铝土岩（铝土矿）是一种化学成分上富含Al₂O₃（>40%）、Al₂O₃：SiO₂>1,由铝氢氧化物和氧化物组成的沉积岩类,主要矿物成分包括铝质矿物、黏土矿物、铁矿物、钛矿物及其他微量矿物等^[1⁃5]。我国铝土岩依据基岩类型主要划分为喀斯特型和红土型两类^[2⁃3],陇东太原组铝土岩属于喀斯特型,组成的铝质矿物主要为一水硬铝石,形成机制包括三个阶段：陆生风化物质准备阶段、海侵物质迁移阶段、表生淋滤改造富集阶段,陆表多期次淋滤旋回是形成铝土岩系层式剖面结构的重要因素^[2,6],发育程度主要受岩溶喀斯特微地形和沉积相带控制^[2⁃3,5,7]。

以往鄂尔多斯盆地勘探实践表明,古风化壳的铝土岩系岩层密度大、物性差,分布较为广泛,具备较强的封盖能力,普遍认为是区域盖层,而不能作为有效的储集层段^[8⁃9]。近年来,勘探实践表明鄂尔多斯盆地的本溪组和太原组铝土岩系岩层中发育溶孔和微裂缝,具备较好的储集条件^[10⁃12],多口探井在铝土岩段试气获得低产气流。2021年8月,长庆油田在鄂尔多斯盆地陇东地区L47井太原组铝土岩试气获无阻流量67.38×10⁴ m³/d高产气流,实现了鄂尔多斯盆地古生界铝土岩新型气藏勘探的重大突破,显示出铝土岩系天然气勘探的巨大潜力,初步评估铝土岩气藏勘探有利区面积约7 000 km²,天然气资源量超过5 000×10⁸ m³。

基于鄂尔多斯盆地陇东地区测井、录井、地震等研究成果,以研究区L58井太原组铝土岩系全取心段和部分探井的铝土岩系岩心为研究对象,采用岩心观察、岩石薄片、X射线衍射全岩分析（全岩XRD）、扫描电镜—能谱（SEM-EDS）、高压压汞及低温氮气吸附法等分析实验方法,系统研究了铝土岩储层特征,初步明确了铝土岩系储层的矿物类型、岩性组合、孔隙类型、微观结构特征、控制因素及勘探潜力,研究成果可为鄂尔多斯盆地铝土岩气藏的储层评价提供借鉴。

鄂尔多斯盆地位于华北地块西部,发育在太古代—早元古代结晶基底之上,经历了中、晚元古代坳拉谷阶段、早古生代浅海台地阶段、晚古生代滨海平原阶段、中生代内陆盆地阶段和新生代周边断陷阶段五个演化阶段,最终形成了一个大型古生代—中生代叠合含油气盆地。在燕山—喜山期构造隆升背景下,形成了现今西陡东缓的不对称向斜构造。现今盆地构造特征可划分为6个一级构造单元,即伊盟隆起、伊陕斜坡、天环坳陷、晋西挠褶带、西缘冲断带和渭北隆起,陇东地区位于伊陕斜坡西南缘（图1a）^[13]。

图  1  鄂尔多斯盆地地质综合图

Figure 1.  Comprehensive geological map of the Ordos Basin

鄂尔多斯盆地早古生代为稳定的克拉通盆地演化阶段,受早期构造运动控制,西南缘形成了“L”形中央古隆起,研究区位于中央古隆起地带。古隆起东侧主要为陆表海碳酸盐岩沉积,西、南侧以秦祁海陆缘海碳酸盐岩沉积为主。奥陶纪末期,受加里东运动影响,鄂尔多斯盆地整体抬升,古隆起遭受强烈剥蚀,从中奥陶世至晚石炭世进行了长达1.3亿年的物理—化学风化作用,形成了巨厚的古风化壳,成为含铝物质的主要物质来源^[14]。晚石炭世在拉张构造背景下,盆地经历了整体沉降。本溪期海水自东向西侵入,中央古隆起面积逐渐减小,本溪组由盆地中心向西南及东北方向超覆。盆地东北部以浅海陆棚、潟湖和潮坪沉积为主,此时盆地西南部的中央古隆起处于岩溶高地未接受本溪组沉积,以表生风化作用为主。早二叠世太原期,海侵加剧,中央古隆起逐渐向南退入水下,盆地中部和东部以浅海陆棚和滨岸沉积为主,西南部古隆起接受太原组沉积,以潮坪和潟湖沉积为主,潟湖环境中沉积了一套铝土岩系地层。晚二叠世山西期,受南北两侧海洋俯冲作用的影响,华北地台抬升,海水退出,盆地演化为内陆盆地^[15⁃16]。

