中東扎格羅斯盆地：沿走向變化的構(gòu)造及油氣特征*

劉小兵 溫志新 賀正軍 王兆明 李曰俊

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 2. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

前陸盆地產(chǎn)有豐富的油氣資源，長期備受關(guān)注(白國平，2007；朱偉林等，2014；閆臻等，2018)。扎格羅斯造山帶位于阿拉伯板塊與歐亞板塊交接處(圖1a)，為阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶的一部分。扎格羅斯盆地位于扎格羅斯造山帶西南緣，呈北西-南東走向平行于扎格羅斯山脈展布，長約2300km，寬約100～300km(圖1b)，油氣2P可采儲量超過425億噸油當(dāng)量(IHS，2017[注]IHS. 2017. International energy oil & gas industry solutions. http://www.ihs.com/industry/oil-gas/international.aspx)，為全球最重要的含油氣前陸盆地。

圖1 扎格羅斯盆地位置圖(油氣田數(shù)據(jù)來源于IHS, 2017)Fig.1 Location map of Zagros basin (Oil and gas field data from IHS, 2017)

扎格羅斯盆地的區(qū)域構(gòu)造、構(gòu)造年代學(xué)、巖石學(xué)、油氣田解剖等方面的研究均取得較豐富的成果(童曉光等，2004；白國平和鄭磊，2007；賈小樂等，2013；何登發(fā)等，2015；劉小兵等，2018；Bordenave and Burwood，1989；Sharlandetal.，2001；Pitmanetal.，2004；McQuarrie，2004；Sepehr and Cosgrove，2004；Bosoldetal.，2005；Ramseyetal.，2008；Bretisetal.，2011；Mansurbegetal.，2016)。大多數(shù)研究者主要集中于盆地的局部地區(qū)或單個油氣田的研究，Bahroudi and Talbot(2003)通過研究扎格羅斯盆地基底構(gòu)造劃分出不同構(gòu)造單元，對扎格羅斯盆地各段構(gòu)造及油氣地質(zhì)綜合研究較少。因此，本文通過分析扎格羅斯盆地的區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)、沿走向變化(盆地各段)的構(gòu)造及其油氣地質(zhì)特征，進(jìn)而總結(jié)油氣主控因素，為中國石油海外超前選區(qū)選帶提供基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

阿拉伯板塊為岡瓦納大陸的一部分，其東北部為歐亞板塊，西南部為非洲板塊。阿拉伯板塊中西部為阿拉伯地盾，自元古代以來為隆起剝蝕區(qū)。阿拉伯地盾至波斯灣主要有NW-SE向和N-S向2期構(gòu)造系統(tǒng)(圖2)，其中，NW-SE構(gòu)造主要位于阿拉伯板塊西部，即位于阿拉伯地盾的Najd斷裂系，于寒武紀(jì)形成(Al-Husseini，2000)；N-S向構(gòu)造主要位于阿拉伯板塊中部，自西向東包括Dibdibah裂谷、Burgan-Khurais背斜、加瓦爾隆起和卡塔爾弧形褶皺帶(Ziegler，2001)，主要受基底構(gòu)造和前寒武系霍爾木茲鹽底辟構(gòu)造影響(Sepehr and Cosgrove，2004)。

扎格羅斯盆地位于阿拉伯板塊的東緣，自古生代以來主要經(jīng)歷了二疊紀(jì)-三疊紀(jì)弧后伸展、侏羅紀(jì)-早白堊世被動大陸邊緣和晚白堊世-第四紀(jì)前陸盆地等3期構(gòu)造-沉積演化階段(劉小兵等，2018)。新近紀(jì)以來，隨著非洲板塊與阿拉伯板塊之間的裂谷進(jìn)一步伸展，逐步形成紅海初始洋盆，區(qū)域性伸展使阿拉伯板塊向伊朗地塊俯沖、碰撞，在阿拉伯板塊北部和東北部形成了晚新生代扎格羅斯周緣前陸盆地(Pitmanetal.，2004)。

