(1.山東科技大學山東地質學院，山東青島266510 2。山東油氣勘探開發工程技術研究中心，山東青島266510 3。中國科學院廣州地球化學研究所，廣東廣州510640)。
作者簡介:李增學，出生於1954，男，山東沾化人，教授，博士生導師，主要從事煤炭地質與能源盆地分析(lizengxue@263.net)。
基金項目:國家重點基礎研究發展規劃項目“多種能源礦產的富集機制及富集分布規律(項目編號:2003CB214608)"
煤是鄂爾多斯盆地的主要礦產之壹，也是煤成氣的主要烴源巖。分布於石炭-二疊系的本溪組、太原組、山西組，三疊系的瓦窯堡組和侏羅系的延安組、直羅組。上古生界烴源巖有機質豐度高。鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖均已達到成熟水平，並具有南高北低的演化特征。晚古生代碎屑巖和碳酸鹽巖儲層通過成巖作用和構造疊加轉化為非常復雜的地質體，並被不透水的巖層所包圍，從而形成各種形態和成因的低孔低滲油氣藏。研究表明，鄂爾多斯盆地存在自生自儲、混合運移儲、上生下儲、下生上儲四種生儲蓋組合關系。
關鍵詞煤成氣生儲蓋組合時空分布；烴源巖；鄂爾多斯盆地
鄂爾多斯盆地煤成氣源、儲、蓋組合及展布分析
李增學1，2，韓美蓮1，李江濤3，盧大偉1
(1.山東科技大學地球科學學院，青島266510；2.山東油氣勘探開發工程技術研究中心，青島266510；3.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州510640)
煤是鄂爾多斯盆地最重要的礦產資源之壹，是煤成氣的主要來源。煤層分布於二疊-石炭系的本溪組、太原組和山西組，三疊系的瓦窯堡組和侏羅系的延安組和直羅組。上古生界烴源巖中有機質豐度較高。鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖的變質程度均超過成熟程度，並具有南高北低的特點。上古生界海陸交互相碎屑巖和碳酸鹽巖儲層經過成巖作用和構造疊加，轉化為復雜的地質體。即使被非滲透性巖石所包圍，也形成了不同類型、不同成因的低孔低滲油氣藏。研究表明，鄂爾多斯盆地發育四種生儲蓋組合模式，即生儲同層、下生上儲、上生下儲。
關鍵詞:煤成氣；烴源巖；烴源巖、儲層和蓋層的組合；傳播；鄂爾多斯盆地
鄂爾多斯盆地是中國西部的壹個大型能源盆地。從古生代到中生代沈積了大量的油氣和含煤地層，對各種能源礦產聚集富集的研究是當今的熱點。鄂爾多斯盆地煤、油氣、煤成氣、煤層氣和鈾礦床的研究成果不斷提出。煤的聚集對各種能源礦產的聚集富集作出了特殊貢獻，煤成氣是盆地內重要的天然氣資料，其聚集富集是各種能源礦產聚集富集的主要組合形式之壹。本文論述了鄂爾多斯盆地煤成氣儲蓋組合特征及其時空分布。
鄂爾多斯盆地1煤成氣源巖分布
煤是鄂爾多斯盆地的主要礦產之壹，也是煤成氣的主要烴源巖。自下而上有C-P、T、J三套含煤巖系[1]，主要分布於石炭-二疊系的本溪組、太原組、山西組，三疊系的瓦窯堡組，侏羅系的延安組、直羅組。石炭-二疊紀含煤地層形成於華北晚古生代含煤盆地，三疊紀含煤地層形成於華北三疊紀大型內陸坳陷盆地，侏羅紀含煤地層形成於鄂爾多斯侏羅紀含煤盆地。由於三個聚煤盆地的構造背景不同，充填過程中形成的含煤巖系和煤層特征也不同[2]。
石炭系和二疊系中，太原組和山西組為主要含煤段。煤系和煤層分布於整個盆地，但2000米的淺埋深度僅限於盆地外圍。太原組壹般含煤2 ~ 9層，可采和部分可采2 ~ 5層，最大累計厚度20 ~ 30m。主要可采煤層位於中下部。山西組壹般含煤2 ~ 3層，可采和局部可采層數為1 ~ 2。累計厚度和最大單層厚度均低於太原組，主要可采煤層位於中下部。
