中国石油化工股份有限公司于2019年9月25日对外宣布，鄂尔多斯盆地油气勘探获得重大进展，在盆地北缘杭锦旗区块发现了千亿立方米级大气田——东胜气田，累计探明天然气地质储量达1239×10⁸m³，新建产能15×10⁸m³/a，成为国家能源发展战略的重要支撑。

盆地北缘构造活动持续且较强烈，早期研究认为该区位于深盆气边部的气水过渡带上，难以形成大型气田^[1-5]。中国石化华北油气分公司一直坚持探索该区的天然气资源潜力和成藏条件，逐渐认识到该区石炭系—二叠系具备大型气田形成条件^[6-11]，总体上具有纵向多层叠置、横向复合连片的成藏特点，不同区带气藏类型及成藏主控因素存在较大差异。东胜气田的发现经过了几代油气勘探工作者60多年的科技攻关和勘探实践，全面地认识前期取得的勘探成果，明确近中期攻关方向和增储领域，是实现持续增储上产的关键。本文旨在通过回顾鄂尔多斯盆地北缘的勘探历程，总结不同阶段研究成果，分析各阶段勘探思路的转变过程及其对新领域勘探的作用，聚焦当前勘探面临的关键问题，展望勘探前景。

东胜气田位于杭锦旗区块，该区块位于天环坳陷、伊陕斜坡与伊盟隆起3个盆地一级构造单元结合部位(图 1a)，主要发育上古生界石炭系—二叠系致密低渗气藏。该区块天然气成藏基本地质特征具有过渡带的特点，构造特征上表现为从南部盆内平缓斜坡区向北部盆缘隆起区过渡的特点，古生界由南向北逐渐超覆尖灭(图 1b)；沉积特征上具有由北部近物源陡坡区冲积扇沉积向南部较远物源缓坡区辫状河沉积过渡的特点；烃源岩展布特征具有由盆内大型生烃中心向盆缘烃源岩逐渐减薄至缺失过渡的特点；成藏模式由盆内岩性成藏单一模式向盆缘多因素复合成藏过渡的特点，油气成藏条件复杂。

图 1

图 1 研究区区域位置(a)及地层分布图(b) Fig. 1 Regional location (a) and strata distribution map (b) in the study area

鄂尔多斯盆地北缘油气勘探起始于20世纪50年代，从构造高部位局部含气到大面积砂岩含气、从气水过渡带到万亿立方米规模储量叠置区，勘探认识逐渐深化；从北部隆起区到南部斜坡区，再到分区带展开勘探，勘探阵地逐渐明确；从构造找气到源内大型岩性气藏，再到多类型气藏，勘探目标逐渐清晰。

受"基岩隆起区找油"认识主导，1955年起，原地质部系统的206队在伊盟隆起及其周边地区进行油气普查，发现白垩系油苗、含油砂岩4处，以及长盛源、柳沟等局部构造^[12]。期间部署实施浅井8口，以明确白垩纪以前沉积地层的含油性，了解可能存在的油储类型。吴1井至吴7井在上白垩统、中二叠统见油气显示；1960年6月对吴19井井深600m左右的石盒子组含油砂岩进行试油，见到少量气喷，曾引起广泛重视。

由于可靠构造尚未被发现，钻探能力受一定限制，对含油气远景无法给予确切的证实，1960年底盆地北缘油气勘探工作基本结束，技术指导思想开始转移到盆地的整体研究。

国家地质总局于1976年11月15日召开海相沉积区石油普查技术座谈会，提出了新一轮油气勘查战略，要求把查清区域油气地质规律与发现油气田紧密结合起来，强调在新领域、新地区、新类型及新深度取得突破，不断发现油气田和油气勘查基地。