圖2 扎格羅斯盆地區(qū)域地質(zhì)特征(據(jù) Beydoun et al., 1992; Ziegler, 2001; Bahroudi and Talbot, 2003及遙感圖像)Fig.2 Regional geological map of Zagros basin (modified after Beydoun et al., 1992; Ziegler, 2001; Bahroudi and Talbot, 2003; and Satellite image)

扎格羅斯盆地主要有背斜、逆沖斷層、走滑斷層等三類構(gòu)造(圖2)，其中，背斜平行于造山帶呈W-E和NW-SE向展布(Pitmanetal.，2004；Ramseyetal.，2008；Bretisetal.，2011)，主要分布于前淵帶和簡單褶皺帶(Alavi，1994；Ramseyetal.，2008)，前淵帶背斜軸長普遍大于簡單褶皺帶(劉小兵等，2018)。與背斜構(gòu)造相似，逆沖斷層平行于扎格羅斯縫合帶呈W-E和NW-SE向展布，主要位于盆地的山前沖斷帶內(nèi)(Alavi，1994；Ramseyetal.，2008；劉小兵等，2018)。走滑斷層構(gòu)造與扎格羅斯盆地走向約45°斜向相交(Ziegler，2001；Bahroudi and Talbot，2003；McQuarrie，2004)，呈“八”字形分布；這些走滑斷層受基底斷層構(gòu)造再活動的影響(Bahroudi and Talbot，2003)。

2 沿走向變化的構(gòu)造及其油氣特征

扎格羅斯盆地主要的構(gòu)造活動開始于晚白堊世，伊朗地塊與阿拉伯板塊于中新世發(fā)生碰撞，形成擠壓構(gòu)造，并持續(xù)至今。在接近縫合線附近地殼縮短量可以達(dá)20%～24%，遠(yuǎn)離縫合線降到3%～4%(McQuarrie，2004；Bosoldetal., 2005)。通過遙感地質(zhì)解譯、區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)、構(gòu)造變形差異和前人研究(Berberian，1995；Bahroudi and Talbot，2003；Pitmanetal., 2004；McQuarrie，2004)等綜合分析，扎格羅斯盆地沿走向(NW-SE向)可劃分出五段：土耳其的迪亞巴克爾段、伊拉克的基爾庫克段以及伊朗的洛雷斯坦段、胡齊斯坦段和法爾斯段(圖3、圖4)。

盆地沉積了元古界-新近系地層，最大厚度超過10000m，為形成豐富的油氣資源奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。盆地古生界埋藏較深，從二疊紀(jì)開始經(jīng)歷了穩(wěn)定的沉降作用，三疊系至上新統(tǒng)-更新統(tǒng)基本上是一套連續(xù)的被動大陸邊緣碳酸鹽巖沉積地層(Alsharhan and Nairn，2003)。盆地主要包括下白堊統(tǒng)、中侏羅統(tǒng)和志留系等烴源巖，其中，下白堊統(tǒng)Kazhdumi組烴源巖為中-新生界儲層的主要油源，志留系Gahkum組泥頁巖為古生界儲層的主要?dú)庠?；新生界碳酸鹽巖為主力儲層，其次是白堊系Sarvak組和上二疊統(tǒng)Dalan組碳酸鹽巖；上二疊統(tǒng)-上三疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)頂部和漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)均不同程度的發(fā)育蒸發(fā)巖，為良好的區(qū)域性蓋層(圖5)。

圖3 扎格羅斯盆地沿走向的構(gòu)造劃分圖Fig.3 The structure division along-strike the Zagros basin

圖4 扎格羅斯褶皺帶構(gòu)造剖面圖(據(jù)Konert et al., 2001; Jassim and Buday, 2006; Bosold et al., 2005)Fig.4 The structural cross section of the along-strike Zagros basin (modified after Konert et al., 2001; Jassim and Buday, 2006; Bosold et al., 2005)

圖5 扎格羅斯盆地地層柱狀圖(據(jù)Alsharhan and Nairn, 2003; James and Wynd, 1965)Fig.5 Generalised stratigraphy of the along-strike Zagros basin (modified after Alsharhan and Nairn, 2003; James and Wynd, 1965)

圖6 迪亞巴克爾段Raman油田構(gòu)造剖面圖Fig.6 Structural cross section of Raman field in Diyarbakir section

