基于成藏體系理論的碳酸鹽巖含油氣區(qū)帶評(píng)價(jià)方法
——以塔里木盆地寒武系為例

周 波，李慧莉，云金表，徐忠美，馮 帆

(中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

盆地內(nèi)含油氣區(qū)帶優(yōu)選可以為油氣勘探規(guī)劃的制定提供科學(xué)依據(jù)，目前區(qū)帶的評(píng)價(jià)一般是從油氣發(fā)現(xiàn)概率和資源價(jià)值2個(gè)角度開(kāi)展雙要素評(píng)價(jià)[1-2]。如果不考慮資源價(jià)值，僅以區(qū)帶成藏條件為目標(biāo)的區(qū)帶地質(zhì)評(píng)價(jià)方法，則是以油氣發(fā)現(xiàn)概率來(lái)表征區(qū)帶優(yōu)劣。含油氣地質(zhì)概率分析方法是以盆地目前勘探狀態(tài)下所獲的地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，開(kāi)展區(qū)帶含油氣性地質(zhì)分析、計(jì)算得到區(qū)帶含油氣的概率。此方法的規(guī)則信度模型是根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)油氣聚集帶的控制因素及影響控制因素下的若干基本地質(zhì)事件而建立起來(lái)的[3]。傳統(tǒng)意義上的油氣區(qū)帶多與盆地二級(jí)構(gòu)造區(qū)帶相似，即具有相同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和相似成因的含油氣地質(zhì)單元。相當(dāng)于含油氣系統(tǒng)中的“Play”(McCROSSAN,1972)，是指一組具有相同或相似源巖、儲(chǔ)層和圈閉條件的勘探目標(biāo)和(或)油氣藏。因此，傳統(tǒng)意義上的區(qū)帶邊界基本上以二級(jí)構(gòu)造單元邊界為界，縱向上則以一套相似勘探目標(biāo)為界。

MAGOON 1992年提出了含油氣系統(tǒng)的概念，指出一套烴源及其相關(guān)的油氣成藏過(guò)程即一個(gè)含油氣系統(tǒng)[4-10]。利用該理論，以烴源巖為核心，前人也開(kāi)展了區(qū)帶評(píng)價(jià)[11-16]，該評(píng)價(jià)方法中，區(qū)帶的邊界一般以油氣聚集單元為界，凡是和該烴源相關(guān)的儲(chǔ)蓋組合都在評(píng)價(jià)范圍。然而我國(guó)西部疊合盆地海相深層含油氣區(qū)往往是疊合結(jié)構(gòu)，勘探目標(biāo)為多個(gè)地質(zhì)要素復(fù)合體，一套勘探目標(biāo)，往往存在不同層系的供烴來(lái)源，這種地質(zhì)目標(biāo)，用含油氣系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法評(píng)價(jià)[17-18]。同時(shí)，由于生產(chǎn)部門(mén)通常以圈閉作為主要對(duì)象，采用運(yùn)聚單元作為區(qū)帶邊界往往和構(gòu)造單元不統(tǒng)一，使得該理論在評(píng)價(jià)中難以推廣。

在傳統(tǒng)的含油氣概率評(píng)價(jià)方法中，體系評(píng)價(jià)參數(shù)基本上是以生儲(chǔ)蓋成藏要素的靜態(tài)參數(shù)賦值開(kāi)展評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)中有2個(gè)重要要素沒(méi)有考慮：第一，在傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中，很少考慮油氣運(yùn)移距離對(duì)評(píng)價(jià)的作用，世界油氣勘探實(shí)踐表明，在烴源巖范圍之外，油氣成藏的概率仍然非常大[19]，甚至在烴源巖之外300 km的地方，仍然有大油氣田發(fā)現(xiàn)[20]；第二，沒(méi)有考慮生儲(chǔ)蓋要素在地質(zhì)歷史中的穩(wěn)定性。前人針對(duì)復(fù)雜海相深層含油氣區(qū)，提出了油氣成藏體系的地質(zhì)研究方法[11]，成藏體系是針對(duì)多旋回疊合盆地油氣富集規(guī)律和評(píng)價(jià)的一種方法，它從烴源體、輸導(dǎo)體、圈閉體3個(gè)地質(zhì)單元的評(píng)價(jià)出發(fā)，以油氣運(yùn)移過(guò)程為主線(xiàn)，動(dòng)態(tài)考慮成藏過(guò)程中3個(gè)地質(zhì)體的變化。該理論以圈閉體為核心的思路，與生產(chǎn)單位以圈閉為目標(biāo)的思路吻合，同時(shí)考慮烴源體，把勘探目標(biāo)和油氣生成過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。成藏體系理論中考慮油氣輸導(dǎo)體的作用和生儲(chǔ)蓋要素的穩(wěn)定性，恰好可以補(bǔ)充前人區(qū)帶評(píng)價(jià)方法的不足。

