全球重油与油砂资源潜力、分布与勘探方向
2015-03-06张光亚王红军刘祚冬蒋凌志谢寅福
马 锋，张光亚，王红军，刘祚冬，蒋凌志，谢寅福，李 飞，琚 亮
1．中国石油勘探开发研究院，北京 100083 2．中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102200
全球重油与油砂资源潜力、分布与勘探方向
马 锋1，张光亚1，王红军1，刘祚冬1，蒋凌志1，谢寅福1，李 飞2，琚 亮1
1．中国石油勘探开发研究院，北京 100083 2．中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102200
基于对全球主要地质时期构造、沉积演化、盆地类型和主要成藏期的地质研究，评价全球重油和油砂资源潜力，进而指出有利勘探方向。据CNPC(2011)评价结果：全球重油地质资源量为42 712亿桶，可采资源量为7 147亿桶,油砂地质资源量为66 945亿桶，可采资源量为7 095亿桶；主要分布在北美、南美、俄罗斯和高加索地区，产区集中于北美和南美。以构造域进行划分，全球重油和油砂主要富集在科迪勒拉褶皱造山带、喜马拉雅--阿尔卑斯褶皱造山带、西伯利亚地台周缘山系和乌拉尔山前四个大型构造带，盆地类型以克拉通和前陆为主，以斜坡降解、抬升破坏型两种模式成藏。未来重油和油砂勘探主要集中在3类地区：1)资源落实程度较高、勘探程度高的美洲地区；2)资源潜力大、勘探程度低的俄罗斯东西伯利亚盆地、伏尔加--乌拉尔盆地；3)资源潜力大、尚未引起注意的中东地区。
重油；油砂；资源潜力；勘探方向；全球
0 前言
随着全球能源消费的不断增长，常规油气资源勘探开发难度不断增大，非常规油气资源将成为未来油气资源利用的重要接替领域。作为非常规石油主要类型的重油和油砂资源，随着勘探开发的不断深入，在现有经济技术条件下展示了巨大潜力，世界发达国家已实现商业开采，对优化这些国家的能源结构、稳定能源供给发挥了重要作用[1-3]。但重油和油砂资源的勘探开发目前主要集中在美洲地区，全球其他地区尚处勘探初期阶段，对这些地区的重油、油砂资源潜力、形成条件和有利勘探区带优选尚未开展系统研究工作。笔者通过分析全球重油、油砂勘探开发现状，结合CNPC2011年重油与油砂资源评价分析结果，初步研究了全球重油、油砂资源潜力、形成条件和未来勘探方向等问题，以期对未来全球重油和油砂勘探开发提供帮助[4-7]。
1 全球重油与油砂勘探现状
1.1 重油与油砂划分标准
由于目前各国都根据自己勘探实践制定了有关重油和油砂的划分标准，导致对重油和油砂的资源评价存在标准不统一、结果差异大的问题。目前重油和油砂划分共有黏度、重度(API)和密度3个指标，其中黏度为第一指标，API和密度为第二指标(图1)。重油和油砂评价标准共有美国-加拿大、前苏联和中国3类标准[9-10]。因此本次研究首先统计了国际上15家机构和国家的重油与油砂划分标准。本次研究采用联合国培训研究署(UNITAR)在第二届国际重质油和沥青砂学术会议上推广的标准[10]：重油定义为油藏温度下，黏度为100～10 000 mPa·s、API>10°的石油；油砂定义为黏度大于10 000 mPa·s、相对密度一般大于1、API<10°的石油。该标准综合了上述三类型标准划分指标，只区分为重油和油砂两种类型，不再将重油细化为超重油，具有简单易用的特点。
1.哈特能源研究(Hart Energy Research)；2.美国地质调查局(USGS)；3.世界能源大会(WEC)；4.美国能源署(EIA)；5.美国石油地质学家协会(AAPG)；6.世界石油大会(WPC)；7.圣杯石油(GrailPetroleum Ltd)；8.道达尔(Total)；9.贝尼石油(Beny)；10.联合国培训研究署(UNITAR)；11.委内瑞拉能源部；12.中国石油(CNPC)；13.美国石油学会(API)；14.艾斯本(Aspentech)；15.前苏联(USSR)。黏度在油藏湿度气体条件下测定；重度在15 ℃条件下测定。厘斯(cSt)为非法定计量单位，1 cSt=1 mm2/s，下同。图1 全球重油与油砂划分标准统计图Fig.1 Statistical global classification criteria of heavy oil and oil sand
