吴东旭，吴兴宁，李程善，于 洲，李维岭，蔡 君，李国军

1中国石油杭州地质研究院；2中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室；3中国石油长庆油田公司勘探开发研究院

0 前言

鄂尔多斯盆地是我国重要的含油气盆地，面积约为25×104km2，可划分为伊盟隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环坳陷、西缘逆冲带和渭北隆起等6个一级构造单元［1]。随着鄂尔多斯盆地天然气勘探不断向深层拓展，下古生界烃源岩的发育规模及生烃潜力成为制约勘探的重要因素。近年来，长庆油田在盆地西缘奥陶系的风险勘探不断发现天然气显示和低产气流，忠4井在乌拉力克组试气获得4×104m3/d的工业气流，证明了盆地西缘发育有效的海相烃源岩。本文的研究区主要包括盆地西部的天环坳陷和西缘逆冲带，研究层位为中奥陶统乌拉力克组。

前人对盆地西部奥陶系的烃源岩以及天然气成藏进行了广泛的研究，大部分学者认为西部发育的深海相泥岩和泥灰岩是奥陶系主要的烃源岩［2-10]。但以往的研究多侧重于西部烃源岩的成藏潜力，针对烃源岩沉积模式的研究［11-12]较少，对于这套烃源岩整体的发育规模和分布规律目前还没有详细的论述。作者对忠4井、李34井等一批新的重点探井的乌拉力克组烃源岩进行了分析，结合野外典型露头剖面对比，以及大量的岩石学研究和地球化学分析，对乌拉力克组的沉积特征、烃源岩发育模式及生烃潜力进行了综合研究和详细评价，以期指导盆地西缘的下一步勘探工作。

1 乌拉力克组沉积特征

烃源岩一般分布在水体相对较深且稳定的沉积环境，这样才能保证有机质得到良好的保存，不会被动荡的浅水富氧水体所破坏和氧化［13]。作者根据钻井、野外露头资料，对乌拉力克组等地层层序和岩性特征进行深入分析和对比（表1），并在此基础上精细刻画了沉积相分布（图1）。

图1 鄂尔多斯盆地西部奥陶系乌拉力克组沉积相平面图Fig.1 Sedimentary facies map of the Odovician Ulalik Formation in western Ordos Basin

参考前人的地层划分方案［14-15]，结合对盆地西部多个野外露头的观测，对乌拉力克组的层位及其与盆地西部其他地区地层层序的对应关系重新进行了厘定。乌拉力克组的名称源于内蒙古桌子山地区岗德尔山南部的乌拉力克沟，该组在命名地与下伏克里摩里组呈整合接触。如表1所示：乌拉力克组在盆地西缘南部的平凉地区与平凉组下段对应；在中部青龙山地区大部分被剥蚀，只有局部地区有少量出露；在中北部大罗山、小罗山地区与米钵山组中部对应；再往北至贺兰山地区与樱桃沟组上段对应。

表1 鄂尔多斯盆地西部中奥陶统地层对比表Table 1 Stratigraphic correlation of Middle Ordovician in western Ordos Basin

中奥陶世克里摩里期，盆地西部海侵到达最大范围［16]，自西向东依次发育深水盆地—斜坡—台地边缘—开阔台地等相带。

乌拉力克期，盆地西部继续裂陷，东部继续抬升，基本继承了克里摩里期的古地理环境，但后期的抬升使东部的地层遭受大范围剥蚀（图1），往西依次发育浅水灰质陆棚、深水陆棚和海槽等相带。

通过对钻井和野外露头的岩心和薄片观察，并结合全岩矿物分析发现：①西部的海槽相主要是陆源碎屑供给形成的一套砂泥岩互层的类复理石浊积岩，厚度巨大，属超补偿沉积，不利于有机质的保存［17]。由于受到北部的阿拉善古陆、伊盟古陆以及西南部的古秦岭的影响，海槽发育大量的深海重力流沉积，包括浊流、等深流、颗粒流等［18-20]以及典型的复理石沉积［21]，露头样品大部分为不等粒岩屑石英砂岩，含部分火山岩碎屑以及碳酸盐岩颗粒，可以见到典型的鲍马序列、粒序层理和碎屑沉积。重力流的石英颗粒或岩屑大小一般超过了300μm，大的达到几个毫米。②深水陆棚相沉积了一套厚度相对稳定、夹数层钙质角砾岩的灰黑色含笔石泥页岩地层。在相对稳定的缺氧环境下，发育含泥灰岩、灰质泥岩、泥页岩等富有机质沉积（图2）。钻井岩心烃源岩样品主要为泥灰岩或灰质泥岩，含少量的石英或长石颗粒。桌子山地区乌拉力克组岩石中的石英颗粒一般小于100μm，代表了正常的风力或者水力牵引流。③研究区东部的浅水灰质陆棚相，主要发育泥晶灰岩、颗粒灰岩等浅海沉积，由于后期抬升剥蚀，残余厚度较小。

