阿斯特拉罕穹隆油氣地質(zhì)特征及勘探潛力分析

朱毅秀，楊程宇，單俊峰，張軍燕

(1.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249;2.中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

阿斯特拉罕穹隆 (隆起)位于濱里海盆地西南部，是一個(gè)北西—南東向的長(zhǎng)垣構(gòu)造。地理上位于伏爾加河下游和伏爾加河入里海的三角洲平原上，哈斯克斯坦和俄羅斯邊界處，該穹隆西北部位于俄羅斯、東南部位于哈斯克斯坦，主體在俄羅斯。在其鹽下層序中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了阿斯特拉罕凝析氣田 (俄)、依馬謝夫氣田 (哈)等大型油氣田，外圍還有一些未勘探的中小型鹽下凸起構(gòu)造。這些凸起構(gòu)造和已發(fā)現(xiàn)的大型油氣田都有類似或近于相同的地質(zhì)演化史和相近的成藏條件，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)油氣田和外圍目前未發(fā)現(xiàn)區(qū)塊在基礎(chǔ)地質(zhì)條件與含油氣性方面十分相似，長(zhǎng)垣南部的一些構(gòu)造圈閉和西北部的大型油氣田可能存在統(tǒng)一的氣 (油)水界面，因而位于哈斯克斯坦部分外圍區(qū)域具有很大的勘探潛力。研究穹隆區(qū)域油氣地質(zhì)特征、解剖阿斯特拉罕巨型凝析氣田和依馬謝夫凝析氣田，分析外圍地質(zhì)特征，對(duì)評(píng)價(jià)穹隆南部及外圍區(qū)塊的勘探潛力及指導(dǎo)中國(guó)企業(yè)在此區(qū)域從事油氣勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)、進(jìn)行國(guó)際合作具有重要的理論價(jià)值和指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域及基礎(chǔ)地質(zhì)特征

濱里海盆地是世界上油氣資源儲(chǔ)量巨大的含油氣沉積盆地之一，也是近年來(lái)許多外國(guó)石油公司關(guān)注較多和認(rèn)為最有勘探潛力的大型含油氣盆地之一。盆地面積約為50×104km2，沉積物厚度最厚超過(guò)20 km[1-2]。盆地北接?xùn)|歐地臺(tái)，北部和西部邊界為俄羅斯地臺(tái)南部的一些隆起構(gòu)造單元，而東、東南部與海西褶皺帶相鄰[3-5]，南北分別以伏爾加—烏拉爾臺(tái)背斜和里海海濱為界;盆內(nèi)可分為阿斯特拉罕—阿克糾賓斯克隆起帶等4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，每個(gè)單元又包括若干個(gè)隆起(穹隆)和坳陷[3-6]。阿斯特拉罕穹隆位于阿斯特拉罕—阿克糾賓斯克隆起帶西南端，是一個(gè)平緩的、兩翼倒轉(zhuǎn)的長(zhǎng)垣[5，7]，穹隆基底埋深為 9 ～12 km，長(zhǎng)寬分別為200、180 km，幅度可達(dá)3 km。

阿斯特拉罕穹隆為構(gòu)造-沉積成因，在志留紀(jì)就具備其雛型，上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)巨厚碳酸鹽巖(厚達(dá)2 km)覆蓋在前中弗拉斯期隆起上，隆起對(duì)其古生代地層分布和沉積面貌有重要控制作用。從早古生代一直到早石炭世，阿斯特拉罕—阿克糾賓斯克島弧(活化島弧)將東歐地臺(tái)東南部分的被動(dòng)邊緣和廣闊的特提斯海分開(kāi)，島弧邊緣部分發(fā)育陸棚相碳酸鹽巖生物建造[8-10]，島弧發(fā)育上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)巴什基爾階淺水層狀碳酸鹽臺(tái)地沉積建造，穹隆邊緣為構(gòu)造-沉積成因斷開(kāi)的陡坡，而多期斷層復(fù)雜化使穹隆東南部軸向上表現(xiàn)為多個(gè)局部凸起。

