阿曼盆地北部古近系碳酸鹽巖油藏成藏特征及主控因素

陳 杰，王文訓，牛林林，童明勝，黎 江

（1.中國石油海外天然氣技術中心，四川成都 610051；2.中國石油川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院，四川成都 610051；3.中國石油中東公司，北京 100034；4.中國石油集團測井有限公司長慶分公司，陜西西安 710200）

海相碳酸鹽巖油氣資源豐富，中外學者對海相碳酸鹽巖儲層開展了大量研究工作，認為影響海相碳酸鹽巖油氣富集的主要因素包括：儲層發育程度與連通性、斷裂系統分布、油氣運移方向與通道、成藏時間及成藏期構造格局等［1-4］。斷裂系統、不整合面等因素不僅影響儲層質量，而且作為油氣運移的有效通道，對油氣聚集成藏產生較大影響，縱向上控制油氣富集層位，平面上影響油氣富集區帶［5-12］。

阿曼盆地油氣資源豐富，主要含氣層系為古生界二疊系和寒武系—奧陶系的碎屑巖地層，主要含油層系為白堊系和侏羅系的碳酸鹽巖地層，前人的研究主要集中在古生界和中生界的成藏組合。近年來中國石油公司在阿曼盆地北部工區首次發現了新生界古近系Umm Er Radhuma 組（以下簡稱UeR 組）碳酸鹽巖油藏，但對其油氣成藏過程、成藏特征及主控因素均不甚清楚，而實際上該區構造變化和油氣運移過程復雜，嚴重制約了下一步勘探開發工作。筆者結合阿曼盆地構造演化、烴源巖分布、埋藏史等資料，利用工區內原油組分、巖心、測井和地震等資料對古近系UeR 組碳酸鹽巖油氣成藏特征及主控因素進行分析，探討其成藏過程，以期為下步勘探開發提供參考依據。

1 區域地質特征

阿曼盆地位于阿拉伯板塊東南部，臨近伊朗和非洲板塊，絕大部分位于阿曼境內，向南延伸至也門，向北延伸至阿聯酋和伊朗，面積約為15.3×104km2。阿曼盆地北部以阿曼山前緣推覆體為界，南部以闊若隆起為界，東部以侯格夫隆起為界，西部邊界與著名的魯卜哈利盆地接壤，具有“四隆三盆”的特征。從北到南分別發育費胡德鹽盆、哈巴鹽盆和南阿曼鹽盆，這些鹽盆是阿曼盆地最重要的油氣產區；其他構造單元包括：萊克威爾隆起、蘇雷納赫前淵、卜塔布歐—皂里耶隆起、中阿曼臺地、侯格夫隆起、東翼區、胡丹—哈斯法赫隆起等，這些構造單元將鹽盆分開或位于鹽盆的翼部［13-16］（圖1）。