图2 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组烃源岩岩性特征Fig.2 Lithologic characteristics of the Ulalik source rocks in western Ordos Basin

岩石中的石英和岩屑颗粒一般代表了陆源物质的供应，而碳酸盐含量则主要受海相沉积的影响［22]。一般来讲，陆源物质的供应会影响到水下沉积的稳定性，尤其是海底重力流对烃源岩的保存会有较严重的破坏作用。但以桌子山地区为代表的深水陆棚相，其陆源碎屑属于正常的风力或者水力牵引流沉积，并不会对地层的沉积产状产生明显影响，也不会破坏有机质的保存。

通过对李34井、忠4井深水陆棚相岩心样品稀土元素的分析（图3）可知：其∑REE值为154.7～174.24（与北美页岩的173.21大致相当），∑LREE/∑HREE值为10～11（大于球粒陨石标准值1.78和北美页岩的7.50），(La/Yb)N值为10～12（大于北美页岩的6.99），轻重稀土元素分异大，反映其沉积速率较慢［23]；Ce异常值为-0.04～-0.02，明显大于-0.1，反映沉积古水体为缺氧还原环境［24]。这表明深水陆棚保持了平静缺氧的静水沉积环境，并未受到深水重力流的影响，有利于烃源岩的保存。

图3 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组深水陆棚相岩心样品稀土元素分布特征Fig.3 REE distribution patterns of core samples of deep-water shelf facies of the Ulalik Formation in western Ordos Basin

2 乌拉力克组烃源岩特征及生烃潜力

在沉积相分析的基础上，作者编制了乌拉力克组暗色泥岩厚度图（图4a），利用多口探井的以深水陆棚相为主的岩心和岩屑样品开展了TOC（图4b）、干酪根、镜质组反射率、热解等地球化学分析，为烃源岩综合评价提供了充足的数据支撑。

图4 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组暗色泥岩厚度及TOC等值线图Fig.4 Contour map of thickness and TO C of dark mudstone of Ulalik Formation in western Ordos Basin

2.1 暗色泥岩厚度和TOC分布

对钻穿乌拉力克组的38口探井所揭示的暗色（含灰）泥岩的厚度进行了统计，并编制了暗色泥岩厚度平面分布图（图4a）。由图可知，乌拉力克组暗色泥岩主要分布在深水陆棚相的2个洼地中：南部洼地最厚可达74 m，北部洼地最厚可达59 m。

对乌拉力克组259块岩心和岩屑样品的T O C进行统计，最小值为0.05%，最大值为4.55%，平均值为0.53%。如T O C直方图所示（图5），T O C大于0.4%的样品占比达46%，说明乌拉力克组近一半样品达到了烃源岩的标准。在TOC平面分布图上（图4b），与暗色泥岩厚度分布特征相似，最高值出现在与图4a对应的两个洼地中，其中南部洼地TOC平均值最高达0.58%，北部洼地最高达0.72%。T O C的分布区间可划分为4个区，分别对应0.4%～0.5%、0.5%～0.6%、0.6%～0.7%和大于0.7%。

图5 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组暗色泥岩TOC直方图Fig.5 TO C histogram of dark mudstone of Ulalik Formation in western Ordos Basin

2.2 有机质类型及成熟度

有机质类型取决于有机质当中的干酪根组成［25]。对乌拉力克组30块样品（7块露头样品，23块岩心样品）进行了干酪根显微组分鉴定及类型划分（图6）。所有样品均以腐泥组为主，平均含量为85.5%，最大可达96%，最低也有64%，说明烃源岩基本为海相成因；腐泥组中大部分为腐泥无定形体，只有个别样品含有少量浮游藻类体，说明干酪根降解程度较高。壳质组平均含量为9.6%，最高不超过30%，并且主要为腐殖无定形体。镜质组含量平均为2.2%，最高不超过5%，主要为正常镜质组。惰质组主要为丝质体，平均含量为2.1%，最高不超过4%。总体上，干酪根类型指数分布范围为62～97，平均为89，反映主要为Ⅰ型干酪根，少量为Ⅱ1型干酪根，这进一步印证了烃源岩的海相来源［26]。