本文以成藏體系理論為基礎(chǔ)，以傳統(tǒng)的區(qū)帶評(píng)價(jià)要素為參考，提出針對(duì)成藏體系的區(qū)帶評(píng)價(jià)方法，旨在解決我國(guó)西部疊合盆地區(qū)帶評(píng)價(jià)問(wèn)題。

圖1 成藏體系結(jié)構(gòu)示意

1 成藏體系理論

油氣成藏體系是地表以下含油氣的自然系統(tǒng)(圖1)，它包括了形成油氣藏的一切必要元素以及這些要素之間的有效配置。成藏要素包括烴源體、輸導(dǎo)體和圈閉體，要素之間的有效配置，能夠產(chǎn)生任何單一元素所不具備的功能——形成油氣藏。油氣成藏體系概念具有以下內(nèi)涵：(1)“元素—結(jié)構(gòu)—功能”，體現(xiàn)了系統(tǒng)論思想與石油地質(zhì)研究的緊密結(jié)合，也是油氣成藏體系研究的主要內(nèi)容；(2)3大成藏要素中，烴源是物質(zhì)基礎(chǔ)，圈閉是勘探目標(biāo)，輸導(dǎo)是紐帶，強(qiáng)調(diào)了二者之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約的“系統(tǒng)性”綜合方法；(3)結(jié)構(gòu)研究采用“源位匹配”的思路，不同結(jié)構(gòu)的油氣成藏體系其研究的內(nèi)容、重點(diǎn)和思路均有差異，核心是判斷烴源體和圈閉體的匹配關(guān)系；(4)功能(形成油氣藏)是油氣成藏體系研究的核心，是烴源、輸導(dǎo)、圈閉三者相互作用的結(jié)果，并隨時(shí)間在空間發(fā)生變化。

2 基于成藏體系理論的區(qū)帶評(píng)價(jià)方法

2.1 地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)建立

針對(duì)海相碳酸鹽巖地層，以碎屑巖區(qū)帶地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，建立了一套比較成熟的參數(shù)評(píng)價(jià)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層和圈閉4個(gè)地質(zhì)體，考慮了海相碳酸鹽巖的特征進(jìn)行評(píng)價(jià)(表1)。在這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，一套生儲(chǔ)蓋組合正好組成一套評(píng)價(jià)參數(shù)體系，能夠較好地開(kāi)展地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。但評(píng)價(jià)方法并沒(méi)有指出評(píng)價(jià)單元怎么劃分，多套烴源巖存在時(shí)如何考慮參數(shù)的賦值。并且，當(dāng)區(qū)帶位置處于烴源體水平投影之外時(shí)，區(qū)帶中烴源的參數(shù)是否有效則很難評(píng)價(jià)。因此，有必要利用成藏體系這種動(dòng)態(tài)多源成藏理論，針對(duì)碳酸鹽巖，從圈閉體出發(fā)，考慮輸導(dǎo)體和烴源體的作用，形成一套評(píng)價(jià)參數(shù)體系和取值標(biāo)準(zhǔn)。

表1 海相油氣區(qū)帶評(píng)價(jià)參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)