陇东地区位于中央古隆起核部边缘东侧,早古生代加里东构造运动,使早石炭纪地层遭受了长期强烈风化和剥蚀,在上、下古生界之间形成了一套风化壳,接近古隆起核部地层年代越老。风化产物在古隆起边缘低洼地带堆积,为该区铝土岩系形成提供了丰富的原始物质。古生界地层自下而上为下古生界寒武系毛庄组、徐庄组、张夏组、三山子组,奥陶系马家沟组；上古生界二叠系太原组、山西组、石盒子组、石千峰组,缺失志留系、泥盆系及石炭系地层。研究的目的层系太原组地层厚度平均约30 m,与下伏古生界碳酸盐岩古风化壳呈平行不整合接触,从古隆起边缘至核部逐渐缺失奥陶系、寒武系地层,出露年代逐渐变老,与上覆二叠系山西组呈整合接触（图1b）。

鄂尔多斯盆地太原期为一套海陆交互相沉积,盆地大部分地区主要发育暗色砂泥岩夹灰岩和煤层。由于早古生代陇东地区发育中央古隆起,太原组岩性与其他地区相比具有一定的特殊性,主要发育铝土岩系、碳质泥岩、灰岩、薄层砂岩及煤层。其垂向岩性组合序列可概括为三种成因类型。不同成因组合类型铝土岩系厚度、淋滤程度也有所不同（表1、图2）。

图  2  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组岩性组合序列图

Figure 2.  Sequence diagram of lithologic association for the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

铝土岩系+碳质泥岩组合 发育于潜坑微古地貌,反映持续发育在潜水面之上存在长期淋滤的风化壳背景,铝土岩平面分布具一定规模（图2a）。

铝土岩系+煤（碳质泥岩）+碎屑岩组合 发育于阶地微古地貌,反映持续发育在潜水面之上存在一段时期淋滤的风化壳背景,铝土岩分布较为连续,厚度稳定（图2b）。

铝土岩系+煤（碳质泥岩）+灰岩组合 发育于沟槽微古地貌,反映潜水面上升后铝土岩淋滤时间短的风化壳背景,铝土岩分布局限,厚度较薄（图2c）。

探井和露头剖面揭示,无论太原组呈哪种成因的岩性组合,其铝土岩系垂向上多具有三段式结构特征,上部和下部以铝土质泥岩为主,而且上部黏土矿物以高岭石为主,下部黏土矿物以伊利石为主,中部以铝土岩为主,溶蚀孔隙发育,是铝土岩系储层的主要发育层段（图3、表2）。

图  3  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩系剖面结构（L58井）

Figure 3.  Profile structure of the bauxite rock series from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin (well L58)

上部铝土质（高岭石）泥岩：矿物成分以黏土矿物—高岭石为主,高岭石含量平均超过40.0%,结晶较好,以泥—微晶为主,呈层状分布,形态不规则。一水硬铝石含量较低,含量不足20.0%,呈豆鲕、团块及碎屑状、层状不连续分布,基本未溶蚀。可见黄铁矿、菱铁矿呈结核状大小不均匀零星分布（图4a,b）。

图  4  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩储层特征

Figure 4.  Bauxite reservoir characteristics from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

中部铝土岩：主要矿物为一水硬铝石,平均含量超80.0%,黏土矿物不足5.0%,锐钛矿较丰富,平均为2.0%。具有多孔状、残余豆鲕及碎屑状等结构,颗粒具定向,分选较好,呈层状分布的特征。豆鲕碎屑发生强烈溶蚀,形成粒内溶蚀孔隙；基质一水硬铝石重结晶形成自形微晶,发育晶间孔隙。该段是铝土岩系储集发育段（图4c,d）。

下部铝土质（伊利石）泥岩：主要矿物为黏土矿物—伊利石,含量超过40.0%,一水硬铝石平均不足35.0%。砂屑、豆鲕结构发育,成分以一水硬铝石为主,颗粒具有沿层面压扁拉长的特征,颗粒分选差,磨圆相对较好,沉积纹层较发育（图4e,f）。

