TheeastmarginoftheOrdosBasinhasseveralshalelayersintheShanxiandTaiyuanformations,andseveralcoalseamsinterbedded,socollaborativeproductionofdifferenttypesofnaturalgasindifferentlayerscanbeconsidered.ThestudyresultscanprovidereferenceforshalegasexplorationanddevelopmentandpromotetherapidexploitationofshalegasinChina.

中国发育3种类型的富有机质页岩,一是早古生代为主的海相页岩;二是石炭纪—二叠纪为主的海陆过渡相页岩;三是中新生代为主的陆相页岩[1,2,3]。海陆过渡相页岩是中国油气勘探的重要领域,分布面积广,资源潜力大,页岩气资源量约19.8×1012m3,占中国页岩气资源总量的25%,但整体起步晚,具有较大的勘探开发前景[3,4,5]。近年来,围绕海陆过渡相页岩气的钻探和试井成果揭示其具有良好的含气性和开发前景。鄂尔多斯盆地西北部鄂页1井二叠系太原组页岩段直井压裂测试无阻流量为1.95×104m3/d,鄂尔多斯盆地东南部延川地区二叠系山西组页岩段3口水平井压裂测试产量（2.0~5.3）×104m3/d,大宁—吉县地区5口直井山西组页岩段压裂测试均获得工业气流,最高无阻流量大于1.0×104m3/d。沁水盆地柿状北306、寿阳Y01、吾元01等多口井二叠系见良好页岩气显示,其中寿县306井岩心测试含气量为0.79~4.03m3/t。湖南湘中涟源盆地湘页1井二叠系大隆组—龙潭组页岩含气量为0.16~1.41m3/t,直井压裂测试产量为2300m3/d。四川盆地川东地区二叠系龙潭组页岩2口井岩心测试含气量为0.35~3.49m3/t[6]。上述钻探成果展示了海陆过渡相页岩气的勘探开发潜力。

鄂尔多斯和四川两大盆地的海陆过渡相页岩气有利区面积合计达13.3×104km2,占全国的72%,地质资源量合计为13.5×1012m3,占全国的68%[3,4,5,6,7,8,9]。两大盆地是中国海陆过渡相页岩气资源的主体,勘探成果初步展示鄂尔多斯盆地东缘有望在海陆过渡相页岩气领域率先实现突破,形成规模化产能,进而成为中国天然气产业新的战略接替资源[3,10,11,12]。虽然海陆过渡相页岩气勘探取得了较好的钻探成果,但是当前海陆过渡相页岩气地质理论与评价系统尚未建立,高效钻井与储集层改造亟需攻关,有效开发与开采技术有待探索。鄂尔多斯盆地东缘石炭系—二叠系发育丰富的海陆过渡相页岩沉积,有部分学者进行了一定的资源潜力评价,但是对于有利层段分布和勘探开发前景尚没有明确认识,制约了开发实践的较大规模化开展。本文通过系统梳理鄂尔多斯盆地东缘山西组页岩气地质特征,与国内外典型海相和海陆过渡相页岩气特征进行对比,明确了鄂尔多斯盆地东缘山西组海陆过渡相页岩气地质条件与勘探开发前景,相关认识对其他盆地海陆过渡相页岩气勘探开发具有借鉴和指导意义。