图6 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组有机质干酪根显微照片Fig.6 Micrographs of kerogen of Ulalik Formation in western Ordos Basin

同一批样品的镜质组反射率分析表明，乌拉力克组Ro的范围为1.13%～2.35%：其中钻井（主要位于研究区中东部）样品为1.13%～1.82%，处于成熟—高成熟阶段；而野外露头（主要位于研究区西部）样品为1.36%～2.35%，处于高成熟—过成熟阶段［27]，部分地区甚至达浅变质阶段，如石板沟剖面、大石头沟剖面和大罗山、小罗山剖面。

2.3 生烃潜力

本次研究对桌子山露头乌拉力克组T O C较高的8个样品（T O C平均值为0.84%）进行了热解分析，并与搜集到的12口井岩心样品的热解分析结果进行对比。结果表明：热解峰温为383～598℃，平均为480℃，属于高成熟—过成熟阶段，这与Ro测试的结果相一致；游离烃量S1为0.01～0.17 mg/g，平均为0.04 mg/g；裂解烃量S2为0～0.39 mg/g，平均为0.11 mg/g；总的生烃潜量（S1＋S2）为0.01～0.45 mg/g，平均为0.14 mg/g。总体上，热解分析结果反映乌拉力克组烃源岩生烃潜力并不高。许多学者认为我国海相烃源岩成熟度普遍较高，其原始有机碳和生烃潜量需要恢复［28-30]，因此其原始的生烃潜力应比当前实测的要高出许多。

国内众多学者针对海相烃源岩（灰质或含灰泥岩为主）的T O C下限作了研究，不同学者提出的下限差异很大，分布范围在0.05%～0.5%之间［31-36]。近年来，大多数学者认为应该为0.4%或0.5%，与泥质岩的TOC下限一致［37-38]。在此基础上，作者参考陈建平等［39]基于下古生界海相烃源岩建立的回归方程，根据研究区实际地质条件，采用下式恢复原始生烃潜量：

式中：TOC为有机碳含量，%；Pg为原始生烃潜量，mg/g。

再结合有效烃源岩的厚度和面积分布，可计算总的生烃量：

式中：Q为总生烃量，108t；S为烃源岩分布面积，km2；H为烃源岩厚度，m；ρ为烃源岩密度，这里取泥岩的密度2.6 g/cm3；Pg为由式（1）计算得到的原始生烃潜量，mg/g。

考虑到研究区乌拉力克组烃源岩有机质成熟度普遍较高，以及T O C高值区与烃源岩厚度高值区的对应性，笔者认为选择0.4%为烃源岩的T O C下限相对合理。在此基础上分别计算不同TOC分区的生烃量，然后求和得到乌拉力克组总的生烃量为8.226×108t（表2）。

表2 鄂尔多斯盆地西部乌拉力克组烃源岩的生烃参数和生烃量Table 2 Hydrocarbon generation parameters and quantity of source rock of Ulalik Formation in western Ordos Basin

3 结论

（1）鄂尔多斯盆地西缘奥陶系乌拉力克组（及对应地层）发育浅水灰质陆棚相、深水陆棚相和海槽相，分别以（颗粒）泥晶灰岩、含灰泥（页）岩和重力流沉积为特征。深水陆棚相由于水体安静、且处于氧化界面以下，是烃源岩发育和保存的有利相带；而海槽相由于受到重力流、浊流等的影响，水体动荡，不利于烃源岩的保存。

（2）深水陆棚相暗色泥岩TOC大多超过0.4%，干酪根以Ⅰ型为主，含少量Ⅱ1型，普遍达到成熟—高成熟阶段，部分达到过成熟阶段，是有效的产气源岩。

（3）考虑到乌拉力克组烃源岩成熟度普遍较高，因此选择0.4%为烃源岩的TOC下限，计算得到盆地西部乌拉力克组的总生烃量达到8.226×108t，可以为西缘奥陶系提供充足的气源。