海相碳酸盐岩大中型油气田成藏体系及分布特征

王大鹏，陆红梅，陈小亮，陶崇智，孟祥军，牛新杰，白国平

[1.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；　2.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249；3.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083；　4.中国石油 大庆油田分公司 钻探工程公司钻井三公司，黑龙江 大庆 163413；　5.中国石油 华北油田分公司，河北 任丘 062552]



海相碳酸盐岩大中型油气田成藏体系及分布特征

王大鹏1,2，陆红梅3，陈小亮1,2，陶崇智3，孟祥军4，牛新杰5，白国平1,2

[1.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；2.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249；3.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083；4.中国石油 大庆油田分公司 钻探工程公司钻井三公司，黑龙江 大庆 163413；5.中国石油 华北油田分公司，河北 任丘 062552]

基于全球53个海相碳酸盐岩含油气盆地199个大中型油气田的最新资料，根据油气成藏体系理论的分析原则，将成藏体系的“源-位”分类方案应用于海相碳酸盐岩大中型油气田，统计分析了这些油气田中单源一位、单源二位、单源三位、二源二位、二源三位和三源三位6类成藏体系类型油气田的分布和储量特征，厘定海相碳酸盐岩盆地油气富集的主要成藏体系类型，揭示其对海相碳酸盐岩盆地油气富集的控制作用。结果表明，海相碳酸盐岩大中型油气田中最主要、最普遍的成藏体系类型为单源三位，这类成藏体系富集的油气储量最多，其次为单源二位和二源三位，而归属于其它成藏体系类型的油气田储量不大,个数亦相对较少,分布也较为分散。单源二位是最优越的成藏体系，具有规模性的成藏效应，但后期需较好的保存条件。此外，单源一位更多地表现为非常规性质，成藏体系的三大要素集于同一套岩层，但这种成藏体系在海相碳酸盐岩层系中发现的最少。

油气分布；油气成藏体系；海相碳酸盐岩；含油气盆地

海相碳酸盐岩层系一直是全球油气勘探的重要领域，进入21世纪，海相碳酸盐岩大油气田仍是全球新增储量的主要领域[1]。目前，我国的塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地等海相碳酸盐岩层系内都已发现了多个大中型油气田[大中型油气田指探明和控制(2P)可采储量超过6.8106t油当量的油气田]，表明我国海相碳酸盐岩盆地有着良好的勘探前景。油气成藏体系是地下油气成藏的自然体系，包括形成油气藏的一切必要元素(要素)，如烃源岩(含烃/流体)、输导体系和圈闭以及这些要素之间有效的配置结构[2]。油气成藏体系是针对中国叠合盆地的油气系统研究提出的，是含油气系统的进一步发展，同样适用于海相碳酸盐岩盆地油气田[3-10]。但不同学者对成藏体系有不同的理解，其本质和内涵与本文中的成藏体系有所差异[11-14]。本文的研究目的为：基于IHS[15]和USGS[16-17]全球53个海相碳酸盐岩盆地199大中型油气田成藏体系的研究和统计分析，探讨海相碳酸盐岩层系油气成藏体系“源—位”结构类型，定量表征不同类型成藏体系的宏观分布特征，并简析海相碳酸盐岩层系油气富集和分布规律。

1　全球海相碳酸盐岩层系油气分布

1.1油气资源概况

全球共有389个发现商业油气田的含油气盆地，其中在208个盆地内的海相碳酸盐岩层系内发现了油气田(藏)。截至2013年底，全球已发现的石油、天然气和凝析油2P可采储量分别为3 534108t，3271012m3和224108t，折合成油当量为6 383108t。其中海相碳酸盐岩层系的石油、天然气和凝析油2P可采储量分别为1 296108t，1201012m3和122108t，折合成油当量为2 382108t。海相碳酸盐岩层系石油、天然气和凝析油的可采储量分别占全球已发现油气总量的36.7%，36.7%和54.5%，按油当量计算，占总量的37.3%。油气主要富集于中东、前苏联、北美和亚太四个油气区(表1)。

表1　全球海相碳酸盐岩油气2P可采储量(据文献[15-17])

注：1 245 m3天然气相当于1 t石油。

1.2盆地分布

在全球208个海相碳酸盐岩含油气盆地中，119个盆地油气2P可采储量超过了6.8106t油当量，其中最富集的三大盆地为阿拉伯盆地(1 386108t油当量)、扎格罗斯盆地(362108t油当量)和滨里海盆地(91108t油当量)，合计占全球海相碳酸盐岩油气2P总可采储量的77.3%。在阿拉伯盆地，发现了目前世界最大的超巨型气田和油田，即诺斯(North)气田和盖瓦尔(Ghawar)油田。

