濱里海盆地南部隆起帶鹽下層系油氣成藏主控因素

田納新，閆紹彬，惠冠洲

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠，山東濱州256504；3.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

濱里海盆地南部隆起帶鹽下層系油氣成藏主控因素

田納新1，閆紹彬2，惠冠洲3

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石化勝利油田分公司純梁采油廠，山東濱州256504；3.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

濱里海盆地南部隆起帶鹽下層系油氣成藏條件優(yōu)越，中泥盆統(tǒng)—上石炭統(tǒng)發(fā)育2套優(yōu)質(zhì)烴源巖、3套儲集性能良好的碳酸鹽巖儲集層。從區(qū)域構(gòu)造沉積演化入手，據(jù)最新鉆井資料，對南部隆起帶鹽下層系的油氣地質(zhì)條件、成藏主控因素進(jìn)行研究后指出，烴源巖的分布和成熟度控制了現(xiàn)今“西氣東油”的分布格局；大型古隆起構(gòu)造控制了碳酸鹽巖和礁體的發(fā)育；風(fēng)化淋濾作用改善了維憲階—巴什基爾階碳酸鹽巖儲集層的儲集性能，控制著油氣的富集。

濱里海盆地；碳酸鹽巖；風(fēng)化殼巖溶；油氣成藏

濱里海盆地是一個(gè)特大型的含油氣盆地（圖1），盆地中心沉積巖厚達(dá)22 km，沉積巖體積達(dá)650× 104km3.盆地東西長約850 km，南北最寬處達(dá)650 km，呈近橢圓形，面積約55×104km2，其中約80%的面積位于哈薩克斯坦境內(nèi)，約20%的面積屬于俄羅斯[1-2]。

南部隆起帶是濱里海盆地油氣最為富集的地區(qū)，在鹽下層系已發(fā)現(xiàn)的油氣可采儲量占盆地總儲量的73.5%[3]。國內(nèi)外學(xué)者曾對南部隆起帶進(jìn)行過分析研究[1-3]，但很少涉及該區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化殼儲集層。本文深入研究了南部隆起帶油氣成藏主控因素，并提出風(fēng)化淋濾作用改善了鹽下儲集層的儲集性能的觀點(diǎn)，并據(jù)此指出了重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

濱里海盆地位于東歐地臺的東南部，其北部和西部由幾條深大斷裂與東歐地臺相隔，東部與烏拉爾褶皺帶相鄰，東南、西南分別與北烏斯丘爾特盆地和北高加索臺地相鄰。盆地可劃分為：北部—西北部斷階帶、中央坳陷帶、南部隆起帶和東部隆起帶4個(gè)構(gòu)造單元[3]（圖1）。

濱里海盆地的演化可劃分4個(gè)階段[3]：早泥盆世—早石炭世杜內(nèi)期的裂谷階段，早石炭世維憲期—晚石炭世巴什基爾早期的克拉通拗陷階段，晚石炭世巴什基爾期—早二疊世的擠壓階段，中二疊世開始進(jìn)入克拉通拗陷階段。

早泥盆世—早石炭世杜內(nèi)期，東歐板塊東南邊緣發(fā)生裂谷作用，形成了三叉裂谷。該時(shí)期沉積環(huán)境為海陸過渡相至淺海相，局部地區(qū)發(fā)育潟湖相，巖性主要為泥質(zhì)碳酸鹽巖和硅質(zhì)泥頁巖。

從杜內(nèi)期開始，盆地發(fā)生整體沉降，形成了深水盆地及其周圍的大陸坡，沉積環(huán)境為海相及潟湖相。維憲期開始，東歐板塊、北烏斯丘爾特板塊、哈薩克斯坦板塊和曼格什拉克板塊發(fā)生碰撞作用，南部阿斯特拉罕—阿克秋濱隆起帶開始形成，在隆起高部位及斜坡帶發(fā)育碳酸鹽巖，并延續(xù)至晚石炭世巴什基爾期。