三疊系含煤系列以瓦窯堡組為主要含煤段，含煤範圍僅限於黃陵、富縣、延安、子長、子洲，其中僅子長地區達到可采厚度，含* * *煤7 ~ 15層，可采1層，厚1 ~ 2m，位於瓦窯堡組上部。
侏羅系含煤系主要以延安組為含煤剖面。除盆地中部的延安、延川、延長外，其他地區均有煤層分布。本組* * *含10 ~ 15層煤。煤層在平面上的分布具有明顯的規律性，盆地南部主要可采煤層的最大厚度可達40 ~ 60m。盆地中部僅發育煤線。盆地北部主要可采煤層位於延安組上部，最大單層厚度可達10m以上。
1.1上古生界煤的時空分布特征
鄂爾多斯盆地不同地區石炭-二疊紀煤的煤種不同，北部以長焰煤和氣煤為主，中部以煉焦煤為主，南部以貧煤、瘦煤和無煙煤為主。煤屬中富灰低高硫煤，其中山西組以低中硫煤為主，太原組以高硫煤為主。除北部準格爾地區長焰煤外，其他產煤區均為煙煤。東部帶煤階變質程度由北向南遞增:河東煤田北部(府谷-離石)為氣煤，南部(離石-鄉寧)為肥、焦、瘦煤，渭北煤田為薄、瘦煤(深部無煙煤)。西部地帶的大部分煤炭屬於煤氣、化肥和煉焦煤。河東煤田南段的離石、柳林、鄉寧是我國主要的煉焦煤基地。晚古生代* * *含煤地層為11，煤層主要分布在盆地東西兩側，西部橫山堡和環井地區厚度為12 ~ 26 m，東北部府谷和北部I9井區為18 ~ 26 m，榆林-蒲縣地區為10 m，正寧以南厚度不足2m。總的來說，本區石炭-二疊系煤系的分布具有東厚中間薄且穩定的特點，其中西部煤層累計厚度為15 ~ 35m，中部為4 ~ 8m。由於後期構造運動的擡升，上述煤層在盆地中部和東部保存較好，而在盆地西部和南部保存相對較差(圖1)。
圖1鄂爾多斯盆地上古生界煤層等厚圖
三疊系煤層1.2的時空分布特征
瓦窯堡煤系屬陸相盆地型沈積，有6組* * * 8 ~ 22層，多達30余層，煤厚壹般為0.05 ~ 0.40 m，煤層總厚度約為11.00m，主要出露於銅川、宜君、富縣、子長、玉林至神木、吳起、知止。巖性變化大。以郟縣-橫山為界，瓦窯堡煤系具有北薄南厚、北粗南細的宏觀沈積特征。北部以辮狀河沈積為主，灰綠色、黃綠色、灰白色中細砂巖夾砂質泥巖、粉砂巖、煤線，南部西部以湖泊三角洲-淺湖-次深湖相沈積為主，特別是清澗河和大理河。煤系主要發育在瓦窯堡組上部，含煤性好，含煤面積大，煤厚穩定，是瓦窯堡煤系的主要可采煤層。瓦窯堡組沈積期間，地殼升降非常頻繁，導致湖泊進退頻繁，進退時間短，導致煤層多，但缺少厚煤層。在所有煤層中，除5號煤層為主要可采煤層外，其他煤層可采點很少。富煤中心位於子長-盤龍地區，陜北子長縣與子洲縣之間的三角洲平原富煤中心煤層變化規律，累計厚度達4m以上。從上三角洲平原到下三角洲平原再到湖灣區，煤層厚度由薄變厚再變薄，直至淺湖區尖滅(圖2)。
圖2瓦窯堡煤系煤層累積等厚圖
圖3中侏羅世早期延安組煤層累計厚度圖。
1 ——保留含煤巖系邊界；2—煤層等厚線；3-厚度> > 10m的區域；4-厚度為5 ~ 10m的區域；5-厚度為5 ~ 0.8m的區域
1.3侏羅系煤層時空分布特征
侏羅系含煤巖系是鄂爾多斯盆地最重要的含煤巖系之壹。由於其分布面積廣，沈積環境不同，含煤性和聚煤效果在時間和空間上差異很大。盆地北緣和西緣含煤地層多，分布面積廣，橫向穩定，累計厚度大。但盆地南緣主要煤層厚度變化較大，含煤性不如盆地北緣和西緣。其中延安組為主要含煤地層，富縣組局部有煤線或薄煤層。
延安組是盆地中最發育、分布最廣的壹組，含煤性好。盆地北部的恒山、榆林、烏審旗、鄂托克旗、杭錦旗、東勝等地有3 ~ 27層煤。煤層總厚度6 ~ 33m，局部可達40m以上。盆地西部馬家灘、礫石井、磁窯堡、周家溝、王窪等地延安組含煤6-26層，平均總厚度18-33m，含煤系數6%-12%。華亭、賓縣、焦坪等盆地南部煤層較少，壹般為1 ~ 10層，但煤層較厚，總厚10 ~ 20m，最大厚34m(圖3)。
