東西伯利亞盆地南部油氣分布特征及主控因素

王素花 高書琴 唐春梅 孔令洪

1. 中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083;2. 中國石油國際勘探開發(fā)有限公司俄羅斯公司, 俄羅斯 莫斯科 117373

0 前言

東西伯利亞盆地位于俄羅斯東部,面積約350×104km2,北半部位于北極圈之內(nèi),是世界上最古老的沉積盆地之一。其油氣勘探始于20世紀20—30年代,1961年在寒武系和文德系發(fā)現(xiàn)了第一個油田馬爾科夫,1972年在里菲系發(fā)現(xiàn)了首個油氣田庫尤姆賓[1],到目前為止,在里菲—寒武系中共發(fā)現(xiàn)了70多個油氣田,探明石油地質儲量約81×108t,天然氣約8.8×1012m3[2]。

東西伯利亞盆地南部油氣田是中俄油氣管道的主要油氣源區(qū),有必要對該地區(qū)的油氣分布特征和控制因素進行分析,以評價該地區(qū)的油氣資源及勘探潛力。

1 區(qū)域地質背景

東西伯利亞盆地是世界上最古老的克拉通沉積盆地之一,盆地除西界以深大斷裂與西西伯利亞盆地相接外,周緣均以不同的褶皺帶為界。盆地內(nèi)部發(fā)育大型隆起和坳陷構造單元,見圖1[3-7]。已發(fā)現(xiàn)的油氣田主要分布在盆地南部地區(qū)的拜基特隆起、涅普-鮑圖奧賓隆起及卡坦格鞍部和安加拉-勒拿階地,其次分布在盆地北緣和東北緣的中生代前陸坳陷。

盆地基底為太古代和早元古代變質雜巖,在基底之上沉積了里菲系以來巨厚的沉積地層,厚度約 3 000～9 000 m,盆地南部下—中寒武統(tǒng)地層廣泛出露于地表,上寒武統(tǒng)及更年輕的地層僅在局部地區(qū)分布,厚度0～500 m,見圖2[7-8],剖面位置見圖1。

圖1 東西伯利亞盆地構造單元劃分和油氣田分布圖

圖2 東西伯利亞盆地地質剖面圖

根據(jù)構造和沉積地層特征,盆地演化總體上可以劃分為4個階段[3,6-9]:里菲紀坳拉谷階段、文德—三疊紀克拉通階段、侏羅—白堊紀前陸坳陷階段和古近—第四紀整體隆升階段。其中,在里菲紀坳拉谷階段形成了盆地內(nèi)主要的烴源巖,而克拉通階段早期形成的碎屑巖、碳酸鹽巖和泥巖、膏鹽巖構成了盆地內(nèi)主要的成藏組合,對于油氣生成與聚集具有重要作用。

2 石油地質特征

東西伯利亞盆地南部主要勘探目的層包括里菲系碳酸鹽巖、下文德統(tǒng)碎屑巖和上文德統(tǒng)—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖儲層[7,9-12],里菲系多套暗色泥巖為盆地主力烴源巖,巨厚的下寒武統(tǒng)上部鹽巖層是可靠的區(qū)域性蓋層,多期構造運動為油氣運移及成藏提供了有利條件,見圖3～4。

2.1 烴源巖

里菲系泥巖是東西伯利亞盆地最主要的烴源巖,Kontorovich A E于1999年指出,里菲系生成的油氣量分別占盆地油氣總量的69%和64%[13],盆地南部,里菲系陸源碎屑巖和白云巖厚度3 000～5 000 m,碎屑巖沉積中發(fā)育的多套暗色泥巖沉積,含豐富的有機質。其中,拜基特隆起區(qū)烴源巖有機質平均含量為0.75%～6%,最高達21%,厚度30～200 m;濱帕托姆坳陷烴源巖有機質平均含量0.6%～1.7%,最高達4.0%[13]。里菲系烴源巖經(jīng)歷了多期生烴演化,最早的生烴始于晚里菲世中期,在經(jīng)歷了晚里菲世晚期的構造變動之后,里菲系烴源巖的生烴作用在文德紀和寒武紀得以恢復,部分生烴一直持續(xù)到早三疊世。

圖3 東西伯利亞盆地南部生儲蓋組合圖

圖4 東西伯利亞盆地里菲系烴源巖分布圖

Bazhenova T K等研究者2011年指出了文德系泥巖也具有很強的生烴潛力,雖然文德系烴源巖有機質平均含量不高,為0.2%～0.5%,但烴源巖分布范圍非常廣泛,除地臺西南角濱薩彥-葉尼塞坳陷和東部及北部古隆起區(qū)外,盆地內(nèi)2/3的地區(qū)都分布有文德系烴源巖,其中以濱帕托姆坳陷的生烴潛力最大,文德系烴源巖于中—晚寒武世開始生烴,局部地區(qū)生烴持續(xù)到早三疊世[14]。