1.2 重油与油砂资源勘探现状
1.2.1 全球重油与油砂产量概况
全球重油、油砂资源整体勘探程度较低。截至2010年，全球重油、油砂累计产量分别为65亿桶和164亿桶，分别占其可采资源总量的0.9%和2.3%(CNPC,2011)；2010年全球重油、油砂产量9 448千桶/d[8]，据BP公司统计，2010年全球石油产量82 095千桶/d，全球重油、油砂产量占其12%。其中，油砂产量1 347千桶/d，主要集中在加拿大阿尔伯达盆地，重油产量8 101千桶/d，主要集中在委内瑞拉、巴西和墨西哥湾[11]。
1.2.2 全球重油与油砂未来产量预测
据Hart Energy 2011年预测[8]，未来23 a，全球重油、油砂产量将快速增长，以南美成熟勘探区为主。
到2035年，全球重油和油砂产量将达到15 541千桶/d,增加到2010年重油、油砂日产量的1.6倍；加拿大重油和油砂2035年产量将达到5 096千桶/d，增加到2010年1 547千桶/d的3.3倍；委内瑞拉重油和油砂2035年产量将达到2 919千桶/d，增加到2010年产量1 113千桶/d的2.6倍(图2)。
数据编制据文献[8]。图2 全球重油与油砂2010--2035年产量预测图Fig.2 Daily output forecast of global heavy oil and oil sand for 2010-2035
2 全球重油与油砂潜力与分布规律
2.1 重油与油砂资源潜力评价
从一般油气地质规律来看，石油生成以后，只有少数能够保存在圈闭中形成“油气藏”，而大部分保存欠佳的石油会以重油、油砂形式出现；资源评价中油气聚集系数的设定，就反映了上述概念。因此可以预测，潜在的重油、油砂资源，有可能比目前认识到的常规石油资源量要大[12]。
本次在统计2003年以来五家机构和油公司发布的重油和油砂资源评价数据的基础上[8,11]，结合CNPC最新评价结果进行分析，结果表明：全球重油与油砂资源潜力巨大，其可采资源量与常规石油剩余可采资源量相当。2003年，USGS评价全球石油剩余可采资源量为20 370亿桶，其中：常规石油为9 520亿桶，占47%；重油为4 340亿桶，占21%；油砂为6 510亿桶，占32%[8,13-14]。
2011年，CNPC根据已评价的全球1 000余项资料，结合IHS、C&C、USGS等商业数据库和评价机构的研究认识，应用南美东部海上、非洲陆内裂谷及东非海域等地的最新勘探研究成果，采用以成藏组合为单元、适用于不同勘探程度盆地的油气资源综合评价方法，对全球143个主要含油气盆地398个成藏组合进行了常规资源评价，同时利用含油率法和含油饱和度法，对全球52个重油、油砂盆地进行了评价[15-17]；USGS2000公布数据截至1995年，CNPC评价数据截至2009年，CNPC评价采用的数据比UGSG评价数据新，评价结果更能及时反映近期油气勘探成果和认识。CNPC评价结果表明：全球石油剩余可采资源量为27 502亿桶(包括常规石油、重油和油砂可采资源量)，其中常规石油为13 260亿桶，约占48%；全球重油地质资源量为42 712亿桶，可采资源量为7 147亿桶；油砂地质资源量为66 945亿桶，可采资源量为7 095亿桶。重油和油砂可采资源量约占全球剩余可采资源量的52%(表1)。
2.2 重油与油砂资源分布规律
全球重油、油砂资源分布极不均衡，其集中程度远高于常规油气，主要富集在4大构造带的4个地区中的3类盆地，共19个主要盆地中[8]。
2.2.1 全球重油与油砂集中分布在4大构造带
全球重油与油砂资源富集受不同时期构造运动的控制，95%的重油和油砂资源富集在科迪勒拉--安第斯褶皱造山带、喜马拉雅--阿尔卑斯褶皱造山带、伏尔加--乌拉尔山前带和西伯利亚周缘山系造
山带共4大构造带。其中，中新生代构造运动控制形成科迪勒拉--安第斯褶皱造山带和喜马拉雅--阿尔卑斯褶皱造山带；古生代构造运动(泥盆纪以来)控制形成了伏尔加--乌拉尔山前带和西伯利亚周缘造山带(图3)。