鄂尔多斯盆地东缘地跨山西、陕西两省,东接离石大断裂、西临黄河及韩城—合阳—铜川地区,呈狭长弧形带状,南北长约450km,东西宽26~100km,总面积4.5×104km2以上（见图1a）[9,12]。研究区构造较为简单,地层整体单斜西倾,出露地层由东向西渐新[12]。自中奥陶统顶部侵蚀面开始,广泛沉积了石炭系—二叠系海陆过渡相地层,包括上石炭统本溪组、下二叠统太原组和山西组（见图1b）[13,14,15]。研究区地层发育特征与鄂尔多斯盆地沉积构造演化密切相关,晚石炭世—早二叠世,盆地作为华北克拉通的一部分沉积相对稳定,发育一套海相、海陆过渡相沉积层系,并伴随有泥炭堆积作用形成煤层。受区域构造活动影响,水体变化频繁,形成滨浅海—三角洲前缘—滨浅湖相多期沉积旋回,沉积了多套海陆过渡相富有机质页岩（见图1b）,累计厚度43.5~187.3m,平均厚度88.6m[13,16]。最为典型的是山西组山2段页岩,发育榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵等厚度中心,页岩单层最大厚度达50m（见图2）,平均总有机碳含量（TOC）为1%~3%,显示页岩气资源潜力较大。鄂尔多斯盆地东缘的天然气勘探开发由来已久。中国石油、中国石化、延长石油和中联煤层气公司等都在此开展过工作,取得了良好效果。2008年以来,中国石油以煤层气和煤系地层天然气为主要勘探开发目标,在韩城、临汾、保德、河曲、准格尔旗、三交等区块开展了大量地震和钻探工作,探明天然气地质储量近6000×108m3,新建天然气产能近40×108m3/a,建成韩城和保德两个煤层气规模开发区。随着该区天然气勘探开发不断推进和天然气资源富集地质规律认识的不断深化,2018年以来,开展了煤层气、致密气、页岩气多类型、多层系、多领域勘探开发工作,以期实现多类型天然气并举、资源综合有效开采新*面。在大宁—吉县地区的7口直井对山西组页岩段压裂试气,5口井获工业气流,最高测试产量超1×104m3/d。

鄂尔多斯盆地东缘山西组为一套陆相三角洲、近海三角洲与陆表海过渡相沉积的页岩层系[16,17]。山西组沉积时期,海水从鄂尔多斯盆地东西两侧逐渐退出,盆地逐渐由海相沉积转换为陆相盆地,沉积环境相对稳定,有利于页岩气资源富集[10,18]。研究区内山西组分为山2段和山1段。山西组沉积时期,北部准格尔旗地区靠近北部物源,主要为一套粗粒的砾岩、含砾砂岩冲积扇沉积,向南变为辫状河粗砂岩沉积,发育扇间洼地淤积形成的沼泽环境。在保德—兴县地区主要发育辫状河道、天然堤、河漫沼泽等环境,其中河漫沼泽较发育。向南由河流沉积体系过渡到潮控三角洲沉积体系,在三交—石楼地区发育潮控三角洲平原,分流间湾淤积形成平原沼泽环境。大宁—吉县地区是南北物源过渡地带,属于三角洲前缘和滨海环境,为典型的海陆过渡相沉积环境。南部韩城—合阳地区在这一时期发育三角洲沉积,规模较小,主要为三角洲前缘。

大量勘探资料证实,鄂尔多斯盆地东缘山西组山2段和山1段均发育页岩沉积（见图2）。山1段页岩厚度为9.7~51.5m（平均24.6m）,山2段页岩厚度为21.4~92.3m（平均41.2m）。山2段页岩厚度大、夹层少而薄,页岩单层最大厚度可达50m,分布面积约4.5×104km2,发育榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵3大沉积中心。山2段自上而下又可细分为山21、山22和山23共3个亚段。大宁—吉县地区山23亚段主要发育浅海海湾相—湖相、三角洲前缘、三角洲平原等沉积环境（见图3）,为典型海陆过渡相沉积。据大吉51、大吉3-4等井岩心观察,山2段识别出3种类型页岩组合：①分布在下段的浅海海湾相—湖相页岩,发育半还原—还原环境下含生物碎屑富有机质页岩、含炭屑页岩、粉砂质页岩（见图4a、图4b）;②分布在中段的潮控下三角洲平原相黑色页岩,可见片状炭屑,黄/菱铁矿结核及生物扰动构造（见图4c、图4d）;③分布在上段的上三角洲平原相黑色页岩,主要为分流河道间的沼泽和湖泊沉积,为开放氧化环境,生物扰动频繁,发育炭质页岩和煤线（见图4e、图4f）。

