北烏斯丘爾特盆地成藏組合分析與油氣資源潛力評(píng)價(jià)

孫豐楠，張凱遜，韓淑琴，韓鳳彬，顏春鳳

( 1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081; 3.自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081； 4.北京油源恒業(yè)科技有限公司，北京 102299 )

0 引言

北烏斯丘爾特盆地位于中亞地區(qū)西部，面積約為26.3×104km2，大部分位于哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦境內(nèi)，一小部分延伸至土庫(kù)曼斯坦境內(nèi)[1-2]。20世紀(jì)末以來，中國(guó)石油公司陸續(xù)在中亞地區(qū)的一些中低勘探程度盆地開展研究并取得重大突破，其中包括北烏斯丘爾特盆地[3-4]。隨中國(guó)在中亞地區(qū)油氣輸送管線的建成及“一帶一路”油氣戰(zhàn)略的提出，北烏斯丘爾特盆地成為中國(guó)石油公司中亞地區(qū)的重要戰(zhàn)略選區(qū)目標(biāo)之一[5-6]。

盡管已有的中亞地區(qū)含油氣盆地的專著(如朱偉林等[1]、何登發(fā)等[2])和IHS(1)IHS Energy.North Ustyurt Basin[DB/OL].Basin Monitor,2019.Database available from IHS Energy Group,15 Inverness Way East,Englewood,Colorado,80112,USA.商業(yè)數(shù)據(jù)包較系統(tǒng)地論及北烏斯丘爾特盆地的基礎(chǔ)地質(zhì)特征和油氣地質(zhì)特征，但對(duì)盆地的待發(fā)現(xiàn)油氣資源潛力未有涉及。2010年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)再次評(píng)估北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力[7]，將該盆地分為三個(gè)單元進(jìn)行資源評(píng)價(jià)，因評(píng)價(jià)單元的劃分偏粗，因此資源潛力的層系分布不具體。侯平等[8]將北烏斯丘爾特盆地劃分為5個(gè)成藏組合，以發(fā)現(xiàn)過程法和類比法評(píng)估油氣資源潛力，發(fā)表的評(píng)價(jià)結(jié)果僅是全盆地的匯總結(jié)果，而對(duì)具體成藏組合的資源潛力未有提及。余一欣等[9-10]以成藏組合為單元評(píng)估北烏斯丘爾特盆地的資源潛力，未論及評(píng)價(jià)參數(shù)選取的依據(jù)，且對(duì)含油氣系統(tǒng)的表征有待進(jìn)一步深化。其他已有的研究或聚焦于中亞大區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征和油氣地質(zhì)特征[11-15]、或聚焦于北烏斯丘爾特盆地油氣地質(zhì)特征的某個(gè)具體方面[16-19]。

考慮到公開文獻(xiàn)中未見將盆地、含油氣系統(tǒng)、成藏組合和資源評(píng)價(jià)集成為一體的系統(tǒng)研究，且近年來油氣藏?cái)?shù)據(jù)資料有了更新、資源評(píng)價(jià)方法得到改進(jìn)，因此有必要再次評(píng)估北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力。在盆地地質(zhì)特征綜合分析的基礎(chǔ)上，精細(xì)刻畫含油氣系統(tǒng)和成藏組合，采用地質(zhì)分析—統(tǒng)計(jì)模型資源潛力評(píng)價(jià)方法評(píng)估盆地待發(fā)現(xiàn)資源量，明確重點(diǎn)潛力區(qū)，為中國(guó)石油公司在中亞地區(qū)的油氣戰(zhàn)略選區(qū)提供參考依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 盆地構(gòu)造

