中亞阿姆河盆地天然氣成藏控制因素

張長(zhǎng)寶，羅東坤，魏春光

[1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249； 2.中國(guó)石油 勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083]

中亞阿姆河盆地天然氣成藏控制因素

張長(zhǎng)寶1，羅東坤1，魏春光2

[1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249； 2.中國(guó)石油 勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083]

中亞阿姆河盆地構(gòu)造變形復(fù)雜，發(fā)育多種類(lèi)型圈閉和氣藏,不同類(lèi)型氣藏主控因素既有共性，又有一定的差異性。為了明確盆地氣藏分布規(guī)律，尋找下一步勘探接替領(lǐng)域，利用油藏及單井產(chǎn)能資料、地球物理資料，結(jié)合區(qū)域石油地質(zhì)特征，沉積背景、儲(chǔ)層特征對(duì)研究區(qū)氣藏特征進(jìn)行了全面剖析。研究認(rèn)為，阿姆河盆地氣藏形成的共性控制因素包括兩個(gè)方面：平面上，氣藏分布受古隆起和礁灘體的發(fā)育控制，古隆起的地貌背景為礁灘體的發(fā)育提供構(gòu)造背景，且容易發(fā)生暴露溶蝕，形成有效的儲(chǔ)集空間，同時(shí)構(gòu)造高部位，為油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)指向區(qū)，有利于油氣聚集成藏；縱向上，氣藏的分布受斷裂、不整合和滲透性砂體等輸導(dǎo)體系及圈閉封閉條件控制。兩方面三個(gè)關(guān)鍵因素共同控制了氣藏的空間分布。通過(guò)主控因素的分析，認(rèn)為下部成藏組合的勘探應(yīng)在古隆起背景下礁灘體發(fā)育區(qū)與斷裂/不整合輸導(dǎo)體系和膏巖蓋層疊合發(fā)育區(qū)尋找有利靶區(qū)，而上組合則應(yīng)在古隆起背景下礁灘體發(fā)育區(qū)與下部膏巖尖滅區(qū)以外的白堊系泥巖蓋層發(fā)育疊合區(qū)開(kāi)展勘探。

礁灘體；斷層;古隆起；氣藏；阿姆河盆地

中亞阿姆河盆地是世界著名的大型含油氣盆地之一，在地域上分別屬于土庫(kù)曼斯坦、烏茲別克斯坦、阿富汗和伊朗4個(gè)國(guó)家，主體位于土庫(kù)曼斯坦境內(nèi)，總面積42.7×104km2。到目前為止，盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)油氣田300多個(gè)，氣田和凝析氣田約占85%。阿姆河右岸區(qū)塊就位于阿姆河盆地東北部，該區(qū)塊是中亞管線的主要?dú)庠吹貐^(qū)。阿姆河右岸區(qū)塊構(gòu)造演化復(fù)雜、構(gòu)造樣式多變、圈閉和氣藏性質(zhì)多樣，氣藏分布主控因素不清，很大程度上制約了區(qū)塊未來(lái)可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，亟需提高對(duì)成藏規(guī)律的認(rèn)識(shí)，摸清全盆地氣藏成藏的主控因素，指導(dǎo)阿姆河右岸區(qū)塊下一步勘探工作。