研究区山2段页岩TOC值相对较高,一般为1%~3%,最高可达10%以上（见图5）。页岩岩心样品有机质显微组分、干酪根元素和镜质体反射率（Ro）测试分析结果显示,镜质体和惰质体含量较高,占显微组分总量的56%~86%,有机质类型以Ⅱ—Ⅲ型为主（见图6）,Ro值为1.5%~2.0%（见图7）,已进入生气高峰阶段。山23亚段是山2段页岩中有机质最为丰富的层段,测井解释TOC值为1.40%~8.88%（平均4.91%）,大宁—吉县地区大吉51井山23亚段岩心实测TOC值为4.53%~11.68%（平均7.97%）。

以上数据表明,研究区山2段为典型海陆过渡相沉积,区域沉积环境相对稳定,富有机质页岩大面积分布。

氩离子抛光聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）分析结果表明,研究区山2段页岩发育微纳米级孔-缝体系,主要由无机矿物孔隙、有机质孔隙及微裂缝3类储集空间组成（见图8）。其中无机矿物孔隙及微裂缝最为发育,有机质孔隙发育程度相对较低且有一定的非均质性。

无机矿物孔隙主要包括矿物溶蚀孔、黏土矿物层间孔、黄铁矿晶间孔及矿物边缘孔等（见图8a—图8c）。山2段底部含有少量方解石、白云石等碳酸盐矿物及长石等易溶矿物,遭受溶蚀后产生矿物溶蚀孔,孔隙形态呈圆形、椭圆形或不规则形,孔径一般为几十至上百纳米,常分布在粒间（见图8a）或粒内（见图8b）。黏土矿物中发育大量层间微孔隙,多为丝缕状或卷曲片状伊利石及书页状或手风琴状高岭石中发育的狭缝型微孔隙,相互平行排列,宽度为纳米级,长度为微米级（见图8c）。页岩中黄铁矿大量发育,以草莓状集合体或分散状黄铁矿晶体出现,晶体间存在一定数量孔径为50~200nm的不规则晶间孔（见图8d）。

有机质孔隙发育程度相对偏低,以少量原始有机质结构孔隙、有机质内部生烃孔隙以及有机质周缘孔隙为主（见图8e、图8f）。部分有机质内部发育大量纳米级生烃气孔,呈圆形、椭圆形或不规则形,孔径分布在几十至几百纳米,连通性较好,发育具有一定非均质性（见图8e）。有机质与矿物接触位置可观察到边缘孔缝,在页岩中普遍发育,以缝状、条带状、不规则状居多,孔径不一,可能是有机质与矿物颗粒间的硬度差或有机质热解收缩造成（见图8g）。黏土矿物层间缝、矿物颗粒间缝等相对发育,宽度一般为几十纳米至几百纳米,长度一般为数微米（见图8h、图8i）。山2段页岩黏土矿物以伊利石、高岭石为主,在成岩演化过程中,蒙脱石通过伊蒙混层向伊利石转化,伴随体积减小在伊利石层间产生微孔缝,且生烃演化过程中所具有的酸性成岩条件造成长石类矿物蚀变形成高岭石,在高岭石晶间发育大量微孔缝（见图8h）。山2段页岩有机质显微组分以镜质组为主,生气能力强,在热演化过程中产生的异常压力使有机质发生破裂而形成微裂隙（见图8g）。

鄂尔多斯盆地东缘17口井山2段页岩测井解释孔隙度为4%~6%,孔隙度与渗透率具有明显正相关关系。其中山23亚段优质页岩段测井解释孔隙度为5.1%~5.8%（平均5.3%）;岩心实测孔隙度为1.25%~4.85%（平均3.80%）、渗透率为（0.01~0.10）×10-3μm2（平均0.04×10-3μm2）（见图3）,显示研究区页岩具有相对较好的储集能力。