盆地內(nèi)充填了巨厚的古生代、中生代和新生代沉積物，在剖面上可分為鹽下、含鹽和鹽上3套地層層系組合，主要目的層為鹽下層序，其為下古生界—下二疊統(tǒng)巨厚的海相沉積層序，發(fā)育碳酸鹽巖、泥巖與碎屑巖組合(圖1)，其埋深大、生物灰?guī)r發(fā)育。古生代穩(wěn)定的淺水碳酸鹽巖臺(tái)地持續(xù)沉積，形成了富含有機(jī)質(zhì)的沉積層序，上泥盆統(tǒng)與下石炭統(tǒng)碳酸鹽巖層序在廣闊的穹窿及外圍廣泛分布，穹隆與坡外同層序埋深相差500～1 000 m，多為斷裂相隔，同時(shí)存在區(qū)域性的前下二疊統(tǒng)沉積間斷。伊瑪謝夫及以南區(qū)塊與已發(fā)現(xiàn)的阿斯特拉罕氣田區(qū)塊古生代沉積層序相似。鹽上地層由淺海陸棚相、濱岸相和過(guò)渡相三角洲的鈣質(zhì)石英砂巖與長(zhǎng)石砂巖及泥頁(yè)巖層序組成。

圖1 阿斯特拉罕穹隆剖面構(gòu)造

盆地富含油氣，是哈薩克斯坦主要產(chǎn)油氣區(qū)，也是俄羅斯的重要產(chǎn)油氣區(qū)之一，目前在已探明的186個(gè)油氣田中哈薩克斯坦油氣田約占160個(gè)。盆地勘探始于19世紀(jì)末期，近些年發(fā)現(xiàn)了卡努甘等巨型油氣田，2010年盆地產(chǎn)量超過(guò)6 000×104t，2012年盆地達(dá)高峰產(chǎn)量6 816×104t，此規(guī)模將穩(wěn)產(chǎn)7～10 a。

2 阿斯特拉罕穹隆油氣地質(zhì)特征

阿斯特拉罕穹隆位于發(fā)現(xiàn)多個(gè)巨型油氣田的阿斯特拉罕—阿克糾賓斯克隆起帶的西南坡，其鹽下地層自東向西依次發(fā)育了阿斯特拉罕凝析氣田、依馬謝夫氣田和潛在的南依瑪謝夫有利含油氣構(gòu)造等，總的沉積、構(gòu)造及油氣地質(zhì)條件大致相似。

2.1 烴源巖特征

研究區(qū)鹽下層序中上泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、殘余狀中石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)灰?guī)r、泥灰?guī)r及黑色泥頁(yè)巖層序廣泛發(fā)育(圖1)，具備較好的生油條件。大部分觀點(diǎn)認(rèn)為，鹽上油藏的形成是鹽下層序烴類向上縱向運(yùn)移并聚集的結(jié)果[11]。有人認(rèn)為阿斯特拉罕構(gòu)造中的大量天然氣最有可能來(lái)源于中央洼陷的古生代烴源巖，這些烴源巖處在油氣共生或者生氣階段[12-13]。

盆地鹽下層序存在4套泥灰?guī)r、泥頁(yè)巖烴源巖組合 (表1)，阿斯特拉罕穹隆外圍南北斜坡也存在該4套組合，主要為D3—C1和C1—C22套組合，其埋深比隆起上對(duì)應(yīng)相同層位深 500～1 000 m。阿斯特拉罕凝析氣田及以西地區(qū)烴源巖演化程度較高，可形成H2S和CO2含量很高的氣藏及凝析氣藏，鄰近區(qū)域的卡努甘—田吉茲隆起及其以東地區(qū)生油巖演化適中，處于生油氣階段，且以油為主，由此形成了目前的氣藏和油藏分布格局。

表1 濱里海盆地鹽下層系烴源巖特征

2.2 阿斯特拉罕穹隆儲(chǔ)蓋層特征

在阿斯特拉罕穹隆目前發(fā)現(xiàn)的凝析油(氣)主要聚集在巴什基爾階的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，少量在鹽上層序侏羅系和白堊系及新生代鈣質(zhì)石英砂巖和長(zhǎng)石砂巖儲(chǔ)層中。穹隆主力儲(chǔ)層位于法門—巴什基爾階碳酸鹽巖臺(tái)地和穹隆頂部，為古生代碳酸鹽巖臺(tái)地型儲(chǔ)層。