圖1 阿曼盆地構造分區與研究區位置Fig.1 Structures of Oman Basin and location of work area

1.1 構造演化特征

阿曼盆地經歷了多期構造運動，其發育始于前寒武紀的克拉通裂谷，隨后于古生代演化為內陸凹陷；中生代隨著岡瓦納大陸的解體而發展成為被動大陸邊緣盆地；晚白堊世—新近紀，由于阿曼山的逆沖推覆作用，在盆地東北部形成前陸盆地。前后共經歷了6 個主要階段［16-19］：①前寒武紀—寒武紀早期同裂谷演化階段（距今930～654 Ma）。在阿拉伯板塊內北西—南東走向的納吉得斷裂帶左旋應力場和扎格羅斯構造帶右旋應力場的共同作用下，阿曼境內發育多個鹽盆，鹽盆內廣泛分布富含有機質的烴源巖沉積物和鹽巖，鹽巖的后期運動和部分溶解在很大程度上控制了鹽盆內的構造形態。②寒武紀—志留紀克拉通內拗陷階段（距今654～550 Ma）。隨著裂谷活動的停止，阿曼盆地經歷了一次大的斷裂構造活動，盆地再次伸展拗陷，形成了由海進和海退沉積序列組成的6 個沉積旋回，發育一套陸相碎屑巖。③泥盆紀—石炭紀前陸盆地演化階段（距今550～404 Ma）。岡瓦納大陸北部被動大陸邊緣變為活動大陸邊緣，特提斯板塊俯沖其下或是仰沖至岡瓦納大陸，造成了阿拉伯板塊大范圍（包括阿曼盆地）的隆升和剝蝕，早志留世—晚石炭世地層嚴重剝蝕。④晚石炭世—早三疊世克拉通內拗陷階段（距今404～310 Ma）。擠壓和熱穹隆作用隨著海西事件的結束而停止，阿曼盆地又回到了拉張和輕微沉降的構造背景下，沉積作用重新開始。受板塊運動影響，阿拉伯半島南部漂移至中緯度地區，直到早二疊世末，區域性微沉降與低緯度地區之間的板塊運動相互作用，在阿曼盆地形成了廣泛的淺海相灰巖、白云巖和頁巖沉積。⑤三疊紀—晚白堊世被動大陸邊緣演化階段（距今310～230 Ma）。這一時期，整個阿拉伯板塊北緣形成和發育了寬廣穩定的碳酸鹽巖臺地，廣泛沉積了均一性良好的碳酸鹽巖、頁巖和蒸發巖，發育了完整的多套生儲蓋組合，形成了阿拉伯板塊最重要的含油氣單元。⑥晚白堊世—新近紀前陸盆地演化階段（距今230 Ma至今）。在晚白堊世，逆沖推覆體與蛇綠巖復合體向西南方向被擠壓到阿曼被動大陸邊緣北東翼上，阿曼山開始隆起，持續的俯沖和區域性擠壓導致前陸盆地發育。在坎帕階—早麥斯里西特階，歐亞板塊向南持續插入引起地殼下降、物質快速沉積，造成北阿曼鹽盆的擴張；在晚麥斯里希特階，阿曼盆地變形終止。古新世—始新世阿曼盆地相對穩定，直到早漸新世由于歐亞板塊和阿拉伯板塊碰撞造成的第2 次阿爾卑斯運動開始，盆地的沉積作用才得以終止。

1.2 沉積充填特征

阿曼盆地不同時期的沉積與構造活動密切相關，總的來看，古生界盆地以海相、海陸過渡相的碎屑巖沉積為主，中生界到新生界中期以海相碳酸鹽巖沉積為主，新生界中晚期為陸相碎屑巖沉積。前寒武紀—寒武紀早期，阿曼盆地內發育的鹽盆沉積了淺海碳酸鹽巖、碎屑巖和蒸發巖，最早的碎屑巖沉積為冰川碎屑巖。晚奧陶世—早志留世和晚石炭世—早二疊世，盆地內又沉積了兩期冰川沉積物。泥盆紀—石炭紀，阿拉伯板塊向北移動導致阿曼盆地發生輕微擠壓，淡水被冰體阻塞造成鹽的溶解。晚二疊世—古新世，新特提斯洋張開，阿曼盆地所在的阿拉伯板塊北緣發育成為被動大陸邊緣，形成了廣泛的碳酸鹽巖臺地沉積，發育穩定的碳酸鹽巖和泥巖。晚白堊世，隨著阿曼山隆起，阿曼盆地北緣形成快速沉降的前陸盆地，發育一套穩定分布的碳酸鹽巖、白云巖和膏巖。晚中新世，阿拉伯板塊與歐亞板塊的碰撞達到頂點，阿曼盆地發生隆升，海相沉積環境被陸相沉積環境所替代［18-19］（圖2）。