铝土岩系的多段式结构可能与太原期的多次海侵海退密切相关^[17⁃19]。晚古生代华北陆块整体沉积环境为陆表海,发生多起海进海退现象,海平面变化可能是造成原始沉积物序列变化的主控因素。海平面下降时,已沉积的原始沉积物暴露地表,在大气降水影响下,潜水面处于沉积物表面之下时,原始矿物处于氧化环境,促使元素活化、转化和迁移,产生富铁铝化作用,造成Al₂O₃含量增高。由于水体渗流具有自上而下的特点,形成了上层淋溶层和下层的淋溶物质沉淀的沉积层。在海平面上升期间,由于潜水面处于沉积物表面之上,限制了沉积物中水的循环,形成还原环境,可能发生再硅化作用,铝土质被置换,Al₂O₃含量可能降低形成高硅低铝的黏土层。

铝土岩系的结构与构造能够反映其形成环境。不同学者对铝土岩自然类型有多种划分方案^[1,6⁃7,19]。本次借鉴杜远生等^[19]分类方案,将陇东地区太原组铝土岩系依据铝土矿常见的结构与构造特征分为4种类型：致密块状、多孔土状、碎屑状、豆粒（鲕粒）状。

致密块状铝土岩 为灰色—灰绿色,具有泥质结构,多为泥土状黏土矿物（主要为高岭石）为主,质地较纯,多呈隐晶质,光滑坚硬,孔隙度小。是风化壳产物以悬浮方式搬运再机械沉积,指示了半封闭低能沉积环境（图4b）。

多孔土状铝土岩 为灰白色,结构疏松粗糙,多孔蜂窝状结构,表明经历了后期强烈的淋滤作用改造。可见残余豆鲕、碎屑等结构,可能由其余3种类型铝土岩演化而来,是铝土岩储层的主要层段（图4c,d）。

碎屑状铝土岩 具有明显的粗碎屑特征,颜色、颗粒磨圆、粒径大小差异大,分选性差。碎屑颗粒多为泥质,难以进行长距离搬运,为短距离搬运或假碎屑原地混合堆积（图4e,f）。

豆粒（鲕粒）状铝土岩 是铝土岩中常见结构,鲕粒均为同心层结构,成分以一水硬铝石与黏土矿物为主,颜色多为灰色—浅灰色,与碎屑共生。豆鲕颗粒的形成可能与胶体溶液凝聚过程有关（图4a、图5a）。

图  5  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩储层特征

Figure 5.  Bauxite reservoir characteristics from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

利用岩心观察和岩石薄片分析了铝土岩的主要成分、结构及构造,借助全岩XRD分析了矿物组成特征,通过SEM-EDS观察了矿物微观形貌及矿物化学组合特征^[3,20]。岩石薄片鉴定、全岩XRD及SEM-EDS分析在低渗透油气田勘探开发国家工程实验室完成。

太原组铝土岩系主要矿物归纳为以下五个大类^{[2⁃3,21⁃22]}：（1）铝质矿物,包括一水硬铝石；（2）黏土矿物,包括伊利石、高岭石、绿泥石；（3）钛质矿物,包括锐钛矿、金红石；（4）铁质矿物,包括黄铁矿、菱铁矿、赤铁矿等；（5）其他微量矿物,包括电气石、钾长石、石英等（表2、图4,6）。

图  6  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩储层矿物能谱特征

Figure 6.  Mineral energy spectrum characteristics from the bauxite reservoir of the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

铝质矿物 一水硬铝石矿物颗粒细小,常呈隐晶质、豆粒、鲕粒及碎屑团块状；结晶较好时以短柱状、针状为主；铝土质颗粒团块间的粒间溶蚀孔隙中常自生形成一水硬铝石晶体,呈长柱状（图5a~c,j、图6a,b）。

黏土矿物 高岭石一般出现在太原组上部铝土质泥岩中,显微镜下高岭石以隐晶质集合体为主,结晶细小。溶蚀孔隙充填结晶粗大的自形晶高岭石,见晶间孔隙（图5d,e）；伊利石普遍出现于太原组下部铝土质泥岩和豆鲕状铝土质的夹层中,是铝土质泥岩的主要组成矿物。薄片中伊利石多呈鳞片状隐晶质集合体分布,少见部分呈板条状的微晶,具有云母蚀变形成的特征（图5f,g）；绿泥石在铝土岩系地层中含量较低,显微镜和扫描电镜下多以孔隙中析出自形晶体为主,呈针状或叶片状分布（图5h、图6c）。