地质矿产部第三石油普查大队以探索盆地北缘构造圈闭含气性为主要勘探思路，在伊盟隆起及周边地区实施二维地震测线130条，在泊尔江海子断裂—三眼井断裂以北的杭锦旗断阶发现一批小型构造。1977年在什股壕构造的伊深1井下二叠统下石盒子组4层合试自然求产测试，获得天然气9387~13323m³/d，是鄂尔多斯盆地北部首次在上古生界获得天然气，具有重要的里程碑意义，实现了鄂尔多斯盆地从以中生界石油勘探为主向以上古生界碎屑岩天然气勘探为主、从盆内岩性圈闭找油向盆缘构造找气的战略转移。期间相继实施探井21口，6口钻遇含气显示层并进行试气，其中拉布仍构造上伊17井下石盒子组盒1段经加砂压裂产天然气无阻流量为37592m³/d。1989年以后由于重心转移到鄂尔多斯盆地内部油气勘探，北缘天然气勘探进入停滞阶段。

1999年以构造圈闭为目标对盆地北缘开展新一轮的勘探，什股壕构造上锦评1井在下石盒子组获得低产气流，盆地北缘天然气勘探取得突破，提交控制地质储量20.73×10⁸m³。2004年之后，借鉴大牛地气田成功经验提出"向源勘探"的指导思想，重心转向泊尔江海子断裂以南的煤系烃源岩发育区，以河道砂岩复合体构成的大型岩性圈闭的含气性得到验证，锦21井、锦25井等钻遇工业气流，提交天然气控制地质储量1244×10⁸m³、预测地质储量1003×10⁸m³。同时，泊尔江海子断裂以北地区突破原有构造控气认识，发现下石盒子组盒2+3段发育大中型构造—岩性复合气藏，新认识指导该区勘探取得突破，提交天然气探明地质储量163×10⁸m³、控制地质储量418×10⁸m³。相比盆地内部，盆地北缘已发现天然气储量丰度较低、单井产量偏低、气水分布复杂。

2012年以来，在泊尔江海子断裂—三眼井断裂带南、北分别建立了"源储共生、近源成藏"和"双源供气、圈闭控藏"的成藏模式，形成了"源储配置最优化"的选区思路，重点持续评价泊尔江海子断裂带以南大型岩性气藏，培育成纵向多层、横向连片的6000×10⁸m³规模储量阵地。在优选出的2000×10⁸m³规模储量富集区——独贵加汗区带，相继发现锦58井、锦86井等一批中高产井，启动开发建产工作，为建成大型气田奠定了资源基础。

"十三五"以来，针对鄂尔多斯盆地北缘天然气基本成藏条件在平面展布上具有明显过渡带的特点，以及在纵向上层内或层间的气水关系复杂性，从盆地区域地质条件的差异性研究出发，重点从构造演化、烃源岩分布、储层评价及气藏类型4个角度对上古生界天然气成藏要素进行分析，发现杭锦旗区块不同区带的构造、沉积演化的差异，导致不同区带的构造特征、烃源岩分布、储层品质、输导能力及封堵条件等关键成藏要素的差异配置。

构造特征表现为从南部盆内平缓斜坡区向北部盆缘复杂隆起区的过渡(图 2)，相比盆地内部，盆地北缘断裂活动更强烈。杭锦旗区块构造格局发生3期关键性变革^[13]，长城纪裂陷期构造格局受控于基底断裂，造成了长城系主要分布在西北部裂陷带内；奥陶纪—二叠纪沉降期伊盟隆起强烈隆升，以公卡汉凸起为最高区域，形成西北高、东南低的古构造格局，控制了奥陶系—二叠系由南向北逐层超覆分布^[14-15]；中—新生代发生构造反转，东部隆升，形成现今的东北高、西南低的构造格局。

图 2

图 2 鄂尔多斯盆地北缘南北向地震及地质剖面(剖面位置见图 1) Fig. 2 N-S direction seismic and geological profiles in the northern margin of the Ordos Basin (see Fig. 1 for profile location)

构造演化同样影响了杭锦旗区块地层叠置的差异分布。南部为平缓斜坡区，奥陶系—二叠系发育较全，逐层向北尖灭；西北部为继承性隆起区，发育长城系，缺失奥陶系、石炭系，二叠系下石盒子组逐层向北尖灭；东北部为隆起—断阶带，主要发育二叠系山西组及下石盒子组。