1.3 含油氣系統分布特征

阿曼盆地具有良好的生儲蓋條件，盆地內主要發育4 套烴源巖、7 套蓋層和12 套儲層，組成了5 套較大的含油氣系統［17-21］（圖3）：①寒武系—奧陶系Huqf 含油氣系統。烴源巖為前寒武系—寒武系Huqf 群頁巖和瀝青質白云巖，儲層為寒武系Huqf群、奧陶系Haima 群碎屑巖，蓋層為寒武系Ara 組膏巖層。Huqf 群烴源巖是阿曼盆地最重要的烴源巖，在盆地內廣泛分布，埋藏深，目前已進入生氣窗口。該套含油氣系統是阿曼盆地主要的產氣層系。②寒武系Dhahaban含油氣系統。烴源巖為Ara組膏巖層中的Dhahaban 泥頁巖，所生成的原油也被稱為“Q”油。Dhahaban 烴源巖在阿曼盆地廣泛分布，生成的原油具有“早期垂向運移，后期長距離橫向運移”的特點，其含油氣組合在阿曼盆地各鹽盆中各不相同：在南阿曼鹽盆，儲層為二疊系Gharif組碎屑巖，其上Khuff 組致密灰巖為蓋層，以氣藏為主；在中部哈巴鹽盆和北部法胡德鹽盆，儲層為白堊系Shuaiba 組碳酸鹽巖層，上部Nahr Umr 組泥巖為蓋層，主要為油藏。③奧陶系Safiq 含油氣系統。烴源巖為奧陶系Safiq 組海相頁巖，儲層為二疊系Haushi群碎屑巖，蓋層為其內部的頁巖層。該套含油氣系統在阿曼盆地分布范圍有限，僅在盆地西部有發現。④侏羅系—白堊系Diyab 含油氣系統。烴源巖為侏羅系Diyab 組瀝青質灰巖。該套烴源巖在阿曼盆地沒有分布，而是分布在盆地西部的魯卜哈利盆地內（主要分布在沙特和阿聯酋境內），儲層為白堊系Shuaiba 組碳酸鹽巖，其上Nahr Umr 組泥巖為蓋層。阿曼盆地西部萊克威爾隆起帶大部分油田白堊系Shuaiba 組油藏即屬于此套含油氣系統。⑤白堊系Natih含油氣系統。白堊系Natih組從上至下分為A—G共7段，其中Natih—B富含有機質的泥灰巖地層為烴源巖層；儲層包括各段的生物碎屑灰巖，蓋層為上部Fiqa 組泥巖。該套含油氣系統是阿曼盆地北部最重要的含油氣系統之一，具有典型的自生自儲特征。

圖2 阿曼盆地地層綜合柱狀圖（據文獻［18］修改）Fig.2 Stratigraphic column of Oman Basin（Modified by Reference［18］）

2 油氣成藏條件

阿曼盆地北部已有2 口井在UeR 組油藏投產，原油品質好，具有低密度、低黏度、低含硫特征：地層原油密度平均約為0.764 g/cm3，為輕質原油；地層原油黏度為1.008～1.66 mPa·s，平均值為1.126 mPa·s，流動性好；原油含硫量為0.08%～0.21%，平均值為0.17%，為低含硫原油。

錄井、測井和測試顯示UeR 組油藏油氣顯示具有明顯的分區性。工區東部和西部油氣顯示差，顯示較好的井均位于工區中部。已測試投產的2口井均位于工區南部，白堊系地層剝蝕線附近（圖3）。

圖3 阿曼盆地北部UeR組油藏油氣顯示分布Fig.3 Hydrocarbon shows of UeR reservoir in the north of Oman Basin

2.1 儲層條件

晚白堊世—早始新世，整個阿拉伯板塊為穩定的淺海碳酸鹽巖臺地—蒸發臺地環境［23-28］，UeR 組在阿拉伯板塊廣泛發育，其上為Rus 組石膏與膏質白云巖地層，平均厚度達80 m 以上；下伏白堊系Fiqa 組泥巖或Natih 組灰巖，呈不整合接觸，平均埋深為788 m，厚度約為310 m，工區內地層分布穩定，自上而下分為3 段：Upper UeR，Lower UeR 和Sham?mar。儲層巖性主要為白云巖、灰巖以及白云質灰巖，富含生物碎屑，主要有介形蟲、貨幣蟲、棘皮動物等淺海生物（圖4）。UeR 組埋藏淺、壓實作用弱，物性良好，測井解釋儲層平均孔隙度達25%以上，平均滲透率為50 mD 以上，為高孔中高滲透孔隙型碳酸鹽巖儲層。