铁质矿物、钛质矿物及其他微量矿物 黄铁矿整体上结晶较差,主要呈细粒状、团块状不均匀分布,有时呈稀疏浸染状条带状分布,一般在上部接近煤层的铝土质泥岩中含量较高。扫描电镜下黄铁矿大多呈半自形、自形的五角十二面体、八面体及草莓状,结晶较好,发育晶间孔隙（图5i）；菱铁矿分布不均与局部富集,主要分布于铝土质泥岩段,以结核状斑点状分布（图5k,l）；锐钛矿含量少但分布均匀,晶体较为细小在显微镜下难以观察到,在扫描电镜下多呈双锥粒状,同时常与一水硬铝石共生,形成晶间孔隙（图5j、图6d）；金红石、赤铁矿、电气石、钾长石、石英等矿物结晶细小,含量低,大部分不足1.0%,仅在全岩XRD中能检测到。

太原组铝土岩系矿物具有喀斯特类型的矿物特征,形成原因复杂^[22⁃24]。铝质矿物几乎仅见一水硬铝石,多是古风化壳发育阶段陆源铝硅酸盐岩或碳酸盐岩风化产物直接分解脱硅转化而成；或非晶质氢氧化铝凝胶直接脱水转化而成；或在成岩后生及表生阶段一水硬铝石在特定条件下,可以从铝质溶液中结晶析出。黏土矿物作为铝土岩系的主要伴生矿物,风化带是其形成的最有利场所,具有多阶段、多成因的特征。高岭石主要是由母岩中铝硅酸盐矿物分解转化而成,结晶很差多以隐晶质集合体产出；其次在成岩后生阶段再硅化作用形成,地层上部煤层演化中形成酸性富二氧化硅的环境,紧邻铝质矿物不稳定增大,促使一水硬铝石向高岭石转化,也形成铝土岩岩系上部黏土矿物以高岭石为主的特征。伊利石机械片状产出的极少,多以自生鳞片状集合体为主,可形成黏土岩或构成岩石中的胶结物。成岩早期海水中钾离子进入风化壳中的高岭石,在碱性条件下,促使高岭石转化为伊利石；表生阶段大气淡水的淋溶作用下顶部析出的钾离子下泻也可促使底部黏土矿物向伊利石转化。绿泥石经过成岩作用以结晶成纤维状、鳞片状,出现下排水不畅的深部风化带和含二氧化硅地下水停滞带,高岭石与富含Fe²⁺、Mg²⁺离子的碱性孔隙水作用下转化而成。铁质矿物以二价铁的还原环境为主,是成岩后生阶段还原改造带产物,结晶较好,脉状、星散状产出或充填孔隙。锐钛矿絮状集合体与隐晶质铝土岩及黏土矿物共生,是风化母岩中钛质矿物经风化淋滤非晶质络合物凝聚而成；孔隙及裂缝中产出的自形锐钛矿为成岩后生作用的产物。

太原组铝土岩系有效储集空间多发育在中部多孔土状铝土岩中,主要为表生期淋滤作用使豆鲕（碎屑）状铝质团块颗粒内的硅质组分淋失形成的孔隙,或重结晶形成晶间溶蚀孔隙^[1,3,7]。孔隙类型主要为颗粒内溶（洞）孔、粒间溶孔、基质溶孔、晶间孔及微裂隙。

1） 颗粒内溶蚀（洞）孔

主要是由一水硬铝石豆鲕、碎屑等发生溶蚀形成的粒内溶蚀孔隙,孔径为100~200 μm,面孔率为8.0%（图4g）。岩心中多孔土状、蜂窝状溶蚀孔（洞）发育,连通性较好（图4c,d）。

2） 粒间溶孔

属于团块颗粒间残余的粒间孔隙,局部发生溶蚀扩大,孔隙中常析出高岭石及一水硬铝石晶体,多呈片状及针状,孔径为20~150 μm,面孔率为3.0%,孔隙连通性中等（图4h、图5b）。