为了分析全球海相碳酸盐岩层系油气田发育的盆地类型，基于海相油气勘探实践分析油气聚集的需要，根据Mann等的含油气盆地分类方案[18]，本文将海相碳酸盐岩含油气盆地划分为7种类型：被动陆缘盆地、大陆裂谷盆地、前陆盆地、克拉通盆地、弧前盆地、弧后盆地和走滑盆地。52个海相碳酸盐岩含油气盆地划归为被动陆缘盆地，67个划归为前陆盆地，48个划归为裂谷盆地，这三类盆地是海相碳酸盐岩层系油气最富集的盆地类型，它们分别聚集了全球海相碳酸盐岩油气2P总可采储量的68.1%、22.9%和7.5%。克拉通盆地(15个)、弧后盆地(5个)、走滑盆地(9个)和弧前盆地(12个)内发现的油气2P可采储量仅占全球总量的1.5%(图1)。

2　油气成藏体系概念及结构分类

2.1油气成藏体系概念及划分

针对中国含油气盆地多期成盆、多期改造、烃源岩多期生排烃和多期成藏等特殊性，含油系统的概念难以应用，金之钧等提出了油气成藏体系的概念及其分类原则[2,4]。成藏体系是地表以下油气成藏的自然体系，包括形成油气藏的一切必要元素(要素)，如烃源岩(含烃/流体)、输导体系和圈闭以及这些要素之间有效的配置结构。根据油气成藏体系的定义，它由烃源岩、输导体系和圈闭三大要素匹配组合构成，将三个要素的属性特征以“元”来表征,将系统所产生的功能效应以“体”来表征。如果同时将元素的匹配与系统的结构特征以“位”来表征，那么这种对油气成藏体系的属性特征和功能效应的“三元一体”研究就具体表现为“源位匹配”的思维方法，从而可以从结构特征上将油气成藏体系划分为不同的类型。

图1　不同盆地类型海相碳酸盐岩油气2P可采储量分布Fig.1　Proved plus probable recoverable oil and gas reserves of marine carbonates with basin types in the world

2.2油气成藏体系结构分类

在油气成藏体系研究中，烃源岩是物质基础，其产生的流体油气是三大要素联系的纽带，也是成藏体系研究的核心内容。油气田中油气的分布体现了成藏体系的动态演化及三大要素在地质历史过程中相互配置。根据烃源岩存在和发育情况，油气成藏体系可以有单源型和多源型，其中多源又可分为二源和三源及其以上等类型。同时考虑到三大要素以不同方式的匹配组合关系，油气成藏体系又有一位、二位和三位的特征，最终可以将油气成藏体系划分为单源一位、单源二位、单源三位、二源二位、二源三位和三源三位6类成藏体系[2](图2)。

一位类型宏观总体上反映油气成藏体系中源储一体的性质，烃源岩产生的油气未经过输导体系运移直接储集于储集层中，只有单源一位成藏体系一种类型，油气藏类型更多表现为非常规性质，如页岩气成藏体系、致密油成藏体系等。二位类型反应油气成藏体系中源储相连相通的特征，烃源岩与圈闭在空间上彼此上下叠合或水平相邻，烃源岩与上覆或下伏的储集层紧密相邻，具体可划分为新生古储和古生新储两种类型。三位类型反应油气成藏体系中三大元素空间上相互独立，功能上相互匹配，烃源岩产生的油气经过输导体系的运移最终储集在圈闭之中。

3　全球海相碳酸盐岩盆地油气田成藏体系分布特征

本研究统计分析了全球53个海相碳酸盐岩含油气盆地199个大中型油气田的成藏体系结构类型(图3)，结果表明最普遍的成藏体系类型是单源三位，123个油气田归属于这种成藏体系，储量也最大，占到大中型油气田总可采油气储量的51.7%。其次是单源二位和二源三位，油气田个数分别为41个和22个，储量占到总量的37.4%和8.4%(图4)。

图2　油气成藏体系结构分类(据文献[2],修改)Fig.2　Structure classification of petroleum accumulation systems

