梁 爽，王燕琨，金樹堂，王 震，鄭俊章

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中油阿克糾賓油氣股份公司，哈薩克斯坦 阿克糾賓 030000)

濱里海盆地構(gòu)造演化對油氣的控制作用

梁 爽1，王燕琨1，金樹堂2，王 震1，鄭俊章1

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中油阿克糾賓油氣股份公司，哈薩克斯坦 阿克糾賓 030000)

濱里海盆地位于東歐地臺的東南邊緣，是中亞最富的含油氣盆地之一。結(jié)合其所處中亞地區(qū)的演化，將濱里海盆地的構(gòu)造演化劃分為裂谷、被動大陸邊緣、碰撞、坳陷4個演化階段。在此基礎上分別探討了濱里海盆地構(gòu)造演化與烴源巖、儲蓋層、圈閉及其油氣運聚之間的關系，認為構(gòu)造演化對油氣藏的形成起到了重要的控制作用。受構(gòu)造作用影響，2套主力烴源巖發(fā)育的位置受當時盆地古構(gòu)造形態(tài)的控制，主要沿盆地邊緣、生物礁隆起附近分布，而碳酸鹽巖臺地上發(fā)育的優(yōu)質(zhì)儲層是濱里海盆地最主要的儲層。同時，構(gòu)造作用也控制了鹽下背斜、生物礁和鹽上鹽構(gòu)造相關圈閉的發(fā)育，斷層、不整合面為油氣聚集提供了主要的運移通道。

控制作用；油氣藏；構(gòu)造演化；濱里海盆地

濱里海盆地及其毗鄰的中亞地區(qū)是世界上油氣最為富集的地區(qū)之一。濱里海盆地主要位于哈薩克斯坦的西部(約占盆地總面積的85%)，另有15% 的面積屬于俄羅斯聯(lián)邦的南部。盆地呈東西方向延伸，長1 000 km，最寬處達650 km，輪廓近似橢圓形，面積為50×104km2，沉積物最大厚度達22 km[1]。由于其鄰近我國西北地區(qū)，優(yōu)越的地理條件使得中亞地區(qū)已經(jīng)成為海外重要的戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域之一。濱里海盆地鹽下油氣資源十分豐富, 盆地內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)的85%的油氣探明儲量均分布在鹽下層系內(nèi)[2]。鹽下成藏組合的儲集層主要為石炭系，受沉積相帶控制，最好的儲集層是大型生物礁，其次為灘相生物灰?guī)r，因此有利相帶沿盆地邊緣分布，大油氣田的分布與此相對應[3]。油氣的形成和分布明顯受濱里海盆地構(gòu)造演化的控制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

濱里海盆地在大地構(gòu)造位置上屬于東歐地臺的東南邊緣，盆地在西部及北部以二疊系碳酸鹽巖突起為界，與俄羅斯地臺相鄰。東部、東南邊界分別為烏拉爾褶皺帶的南端和南恩巴褶皺帶，烏拉爾褶皺帶以東為哈薩克斯坦板塊，西南部邊界為卡爾平脊褶皺帶(圖1)。根據(jù)盆地結(jié)構(gòu)特征，可將其劃分為4個構(gòu)造單元：南部次盆、東部次盆、北部—西北部次盆及中央坳陷(圖1) 。

圖1 濱里海盆地構(gòu)造單元劃分據(jù)參考文獻[2]改繪。

濱里海盆地是世界上沉降最深和沉積厚度最大的含油氣盆地之一，古生界以海相沉積為主，中生界以海陸過渡相沉積為主，新生界則以陸相沉積為主[4-5]。其中，下二疊統(tǒng)孔谷階發(fā)育巨厚的鹽膏層，厚度約1～6 km。

關于濱里海盆地的構(gòu)造及其演化說法不一。很多研究者認為，濱里海盆地是裂谷盆地，晚文德紀或里菲代形成的內(nèi)陸裂谷，還有一些研究者，把濱里?？醋魇抢锓拼蚶锓啤绻派笱筮吘壍臍埩襞璧兀灿腥苏J為其是早古生代的弧后盆地[6]。更多的學者支持濱里海盆地起始于早古生代裂谷盆地的觀點，但由于盆地沉降較深，尚未有來自深部的資料證明。