晚石炭世巴什基爾期，烏拉爾洋最終閉合，東部的哈薩克斯坦板塊與東歐板塊發(fā)生碰撞，盆地東部和南部隆起帶抬升剝蝕。強(qiáng)烈的抬升和剝蝕作用導(dǎo)致巴什基爾階上部至莫斯科階下部的碳酸鹽巖沉積間斷，期間淋濾風(fēng)化作用改善了碳酸鹽巖儲集層的物性，形成了盆地最為重要的油氣儲集層。烏拉爾洋閉合后，擠壓活動(dòng)仍在進(jìn)行，并持續(xù)到早二疊世亞丁斯克期。擠壓活動(dòng)使得濱里海海盆與大洋隔離，成為一個(gè)封閉的海盆，聚集了充足的鹽類物質(zhì)；隨著海盆底部的水體礦化度不斷增高，鹽巖從濃鹵水中析出沉淀，從而在二疊紀(jì)孔谷期形成了巨厚的蒸發(fā)巖[2-3]。

鹽上層系由以陸源碎屑為主的上二疊統(tǒng)、中生界及新生界組成。下二疊統(tǒng)孔谷階鹽巖將盆地蓋層分為鹽上層系、鹽巖層系和鹽下層系3部分。南部隆起帶鹽下層系厚2.5~4.0 km，廣泛發(fā)育泥盆系深水海相泥頁巖和石炭系淺海陸棚相碳酸鹽巖[4]。

圖1　濱里海盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨坝蜌馓锓植?/p>

2　油氣成藏地質(zhì)條件

（1）烴源巖濱里海盆地南部隆起帶發(fā)育2套優(yōu)質(zhì)烴源巖：上泥盆統(tǒng)法門階—下石炭統(tǒng)杜內(nèi)階海相與潟湖相的鈣質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖，有機(jī)碳含量為0.4%~13.8%，平均4.4%；下石炭統(tǒng)維憲階—上石炭統(tǒng)巴什基爾階淺海至深海相泥質(zhì)碳酸鹽巖和泥頁巖，有機(jī)碳含量為1.0%~8.4%，平均4%.阿斯特拉罕構(gòu)造帶干酪根類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主，田吉茲、卡薩干地區(qū)以Ⅰ型和Ⅱ型為主。這2套烴源巖沉積厚度大，分布范圍廣，有機(jī)質(zhì)豐度高，是優(yōu)質(zhì)的烴源巖。據(jù)田吉茲油田資料（表1），主要烴源巖為中泥盆統(tǒng)—上石炭統(tǒng)巴什基爾階瀝青質(zhì)泥頁巖和生物礁灰?guī)r。上泥盆統(tǒng)烴源巖厚度可達(dá)500 m，露頭區(qū)的有機(jī)碳含量為0.5%~3.0%，平均2%左右，干酪根類型為Ⅰ型和Ⅱ1型。下石炭統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度變化較大，在陸源碎屑巖中腐泥-腐殖型有機(jī)質(zhì)含量穩(wěn)定；在碳酸鹽巖中，腐泥型有機(jī)質(zhì)占優(yōu)勢。田吉茲油田石炭系瀝青質(zhì)泥頁巖的有機(jī)質(zhì)含量最高（表1），是主要烴源巖[5-7]。

表1　田吉茲油田烴源巖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

埋藏史研究表明（圖2），濱里海盆地南部隆起帶鹽下的中上泥盆統(tǒng)烴源巖在晚石炭世早期開始生烴，晚三疊世—早侏羅世進(jìn)入生油高峰，早白堊世進(jìn)入生氣階段；下石炭統(tǒng)烴源巖在中三疊世開始生烴，在晚侏羅世—早白堊世進(jìn)入生油高峰期，在古近紀(jì)進(jìn)入生氣階段。因此，具有多期成藏的特點(diǎn)。