3.1单源型

3.1.1单源一位

由于海相碳酸盐岩盆地沉积中心往往不是沉降中心，其中表现为非常规性质特征的单源一位成藏体系的油气田很少，必须具备比较稳定的构造沉积环境和成藏条件，具有自生自储特征。位于威利斯顿盆地蒙大拿州东北部Elm Coulee油田的烃源岩和储集层都发育于泥盆系—下石炭统Bakken组，烃源岩为沉积于缺氧条件、干酪根以无定形为主、富含有机质的上段页岩。中段主要由形成于快速海退环境的粉砂质白云岩组成，构成了储集层，其埋深2 593～3 203 m，厚3.1～12.2 m，孔隙度为3.0%～9.0%，平均渗透率为0.04×10-3μm2[19]。Bakken组的油气藏没有明显的油水界面，异常压力普遍存在，地质储量大，采收率低，低孔低渗特征明显，属连续型致密油藏[20]，由于源储一体，故将Elm Coulee油田划分为单源一位成藏体系(图5a)[21-23]。

3.1.2单源二位

按个数统计，归属于单源二位成藏体系的油气田主要分布于中东的阿拉伯盆地、阿曼盆地和北美的二叠盆地与墨西哥湾盆地。其中，阿拉伯盆地内该类型的油气田最多，个数达14个。不过按储量统计，最富集的盆地是阿拉伯盆地和巴拉望盆地，其油气储量分别占单源二位成藏体系油气总储量的86.0%和9.7%。其次是二叠盆地、阿曼盆地和墨西哥湾盆地(图3)。单源二位成藏体系的油气田的储集层主要为滩坝颗粒灰岩和生物礁，圈闭类型以构造圈闭和地层圈闭为主。源储关系上，单源二位以古生新储为主，新生古储的油气田个数较少。二叠盆地的Puckett气田是新生古储单源二位成藏体系的一个典型实例代表。其烃源岩是中奥陶统辛普森组沉积于海侵条件下的陆相黑色页岩，储集层是紧邻烃源层之下的下奥陶统的Ellenburger组白云岩[24](图5b)。单源二位成藏体系的油气田多分布于生烃灶内，以垂向运移为主。单源二位成藏体系油气田的烃源岩一般发育于内陆架厌氧环境，储集层由生物礁复合体或高能的滩坝相组成。

图3　全球典型海相碳酸盐岩盆地油气成藏体系结构与储量分布Fig.3　Petroleum accumulation system and reserve distribution map of marine carbonates of dominant petroliferous basins in the world

图4　不同油气成藏体系结构个数和储量占总储量百分比Fig.4　Numbers and reserve proportions of different petroleum accumulation systems

3.1.3单源三位

单源三位成藏体系内的烃源岩、输导体系和圈闭三要素之间既相互独立又相互联系(图2)，这类成藏体系分布最广泛，储量亦最多。区域上，发育这类成藏体系的油气田主要分布于北美、中东、欧洲和前苏联，油气田个数分别为42,25,21和15个。油气储量最富集的盆地是墨西哥湾盆地、扎格罗斯盆地、阿曼盆地、提曼—伯朝拉盆地和滨里海盆地，分别占单源三位成藏体系油气总可采储量的29.8%，24.2%，22.5%，7.2%和5.3%。盆地类型上，油气田主要分布在前陆盆地(54个)、裂谷盆地(32个)和被动陆缘盆地(27个)。油气储量上，最富集的盆地类型是被动陆缘盆地、前陆盆地和裂谷盆地，分别占单源三位成藏体系油气总可采储量的59.0%,34.0%和6.6%，其它类型盆地储量不足0.5%(图6)。中东地区扎格罗斯盆地的Gachsaran油田是单源三位成藏体系的典型实例代表，其烃源岩为下白垩统Kazhdumi组，油气通过裂缝垂向运移至渐新统—中新统Asmari组灰岩储集层中聚集成藏[25-27](图5c)。

图5　单源型油气成藏体系典型油气田Fig.5　Typical fields of one source petroleum accumulation systemsa.单源一位，威利斯顿盆地Elm Coulee油田(据文献[21,22],修改)；b.单源二位，二叠盆地Puckett气田(据文献[24],修改)；c.单源三位，扎格罗斯盆地Gachsaran油田(据文献[25],修改)

图6　单源三位成藏体系对应的盆地类型和储量占总储量百分比Fig.6　Numbers and reserve proportions of one source-three elements petroleum accumulation system in different basins