2 構(gòu)造演化特征

在前人研究成果的基礎上，將該盆地的構(gòu)造演化分為裂谷階段、被動大陸邊緣階段、碰撞階段、坳陷階段(圖2)。

圖2 濱里海盆地構(gòu)造演化

2.1裂谷階段

從里菲代—早古生代，由于斷裂作用，使得東歐克拉通分裂成許多微板塊，形成了裂谷型盆地。在濱里海盆地的北部和中部部分地區(qū)，裂谷作用引起了相當強烈的火山作用，使深部的裂谷凹槽中充填了火山巖系[7]，形成了巨厚的文德群—里菲群地層。在濱里海盆地的西緣和北緣，形成了奧陶系—志留系建造，其地層厚度較大，以復理石建造為特征，并含植物碎屑，反映出這套地層具有濱岸帶和淺水區(qū)的沉積特征。

2.2被動大陸邊緣發(fā)育階段

晚泥盆世—早石炭世，整個盆地屬于東歐克拉通的被動大陸邊緣，盆地內(nèi)形成了被動大陸邊緣型沉積物[4]。由于盆地周邊的裂谷先后出現(xiàn)，故被動大陸邊緣出現(xiàn)的時間也有差異。此階段在盆地南部有2個被動大陸邊緣，分別是：東歐大陸的邊緣、烏斯特丘爾特微板塊的邊緣[8]。

在濱里海盆地的邊緣沉積了厚層的碳酸鹽巖，局部發(fā)育鏈狀、障壁型、環(huán)狀(與現(xiàn)代的環(huán)礁系統(tǒng)相似)的生物礁沉積，在盆地中部則為厚度不大的陸源沉積。沉積巖厚度和組分研究均表明，濱里海中部這一時期存在深水盆地。沿著該深水盆地的大陸坡的邊緣，形成大陸坡碳酸鹽巖沉積，整個上泥盆統(tǒng)陸棚碳酸鹽巖的分布范圍很廣，東南部發(fā)育多個碳酸鹽巖臺地。沿大陸坡向下，生物碳酸鹽巖沉積被泥質(zhì)巖的沉積所取代，盆地中部的深水區(qū)沉積厚度很薄。

2.3碰撞階段

晚石炭世晚期—早二疊世，周邊板塊發(fā)生碰撞，周緣褶皺造山帶形成，盆地為封閉環(huán)境，形成了巨厚鹽膏層[8]。哈薩克斯坦板塊與東歐地臺發(fā)生碰撞，并逆沖到其東緣，古烏拉爾洋關閉；烏斯丘爾特板塊與東歐地臺發(fā)生碰撞，形成南恩巴逆掩褶皺帶；曼格什套板塊與歐亞大陸南緣發(fā)生碰撞，形成卡爾平脊逆掩褶皺帶。期間，陸塊和微陸塊的聚斂并不完全，碰撞陸塊間的洋殼保留了下來，形成了現(xiàn)今濱里海盆地的基底。

從沉積上看，烏拉爾地區(qū)風化剝蝕嚴重，構(gòu)成了豐富的碎屑巖物源區(qū)，該物源區(qū)給濱里海盆地提供了大量的陸源碎屑物質(zhì)。因此，前期的大陸坡及深水盆地中充填了來自烏拉爾的沉積物，形成了向深水盆地方向上平緩的斜坡帶。烏拉爾地區(qū)的碎屑物質(zhì)的輸入，使得濱里海盆地東部與西部相比更為平緩和寬闊，碳酸鹽巖沉積逐漸被陸源碎屑沉積所取代,在盆地中形成了巨厚的巖下層系[7]。這個時期的沉積特點是盆地隆升與沉降交替非常頻繁，從而導致了沉積過程中出現(xiàn)多次沉積間斷，在部分地區(qū)出現(xiàn)嚴重的剝蝕。

2.4坳陷階段

早二疊世晚期，特別是早空谷期發(fā)生了快速沉降，可能與孤立的大洋巖石圈的冷卻發(fā)生相關的相態(tài)變化有關，以至于盆地內(nèi)形成由邊緣至中心逐漸加厚的晚二疊世—三疊紀的碎屑巖沉積。三疊紀后期—早侏羅世，盆地發(fā)生短暫的整體抬升，廣泛接受剝蝕。中侏羅世整個盆地開始趨于穩(wěn)定，并發(fā)生緩慢、持續(xù)的沉降，接受侏羅系及以后地層的沉積。在區(qū)域構(gòu)造擠壓以及上覆沉積載體重力作用下，鹽巖發(fā)生強烈變形，造成鹽巖底辟或鹽巖的刺穿，由此形成一系列鹽相關構(gòu)造，原始沉積被強烈改造。新生代的構(gòu)造運動進一步加強了盆地的改造作用，形成盆地現(xiàn)今存在的大地構(gòu)造格局。

