滨里海盆地南缘盐构造相关油气成藏特征及其物理模拟

杨 泰，汤良杰，余一欣，郑俊章，王 震，孔令洪，王燕锟

(1.油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 2.中国石油大学 盆地与油藏研究中心，北京 102249；3.中国石化 东北油气分公司，长春 130062； 4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

滨里海盆地南缘盐构造相关油气成藏特征及其物理模拟

杨 泰1,2,3，汤良杰1,2，余一欣1,2，郑俊章4，王 震4，孔令洪4，王燕锟4

(1.油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 2.中国石油大学 盆地与油藏研究中心，北京 102249；3.中国石化 东北油气分公司，长春 130062； 4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

基于地震剖面的解释和油气成藏模拟实验，探讨了滨里海盆地南缘盐相关构造和油气藏的特点。滨里海盆地南缘盐构造以高幅度的盐底辟和盐墙为主，并以盐焊接、盐滚或层状盐层相连，分别与盐上和盐下构造层相对应，发育2种油气成藏模式，即盐焊接构造相关油气成藏模式和盐下非均质性储层油气成藏模式。二维油气成藏物理模拟实验表明，盐焊接构造是盐上层系油气成藏的关键，而断层的发育和层间非均质性控制了盐下层系中油气的分布。模拟实验结果深化了对盐相关构造中石油聚集成藏的理论认识，对含盐盆地的油气勘探也有一定指导作用。

盐构造；油气成藏模式；成藏模拟实验；滨里海盆地

滨里海盆地为大型叠合盆地，是世界上油气资源最丰富的大型沉积盆地之一。盆地充填了巨厚的沉积物，古生界为海相沉积建造，中生界为海陆交互相沉积建造，新生界为陆相沉积建造；盆地边缘沉积物厚度为3～4 km，中心部位可达10～13 km[1-2]。盆地中已发现的油气田有200多个，近600个油气藏，绝大多数分布在盆地周缘，而这仅仅是该盆地油气资源量中的一小部分，其预测远景可采储量为130×108t[1]，因此，其勘探潜力巨大。

滨里海盆地属于典型的含盐盆地，孔谷阶含盐层系在全盆皆有分布，盐构造与油气圈闭有着极为密切的关系，受盐构造形态的影响，盆地中发育丰富的圈闭类型。前人对滨里海盆地的构造背景、工区内盐构造变形样式及相关圈闭等问题都进行过研究[3-9]，但该地区的油气勘探难度较大，限制了对盐构造相关圈闭中油气运聚规律的深入了解。本文依据盆地南缘地震资料解释成果，结合地质特征，建立滨里海盆地南缘地质模型，并据此设计了2组物理模拟实验模型，通过模拟实验，验证油气运聚成藏动态过程，从而进一步认识滨里海盆地南缘的油气成藏特征。

1 地质背景

滨里海盆地位于哈萨克斯坦西部，另有一小部分(约15%)位于俄罗斯境内，盆地轮廓近似呈东西向延伸的椭圆形，面积约50×104km2。全盆可分为北部及西北部断阶带、中央坳陷带、阿斯特拉罕—阿克纠宾斯克隆起带和东南坳陷带4个次级构造单元。盆内沉积地层最大的特点是下二叠统孔谷阶(P1kg)含盐地层特别发育，因此整个盆地的沉积层序可明显地划分为3部分：盐下层系(下古生界—下二叠统)、含盐层系(下二叠统上部孔谷阶)和盐上层系(上二叠统—第四系)。

研究区位于盆地南部的里海海域，构造上属于阿斯特拉罕—阿克纠宾斯克隆起带(图1)，该隆起带上发育了大量二级隆起和凹陷，已经发现了多个大油气田，其中包括阿斯特拉罕凝析气田、田吉兹油田和卡萨甘油田。

研究区生储盖组合完备，主要勘探目的层分为盐上和盐下2部分：盐下层系的上泥盆统—石炭系碳酸盐岩储层，盐上层系中生界的碎屑岩储层。南部盐下层系中烃源岩发育，主要为上泥盆统、中—下石炭统、下二叠统的泥岩和碳酸盐岩[10]。盆地的地热梯度数据表明大部分生油岩仍处于生油气阶段[11]。盐上层系中的上二叠统、三叠系和侏罗系也有烃源岩发育，但研究表明，盆地南缘的油气主要来源于盐下层系[12-13]。