沉积特征为北部近物源陡坡区冲积扇沉积向南部较远物源缓坡区辫状河沉积的过渡(图 3)，总体表现为南北分带、东西分区的特点。受继承性古隆起持续活动影响，石炭系—二叠系各层系沉积相特征均呈现出南北差异^[16]。以下石盒子组盒1段为例，北部隆起区发育冲积扇砂体，沉积水动力强，砂体粒度粗、厚度大；南部斜坡区逐渐过渡为辫状河沉积，沉积水动力减弱，砂体粒度和单层厚度减小。同时，受母源区岩石类型与古地貌影响，不同水系形成的河道砂体也呈现出东西差异，这种差异造成了该区有效储层分布的横向差异。

图 3

图 3 鄂尔多斯盆地北缘下二叠统下石盒子组盒1段沉积相图 Fig. 3 Sedimentary facies map of He 1 member in Lower Shihezi Formation of Lower Permian in the northern margin of the Ordos Basin

鄂尔多斯盆地下石盒子组沉积时期的物源主要来自北部的阿拉善—阴山古陆，其基岩分布具明显东西分异性，可大致分为西北部母岩区、北部母岩区和东北部母岩区^[17-19]。结合古地貌特征及沉积环境的识别，进一步考虑源区与汇区之间的物质搬运距离，在杭锦旗区块厘定出三大水系(图 4)：①什股壕—十里加汗水系，主体位于研究区东部什股壕区带及十里加汗区带。②独贵加汗水系，位于研究区中部独贵加汗区带。③公卡汉—新召水系，主体位于研究区西部公卡汉区带和新召区带。受古地貌及沉积物源控制，砂体厚度及物性自东向西呈明显的有序变化，总体上，从西部新召区带到东北什股壕区带，古地貌坡降变大，水动力作用变强，砂体厚度逐渐增大，物性逐渐变好。

图 4

图 4 鄂尔多斯盆地北缘盒1段沉积期古地貌与三大水系分布示意图 Fig. 4 Schematic distribution of paleo landforms and three water systems in the sedimentary period of He 1 member in the northern margin of the Ordos Basin

烃源岩展布特征表现为从盆内大型生烃中心到盆缘烃源岩减薄至缺失的过渡(图 5)。石炭系太原组和二叠系山西组的煤层及暗色泥岩是杭锦旗区块的主要烃源岩，受前石炭纪古地貌影响，烃源岩主要分布在南部斜坡区，在北部隆起区仅分布于局部洼地、沟谷中。从烃源岩厚度、热演化程度和生烃强度来看，优质烃源岩主要分布在西南部。

图 5

图 5 鄂尔多斯盆地北缘石炭系—二叠系生烃强度图 Fig. 5 Hydrocarbon generation intensity of Carboniferous-Permian source rocks in the northern margin of the Ordos Basin

由于盆地北部石炭系—二叠系主要烃源岩煤层分布受前海西期古地貌影响，该区气源分布的横向差异远比盆地内部大。气源差异对该区天然气成藏控制作用表现为两个方面，一是烃源岩分布差异控制了"源内充注"和"源外运移"两种不同的成藏模式；二是源内生烃强度的差异导致不同区带富集程度的较大差异。

输导条件对气藏分布的控制作用表现为两个方面，一是侧向输导控制了主力层系石炭系—二叠系气藏横向的差异性；二是纵向输导条件拓展了气藏分布层系^[20]。

盒1段辫状河道复合砂体是研究区石炭系—二叠系主要侧向输导层。西部缓坡区(新召区带)发育中小型孤立河道复合体，储层厚度/地层厚度(简称储地比)小于0.24，主要发育岩性气藏；中部陡坡区(独贵加汗区带)发育中型河道复合体，储地比为0.31，主要发育岩性气藏，气层厚度更大，连片性更强；东南部的缓坡区(十里加汗区带)发育中—大型河道复合体，储地比为0.25~0.31，局部产生气水分异，形成底水；东北部隆起区(阿镇区带和什股壕区带)发育大型河道复合体，储地比大于0.42，储层横向连通性最强，成为侧向运移大通道，气水分异明显，边水、底水普遍发育，气藏类型以构造气藏为主。