2.2.2 全球重油与油砂富集在4个地区
从区域分布上，已探明重油主要分布在南美、北美和亚洲地区，南美重油地质资源量为29 403亿桶，占全球68%，可采资源量为5 358亿桶，占全球75%；北美重油地质资源量为6 533亿桶，占全球15%，可采资源量为835亿桶，占全球12%；亚洲重油地质资源量为3 448亿桶，占全球8%，可采资源量为485亿桶，占全球7%(图4a)。油砂主要分布在俄罗斯、北美和南美三大区，俄罗斯油砂地质资源量为35 470亿桶，占全球53%，可采资源量为3 720亿桶，占全球53%；北美油砂地质资源量为28 704亿桶，占全球43%，可采资源量为2 888亿桶，占全球41%；南美油砂地质资源量为1 986亿桶，占全球3%，可采396亿桶，占全球6%(图4b)。
2.2.3 全球重油与油砂主要富集在19个盆地
从盆地分布上，重油主要分布在委内瑞拉、马拉开波盆地和阿拉伯(图4c)；油砂主要分布在阿尔伯达、东西伯利亚、滨里海和伏尔加--乌拉尔盆地内(图4d)。
2.2.4 全球重油与油砂富集在3类盆地中
CNPC 2011年评价了全球52个重油、油砂盆地，包括了克拉通盆地、前陆盆地、弧前盆地、弧后盆地、被动大陆边缘盆地和裂谷盆地6种类型。重油和油砂主要富集在前陆、被动大陆边缘和克拉通3种盆地中, 重油资源77%富集在前陆盆地, 14%富集在被动大陆边缘盆地中，油砂资源62%富集在前陆盆地内，37%富集在克拉通盆地内。前陆盆地是重油和油砂分布最多的盆地类型，这主要是由于重油和油砂绝大部分为次生成因[15]，为正常原油经过生物降解和水洗作用形成，前陆盆地后期构造运动最强烈，最易形成油砂和重油的聚集，尤其是美洲西侧分布全球规模最大的太平洋俯冲带，形成了岛弧碰撞带和前陆盆地，为西加拿大盆地和委内瑞拉盆地重油和油砂的聚集提供有利条件。
表1 全球各大机构重油与油砂资源评价结果统计表
注：数据来源于文献[1-2，8,10-11，15-17]。
数据来自文献[8]。图3 全球重油、油砂富集带分布示意图Fig.3 Distribution of global heavy oil and oil sand enriched zones
数据来自文献[8]。图4 全球重油与油砂资源分布大区与盆地统计直方图Fig.4 Statistic histogram of global heavy oil and oil sand regions and basins
2.2.5 全球重油与油砂富集地层
重油与油砂资源不仅平面上展布不均衡，在不同地层层位的富集程度也存在很大差异:重油资源89%富集在南美地区新生界新近系和古近系;油砂资源50%富集在美洲地区中生界和新生界，41%富集在俄罗斯地区元古界和古生界(图5)。
数据来自文献[8]。图5 全球重油、油砂地质资源量层位分布图Fig.5 Distribution of global heavy oil and oil sand resources
3 全球重油与油砂资源形成条件
3.1 重油与油砂形成的物质基础
3.1.1 广泛分布的优质烃源岩
和常规石油一样，重油、油砂资源的形成需要广泛分布的优质烃源岩。只有大规模分布的优质烃源岩才能大规模生排烃，生成的石油进行长距离运移并遭受降解和水洗等稠变作用形成重油和油砂，而且重油、油砂只有达到一定规模才能满足经济性开采。这就要求烃源岩在必须满足常规石油生成条件的同时，页岩分布规模还要大，以提供充足的石油进行运移。表2为全球主要重油、油砂盆地的烃源岩的统计参数。统计结果表明重油、油砂富集盆地烃源岩具有以下特征：高有机质丰度，w(TOC)>1.6%，最高达24.3%；有机质成熟度适中，0.5%
3.1.2 大规模优质储集层