巴什基爾階由層狀的生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、片狀、塊狀灰?guī)r和夾泥巖薄層的泥灰?guī)r構(gòu)成，泥巖薄層厚度為0.12～1.00 m，由下至上可分為克拉斯諾波梁層、杜克爾麥特層和普里卡姆層，前2個(gè)小層為早成生物礁建造破壞的產(chǎn)物，多為高能環(huán)境下形成的生物顆?；?guī)r;普里卡姆層由高低能交替形成的頁(yè)片狀灰?guī)r、塊狀灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r組成。巴什基爾階儲(chǔ)層主要為生物顆?；?guī)r，顆粒為鈣質(zhì)藻類、有孔蟲(chóng)以及部分淺水高能環(huán)境的鮞粒與生物碎屑，粒間為方解石膠結(jié)物和瀝青;組分為高灰質(zhì)、低陸源雜質(zhì)、低泥質(zhì)，泥質(zhì)以蒙脫石為主;粒間瀝青含量較高，呈黃色(或褐色)，以非均質(zhì)狀態(tài)分布于孔隙及裂縫中。藻灰?guī)r主要分布在依馬謝夫區(qū)域及外圍。儲(chǔ)層厚度變化很大，為18～300 m。

依馬謝夫區(qū)域巴什基爾階碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要是原生粒間孔和溶蝕作用形成的鑄模孔。儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙度較低，為6% ～15%，平均為9%;滲透率也很低，約為1×10-3～8×10-3μm2，平均為2×10-3μm2。斷層活動(dòng)產(chǎn)生近100 m厚的裂縫帶，平均裂縫寬度為11～17 μm，裂縫密度為4～80條/m。裂縫分為4～10 cm的正交張開(kāi)縫、1～2 cm的垂直或者水平縫、被方解石部分充填的裂縫及溶蝕縫、方解石和瀝青縫合線中的擴(kuò)溶縫4種形式。主力產(chǎn)層的有效厚度變化很大，為10～151 m，總體上有效厚度向外減小。盡管成巖作用和破裂作用使儲(chǔ)層的非均質(zhì)性增強(qiáng)，但是儲(chǔ)層良好的成層性使其相對(duì)于垂向有更高的側(cè)向連通性。整體顯示儲(chǔ)層的規(guī)模大，連通性好。

阿斯特拉罕凝析油(氣)田巴什基爾階的儲(chǔ)層平均有效厚度以10%的孔隙度為上限有36 m，6%上限時(shí)可達(dá)到77 m;儲(chǔ)層有效厚度從隆起中心向邊緣逐漸減薄，厚度為10～176 m。儲(chǔ)層主要為原生孔，通過(guò)溶解、淋濾及重結(jié)晶作用形成的次生孔隙占總儲(chǔ)集空間的30% ～50%;廣泛發(fā)育縫合線、垂直及斜交構(gòu)造裂縫，裂縫延伸度為10～15 cm，開(kāi)度達(dá)0.11～1.00 mm，層內(nèi)裂隙開(kāi)度不超過(guò)5～10 μm，裂隙密度可達(dá)250條/m，裂縫孔隙度較低，不超過(guò)0.15%。部分裂縫被方解石、瀝青、含泥瀝青質(zhì)充填，為無(wú)效縫。儲(chǔ)層主要為孔隙型，孔隙—裂縫型及裂縫—孔隙型為次要儲(chǔ)層。灰?guī)r有效孔隙度平均為8% ～11%，滲透率為0.4×10-3～1.0×10-3μm2，相對(duì)較低。由氣藏頂部向氣藏邊緣及外圍、由上至下，孔隙型儲(chǔ)層厚度減小，變化為混合型儲(chǔ)集層。

阿斯特拉罕凝析氣田儲(chǔ)層的原始形成條件和后生變化決定其儲(chǔ)集性能在橫向和縱向上具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性[14]。儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層狀儲(chǔ)集巖與致密灰?guī)r及泥巖夾層等非儲(chǔ)集巖呈互層狀，單層厚度為30～35 m，少量達(dá)50 m，夾層厚度為0.12～1.00 m。儲(chǔ)層橫向連通性好，延伸距離超過(guò)10～15 km，個(gè)別儲(chǔ)集體呈透鏡狀。部分裂縫灰?guī)r層因裂縫全愈合而變?yōu)橹旅芑規(guī)r層，為非儲(chǔ)集層。這種儲(chǔ)集層與非儲(chǔ)集層無(wú)規(guī)律疊置呈現(xiàn)似塊狀特征。由上至下，致密層層數(shù)增加，儲(chǔ)集性能變差。