2.2 烴源條件

阿曼盆地共有4 套烴源巖，其中在盆地北部發育2 套烴源巖，生成的原油充注于不同的油藏中。Huqf 群烴源巖生成的原油先通過斷層垂向運移、再長距離橫向運移充注進入白堊系Shuaiba組油藏，其烴源中心位于南阿曼鹽盆中心；白堊系Natih組烴源巖生成的原油充注于Natih組生物碎屑灰巖儲層中，形成自生自儲型油藏，其生烴中心位于法胡德鹽盆坳陷，排烴時期在白堊紀末期［19-21］。通過對比UeR組油藏原油地球化學特征，結合區域烴源巖分布，綜合判斷UeR 組油藏原油來自于白堊系Natih 組烴源巖（表1）：①UeR 組原油重度為27 API，與工區內白堊系Natih 組原油（27.8 API）基本一致，與工區內白堊系Shuaiba 組原油明顯不同（38.2 API）。②UeR組原油碳同位素值為-27.7‰，與Natih 組原油接近（-28.6‰），與Shuaiba 組原油（-34.0‰）明顯不同。③UeR 組原油植烷與姥鮫烷比值為0.98，與Naith 組原油一致。

圖4 阿曼盆地北部古近系UeR組巖屑薄片Fig.4 Thin slices of Paleogene UeR Formation debris in the north of Oman Basin

表1 阿曼盆地北部UeR組油藏原油與不同烴源原油地化指標對比Table1 Comparison between geochemical indexes of oil samples from UeR reservoir and different hydrocarbon sources in the north of Oman Basin

白堊系Natih 組烴源巖是阿曼盆地重要的烴源之一，巖性為黑色富含有機質灰巖，平均厚度達50 m，有機碳含量（TOC）最高達15%，平均可達5%，生烴潛力優異，為Ⅰ-Ⅱ型干酪根。工區內共有4口井在Natih—B 段取心，并開展了相關地球化學分析。結果表明：工區內Natih—B 段TOC值為0.2%～7.14%，平均值為2.45%；生烴潛量（S1+S2）為1.25～77.35 mg/g，平均值達23.8 mg/g，為優質烴源巖。最高熱解峰溫（Tmax）為415～431 ℃，平均值為424 ℃，處于未成熟階段（圖5）。

圖5 阿曼盆地北部Natih—B段烴源地球化學分析Fig.5 Geochemical analysis of hydrocarbon source of Natih-B bed in the north of Oman Basin

2.3 構造條件

工區內古近系UeR 組頂構造形態為一北低南高的單斜構造，沒有明顯的完整構造圈閉發育，最低構造線海拔為-780 m，最高為-600 m，構造傾角為0.73o，地形平緩（圖3）。UeR 組地層構造形態與阿曼盆地晚白堊紀以來的構造演化密切相關，特別是2 期阿爾卑斯構造運動，對盆地內中—新生界構造形態產生很大的影響［18］：①白堊紀末期阿曼盆地進入擠壓和前陸階段，發育第Ⅰ期阿爾卑斯構造運動，造成盆地北部白堊系向西抬升，在萊克威爾地區達到最高，并出露地表遭受剝蝕，地層西高東低，地層剝蝕線由東向西逐漸剝蝕（圖6）。②古近紀—新近紀，阿曼盆地處于淺海碳酸巖臺地—蒸發臺地環境，沉積發育穩定的Hudramaut 群碳酸鹽巖地層，包括UeR 和Simgiua 組灰巖、白云巖，后期沉積一套潟湖相Rus組膏巖層，整體構造形態平穩（圖6）。③新近紀末期，第Ⅱ期阿爾卑斯構造運動開始，受扎格羅斯構造運動的影響，阿拉伯板塊向北俯沖至歐亞大陸下方，盆地北部阿曼山隆起，造成地層由北向南逐漸抬升，在盆地北部越靠近阿曼山，構造變形越強烈，距離阿曼山較遠的區域，構造抬升較為平緩（圖6）。