2 盐构造变形特征及相关成藏特征

2.1 盐构造变形特征

研究区内孔谷阶含盐层系变形强烈，盐构造以高幅度的盐底辟和盐墙为主，之间以盐焊接构造、盐滚构造或层状盐层相连(图2)。通过地震剖面分析，共解释出盐底辟构造12个，隆起幅度最高可达5 000 m，最低为700 m，平面展布面积最大约116 km2，最小约12 km2。

图1 滨里海盆地南缘研究区地理位置示意

图2 滨里海盆地南缘研究区盐构造样式 ①盐焊接；②盐底辟；③盐枕；④盐滚；⑤龟背构造 剖面位置见图1。

盐底辟是盐体刺穿特征明显、成熟度较高、与上覆层呈明显不整合接触的一类盐构造样式，在研究区尤为发育。从地震剖面解释成果来看，盐底辟上、下地层中断层发育，且底辟隆起幅度高，部分盐底辟已刺穿三叠系，并进入侏罗系。由于盐岩的定向流动，在底辟周缘的盐边凹陷中沉积了厚度较大的上二叠统。盐岩的强烈变形对周缘地层的沉积过程有重要影响，在两底辟之间常形成宽缓的龟背构造。

盐枕隆起幅度低，与上覆地层呈整合接触，属于协调变形。盐滚构造为过渡型盐构造，隆起幅度较低，两翼产状明显不一致，一翼以正断层与上覆层接触。两种盐构造样式仅在局部地区有所发育。

盐焊接是指由于盐层塑性流动抽空而造成原来被盐层分隔的上、下地层相互叠置在一起[14]。研究区内两盐底辟构造之间常发育有盐焊接构造(图2)，是盐上油气成藏的关键控制因素。

由地震剖面可以发现，该区沉积上最大的特点是沉积了巨厚的下二叠统孔谷阶盐岩层，以该盐岩层为界，可以将滨里海盆地划分为上、下2个构造层。其中盐上构造层受盐构造运动影响强烈，在底辟顶部发育正断层，周缘地层褶皱变形明显，根据其变形的差异性，可将其分为“J”型褶皱地层、楔形褶皱地层和未褶皱地层等3类[7]。盐下构造层为一东北倾斜坡，断裂形成于孔谷阶含盐层系沉积之前，上泥盆统至中石炭统地层厚度变化较大，南部厚(2 000～3 000 m)，北部薄(1 200～1 900 m)。

2.2 盐构造相关成藏模式

采用Excel软件收集数据，SAS9.1.3软件进行数据统计分析。计量资料采用均数±标准差（x±s），计数资料采用χ2检验表示。由于男女生理功能的差异，对不同性别学生的形态指标、功能指标、运动素质指标、健康指标不做统计学分析。

以孔谷阶含盐层系为界，将盆地的油气成藏组合分为2类：即盐上层系和盐下层系油气成藏组合。盐上层系储层以上二叠统—三叠系以及侏罗系—新近系2大套陆源碎屑沉积为主，由于受到孔谷阶含盐层系构造变形的影响，盐上圈闭主要发育与盐底辟相关的背斜型、断层遮挡型、盐体刺穿遮挡和龟背斜型圈闭(图3)。由于盆地南缘的油气主要来源于盐下层系，盐焊接构造就成为了沟通盐上储层和盐下烃源岩的重要桥梁。文中将此类型油气成藏统称为盐焊接构造相关油气成藏模式。

盐下层系储层以中—下石炭统(杜内阶—巴什基尔阶)和上泥盆统(法门阶)浅海碳酸盐岩台地及生物礁、滩相灰岩为主，油气成藏主要受构造控制，圈闭类型主要以生物礁建造和背斜圈闭为主(图3)。孔谷阶含盐层系为盐下油气成藏提供了优质的盖层条件，资料表明，盐下层系储层有明显的非均质性[15]，表现为反韵律特征：(1)上部的良好储层，包括中石炭统巴什基尔阶和下石炭统顶部的霍尔普霍夫阶；(2)中间的较好储层，包括下石炭统的维宪阶和杜内阶；(3)底部的差储层，为上泥盆统法门阶。文中将此类型油气成藏统称为盐下非均质储层油气成藏模式。