北烏斯丘爾特盆地發(fā)育在海西期拼貼和褶皺形成的非均質(zhì)基底之上，主體部分的基底是貝加爾期褶皺系的北烏斯丘爾特地塊。北烏斯丘爾特盆地位于咸海和里海之間，主體在哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦境內(nèi)，是一個(gè)呈NW—SE向延伸的三角形坳陷區(qū)域[1-2]。盆地西北部狹窄，向里海海域延伸；東南部較寬，幾乎包含整個(gè)咸海的水域。盆地西北側(cè)為濱里海盆地，以烏斯丘爾特?cái)鄬訛榻?；盆地南部以北西西向的中曼格什拉克—烏斯丘爾特隆起帶為界；盆地的西邊界為阿格拉漢—阿特勞斷裂；盆地東北部夾在烏拉爾褶皺帶最南端的兩個(gè)分支之間(見圖1)。北烏斯丘爾特盆地是在古勞亞大陸背景下形成的中生代盆地，按照Bally &Snelson分類方案屬于克拉通盆地，按照Klemme分類方案屬于大陸內(nèi)部復(fù)合型盆地[19-20]。

圖1 北烏斯丘爾特盆地位置Fig.1 Location map of the North Ustyurt Basin

1.2 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

北烏斯丘爾特盆地自西向東可以劃分為3個(gè)次盆：北布扎奇隆起、烏斯丘爾特次盆和東咸海次盆。烏斯丘爾特次盆內(nèi)構(gòu)造凹隆相間且呈南北向分布，根據(jù)沉積蓋層和基底特征可劃分為14個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。東咸海次盆可劃分為咸?！俗螤枎?kù)姆隆起和東咸海坳陷2個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(見圖2)。

圖2 北烏斯丘爾特盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨坝蜌夥植糉ig.2 General structure units and the distribution of oil and gas in the North Ustyurt Basin

1.3 構(gòu)造演化

北烏斯丘爾特盆地是在前寒武紀(jì)陸塊基礎(chǔ)上發(fā)育起來的中新生代盆地[9]，構(gòu)造演化經(jīng)歷6個(gè)階段：基底形成期、被動(dòng)陸緣期、裂谷期、后裂谷坳陷期、構(gòu)造擠壓期和新近紀(jì)以來坳陷期。根據(jù)過咸海某斷裂帶構(gòu)造演化剖面(見圖3)，海相碎屑巖和陸相碎屑巖沉積并存[16]。盆地上古生界被動(dòng)大陸邊緣的碳酸鹽巖沉積于板塊的邊緣，晚石炭世—早二疊世，烏拉爾造山運(yùn)動(dòng)發(fā)生形變[11]；晚二疊世—早侏羅世，盆地南部隆升，北部普遍發(fā)育陸相沉積；早—中侏羅世，沉積河流相、湖泊相和淺海相碎屑巖，上覆上侏羅統(tǒng)海相碳酸鹽巖；到早白堊世，局部隆升形成區(qū)域性不整合面，隨后沉積海相碎屑巖和碳酸鹽巖，直至古近紀(jì)[12]；上新世—全新世，退積作用使盆地進(jìn)一步向西傾斜，以陸相沉積為主[16]。

圖3 北烏斯丘爾特盆地過咸海某斷裂帶構(gòu)造演化剖面Fig.3 Tectonic evolution of a fault zone across the Aral Sea in North Ustyurt Basin

1.4 盆地沉積特征

在發(fā)生伸展斷陷后，北烏斯丘爾特盆地又發(fā)生前陸反轉(zhuǎn)，經(jīng)歷陸相向海相變遷的過程，主要地層系統(tǒng)包括上古生界、三疊系、侏羅系、白堊系和第三系(見圖4)。

圖4 北烏斯丘爾特盆地綜合地層柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[2]修改)Fig.4 Comprehensive stratigraphic chart of North Ustyurt Basin(modified by reference[2])

2 地質(zhì)綜合分析

2.1 油氣分布規(guī)律

北烏斯丘爾特盆地油氣田呈“西油東氣”展布(見圖5)。油田主要分布于盆地西北部的布扎奇隆起，包括北布扎奇、卡拉姆卡斯和卡拉讓巴斯等；少量油田分布于中部的庫(kù)拉扎特和庫(kù)爾圖克凹陷。氣田主要分布于盆地的東部，其中東北部的考斯布拉克凹陷和切爾卡爾凹陷以干氣為主，東南部蘇多奇凹陷及其鄰區(qū)主要為凝析氣田?！拔饔蜄|氣”的油氣分布特征與東部、西部的烴源巖類型和成熟度不同有關(guān)[13-14]。