（2）儲集層濱里海盆地南部隆起帶鹽下以石炭系淺海陸棚相碳酸鹽巖儲集層為主，可劃分為3套成藏組合：法門階—杜內(nèi)階（KT-3）、維憲階—巴什基爾階（KT-2）和莫斯科階—亞丁斯克階（KT-1），其中維憲階—巴什基爾階（KT-2）儲集層經(jīng)受風(fēng)化淋濾作用，儲集性能最好（圖3）?？ㄋ_甘油田、田吉茲油田和阿斯特拉罕凝析氣田的儲集層，均為由腕足類、海百合、有孔蟲碎片、藻類、苔蘚蟲及珊瑚等造礁生物組成的生物碎屑灰?guī)r，儲集層物性好（表2）。田吉茲地區(qū)上泥盆統(tǒng)—上石炭統(tǒng)中、高能的濱岸海灘和潮汐環(huán)境下形成的亮晶生物碎屑灰?guī)r儲集性能最好，孔隙度1.5%~20%，平均6%；滲透率1.5~900 mD，儲集空間以粒間孔和溶蝕孔洞為主[8]。粒間孔主要發(fā)育于灘相顆?；?guī)r中，多為顆粒間多期膠結(jié)物發(fā)育后殘留的孔隙，連通性較差，直徑0.05~0.10 mm；粒內(nèi)孔主要為各種生物的體腔孔（如有孔蟲、蜓類、海百合等），孔隙大小不一，多小于0.10 mm[9]。

此外，構(gòu)造作用產(chǎn)生的裂縫改善了儲集性能，在田吉茲地區(qū)碳酸鹽巖中主要發(fā)育2類裂縫：一類為水平縫或略帶傾斜縫，縫寬5~10 μm，沿縫發(fā)育有孔洞，見瀝青和碳酸鹽巖充填；另一類為高斜構(gòu)造縫，亦見方解石和瀝青半充填[10]。

由于儲集層形成時(shí)代較早，經(jīng)歷了長期的埋藏與成巖作用，大多數(shù)的原生孔隙垮塌或被膠結(jié)物充填，儲集空間以次生的孔隙、溶洞和裂縫為主[5，8，10-12]。

在南恩巴隆起區(qū)（如Tortay油田），還發(fā)育有碎屑巖和碎屑巖-碳酸鹽巖混合型儲集層，其中上石炭統(tǒng)碳酸鹽巖儲集層孔隙度可達(dá)10%，而上石炭統(tǒng)巴什基爾階碎屑巖儲集層孔隙度為7%，滲透率最高可達(dá)323 mD[4，8，10-11]。

（3）蓋層南部隆起帶發(fā)育二疊系孔谷階鹽巖，可作為區(qū)域性蓋層。該套鹽巖厚度大，全盆分布，具有良好的封蓋效果。此外，下二疊統(tǒng)亞丁斯克階泥頁巖和石炭系中的泥巖及碎屑巖夾層，也可作為局部蓋層。鹽巖在上覆巖層差異壓實(shí)作用下容易發(fā)生塑性流動(dòng)變形，形成眾多的鹽丘，導(dǎo)致橫向上厚度變化大，局部甚至缺失（如南恩巴隆起區(qū)的部分地區(qū)）。鹽丘之間連接薄弱的地帶，為鹽下烴源巖生成的烴類縱向運(yùn)移至鹽上儲集層成藏，提供了通道[5，12]。

圖2　南部隆起帶地層埋藏史及烴源巖成熟度模擬（據(jù)文獻(xiàn)［7］修改）

圖3　南部隆起帶典型井巖性剖面

3　油氣成藏主控因素

濱里海盆地南部隆起帶鹽下層系已發(fā)現(xiàn)油氣可采儲量6 454.8×106t，其中石油3 136.6×106t，凝析油644.6×106t，天然氣2 673.6×106t.平面上，南部隆起帶東部以油藏為主，西部以氣藏和凝析氣藏為主?？v向上，油氣主要集中分布于維憲階—巴什基爾階（KT-2），其可采儲量為6 362.6×106t，占南部隆起帶鹽下層系已發(fā)現(xiàn)油氣儲量的98.6%[3].