圖6 阿曼盆地北部白堊紀后構造演化（據文獻［18］修改）Fig.6 Post-Cretaceous tectonic evolution in the north of Oman Basin（Modified by Reference［18］）

阿曼盆地是一個多期疊合盆地，構造運動強烈，各期次斷裂非常發育。這些斷裂發育在新生代之前，具有很強繼承性，溝通深部烴源，對中生界油氣成藏過程的油氣運移、特別是縱向運移起著重要作用［16-18］。阿曼盆地自白堊紀以來，進入擠壓和前陸盆地階段，2 期阿爾卑斯構造運動使得早期古生代、中生代產生的斷裂繼承性發展，白堊紀斷裂系統異常發育，顯示出以下幾方面特征（圖7）：①白堊紀斷裂系統異常發育。工區內白堊紀斷裂是古生代斷裂系統的繼承，受2 期阿爾卑斯構造運動的影響，均為正斷層，斷距為20～100 m，主要發育北北西和北北東2 組走向；斷裂縱向延伸大，多為深大斷裂，可貫通整個中生界，部分甚至深達古生界。②古近紀不同區域斷裂發育程度不盡相同。晚白堊世第Ⅰ期阿爾卑斯構造運動后，阿曼盆地北部地層向西抬升隆起，東部沉積了厚達數百米的Fiqa 組泥巖層，阻擋了斷層向上發育，而在西部泥巖沉積薄、甚至沒有沉積缺失，斷層可以向上發育溝通古近系。③部分斷裂顯示出“溶蝕塌陷”特征：一是地震剖面顯示這類斷裂具有一定寬度，斷裂內地震波形顯示明顯的同相軸下拉的雜亂狀地震反射特征；在平面地震相干屬性上，顯示明顯的橢圓形高密度特征。二是地震剖面顯示這類斷裂向上發育溝通整個古近系。分析認為晚白堊世第Ⅰ期阿爾卑斯構造運動后，白堊系抬升隆起，出露地表，受大氣淡水淋濾作用的影響，淡水沿斷裂侵蝕，可形成“溶蝕塌陷”帶。

3 油氣成藏模式與主控因素

阿曼盆地北部古近系UeR 組碳酸鹽巖地層埋藏淺、物性好，上覆Rus 組膏巖層作為其蓋層，具有優質的儲蓋組合。油氣來源于白堊系Natih 組烴源巖，生烴潛力大，烴源條件好，但工區內烴源現今并未成熟，原油是從東部法胡德鹽盆生烴洼陷中沿斷裂和不整合面運移而來，是“下生上儲”型油藏（圖8）。

圖7 阿曼盆地北部東西向地震剖面與相干分析（剖面線見圖3）Fig.7 West-east seismic section and coherence analysis in the north of Oman Basin（See Fig.3 for section line）

晚白堊世中期，受第Ⅰ期阿爾卑斯構造運動的影響，阿曼北部地層向西抬升，呈現西高東低的形態，并在萊克威爾地區達到最高點，白堊系上部地層由西向東逐漸遭受剝蝕。白堊紀末期，第Ⅰ期阿爾卑斯構造運動結束，工區東部沉積了逐漸增厚的Fiqa 組泥巖層。古近紀到新近紀早期，阿拉伯半島處于一個較為穩定的狀態，整個半島處于寬淺的淺海碳酸鹽巖臺地—蒸發臺地環境中，穩定發育了UeR 組碳酸鹽巖地層，上覆Rus 組石膏層。新近紀末期，由于第Ⅱ期阿爾卑斯構造運動的影響，阿拉伯板塊向北俯沖至歐亞大陸下方，使得阿曼北部阿曼山隆起，地層向南抬升。與此同時，工區東側法胡德鹽盆中白堊系Natih組烴源巖開始成熟排烴，受白堊紀斷層發育影響，原油先垂向運移至Natih組頂部；受上覆Fiqa 組泥巖的阻擋，原油沿不整合面向西向構造高部位運移。當原油運移至Fiqa 組泥巖層沉積較薄或剝蝕殆盡區域附近，斷裂系統溝通白堊系和古近系，原油開始垂向運移，進入古近系UeR組中，并在局部隆起的圈閉中聚集成藏。