杭锦旗区块发育3条近东西向主干断裂，由基底断至地表，主断裂形成于加里东期，燕山期受到强烈挤压作用，喜马拉雅期发生不同程度反转，整体上具有多期活动特征，研究区同时发育少量断穿古生界的层间断层^[21]。在天然气成藏关键期晚侏罗世—早白垩世，受燕山运动影响，部分断裂活动强烈，在断裂带附近形成天然气纵向输导通道，造成了天然气纵向调整。在多层储层叠合断裂发育区，天然气向上突破区域盖层，运移至石千峰组，向下运移至奥陶系和中—新元古界，拓展了气藏分布层系，形成了多层立体含气格局(图 6)。

图 6

图 6 鄂尔多斯盆地北缘南北向典型气藏剖面图(剖面位置见图 1) Fig. 6 Typical N-S direction gas reservoir profile in the north margin of the Ordos Basin (see Fig. 1 for profile location)

从盆内岩性气藏为主到盆缘多种气藏类型共存。杭锦旗区块构造、沉积与气源的变化造成了气藏特征的变化。在盆地内部的斜坡区，石炭系—二叠系大面积源储紧邻分布背景下，天然气为连续充注成藏，形成了大面积岩性气藏；在盆地北部隆起区，源储条件由紧邻配置过渡为侧接配置，天然气由充注成藏过渡为运移调整成藏，形成构造气藏、构造—岩性复合气藏、地层—岩性复合气藏等多种类型气藏。

在对盆地北缘天然气成藏要素的差异配置分析基础上，通过对杭锦旗区块不同区带源储配置、圈闭类型、成藏主控因素等进行综合对比，明确了该区块不同区带天然气成藏条件的差异特征(表 1)。针对不同类型的圈闭类型及气藏特征，通过转变勘探思路，开展更有针对性的勘探工作。

表 1

表 1 鄂尔多斯盆地北缘成藏要素的分区分带配置关系表 Table 1 Configuration relationship of hydrocarbon accumulation elements in different zones and plays in the northern margin of the Ordos Basin 构造区带 新召区带 独贵加汗区带 十里加汗区带 什股壕区带 阿镇区带 成藏区带 源内致密岩性成藏带 源内致密地层—岩性成藏带 源内致密低渗构造—岩性成藏带 源侧低渗构造—岩性成藏带 烃源岩 煤层厚度/m 10~16 8~14 12~20 12~20 0~6 镜质组反射率/% 1.5~1.6 1.2~1.4 1.0~1.4 0.8~1.0 0.8~1.0 生气强度/(108m3·km-2) 15~25 10~30 10~15 10 0~10 储集特征 砂体连通性示意图 孔隙度/% 7.8 8.7 11.9 12.5 12.3 渗透率/mD 0.5 0.8 1.2 1.5 1.6 储层厚度/m 13.6 19.1 21 25.9 28.6 输导参数 储层厚度/地层厚度 0.24 0.31 0.25~0.31 0.42 0.51 砂层厚度/地层厚度 0.30 0.39 0.46 0.52 0.53 气层厚度/砂层厚度 0.46 0.53 0.36 0.08 0.32 构造特征 坡降/(m·km-1) 7.7 9.6 9.6~10.5 13.0 13.1 局部构造特征 平缓斜坡，构造圈闭不发育 平缓斜坡，局部发育鼻隆 南部平缓、北部隆起 平缓斜坡 东西向隆凹相间，断层发育 圈闭类型 岩性圈闭 地层—岩性复合圈闭 岩性圈闭、构造—岩性复合圈闭 构造—岩性复合圈闭、构造圈闭 成藏层系 下石盒子组、山西组 石千峰组、下石盒子组、太原组、奥陶系、长城系 下石盒子组、奥陶系 下石盒子组