圖7 基爾庫克段Qaiyarah(a)和Kirkuk(b)油田構(gòu)造剖面圖Fig.7 Structural cross section of Qaiyarah (a) and Kirkuk (b) field in Kirkuk section

圖8 洛雷斯坦段Changuleh油田剖面圖Fig.8 Structural cross section of Changuleh field in Luristan section

圖9 胡齊斯坦段Ahwaz(a)和Haft kel(b)油田剖面圖Fig.9 Structural cross section of Ahwaz (a) and Haft kel (b) field in Khuzestan section

圖10 法爾斯段Kangan氣田剖面圖Fig.10 Structural cross section of Kangan field in Fars section

圖11 扎格羅斯盆地各段儲層層系及其控制儲量分布圖Fig.11 Reservoir series and its controlling reserves in each section of Zagros basin

沿盆地走向各段的油氣2P可采儲量差異明顯。胡齊斯坦段儲量規(guī)模最大，超過266億噸油當(dāng)量，其中石油儲量占比近70%；法爾斯段油氣規(guī)模約占基爾庫克段的三分之二，其中基爾庫克段石油占比近80%，法爾斯段石油占比僅為5%；迪亞巴克爾段儲量規(guī)模最小，僅為3億噸油當(dāng)量。

2.1 迪亞巴克爾段

迪亞巴克爾段位于土耳其東南端，盆地內(nèi)基本由一系列近E-W向背斜構(gòu)造組成，其長度5～40km不等(圖3)。該段蒸發(fā)巖不發(fā)育，蓋層以泥質(zhì)巖、白云巖為主；褶皺形成于晚中新世-上新世Taurus-Zagros造山作用，受強(qiáng)烈的NE向擠壓作用影響，具有構(gòu)造調(diào)節(jié)作用的近垂向(通天)逆沖斷層較為發(fā)育(圖4a、圖6)(Rigassi，1971；Salemetal.，1992)，蓋層受到不同程度的破壞，油氣圈閉條件較差(圖6)。

2.2 基爾庫克段

基爾庫克段位于伊拉克東北部庫爾德地區(qū)，盆地內(nèi)由一系列近NW-SE向長軸背斜構(gòu)造組成，背斜長度15～120km不等(圖3)。背斜構(gòu)造形成時間與迪亞巴克爾段相近，但由于受基爾庫克灣(Kirkuk Embayment)的影響，前淵帶新生界以來沉積物厚度大，擠壓作用形成了寬緩的背斜構(gòu)造，斷層未對蓋層形成明顯的破壞作用(圖4b)。在局部地區(qū)雖發(fā)育近垂向斷層構(gòu)造(圖7a)，但漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)巖蓋層基本上不受破壞(圖7a)(Dunnington, 1958)，形成了有效封堵，油氣得以聚集。此外，由于背斜構(gòu)造導(dǎo)致上白堊統(tǒng)-中新統(tǒng)泥質(zhì)巖和泥灰?guī)r裂縫十分發(fā)育，下白堊統(tǒng)油氣可以沿著裂縫向上運(yùn)移至厚層漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)巖蓋層之下的碳酸鹽巖儲層中(圖7b)。

圖12 扎格羅斯盆地各段不同類型蓋層控制儲量分布圖Fig.12 Different seal types and its controlling reserves in each section of Zagros basin

圖13 扎格羅斯盆地不同層系蒸發(fā)巖蓋層控制儲量分布圖Fig.13 Different evaporite stages and its controlling reserves in each section of Zagros basin

2.3 洛雷斯坦段

洛雷斯坦段位于扎格羅斯盆地伊朗段的西北部，從遙感圖像可見背斜構(gòu)造十分發(fā)育，以不對稱背斜為主，其長度20～50km不等(圖3)。由于該段主要位于簡單褶皺帶和山前沖斷帶，新生界以來沉積物多見缺失，由于中新統(tǒng)Gachsaran組蒸發(fā)巖影響，簡單褶皺帶內(nèi)的逆沖斷層大多未刺穿至地表，且背斜構(gòu)造大多具有一定埋深(圖4c、圖8)，能夠在一定程度上有效阻止下部油氣的逸散。