2上古生界煤成氣源巖的演化及天然氣強度特征
2.1氣源巖的地球化學特征
石炭-二疊系烴源巖主要為下二疊統山西組、上石炭統太原組壹段和本溪組所含的煤層、暗色泥巖和灰巖。
上古生界烴源巖有機質豐度高。暗色泥巖有機碳含量壹般為1% ~ 2%，其中海陸交互相沈積的上石炭統好於陸相沈積的下二疊統(表1)；氯仿瀝青的平均含量在0.0378%-0.0964%之間。總烴含量為136.1 ~ 381.8g/t，煤中有機碳、氯仿瀝青和總烴含量遠高於泥巖(表1)。暗色泥巖和煤的烴/有機碳值低，小於2%，煤更低，說明有機質向烴的轉化率低，這是含煤地層的特點。全盆地上古生界暗色泥巖和煤中所含有機質多為腐殖型，元素分析H/C值壹般小於0.8，平均值為0.6 ~ 0.7。鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖均已達到成熟水平[3]，具有南高北低的演化特征。總的規律是盆地南部的吳起、慶陽、延安、黃陵地區有機質演化程度最高，RO > 2.5%，向盆地邊緣呈環狀逐漸降低(圖4)。總的來說，盆地東部已處於高-過成熟階段，主要生產幹氣。
圖4鄂爾多斯盆地上古生界煤系鏡質體反射率等值線圖。
(李克勤，1992)
表1上古生界烴源巖地球化學特征
2.2氣體強度分析
從氣量分析來看，上古生界烴源巖有三個生氣中心[4](圖5和圖6)。
(1)南部富縣-延安-慶陽生活中心。形成時間早，印支期早期成為有效供氣區。印支-燕山期沈降大，有機質熱演化快，是天然氣的主要生成期。
(2)烏審旗北部天然氣中心。它是在燕山早期逐漸形成的，燕山中晚期是天然氣的主要生成期。仍有生氣能力，是燕山晚期持續供氣的地區。
(3)西緣天然氣中心。分布面積較小，燕山晚期開始成為有效的供氣中心。晚白堊世末期，烴源巖大幅擡升，停止生氣。
侏羅紀沈積後上古生界天然氣豐度和運移方向。
1-憤怒中心；2-裸露區；3-等深線；4-故障；5-天然氣運移方向
上古生界天然氣豐度和天然氣運移方向。
1-憤怒中心；2-裸露區；3-等深線；4-故障；5-天然氣運移方向
3儲層特征
在不同的沈積環境下，鄂爾多斯盆地演化不同階段的原型盆地形成了早古生代海相碳酸鹽巖儲層、晚古生代過渡碎屑巖儲層和碳酸鹽巖儲層，這些儲層經過成巖作用和構造疊加轉化為非常復雜的地質體，並被不透水巖石所包圍，從而形成了各種形態和成因的低孔低滲油氣藏。
3.1上古生界砂巖儲層特征
晚古生代，鄂爾多斯盆地經歷了從晚石炭世開始的具有瀉湖、障壁、潮坪和三角洲的陸表海盆地到早二疊世晚期開始的具有河流和三角洲的內陸湖泊的演化過程，形成了多種良好的儲層，主要為孔隙砂巖。主要產氣層位於二疊系下石盒子組和山西組。氣層和含氣層主要分布在氣源附近的山2、山1和盒9、盒8段。
山西組和下石盒子組儲層的基本特征是壹套低孔低滲的致密砂巖，巖性主要包括應時砂巖、巖屑應時砂巖和巖屑砂巖。孔隙類型主要為粒間孔、粒間孔和晶間微孔，巖石裂縫和晶間裂縫是主要的運移通道。根據盆地砂巖儲層類型和分類標準，上古生界儲層主要為ⅲ、ⅳ類，ⅰ、ⅱ類僅在盆地北部和西部邊緣發育。其中北緣發育溶孔，西緣發育溶孔和晶間殘余孔。總的來說，上古生界儲層具有低孔低滲、喉道薄、非均質性強的特點。
3.2鄂爾多斯盆地古生代生儲蓋組合
3.2.1主密封層
(1)下古生界蓋層
①古風化殼的封閉層。以泥質巖為主，根據其與古風化殼的配置關系，可分為區域封閉層、間接封閉層和直接封閉層。