在阿姆河盆地，曾圍繞含油氣系統(tǒng)開(kāi)展過(guò)深入的研究工作，認(rèn)為盆地內(nèi)包含中-下侏羅統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)3套含油氣系統(tǒng)，或者歸納為侏羅系-白堊系總油氣系統(tǒng)[2]。含油氣系統(tǒng)理論和方法于20世紀(jì)90年代中期由美國(guó)引入，指的是一套烴源巖所生油氣到單一聚集的圈閉為一套油氣系統(tǒng)[3]。而對(duì)于阿姆河盆地而言，油氣主要產(chǎn)于上侏羅統(tǒng)的碳酸鹽巖和下白堊統(tǒng)的砂巖儲(chǔ)層中，但烴源巖并不是一套，而是中-下侏羅統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、下白堊都具有貢獻(xiàn)，難以分清。因此，根據(jù)3套烴源巖劃分的油氣系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)際意義。另外，阿姆河右岸區(qū)塊是阿姆河盆地油氣最富集的區(qū)域，區(qū)塊內(nèi)包含了阿姆河盆地所有的典型構(gòu)造和氣藏類(lèi)型，因此阿姆河右岸區(qū)塊的油氣成藏主控因素代表了整個(gè)盆地的主控因素。鑒于以上原因，本文從阿姆河盆地石油地質(zhì)特征研究出發(fā)，立足于阿姆河右岸區(qū)塊豐富的勘探開(kāi)發(fā)資料數(shù)據(jù)，脫離“源控論”的束縛，分別從平面和縱向上闡述了阿姆河盆地天然氣成藏的主要控制因素，以及這些因素如何控制氣藏的空間分布特征。

1 盆地石油地質(zhì)特征

阿姆河盆地位于中亞構(gòu)造區(qū)的中西部，通常稱(chēng)作卡拉庫(kù)姆地塊，主體位于中朝-塔里木板塊的西北部。盆地主要經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)育階段，分別是前中生代基底發(fā)育階段、侏羅紀(jì)盆地初期沉陷階段、白堊紀(jì)持續(xù)穩(wěn)定沉陷階段和古近紀(jì)—新近紀(jì)抬升改造階段[4-6]。主干斷裂為近東西向和近南北向展布的一組共軛斷層，把盆地分割成隆—坳相間的多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)，同時(shí)還有很多小斷層廣泛分布[7]。阿姆河右岸區(qū)塊位于土庫(kù)曼斯坦東北部，區(qū)塊北部邊界與烏茲別克斯坦相鄰。

與全球大部分大陸邊緣含油氣盆地相似，阿姆河盆地沉積地層包括古生界基底、二疊系-三疊系過(guò)渡層和中-新生界沉積蓋層三大構(gòu)造層[8]。盆地穩(wěn)定廣泛沉積開(kāi)始于侏羅紀(jì)，期間發(fā)生了兩次大的海進(jìn)與海退。從侏羅紀(jì)到第四紀(jì)，大部分地區(qū)連續(xù)沉積，局部存在沉積間斷及剝蝕不整合面(圖2)。自下而上沉積了中-下侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖、上侏羅統(tǒng)卡洛夫階—牛津階碳酸鹽巖和基末利階—提塘階蒸發(fā)巖及碎屑巖、白堊系碎屑巖、古近系碳酸鹽巖和碎屑巖以及新近系碎屑巖[9]。

圖1 阿姆河盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾蜔N源巖分布及阿姆河右岸區(qū)塊位置示意圖

圖2 阿姆河盆地地層綜合柱狀圖

阿姆河盆地發(fā)育3套烴源巖，分別是中-下侏羅統(tǒng)陸相腐殖型含煤系地層、上侏羅統(tǒng)海相碳酸鹽巖和泥質(zhì)灰?guī)r地層以及下白堊統(tǒng)海相泥巖地層。主要烴源巖是中-下侏羅統(tǒng)的煤系地層，而上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)為次要烴源巖[10]，其平面分布范圍見(jiàn)圖1。上侏羅統(tǒng)碳酸鹽巖和下白堊統(tǒng)碎屑巖是盆地內(nèi)主要的含油氣儲(chǔ)集層，大部分油氣儲(chǔ)量都集中在這兩套地層中[11]?？宸螂A—牛津階分為5個(gè)小層：XVhp，XVa1，Z，XVa2和XVI層。其中，XVhp層、XVa1層和XVa2層是主要儲(chǔ)層。另一套分布較廣的儲(chǔ)層是下侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖，該目的層勘探程度較低，有可能成為潛在的盆地儲(chǔ)量的接替層位。盆地發(fā)育兩套區(qū)域性蓋層(圖2紅色方框)：一是上侏羅統(tǒng)基末利—提塘階膏鹽沉積，該地層廣泛分布，上侏羅統(tǒng)含油氣地層就位于這套區(qū)域性蓋層之下；另一套區(qū)域性蓋層是下白堊統(tǒng)阿爾必階下部的泥頁(yè)巖。