3） 基质溶孔

主要是豆鲕状铝土岩颗粒间隐晶质铝土质发生重结晶作用,析出自形微晶一水硬铝石晶体,松散状堆积,形成晶间溶蚀孔隙（图4i）。

4） 晶间孔

主要发育于结晶较好的高岭石、一水硬铝石、黄铁矿及锐钛矿晶间,孔径细小,以纳米级孔隙为主（图5c,e,h~j）。

5） 微裂隙

主要分布于铝土质泥岩层段,多以层间缝为主,地层条件下多呈半闭合状态（图4a~c,j）。

关于多孔土状铝土岩的成因有多处文献论述^[6⁃7,23]。其成因主要是原始铝土沉积物形成后,随着地壳抬升,进入表生淋滤富集阶段,岩石中原有黏土矿物的硅质被地下水或地表水再次淋失后形成的孔隙,形成喀斯特型铝土岩系中多孔土状次生淋失结构。这种次生淋滤形成的孔隙中,经常充填次生的不同种类的矿物,常见结晶较为完好的柱状一水硬铝石、微晶状高岭石集合体、微晶粒状锐钛矿、细粒状黄铁矿及放射纤维状绿泥石等,都属于铝土岩形成之后的充填物。多孔土状铝土岩中自生一水硬铝石的氢氧同位素偏轻（δ¹⁸O平均为+8.7‰,δD平均为-87.3‰）^[23],证实其形成受淡水影响,属于次生淋滤自生而成。

高压压汞的最大进汞压力为200 MPa,该技术可以检测到最小半径约3.7 nm的孔喉,并通过压汞曲线可以获取微观孔喉特征相关参数^[25]。然而,铝土岩脆性较高,高压压汞时易形成微小孔缝,对微细小孔喉表征可能失真,对于纳米级孔隙（<100 nm）可采用低温氮气吸附法来测定。因此,结合高压压汞与低温氮气吸附可以比较完整准确地表征研究区铝土岩储层微米—纳米级孔喉分布特征。高压压汞在低渗透油气田勘探开发国家工程实验室完成,低温氮气吸附在四川省科源工程技术测试中心完成。

研究区铝土岩储层典型样品高压压汞参数与曲线显示（表3、图7a）,各样品排驱压力偏低,范围分布大非均质性强,介于0.181~4.676 MPa,进汞曲线平缓,孔喉分选较好,汞饱和度高,退汞效率高,孔喉比小,孔喉连通性好,单位孔隙体积较高,介于0.047 37~0.079 74 cm³/g,平均为0.067 89 cm³/g。依据Washburn方程将样品的毛管压力可对应转化为孔喉大小,作出孔喉大小分布图（图7b）,可以看出喉道孔径多呈单峰态,分选性较好,分布范围宽非均质性强,主流峰值介于150 nm~4 μm。不同物性样品其最大进汞饱和度、排驱压力及主流喉道半径峰值存在差异。随着物性变差,毛管曲线向右上方偏移,排驱压力增大,最大汞饱和度降低,主流喉道半径变小,单位孔隙体积也降低。

图  7  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩储层孔隙微观结构

Figure 7.  Pore microstructure of the bauxite reservoir from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

低温氮气吸附法可以对纳米级孔隙体系进行孔隙结构评价^[26],该方法用来表征孔径0.35~100 nm孔隙的大小、分布及孔隙形态。太原组铝土岩样品的低温氮气吸附实验表明（图7c）,吸附曲线与脱附曲线基本重合,没有迟滞现象,可以判断铝土岩储层纳米级孔隙不发育,形态为两端开口的圆通状孔隙,呈开放状,连通性极好。利用BJH模型计算可获得纳米级孔隙体积和平均孔径,孔径主要介于2~100 nm,平均单位孔隙体积为0.007 cm³/g（图7d）,与高压压汞单位孔隙体积相比较,仅约占总孔隙体积的10%,表明铝土岩纳米级孔隙不发育。

统计陇东太原组铝土岩储层42块样品物性分析资料,孔隙度介于0.2%~28.7%,平均为10.65%,渗透率介于（0.004~38.55）×10^-3 μm²,平均为4.04×10^-3 μm²,大于0.3×10^-3 μm²的占36.6%,储集条件好,孔隙度与渗透率呈正相关性,但相关性一般,反映铝土岩储层非均质性强,物性受控因素复杂的特征（图8,9）。不同岩性孔隙度与渗透率相关性表明（图9）,多孔土状铝土岩储集条件明显优于上古生界砂岩和下古生界碳酸盐岩储层。

