利比亞古達米斯盆地含油氣系統(tǒng)研究*

趙國君 申文金 蘭井志 趙祺彬

(中國國土資源經(jīng)濟研究院)

利比亞位于地中海南岸，與埃及、蘇丹等國相鄰，國土面積約175.95萬km2。利比亞北部沿海屬亞熱帶地中海式氣候，冬暖多雨，夏熱干燥，內(nèi)陸區(qū)屬熱帶沙漠氣候，夏季平均氣溫為35 ℃，冬季平均氣溫為15 ℃，年平均降水量由北往南由500 mm左右遞減至30 mm以下。該國石油儲量豐富，所蘊含的油氣資源為全球少數(shù)的高質量低硫輕質原油。截至2016年9月，利比亞天然氣儲量1.54萬億m3，石油儲量約為400億桶，居非洲首位。古達米斯盆地位于利比亞首都的黎波里以南500 km，盆地面積約368 503 km2。

1 盆地構造特征

古達米斯盆地東部邊界為錫爾特盆地，南部為加爾加夫隆起，整體呈現(xiàn)東高西低、南高北低的構造格局，主要發(fā)育NE—SW向低幅構造。在古達米斯盆地和錫爾特盆地的邊界發(fā)育有宏地塹，該宏地塹沿地中海沿岸發(fā)育，終止于特姆貝卡隆起(圖1)。

古達米斯盆地的構造框架主要形成于晚元古代—早寒武紀的泛非洲造山運動。古生代、中生代及新生代的構造運動又以不同方式再次形成了一些局部構造，由于構造反轉作用使盆地內(nèi)的一些沉積低洼變成了構造高部。在三疊—侏羅系又出現(xiàn)了連續(xù)沉積期，期間盆地的最大沉積點在不斷向北部遷移，陸相砂巖覆蓋于海西不整合之上，此時盆地與大洋的分割線構成了非洲北部邊緣。盆地基底發(fā)育于前寒武系，是由泛非洲造山運動期間數(shù)個克拉通和介于其間的島弧相互碰撞縫合而形成，屬于撒哈拉地臺下覆基底的一部分[1]。根據(jù)相關資料分析，古達米斯盆地從寒武系至古新統(tǒng)地層均有發(fā)育，其中古生界和中生界最為重要，地層厚度超過6 000 m。盆地中心地層厚度較大，層序較為完整(圖2)[2]。

圖1 古達米斯盆地區(qū)域構造位置

晚奧陶系時期，擠壓運動沿著盆地向南發(fā)展致使區(qū)域產(chǎn)生隆起，隨著時間推移，該類隆起遭受剝蝕，其深度可以達到盆地基底，隨著剝蝕增加使得海面迅速上升[3]。在出現(xiàn)海侵的最初階段，即奧陶系末期和志留系早期，在盆地中逐漸形成并沉淀了大量富含有機物的頁巖，為盆地生油提供了豐富的有機物[4]。由于該時期盆地主要為海相—陸相碎屑巖沉積，因而海相烴源巖較為發(fā)育，形成了良好的儲蓋組合，為油氣儲存提供了保障。

圖2 古達米斯盆地構造及EW向橫切盆地剖面

2 盆地沉積演化特征

泛非洲大陸造山運動之后是一期劇烈的剝蝕作用，其特點是地層厚度和沉積相橫向變化速度快，同時一些地區(qū)寒武系地層發(fā)生缺失。該時期冰山作用達到頂峰，據(jù)記載當時岡瓦那大陸北部氣候甚至已經(jīng)接近于南極氣候，隨后冰川融化導致海平面迅速升高并向盆地南部廣泛海侵。海侵初期僅在陸架低洼地區(qū)沉積了頁巖，但隨著加里東不整合削蝕，海平面持續(xù)上升，到下泥盆系早期，海水覆蓋了整個古達米斯盆地，此時盆地內(nèi)的重要烴源巖之一的Aouinet Ouenine群頁巖便形成了。古生代克拉通內(nèi)沉積階段和中生代凹陷階段的擠壓接觸是形成目前含油氣系統(tǒng)的關鍵因素(圖3)。

圖3 古達米斯盆地重要頁巖和石灰?guī)r累計厚度[4]

3 盆地生儲蓋分析

3.1 烴源巖

下志留系和上泥盆系具有伽馬射線性質的海相頁巖為古達米斯盆地主要的烴源巖，其中，志留系頁巖為發(fā)揮主要作用的烴源巖。本研究分別從物理特性、沉積厚度和沉積形態(tài)等方面對烴源巖展開了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)該盆地內(nèi)的烴源巖具有高伽瑪放射性、高電阻率以及低聲波反射率的特點[5]。熱頁巖中有機物質的豐富程度決定了烴源巖的厚度[6]，在大多數(shù)情況下，熱頁巖直接沉積于上奧陶系冰成砂巖上，該過程同時伴隨著晚奧陶系冰帽的融化，使得烴源巖在距離地層邊界1 km處便進入了生油窗。以古達米斯盆地北部的Tanezzuft組放射性頁巖為例，在盆地中部，其凈累積厚度為15～45 m，總有機碳總量(total organic carbon,TOC)未超過0.6%，地熱變更標志范圍為2.5～4.0，具有較高的放射性，是盆地內(nèi)具有較高生油潛力的烴源巖[7]。