前陆盆地内归属于单源三位成藏体系的油气田个数最多，但就储量而言，被动陆缘盆地优势明显，后者的油气储量占到了油气总储量一半以上(图6)。笔者认为这可能与碰撞构造背景下的前陆盆地更有利于油气的聚集成藏有关。烃源岩生成的油气通过断裂与不整合等输导体系，垂向、侧向运移至有效圈闭中聚集成藏。而被动陆缘盆地内的油气田，个数少但储量规模大，这些大油气田的形成与保存受控于盆内优质烃源岩的时空展布和蒸发岩区域盖层。

3.2多源型

3.2.1二源二位

海相碳酸盐岩盆地中，归属于二源二位成藏体系的油气田只有5个，主要分布在提曼-伯朝拉盆地、佩拉杰盆地和扎格罗斯盆地。这类成藏体系油气田的主要特征是盆地发育两套有效烃源岩，其生成的油气直接聚集在与烃源层相邻的圈闭中，如佩拉杰盆地的Ragusa油气田(图7)，其烃源岩是上三叠统海相Noto组泥灰岩和下侏罗统Streppenosa组内陆架页岩，储集层为下伏于烃源层之下的中-下三叠统Gela组白云岩[28-29]。

图7　二源二位成藏体系类型的Ragusa油气田(据文献[28],修改)Fig.7　Ragusa field of two sources-two elements petroleum accumulation system in Pelagian Basin(modified based on reference[28])

3.2.2二源三位

归属于二源三位油气成藏体系的油气田有22个，其中11个分布于亚太地区(图3)。就油气储量而言，主要分布在前苏联和北非地区，归因于这些地区的油气储量规模比较大。滨里海盆地和锡尔特盆地是油气最富集的盆地，不过油气田个数仅为2个，前者的储集层是生物礁，后者是滩坝颗粒灰岩[30]。归属于这类成藏体系的油气田的油气源自两套有效烃源岩，经过输导体系(裂缝、断层和不整合)运移聚集在圈闭中。如滨里海盆地Astrakhan气田(图8)，其烃源岩是上石炭统和下二叠统的深水盆地相泥岩，储集层是上石炭统巴什基尔阶台地边缘生物礁灰岩，平均孔隙度为9.0%，基质渗透率为2.0×10-3μm2，烃源岩生成的油气经裂缝和不整合运移，聚集在下二叠统阿丁斯克阶泥岩盖层之下的构造圈闭内[31]，微裂缝的发育改善了储层的产能，可日产气39.6×104m3。

3.2.3三源三位

归属于三源三位成藏体系的油气田有7个，这些油气田主要分布于阿纳达科盆地和阿拉伯盆地，其次是密歇根盆地、扎格罗斯盆地和塔里木盆地(图3)。如阿纳达科盆地的Panhandle气田(图9)，其油气源自3套有效的烃源岩，分别是奥陶系碳酸盐岩、上泥盆统-下石炭统底部Woodford组页岩和上石炭统页岩，其中最主要烃源岩为Woodford组页岩，平均总有机碳含量(TOC)为2.7%～5.5%。储集层是下二叠统Wolfcampian组生物礁灰岩，输导体系为边界断层和石炭系-二叠系的冲积扇砂体[33]。

4　讨论

盆地的形成及其构造演化历史与盆地内的油气藏形成关系密切[34-35]。不同类型的盆地演化控制了盆地内烃源岩、储集层分布的差异性和油气资源的富集程度[36-37]。虽然海相碳酸盐岩大中型油气田在被动陆缘盆地中的个数不是最多，但其储量最大(图1)。在海相碳酸盐岩大中型油气田中，最普遍的成藏体系类型是单源三位成藏体系，而单源二位是最优越的成藏体系，具有规模性的成藏效应，但需较好的保存条件。在被动陆缘盆地中，归属于单源三位成藏体系的油气田的储量最大(图6)，这种特征与伸展构造环境有利于优质烃源岩、有效储集层、良好盖层的形成及生储盖的有效配置密切相关[38]。前陆盆地中，归属于单源三位成藏体系的油气田个数最多，但储量位居第二位，反映出碰撞构造背景下，可以导致多个挤压背斜圈闭的形成，同时挤压前成藏的油气田亦可发生进一步的调整改造。

笔者认为，海相碳酸盐岩盆地油气成藏体系的分布不仅与成藏期原型盆地的关系密切[39]，而且还与油气藏形成后的调整与改造密切相关。这不仅仅是因为原型盆地控制了烃源岩发育分布的范围、有效储集层的展布和圈闭条件的形成，更是因为油气藏形成后，盆地的构造沉积演化会对油气的运移和聚集产生重要影响,从而控制海相碳酸盐岩层系油气在时空上的分布与富集。