图  8  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩储层孔隙度和渗透率直方图

Figure 8.  Porosity and permeability histogram of the bauxite reservoir from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

图  9  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩与不同岩性物性相关性图

Figure 9.  Correlation map of porosity and permeability for different lithologies and bauxites of the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

综合高压压汞、低温氮气吸附及储层物性实验结果,陇东地区铝土岩储层孔喉以微米—亚微米为主,纳米级孔隙不发育,孔隙结构分选好,非均质性强,属于中孔—细喉型低渗透储层^[25⁃26]。虽然铝土岩储层低渗、非均质性强,但多孔土状铝土岩储层物性仍高于古生界砂岩和碳酸盐岩。因此,勘探过程中应重点关注铝土岩系层序中段一水硬铝石含量超过80.0%的铝土岩,其多发育多孔、蜂窝状溶蚀孔隙,是油气聚集的有利场所。

喀斯特型铝土岩形成经历了三个阶段：第一阶段是陆生风化物准备阶段,在大气条件下由风化作风形成了含铝质矿物、黏土矿物、氧化铁矿物等的残积富铝风化壳,此阶段为大气条件下原地残积堆积阶段；第二阶段是残积富铝风化壳钙红土层、红土层或红土铝土矿被海水淹没阶段,经海水二次搬运至岩溶古地貌的低洼地带逐渐深埋地下,经过一段时期的成岩后生作用演变改造后形成原始铝土矿层；第三阶段是表生淋滤富集阶段,原始铝土矿层随地壳抬升到地表浅部后由于地表水或地下水的改造作用,使硅质淋失、铝质富集,形成富铝的铝土岩系^[7]。陇东地区铝土岩形成环境受古沉积环境、古地貌影响和控制。

奥陶纪末期受加里东构造运动影响,鄂尔多斯盆地在整体抬升为陆地,遭受了1.3亿年以上的风化剥蚀,同时华北板块整体位于赤道附近,气候湿热,为风化壳残积物的形成提供了得天独厚的古气候环境^[24,27⁃28]。晚石炭世在拉张构造作用下,盆地再次沉降接受沉积,太原期海水自东向西快速侵入,海侵范围最大,盆地西南部的中央古隆起东侧主要发育潮坪和潟湖相沉积,海侵海退周期频繁,使得富铝风化产物经海水二次搬运至中央隆起东侧的潮坪或潟湖等封闭—半封闭还原环境沉积,形成了铝质矿物的富集,是铝土岩系的原始沉积物,为后期淡水淋滤形成厚层铝土岩奠定了物质基础。陇东地区古隆起边缘滨浅海潟湖、潮坪相为铝土岩系形成提供了良好的沉积环境,铝土岩系主要分布海陆相频繁交互的潮间相带（图10）。

图  10  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩沉积模式图

Figure 10.  Sedimentary model of bauxite from the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

构造作用导致碳酸盐岩台地形成了高差不同古地貌地形^[29]。研究区位于中央古隆起东侧边缘（图11a）,构造位置相对较高,海退后潟湖水位下降,潟湖沉积环境中形成的铝质原始沉积处于潜水面之上,受地表水的淋滤再改造,铝质沉积物发生富铁铝化作用,硅质流失而形成溶蚀孔隙,从而形成了有效的铝土岩储层。构造低部位相对封闭,发育和堆积较厚的铝质沉积物；同时,构造低部位利于地表水淋滤,岩溶作用的改造强度高且泄水通道发育,有利于离子迁移,易于发生脱硅化作用,可形成大量的孔隙,提供更多储集空间。

图  11  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组沉积期微古地貌图

Figure 11.  Plane map of micropaleogeomorphology during the sedimentary period of the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