（1）烴源巖的分布和成熟度控制了油氣的平面分布南部隆起帶中上泥盆統(tǒng)烴源巖晚石炭世開始生油，在早三疊世達(dá)到生油高峰，晚侏羅世—早白堊世開始生氣；下石炭統(tǒng)烴源巖在晚三疊世進(jìn)入生油窗，晚侏羅世—早白堊世達(dá)到生油高峰，晚白堊世開始生氣（圖2）。阿斯特拉罕凝析氣田烴源巖的鏡質(zhì)體反射率為1.2%~1.7%，以生氣為主。晚期生成的天然氣進(jìn)入早期形成的油藏中，石油的輕餾分溶解在天然氣中，形成含油氣藏及凝析氣藏。東部地區(qū)主力烴源巖為下石炭統(tǒng)泥頁巖和生物礁灰?guī)r，從三疊紀(jì)開始一直處于生油階段，只有在古近紀(jì)開始生成少量天然氣，田吉茲油田烴源巖的鏡質(zhì)體反射率為0.9%~ 1.2%，以生油為主[13]。油氣以橫向短距離運(yùn)移或沿著斷層垂向運(yùn)移至石炭系碳酸鹽巖儲集層中（圖4）。

濱里海盆地南部隆起帶泥盆系—石炭系烴源巖成熟度在平面上總體表現(xiàn)為西高東低，西部埋深大，烴源巖已達(dá)過成熟階段，而盆地東部廣大臺地相區(qū)烴源巖成熟度相對較低，形成了西部以氣、凝析氣為主，東部以油為主的格局。

（2）大型古隆起構(gòu)造控制了碳酸鹽巖和礁體的發(fā)育濱里海盆地南部阿斯特拉罕—阿克秋濱隆起帶形成時(shí)間早，從早石炭世維憲期開始發(fā)育，在近東西向隆起帶的南北兩側(cè)斜坡和隆起帶高部位發(fā)育碳酸鹽巖和礁體，形成了最重要的油氣儲集層。目前發(fā)現(xiàn)的田吉茲、阿斯特拉罕和卡薩甘等大型油氣藏都是大型生物礁建造和背斜構(gòu)造。

晚泥盆世—早石炭世，田吉茲油氣田杜內(nèi)期處于陸棚淺水灘和潮汐帶，形成了藻類有孔蟲生物碎屑灰?guī)r、藻灰?guī)r及泥晶灰?guī)r；杜內(nèi)期為一地勢高但平坦的碳酸鹽臺地，其上發(fā)育生物礁；早石炭世維憲期礁體進(jìn)一步擴(kuò)大，長達(dá)38 km，寬18~24 km，礁體間發(fā)育有藻類、有孔蟲等生物碎屑灰?guī)r；晚石炭世巴什基爾期沉積了生物碎屑灰?guī)r和鮞?；?guī)r，厚度80~100 m.

表2　南部隆起帶鹽下層系主要油氣田儲集層特征

圖4　南部隆起帶成藏模式

阿斯特拉罕凝析氣田為一大型穹狀隆起，長200km，寬180 km，幅度可達(dá)3 km.自下而上由中-上泥盆統(tǒng)碳酸鹽巖-碎屑巖、上泥盆統(tǒng)—上石炭統(tǒng)巴什基爾階灰?guī)r（具白云巖及泥灰?guī)r夾層）和下二疊統(tǒng)薩克馬爾組及亞丁斯克組泥灰?guī)r、泥巖（厚約150 m）組成。其中巴什基爾階（厚130~290 m）灰?guī)r與上覆下二疊統(tǒng)泥灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖呈角度不整合接觸。

在古構(gòu)造背景上發(fā)育的背斜、斷裂背斜是鹽下層系主要的圈閉類型，其面積和幅度一般都比鹽上層系的圈閉大，而且后期多被斷裂和鹽構(gòu)造作用復(fù)雜化。