重油、油砂的储集层一般分布广、规模大、成岩程度低，大多处在未固结或未压实阶段。优质的重油、油砂储集层首先必须以发育大型的稳定沉积体系作为物质基础。北美阿尔伯达盆地Mannville群的三角洲前缘和浅海相砂岩，分布面积占盆地面积的60%，储层埋藏浅，未固结和压实，孔渗和连通性好，为油砂矿的形成和有效开采提供了得天独厚的条件；委内瑞拉盆地古近系La Pascua组、Roblecito组、Merecure组、查瓜拉马斯组和奥菲西纳组河流三角洲相、滨浅海相砂岩，分布面积占盆地面积的70%，储层由未胶结松散石英砂岩组成，孔渗好，为重油大规模聚集提供必要条件。此外，美洲重油、油砂储集层特征统计表明，美洲重油、油砂储集层还具有如下特征：单个油藏储集层有效厚度4～275 m，孔隙度为8%以上，含油饱和度为50%以上，大多储集层未固结或未压实(表3)。
3.1.3 油气保存条件较差
重油油田和油砂矿形成的本质是，在生油母质丰富、有机质丰度高、成熟度适中、优质储集层成规模分布的条件下，生成的油气二次远距离运移，由于盖层缺失或封闭性能差，不能形成常规油气藏，经历生物降解和水洗作用，原油稠变程度高，最终形成重油和油砂。上述机理也造成重油和油砂常分布在盆地边缘、凸起边缘或者浅层等保存条件较差的部位。例如，马拉卡波盆地重油围绕盆地边缘形成典型的重油环带，伊朗在Ferdows油田埋深大于3 000 m的胡夫组普遍富集天然气，但在浅层1 475 m的Fahliyan组和1 415 m的Dariyan组则富集API为8°～16°的重油。
3.2 重油与油砂成藏模式
通过上述重油、油砂资源富集规律及其形成条件分析，结合典型地区重油、油砂成藏特征及前人成藏模式研究认识[16-17]，笔者将重油、油砂成藏模式划分为斜坡降解型和抬升破坏型两种模式。
3.2.1 斜坡降解模式
该模式通常发生在大型斜坡带和前缘隆起区浅部位，盆地前渊坳陷区深部成熟烃源岩生成大量油气向斜坡带和前缘隆起区的砂体运移。这些砂体大多与大气连通，处于氧化环境，未经历高温杀菌作用，储层中微生物繁多，使油气遭受水洗氧化和生物降解作用，进而形成重油或油砂资源。该成藏模式下形成的重油、油砂规模通常比较大，又可细分为沿斜坡侧向运聚和垂向运聚两种模式(图6)。阿尔伯达盆地油砂、委内瑞拉盆地奥利诺科重油带、伏尔加--乌拉尔盆地油砂和叙利亚辛加地堑重油带都属于此成藏模式。
表2 全球主要重油、油砂盆地烃源岩参数统计表
注：数据来源于文献[1-2，8,10-11，15-17]。
表3 美洲重油与油砂储集层特征参数统计表
注：数据来源于文献[1-2，8,10-11，15-17]。
图6 斜坡降解模式Fig.6 Slope degradation mode
图7 抬升破坏模式Fig.7 Uplift destruction mode
3.2.2 抬升破坏模式
该模式通常发生在前陆盆地褶皱冲断带浅部位或古老克拉通大型隆起，先期形成的油气藏，由于后期抬升地表，遭受氧化、生物降解形成油砂矿，存在前陆褶皱带局部抬升和古隆起区域抬升破坏两种模式。发生在前陆盆地褶皱带受逆冲抬升范围控制，油藏规模小，尤因塔盆地北部和委内瑞拉盆地北部的油砂矿都属于此类模式[18-24](图7)；古老克拉通区域性抬升形成的大型隆起，其矿藏规模较大，东西伯利亚盆地油砂矿属于此类成矿模式。
4 全球重油与油砂勘探方向
根据目前重油、油砂勘探开发现状，结合CNPC最新评价结果，预测未来重油、油砂勘探集中在以下3类地区：①资源落实程度高、勘探程度高的美洲地区；②资源潜力大、勘探程度低的俄罗斯地区；③资源潜力大、尚未引起注意的中东地区。
资源落实程度高、勘探程度高的地区主要包括北美阿尔伯达盆地(油砂)和南美委内瑞拉盆地(重油)。二者无论是目前产量，还是未来勘探资源潜力及产量预测值，在全球重油、油砂资源总量以及加拿大和委内瑞拉油气生产总量中都占很大比例，是未来重油、油砂勘探开发的现实重点地区。其中阿尔伯达盆地油砂地质资源为28 037亿桶，占全球42%，可采资源量为2 807亿桶，占全球40%；其剩余可采储量为1 740亿桶，累计采出46亿桶，按目前技术和1 350 千桶/d的产量计算，还可供开发350 a。Haet Energy预测2035年加拿大油砂产量为5 096千桶/d，IEA预测2035年其油砂油产量将占其总原油产量的73%。委内瑞拉盆地重油地质资源量为19 762亿桶，占全球46%，可采资源量为3 952亿桶，占全球55%；2010年产量为1 113千桶/d，Haet Energy预测2035年其产量将达到2 919千桶/d，IEA预测2035年其重油产量将占总原油产量的67%[8]。
