滨里海盆地南部隆起带盐下层系油气成藏主控因素

田纳新，闫绍彬，惠冠洲

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂，山东滨州256504；3.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083）

滨里海盆地南部隆起带盐下层系油气成藏主控因素

田纳新1，闫绍彬2，惠冠洲3

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂，山东滨州256504；3.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083）

滨里海盆地南部隆起带盐下层系油气成藏条件优越，中泥盆统—上石炭统发育2套优质烃源岩、3套储集性能良好的碳酸盐岩储集层。从区域构造沉积演化入手，据最新钻井资料，对南部隆起带盐下层系的油气地质条件、成藏主控因素进行研究后指出，烃源岩的分布和成熟度控制了现今“西气东油”的分布格局；大型古隆起构造控制了碳酸盐岩和礁体的发育；风化淋滤作用改善了维宪阶—巴什基尔阶碳酸盐岩储集层的储集性能，控制着油气的富集。

滨里海盆地；碳酸盐岩；风化壳岩溶；油气成藏

滨里海盆地是一个特大型的含油气盆地（图1），盆地中心沉积岩厚达22 km，沉积岩体积达650× 104km3.盆地东西长约850 km，南北最宽处达650 km，呈近椭圆形，面积约55×104km2，其中约80%的面积位于哈萨克斯坦境内，约20%的面积属于俄罗斯[1-2]。

南部隆起带是滨里海盆地油气最为富集的地区，在盐下层系已发现的油气可采储量占盆地总储量的73.5%[3]。国内外学者曾对南部隆起带进行过分析研究[1-3]，但很少涉及该区碳酸盐岩风化壳储集层。本文深入研究了南部隆起带油气成藏主控因素，并提出风化淋滤作用改善了盐下储集层的储集性能的观点，并据此指出了重点勘探领域。

1　区域地质概况

滨里海盆地位于东欧地台的东南部，其北部和西部由几条深大断裂与东欧地台相隔，东部与乌拉尔褶皱带相邻，东南、西南分别与北乌斯丘尔特盆地和北高加索台地相邻。盆地可划分为：北部—西北部断阶带、中央坳陷带、南部隆起带和东部隆起带4个构造单元[3]（图1）。

滨里海盆地的演化可划分4个阶段[3]：早泥盆世—早石炭世杜内期的裂谷阶段，早石炭世维宪期—晚石炭世巴什基尔早期的克拉通拗陷阶段，晚石炭世巴什基尔期—早二叠世的挤压阶段，中二叠世开始进入克拉通拗陷阶段。

早泥盆世—早石炭世杜内期，东欧板块东南边缘发生裂谷作用，形成了三叉裂谷。该时期沉积环境为海陆过渡相至浅海相，局部地区发育潟湖相，岩性主要为泥质碳酸盐岩和硅质泥页岩。

从杜内期开始，盆地发生整体沉降，形成了深水盆地及其周围的大陆坡，沉积环境为海相及潟湖相。维宪期开始，东欧板块、北乌斯丘尔特板块、哈萨克斯坦板块和曼格什拉克板块发生碰撞作用，南部阿斯特拉罕—阿克秋滨隆起带开始形成，在隆起高部位及斜坡带发育碳酸盐岩，并延续至晚石炭世巴什基尔期。

晚石炭世巴什基尔期，乌拉尔洋最终闭合，东部的哈萨克斯坦板块与东欧板块发生碰撞，盆地东部和南部隆起带抬升剥蚀。强烈的抬升和剥蚀作用导致巴什基尔阶上部至莫斯科阶下部的碳酸盐岩沉积间断，期间淋滤风化作用改善了碳酸盐岩储集层的物性，形成了盆地最为重要的油气储集层。乌拉尔洋闭合后，挤压活动仍在进行，并持续到早二叠世亚丁斯克期。挤压活动使得滨里海海盆与大洋隔离，成为一个封闭的海盆，聚集了充足的盐类物质；随着海盆底部的水体矿化度不断增高，盐岩从浓卤水中析出沉淀，从而在二叠纪孔谷期形成了巨厚的蒸发岩[2-3]。

