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为了对煤系烃源岩形成的天然气成藏过程有所认识,本文以鄂尔多斯盆地东部山西组为例,通过岩心观察、地化资料、薄片观察、阴极发光、扫描电镜、包裹体测温及激光拉曼等实验手段,对烃源岩的发育及分布状况、有机质丰度、类型和成熟度等进行分析;并结合盆地模拟分析不同时期生排烃特征;同时选取山西组致密砂岩展开详细的岩石学特征及成岩作用研究,最后对致密砂岩的发育及天然气成藏期次及充注过程进行分析。研究区烃源岩主要为煤系烃源岩,包括暗色泥岩、碳质泥岩及煤层,其在太原组、本溪组、山西组均有分布,煤层总厚度(太原组+本溪组+山西组)平均厚度10~12m,暗色泥岩总厚度平均在40~60m,有些甚至超过60m。从纵向上看,山西组暗色泥岩与煤层广泛发育,具有广覆式特征,形成了区内良好的烃源岩条件。根据实验数据分析可知,山西组煤岩TOC为53.48%,泥岩TOC为1.92%,干酪根类型是以Ⅲ型干酪根为主,Ro基本介于1.2%~2.0%,有机质热演化成熟度较高,普遍达到过成熟干气阶段。山西组煤系烃源岩生烃强度在(4~16)108m3/km2,排烃强度在(3.2~12.9)108m3/km2。研究区山西组平均孔隙度为5.4%,渗透率为0.18×10-3μm2,属典型致密砂岩;赋存在致密砂岩I期石英加大边内的盐水包裹均一范围在80~100℃,推测形成时间为200~190Ma;赋存于II期石英加大边的盐水包裹体均一温度范围在105~125℃,推测初步第一次天然气充注时间为190~160Ma。赋存于III期石英加大边的盐水包裹体均一温度范围在135~155℃,伴随有大量后期高成熟的天然气的充注,推测成藏时间为160~140Ma。根据古地温推出I期加大边开始发育在早成岩B期,并在晚成岩A期持续发育,II期、III期加大边开始发育于晚成岩A期,并在晚成岩B期、C期持续发育。在早成岩A期,减孔作用以机械压实为主,晚成岩A期以石英次生加大边形式产出的硅质胶结为主。两种破坏性成岩作用共同导致了该区砂岩的致密化发育。整体具有“先致密,后成藏”的成藏特征。