（3）風(fēng)化淋濾作用改善了碳酸鹽巖儲集層的儲集性能南部隆起帶鹽下層系的油氣主要集中在石炭系維憲階—巴什基爾階（KT-2）儲集層中。由于石炭系在區(qū)域上處于有利的沉積相帶，發(fā)育以生物碎屑灰?guī)r為主的淺海陸棚相碳酸鹽臺地，儲集層普遍發(fā)育，更重要的是溶蝕和淋濾作用對儲集層的改造，地層抬升而長期暴露地表，遭受風(fēng)化淋濾并形成與之有關(guān)的風(fēng)化殼，是改善儲集性能的最主要途徑[13-15]。

早石炭世維憲期開始，東歐板塊、北烏斯丘秋爾特板塊、哈薩克斯坦板塊及曼格什拉克板塊的碰撞作用，導(dǎo)致地層抬升剝蝕，破壞了早期形成的油氣藏，部分原油被氧化成固體瀝青。同時(shí)，地層暴露于地表，受到風(fēng)化作用及大氣淡水的淋濾作用，溶解作用普遍，溶孔、裂縫等次生孔隙發(fā)育，其中巴什基爾階頂不整合面之下50~200 m的碳酸鹽巖巖溶作用最為發(fā)育，儲集性能最好。阿斯特拉罕隆起的巴什基爾階灰?guī)r儲集層孔隙度為3.0%~18.0%，平均滲透率為2.3 mD；卡拉通—田吉茲隆起的巴什基爾階下部碳酸鹽巖儲集層孔隙度為0.1%~24.0%，滲透率為0.8~200 mD[5-8]。

石炭系碳酸鹽巖儲集層受控于多期溶蝕作用，形成類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次生孔隙，其發(fā)育特征與空間分布復(fù)雜，造成碳酸鹽巖儲集層的強(qiáng)烈非均質(zhì)性。而不整合面以下的KT-2段儲集層的儲集物性遠(yuǎn)優(yōu)于其他層段儲集層。

綜上所述，濱里海盆地南部隆起帶在早石炭世開始形成的阿斯特拉罕—阿克秋濱古隆起帶控制了碳酸鹽巖的發(fā)育；晚石炭世烏拉爾洋閉合，東歐板塊、北烏斯丘秋爾特板塊等一系列板塊碰撞作用導(dǎo)致南部隆起帶發(fā)生抬升和剝蝕，上石炭統(tǒng)巴什基爾階碳酸鹽巖遭受風(fēng)化淋濾而使儲集層物性得到改善，控制了油氣的富集。目前的油氣勘探工作多集中在隆起帶的南坡相對較淺的部位，北坡由于埋藏較深，勘探程度較低，但筆者認(rèn)為它將是未來勘探的重要領(lǐng)域。

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Controlling Factors of Petroleum Accumulation in Pre?Salt Strata in South Uplift of Pre?Caspian Basin

TIAN Naxin1,YAN Shaobin2,HUI Guanzhou3
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Sinopec,Beijing 100083,China;2.ChunliangProduction Plant,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Binzhou,Shandong 256504,China;3.School of Earth Sciences and Resources,ChinaUniversity of Geosciences,Beijing 100083,China)

The pre?salt strata in south uplift of Pre?Caspian basin is of advantageous conditions for hydrocarbon accumulation.Two sets of high quality source rocks and three sets of carbonate reservoirs with good reservoir properties are found in its Middle Devonian?Upper Car?boniferous.This paper studied its petroleum geological conditions and reservoir?forming controlling factors,in view of the regional structure and sedimentary evolution integrated with the latest drilling data.The result shows that the distribution and maturity of the source rocks control the framework of“gas in the west and oil in the east”in this area;the large?scale paleo?uplift belt controls the development of the carbonate rocks and reefs,and the weatheringleachingeffect greatly improves the reservoir property in the carbonate reservoir of the Visean?Bashkirian(KT?2),which control the hydrocarbon accumulation.

Pre?Caspian basin;carbonate rock;weathering crust karst;hydrocarbon accumulation

TE112.41

A

1001-3873（2015）01-0116-05DOI：10.7657/XJPG20150124

2014-03-19

2014-11-10

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05031-001）

田納新（1968-），男，河南南陽人，高級工程師，石油地質(zhì)，（Tel）13522190690（E-mail）tiannx.syky@sinopec.com.