北烏斯丘爾特盆地成藏組合分析與油氣資源潛力評價

孫豐楠，張凱遜，韓淑琴，韓鳳彬，顏春鳳

( 1.中國石油大學(北京) 地球科學學院,北京 102249； 2.中國地質科學院 地質力學研究所,北京 100081; 3.自然資源部古地磁與古構造重建重點實驗室,北京 100081； 4.北京油源恒業科技有限公司，北京 102299 )

0 引言

北烏斯丘爾特盆地位于中亞地區西部，面積約為26.3×104km2，大部分位于哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦境內，一小部分延伸至土庫曼斯坦境內[1-2]。20世紀末以來，中國石油公司陸續在中亞地區的一些中低勘探程度盆地開展研究并取得重大突破，其中包括北烏斯丘爾特盆地[3-4]。隨中國在中亞地區油氣輸送管線的建成及“一帶一路”油氣戰略的提出，北烏斯丘爾特盆地成為中國石油公司中亞地區的重要戰略選區目標之一[5-6]。

盡管已有的中亞地區含油氣盆地的專著(如朱偉林等[1]、何登發等[2])和IHS(1)IHS Energy.North Ustyurt Basin[DB/OL].Basin Monitor,2019.Database available from IHS Energy Group,15 Inverness Way East,Englewood,Colorado,80112,USA.商業數據包較系統地論及北烏斯丘爾特盆地的基礎地質特征和油氣地質特征，但對盆地的待發現油氣資源潛力未有涉及。2010年，美國地質調查局(USGS)再次評估北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力[7]，將該盆地分為三個單元進行資源評價，因評價單元的劃分偏粗，因此資源潛力的層系分布不具體。侯平等[8]將北烏斯丘爾特盆地劃分為5個成藏組合，以發現過程法和類比法評估油氣資源潛力，發表的評價結果僅是全盆地的匯總結果，而對具體成藏組合的資源潛力未有提及。余一欣等[9-10]以成藏組合為單元評估北烏斯丘爾特盆地的資源潛力，未論及評價參數選取的依據，且對含油氣系統的表征有待進一步深化。其他已有的研究或聚焦于中亞大區的區域地質特征和油氣地質特征[11-15]、或聚焦于北烏斯丘爾特盆地油氣地質特征的某個具體方面[16-19]。

考慮到公開文獻中未見將盆地、含油氣系統、成藏組合和資源評價集成為一體的系統研究，且近年來油氣藏數據資料有了更新、資源評價方法得到改進，因此有必要再次評估北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力。在盆地地質特征綜合分析的基礎上，精細刻畫含油氣系統和成藏組合，采用地質分析—統計模型資源潛力評價方法評估盆地待發現資源量，明確重點潛力區，為中國石油公司在中亞地區的油氣戰略選區提供參考依據。

1 地質背景

1.1 盆地構造

北烏斯丘爾特盆地發育在海西期拼貼和褶皺形成的非均質基底之上，主體部分的基底是貝加爾期褶皺系的北烏斯丘爾特地塊。北烏斯丘爾特盆地位于咸海和里海之間，主體在哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦境內，是一個呈NW—SE向延伸的三角形坳陷區域[1-2]。盆地西北部狹窄，向里海海域延伸；東南部較寬，幾乎包含整個咸海的水域。盆地西北側為濱里海盆地，以烏斯丘爾特斷層為界；盆地南部以北西西向的中曼格什拉克—烏斯丘爾特隆起帶為界；盆地的西邊界為阿格拉漢—阿特勞斷裂；盆地東北部夾在烏拉爾褶皺帶最南端的兩個分支之間(見圖1)。北烏斯丘爾特盆地是在古勞亞大陸背景下形成的中生代盆地，按照Bally &Snelson分類方案屬于克拉通盆地，按照Klemme分類方案屬于大陸內部復合型盆地[19-20]。