阿斯特拉罕穹隆上發(fā)育厚達(dá)3.00～3.15 km的空谷階含鹽地層，此巨厚層狀鹽巖是良好的全盆地性區(qū)域蓋層，也是形成異常高壓的重要原因;15～200 m厚的下二疊統(tǒng)阿丁斯克階泥巖與巴什基爾階儲(chǔ)層不整合接觸，隆起內(nèi)廣泛分布，可作為該區(qū)優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層。鹽巖的蠕動(dòng)使構(gòu)造的部分區(qū)域內(nèi)鹽巖層厚度大大減小，甚至完全消失。早期石油充注所殘留的瀝青在鹽下層序下二疊統(tǒng)泥巖和細(xì)粒砂巖中的凝結(jié)，使其變得十分致密，也成為隆起的局部蓋層。

穹隆區(qū)及外圍巨厚的烴源巖為碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供了大量的油氣資源，廣泛的鹽巖層與泥頁(yè)巖層區(qū)域性封堵與保存了運(yùn)移的油氣，形成了阿斯特拉罕長(zhǎng)垣構(gòu)造內(nèi)的極佳的生儲(chǔ)蓋組合。

2.3 阿斯特拉罕穹隆油氣藏特征

在鹽下組合中，穹隆為一巨型背斜油氣圈閉，具下生上儲(chǔ)式和自生自儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合，多為處于高成熟凝析油區(qū)，產(chǎn)氣和凝析油(氣)為主。

深部和靠近盆地中心地帶的巨厚烴源巖層所產(chǎn)生的豐富油氣，橫向上進(jìn)行長(zhǎng)距離的運(yùn)移，目前所發(fā)現(xiàn)的油氣田多分布在深大斷裂帶或者深大斷裂帶邊緣[15]，證明了斷層在油氣運(yùn)移中發(fā)揮的重要作用;盆地在中生代和新生代曾發(fā)生了多次回返運(yùn)動(dòng)，回返作用不僅僅形成了多個(gè)深大斷裂帶，而且促使溶解于地下水中的天然氣分離為游離相，并進(jìn)入圈閉。

圈閉構(gòu)造形成于泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)和石炭紀(jì)—早二疊世，烴源巖大量生烴并運(yùn)移發(fā)生在早二疊世后，利于生成的烴類進(jìn)入圈閉并成藏;同時(shí)連通盆地中央與邊緣的溝道沉積以及深大斷裂作為有利運(yùn)移通道，利于斷層附近的圈閉成藏。

石炭紀(jì)和二疊紀(jì)之間的區(qū)域性強(qiáng)烈剝蝕促使含烴與含水系統(tǒng)脫氣，并把過(guò)去的油氣藏破壞。二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)的回返運(yùn)動(dòng)中，含水系統(tǒng)的溶解氣分離為游離相，并逐漸向塊狀儲(chǔ)集體的下傾方向排擠石油(在含氣部分有許多油膜)，早期石油溢出形成的瀝青改善了上部碎屑巖蓋層的封蓋性。早二疊世，穹狀隆起及其相鄰區(qū)被強(qiáng)烈剝蝕，空谷期蓋層形成以后圈閉基本定型，此后中生代和新生代發(fā)生多次上升回返運(yùn)動(dòng)，并沒(méi)有再次造成油氣藏的破壞，卻促進(jìn)了斷裂系統(tǒng)的發(fā)育，導(dǎo)致層壓的急劇下降，使得地層水中的溶解氣大量脫出，出現(xiàn)多次脫氣作用，促進(jìn)了凝析油的縱向運(yùn)移和異常高壓的形成。如阿斯特拉罕凝析氣田的石油輕餾分溶解在天然氣中而造成凝析氣，其凝析油含量高達(dá)600 cm3/m3，產(chǎn)生異常高壓，在4 km深度達(dá)63 MPa，壓力系數(shù)為1.6，產(chǎn)層為高壓異常層。

凝析油(氣)藏整體含氣相對(duì)酸性，組分為50.00% ～55.00%的CH4、22.00% ～24.00%的H2S、20.00% ～22.00%的 CO2和最多3%的 N2，天然氣中還含有接近570～600 cm3/m3的凝析油。中石炭統(tǒng)巴什基爾階氣藏中天然氣具有異常高的H2S(20.07% ～33.00%)、CO2(8.00% ～27.00%)和低含量NH4(50.50% ～61.90%)。凝析液的含量為417 g/m3，凝析油密度為0.812 g/cm3，飽和壓力為59.2 MPa。儲(chǔ)層溫度為105～110℃，具有異常高壓性質(zhì)。