资源潜力大、勘探程度低地区主要包括伏尔加--乌拉尔盆地和东西伯利亚盆地油砂。前者油砂主要富集在侧向运移和垂向运移聚集的北鞑靼隆起南、南鞑靼隆起中、西坡和梅列克斯凹陷东缘3个有利区带；CNPC 2011年利用体积法计算伏尔加--乌拉尔盆地油砂地质资源量3 313亿桶，占全球油砂地质资源总量5%，可采资源量为331亿桶，占全球油砂可采资源总量5%。东西伯利亚盆地油砂主要聚集在通古斯坳陷西缘--西南缘，阿纳巴尔隆起周缘斜坡，阿纳巴尔--奥列尼奥克隆起北坡--东坡，涅普--博图奥宾隆起顶部、西部、东坡和阿尔丹隆起中部、西坡、北坡5个油砂聚集带，CNPC 2011年计算其地质资源量为26 894亿桶，占全球40%，可采资源量为2 690亿桶，占全球可采总量38%。
资源潜力大、尚未引起注意的地区主要指中东地区，其常规油气资源异常丰富，对于重油、油砂资源的勘探尚未引起足够的关注。重油主要分布在阿拉伯盆地和扎格罗斯前陆盆地内，目前中东重油资源潜力大，未来开发空间大。全球碳酸盐岩中重油资源为16 000亿桶，中东占1/3，地质储量在1 300亿桶以上[25-26]；USG S2003年评价整个中东阿拉伯盆地和扎格罗斯前陆盆地重油地质资源量为9 710亿桶，可采资源量为780亿桶；Hart Energy[8]统计2010年产量为1 036千桶/d，2035年增长1倍达到2 150千桶/d，主要集中在伊拉克、伊朗、科威特和阿曼4个国家。2012年7月5日，据伊朗石油工程和开发公司(petroleum engineering and development company of Iran)消息，伊朗已在Kooh Mond、Kaki和Booshgan三个重油油田架设了钻井平台，开始进行钻探，预计在一期开发阶段，上述3个油田出产石油可达11 千桶/d。
5 认识与启示
1)全球重油、油砂资源丰富，与常规石油相当；但勘探程度低，累计产量占可采资源量0.9%～2.3%，未来23年内，其产量将快速递增。2)全球重油、油砂资源分布极不均衡，其集中程度远高于常规油气，主要富集在4大构造带、4个成矿区、3类19个主要盆地中。3)重油、油砂资源形成需要广泛分布的优质烃源岩、大规模优质储集层等条件，但保存条件较差，以斜坡降解和构造抬升破坏成矿模式为主。4)重油、油砂资源现实勘探开发区带仍然集中于美洲地区；俄罗斯油砂资源潜力巨大，但技术可采和经济可采性是主要问题；中东碳酸盐岩重油资源潜力大、勘探程度低，值得关注和研究。
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Ma Feng1, Zhang Guangya1, Wang Hongjun1, Liu Zuodong1,Jiang Lingzhi1,Xie Yinfu1, Li Fei2, Ju Liang1
1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,PetroChina，Beijing100083，China2.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102200，China
Based on a geological research on structure, sedimentary evolution, basin type, and major reservoir-forming stage of the main geological epochs in the world, we evaluate the potential of heavy oil and oil sand resources, and point out the favorable prospects. According to CNPC’s appraisal (2011), the geological resources and recoverable