圖1 北烏斯丘爾特盆地位置Fig.1 Location map of the North Ustyurt Basin

1.2 構造單元劃分

北烏斯丘爾特盆地自西向東可以劃分為3個次盆：北布扎奇隆起、烏斯丘爾特次盆和東咸海次盆。烏斯丘爾特次盆內構造凹隆相間且呈南北向分布，根據沉積蓋層和基底特征可劃分為14個二級構造單元。東咸海次盆可劃分為咸海—克孜爾庫姆隆起和東咸海坳陷2個二級構造單元(見圖2)。

圖2 北烏斯丘爾特盆地構造單元劃分及油氣分布Fig.2 General structure units and the distribution of oil and gas in the North Ustyurt Basin

1.3 構造演化

北烏斯丘爾特盆地是在前寒武紀陸塊基礎上發育起來的中新生代盆地[9]，構造演化經歷6個階段：基底形成期、被動陸緣期、裂谷期、后裂谷坳陷期、構造擠壓期和新近紀以來坳陷期。根據過咸海某斷裂帶構造演化剖面(見圖3)，海相碎屑巖和陸相碎屑巖沉積并存[16]。盆地上古生界被動大陸邊緣的碳酸鹽巖沉積于板塊的邊緣，晚石炭世—早二疊世，烏拉爾造山運動發生形變[11]；晚二疊世—早侏羅世，盆地南部隆升，北部普遍發育陸相沉積；早—中侏羅世，沉積河流相、湖泊相和淺海相碎屑巖，上覆上侏羅統海相碳酸鹽巖；到早白堊世，局部隆升形成區域性不整合面，隨后沉積海相碎屑巖和碳酸鹽巖，直至古近紀[12]；上新世—全新世，退積作用使盆地進一步向西傾斜，以陸相沉積為主[16]。

圖3 北烏斯丘爾特盆地過咸海某斷裂帶構造演化剖面Fig.3 Tectonic evolution of a fault zone across the Aral Sea in North Ustyurt Basin

1.4 盆地沉積特征

在發生伸展斷陷后，北烏斯丘爾特盆地又發生前陸反轉，經歷陸相向海相變遷的過程，主要地層系統包括上古生界、三疊系、侏羅系、白堊系和第三系(見圖4)。

圖4 北烏斯丘爾特盆地綜合地層柱狀圖(據文獻[2]修改)Fig.4 Comprehensive stratigraphic chart of North Ustyurt Basin(modified by reference[2])

2 地質綜合分析

2.1 油氣分布規律

北烏斯丘爾特盆地油氣田呈“西油東氣”展布(見圖5)。油田主要分布于盆地西北部的布扎奇隆起，包括北布扎奇、卡拉姆卡斯和卡拉讓巴斯等；少量油田分布于中部的庫拉扎特和庫爾圖克凹陷。氣田主要分布于盆地的東部，其中東北部的考斯布拉克凹陷和切爾卡爾凹陷以干氣為主，東南部蘇多奇凹陷及其鄰區主要為凝析氣田。“西油東氣”的油氣分布特征與東部、西部的烴源巖類型和成熟度不同有關[13-14]。

圖5 北烏斯丘爾特盆地含油氣系統事件及油氣儲量示意Fig.5 Petroleum system and discovered oil and gas reserves in North Ustyurt Basin

在構造上，油氣田主要分布于凹陷、凸起及斜坡的邊緣。北烏斯丘爾特盆地的圈閉多受構造活動的控制，類型以背斜型圈閉為主，僅有少量圈閉為砂巖尖滅型和不整合型。北布扎奇隆起主要發育近東西和北西向的逆沖斷層，少量發育北東向的走滑斷層。這些不同走向的斷層相互切割，對油氣聚集產生有利影響，如卡拉姆卡斯油田位于北西和北東向斷層的交匯處[21]。

在層系上，北烏斯丘爾特盆地從石炭系到始新統有油氣發現。其中石油主要分布于中侏羅統(與濱里海盆地相似[1])和下白堊統，兩個層系的石油儲量分別占全盆地石油儲量的70%和22%；少部分石油分布于上侏羅統。天然氣主要分布于始新統和上侏羅統，兩個層系的天然氣儲量約占全盆地天然氣儲量的60%(見圖2)。