2 氣藏平面分布控制因素

2.1 構(gòu)造隆起是氣藏形成的有利地區(qū)

含油氣盆地內(nèi)大多數(shù)構(gòu)造隆起區(qū)都富集油氣，其中生烴中心附近繼承性古隆起為氣藏形成和富集最有利的地區(qū)[12]。阿姆河右岸區(qū)塊從構(gòu)造上可以分為查爾朱隆起、堅(jiān)基茲庫(kù)爾隆起、卡拉別克坳陷、桑迪克雷隆起、別什肯特坳陷和西南吉薩爾山前沖斷帶等6個(gè)構(gòu)造單元(圖3中構(gòu)造帶A—F)。目前發(fā)現(xiàn)的氣田多具有古隆起背景，且構(gòu)造高部位氣田規(guī)模

更大[13]，已發(fā)現(xiàn)氣田位置和范圍如圖3所示(1—19為氣田編號(hào)，名稱(chēng)見(jiàn)圖中標(biāo)注)，構(gòu)造隆起帶及其所包含氣田的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳細(xì)歸納在表1。

從表1中可以看出，已發(fā)現(xiàn)的19個(gè)主要?dú)獠厝﹂]中，構(gòu)造圈閉有14個(gè)，其中與古隆起發(fā)育有關(guān)的圈閉9個(gè)，與礁灘體發(fā)育有關(guān)的圈閉5個(gè)。顯然，構(gòu)造古隆起是區(qū)塊內(nèi)天然氣聚集成藏的主要地區(qū)。例如，在堅(jiān)基茲庫(kù)爾隆起形成薩曼杰佩氣田、麥捷讓氣田及雅希爾杰佩氣田(圖3中氣田4，7，8)，其中薩曼杰佩氣田一直處于構(gòu)造高部位，發(fā)育繼承性的構(gòu)造圈閉，為堅(jiān)基茲庫(kù)爾隆起上規(guī)模最大的氣田。別列克特列-皮爾古伊、恰什古伊-揚(yáng)古伊及鮑塔-坦格古伊-烏茲恩古伊氣田位于桑迪克雷隆起上(圖3中氣田9—?dú)馓?3；表1)，其中，別列克特列-皮爾古伊氣田一直處于構(gòu)造高部位，發(fā)育繼承性構(gòu)造圈閉，有利于天然氣捕集并形成大型氣田。

圖3 阿姆河右岸地區(qū)古隆起與天然氣藏分布關(guān)系

圈閉類(lèi)型阿爾卑斯構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響典型圈閉(油氣藏)巖性圈閉與小型基底構(gòu)造高相關(guān)生物礁圈閉圈閉改造定型雅希爾杰佩、桑迪克雷、南桑迪克雷、奧賈爾雷、科爾杰構(gòu)造圈閉與基底古隆起相關(guān)與基底古隆起無(wú)關(guān)繼承性基底古隆起上的披覆構(gòu)造圈閉改造定型薩曼杰佩、烏茲恩古伊、麥捷讓、別列克特利、召拉麥爾根繼承性差基底古隆起上的披覆構(gòu)造圈閉改造定型別希爾、基爾桑、霍克麥特古伊、阿蓋雷未形成圈閉形成圈閉捷列克古伊、坦格古伊、霍賈古爾盧克、阿克古莫拉姆、揚(yáng)古伊

圖4 桑迪克雷隆起氣藏剖面

2.2 礁灘體富集油氣

礁灘體通常被稱(chēng)作油氣勘探的“甜點(diǎn)”，具有極高的油氣富集程度。礁灘體氣田群存在兩種典型的氣藏類(lèi)型，即生物礁氣藏和生屑灘氣藏，其中生物礁型氣藏占主要地位[14-15]。灘體中部顆粒巖發(fā)育，先天發(fā)育較多的粒間孔，多為高產(chǎn)井；灘體邊部顆粒巖含量較少，儲(chǔ)層較薄，多為低產(chǎn)井；灘間部位泥質(zhì)含量較多，上覆較厚的膏鹽層，多為干井。礁間的潮道對(duì)烴類(lèi)側(cè)向限制起到一定的作用，氣藏通常被局限于某些礁塊范圍以內(nèi)。斷層和微裂縫的發(fā)育加劇了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，使得單井產(chǎn)能差異較大。不同氣田間氣-水界面不同，其壓力及產(chǎn)能也存在很大的差異。