區域蓋層:上古生界上石盒子組和石千峰組為壹套橫向穩定的以湖相為主的砂泥巖沈積，其中上石盒子組泥巖厚度為100 ~ 140米，石千峰組為141 ~ 205米。兩個組中的泥質巖分布廣泛，橫向連續，既是古風化殼氣藏的區域性蓋層，也是上古生界氣藏的理想蓋層。
間接蓋層:指覆蓋在古風化殼上的石炭系和山西組的含煤碎屑巖和海相碳酸鹽巖沈積，在盆地中廣泛分布。主要巖性為泥質巖、煤層和泥晶灰巖，是良好的封閉層。
直接蓋層:石炭系下部的鐵鋁泥質巖、暗色泥巖、泥質粉砂巖。
②內部密封層。是指由於海進-海退引起的沈積層序或沈積相的變化，在儲集巖上形成的由致密碳酸鹽巖、海相泥質巖和蒸發巖組成的封閉層。
(2)上古生界蓋層
上古生界的封閉條件主要是上述作為區域封閉層的上石河組和石千峰組的湖相泥巖。此外，山西組、太原組和下石盒子組廣泛發育的三角洲平原分流河道窪陷和沼澤泥巖也是良好的局部封閉層。
(3)中生代封閉條件
以河間坳陷和平原湖相泥巖為主的地層是中生代最好的蓋層。自下而上，長4+5為淺湖相泥巖蓋層，長3頂部至長2下部為湖相泥巖蓋層，延安組上部為河間坳陷泥巖、砂質泥巖及平原湖相泥巖、砂質泥巖、碳質泥巖為本區最佳蓋層。
3.2.2主要儲蓋組合形式
根據烴源巖、儲層和直接蓋層的巖性組合，鄂爾多斯盆地油氣藏可分為以下四種類型:
(1)自生成自存儲。自生自儲類型主要有奧陶系碳酸鹽巖自生自儲組合，上古生界山西組、太原組、本溪組自生自儲組合，中生代延長組(特別是長2、長6)自生自儲組合(圖7a)。
(2)上生下儲型。上古生界含煤烴源巖生成的天然氣通過地層向下運移，聚集在其下方的古風化殼中。在中生界含油組合中，主要指以長7泥巖為主要烴源巖，長10-長8三角洲分流河道砂巖為儲層的組合(圖7 c)。
(3)下壹代和上存儲型。主要反映下部烴源巖生成並向上運移的油氣組合類型，如古風化殼馬家溝組生成的天然氣聚集、頂石盒子組上古生界煤系生成的煤成氣聚集、延長組為主要烴源巖並最終運移至侏羅系延安組的油氣聚集類型(圖7d)。
(4)混合運輸和儲存型。以上的組合。
4結論
(1)通過對鄂爾多斯盆地三個重要成煤期煤的時空分布特征的研究，認為晚古生代聚煤盆地是壹個大規模的陸表海盆地，具有大規模的穩定背景，聚煤作用主要發生在盆地的東北部、東部和西部，而盆地中部和南部煤層薄，分布不穩定。三疊系瓦窯堡煤系屬於陸相盆地型，北部厚度薄，南部粒度粗。這壹時期地殼升降非常頻繁，導致湖泊進退頻繁，進退時間短，導致煤層多，但缺少厚煤層。侏羅系含煤系是鄂爾多斯盆地最重要的含煤系之壹，但盆地含煤性和聚煤作用在時間和空間上差異很大:盆地北緣和西緣含煤地層多，分布面積廣，水平穩定，累積厚度大，而盆地南緣主要煤層厚度差異較大。三期聚煤作用為煤成氣源巖的發育奠定了物質基礎。
圖7奧陶系生儲蓋組合類型示意圖
(a)自發電和自儲存；(b)混合運輸和儲存類型；(c)上代下儲型；(d)下壹代和上層存儲類型。
(2)通過研究煤成氣源巖的地球化學特征和生氣能力，認為鄂爾多斯盆地有三個生氣中心:南部的富縣-延安-慶陽生氣中心，北部的烏審旗生氣中心和西緣生氣中心。
(3)研究了鄂爾多斯盆地煤成氣藏的封蓋條件，並在此基礎上得出該盆地封蓋層具有“自生自儲、上生下儲、下生上儲”三種組合形式的認識。
參考
中國煤田地質總局編寫的[1]。1996.鄂爾多斯盆地聚煤規律及煤炭資源評價[M].北京:煤炭工業出版社。
王雙明，張玉平。1999.鄂爾多斯侏羅紀盆地的形成演化及聚煤規律[J].地球科學前沿，第6卷增刊:147 ~ 155
[3]李克勤。1992.中國石油地質(第12卷)。北京:石油工業出版社。
傅少英，彭平安，張文正等2002。鄂爾多斯盆地上古生界煤成烴動力學研究[J].中國科學(D輯)，32(10):812 ~ 818。