2.2 油氣富集主控因素

2.2.1 構造作用

古生代以來，4期主要構造活動形成北烏斯丘爾特盆地現今的油氣格局，分別為烏拉爾擠壓作用、二疊紀—三疊紀裂谷作用、基莫里期反轉作用和古近系碰撞擠壓作用。

從晚石炭世到早二疊世，烏拉爾擠壓作用導致研究區古生界地層發生強烈變形，形成背斜構造和局部逆沖斷層，與區域性蓋層組成有利的圈閉。從晚二疊世開始，北烏斯丘爾特陸塊與周邊地區形成北北東—南南西向的伸展格局，在上古生界和三疊系中形成一系列斷塊圈閉。晚三疊世后，隨古特提斯洋關閉，強烈的區域性擠壓作用使盆地再次發生構造抬升，局部形成不整合圈閉。最后一期強烈的構造活動發生在晚始新世，阿拉伯板塊與歐亞板塊的碰撞導致區域性擠壓，北烏斯丘爾特盆地中新生界的大多數背斜構造的形成與這次構造事件有關，從而確立盆地油氣構造格局。地層—構造型圈閉是盆地最重要的圈閉類型(見表1[3])，盆地絕大部分的油氣聚集在這類圈閉中。

表1 北烏斯丘爾特盆地油氣儲量所屬區帶類型Table 1 Recoverable reserves of different play types in the North Ustyurt Basin

2.2.2 源儲配置關系

受3.0 km厚度的上二疊統—三疊統紅層阻隔，布扎奇隆起地區油氣可能來源于相鄰的濱里海盆地重要烴源巖——中—上石炭統海相頁巖，中侏羅統淺海相到海陸過渡相砂巖和粉砂質砂巖是最重要的儲集層[17]。儲層埋深淺(1.0 km)，孔隙度為23%～34%，滲透率為(30～1 700)×10-3μm2，砂層和泥頁巖互層分布，厚度為數米到40 m。良好的源儲配置關系使油氣局限分布于北布扎奇隆起的北斜坡及其頂部，進一步驗證該地區油氣來源于濱里海盆地[18]。

烏斯丘爾特次盆中下侏羅統湖相和陸相煤系泥頁巖為東部地區主要烴源巖，以天然氣為主；中侏羅統目前處于生油窗，部分可能進入生凝析氣階段；上侏羅統未達生油窗，部分可生濕氣，可作為目前中東部潛山油藏的烴源巖[3]。這些烴源巖生成的天然氣經過垂向運移聚集在上覆侏羅系儲集層中[13-14]。

2.2.3 優勢運移通道

北布扎奇隆起的油氣來源于北側濱里海盆地的中上石炭統海相頁巖烴源巖，并在北布扎奇隆起北坡富集，受益于盆地而具有優勢運移通道[4]。當烴源巖成熟后，烴類物質經過初次運移，從濱里海盆地的上古生界地層(鹽下層)開始排出；然后沿斷層垂向運移至侏羅系(鹽上層)，經過長距離二次運移，沿中侏羅統古河谷沉積的砂巖輸導層側向運移至北布扎奇隆起構造高點[21]。

2.3 含油氣系統和成藏組合劃分

北烏斯丘爾特盆地發育3套主力烴源巖和2套次要烴源巖，分布于泥盆系、石炭系、古近系和侏羅系，識別濱里海—中侏羅統、中侏羅統—漸新統、上古生界—石炭系和上三疊統—中侏羅統4個含油氣系統(見圖5)。根據最新的數據資料，應用含油氣系統綜合分析方法，結合盆地已發現油氣田分布、主要烴源巖和儲層的分布范圍，將盆地劃分為8套成藏組合(見圖6)。各成藏組合內已發現油氣可采儲量見表2。

表2 北烏斯丘爾特盆地不同成藏組合可采儲量Table 2 Recoverable reserves of different plays in the North Ustyurt Basin