盐上层系由以陆源碎屑为主的上二叠统、中生界及新生界组成。下二叠统孔谷阶盐岩将盆地盖层分为盐上层系、盐岩层系和盐下层系3部分。南部隆起带盐下层系厚2.5~4.0 km，广泛发育泥盆系深水海相泥页岩和石炭系浅海陆棚相碳酸盐岩[4]。

图1　滨里海盆地构造单元划分及油气田分布

2　油气成藏地质条件

（1）烃源岩滨里海盆地南部隆起带发育2套优质烃源岩：上泥盆统法门阶—下石炭统杜内阶海相与潟湖相的钙质页岩、硅质页岩和泥质碳酸盐岩，有机碳含量为0.4%~13.8%，平均4.4%；下石炭统维宪阶—上石炭统巴什基尔阶浅海至深海相泥质碳酸盐岩和泥页岩，有机碳含量为1.0%~8.4%，平均4%.阿斯特拉罕构造带干酪根类型以Ⅱ型和Ⅲ型为主，田吉兹、卡萨干地区以Ⅰ型和Ⅱ型为主。这2套烃源岩沉积厚度大，分布范围广，有机质丰度高，是优质的烃源岩。据田吉兹油田资料（表1），主要烃源岩为中泥盆统—上石炭统巴什基尔阶沥青质泥页岩和生物礁灰岩。上泥盆统烃源岩厚度可达500 m，露头区的有机碳含量为0.5%~3.0%，平均2%左右，干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ1型。下石炭统烃源岩有机质丰度变化较大，在陆源碎屑岩中腐泥-腐殖型有机质含量稳定；在碳酸盐岩中，腐泥型有机质占优势。田吉兹油田石炭系沥青质泥页岩的有机质含量最高（表1），是主要烃源岩[5-7]。

表1　田吉兹油田烃源岩基础数据

埋藏史研究表明（图2），滨里海盆地南部隆起带盐下的中上泥盆统烃源岩在晚石炭世早期开始生烃，晚三叠世—早侏罗世进入生油高峰，早白垩世进入生气阶段；下石炭统烃源岩在中三叠世开始生烃，在晚侏罗世—早白垩世进入生油高峰期，在古近纪进入生气阶段。因此，具有多期成藏的特点。

（2）储集层滨里海盆地南部隆起带盐下以石炭系浅海陆棚相碳酸盐岩储集层为主，可划分为3套成藏组合：法门阶—杜内阶（KT-3）、维宪阶—巴什基尔阶（KT-2）和莫斯科阶—亚丁斯克阶（KT-1），其中维宪阶—巴什基尔阶（KT-2）储集层经受风化淋滤作用，储集性能最好（图3）。卡萨甘油田、田吉兹油田和阿斯特拉罕凝析气田的储集层，均为由腕足类、海百合、有孔虫碎片、藻类、苔藓虫及珊瑚等造礁生物组成的生物碎屑灰岩，储集层物性好（表2）。田吉兹地区上泥盆统—上石炭统中、高能的滨岸海滩和潮汐环境下形成的亮晶生物碎屑灰岩储集性能最好，孔隙度1.5%~20%，平均6%；渗透率1.5~900 mD，储集空间以粒间孔和溶蚀孔洞为主[8]。粒间孔主要发育于滩相颗粒灰岩中，多为颗粒间多期胶结物发育后残留的孔隙，连通性较差，直径0.05~0.10 mm；粒内孔主要为各种生物的体腔孔（如有孔虫、蜓类、海百合等），孔隙大小不一，多小于0.10 mm[9]。

此外，构造作用产生的裂缝改善了储集性能，在田吉兹地区碳酸盐岩中主要发育2类裂缝：一类为水平缝或略带倾斜缝，缝宽5~10 μm，沿缝发育有孔洞，见沥青和碳酸盐岩充填；另一类为高斜构造缝，亦见方解石和沥青半充填[10]。

由于储集层形成时代较早，经历了长期的埋藏与成岩作用，大多数的原生孔隙垮塌或被胶结物充填，储集空间以次生的孔隙、溶洞和裂缝为主[5，8，10-12]。

在南恩巴隆起区（如Tortay油田），还发育有碎屑岩和碎屑岩-碳酸盐岩混合型储集层，其中上石炭统碳酸盐岩储集层孔隙度可达10%，而上石炭统巴什基尔阶碎屑岩储集层孔隙度为7%，渗透率最高可达323 mD[4，8，10-11]。

