中东扎格罗斯盆地：沿走向变化的构造及油气特征*

刘小兵 温志新 贺正军 王兆明 李曰俊

1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083 2. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029

前陆盆地产有丰富的油气资源，长期备受关注(白国平，2007；朱伟林等，2014；闫臻等，2018)。扎格罗斯造山带位于阿拉伯板块与欧亚板块交接处(图1a)，为阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的一部分。扎格罗斯盆地位于扎格罗斯造山带西南缘，呈北西-南东走向平行于扎格罗斯山脉展布，长约2300km，宽约100～300km(图1b)，油气2P可采储量超过425亿吨油当量(IHS，2017[注]IHS. 2017. International energy oil & gas industry solutions. http://www.ihs.com/industry/oil-gas/international.aspx)，为全球最重要的含油气前陆盆地。

图1 扎格罗斯盆地位置图(油气田数据来源于IHS, 2017)Fig.1 Location map of Zagros basin (Oil and gas field data from IHS, 2017)

扎格罗斯盆地的区域构造、构造年代学、岩石学、油气田解剖等方面的研究均取得较丰富的成果(童晓光等，2004；白国平和郑磊，2007；贾小乐等，2013；何登发等，2015；刘小兵等，2018；Bordenave and Burwood，1989；Sharlandetal.，2001；Pitmanetal.，2004；McQuarrie，2004；Sepehr and Cosgrove，2004；Bosoldetal.，2005；Ramseyetal.，2008；Bretisetal.，2011；Mansurbegetal.，2016)。大多数研究者主要集中于盆地的局部地区或单个油气田的研究，Bahroudi and Talbot(2003)通过研究扎格罗斯盆地基底构造划分出不同构造单元，对扎格罗斯盆地各段构造及油气地质综合研究较少。因此，本文通过分析扎格罗斯盆地的区域构造地质、沿走向变化(盆地各段)的构造及其油气地质特征，进而总结油气主控因素，为中国石油海外超前选区选带提供基础。

1 地质背景

阿拉伯板块为冈瓦纳大陆的一部分，其东北部为欧亚板块，西南部为非洲板块。阿拉伯板块中西部为阿拉伯地盾，自元古代以来为隆起剥蚀区。阿拉伯地盾至波斯湾主要有NW-SE向和N-S向2期构造系统(图2)，其中，NW-SE构造主要位于阿拉伯板块西部，即位于阿拉伯地盾的Najd断裂系，于寒武纪形成(Al-Husseini，2000)；N-S向构造主要位于阿拉伯板块中部，自西向东包括Dibdibah裂谷、Burgan-Khurais背斜、加瓦尔隆起和卡塔尔弧形褶皱带(Ziegler，2001)，主要受基底构造和前寒武系霍尔木兹盐底辟构造影响(Sepehr and Cosgrove，2004)。

扎格罗斯盆地位于阿拉伯板块的东缘，自古生代以来主要经历了二叠纪-三叠纪弧后伸展、侏罗纪-早白垩世被动大陆边缘和晚白垩世-第四纪前陆盆地等3期构造-沉积演化阶段(刘小兵等，2018)。新近纪以来，随着非洲板块与阿拉伯板块之间的裂谷进一步伸展，逐步形成红海初始洋盆，区域性伸展使阿拉伯板块向伊朗地块俯冲、碰撞，在阿拉伯板块北部和东北部形成了晚新生代扎格罗斯周缘前陆盆地(Pitmanetal.，2004)。

图2 扎格罗斯盆地区域地质特征(据 Beydoun et al., 1992; Ziegler, 2001; Bahroudi and Talbot, 2003及遥感图像)Fig.2 Regional geological map of Zagros basin (modified after Beydoun et al., 1992; Ziegler, 2001; Bahroudi and Talbot, 2003; and Satellite image)

扎格罗斯盆地主要有背斜、逆冲断层、走滑断层等三类构造(图2)，其中，背斜平行于造山带呈W-E和NW-SE向展布(Pitmanetal.，2004；Ramseyetal.，2008；Bretisetal.，2011)，主要分布于前渊带和简单褶皱带(Alavi，1994；Ramseyetal.，2008)，前渊带背斜轴长普遍大于简单褶皱带(刘小兵等，2018)。与背斜构造相似，逆冲断层平行于扎格罗斯缝合带呈W-E和NW-SE向展布，主要位于盆地的山前冲断带内(Alavi，1994；Ramseyetal.，2008；刘小兵等，2018)。走滑断层构造与扎格罗斯盆地走向约45°斜向相交(Ziegler，2001；Bahroudi and Talbot，2003；McQuarrie，2004)，呈“八”字形分布；这些走滑断层受基底断层构造再活动的影响(Bahroudi and Talbot，2003)。