圖5 北烏斯丘爾特盆地含油氣系統(tǒng)事件及油氣儲(chǔ)量示意Fig.5 Petroleum system and discovered oil and gas reserves in North Ustyurt Basin

在構(gòu)造上，油氣田主要分布于凹陷、凸起及斜坡的邊緣。北烏斯丘爾特盆地的圈閉多受構(gòu)造活動(dòng)的控制，類型以背斜型圈閉為主，僅有少量圈閉為砂巖尖滅型和不整合型。北布扎奇隆起主要發(fā)育近東西和北西向的逆沖斷層，少量發(fā)育北東向的走滑斷層。這些不同走向的斷層相互切割，對(duì)油氣聚集產(chǎn)生有利影響，如卡拉姆卡斯油田位于北西和北東向斷層的交匯處[21]。

在層系上，北烏斯丘爾特盆地從石炭系到始新統(tǒng)有油氣發(fā)現(xiàn)。其中石油主要分布于中侏羅統(tǒng)(與濱里海盆地相似[1])和下白堊統(tǒng)，兩個(gè)層系的石油儲(chǔ)量分別占全盆地石油儲(chǔ)量的70%和22%；少部分石油分布于上侏羅統(tǒng)。天然氣主要分布于始新統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)，兩個(gè)層系的天然氣儲(chǔ)量約占全盆地天然氣儲(chǔ)量的60%(見圖2)。

2.2 油氣富集主控因素

2.2.1 構(gòu)造作用

古生代以來，4期主要構(gòu)造活動(dòng)形成北烏斯丘爾特盆地現(xiàn)今的油氣格局，分別為烏拉爾擠壓作用、二疊紀(jì)—三疊紀(jì)裂谷作用、基莫里期反轉(zhuǎn)作用和古近系碰撞擠壓作用。

從晚石炭世到早二疊世，烏拉爾擠壓作用導(dǎo)致研究區(qū)古生界地層發(fā)生強(qiáng)烈變形，形成背斜構(gòu)造和局部逆沖斷層，與區(qū)域性蓋層組成有利的圈閉。從晚二疊世開始，北烏斯丘爾特陸塊與周邊地區(qū)形成北北東—南南西向的伸展格局，在上古生界和三疊系中形成一系列斷塊圈閉。晚三疊世后，隨古特提斯洋關(guān)閉，強(qiáng)烈的區(qū)域性擠壓作用使盆地再次發(fā)生構(gòu)造抬升，局部形成不整合圈閉。最后一期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生在晚始新世，阿拉伯板塊與歐亞板塊的碰撞導(dǎo)致區(qū)域性擠壓，北烏斯丘爾特盆地中新生界的大多數(shù)背斜構(gòu)造的形成與這次構(gòu)造事件有關(guān)，從而確立盆地油氣構(gòu)造格局。地層—構(gòu)造型圈閉是盆地最重要的圈閉類型(見表1[3])，盆地絕大部分的油氣聚集在這類圈閉中。

表1 北烏斯丘爾特盆地油氣儲(chǔ)量所屬區(qū)帶類型Table 1 Recoverable reserves of different play types in the North Ustyurt Basin

2.2.2 源儲(chǔ)配置關(guān)系

受3.0 km厚度的上二疊統(tǒng)—三疊統(tǒng)紅層阻隔，布扎奇隆起地區(qū)油氣可能來源于相鄰的濱里海盆地重要烴源巖——中—上石炭統(tǒng)海相頁(yè)巖，中侏羅統(tǒng)淺海相到海陸過渡相砂巖和粉砂質(zhì)砂巖是最重要的儲(chǔ)集層[17]。儲(chǔ)層埋深淺(1.0 km)，孔隙度為23%～34%，滲透率為(30～1 700)×10-3μm2，砂層和泥頁(yè)巖互層分布，厚度為數(shù)米到40 m。良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系使油氣局限分布于北布扎奇隆起的北斜坡及其頂部，進(jìn)一步驗(yàn)證該地區(qū)油氣來源于濱里海盆地[18]。