无论是海相页岩还是陆相页岩的岩石组合与矿物成分都相对复杂[10,19,20],海陆过渡相页岩也不例外。鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩层系岩性较为复杂,包括炭质页岩、灰质页岩、粉砂质页岩、泥质粉砂岩,夹细砂岩、粉砂岩、煤层及煤线（见图1、图3）。X射线衍射测试分析结果显示,山2段页岩矿物组分主要包括石英和黏土,含有少量方解石、白云石、长石、黄铁矿等（见图9）,石英含量为24%~54%（平均38.6%）,黏土矿物含量较高且变化较大,为22%~72%（平均55.3%）。黏土矿物中高岭石、绿泥石、伊利石、伊蒙混层含量分别为61.50%、20.58%、15.75%、2.17%。

碳酸盐矿物含量除个别样品含量较高外,总体较少,平均为3.3%。样品中见黄铁矿、菱铁矿等自生矿物,含量一般小于5%。以石英、碳酸盐矿物作为主要脆性矿物,估算山2段页岩脆性矿物含量为40%~65%;山23优质页岩段的石英含量平均为55%,黏土矿物含量为20.0%~41.0%（平均28.9%）,脆性矿物含量为59%~80%（平均71%）。

矿物脆性指数可以用来表征页岩储集层可压裂能力,一般采用石英、碳酸盐等矿物含量之和与石英、碳酸盐、黏土等矿物含量之和相除来计算。结果表明鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩层系的脆性指数最高可达85%,平均为51.2%;山23亚段优质页岩段矿物脆性指数平均为72%。基于大宁—吉县区块3口页岩气井（吉2-4井、吉41井、吉36井）的测井数据分析,山2段页岩具有较好岩石力学特征,杨氏模量为20~44GPa,泊松比为0.20~0.27,表明具有良好的储集层改造品质,有利于储集层压裂。

鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩层系底界埋深为800~2600m,大宁—吉县区块埋深为1200~2600m,石楼西地区埋深为1600~2600m,地层压力系数为0.95~1.05,以常压为主[21]。含气性是评价页岩气是否具备开发潜力最重要的参数[22,23]。大宁—吉县区块17口井山2段页岩测井解释含气量为1.38~5.66m3/t（平均值2.63m3/t）,其中大吉51井2295~2298m山23优质页岩段测井解释含气量为1.55~3.72m3/t（平均值2.15m3/t）,岩心实测含气量为0.75~3.71m3/t（平均值2.15m3/t）（见图3）。研究区山西组页岩中所夹煤岩含气量达10.98~16.98m3/t值得关注。研究区页岩气组分CH4含量为95.15%~99.03%,平均值为96.60%,仅含极少量重烃气及非烃气体,为典型干气。

海陆过渡相页岩与海相页岩相比具有以下地质特征：①沉积上与煤层（线）、致密粉砂岩（砂岩）互层,横向变化较快;②有机质类型以Ⅱ—Ⅲ型干酪根为主,有机质丰度和成熟度较高,生气能力强;③储集层岩石矿物组分复杂,黏土矿物含量相对较高[3,5,8]。鄂尔多斯盆地东缘山2段作为典型海陆过渡相页岩层系,有机质类型主体为Ⅱ—Ⅲ型,TOC值为1%~3%,其中山23亚段TOC平均值达7.97%。页岩层系成熟度为高成熟（Ro值为1.5%~2.0%）且具有较高含气量（平均值高于2.0m3/t）,总体上为页岩气富集层段[1,24],但略低于典型海相页岩（见图10a）。该页岩层系比较典型特征为发育无机孔隙与微裂缝,有机质孔相对不发育,储集层测井解释孔隙度为4%~6%,岩心实测孔隙度平均为3.8%,低于典型海相页岩[1,25,26],例如美国主要海相含气页岩总孔隙度为2%~14%,主体为4%~7%,测井解释孔隙度为4%~12%（平均值为5.2%）[27,28];中国南方下古生界的海相页岩孔隙度为3.0%~9.1%（平均值为6.95%）。页岩储集层孔隙发育受多种因素的影响,包括有机碳含量、干酪根类型、热演化程度、黏土矿物类型及含量等均不同程度的控制着纳米孔隙的发育。诸多研究已证实,页岩有机质类型和有机碳含量是影响有机质孔隙发育的重要因素[18,29,30]。山2段页岩层系总有机碳含量与BJH（Barrett-Joyner-Halenda）总孔体积为弱负相关性,明显不同于海相页岩的正相关特征（见图10b）,与扫描电镜观察到有机孔不发育的结果相一致（见图8）。山2段页岩层系中黏土矿物含量相对较高,与BJH总孔体积具有较差的正相关性（见图10c）。与中国南方典型海相页岩相比,山2段页岩层系孔隙体积明显偏低（见图11）,但总体上仍具有较好的储集能力。