桑迪克雷構(gòu)造的別列克特列-皮爾古伊氣田(圖3中氣田12)整體為一個(gè)大的背斜構(gòu)造，天然氣長(zhǎng)期運(yùn)移和聚集的優(yōu)勢(shì)地區(qū)指向構(gòu)造帶內(nèi)的繼承性隆起。但是氣田內(nèi)的生物碎屑灘各自獨(dú)立發(fā)育，在整體背斜構(gòu)造內(nèi)具有復(fù)雜的氣-水系統(tǒng)。氣-水系統(tǒng)的形成與生屑灘圈閉對(duì)天然氣成藏的控制有關(guān)[16]，基本上一個(gè)生屑灘圈閉形成一個(gè)獨(dú)立的氣藏，具有獨(dú)立的氣-水界面(圖4)。巖性體圈閉中的氣藏，側(cè)向上被洼地泥質(zhì)碳酸鹽巖和膏鹽巖封堵，上覆方向上被超覆蒸發(fā)巖遮擋，一灘一藏，形成獨(dú)立的氣—水系統(tǒng)。

阿姆河右岸生物礁灘體圈閉成藏過(guò)程經(jīng)過(guò)了3個(gè)階段。第一階段為牛津期(晚侏羅世早期)，發(fā)育生物礁沉積，存在相當(dāng)大的孔隙-溶洞空間，具有很高的容積性。第二階段為基末利期(晚侏羅世中期)，區(qū)域性蒸發(fā)巖沉積形成了滲透差的硬石膏和鹽層，對(duì)流體形成有效遮擋。第三階段為新近紀(jì)—第四紀(jì)，區(qū)域性隆起快速形成，背斜發(fā)育，并使古構(gòu)造-巖性圈閉最終定型。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成早期正斷層的活化和反轉(zhuǎn)，溝通烴源巖和儲(chǔ)層，有利于氣藏大規(guī)模形成，生物礁灘和斷層共同作用成為高產(chǎn)氣田的控制因素。此外，礁灘體巖性圈閉的形成與盆地基底構(gòu)造高部位密切相關(guān)，在基底高部位或者區(qū)域性斷裂上方容易形成水下隆起或者水下坡折帶，適合生物礁生長(zhǎng)，并在膏鹽沉積后形成圈閉[17]。這些巖性油氣藏面積不大，但儲(chǔ)層物性好，油氣豐度高，周?chē)帑}封堵，形成高產(chǎn)油氣田。

3 氣藏縱向分布控制因素

3.1 斷裂與輸導(dǎo)層造成油氣階梯狀運(yùn)移

阿姆河盆地的構(gòu)造格局總體為從南向北抬升的不對(duì)稱(chēng)箕狀盆地，油氣主要從南部坳陷向北部臺(tái)階和隆起區(qū)運(yùn)移(圖5)。油氣運(yùn)移通道包括斷層、地層不整合、地層尖滅線、滲透性砂體和復(fù)合輸導(dǎo)體系。侏羅系烴源巖的油氣運(yùn)移模式有兩種：一是由生烴中心向四周構(gòu)造高部位側(cè)向運(yùn)移；二是穿過(guò)高爾達(dá)克組蒸發(fā)巖垂向運(yùn)移。烴類(lèi)垂向運(yùn)移的路徑和量值等信息至關(guān)重要，斷裂與滲透性輸導(dǎo)層共同作用形成運(yùn)移階梯，影響氣藏的空間分布[18-20]。