按照成藏體系的理論，把體系分為烴源體、輸導(dǎo)體、圈閉體，同時(shí)為了考慮3個(gè)地質(zhì)體在地質(zhì)演化歷史中的穩(wěn)定性，設(shè)置有效保存與配置參數(shù)，總體用4個(gè)參數(shù)開(kāi)展評(píng)價(jià)。4個(gè)參數(shù)的評(píng)價(jià)參考海相碳酸鹽巖油氣區(qū)帶評(píng)價(jià)參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)(表1)。在新的參數(shù)體系設(shè)置中，烴源體參數(shù)不變，圈閉體參數(shù)以原來(lái)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)為主，結(jié)合圈閉參數(shù)。圈閉體是指一個(gè)區(qū)帶內(nèi)部具有相同構(gòu)造沉積背景的圈閉，而不是單個(gè)圈閉特征。輸導(dǎo)體是新建立的評(píng)價(jià)參數(shù)，輸導(dǎo)體要素包含3個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)：輸導(dǎo)層、供烴方式和運(yùn)移距離。輸導(dǎo)層是指油氣從烴源到圈閉體的通道特征；供烴方式是指油氣運(yùn)移路徑特征，用發(fā)散流和匯聚流進(jìn)行評(píng)價(jià)；運(yùn)移距離就是指烴源體邊界距離圈閉體的距離。有效保存與配置是用來(lái)評(píng)價(jià)整個(gè)成藏體系的穩(wěn)定性，因此，延續(xù)前人評(píng)價(jià)體系中的蓋層評(píng)價(jià)參數(shù)，主要考慮區(qū)域蓋層特征，同時(shí)考慮整個(gè)體系所處的構(gòu)造位置，按照前人疊合盆地穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，分為古隆起、斜坡、樞紐帶和盆內(nèi)4個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[21]。最終按照上述參數(shù)，形成了基于成藏體系的評(píng)價(jià)參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

2.2 輸導(dǎo)體地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)建立

輸導(dǎo)體評(píng)價(jià)時(shí)，輸導(dǎo)層特征和供烴方式比較容易接受，但是運(yùn)移距離到底怎么評(píng)價(jià)才能反映客觀地質(zhì)規(guī)律尚無(wú)定論。運(yùn)移距離簡(jiǎn)單地用前人[22]提出的聚集有效性和距離成反比的推理也缺乏依據(jù)。在沒(méi)有物理學(xué)理論做依據(jù)的前提下，本文認(rèn)為用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)比較客觀。前人已經(jīng)對(duì)油氣運(yùn)移距離和成藏概率的關(guān)系進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)[19，23]，本文以研究者對(duì)全世界碳酸鹽巖油氣藏運(yùn)移距離和油氣田個(gè)數(shù)的關(guān)系來(lái)定性評(píng)價(jià)運(yùn)移距離參數(shù)[19]。按照前人研究成果，油氣運(yùn)移距離可以分為4個(gè)段(圖2)，當(dāng)運(yùn)移距離小于10 km，油氣成藏概率非常大；當(dāng)運(yùn)移距離介于10～50 km，成藏概率大幅下降；當(dāng)運(yùn)移距離介于50～100 km，成藏概率比較小；當(dāng)運(yùn)移距離大于100 km，形成油氣藏的概率則非常小。本文采用4分法來(lái)定性評(píng)價(jià)運(yùn)移距離對(duì)油氣成藏概率的影響。按照4個(gè)定性評(píng)價(jià)取值方法，當(dāng)烴源巖距離運(yùn)移距離小于10 km，取值1～0.75；當(dāng)運(yùn)移距離介于10～50 km，取值0.75～0.5；當(dāng)運(yùn)移距離介于50～100 km，取值0.5～0.25；當(dāng)運(yùn)移距離大于100 km，取值0.25～0。

表2 基于成藏體系的評(píng)價(jià)參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)

圖2 油氣運(yùn)移距離與成藏幾率統(tǒng)計(jì)關(guān)系

3 塔里木盆地寒武系成藏體系區(qū)帶評(píng)價(jià)

3.1 體系的劃分原則

區(qū)帶地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中，除了地質(zhì)參數(shù)的賦值，區(qū)帶的劃分也是區(qū)帶能否科學(xué)評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。在含油氣系統(tǒng)、復(fù)合含油氣系統(tǒng)等理論中，體系劃分都以烴源為核心，以一個(gè)油氣聚集單元為一個(gè)區(qū)帶，這種以烴源為核心的劃分方法從源控論的角度來(lái)講更科學(xué)。但實(shí)際勘探工作中，勘探工作的目標(biāo)均以具有類(lèi)似特征的圈閉體為主要對(duì)象，這就需要我們把圈閉體作為核心關(guān)注對(duì)象，因此，成藏體系的劃分應(yīng)以圈閉體為主要對(duì)象。