3 盐焊接构造相关油气成藏模拟

3.1 实验模型

依据相关油气成藏模式，在考虑了该地区剖面特征、断裂与储盖层配置关系和断裂渗透性的基础上，设计出了盐焊接构造相关油气成藏模拟实验模型(实验1，图4)。实验用硅胶模拟孔谷阶膏盐层，以硅胶层为界，模型整体分为上、下两部分砂体，分别代表了盐上层系储层和盐下层系储层。考虑到“唯一变量”原则，盐上、盐下储层砂体选择同一粒径的玻璃微珠(表1)。断层F1和F2为沟通盐下油源的输导性断层。

图3 滨里海盆地南缘油气成藏模式

图4 盐焊接构造相关油气成藏模拟实验模型

3.2 实验条件

实验采用中国石油勘探开发研究院自主设计的二维实验装置，由油气运移物理模拟系统和ISCO三泵系列流体注入系统组成。模型本体为50 cm×25 cm×10 cm，其正面为钢化玻璃板，可直接观察到实验过程中油的运移与聚集状况。考虑到碳酸盐岩和碎屑岩储集层中流体在渗流规律上并无本质区别[16]，实验材料选用玻璃微珠。孔谷阶含盐层系使用硅胶模拟，盐上地层中的局部盖层设计为黏土层，其渗透率可视为0。实验用油为中性煤油，用微量油红将煤油染成红色，以便观察。实验步骤如下：(1)将不同粒径的玻璃微珠和黏土饱和水后，分层填入实验装置中，并使玻璃微珠充分压实；(2)使用ISCO三泵系列注油泵，以0.2 mL/min的速率，向模型中充注染色煤油，白天注油，晚上静置，注入量和注入压力可通过ISCO泵计量；(3)对实验过程中煤油在模型中的运移和聚集过程进行观察和照相，同时记录注入量和注入压力。

表1 盐焊接构造相关油气成藏模拟实验参数

3.3 实验过程与实验结果

实验中同时从模型中断层F1和F2的下方开始注油，由于断层的渗透率最高，煤油首先沿断层垂向运移。充注至40 mL时，两条断层均充满煤油，但F1断层受到硅胶(孔谷阶含盐层系)遮挡，油无法继续向上运移；而断层F2靠近盐焊接点，当断层饱和煤油后，油通过盐焊接点继续向盐上砂体中运移(图5a)。此时，断层F1中煤油充入缓慢。当充注煤油至144 mL时，在浮力的作用下，煤油首先在盐上地层的上部聚集起来，并逐渐充满上半部分砂体，形成盐体刺穿遮挡及龟背斜构造油藏(图5b)。实验共注入煤油172 mL，直至实验结束，盐上砂体的下半部分始终未见煤油聚集(图5c)。

成藏物理模拟实验进一步证明了孔谷阶含盐层系是盐下油气成藏的优质盖层。巨厚的含盐层系是非常致密的，层状、丘状的盐层是极好的盖层，阻止了油气的向上运移，在厚层盐岩之下长期稳定发育的构造圈闭及生物礁相圈闭是油气聚集的理想场所。

模拟实验的过程和结果同样也表明盐焊接构造和断层的发育为油气向盐上运移提供了有利的通道。在盆地南缘，盐焊接构造是沟通盐下烃源岩和盐上储层的重要桥梁，因此在盐上层系中，距离盐焊接距离较近的龟背斜圈闭、盐体刺穿遮挡圈闭均是有利的勘探目标。

4 盐下非均质性储层油气成藏模拟

4.1 实验模型

盆地南缘盐下圈闭有2个遮盖条件：局部盖层为下二叠统阿斯丁克阶泥岩，区域盖层为孔谷阶含盐层系。盐下层系断层发育，断层面是油气的主要运移通道，通过典型盐下油藏特征的归纳和概括，并结合上述地层特征，构建了盐下非均质性储层油气运聚模拟实验模型(实验2，图6)。实验模型中，砂层L1、L2和L3分别代表了盐下的良好储层、较好储层和差储层，断层F是油气运移的主要通道。