（3）盖层南部隆起带发育二叠系孔谷阶盐岩，可作为区域性盖层。该套盐岩厚度大，全盆分布，具有良好的封盖效果。此外，下二叠统亚丁斯克阶泥页岩和石炭系中的泥岩及碎屑岩夹层，也可作为局部盖层。盐岩在上覆岩层差异压实作用下容易发生塑性流动变形，形成众多的盐丘，导致横向上厚度变化大，局部甚至缺失（如南恩巴隆起区的部分地区）。盐丘之间连接薄弱的地带，为盐下烃源岩生成的烃类纵向运移至盐上储集层成藏，提供了通道[5，12]。

图2　南部隆起带地层埋藏史及烃源岩成熟度模拟（据文献［7］修改）

图3　南部隆起带典型井岩性剖面

3　油气成藏主控因素

滨里海盆地南部隆起带盐下层系已发现油气可采储量6 454.8×106t，其中石油3 136.6×106t，凝析油644.6×106t，天然气2 673.6×106t.平面上，南部隆起带东部以油藏为主，西部以气藏和凝析气藏为主。纵向上，油气主要集中分布于维宪阶—巴什基尔阶（KT-2），其可采储量为6 362.6×106t，占南部隆起带盐下层系已发现油气储量的98.6%[3].

（1）烃源岩的分布和成熟度控制了油气的平面分布南部隆起带中上泥盆统烃源岩晚石炭世开始生油，在早三叠世达到生油高峰，晚侏罗世—早白垩世开始生气；下石炭统烃源岩在晚三叠世进入生油窗，晚侏罗世—早白垩世达到生油高峰，晚白垩世开始生气（图2）。阿斯特拉罕凝析气田烃源岩的镜质体反射率为1.2%~1.7%，以生气为主。晚期生成的天然气进入早期形成的油藏中，石油的轻馏分溶解在天然气中，形成含油气藏及凝析气藏。东部地区主力烃源岩为下石炭统泥页岩和生物礁灰岩，从三叠纪开始一直处于生油阶段，只有在古近纪开始生成少量天然气，田吉兹油田烃源岩的镜质体反射率为0.9%~ 1.2%，以生油为主[13]。油气以横向短距离运移或沿着断层垂向运移至石炭系碳酸盐岩储集层中（图4）。

滨里海盆地南部隆起带泥盆系—石炭系烃源岩成熟度在平面上总体表现为西高东低，西部埋深大，烃源岩已达过成熟阶段，而盆地东部广大台地相区烃源岩成熟度相对较低，形成了西部以气、凝析气为主，东部以油为主的格局。

（2）大型古隆起构造控制了碳酸盐岩和礁体的发育滨里海盆地南部阿斯特拉罕—阿克秋滨隆起带形成时间早，从早石炭世维宪期开始发育，在近东西向隆起带的南北两侧斜坡和隆起带高部位发育碳酸盐岩和礁体，形成了最重要的油气储集层。目前发现的田吉兹、阿斯特拉罕和卡萨甘等大型油气藏都是大型生物礁建造和背斜构造。

晚泥盆世—早石炭世，田吉兹油气田杜内期处于陆棚浅水滩和潮汐带，形成了藻类有孔虫生物碎屑灰岩、藻灰岩及泥晶灰岩；杜内期为一地势高但平坦的碳酸盐台地，其上发育生物礁；早石炭世维宪期礁体进一步扩大，长达38 km，宽18~24 km，礁体间发育有藻类、有孔虫等生物碎屑灰岩；晚石炭世巴什基尔期沉积了生物碎屑灰岩和鲕粒灰岩，厚度80~100 m.