盆地中部鹽下低隆是油氣側(cè)向運(yùn)移的首要目標(biāo)。中部由于膏鹽蓋層封堵作用，油氣垂向運(yùn)移受阻，以側(cè)向運(yùn)移為主，在侏羅系碳酸鹽巖中聚集成藏，如雅士拉氣田和克克杜馬拉科油田(圖5，紅色表示氣田位置，箭頭代表運(yùn)移方向)。盆地中部斷層發(fā)育區(qū)，天然氣沿?cái)鄬影l(fā)生垂向運(yùn)移，進(jìn)入白堊系及更淺儲(chǔ)層中聚集成藏，如馬萊氣田。通常，這些斷層都屬于區(qū)域性的基底斷裂。在阿姆河盆地的中部，特別是列佩捷克-克里弗鹽底劈構(gòu)造東部地區(qū)，白堊系烴源巖還沒(méi)有達(dá)到生烴門(mén)限，因此油氣聚集主要通過(guò)斷裂溝通鹽下的氣源[21-23]?；渍龜鄬有陆o(jì)以來(lái)的反轉(zhuǎn)活化溝通了中-下侏羅統(tǒng)氣源，成為天然氣的重要運(yùn)移通道。這一時(shí)期是構(gòu)造定型期，造成了早期油氣藏重新調(diào)整聚集，是氣藏形成高峰期。

圖5 阿姆河盆地油氣運(yùn)聚模式

3.2 封閉條件決定圈閉有效性

封閉條件包括兩個(gè)方面：蓋層條件和側(cè)向封堵條件[24-26]。阿姆河盆地的區(qū)域性蓋層控制了天然氣最終在哪一個(gè)地層中聚集成藏。盆地內(nèi)發(fā)育兩套區(qū)域性蓋層，分別是上侏羅統(tǒng)基末里階—提塘階膏鹽層和下白堊統(tǒng)阿爾必階下部的泥頁(yè)巖?；├A—提塘階膏鹽層遍及阿姆河盆地的中部和東部，最大厚度超過(guò)1 500 m。在蒸發(fā)巖中心以中厚層狀鹽巖沉積為主，而在邊緣帶則主要為硬石膏。以膏鹽巖蓋層為界，蓋層控制了油氣分布范圍，可大體將阿姆河盆地分為“鹽下”和“鹽上”兩套主要成藏組合(圖6)：一套是上侏羅統(tǒng)蒸發(fā)巖蓋層和下伏卡洛夫階-牛津階碳酸鹽巖組成鹽下成藏組合，主要分布在盆地的中東部[27]，相當(dāng)于圖中的“膏鹽發(fā)育區(qū)”；另一套是由阿爾必階下部的海相泥、頁(yè)蓋層和尼歐克姆群、阿普第階儲(chǔ)集層組成的鹽上成藏組合，主要分布在盆地西部和南北邊緣，相當(dāng)于圖中的“膏鹽缺失區(qū)”。

白堊系及其以上油氣田基本位于盆地的邊緣，也多分布在上侏羅統(tǒng)膏鹽巖的尖滅線之外(圖6)，其蒸發(fā)巖主要由硬石膏組成，厚度急劇減少至100 m以下，并夾有滲透性較好的碎屑巖和碳酸鹽巖，因而侏羅系天然氣能運(yùn)移至鹽上地層聚集。而中-下侏羅統(tǒng)成藏組合則不十分理想，缺失可靠的區(qū)域性和局部性蓋層，保存條件差，僅在局部地帶發(fā)現(xiàn)小型氣田，勘探成功率較低。

對(duì)于斜坡帶局部的單個(gè)圈閉而言，圈閉的有效性是能否成藏的關(guān)鍵，除了需要具有一定構(gòu)造幅度的構(gòu)造圈閉，側(cè)向封堵是不可或缺的成藏要素[28]。比如奧賈爾雷等氣田位于坳陷斜坡帶(圖3中氣田18)，圈閉上傾方向巨厚的鹽丘和上覆的膏鹽蓋層，對(duì)油氣側(cè)向封閉作用十分明顯。側(cè)向鹽巖、上覆膏鹽層和下伏致密灰?guī)r的組合，形成了完美的立體封堵，確保了圈閉的有效性。而當(dāng)構(gòu)造斜坡帶上傾方向未形成有效的鹽巖封堵時(shí)，造成構(gòu)造圈閉幅度很小，試井結(jié)果常常為微氣井、干井或產(chǎn)水井。