2.4 胡齊斯坦段

胡齊斯坦段位于扎格羅斯盆地伊朗段的中部，背斜長度20～80km不等(圖3)。該段前淵帶發(fā)育一系列平行于扎格羅斯造山帶的大型背斜構(gòu)造，長40～80km。在遠(yuǎn)離山前沖斷帶的簡單褶皺帶，新生界以來沉積物厚度遠(yuǎn)大于扎格羅斯盆地其他分段，大多超過4km。由于漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)巖厚度大，雖受強(qiáng)烈的碰撞擠壓作用，但逆沖斷層大多未錯斷蒸發(fā)巖蓋層，可有效阻止油氣垂向逸散(圖4d、圖9)(Wennbergetal., 2007)。與基爾庫克段相似，背斜構(gòu)造導(dǎo)致裂縫十分發(fā)育，下白堊統(tǒng)烴源巖可沿裂縫向上運(yùn)移至中新統(tǒng)碳酸鹽巖儲層中(圖9)。

2.5 法爾斯段

法爾斯段位于扎格羅斯盆地伊朗段的南部，為一系列NNW-SSE至NWW-SEE向褶皺組成，長20～90km(圖3)。該段主要為簡單褶皺帶和山前沖斷帶，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，發(fā)育不對稱背斜和逆沖斷層，雖有漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)巖發(fā)育，但多為產(chǎn)狀很陡的逆沖斷層錯斷，且斷層上盤發(fā)育的褶皺多為核部張性斷層或裂縫發(fā)育的緊閉褶皺(圖4e、圖10)。中三疊統(tǒng)-上三疊統(tǒng)蒸發(fā)巖較為發(fā)育，斷層未將該層明顯錯斷；上侏羅統(tǒng)蒸發(fā)巖主要分布在阿拉伯盆地，雖在法爾斯段也有分布，但由于厚度較薄，多受后期構(gòu)造破壞。因此，該段油氣主要分布于下三疊統(tǒng)-上二疊統(tǒng)碳酸鹽巖，而三疊系之上的儲層油氣聚集程度較低(圖10)。

3 油氣形成的主控因素分析

扎格羅斯盆地作為世界上油氣最為富集的前陸盆地之一，除了二疊紀(jì)以來沉積了一套較為連續(xù)的碳酸鹽巖沉積地層作為重要的烴源巖和儲層物質(zhì)基礎(chǔ)外，晚期的扎格羅斯造山作用形成一系列背斜構(gòu)造、不同時期形成的蒸發(fā)鹽巖蓋層對盆地各段油氣聚集差異起著至關(guān)重要的影響。

3.1 具有一定埋深且斷層改造作用弱的背斜為重要的圈閉類型，伴生裂縫改善儲層物性

中新世以來，隨著阿拉伯板塊與歐亞板塊的碰撞，扎格羅斯盆地發(fā)生了大規(guī)模的擠壓褶皺作用，從遙感地質(zhì)圖來看，褶皺的背斜長軸方向基本為北西-南東向延伸，油氣田的分布與背斜延伸方向與范圍具有很高的吻合度(圖3)。通過統(tǒng)計(jì)不同類型圈閉控制的油氣儲量來看，背斜圈閉控制儲量占總儲量的比例高達(dá)98%；地層-構(gòu)造和構(gòu)造-不整合等圈閉類型僅少量分布在迪亞巴克爾段、基爾庫克段和法爾斯段，其中法爾斯段控制儲量最大，約5億噸油當(dāng)量。

盆地儲集層大多是碳酸鹽巖儲層，原生孔隙和滲透性較差，以新生界Asmari組灰?guī)r為例，Asmari組灰?guī)r孔隙度小于5%，滲透率小于3～4mD；但受中新世以來的扎格羅斯褶皺作用，在背斜部位形成了大量的裂縫，形成次生孔隙，大大改善了儲層物性，其中孔隙度超過15%，最大可達(dá)22%，滲透率超過100mD，最大可達(dá)1000mD(Jassim and Buday，2006)。同時，斷層和裂縫在垂向上聯(lián)通了不同層系的地層(Beydounetal., 1992；劉小兵等，2018)，使得白堊系Kazhdumi組烴源巖形成的油氣發(fā)生垂向運(yùn)移，聚集于基爾庫克段和胡齊斯坦段的新生界背斜構(gòu)造圈閉中，使其油氣藏資源極為豐富(圖11)。