圖6 北烏斯丘爾特盆地成藏組合分布Fig.6 The play distribution in the North Ustyurt Basin

3 油氣資源潛力評價

以成藏組合為油氣資源評價單元，評價各成藏組合的資源潛力及總結儲集層和圈閉的特征，綜合分析北烏斯丘爾特盆地的油氣資源潛力。以西部布扎奇侏羅系成藏組合評價為例，已發現62個油藏和7個氣藏。油藏采用傳統的統計法求取評價參數；氣藏采用類比法求取評價參數。

1974年以來，已發現油藏的個數和規模呈下降趨勢，采用勘探趨勢外推法預測未來30年待發現個數低值、中值和高值分別為16、20和37個；推測最大規模的油藏已被發現，對未來30年待發現油藏規模的高值進行調整，最大油藏規模為2.729×107t(見表3)。在水晶球(Crystal Ball)軟件中輸入參數進行模擬，得到待發現油藏中石油儲量(F95、F50、F5、平均值、中值)及天然氣儲量(F95、F50、F5、平均值、中值)。

表3 西部布扎奇隆起侏羅系成藏組合油藏評價參數Table 3 Evaluation parameters for Jurassic oil play in West Buzachi Uplift

西部布扎奇侏羅系成藏組合中已發現的7個氣藏位于Arman、Karaturun More和Karaturun South油田，與西部布扎奇下白堊統成藏組合中已發現的7個氣藏(位于Kalamkas油田)分布區域相近，圈閉類型以構造型、地層—構造型圈閉為主，為砂巖—粉砂巖儲層，下白堊統的砂巖滲透性略差于侏羅系的，物性在整體上相似，選取西部布扎奇下白堊統成藏組合為類比單元，獲取評價參數后進行模擬計算。

北烏斯丘爾特盆地成藏組合待發現可采資源量評價結果見表4。盆地待發現可采石油、天然氣和凝析油的資源量(均值)分別為13.147 4×107t、1.547 2×1011m3、239.1×104t，合計2.581 2×107t，最有潛力的成藏組合為西部布扎奇侏羅系、西部布扎奇下白堊統、北烏斯丘爾特中侏羅統成藏組合。USGS2000將該盆地劃分為6個評價單元，評價結果表明待發現石油資源量為11.343 0×107t，天然氣為2.758 1×1011m3，凝析油為5.571 0×107t，合計為39.060 0×107t油當量。USGS2012評價結果表明待發現石油資源量為4.669 7×107t，天然氣為1.316 7×1011m3，凝析油為810.2×104t，合計為16.052 8×107t油當量。三次資源評價的差距主要體現在對上古生界成藏組合潛力的認識上。近10年的資源評價研究表明上古生界天然氣資源潛力有限。

表4 北烏斯丘爾特盆地成藏組合待發現可采資源量評價Table 4 Undiscovered oil and gas reserve of each play in the North Ustyurt Basin

4 結論

(1)北烏斯丘爾特盆地濱里海—侏羅系含油氣系統和中侏羅統—漸新統含油氣系統是盆地最重要的含油氣系統。油田主要分布于盆地西北部的布扎奇隆起，氣田主要分布于盆地東部的考斯布拉克凹陷、切爾卡爾凹陷和蘇多奇凹陷，具有明顯的“西油東氣”的特點。

(2)盆地從石炭系到始新統石油主要分布于中侏羅統和下白堊統，分別占全盆地石油儲量的70%和22%；天然氣主要分布于始新統和上侏羅統，占全盆地天然氣儲量的60%。

(3)盆地構造作用控制北烏斯丘爾特盆地的油氣格局；良好的源儲配置關系控制北烏斯丘爾特盆地油氣油氣時空分布；優勢運移通道形成北布扎奇隆起富油區。

(4)盆地待發現可采石油、天然氣和凝析油的資源量(均值)分別為13.147 4×107t、1.547 2×1011m3、239.1×104t，合計25.812 0×107t油當量。最有潛力的成藏組合為西部布扎奇侏羅系、西部布扎奇下白堊統、北烏斯丘爾特中侏羅統成藏組合。