4 結(jié)論

1) 影響阿姆河盆地氣藏平面分布最主要的控制因素有兩個(gè)。第一，繼承性的古構(gòu)造隆起區(qū)是最為有利的天然氣聚集區(qū)。這些古隆起大部分形成于二疊紀(jì)—三疊紀(jì)，在新近紀(jì)以后重新活動(dòng)，直接影響了盆地沉積蓋層的構(gòu)造格局和分布特征，從而決定了天然氣的主要運(yùn)聚方向。第二，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，特別是礁灘體的發(fā)育和分布特點(diǎn)決定了天然氣局部富集程度。礁灘體是氣藏豐度最高、最為有利的鉆探目標(biāo)圈閉類(lèi)型之一。

圖6 阿姆河盆地油氣田與區(qū)域性蓋層分布

2) 區(qū)域性蓋層對(duì)天然氣成藏非常關(guān)鍵，斷層和輸導(dǎo)層控制油氣垂向運(yùn)移。封堵層對(duì)油氣的封閉程度直接影響了圈閉的有效性，阿姆河盆地發(fā)育的兩套區(qū)域性蓋層決定了其各自所封蓋的油氣成藏組合及評(píng)價(jià)單元的分布范圍。而鹽巖的側(cè)向封堵作用同樣必要，是斜坡帶圈閉能夠成藏的首要條件。盆地內(nèi)烴類(lèi)垂向運(yùn)移的主控因素包括運(yùn)移通道和圈閉有效性兩個(gè)方面。其中，以反轉(zhuǎn)斷層為主的斷裂系統(tǒng)和輸導(dǎo)層共同構(gòu)成了油氣運(yùn)移的階梯狀通道，溝通了從烴源巖到圈閉的運(yùn)移路徑。

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(編輯 董 立)

Controlling factors of natural gas accumulation in the Amu Darya Basin,Central Asia

Zhang Changbao1，Luo Dongkun1，Wei Chunguang2

[1.ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing102249，China；2.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development，PetroChina,Beijing100083，China]

Amu Darya Basin in Central Asia features in complex structural deformations and multiple types of traps for natural gas accumulation.The major factors controlling gas accumulation in various reservoirs have both similarities and differences.In order to reveal reservoir distribution and select new targets for next phase of exploration in the Basin,reservoir and single well production data and geophysical data are integrated with regional geological characteristics,depositional settings and reservoir property to analyze the reservoir characteristics in the targeted area.It is suggested that two common controlling factors have played main roles in the formation of the natural gas reservoirs in the region.Laterally,gas reservoir distribution were controlled by the development of paleo-highs and reef complex,and the paleo-highs provided favorable structure settings for hydrocarbon accumulation and formation of effective reservoir spaces from exposure and dissolution.Meanwhile,the structural highs are the preferential target areas for hydrocarbon migration and accumulation.Vertically,gas reservoir distribution was controlled dominantly by trap conditions and carrier systems like faults,unconformities and permeable sandstones.These factors jointly controlled the spatial distribution of natural gas reservoirs.Based on the analysis,it is recommended that exploration of the lower play should be focused on the target areas with well-develo-ped reef complex within paleo-highs,fault/unconformity carrier systems and evaporite cap rocks.In contrast,exploration of the upper plays should be focused on areas where well-developed reef complex within paleo-highs are overlain by the Cretaceous mudstone seals outside the pinch-out areas of the lower evaporates.

reef complex,fault,paleo-high,gas reservoir,Amu Darya Basin

2015-05-20;

2015-08-04。

張長(zhǎng)寶(1972—)，男，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師、博士生，油氣資源評(píng)價(jià)與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。E-mail：zhangchangbao@cnpcint.com。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05059)。

0253-9985(2015)05-0766-08

10.11743/ogg20150507

TE122.3

A