图5 盐焊接构造相关油气成藏模拟实验过程

4.2 实验条件

实验装置、所用材料及油气充注方式、充注速率同实验1。

根据盆地南缘断层输导性能的强弱设计了2组不同实验参数(表2)的模拟实验：(1)输导能力强的断层与反韵律储层的组合(实验2-1)；(2)输导能力较弱的断层与反韵律储层的组合(实验2-2)。

4.3 实验过程与实验结果

储层的纵向非均质性影响了储层中油水的分布和含油饱和度的大小，而断层的存在控制了油的运移路径和各层的充注次序。在实验2-1中，断层F的渗透率为41 600×10-3μm2，其输导能力明显高于盐下各砂层。煤油在充注过程中，首先沿着高渗透的断层运移，并很快饱和断层(图7a)，而后煤油开始充注模型顶部物性最好的砂层L1。当注油至183 mL，砂层L1被煤油充满以后才开始充注砂层L2(图7b,c)。而在实验2-2中，断层F的渗透率为2 266.3×10-3μm2(与砂层L2相同)，煤油在向上运移的过程中，首先向砂层L2中充注(图7d)。随着煤油的注入，在浮力的作用下，煤油沿断层运移至其顶部，此时模型顶部的砂层L1中才开始有煤油注入，而砂层L2中煤油充注速率明显降低(图7e,f)。

图6 盐下非均质储层油气成藏模拟实验模型

表2 盐下非均质油藏模拟实验参数

Table 2 Parameters for experimental model of reservoir related to inhomogeneity in presalt formations

项目实验2-1粒度/mm渗透率/10-3μm2实验2-2粒度/mm渗透率/10-3μm2断层F0.7～0.8416000.15～0.22266.3隔层黏土0黏土0砂层L10.4～0.45133660.4～0.4513366砂层L20.15～0.22266.30.15～0.22266.3砂层L30.1～0.1511560.1～0.151156含盐层系硅胶0硅胶0

实验2中，砂层L3中始终没有煤油注入，推测原因有二：(1)受实验设备承压所限，模型不能注入过量煤油；(2)层间的渗透率差异较大，导致低渗透率的砂层L3被“屏蔽”[17]。

图7 盐下非均质储层油气成藏模拟实验过程

本次实验直观地展现了盆地南缘盐下油气的聚集特征。通过实验2-1和实验2-2对比可知，断层对盐下油气的运移起到了通道和控制作用。当断层输导能力较强时，油主要沿断层做垂向运移，不易发生侧向分流现象，并首先充注盖层之下的储层，如巴什基尔阶—霍尔普霍夫阶。当断层输导能力较弱时，油沿断层垂向运移的过程中较容易出现侧向分流现象，从而首先充注埋藏较深的、物性较好的储层，如维宪阶—土尔内昔阶，纵向上比断层渗透性更好的砂层都将有油气充注。

实验同样证明，由于层间的非均质性，会使得渗透率较高的巴什基尔阶—霍尔普霍夫阶成为好油层，而渗透率相对较低的维宪阶—法门阶为差油层，法门阶极可能为水层。实验结果可以由田吉兹油田油—水相区分布特征[18]加以佐证。

5 结论

(1)滨里海盆地南缘孔谷阶含盐层系变形强烈，盐构造以高幅度的盐底辟和盐墙为主，之间以盐焊接构造、盐滚构造或层状盐层相连。以盐岩层为界，可以将滨里海盆地南缘划分为上、下2个构造层。上构造层地层褶皱变形强烈，在盐底辟顶部发育正断层；下构造层为一东北倾斜坡，断裂形成于孔谷阶含盐层系沉积之前。

(2)按照成藏位置、盐构造及地层非均质性之间的关系，提出了2种新的盐构造成藏模式：盐焊接构造相关油气成藏模式和盐下非均质性储层油气成藏模式。前者以盐焊接构造作为沟通盐下烃源岩和盐上储层的桥梁，后者以孔谷阶膏盐层作为其优质盖层。