塔里木盆地古生界在縱向上存在多套成藏組合，按照成藏體系的理論，一套圈閉體及與其相關(guān)的烴源體和輸導(dǎo)體，和一套區(qū)域蓋層組成一個(gè)成藏體系。按照這個(gè)原則，盆地內(nèi)古生界成藏體系可以劃分寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系成藏體系(圖3)。本文以寒武系成藏體系為研究對(duì)象開(kāi)展評(píng)價(jià)，其中寒武系中、上統(tǒng)的圈閉體，和下伏的玉爾吐斯組烴源體，以及連接烴源體和圈閉體的輸導(dǎo)體，在阿瓦塔格組和伍松格爾組2套膏鹽巖區(qū)域蓋層覆蓋下組成寒武系成藏體系。

3.2 子體系(區(qū)帶)劃分

進(jìn)一步，在一個(gè)成藏體系內(nèi)，把體系劃分為不同的子體系，以子體系對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)帶，這樣，一個(gè)區(qū)帶內(nèi)的地質(zhì)參數(shù)有關(guān)聯(lián)性，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)價(jià)才更科學(xué)。由于成藏體系以圈閉體為核心，考慮圈閉體和烴源巖的組合關(guān)系，不能僅僅考慮烴源體流體單元特征，而是以圈閉為核心，同時(shí)考慮二級(jí)構(gòu)造單元和烴源流動(dòng)單元(圖4)2個(gè)要素，采取雙要素劃分方法。具體劃分時(shí)，沒(méi)有二級(jí)構(gòu)造單元邊界時(shí)，以流體運(yùn)聚單元為邊界(圖4)，遇到二級(jí)構(gòu)造單元，優(yōu)先以二級(jí)構(gòu)造單元邊界為子體系邊界。

圖3 塔里木盆地古生界縱向成藏體系劃分

圖4 塔里木盆地寒武系頂面現(xiàn)今流體勢(shì)

3.3 子體系評(píng)價(jià)參數(shù)確定

按照上述子體系劃分方法，在盆地內(nèi)開(kāi)展烴源體、輸導(dǎo)體、圈閉體和蓋層參數(shù)評(píng)價(jià)。下寒武統(tǒng)發(fā)育玉爾吐斯組烴源體、主力儲(chǔ)蓋組合為肖爾布拉克組白云巖和阿瓦塔格組膏泥巖，分別對(duì)應(yīng)烴源體和圈閉體，其和二者之間的運(yùn)移通道，組成一個(gè)成藏體系的一級(jí)組合，即肖爾布拉克組成藏體系。

近年來(lái)，通過(guò)進(jìn)一步研究[24-26]，已經(jīng)明確，塔里木寒武系主力烴源巖發(fā)育于玉爾吐斯組沉積期，相當(dāng)于紐芬蘭世最大海泛面沉積發(fā)育期，烴源巖在北部坳陷普遍發(fā)育。下寒武統(tǒng)發(fā)育典型的肖爾布拉克組地層，整體為薄層狀深灰色細(xì)晶白云巖組成的巨厚層。在肖爾布拉克組沉積時(shí)期，塔里木盆地已經(jīng)呈現(xiàn)出典型的東盆西臺(tái)的沉積特征，在盆地西部以局限臺(tái)地相沉積為主，東部則為盆地相沉積，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在塔北隆起、阿瓦提坳陷、順托果勒低隆與塔中隆起東部。寒武系發(fā)育2套膏巖層系，即阿瓦塔格組和伍松格爾組，其中阿瓦塔格組沉積厚度較大，全盆阿瓦塔格期原始沉積厚度相較于下部沙依里克期變化幅度很大，總體厚度在125～625 m；厚度最大區(qū)域分布于順托果勒西部北部地區(qū)、塔中地區(qū)及沙雅隆起地區(qū)，塔東及塔西南地區(qū)厚度較薄，為125～325 m。