3.2 多期蒸發(fā)鹽巖控制圈閉封蓋能力，進(jìn)而控制油氣藏的規(guī)模

扎格羅斯盆地各段的油氣儲量規(guī)模與其蓋層類型關(guān)系密切，與蒸發(fā)鹽巖表現(xiàn)出正相關(guān)性(圖12)。從盆地各段的蓋層類型來看，蒸發(fā)巖蓋層對儲量規(guī)模的貢獻(xiàn)最大，控制儲量占總儲量的比例約為72%。其中基爾庫克段漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)鹽巖和胡齊斯坦段中新統(tǒng)蒸發(fā)鹽巖控制儲量占比最高，為71%～80%；法爾斯段三疊系蒸發(fā)鹽巖控制儲量占比約50%(圖12)。

扎格羅斯盆地東南部的法爾斯段，三疊系和二疊系的氣藏大多位于層內(nèi)蒸發(fā)鹽巖蓋層之下(圖13)。盆地中部的胡齊斯坦段，中新統(tǒng)Gachsaran組蒸發(fā)巖層系為良好的區(qū)域性蓋層，已發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)油氣儲量均封閉于此蓋層之下?；鶢枎炜硕螙|南部新生界儲層大多受漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)鹽巖蓋層影響，形成了常規(guī)油藏(圖13)；反之，在基爾庫克段西北部構(gòu)造變形強(qiáng)烈的地區(qū)，由于蒸發(fā)鹽巖蓋層缺失，斷層構(gòu)造破壞較為嚴(yán)重，形成了侏羅系-白堊系重油等非常規(guī)油氣藏。另外，盆地西北部的土耳其段蓋層以白云巖為主，由于該地區(qū)為構(gòu)造應(yīng)力聚集區(qū)，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，蓋層破壞嚴(yán)重，難以形成較大規(guī)模的油氣田。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)扎格羅斯盆地沿走向(NW-SE向)的構(gòu)造特征差異，可劃分出土耳其的迪亞巴克爾段、伊拉克的基爾庫克段以及伊朗的洛雷斯坦段、胡齊斯坦段和法爾斯段等5段。受鹽巖層發(fā)育和應(yīng)力差異的影響，沖斷-褶皺作用的強(qiáng)度和廣度都差異明顯。

(2)扎格羅斯盆地沉積物厚度普遍超過10000m，為形成豐富的油氣資源奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。盆地沿走向各段油氣2P可采儲量差異明顯，其中胡齊斯坦段儲量規(guī)模最大，法爾斯段油氣規(guī)模約占基爾庫克段的三分之二，迪亞巴克爾段儲量規(guī)模最小。

(3)晚期的扎格羅斯造山作用形成一系列背斜構(gòu)造、不同時期形成的蒸發(fā)鹽巖蓋層影響盆地各段油氣聚集差異。中新世以來，隨著阿拉伯板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞，扎格羅斯盆地發(fā)生了大規(guī)模的擠壓褶皺作用，下白堊統(tǒng)油氣可沿著裂縫向上運(yùn)移至漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)儲層中。

(4)基爾庫克段和胡齊斯坦段的新生界沉積物厚度較大，漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)蒸發(fā)巖為優(yōu)質(zhì)的區(qū)域性蓋層，對新生界油氣的保存起重要作用。法爾斯段的構(gòu)造變形較為強(qiáng)烈，三疊系之上的上侏羅統(tǒng)、中新統(tǒng)蒸發(fā)巖受不同程度的破壞，油氣主要分布于下三疊統(tǒng)-上二疊統(tǒng)碳酸鹽巖，而三疊系之上的儲層油氣聚集程度較低。土耳其段的蒸發(fā)巖不發(fā)育，蓋層以白云巖為主，由于該地區(qū)為構(gòu)造應(yīng)力聚集區(qū)，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，蓋層破壞嚴(yán)重，難以形成較大規(guī)模的油氣田。