海陆过渡相页岩气在储集层分布、矿物组分、有机质类型、埋深及压力系统等方面与海相具有一定差异。鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩厚度大,单层最大厚度可达50m,并发育榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵等沉积中心（见图11a）。该页岩层系埋深适中,主体为800~2600m（见图11b）,成熟度自北向南逐渐增加,Ro值为1.5%~2.0%（见图11c）,已进入生气高峰阶段。总体来说,比较不同类型页岩气的基本地质条件,如埋深、厚度、有机质含量、热演化程度、含气量、压力系数等,鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩均处于相对中等的位置。山2段页岩TOC值、热演化程度、含气量、孔隙度等关键参数与美国SanJuan盆地Lewis海陆过渡相页岩接近,但是黏土矿物含量较高[31,32,33]。Lewis页岩曾经是美国传统5大页岩气产气层系之一,可见鄂尔多斯盆地东缘山2段在埋深、厚度、含气量等方面具有良好的页岩气地质条件及勘探前景。

依据鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩层系的基本地质特征,参考典型海相页岩气评价指标[1,3,18],初步提出海陆过渡相页岩气有利层段含气性和可压性评价指标。含气性评价指标包括TOC值大于2%、孔隙度大于2%、含气量大于2m3/t。可压性评价指标包括脆性矿物含量高于50%、发育微裂缝。在此基础上,页岩气有利区的评价再加上页岩厚度大于25m、埋深大于1500m两项指标（见图11b）。根据原国土资源部2014年颁布的《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》[34],采用体积法估算山2段页岩气资源量。其中有利页岩面积为22800km2,储集层厚度为37~59m,页岩密度为2.6~2.7g/cm3,含气量为2.15~2.63m3/t,起算埋深1000m,估算地质资源量为（3.3~5.2）×1012m3。发育榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵等3个有利区块（见图11d）,其中榆林—临县有利区面积约4600km2,地质资源量为（6670~10580）×108m3;石楼北—大宁—吉县有利区面积约6000km2,地质资源量为（8700~13800）×108m3;韩城—黄陵有利区面积约2200km2,地质资源量为（3200~5060）×108m3。

页岩气开发效果受控于页岩储集层含气性、物性条件、力学性质、储集层压力和储集层可改造性等[25,35,36,37]。鄂尔多斯盆地东缘山2段中以山23亚段页岩厚度最大,一般为20~40m,分布稳定且夹层少（见图1、图2）,该层段具有“高含气量、高脆性矿物含量”特征,是页岩气最有利甜点段,也是目前主要压裂测试层段。