太原组沉积期受中央古隆起控制,自西南向东北方向划分为高地、斜坡、洼地三个沉积单元,古地貌高度依次降低。斜坡是发育铝土岩的有利区,又可细分为潜坑、阶地、沟槽等微古地貌（图11a,b）。潜坑处于高海拔潜水面以上,以垂直方向的渗流带为主,淡水淋滤期长,发育铝土岩系+碳质泥岩岩性组合,铝土岩厚度大,分布范围小；沟槽位于低海拔潜水面以下为水平方向潜水带环境,风化淋滤期短,发育铝土岩系+灰岩岩性组合,同时因地势低连通古河,铝质沉积物不利于富集,铝土岩厚度薄,分布局限；阶地介于渗流带与潜水带之间的中间带,大部分时间处于潜水面之上,淋滤时期较长,发育铝土岩系+碎屑岩岩性组合,铝土岩分布连片,厚度稳定（图11c）。因此,微古地貌控制着铝土岩储层的品质。庆阳高地以垂向渗流溶蚀作用为主,碳酸盐地层溶蚀形成残丘,沿环县—庆城—合水一带分布,岩溶斜坡的潜坑和阶地微地貌位于构造较低部位,发育的铝土岩储层厚度大、物性好,是相对较高孔渗铝土岩储层分布区带。

陇东地区位于庆阳古隆起东侧,为古地貌构造低部位,沉积的铝土岩厚度大,溶蚀作用强,储集性能好。结合测录井—地震资料,以陇东地区太原组的沉积微相图和微古地貌图为基础,精细刻画鄂尔多斯盆地西南部太原组铝土岩厚度图（图12）。铝土岩储层呈北西—南东方向连片分布,厚度介于2~14 m,有利区带主要集中在环县—庆城—正宁一带,平均厚度大于5 m是铝土岩气藏重点勘探区带。研究表明陇东地区太原组铝土岩储层其顶部紧邻连片分布的煤系烃源岩,烃源岩由煤岩、暗色泥岩和碳质泥岩组成,厚度为4~20 m,分布面积广,热演化程度高（R_o介于2.0%~3.0%）,生烃能力强,具有广覆式供烃的特点,形成“上生下储”的源储配置关系,具有形成大型气藏的资源潜力^[12]。

图  12  鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系太原组铝土岩厚度图

Figure 12.  Thickness map for the bauxite reservoir of the Permian Taiyuan Formation in the Longdong area of the Ordos Basin

统计已有探井发现,有50余口井钻遇太原组铝土岩,其中29口井含气特征明显。针对此类特殊岩性气藏,工艺技术人员近两年通过岩石力学、储层伤害评价等实验,初步建立裂缝扩展规律模型,研发VSW@shale环空体积压裂液体系,实现了铝土岩气藏体积压裂新工艺突破,目前已完成试气井10口,其中7口试气产量大于1×10⁴ m³/d。2021年部署的L47井经改造后获无阻流量67.38×10⁴ m³/d高产气流,实现了鄂尔多斯盆地古生界铝土岩新型气藏的重大突破,初步落实有利勘探面积约7 000 km²,天然气资源量超过5 000×10⁸ m³,具有发现规模储量的勘探潜力。

（1） 陇东太原组铝土岩系岩性垂向上具有三段式的结构特征,上部和下部以铝土质泥岩为主,中部以多孔土状铝土岩为主,溶蚀孔隙发育,是铝土岩系储集层主要发育段,形成与太原期多期海进海退密切相关。矿物组成以铝质矿物和黏土矿物为主,主要为一水硬铝石、高岭石、伊利石及绿泥石,矿物晶体细小,以隐晶、微晶及隐晶质团块状为主。

（2） 铝土岩储层的主要储集空间为颗粒内溶（洞）孔、基质溶孔、粒间溶孔、晶间孔隙及微裂隙等；孔径主要介于20~200 μm,主流喉道孔径介于150 nm~4 μm,孔隙结构较好,非均质性强,以亚微米—微米级孔喉为主；储层物性孔隙度平均为10.6%,渗透率平均为4.04×10^-3 μm²,储集条件较好。

（3） 庆阳古陆特殊沉积环境和古地貌控制了铝土岩储层的分布,潟湖、潮坪相控制铝土岩系的形成富集,潜坑和阶地型微古地貌控制铝土岩储层品质,有利区沿环县—庆城—正宁一带呈北西—南东方向连片分布,面积约7 000 km²。

（4） 陇东地区太原组铝土岩储层其顶部紧邻连片分布的煤系烃源岩,广覆式供烃,形成“上生下储”的源储配置关系,有利于油气成藏,初步落实铝土岩天然气资源量超过5 000×10⁸ m³,展示出具有发现规模储量的潜力。同时陇东铝土岩气藏勘探突破将为华北等地区铝土岩天然气勘探提供借鉴。