(3)实验证实，盐焊接构造是盐上层系油气成藏的关键，油气通过盐焊接部位垂向运移至盐上层系中，在盐底辟侧翼的上倾地层内可以形成油气藏。断层对盐下油气的运移起到了通道和控制作用。当断层输导能力较强时，油沿断层向上运移的过程中不会发生侧向分流现象。当断层输导能力较弱时，油沿断层向上运移的过程中比较容易发生侧向分流，纵向上比断层渗透性更好的砂层都将有油气充注。断层和储层非均质性综合控制，使得直接位于孔谷阶含盐层系之下的巴什基尔阶—霍尔普霍夫阶中的油气最为富集。

(4)研究结果丰富和发展了滨里海盆地盐构造特征和盐相关构造中油气成藏理论的研究成果，为含盐盆地油气有利聚集区带的勘探优选提供了理论基础。

[1] 徐传会,钱桂华,张建球,等.滨里海盆地油气地质特征与成藏组合[M].北京:石油工业出版社,2008.

Xu Chuanhui,Qian Guihua,Zhang Jianqiu,et al.Petroleum geo-logy and reservoir combination in the Pre-Caspian Basin[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2008.

[2] 徐可强.滨里海盆地东缘中区块油气成藏特征和勘探实践[M].北京:石油工业出版社,2011.

Xu Keqiang.Characteristics of hydrocarbon accumulation and exploration practice in the middle block of eastern edge of Precaspian Basin[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2011.

[3] Brunet M F,Volozh Y A,Antipov M P,et al.The geodynamic evolution of the Precaspian Basin (Kazakhstan) along a north-south section[J].Tectonophysics,1999,313(1/2):85-106.

[4] Volozh Y A,Antipov M P,Brunet M F,et al.Pre-Mesozoic geodynamics of the Precaspian Basin (Kazakhstan)[J].Sedimentary Geology,2003,156(1/4):35-58.

[5] Okere D,Toothill S.New insights into hydrocarbon plays in the Caspian Sea,Kazakhstan[J].Petroleum Geoscience,2012,18(3):253-268.

[6] 梁爽,王燕锟,金树堂,等.滨里海盆地构造演化对油气的控制作用[J].石油实验地质,2013,35(2):174-178,194.

Liang Shuang,Wang Yankun,Jin Shutang,et al.Controlling of tectonic evolution on hydrocarbon occurrence in PreCaspian Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2013,35(2):174-178,194.

[7] 余一欣,郑俊章,汤良杰,等.滨里海盆地东缘中段盐构造变形特征[J].世界地质,2011, 30(3):368-374.

Yu Yixin,Zheng Junzhang,Tang Liangjie,et al.Deformation characteristics of salt structures in the middle segment of eastern edge of Precaspian Basin[J].Global Geology,2011,30(3):368-374.

[8] 朱毅秀,杨程宇,单俊峰,等.阿斯特拉罕穹隆油气地质特征及勘探潜力分析[J].特种油气藏,2014,21(4):26-30.

Zhu Yixiu,Yang Chengyu,Shan Junfeng,et al.Oil/gas geologic features and exploration Potential in Asterahan Dome[J].Special Oil & Gas Reservoirs,2014,21(4)：26-30.

[9] 朱伟,顾韶秋,曹子剑,等.基于模糊数学的滨里海盆地东南油气储层评价[J].石油与天然气地质,2013,34(3)：357-362.

Zhu Wei,Gu Shaoqiu,Cao Zijian,et al.Fuzzy mathematics-based reservoir evaluation in the southeastern Pre-Caspian Basin[J].Oil & Gas Geology,2013,34(3):357-362.

[10] 刘洛夫,朱毅秀,胡爱梅,等.滨里海盆地盐下层系的油气地质特征[J].西南石油学院学报,2002,24(3):11-15.

Liu Luofu,Zhu Yixiu,Hu Aimei,et al.Petroleum geology of pre-salt sediments in the Pre-Caspian Basin[J].Journal of southwest Petroleum Institute,2002,24(3):11-15.

[11] Volozh Y,Talbot C,Ismail-Zadeh A.Salt structures and hydrocarbons in the Precaspian basin[J].AAPG Bulletin,2003,87(2):313-334.