2018—2019年对大宁—吉县区块一口直井—大吉51井2295~2298m“甜点段”进行压裂,随后进行了1612h试采和1073h关井压力恢复测试。原始地层压力为17.86MPa,测试期间共产出页岩气33.9×104m3,产气量稳定,平均日产气量为0.6×104m3。试采期间平均压降速率为0.11MPa/d,单位井底压降采气量为4.7×104m3/MPa。关井7d的压力恢复速率为0.59MPa/d。试井解释地层有效渗透率为0.06×10-3μm2,无阻流量为2.3×104m3/d,外推地层压力为17.25MPa,比原始地层压力降低了0.6MPa,表现出较高压力保持水平,说明地层能量较高,压力恢复快。若以无阻流量的1/5~1/3进行配产,该井能够以0.6×104m3/d进行有效生产;若根据试采期间的平均产量进行配产,该井能够以0.5×104m3/d进行有效生产。与美国页岩气压裂直井平均产量0.8×104m3/d相比,表现出很好的开发前景。按试井成果预测单井控制动态储量为882×104m3,井控储量高。压裂改造在井附近形成了半长约为66m的裂缝,导流能力约为75×10-3μm2·m,井控区域为418m×700m。

山西组多层页岩叠置,在页岩气开发过程中,以改造优质气层为主。考虑岩石矿物和孔隙组成,可以增加前置酸用量,溶蚀矿物填充及碳酸盐岩,提高改造体积,解除排采隐患。大吉27井、大吉36井、大吉41井、大吉2-4井的前期压裂曲线表明,闭合应力为43~53MPa,推算作用在支撑剂上的有效闭合应力在25MPa以上,推荐支撑剂为70/140目（0.106~0.212mm）石英砂和40/70目（0.212~0.425mm）石英砂和中强度陶粒组合。施工净压力越高,形成的裂缝网络越复杂,单井产量越高。提高排量是提高净压力的最重要手段。前期压裂施工分析显示,排量大于12m3/min,施工压力稳定。研究区页岩孔隙尺度小,静启动压力大,间断排采对地层能量损失大,在压裂液返排过程中应慢速返排,全程油嘴控制,降低吐砂风险,保证连续排采。总体来看,研究区山西组山2段页岩气资源丰富,页岩可压裂性和页岩气可采性良好,开发潜力大。

另外,山西组和太原组两套主煤层在鄂尔多斯盆地东缘全区发育,山西组主煤层全区厚度为1~15m,一般2.5m以上;太原组主煤层厚度为2~20m,一般3.5m以上[21]。煤层Ro值一般为0.59%~2.35%,由北往南热演化程度逐渐升高,从长焰煤开始,煤层累计生气量50m3/t以上[21,38]。因此,研究区页岩气及邻近层位多类型天然气资源丰富,且多层页岩垂向叠置,在今后勘探开发实践中可以考虑多层系多类型气协同开发。

鄂尔多斯盆地东缘石炭系—二叠系为海陆过渡相沉积,发育多套页岩且厚度大,TOC、热演化程度、孔渗特征、含气量、构造保存、埋藏深度等具有优势,具备良好的生、储、封盖条件,页岩气形成富集地质条件良好。研究区二叠系山西组山2段页岩气具有4大地质特征：①沉积环境稳定,富有机质页岩大面积分布;②发育微纳米级孔-缝体系,具备较好储集能力;③富含石英等脆性矿物,有利于储集层压裂改造;④页岩地层压力适中,含气量高。

依据鄂尔多斯盆地东缘山2段页岩层系基本地质特征,结合海陆过渡相页岩气有利层段评价指标,估算研究区山2段页岩气地质资源量为（3.3~5.2）×1012m3,确定了榆林—临县、石楼北—大宁—吉县、韩城—黄陵地区3个有利区块,有利区总面积约1.28×104km2,资源量为（1.8~2.9）×1012m3,勘探潜力大。

鄂尔多斯盆地东缘山2段单井产气量稳定,单井控制储量高,地层可采性和可压裂性良好。系统试井结果证实地层能量充足,具有较好稳产能力,开发前景好。鄂尔多斯盆地东缘山西组和太原组发育多套煤层,且与多套页岩层系垂向叠置,可考虑多类型气协同开发。

致谢：本文得到了中国石油勘探开发研究院、国家能源页岩气研发（实验）中心、中国石油煤层气公司的大力支持。撰写过程中得到了中国科学院邹才能院士、戴金星院士的悉心指导,中国石油咨询中心孙平教授、刘炳玉高级工程师,中国石油大学（北京）陈志明副教授等的帮助,在此一并致谢。