烏斯丘爾特次盆中下侏羅統(tǒng)湖相和陸相煤系泥頁(yè)巖為東部地區(qū)主要烴源巖，以天然氣為主；中侏羅統(tǒng)目前處于生油窗，部分可能進(jìn)入生凝析氣階段；上侏羅統(tǒng)未達(dá)生油窗，部分可生濕氣，可作為目前中東部潛山油藏的烴源巖[3]。這些烴源巖生成的天然氣經(jīng)過垂向運(yùn)移聚集在上覆侏羅系儲(chǔ)集層中[13-14]。

2.2.3 優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道

北布扎奇隆起的油氣來源于北側(cè)濱里海盆地的中上石炭統(tǒng)海相頁(yè)巖烴源巖，并在北布扎奇隆起北坡富集，受益于盆地而具有優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道[4]。當(dāng)烴源巖成熟后，烴類物質(zhì)經(jīng)過初次運(yùn)移，從濱里海盆地的上古生界地層(鹽下層)開始排出；然后沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移至侏羅系(鹽上層)，經(jīng)過長(zhǎng)距離二次運(yùn)移，沿中侏羅統(tǒng)古河谷沉積的砂巖輸導(dǎo)層側(cè)向運(yùn)移至北布扎奇隆起構(gòu)造高點(diǎn)[21]。

2.3 含油氣系統(tǒng)和成藏組合劃分

北烏斯丘爾特盆地發(fā)育3套主力烴源巖和2套次要烴源巖，分布于泥盆系、石炭系、古近系和侏羅系，識(shí)別濱里?！匈_統(tǒng)、中侏羅統(tǒng)—漸新統(tǒng)、上古生界—石炭系和上三疊統(tǒng)—中侏羅統(tǒng)4個(gè)含油氣系統(tǒng)(見圖5)。根據(jù)最新的數(shù)據(jù)資料，應(yīng)用含油氣系統(tǒng)綜合分析方法，結(jié)合盆地已發(fā)現(xiàn)油氣田分布、主要烴源巖和儲(chǔ)層的分布范圍，將盆地劃分為8套成藏組合(見圖6)。各成藏組合內(nèi)已發(fā)現(xiàn)油氣可采儲(chǔ)量見表2。

表2 北烏斯丘爾特盆地不同成藏組合可采儲(chǔ)量Table 2 Recoverable reserves of different plays in the North Ustyurt Basin

圖6 北烏斯丘爾特盆地成藏組合分布Fig.6 The play distribution in the North Ustyurt Basin

3 油氣資源潛力評(píng)價(jià)

以成藏組合為油氣資源評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)各成藏組合的資源潛力及總結(jié)儲(chǔ)集層和圈閉的特征，綜合分析北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力。以西部布扎奇侏羅系成藏組合評(píng)價(jià)為例，已發(fā)現(xiàn)62個(gè)油藏和7個(gè)氣藏。油藏采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)法求取評(píng)價(jià)參數(shù)；氣藏采用類比法求取評(píng)價(jià)參數(shù)。

1974年以來，已發(fā)現(xiàn)油藏的個(gè)數(shù)和規(guī)模呈下降趨勢(shì)，采用勘探趨勢(shì)外推法預(yù)測(cè)未來30年待發(fā)現(xiàn)個(gè)數(shù)低值、中值和高值分別為16、20和37個(gè)；推測(cè)最大規(guī)模的油藏已被發(fā)現(xiàn)，對(duì)未來30年待發(fā)現(xiàn)油藏規(guī)模的高值進(jìn)行調(diào)整，最大油藏規(guī)模為2.729×107t(見表3)。在水晶球(Crystal Ball)軟件中輸入?yún)?shù)進(jìn)行模擬，得到待發(fā)現(xiàn)油藏中石油儲(chǔ)量(F95、F50、F5、平均值、中值)及天然氣儲(chǔ)量(F95、F50、F5、平均值、中值)。