俄羅斯境內(nèi)的阿斯特拉罕凝析氣田位于同名穹狀隆起頂部，為背斜型油氣藏。該背斜構(gòu)造高點(diǎn)海拔為-3 790 m，氣水界面深度約為-4 073 m、含氣厚度為283 m，構(gòu)造幅度較平緩，產(chǎn)氣面積達(dá)2 758 km2。產(chǎn)層巴什基爾組碳酸鹽巖層頂部埋深約為4.00～5.15 km，推測(cè)在6 500 m深的泥盆系碎屑巖層序中仍有可能產(chǎn)氣。產(chǎn)層具有異常高壓特征，氣藏含極高的H2S和CO2。天然氣可采儲(chǔ)量為216×1012m3，凝析油可采儲(chǔ)量為7 163×108m3。在1988年氣田產(chǎn)量達(dá)到峰值(達(dá)60×108m3)，但由于生產(chǎn)和市場(chǎng)原因，氣田生產(chǎn)陷入停滯。

依馬謝夫凝析氣田和阿斯特拉罕凝析氣田屬于同一個(gè)背斜構(gòu)造，是阿斯特拉罕凝析氣田在哈斯克斯坦境內(nèi)部分。該背斜規(guī)模約為7～14 km，構(gòu)造幅度為276 m，氣水界面為-4 073 m，與阿斯特拉罕氣田有統(tǒng)一的氣水界面，蓋層是頁(yè)巖和鹽巖。

鉆井證實(shí)，區(qū)塊內(nèi)巖鹽穹隆特征明顯，鹽構(gòu)造及鹽上隆起構(gòu)造發(fā)育，在深部具有穹隆間凹槽，由厚度較大的中生代地層填充，凹槽至穹隆的過(guò)渡帶的鹽上沉積厚度具有明顯的梯度性。重力勘探證實(shí)，區(qū)塊自北向南巖鹽穹隆構(gòu)造起伏明顯減弱。

3 勘探潛力分析

穹隆在構(gòu)造頂部鹽下層序中已有大量油氣發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)造中上部、中部、下部及外圍地區(qū)鹽下層序也可能存在潛力區(qū)，在深層泥盆系碎屑巖層序[16]和鹽上層序也應(yīng)該有所發(fā)現(xiàn)。

南依馬謝夫區(qū)塊位于阿斯特拉罕和依馬謝夫氣田東南部，與依馬謝夫油氣田之間通過(guò)一個(gè)狹窄的鞍部相連。南依馬謝夫構(gòu)造是一個(gè)由4個(gè)高點(diǎn)構(gòu)成的三角形凸起，構(gòu)造幅度接近250 m，高點(diǎn)海拔為-3 550 m，鹽下層序頂界高于依馬謝夫油氣田。從地震解釋資料來(lái)看，南依瑪謝夫區(qū)塊和西北方向的依馬謝夫氣田的地層連續(xù)性較好，整體上是阿斯特拉罕穹隆的一部分，發(fā)育類似的地層，具相同的海相沉積，經(jīng)歷近似的演化史，同時(shí)其位于烴類運(yùn)移途中，更近源，距深大斷裂更近，優(yōu)于或等同于鄰近已發(fā)現(xiàn)區(qū)域，勘探潛力大。

在隆起構(gòu)造中上部、中部、下部及外圍地區(qū)位于鹽丘間的洼陷或凹陷的鹽上層序中新生代海陸過(guò)渡相、陸相砂巖儲(chǔ)層具備較高結(jié)構(gòu)和成分成熟度，鹽構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中鹽層內(nèi)斷層拉張斷開(kāi)使烴類運(yùn)移到鹽上層序構(gòu)造圈閉中，也可以形成鹽上層序的中小型油氣藏。

鹽上和鹽下層序產(chǎn)較強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)酸性天然氣和高礦化度地層水，同時(shí)處于伏爾加河三角洲自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，如何處理氣田所產(chǎn)高含硫的氣體對(duì)環(huán)境影響，同時(shí)氣田產(chǎn)層的普遍超壓、復(fù)雜地層中巨厚膏鹽層、伏爾加河三角洲地區(qū)惡劣的地面與地下條件等是油田勘探開(kāi)發(fā)的一系列難點(diǎn)，大大增加勘探開(kāi)發(fā)難度與風(fēng)險(xiǎn)，因而在對(duì)外合作時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)其綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

總之，穹隆中良好的生儲(chǔ)蓋組合與成藏條件及已發(fā)現(xiàn)油氣田均證實(shí)其油氣資源十分豐富，而位于同一構(gòu)造圈閉內(nèi)的南依馬謝夫區(qū)塊具有較大的勘探潛力，值得下一步勘探開(kāi)發(fā)。

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