鄂尔多斯高原海拔多少

鄂尔多斯高原（ordosgaoyuan）历史上蒙古族鄂尔多斯部落聚居地域，其范围大致为黄河河湾的长城以北地域。位于北纬37°20＇～40°50＇，东经106°24＇～111°28＇。行政区划包括内蒙古自治区伊克昭盟全境，乌海市海渤湾区，陕西省神木、榆林、横山、靖边、定边5县的北部风沙区，宁夏回族自治区的盐池、灵武2县的部分地域和陶乐县全境。面积12万余平方公里。地质高原位于鄂尔多斯台向斜的北部，包括了东胜台凸全部和陕北台凹的北部，均为华北台块的稳定部分。全区除桌子山外，岩层基本水平，中生代沉降形成向斜盆地，沉积较厚的中生代砂岩、砂砾岩、页岩，西部有第三纪红色砂岩。第四纪以来各地有不同幅度的上升。地貌高原海拔大部为1300～1500米，东部切割河谷部分可下降到1000米以下，高原顶面个别地方可达1600米以上。西北部桌子山自北向南伸延，主峰桌子山（2149米）。东胜以西至杭锦旗以东一带是海拔较高地区（1450～1600米）。其北沿是黄河三级阶地，为包头内陆断陷的南缘。东南部为构造凹陷盆地，境内广泛分布第四纪沉积层和现代河湖沉积。鄂尔多斯流沙和“巴拉”（蒙古语固定、半固定沙丘）分布广泛。由于不合理开垦，过度樵采和放牧，大片沙区中的固定巴拉日益沙化为流沙，原无大片沙地分布的高原中部亦出现不少新沙化地面。本区水系除高原内部为内陆区外，四周均为黄河支流，属黄河水系范围。本区可分为5地貌区：①中西部干燥剥蚀砂质高地。②东南部多湖和沙丘分布的凹地平原——毛乌素沙地。③北部黄河阶地库布齐沙带。④西部桌子山。⑤东部沟谷底薄覆黄土丘陵区。气候、植被和土壤本区位于温带季风区西缘，年均温6～8℃，1月均温-14～-8℃，7月22～24℃，年均降水量150～500毫米，集中于7～9月，降水变率大。风向除西南部全年以偏西风为主外，冬天以西北风为主，夏天以东南风和西南风为主。无霜期130～170天，10℃以上活动积温2500～3200℃。自东南向西北愈趋干旱，降水自东南缘450～520毫米，依次下降到西北缘的150毫米以下，干燥度由4.0增至16.0。高原东部属栗钙土干草原地带，西部属棕钙土半荒漠地带。人文概况黄河阶地库布齐沙带以灌溉农业为特点，旱作农业和畜牧业也占很大比重。中西部砂质高地牧业占绝对优势，农业在其东部有较普遍分布。桌子山是石质山地，放牧少量羊、牛等牲畜。东南部凹地以种植沙地、广种薄收为特色。河谷滩地有旱作农业，耕作比较精细。东部沟谷底薄覆黄土丘陵地，农耕历史久，是旱作农业类型，黄河沿岸以及地势较低的河谷适合葡萄、杏、山楂、枣等的培植。高原分布有大面积流沙和冲沟侵蚀地面及滩地。风沙为害、水土流失、灌溉滩地盐渍化，对本区农业生产很有影响。高原面积80％的地下埋藏煤炭，储量达1050亿吨。东胜煤田和准格尔煤田正进行大规模建设。在干旱缺水的高原北部已发现特大地下水源。鄂尔多斯高原的伊克昭盟东部是蒙古族、汉族混居的区域，西部为蒙古族分布区，南部以汉族为主，西南部为蒙古族、回族混居区域。境内主要城市为陕北的榆林市，内蒙古伊克昭盟的东胜市和西部的矿业城市乌海市。

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