表3 西部布扎奇隆起侏羅系成藏組合油藏評(píng)價(jià)參數(shù)Table 3 Evaluation parameters for Jurassic oil play in West Buzachi Uplift

西部布扎奇侏羅系成藏組合中已發(fā)現(xiàn)的7個(gè)氣藏位于Arman、Karaturun More和Karaturun South油田，與西部布扎奇下白堊統(tǒng)成藏組合中已發(fā)現(xiàn)的7個(gè)氣藏(位于Kalamkas油田)分布區(qū)域相近，圈閉類型以構(gòu)造型、地層—構(gòu)造型圈閉為主，為砂巖—粉砂巖儲(chǔ)層，下白堊統(tǒng)的砂巖滲透性略差于侏羅系的，物性在整體上相似，選取西部布扎奇下白堊統(tǒng)成藏組合為類比單元，獲取評(píng)價(jià)參數(shù)后進(jìn)行模擬計(jì)算。

北烏斯丘爾特盆地成藏組合待發(fā)現(xiàn)可采資源量評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。盆地待發(fā)現(xiàn)可采石油、天然氣和凝析油的資源量(均值)分別為13.147 4×107t、1.547 2×1011m3、239.1×104t，合計(jì)2.581 2×107t，最有潛力的成藏組合為西部布扎奇侏羅系、西部布扎奇下白堊統(tǒng)、北烏斯丘爾特中侏羅統(tǒng)成藏組合。USGS2000將該盆地劃分為6個(gè)評(píng)價(jià)單元，評(píng)價(jià)結(jié)果表明待發(fā)現(xiàn)石油資源量為11.343 0×107t，天然氣為2.758 1×1011m3，凝析油為5.571 0×107t，合計(jì)為39.060 0×107t油當(dāng)量。USGS2012評(píng)價(jià)結(jié)果表明待發(fā)現(xiàn)石油資源量為4.669 7×107t，天然氣為1.316 7×1011m3，凝析油為810.2×104t，合計(jì)為16.052 8×107t油當(dāng)量。三次資源評(píng)價(jià)的差距主要體現(xiàn)在對(duì)上古生界成藏組合潛力的認(rèn)識(shí)上。近10年的資源評(píng)價(jià)研究表明上古生界天然氣資源潛力有限。

表4 北烏斯丘爾特盆地成藏組合待發(fā)現(xiàn)可采資源量評(píng)價(jià)Table 4 Undiscovered oil and gas reserve of each play in the North Ustyurt Basin

4 結(jié)論

(1)北烏斯丘爾特盆地濱里海—侏羅系含油氣系統(tǒng)和中侏羅統(tǒng)—漸新統(tǒng)含油氣系統(tǒng)是盆地最重要的含油氣系統(tǒng)。油田主要分布于盆地西北部的布扎奇隆起，氣田主要分布于盆地東部的考斯布拉克凹陷、切爾卡爾凹陷和蘇多奇凹陷，具有明顯的“西油東氣”的特點(diǎn)。

(2)盆地從石炭系到始新統(tǒng)石油主要分布于中侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)，分別占全盆地石油儲(chǔ)量的70%和22%；天然氣主要分布于始新統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)，占全盆地天然氣儲(chǔ)量的60%。

(3)盆地構(gòu)造作用控制北烏斯丘爾特盆地的油氣格局；良好的源儲(chǔ)配置關(guān)系控制北烏斯丘爾特盆地油氣油氣時(shí)空分布；優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道形成北布扎奇隆起富油區(qū)。

(4)盆地待發(fā)現(xiàn)可采石油、天然氣和凝析油的資源量(均值)分別為13.147 4×107t、1.547 2×1011m3、239.1×104t，合計(jì)25.812 0×107t油當(dāng)量。最有潛力的成藏組合為西部布扎奇侏羅系、西部布扎奇下白堊統(tǒng)、北烏斯丘爾特中侏羅統(tǒng)成藏組合。