表 1 鄂尔多斯盆地北缘成藏要素的分区分带配置关系表 Table 1 Configuration relationship of hydrocarbon accumulation elements in different zones and plays in the northern margin of the Ordos Basin

西部新召区带圈闭类型以岩性圈闭为主，烃源岩厚度大、成熟度高，储层为低渗—特低渗储层，烃源岩与储层的配置关系控制天然气成藏，储层物性是控制天然气富集的主控因素，勘探方向以寻找辫状河有利沉积相带为主。中部的独贵加汗区带圈闭类型以地层—岩性复合圈闭为主，储层物性和上倾方向地层尖灭封堵控制天然气富集，勘探目标以辫状河心滩及侧向封堵条件有利区为主，兼顾上部石千峰组次生气藏及下部元古宇潜山气藏。东南部十里加汗区带烃源岩厚度大但成熟度低，储层非均质性弱，圈闭类型以岩性圈闭、构造—岩性复合圈闭为主，储层物性和构造条件控制天然气富集，勘探目标为二叠系下石盒子组辫状河道与构造叠合有利区，同时积极探索奥陶系岩溶型气藏。东北部什股壕区带烃源岩不发育，砂体厚度大、储层非均质性弱，圈闭类型以构造—岩性复合圈闭、构造圈闭为主，构造条件为控藏的主要因素，其次为储层物性条件，勘探工作的重点是对局部构造的精细刻画。

2017年以来，在以上源储差异及不同类型气藏分布研究的基础上，取得3方面认识转变：一是认识到气藏类型的多样性，勘探目标要转变为多类型气藏综合勘探；二是认识到纵向上储层的多层性，勘探层系需上下拓展；三是认识到有效成藏要素的差异分布，勘探思路需从成藏要素的差异配置出发划分成藏区带。根据盆地北缘不同区带"源、储、输、构"差异配置，将杭锦旗区块划分为4个成藏区带，明确了不同区带勘探目标及勘探思路，落实了4个规模增储勘探区带(图 7、表 1)。

图 7

图 7 鄂尔多斯盆地北缘成藏区带分布图 Fig. 7 Distribution of hydrocarbon accumulation plays in the northern margin of the Ordos Basin

回顾鄂尔多斯盆地北缘的勘探历程、认识与成果，经历了从气水过渡带到天然气富集带、从盆内稳定构造单元到盆缘多期断裂活动单元、从盆内单一类型圈闭到盆缘多种类型圈闭差异分布、从盆内大面积富集到盆缘差异富集4个方面勘探思路的转变^[22-23]。在克拉通盆地边缘长期的勘探实践过程中，取得了以下4个方面的启示。

(1) 从盆地区域地质出发，明确构造、沉积演化对地质条件差异的控制作用。与盆地内部相比，盆地边缘最大的特点是成藏地质条件及其匹配关系的横向差异性，这种差异性是造成油气藏类型复杂的根本原因。因此，需要从盆地的区域构造、沉积演化出发，认识生、储、盖基本成藏地质条件的差异主控因素，明确分布规律，为进一步认识气藏的差异性奠定基础。

(2) 从地质条件的差异性出发，深入评价成藏要素有效性。在盆缘成藏地质条件过渡变化的背景下，各个成藏要素的品位及有效性在平面上也呈现出较大差异。在鄂尔多斯盆地北缘，平面差异最大的成藏要素是烃源岩，不仅煤层厚度向北逐渐变薄，其成熟度、有机碳含量、泥质含量都呈现出较大差异，这种差异控制了研究区源内成藏的范围及富集程度；同时，储层有效性与圈闭有效性决定了气藏类型的变化。因此，成藏要素的有效性评价是盆缘区带优选的基础，重点需要评价烃源岩、储层及保存条件的有效性。

(3) 从成藏要素的匹配关系出发，重新划分成藏区带。盆缘"烃源岩、储层、输导、构造"等成藏要素及其匹配关系的差异是不同区带成藏机理、油气藏类型及富集模式差异的根本原因。因此，需要根据这几个成藏要素的差异匹配关系，划分成藏区带，作为勘探分区评价的基础。