[12] Gürgey K.An attempt to recognise oil populations and potential source rock types in Paleozoic sub- and Mesozoic-Cenozoic supra-salt strata in the southern margin of the Pre-Caspian Basin,Kazakhstan Republic[J].Organic Geochemistry,2002,33(7):723-741.

[13] 刘洛夫,朱毅秀,张占峰,等.滨里海盆地盐上层的油气地质特征[J].新疆石油地质,2002,23(5):442-447.

Liu Luofu,Zhu Yixiu,Zhang Zhanfeng,et al.Hydrocarbon geologic characteristics of up-salt zone in Caspian Seashore basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2002,23(5):442-447.

[14] 汤良杰,余一欣,陈书平,等.含油气盆地盐构造研究进展[J].地学前缘,2005, 12(4):375-383.

Tang Liangjie,Yu Yixin,Chen Shuping,et al.Major developments of research on salt tectonics in oil-gas-bearing basins[J].Earth Science Frontiers,2005,12(4):375-383.

[15] C&C Reservoirs.Tengiz field,north Caspian Basin,Kazakhstan[R].Reservoir Evaluation Report,2003.

[16] 赵贤正,金凤鸣,崔周旗,等.冀中坳陷隐蔽型潜山油藏类型与成藏模拟[J].石油勘探与开发,2012,39(2):137-143.

Zhao Xianzheng,Jin Fengming,Cui Zhouqi,et al.Types of subtle buried-hill oil reservoirs and their accumulation simulation in Jizhong Depression,Bohai Bay Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(2):137-143.

[17] 曾溅辉,王洪玉.层间非均质砂层石油运移和聚集模拟实验研究[J].石油大学学报:自然科学版,2000,24(4):108-111.

Zeng Jianhui,Wang Hongyu.Experimental study on oil migration and accumulation in the heterogeneous sand beds of different poro-sity and permeability[J].Journal of the University of Petroleum,China:Edition of Natural Science,2000,24(4):108-111.

[18] Anissimov L,Postnova E,Merkulov O.Tengiz oilfield:geological model based on hydrodynamic data[J].Petroleum Geoscience,2000,6(1):59-65.

(编辑 徐文明)

Characteristics of reservoirs related to salt structure and its experimental simulation in the southern margin of Precaspian Basin

Yang Tai1,2,3, Tang Liangjie1,2, Yu Yixin1,2, Zheng Junzhang4, Wang Zhen4, Kong Linghong4, Wang Yankun4

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249; 2.Basin&ReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.SINOPECNortheastOilandGasCompany,Changchun,Jilin130062,China; 4.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China)

Based on the interpretation of seismic profiles and hydrocarbon accumulation simulation, the characteristics of salt-related structures and reservoirs in the southern margin of Precaspian Basin are analyzed. Salt diapirs and salt walls are the main structure types in the study area, with welds, rolls or bedded layers of salt playing a connecting role between them. There are two hydrocarbon accumulation mode types, one associated with salt welds in the postsalt formations and the one with heterogeneous reservoirs in the presalt formations, divided by the salt layer. The 2D experimental modeling of oil migration and accumulation indicates that salt welding is the key of oil accumulation in the postsalt formations, while faults and interlayer heterogeneity control the distribution of oil in the presalt formations. The result is significant for understanding the oil migration and accumulation in salt-related structures and guiding oil exploration and development of salt-bearing basins.

salt structures; hydrocarbon accumulation mode; accumulation simulation experiment; Precaspian Basin

1001-6112(2015)02-0246-06

10.11781/sysydz201502246

2013-12-27；

2015-02-05。

杨泰(1986—)，男，硕士，构造地质学专业；E-mail: young-tiger@163.com。

汤良杰(1957—)，男，博士，教授，博士生导师，从事含油气盆地构造分析。E-mail: tanglj@cup.edu.cn。

国家科技重大专项(2011ZX05029-002, 2011ZX05002-003-001, 2011ZX05002-006-007HZ,2011ZX05031-001-008HZ)、国家自然科学基金项目(41172125, 40972090)和国家重点基础研究发展计划(973)项目(2012CB214804, 2005CB422107)资助。

TE122.3

A