2.2 儲集層

東西伯利亞盆地南部主要發(fā)育里菲系碳酸鹽巖、下文德統(tǒng)碎屑巖、上文德統(tǒng)—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖三套儲層[7,10-12,15],但是在不同構造單元分布有所差異,見圖5。

圖5 東西伯利亞盆地南部不同構造單元儲層分布圖

2.2.1 里菲系碳酸鹽巖

里菲系碳酸鹽巖儲層分布于盆地西部的拜基特隆起區(qū),為風化殼儲層,包括多套以硅質疊層石為主的白云巖沉積,地層傾角通常為3°～5°,在靠近斷裂帶的區(qū)域,地層傾角達到30°～50°或更大。儲層裂縫發(fā)育,為裂縫型及溶洞-裂縫型儲層,儲層平均孔隙度為1.5%,滲透率0.001×10-3～40×10-3μm2,最大可達 1 000×10-3μm2,儲層非均質性強[16-18]。

2.2.2 下文德統(tǒng)碎屑巖

下文德統(tǒng)碎屑巖沿早文德紀古斜坡區(qū)廣泛分布,沉積于基底或里菲系之上,通常厚50～150 m,向西南、南和東部增厚,最厚達600 m以上,向北和西北方向逐漸減薄并局部尖滅,由多旋回沉積的砂巖、粉砂巖和泥巖交互層組成,局部夾膏鹽巖和碳酸鹽巖。砂巖儲層發(fā)育于多旋回沉積的底部,以石英砂巖為主,總厚度達0～100 m,自上而下主要劃分出包括V3、V5、V10、V13、V14等3～5套儲層,見圖5。含油氣層常呈帶狀分布,孔隙度8%～21%、滲透率10×10-3～30×10-3μm2,各層物性特征以及在不同油田發(fā)育程度有所差異[19-21]。

2.2.3 上文德—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖

上文德—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖厚40～150 m,沉積于下文德統(tǒng)碎屑巖之上,屬于季爾組上部、達尼洛夫組和烏索爾組下部,主要由白云巖組成,含泥巖及鹽巖夾層,目前僅在涅普-鮑圖奧賓隆起區(qū)有工業(yè)油氣發(fā)現(xiàn),從上到下分別為:奧欣層(B1-2層)、烏斯季庫特(B3和B5層)和普里奧布拉任層(B12層)[22-24],見圖5。孔隙類型包括裂縫型、溶洞型、孔隙型,其中奧欣層為主力儲層,為強烈白云巖化的藻類灰?guī)r,孔隙度4%～15%,滲透率平均為0.5×10-3～20×10-3μm2,最大可達100×10-3μm2以上,總厚度為25～80 m,有效厚度10～30 m[24]。

2.3 蓋層

東西伯利亞盆地廣泛分布的下—中寒武統(tǒng)鹽巖、碳酸鹽巖層,總厚度 1 200～2 000 m,其中包含3～5套鹽巖層,基本為層狀穩(wěn)定分布,每一套鹽巖層的厚度大于100 m,與碳酸鹽巖儲層形成了交互層,為主要的區(qū)域性蓋層,另外直接分布于儲層之上泥巖層為各油氣層重要的局部蓋層[7,12,15]。

2.4 圈閉特征

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育構造、巖性、地層等多種類型圈閉,但以巖性-構造復合圈閉為主。圈閉類型具有明顯的區(qū)域分布特點。拜基特隆起里菲系碳酸鹽巖主要為風化殼形成的地層-構造圈閉見圖6-a),涅普-鮑圖奧賓隆起的東北部褶皺和斷裂作用非常強烈,圈閉類型有構造圈閉、構造-巖性圈閉、巖性-構造圈閉,見圖6-b)～d)[7,12,20]。

a)地層-構造油氣藏

b)構造油氣藏

c)構造-巖性油氣藏

d)巖性-構造油氣藏

圖6 東西伯利亞盆地南部油氣藏圈閉類型圖

3 油氣分布特征及主控因素探討

研究區(qū)已探明石油儲量約50%分布于里菲系碳酸鹽巖中,32%分布于下文德統(tǒng)砂巖、18%分布于上文德—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖中[15];探明天然氣儲量主要分布于下文德統(tǒng)砂巖中,其中儲層為下文德統(tǒng)砂巖的科維克金巨型凝析氣田的儲量約占該盆地探明天然氣儲量的80%。在平面上,最有利的油氣聚集帶位于各隆起高部位,如尤魯布欽-托霍姆油氣聚集帶位于拜基特隆起中部的卡莫夫凸起區(qū),而在涅普-鮑圖奧賓隆起區(qū)的涅普和米爾寧凸起形成了主要的油氣聚集區(qū)。