根據(jù)盆地?zé)N源體、圈閉體和油氣輸導(dǎo)特征，將地質(zhì)參數(shù)按照成藏體系評(píng)價(jià)參數(shù)體系(表2)進(jìn)行賦值，利用地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)概率方法[1-2]，對(duì)寒武系成藏體系內(nèi)部的子體系風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在烴源巖評(píng)價(jià)時(shí)，以預(yù)測(cè)烴源巖范圍為其內(nèi)邊界，烴源巖以外50 km線(xiàn)作為外邊界。進(jìn)一步，除了考慮地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)概率，還要考慮地質(zhì)要素的確定性。塔里木盆地?zé)N源巖分析表明，在滿(mǎn)加爾凹陷及鄰區(qū)范圍內(nèi)，烴源巖有井和地震約束，烴源巖存在的確定性比較高，故將本區(qū)劃分為烴源巖確定區(qū)；而在阿瓦提凹陷及鄰區(qū)，寒武系玉爾吐斯組烴源巖分布的預(yù)測(cè)基本以沉積相推測(cè)為主，因此，在該范圍之內(nèi)的烴源巖確定性較低，按照地質(zhì)要素確定性分析方法，本文給確定性賦值0.8，相當(dāng)于在原來(lái)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)概率基礎(chǔ)上再乘以0.8。將確定性要素進(jìn)行賦值計(jì)算，塔里木盆地寒武系區(qū)帶劃分出4類(lèi)評(píng)價(jià)區(qū)(圖5)。

圖5 塔里木盆地寒武系區(qū)帶評(píng)價(jià)

塔北隆起東側(cè)蓋層覆蓋區(qū)和塔中隆起北側(cè)為1類(lèi)地區(qū)；順托果勒低隆區(qū)、塔西南地區(qū)、塔中隆起南側(cè)、巴楚隆起北側(cè)、塔北隆起西側(cè)為2類(lèi)地區(qū)；而阿瓦提凹陷區(qū)、巴楚隆起50 km烴源巖內(nèi)邊界外部地區(qū)、塔西南凹陷50 km烴源巖外邊界地區(qū)為3類(lèi)地區(qū)；其他地區(qū)為4類(lèi)地區(qū)。但不排除4類(lèi)地區(qū)經(jīng)過(guò)勘探后發(fā)現(xiàn)新類(lèi)型有效儲(chǔ)蓋組合的可能性。

4 結(jié)論

(1)成藏體系理論方法從烴源體、圈閉體、輸導(dǎo)體3大地質(zhì)要素出發(fā)，能夠以輸導(dǎo)體動(dòng)態(tài)溝通烴源體和圈閉體2大要素，同時(shí)又能夠考慮多源存在，能夠適應(yīng)在塔里木盆地這種多期疊合盆地內(nèi)開(kāi)展評(píng)價(jià)。

(2)以成藏體系理論方法為基礎(chǔ)，以體系的3大要素和體系本身有效保存性出發(fā)，建立了成藏體系理論下的地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并指出，在縱向上，以一套具有類(lèi)似地質(zhì)背景的圈閉體為核心，和其相關(guān)聯(lián)的烴源體和輸導(dǎo)體，共同組成一個(gè)完整的成藏體系；提出了輸導(dǎo)體的3個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)，即輸導(dǎo)層、供烴方式、運(yùn)移距離的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。指出了區(qū)帶評(píng)價(jià)過(guò)程中烴源巖范圍之外的油氣成藏概率評(píng)價(jià)參數(shù)，并提出了同時(shí)考慮油氣聚集單元和盆地二級(jí)構(gòu)造單元的雙要素子體系劃分方法。

(3)利用基于成藏體系理論的含油氣區(qū)帶評(píng)價(jià)方法和地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)塔里木盆地寒武系開(kāi)展了區(qū)帶評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過(guò)程中，既考慮了地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，同時(shí)又考慮了地質(zhì)參數(shù)的不確定性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，塔北隆起東側(cè)蓋層覆蓋區(qū)和塔中隆起北側(cè)為1類(lèi)地區(qū)；順托果勒低隆區(qū)、塔西南地區(qū)、塔中隆起南側(cè)、巴楚隆起北側(cè)、塔北隆起西側(cè)為2類(lèi)地區(qū)；阿瓦提凹陷區(qū)、巴楚隆起50 km烴源巖內(nèi)邊界外部地區(qū)、塔西南凹陷50 km烴源巖外邊界地區(qū)為3類(lèi)地區(qū)。