表2　南部隆起带盐下层系主要油气田储集层特征

图4　南部隆起带成藏模式

阿斯特拉罕凝析气田为一大型穹状隆起，长200km，宽180 km，幅度可达3 km.自下而上由中-上泥盆统碳酸盐岩-碎屑岩、上泥盆统—上石炭统巴什基尔阶灰岩（具白云岩及泥灰岩夹层）和下二叠统萨克马尔组及亚丁斯克组泥灰岩、泥岩（厚约150 m）组成。其中巴什基尔阶（厚130~290 m）灰岩与上覆下二叠统泥灰岩、硅质泥岩呈角度不整合接触。

在古构造背景上发育的背斜、断裂背斜是盐下层系主要的圈闭类型，其面积和幅度一般都比盐上层系的圈闭大，而且后期多被断裂和盐构造作用复杂化。

（3）风化淋滤作用改善了碳酸盐岩储集层的储集性能南部隆起带盐下层系的油气主要集中在石炭系维宪阶—巴什基尔阶（KT-2）储集层中。由于石炭系在区域上处于有利的沉积相带，发育以生物碎屑灰岩为主的浅海陆棚相碳酸盐台地，储集层普遍发育，更重要的是溶蚀和淋滤作用对储集层的改造，地层抬升而长期暴露地表，遭受风化淋滤并形成与之有关的风化壳，是改善储集性能的最主要途径[13-15]。

早石炭世维宪期开始，东欧板块、北乌斯丘秋尔特板块、哈萨克斯坦板块及曼格什拉克板块的碰撞作用，导致地层抬升剥蚀，破坏了早期形成的油气藏，部分原油被氧化成固体沥青。同时，地层暴露于地表，受到风化作用及大气淡水的淋滤作用，溶解作用普遍，溶孔、裂缝等次生孔隙发育，其中巴什基尔阶顶不整合面之下50~200 m的碳酸盐岩岩溶作用最为发育，储集性能最好。阿斯特拉罕隆起的巴什基尔阶灰岩储集层孔隙度为3.0%~18.0%，平均渗透率为2.3 mD；卡拉通—田吉兹隆起的巴什基尔阶下部碳酸盐岩储集层孔隙度为0.1%~24.0%，渗透率为0.8~200 mD[5-8]。

石炭系碳酸盐岩储集层受控于多期溶蚀作用，形成类型多样、结构复杂的次生孔隙，其发育特征与空间分布复杂，造成碳酸盐岩储集层的强烈非均质性。而不整合面以下的KT-2段储集层的储集物性远优于其他层段储集层。

综上所述，滨里海盆地南部隆起带在早石炭世开始形成的阿斯特拉罕—阿克秋滨古隆起带控制了碳酸盐岩的发育；晚石炭世乌拉尔洋闭合，东欧板块、北乌斯丘秋尔特板块等一系列板块碰撞作用导致南部隆起带发生抬升和剥蚀，上石炭统巴什基尔阶碳酸盐岩遭受风化淋滤而使储集层物性得到改善，控制了油气的富集。目前的油气勘探工作多集中在隆起带的南坡相对较浅的部位，北坡由于埋藏较深，勘探程度较低，但笔者认为它将是未来勘探的重要领域。

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Controlling Factors of Petroleum Accumulation in Pre⁃Salt Strata in South Uplift of Pre⁃Caspian Basin

TIAN Naxin1,YAN Shaobin2,HUI Guanzhou3
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Sinopec,Beijing 100083,China;2.ChunliangProduction Plant,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Binzhou,Shandong 256504,China;3.School of Earth Sciences and Resources,ChinaUniversity of Geosciences,Beijing 100083,China)

The pre⁃salt strata in south uplift of Pre⁃Caspian basin is of advantageous conditions for hydrocarbon accumulation.Two sets of high quality source rocks and three sets of carbonate reservoirs with good reservoir properties are found in its Middle Devonian⁃Upper Car⁃boniferous.This paper studied its petroleum geological conditions and reservoir⁃forming controlling factors,in view of the regional structure and sedimentary evolution integrated with the latest drilling data.The result shows that the distribution and maturity of the source rocks control the framework of“gas in the west and oil in the east”in this area;the large⁃scale paleo⁃uplift belt controls the development of the carbonate rocks and reefs,and the weatheringleachingeffect greatly improves the reservoir property in the carbonate reservoir of the Visean⁃Bashkirian(KT⁃2),which control the hydrocarbon accumulation.

Pre⁃Caspian basin;carbonate rock;weathering crust karst;hydrocarbon accumulation

TE112.41

A

1001-3873（2015）01-0116-05DOI：10.7657/XJPG20150124

2014-03-19

2014-11-10

国家科技重大专项（2011ZX05031-001）

田纳新（1968-），男，河南南阳人，高级工程师，石油地质，（Tel）13522190690（E-mail）tiannx.syky@sinopec.com.