3 構(gòu)造演化對油氣的控制作用

3.1對烴源巖形成的控制

濱里海盆地鹽下具有良好的生油氣條件。中、晚泥盆世、早—中石炭世和早二疊世發(fā)育的濱岸—海相頁巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖有機質(zhì)含量高，生烴潛力較大[2,4,9-12]，是濱里海盆地的主力烴源巖，其中石炭系烴源巖最為重要[13]。上泥盆統(tǒng)法門階—下石炭統(tǒng)杜內(nèi)階烴源巖富含有機質(zhì)(Ⅰ或Ⅱ—Ⅲ型干酪根)，有機碳含量0.4%～13.8%，平均為4.4%，這套生油層平均厚400 m，主要為海相腐殖腐泥或藻類。該生油巖由于缺氧環(huán)境不同而分布不均勻，多數(shù)分布在生物礁隆起附近，和礁體分布具一致性，即潟湖形成和礁體有關，而礁體外圍半深海至深海區(qū)域生物發(fā)育。下石炭統(tǒng)維憲階—中石炭統(tǒng)巴什基爾階烴源巖含Ⅰ型或Ⅱ型、Ⅲ型干酪根，主要為腐殖泥，有機碳含量為1%～8.4%，平均為4%，平均厚度為400 m，這套烴源巖在盆地中心和邊緣沿碳酸鹽巖臺地與巖體外圍分布。從這2套主力烴源巖的分布位置上看，主要受當時盆地古構(gòu)造形態(tài)控制。

3.2對儲層形成的控制作用

濱里海盆地鹽下上泥盆統(tǒng)—下二疊統(tǒng)發(fā)育淺海陸棚相碳酸鹽巖、生物礁，這些儲層不僅厚度大，而且分布廣，儲集性能良好[4,14]。盆地最主要的儲層為中—下石炭統(tǒng)碳酸鹽巖儲層，該套儲層儲集性能好，其孔隙度平均為10%，滲透率為( 1～173)×10-3μm2[2,15]。晚古生代濱里海盆地周緣廣大地區(qū)普遍發(fā)育各類碳酸鹽巖，在構(gòu)造作用控制下，許多古隆起上形成了碳酸鹽巖臺地，主要包括盆地南部的卡沙甘—田吉茲、東南部的南恩巴、東部的扎納諾爾和特梅爾等多個碳酸鹽巖臺地[16-18]，其上發(fā)育大量的生物礁是油氣聚集的重要儲集體。

濱里海盆地碳酸鹽巖臺地發(fā)育于東歐地臺東南邊緣和古烏拉爾洋、古特提斯洋結(jié)合區(qū)。田吉茲—卡沙甘碳酸鹽巖臺地與古烏拉爾洋的開啟相聯(lián)系，這決定了其更廣、更厚的碳酸鹽巖沉積。與其相反，南恩巴碳酸鹽巖臺地的形成發(fā)生在古烏拉爾洋的關閉期，與擠壓環(huán)境下區(qū)域性抬升水體變淺相聯(lián)系，這決定了它們構(gòu)造形態(tài)的差異[19]。東部邊緣范圍內(nèi)形成的碳酸鹽巖臺地(特梅爾、扎納諾爾)，區(qū)域性的特點是具有復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這是東歐地臺與哈薩克斯坦板塊碰撞導致的[20]。

構(gòu)造運動控制了碳酸鹽巖臺地的位置和形態(tài)。受烏拉爾幕式造山運動的影響，在盆地東緣形成了多套碳酸鹽巖，且隨著造山的逐漸強烈，由早期的相對寬緩古隆起臺地，演變?yōu)檩^窄的且縱向范圍變小的臺地，到石炭紀末期僅局限分布(圖3)。受北烏斯丘爾特板塊碰撞的影響，位于東南緣的南恩巴臺地碳酸鹽巖的分布范圍也具較窄的特征；而田吉茲—卡沙甘地區(qū)處于古特提斯洋與濱里海深坳陷之間，發(fā)育長期穩(wěn)定、連續(xù)沉積的生物礁臺。構(gòu)造運動控制了臺地上不同沉積相帶的分布，如構(gòu)造高部位的礁灘相、相對構(gòu)造低部位的斜坡相。構(gòu)造沉降控制著碎屑物源區(qū)和沉積區(qū)以及物源供給量和供給方向，這些物源的輸入也會影響碳酸鹽巖臺地的發(fā)育，使其形成不同的地層結(jié)構(gòu)。