3.2 儲集層

古達米斯盆地最重要的儲集層為上覆于海西期不整合面上的三疊系底部陸相砂巖，其次為下泥盆系砂巖、中泥盆系砂巖、上泥盆系砂巖、志留系砂巖以及奧陶系石英巖，其中，石英巖是唯一有裂縫的儲集層。除了三疊系這個最為重要的儲層以外，盆地內(nèi)其他儲層都發(fā)育于中生代[8]。從整個古達米斯盆地來看，寒武系初期沉積的粗粒碎屑物最具有儲層儲集能力。奧陶系層序特征與寒武系砂巖儲層特征相似，但在該盆地中奧陶系儲層少見，是因為該時期地層中沉積相的變化速率較高[9]。志留系巖石粒度較粗，其上部具有向盆地邊緣方向進積的趨勢。上述各類條件的融合，使得在該盆地中部和西北部催生出了許多潛在儲層?？傮w來講，海西期不整合面上的三疊系Ouled Chebbi組和Ras Hamia組形成了高質量和最有勘探前景的儲層，由于海西期不整合地形的特點造成了三疊系儲層具有垂向和橫向相變的特征(表1)。

3.3 盆地蓋層

古達米斯盆地中的蓋層不僅要封蓋三疊系砂巖儲層，而且要封蓋被海西期不整合削截的古生代儲層。根據(jù)相關資料及本研究分析，認為該盆地最重要的蓋層為晚三疊系和早侏羅系形成的蒸發(fā)巖和頁巖沉積，另外，志留系頁巖和泥盆系頁巖也為一個比較重要的局部蓋層[10-12]。該類蓋層都具有厚度大、泥巖密度大和覆蓋面廣的特點，因此本研究稱之為超級蓋層(表2)。

4 盆地含油氣系統(tǒng)

基于對盆地石油地質條件中烴源巖、儲集層和蓋層的分析，并結合盆地前期資料，本研究認為盆地內(nèi)主要有2個含油氣系統(tǒng)，即弗拉斯階—三疊系含油氣系統(tǒng)和志留系—古生界/三疊系含油氣系統(tǒng)。弗拉斯階—三疊系含油氣系統(tǒng)為古達米斯盆地較為重要的一個含油氣系統(tǒng)，特點為志留系的放射性海相頁巖向古生界和三疊系砂巖中輸送油氣，運移路徑可能是海西期不整合或鄰近發(fā)育的斷層，盆地主要的儲層為三疊系TAGI砂巖，次要儲層為一次海進后斯特隆階F1和F2所形成的海相砂巖和石炭系(RKF)河流—三角洲砂巖，蓋層為三疊系或下侏羅系蒸發(fā)巖，如果是古生界儲層，那么充當蓋層的則為下志留系、下泥盆系和下石炭系頁巖(圖4)。志留系—古生界/三疊系含油氣系統(tǒng)的特點是烴源巖為放射性的弗拉階海相頁巖，儲層為泥盆系和三疊系砂巖，蓋層為泥盆系層間蓋層或上覆的上三疊統(tǒng)—侏羅系蒸發(fā)巖。

表1 古達米斯盆地儲層特征

注：儲層巖性為砂巖。

表2 古達米斯盆地蓋層特征

注：蓋層巖性為頁巖。

圖4 古達米斯盆地油氣運移模式[4]

5 結 語

分析了利比亞古達米斯盆地的地質構造特征和沉積演化特征以及盆地內(nèi)烴源巖、儲集層和蓋層的演化發(fā)育歷史形態(tài)，在此基礎上，將盆地內(nèi)的弗拉斯階—三疊系含油氣系統(tǒng)和志留系—古生界/三疊系含油氣系統(tǒng)的主要特點進行了探討。分析結果可為該區(qū)進一步開展油氣勘探工作提供有益參考。

[1] GUMATI Y D,KANES W H.Early tertiary subsidence and sedimentary facies:Northern Sire Basin,Libya[J].The American Assosiation of Petroleum Geologists Bulletin,1985(1):39-52.

[2] ABDULBASET A M,WEES J D W,DIJK P M V,et al.Tectonics and subsidence evolution of the Sirt Basin,Libya[J].The American Assosiation of Petroleum Geologists Bulletin,2008(8):993-1027.

[3] UNDERDOWEN R,REDFERN J.Petroleum generation and migration in the Ghadames Basin,North Africa:a two-dimensional basin-modeling study[J].The American Assosiation of Petroleum Geologists Bulletin,2008(1):53-76.

[4] RAMOS E,MARZO M,GIBERT J M D,et al.Strangraphy and sedimentary of the Middle Ordovician Hawaz Formaiton (Murzuq Basin,Libya)[J].The American Assosiation of Petroleum Geologists Bulletin,2006(9):1309-1336.

[5] DARDOUR A M,BOOTE D R D,BAIRD A W.Stratigraphic controls on Palaeozoic petroleum systems Ghadames Basin,Libya[J].Journal of Petroleum Geology,2004,27(2):141-162.

[6] MALLA M,YAHI N,KAHTIR B.Review of the structural evolution and hydrocarbon generation in Ghadames and Illizi basins[J].Diagnostic Microbiology and Infectious Disease,1997,79(4):405-412.

[7] 趙國君.地質巖心深部鉆探發(fā)展淺析[J].中國國土資源經(jīng)濟，2013(11)：57-59.

[8] 金 亮，曲 威，賈巨瑜.高密度電阻率法在工程勘探中的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(2)：38-39.

[9] 汪孝芝，李發(fā)榮.阿爾及利亞三疊盆地成藏主控因素和勘探潛力[J].國外油田工程，2007，23(10)：1-3．

[10] 王庭斌.正確的勘探戰(zhàn)略、決策是我國油氣勘探持續(xù)發(fā)展的關鍵[J].石油與天然氣地質，2007，28(5)：557-563.

[11] 楊克明.川西拗陷須家河組天然氣成藏模式探討[J].石油與天然氣地質，2006，27(6)：784-793．

[12] 文 琴，張雄華，梁 宇，等.南美西部典型含油氣盆地構造演化及石油地質特征[J].石油地質與工程，2011，25(3)：27-32.