圖8 阿曼盆地北部古近系UeR組油氣成藏模式（剖面線見圖3）Fig.8 Hydrocarbon accumulation pattern of Paleogene UeR reservoir in the north of Oman Basin（See Fig.3 for section line）

阿曼盆地北部UeR 組油藏構造形態簡單，但其成藏過程與下部的白堊系不整合面、斷裂系統等發育密不可分：①白堊系與古近系不整合面是原油橫向運移的重要通道。工區東部法胡德鹽盆Natih 組烴源排烴后，原油沿斷裂垂向運移至上部Natih 組中，受到上覆Fiqa 組泥巖遮擋作為蓋層，若Natih 組發育有效圈閉則可聚集成藏；若無有效圈閉則繼續沿不整合面向西向高部位運移。當原油運移至白堊系頂部泥巖層剝蝕殆盡區域，即工區中部，如果存在斷裂系統，則原油繼續向上運移。②“斷裂系統”是白堊系原油垂向運移至古近系的關鍵通道。阿曼盆地是一個多期疊合盆地，經歷多期構造運動，特別是白堊紀晚期到新近紀的2 期阿爾卑斯構造運動使得工區內斷裂系統異常發育，這些斷裂系統是原油垂向運移的通道。研究表明：古近系UeR組斷裂系統并不是簡單的斷層，是先期斷裂，后期溶蝕，再塌陷形成的斷裂溶蝕塌陷帶，地震剖面顯示為一定寬度的破碎帶，在相干平面上表現為圓環狀相干異常體（圖7）。強烈的擠壓和扭轉構造運動形成斷層后，白堊系頂面暴露溶蝕，地表淡水沿斷裂不斷溶蝕，而造成一定范圍巖層破碎，越靠近斷裂溶蝕塌陷的區域，原油越容易向上運移。③局部構造圈閉發育控制了油藏規模。內古近系UeR 組分布穩定，為北低南高的單斜構造，沒有完整的構造圈閉發育；儲層埋藏淺、壓實作用弱，物性良好，因此巖性圈閉不發育。阿曼盆地晚期構造運動強烈，局部范圍內存在一定的構造隆起，如果這些局部構造隆起與不整合面、斷裂系統空間匹配較好，原油可運移聚集成藏。

4 結論

阿曼盆地北部古近系UeR 組碳酸鹽巖地層分布穩定，儲層巖性以白云巖、灰巖和灰質白云巖為主，粒間孔發育，儲層物性好，為高孔中高滲孔隙型儲層；構造為北低南高的單斜，無明顯構造圈閉發育。阿曼盆地北部古近系UeR 組油藏原油來自于東部法胡德鹽盆中白堊系Natih組烴源巖，古近系末期開始排烴，原油首先沿斷裂系統垂向運移，再沿不整合面向西橫向運移；受白堊系頂部Fiqa 組泥巖層阻擋影響，在剝蝕面附近，原油沿斷裂溶蝕塌陷帶垂向運移至UeR 組聚集成藏。阿曼盆地北部古近系UeR 組油藏儲層物性好，上部Rus 組膏巖層是有效蓋層；不整合面、斷裂溶蝕塌陷區域與局部微幅構造是油氣成藏的主控因素，具有斷裂溝通、沿不整合面運移、局部微幅構造控藏的特點。