圖3 濱里海盆地東緣碳酸鹽巖臺地與烏拉爾造山運動的關系

3.3對蓋層的控制作用

全盆地分布的下二疊統(tǒng)空谷階厚層鹽巖為濱里海盆地鹽下油氣提供了十分優(yōu)越的區(qū)域性蓋層條件。晚石炭世—早二疊世，哈薩克斯坦板塊與東歐板塊發(fā)生碰撞，烏拉爾洋關閉，形成了烏拉爾造山帶，并伴隨著盆地南部與東南部其他海西期山帶的形成[21]，整個濱里海盆地由于構(gòu)造抬升，逐漸從開闊海演化為封閉海的環(huán)境[10]，氣候變得干旱，海水變淺，至空谷期已相變?yōu)槌鄙险舭l(fā)巖，以鹽巖、硬石膏和白云巖等巖石類型為主[5,22]。油氣勘探的實踐表明，下二疊統(tǒng)空谷階鹽巖層在盆地南部、東部和北部的邊緣帶內(nèi)都是良好的油氣蓋層，一般厚度較大，變化范圍為1～6 km，具有較好的封蓋油氣的能力[4]。在各區(qū)域厚度并不均勻，在局部地區(qū)由于受較強的構(gòu)造運動影響，部分空谷階鹽巖發(fā)生變形并形成斷裂，必然會使油氣再次運移并重新分布，鹽下層系的油氣甚至沿斷裂進入鹽上的地層中。如在盆地的東部已證明了存在這種現(xiàn)象[23]。

3.4對圈閉形成的控制作用

根據(jù)濱里海盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣田和含油氣構(gòu)造分析，鹽下層系中油氣成藏主要受構(gòu)造控制，鹽下碳酸鹽巖在盆地周緣廣泛發(fā)育，多為碳酸鹽臺地相沉積，圈閉類型主要為生物礁建造和背斜構(gòu)造[24](圖4)。田吉茲、卡沙甘、阿斯特拉罕、扎納諾爾和肯基亞克等大型油氣田的圈閉以生物礁或背斜為主。盆地生物礁存在障壁礁體系和邊緣礁體系，背斜構(gòu)造分布于古隆起之上，其面積和幅度一般都比鹽上層系的圈閉要大得多，局部地方被后期的斷裂和鹽構(gòu)造復雜化，使原來的構(gòu)造失去完整性[7,11,25]。

通過對濱里海盆地已發(fā)現(xiàn)的鹽上油氣藏統(tǒng)計，圈閉條件良好，鹽上圈閉多與斷裂有關，主要發(fā)育與鹽隆作用有關的背斜型、斷背斜圈閉，與鹽體—構(gòu)造作用有關的不整合面遮擋和斷層遮擋、鹽體刺穿遮擋和地層尖滅型圈閉、砂巖透鏡體型等圈閉均有分布[4](圖4)，這些圈閉是盆地內(nèi)部分異凹陷、古鹽丘上隆發(fā)生鹽底辟作用所形成的。其中，鹽間層系上二疊統(tǒng)—三疊系多為鹽體刺穿遮擋型、不整合面遮擋以及地層尖滅型圈閉；鹽上層系侏羅系、白堊系和古近系則以背斜、斷層、背斜與斷層組合型、不整合面遮擋型圈閉為主?？碧綄嵺`表明，鹽檐部位的背斜、斷背斜型油氣藏埋藏深度適中，是鹽上主要的圈閉類型[26-27]。

圖4 濱里海盆地油氣成藏模式

3.5對油氣運聚的控制作用

由于濱里海盆地沉積和構(gòu)造過程的差異性，其油氣運移過程也相當復雜。根據(jù)盆地周緣區(qū)域性隆起的時間以及后來的構(gòu)造發(fā)展史，結(jié)合二疊系空谷階含鹽構(gòu)造的成因，我們可以推測在鹽下層系主要存在2個主要的油氣聚集階段：

第1期二疊系沉積之前，泥盆系—石炭系生油巖在這個階段成熟，這期原油屬中等成熟度，在靠近強烈坳陷區(qū)(可能的生油氣區(qū))發(fā)生第一次液態(tài)、氣態(tài)烴類的運移至近隆起地段聚集成藏[23]?？展入A沉積之前，由于盆地抬升運動在地表條件的影響下，絕大多數(shù)油氣藏遭到破壞，部分原油被氧化為瀝青，產(chǎn)層內(nèi)發(fā)生了烴類的重新分布。