2 沿走向变化的构造及其油气特征

扎格罗斯盆地主要的构造活动开始于晚白垩世，伊朗地块与阿拉伯板块于中新世发生碰撞，形成挤压构造，并持续至今。在接近缝合线附近地壳缩短量可以达20%～24%，远离缝合线降到3%～4%(McQuarrie，2004；Bosoldetal., 2005)。通过遥感地质解译、区域构造地质、构造变形差异和前人研究(Berberian，1995；Bahroudi and Talbot，2003；Pitmanetal., 2004；McQuarrie，2004)等综合分析，扎格罗斯盆地沿走向(NW-SE向)可划分出五段：土耳其的迪亚巴克尔段、伊拉克的基尔库克段以及伊朗的洛雷斯坦段、胡齐斯坦段和法尔斯段(图3、图4)。

盆地沉积了元古界-新近系地层，最大厚度超过10000m，为形成丰富的油气资源奠定了雄厚的物质基础。盆地古生界埋藏较深，从二叠纪开始经历了稳定的沉降作用，三叠系至上新统-更新统基本上是一套连续的被动大陆边缘碳酸盐岩沉积地层(Alsharhan and Nairn，2003)。盆地主要包括下白垩统、中侏罗统和志留系等烃源岩，其中，下白垩统Kazhdumi组烃源岩为中-新生界储层的主要油源，志留系Gahkum组泥页岩为古生界储层的主要气源；新生界碳酸盐岩为主力储层，其次是白垩系Sarvak组和上二叠统Dalan组碳酸盐岩；上二叠统-上三叠统、上侏罗统顶部和渐新统-中新统均不同程度的发育蒸发岩，为良好的区域性盖层(图5)。

图3 扎格罗斯盆地沿走向的构造划分图Fig.3 The structure division along-strike the Zagros basin

图4 扎格罗斯褶皱带构造剖面图(据Konert et al., 2001; Jassim and Buday, 2006; Bosold et al., 2005)Fig.4 The structural cross section of the along-strike Zagros basin (modified after Konert et al., 2001; Jassim and Buday, 2006; Bosold et al., 2005)

图5 扎格罗斯盆地地层柱状图(据Alsharhan and Nairn, 2003; James and Wynd, 1965)Fig.5 Generalised stratigraphy of the along-strike Zagros basin (modified after Alsharhan and Nairn, 2003; James and Wynd, 1965)

图6 迪亚巴克尔段Raman油田构造剖面图Fig.6 Structural cross section of Raman field in Diyarbakir section

图7 基尔库克段Qaiyarah(a)和Kirkuk(b)油田构造剖面图Fig.7 Structural cross section of Qaiyarah (a) and Kirkuk (b) field in Kirkuk section

图8 洛雷斯坦段Changuleh油田剖面图Fig.8 Structural cross section of Changuleh field in Luristan section

图9 胡齐斯坦段Ahwaz(a)和Haft kel(b)油田剖面图Fig.9 Structural cross section of Ahwaz (a) and Haft kel (b) field in Khuzestan section

图10 法尔斯段Kangan气田剖面图Fig.10 Structural cross section of Kangan field in Fars section

图11 扎格罗斯盆地各段储层层系及其控制储量分布图Fig.11 Reservoir series and its controlling reserves in each section of Zagros basin

沿盆地走向各段的油气2P可采储量差异明显。胡齐斯坦段储量规模最大，超过266亿吨油当量，其中石油储量占比近70%；法尔斯段油气规模约占基尔库克段的三分之二，其中基尔库克段石油占比近80%，法尔斯段石油占比仅为5%；迪亚巴克尔段储量规模最小，仅为3亿吨油当量。

2.1 迪亚巴克尔段

迪亚巴克尔段位于土耳其东南端，盆地内基本由一系列近E-W向背斜构造组成，其长度5～40km不等(图3)。该段蒸发岩不发育，盖层以泥质岩、白云岩为主；褶皱形成于晚中新世-上新世Taurus-Zagros造山作用，受强烈的NE向挤压作用影响，具有构造调节作用的近垂向(通天)逆冲断层较为发育(图4a、图6)(Rigassi，1971；Salemetal.，1992)，盖层受到不同程度的破坏，油气圈闭条件较差(图6)。