3.1 生儲蓋組合受盆地早期演化控制

盆地含油氣層系主要形成于坳拉谷和克拉通盆地早期。在坳拉谷內(nèi)形成的暗色泥巖是盆地主要的烴源巖,里菲系白云巖在經(jīng)歷了里菲紀末期構造翻轉后形成的風化殼是盆地主要的儲集層,文德紀以來在盆地邊緣廣泛沉積了文德系—下寒武統(tǒng)碎屑巖、碳酸鹽巖和碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積組合,形成了重要的儲蓋組合。

3.2 有利儲層受古地形及沉積環(huán)境控制

里菲系古風化殼主要分布于拜基特隆起,儲層的發(fā)育程度受風化殼中裂縫及孔洞發(fā)育程度的控制。早文德紀時期,盒地南部為向東南、南和西南傾斜的斜坡區(qū),下文德統(tǒng)碎屑巖形成于海侵早期,除在局部洼地形成了底礫層外,沿古海岸線形成了廣泛分布的碎屑巖沉積,有利砂體主要形成于濱岸、潮汐三角洲等環(huán)境中。上文德—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖發(fā)育多套碳酸鹽巖儲層,形成于盆地最大海侵期,儲層的分布與沉積環(huán)境、后期成巖改造(再結晶和淋濾作用)、斷裂發(fā)育程度有關[9-10,16,18,25]。

3.3 油氣分布受多期構造作用影響

油氣聚集帶主要分布于隆起區(qū)、鞍部、斜坡區(qū)高部位,這與盆地經(jīng)歷的多期構造作用及長期生烴歷史有關。由于多期構造作用使早期形成的油氣圈閉被破壞,油氣大多經(jīng)歷了多次運移,新的構造高部位成為最有利的油氣聚集區(qū),處于油氣運移通道的斜坡帶在合適的條件下也可以形成油氣聚集,另外一些古油氣藏在一定條件下也得以保存。

4 油氣資源及勘探潛力

目前,東西伯利亞盆地南部共發(fā)現(xiàn)油田9個,氣田15個,油氣田46個,其中巨型(石油可采儲量>3×108t)和大型(石油可采儲量 3 000×108～30 000×108t)油氣田共36個,最大的油田為尤魯布欽-托霍姆油田,最大的氣田為科維克金氣田[2,15],各油氣田儲量見表1。2005年以來俄羅斯加大了該地區(qū)的油氣勘探工作,多次制定地震、鉆井等地質勘探計劃,推出了200多個許可證區(qū)塊,僅2006年以來就發(fā)現(xiàn)了30個油氣田,新增探明地質儲量約3×108t,其中最大的發(fā)現(xiàn)是北塔拉坎油田和北達尼羅夫油田[26]。

表1 東西伯利亞大油氣田地質儲量表

油氣田發(fā)現(xiàn)年份石油/108 t天然氣/108 m3A+B+C 1級C 2級A+B+C 1級C 2級構造單元尤魯布欽-托霍姆19824.0211.131 4372 665庫尤姆賓19722.985.262051 250索賓19820.140.611 403146拜基特隆起杜利斯明19806.700.42627137上喬19774.892.47161842塔拉坎19843.490.8043794中鮑圖奧賓19702.681.421 641423恰揚金19791.950.447 0597 263上維柳昌19751.5032.21 396697涅普-鮑圖奧賓隆起科維克金1987——14 0645 720安加拉階地

根據(jù)西伯利亞地質地球物理礦產(chǎn)科學研究院2011年評價結果,東西伯利亞盆地原始地質資源量約為 1 088×108t油氣當量,其中石油為481×108t,天然氣為52×1012m3,目前盆地總體探明程度僅為16%,且已發(fā)現(xiàn)儲量的探明程度僅為37%左右[26]。Melnikov N V等評價南部地區(qū)待發(fā)現(xiàn)石油可采資源量總計可達38×108t,其中拜基特和涅普-鮑圖奧賓隆起分別為10×108t和23×108t[15]。

5 認識和結論

1)東西伯利亞盆地早期構造沉積演化形成了良好的生儲蓋組合,為盆地的含油氣性奠定了基礎。裂谷期形成了里菲系泥巖為主的烴源巖,裂谷晚期的反轉構造形成的碳酸鹽巖風化殼及克拉通早期海侵期形成的下文德統(tǒng)碎屑巖和上文德—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖與下—中寒武統(tǒng)上部巨厚的膏鹽巖構成了良好的儲蓋組合。

2)受多期構造演化的影響,盆地內(nèi)斷裂、褶皺構造發(fā)育,各區(qū)域構造隆起區(qū)內(nèi)構造復雜,構造圈閉發(fā)育;同時受古地形、沉積環(huán)境以及后期成巖作用的影響,盆地內(nèi)儲層非均質性比較強,因此,圈閉類型以巖性-構造復合型圈閉為主。

3)東西伯利亞盆地具有巨大的油氣潛力,但是勘探程度相差較大,各構造隆起高部位勘探程度高,也發(fā)現(xiàn)了眾多油氣田,而廣大斜坡區(qū)勘探程度較低,預測發(fā)育巖性圈閉,是未來重要的勘探領域。