第2期包括空谷期以后的整個中生代漫長時期，濱里海盆地在中生代和第三紀發(fā)生的多次構(gòu)造運動，對油氣運移以及油氣在圈閉中聚集成藏的控制作用明顯。在晚二疊世構(gòu)造運動強烈，該區(qū)整體抬升，由西向東依次變強，此時鹽下圈閉定型, 鹽巖蓋層已經(jīng)形成，而此時也正是石炭系烴源巖的大量排烴期, 因此晚二疊世是一個成藏高峰期；另一個成藏高峰期發(fā)生在白堊系沉積之后，鹽上層系沉積厚度不斷增加，鹽下生油巖在地層溫度、壓力的不斷升高狀態(tài)下進一步排烴，后期形成的油氣進入早期形成的油氣藏中，這期油氣藏由于盆地的不斷下降和鹽巖的覆蓋作用而得到較好的保存，因此油氣資源豐富，儲量較大。

鹽上層系經(jīng)歷了3次重要的油氣成藏期。鹽上油氣運移的通道主要是不整合面和斷層，運移既有水平方向，同時也存在垂向運移和側(cè)向運移[28]。第1次油氣成藏期為鹽巖之后的二疊系—三疊系沉積時期，該時期鹽體區(qū)域性的不均衡穿刺上隆，為有效鹽窗形成的初始階段，鹽下油氣開始沿鹽邊或鹽間滲透性砂巖輸導層向鹽上層系運移聚集成藏；第2次油氣成藏期為中三疊世末期，在區(qū)域擠壓構(gòu)造環(huán)境下，鹽體活動進一步加強，有效鹽窗的規(guī)模隨之進一步擴大，該時期為鹽下油氣大規(guī)模向鹽上層系運移的主要時期；第3次油氣成藏期為白堊紀—新近紀，為盆地區(qū)域性抬升期，也是鹽上油氣藏進一步調(diào)整和油氣再分配的時期[26]。

4 結(jié)論

1)濱里海盆地起源于古生代的裂谷盆地，結(jié)合濱里海盆地所處中亞地區(qū)的演化,將濱里海盆地的構(gòu)造演化劃分為裂谷階段、被動大陸邊緣階段、碰撞階段、坳陷階段4個階段。

2) 濱里海盆地構(gòu)造演化對烴源巖的分布和演化、儲、蓋層及圈閉的發(fā)育和油氣的運移和聚集有著重要的控制作用。古構(gòu)造形態(tài)控制了烴源巖的分布，生油巖多分布在盆地邊緣沿碳酸鹽巖臺地與巖體外圍、生物礁隆起附近、礁體外圍半深海至深海區(qū)域。東部、南部邊緣板塊的碰撞以及盆地隆升形成的一系列隆起，其上沉積的碳酸鹽巖臺地為盆地油氣的聚集提供了良好的儲層。多期的構(gòu)造運動還使不同層系的主要圈閉類型差異明顯，鹽下主要為構(gòu)造成因的背斜圈閉、生物礁，鹽上主要為鹽構(gòu)造相關圈閉。斷層和不整合面是濱里海盆地油氣運移的主要通道，控制其油氣運移和聚集。

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(編輯徐文明)

ControllingoftectonicevolutiononhydrocarbonoccurrenceinPreCaspianBasin

Liang Shuang1, Wang Yankun1, Jin Shutang2, Wang Zhen1, Zheng Junzhang1

(1.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China; 2.AktyubinOil/GasLtd,CNPC,Aktyubin030000,Kazakstan)

The PreCaspian Basin, which is one of the richest oil and gas basins in central Asia, is located in the southeast of the East European platform. According to the development of central Asia areas, the tectonic evolution of the PreCaspian Basin has been divided into four stages including the rift, passive continental margin, convergence and depression. Based on the study of tectonic evolution, it is discussed in this paper the relationships between the evolution and the source rocks, reservoirs-seals, traps, hydrocarbon migration and accumulation. Tectonic evolution has played an important role in reservoir forming. Under the effection of tectonism, attributed to the paleotectonic form for this basin, the two sets of main source rocks developed along the edge of the basin and nearby the bioherm uplift, while the main high-quality reservoirs in the Caspian Basin distributed on the carbonate platform. Meanwhile, the subsalt anticlines, bioherm traps and the development of salt tectonic traps are controlled by tectonism. Besides, fault and unconformity offered the main migration pathways for oil and gas.

controlling effect; petroleum accumulation; tectonic evolution; PreCaspian Basin

1001-6112(2013)02-0174-05

10.11781/sysydz20130211

TE121.1

A

2012-08-06；

2013-01-25。

梁爽(1984—)，男，博士生，從事海外石油地質(zhì)勘探評價工作。E-mail：liang50802314@sina.com。

國家科技重大專項(2011ZX05029-002)資助。