2.2 基尔库克段

基尔库克段位于伊拉克东北部库尔德地区，盆地内由一系列近NW-SE向长轴背斜构造组成，背斜长度15～120km不等(图3)。背斜构造形成时间与迪亚巴克尔段相近，但由于受基尔库克湾(Kirkuk Embayment)的影响，前渊带新生界以来沉积物厚度大，挤压作用形成了宽缓的背斜构造，断层未对盖层形成明显的破坏作用(图4b)。在局部地区虽发育近垂向断层构造(图7a)，但渐新统-中新统蒸发岩盖层基本上不受破坏(图7a)(Dunnington, 1958)，形成了有效封堵，油气得以聚集。此外，由于背斜构造导致上白垩统-中新统泥质岩和泥灰岩裂缝十分发育，下白垩统油气可以沿着裂缝向上运移至厚层渐新统-中新统蒸发岩盖层之下的碳酸盐岩储层中(图7b)。

图12 扎格罗斯盆地各段不同类型盖层控制储量分布图Fig.12 Different seal types and its controlling reserves in each section of Zagros basin

图13 扎格罗斯盆地不同层系蒸发岩盖层控制储量分布图Fig.13 Different evaporite stages and its controlling reserves in each section of Zagros basin

2.3 洛雷斯坦段

洛雷斯坦段位于扎格罗斯盆地伊朗段的西北部，从遥感图像可见背斜构造十分发育，以不对称背斜为主，其长度20～50km不等(图3)。由于该段主要位于简单褶皱带和山前冲断带，新生界以来沉积物多见缺失，由于中新统Gachsaran组蒸发岩影响，简单褶皱带内的逆冲断层大多未刺穿至地表，且背斜构造大多具有一定埋深(图4c、图8)，能够在一定程度上有效阻止下部油气的逸散。

2.4 胡齐斯坦段

胡齐斯坦段位于扎格罗斯盆地伊朗段的中部，背斜长度20～80km不等(图3)。该段前渊带发育一系列平行于扎格罗斯造山带的大型背斜构造，长40～80km。在远离山前冲断带的简单褶皱带，新生界以来沉积物厚度远大于扎格罗斯盆地其他分段，大多超过4km。由于渐新统-中新统蒸发岩厚度大，虽受强烈的碰撞挤压作用，但逆冲断层大多未错断蒸发岩盖层，可有效阻止油气垂向逸散(图4d、图9)(Wennbergetal., 2007)。与基尔库克段相似，背斜构造导致裂缝十分发育，下白垩统烃源岩可沿裂缝向上运移至中新统碳酸盐岩储层中(图9)。

2.5 法尔斯段

法尔斯段位于扎格罗斯盆地伊朗段的南部，为一系列NNW-SSE至NWW-SEE向褶皱组成，长20～90km(图3)。该段主要为简单褶皱带和山前冲断带，构造变形强烈，发育不对称背斜和逆冲断层，虽有渐新统-中新统蒸发岩发育，但多为产状很陡的逆冲断层错断，且断层上盘发育的褶皱多为核部张性断层或裂缝发育的紧闭褶皱(图4e、图10)。中三叠统-上三叠统蒸发岩较为发育，断层未将该层明显错断；上侏罗统蒸发岩主要分布在阿拉伯盆地，虽在法尔斯段也有分布，但由于厚度较薄，多受后期构造破坏。因此，该段油气主要分布于下三叠统-上二叠统碳酸盐岩，而三叠系之上的储层油气聚集程度较低(图10)。

3 油气形成的主控因素分析

扎格罗斯盆地作为世界上油气最为富集的前陆盆地之一，除了二叠纪以来沉积了一套较为连续的碳酸盐岩沉积地层作为重要的烃源岩和储层物质基础外，晚期的扎格罗斯造山作用形成一系列背斜构造、不同时期形成的蒸发盐岩盖层对盆地各段油气聚集差异起着至关重要的影响。