图8　二源三位成藏体系类型的滨里海盆地Astrakhan气田(据文献[32],修改)Fig.8　Astrakhan gas field of two sources-three elements petroleum accumulation system in North Caspian Basin (modified based on reference[32])

图9　三源三位成藏体系类型的阿纳达科盆地Panhandle气田(据文献[33],修改)Fig.9　Panhandle gas field of three sources-three elements petroleum accumulation system in Anadarko Basin (modified based on reference[33])

对于只有一套烃源岩的油气田，可以采用单源型油气成藏体系的分析方法，含油气系统的理论思想同样适用。而针对像我国塔里木这样古老的海相碳酸盐岩叠合盆地，盆地经历了多旋回的构造演化、多期的油气充注以及油气藏的调整、破坏和改造作用，油气成藏体系的方法则是一种更有效的研究手段[40]。

5　结论

1) 海相碳酸盐岩层系的油气田(藏)发现于全球208个盆地，其石油、天然气和凝析油2P可采储量分别为1 296108t，1201012m3和122108t，分别占全球已发现油气总可采储量的36.7%，36.7%和54.5%，按油当量计算，占总量的37.3%。被动陆缘盆地和前陆盆地是全球海相碳酸盐岩油气最富集的盆地类型；其次为裂谷盆地，其油气2P可采储量分别占全球总量的68.1%，22.9%和7.5%。

2) 全球53个海相碳酸盐岩盆地199个大中型油气田归属于6类成藏体系类型，分别是单源一位、单源二位、单源三位、二源二位、二源三位和三源三位。其中，最普遍的成藏体系类型是单源三位，油气田个数达121个，储量也最大，占到大中型油气田总可采储量的51.6%；其次是单源二位和二源三位，油气田个数分别为41个和22个，储量占到总量的37.4%和8.4%。

3) 盆地的类型及其构造演化控制了海相碳酸盐岩层系油气成藏体系的分布规律。被动陆缘盆地易于大型-特大型海相碳酸盐岩油气田的形成，这些油气田多归属于单源三位成藏体系。前陆盆地内的海相碳酸盐岩油气田规模不如被动陆缘盆地大，但个数最多，成藏体系亦以单源三位为主。

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(编辑董立)

Petroleum accumulation systems and distribution of medium to large marine carbonate fields

Wang Dapeng1,2,Lu Hongmei3,Chen Xiaoliang1,2,Tao Chongzhi3,Meng Xiangjun4,Niu Xinjie5,Bai Guoping1,2

[1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;2.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;3.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;4.No.3DrillingCompanyofDaqingDrillingEngineeringCompany,PetroChinaDaqingOilfieldCompany,Daqing,Heilongjiang163413,China；5.PetroChinaHuabeiOilfieldCompany,Renqiu,Hebei062552,China]

A classification of petroleum accumulation systems (PAS) of marine carbonate fields was attempted by using the latest data of 199 medium to large marine carbonate fields from 53 petroliferous basins around the world and a “source-element” classification scheme.The result shows that PAS of the fields can be categorized into six types: one source-one element,one source-two elements,one source-three elements,two sources-two elements,two sources-three elements and three sources-three elements.The distribution patterns and characteristics of petroleum reserves for each of the 6 types of PAS were investigated and the dominate types with high hydrocarbon richness in marine carbonate petroliferous basins were identified,and their controls on hydrocarbon enrichment were revealed.Statistical analytical results show that one source-three elements PAS not only hosts the largest share of petroleum reserves but also occurs the most widely.It is followed by one source -two elements and two sources-three elements PAS.For other types of PAS,both the reserves and the numbers of occurrence are relatively small.One source-two element PAS is the most promising among all the types but it requires more favorable later preserving conditions.One-source-one element PAS presents itself mostly as unconventional reservoirs but is rarely found in marine carbonate rocks.

oil and gas distribution,petroleum accumulation system,marine carbonate,petroliferous basin

2014-12-17;

2016-01-11。

王大鹏(1984—)，男，博士研究生，油气地质。E-mail:kongshi41118@126.com。

简介：白国平(1963—)，男，教授、博士生导师，油气地质。E-mail:baigp@cup.edu.cn。

国家科技重大专项(2011ZX05031-001-010HZ)。

0253-9985(2016)03-0363-09

10.11743/ogg20160308

TE122.3

A