resources of heavy oil in the world are 4 271.2 billion barrels and 714.7 billion barrels respectively; the geological resources and recoverable resources of oil sand are 6 694.5 billion barrels and 709.5 billion barrels. Most of them are distributed in North America, South America, Russia, and Caucasia, and are produced mainly in North America and South America. In view of structural domains, the global heavy oil and oil sand are mainly concentrated in four macro-tectonic zones, i.e. Cordilleran folded orogen, Himalayan-Alpine folded orogen, Siberian platform peripheral mountain system, and Ural mountain front, where the basins are predominantly craton or foreland basins, and the reservoirs are formed in two modes of slope degradation and uplift destruction. The exploration of heavy oil and oil sand targets 3 regions in the future: 1)America where the resources are intensively ascertained and explored; 2)East Siberia basin and Volga-Ural basin in Russia where the resources are highly potential but less explored; and 3)Middle East with large resource potential but not yet be concerned.
heavy oil；oil sand；resource potential； exploration trend；global scale
10.13278/j.cnki.jjuese.201504108.
2014-10-22
国家科技重大专项项目(2011ZX05028-002); 中国石油天然气股份有限公司重大科技专项项目(2012E-0501)
马锋(1980--)，男，高级工程师，博士，主要从事沉积储层、非常规油气资源评价等研究，E-mail:feng_ma@petrochina.com.cn。
10.13278/j.cnki.jjuese.201504108
P618.13
A
马锋，张光亚，王红军，等. 全球重油与油砂资源潜力、分布与勘探方向.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(4):1042-1051.
Ma Feng, Zhang Guangya, Wang Hongjun, et al. Potential, Distribution and Exploration Trend of Global Heavy Oil and Oil Sand Resources.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1042-1051.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504108.