3.1 具有一定埋深且断层改造作用弱的背斜为重要的圈闭类型，伴生裂缝改善储层物性

中新世以来，随着阿拉伯板块与欧亚板块的碰撞，扎格罗斯盆地发生了大规模的挤压褶皱作用，从遥感地质图来看，褶皱的背斜长轴方向基本为北西-南东向延伸，油气田的分布与背斜延伸方向与范围具有很高的吻合度(图3)。通过统计不同类型圈闭控制的油气储量来看，背斜圈闭控制储量占总储量的比例高达98%；地层-构造和构造-不整合等圈闭类型仅少量分布在迪亚巴克尔段、基尔库克段和法尔斯段，其中法尔斯段控制储量最大，约5亿吨油当量。

盆地储集层大多是碳酸盐岩储层，原生孔隙和渗透性较差，以新生界Asmari组灰岩为例，Asmari组灰岩孔隙度小于5%，渗透率小于3～4mD；但受中新世以来的扎格罗斯褶皱作用，在背斜部位形成了大量的裂缝，形成次生孔隙，大大改善了储层物性，其中孔隙度超过15%，最大可达22%，渗透率超过100mD，最大可达1000mD(Jassim and Buday，2006)。同时，断层和裂缝在垂向上联通了不同层系的地层(Beydounetal., 1992；刘小兵等，2018)，使得白垩系Kazhdumi组烃源岩形成的油气发生垂向运移，聚集于基尔库克段和胡齐斯坦段的新生界背斜构造圈闭中，使其油气藏资源极为丰富(图11)。

3.2 多期蒸发盐岩控制圈闭封盖能力，进而控制油气藏的规模

扎格罗斯盆地各段的油气储量规模与其盖层类型关系密切，与蒸发盐岩表现出正相关性(图12)。从盆地各段的盖层类型来看，蒸发岩盖层对储量规模的贡献最大，控制储量占总储量的比例约为72%。其中基尔库克段渐新统-中新统蒸发盐岩和胡齐斯坦段中新统蒸发盐岩控制储量占比最高，为71%～80%；法尔斯段三叠系蒸发盐岩控制储量占比约50%(图12)。

扎格罗斯盆地东南部的法尔斯段，三叠系和二叠系的气藏大多位于层内蒸发盐岩盖层之下(图13)。盆地中部的胡齐斯坦段，中新统Gachsaran组蒸发岩层系为良好的区域性盖层，已发现的绝大多数油气储量均封闭于此盖层之下。基尔库克段东南部新生界储层大多受渐新统-中新统蒸发盐岩盖层影响，形成了常规油藏(图13)；反之，在基尔库克段西北部构造变形强烈的地区，由于蒸发盐岩盖层缺失，断层构造破坏较为严重，形成了侏罗系-白垩系重油等非常规油气藏。另外，盆地西北部的土耳其段盖层以白云岩为主，由于该地区为构造应力聚集区，构造变形强烈，盖层破坏严重，难以形成较大规模的油气田。

4 结论

(1)根据扎格罗斯盆地沿走向(NW-SE向)的构造特征差异，可划分出土耳其的迪亚巴克尔段、伊拉克的基尔库克段以及伊朗的洛雷斯坦段、胡齐斯坦段和法尔斯段等5段。受盐岩层发育和应力差异的影响，冲断-褶皱作用的强度和广度都差异明显。

(2)扎格罗斯盆地沉积物厚度普遍超过10000m，为形成丰富的油气资源奠定了雄厚的物质基础。盆地沿走向各段油气2P可采储量差异明显，其中胡齐斯坦段储量规模最大，法尔斯段油气规模约占基尔库克段的三分之二，迪亚巴克尔段储量规模最小。

(3)晚期的扎格罗斯造山作用形成一系列背斜构造、不同时期形成的蒸发盐岩盖层影响盆地各段油气聚集差异。中新世以来，随着阿拉伯板块与欧亚板块的持续碰撞，扎格罗斯盆地发生了大规模的挤压褶皱作用，下白垩统油气可沿着裂缝向上运移至渐新统-中新统优质储层中。

(4)基尔库克段和胡齐斯坦段的新生界沉积物厚度较大，渐新统-中新统蒸发岩为优质的区域性盖层，对新生界油气的保存起重要作用。法尔斯段的构造变形较为强烈，三叠系之上的上侏罗统、中新统蒸发岩受不同程度的破坏，油气主要分布于下三叠统-上二叠统碳酸盐岩，而三叠系之上的储层油气聚集程度较低。土耳其段的蒸发岩不发育，盖层以白云岩为主，由于该地区为构造应力聚集区，构造变形强烈，盖层破坏严重，难以形成较大规模的油气田。