(4) 从成藏区带的主控因素出发，明确不同的勘探思路。在盆缘地区由于不同区带成藏模式的差异性，单一勘探思路满足不了高效勘探需求，需要在划分成藏区带的基础上，明确不同区带油气藏类型、成藏模式及富集主控因素，进而在不同区带提出针对性的勘探思路^[24-25]。针对断裂带南部岩性气藏发育区，有效储层预测是勘探工作核心，应加强沉积微相及地震地质一体化有效储层预测方法研究；针对断裂带以北复合气藏发育区，在储层预测基础上还应开展构造精细刻画及圈闭有效性研究工作。

鄂尔多斯盆地北缘天然气勘探工作已经取得阶段性突破，发现了千亿级立方米大气田，截至2019年年底保有天然气三级地质储量9777×10⁸m³，累计探明天然气地质储量达1239×10⁸m³，新建产能15×10⁸m³。从盆地北缘杭锦旗区块4个成藏区带的勘探新发现及JX142井多层系勘探突破认识到(图 8)，鄂尔多斯盆地北缘在3个方向具有较大勘探潜力。

图 8

图 8 JX142井综合成果图 Fig. 8 Comprehensive well logging interpretation results of Well JX142

平面上，4个区带石炭系—二叠系主力层系发育多类型气藏，已发现储量近万亿立方米。因此，以独贵加汗区带千亿立方米探明储量区为中心，向西持续评价致密岩性气藏，有望近期再探明千亿立方米储量；向东持续攻关十里加汗区带、什股壕区带不同类型气藏，实现控制储量逐步升级，不断提升含水气藏的商业价值。

向深部拓展，紧邻石炭系—二叠系主力含气层系之下，奥陶系马四段石灰岩经历了加里东期1.5亿年强烈的溶蚀作用，在残丘及断裂发育区形成了溶蚀孔、洞、缝有利储集体，紧邻山西组—太原组煤系烃源岩，形成了上生下储式缝洞型气藏，有利勘探面积为750km²，是近期重点展开层系；在古生界之下，中元古界长城系裂陷槽内发育厚层的海相石英砂岩，地层厚度可达2000m，槽内断裂大量发育，有利于油气运移输导成藏，有利勘探面积为1000km²，可作为下步重点突破层系。

向上部拓展，在石炭系—二叠系主力含气层系之上，上石盒子组与石千峰组发育大面积河道砂岩储层。在断裂发育区，高角度断层作为有效输导体沟通下部气源，使天然气突破上石盒子组区域盖层，在上石盒子组及石千峰组形成了含气新层系，已有7口井试获气流，有利勘探面积为400km²，值得进一步探索。

(1) 鄂尔多斯盆地北缘经历了曲折的勘探历程，从构造找气到源内大型岩性气藏，再到多类型气藏。实现了从克拉通盆地内部到边缘地质认识与勘探思路的转变，勘探目标逐渐清晰。

(2) 鄂尔多斯盆地北缘不同区带的构造、沉积演化共同控制了成藏要素的差异配置。构造演化控制了构造基本格局和地层叠置的差异分布，沉积期三大水系控制了储层东好西差，沉积期古地貌控制了主力烃源岩差异分布，输导条件控制了气藏的差异分布。

(3) 通过对鄂尔多斯盆地北缘不同区带源储配置、圈闭类型、成藏主控因素等进行综合对比，明确了该区不同区带天然气成藏条件的差异特征与不同区带勘探目标及勘探思路，落实了4个规模增储勘探区带。

(4) 鄂尔多斯盆地北缘天然气勘探工作取得阶段性突破，发现了千亿立方米级大气田，同时形成了克拉通盆地边缘差异成藏理论与选区评价技术体系。该区勘探突破进一步提升了盆缘多类型气藏资源价值，拉开了多层系立体勘探序幕，拓展了盆地天然气勘探领域，为盆地"十四五"及中长期勘探提供了资源基础及技术储备。