東地中海深水油氣富集條件與勘探方向

田 琨 王大鵬 殷進垠 郭金瑞

（ 中國石化石油勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

近年全球油氣勘探中，深水領域占據(jù)了主導地位。2012—2019年，在新發(fā)現(xiàn)大型油氣田個數(shù)和新發(fā)現(xiàn)油氣儲量中，深水領域占比分別約為50%和60%[1]。深水領域以其豐富的油氣資源備受石油公司關注，成為勘探開發(fā)的熱點[2-7]。東地中海為此類深水油氣勘探的新興地區(qū)之一，勘探活動活躍、成果顯著，連續(xù)獲得了Tamar、Leviathan、Zohr等發(fā)現(xiàn)，均為當年全球重大油氣發(fā)現(xiàn)。黎凡特盆地、埃拉托色尼臺地和希羅多德盆地作為東地中海的重要構造單元，處于深水—超深水區(qū)，勘探程度整體較低，具有可觀的待發(fā)現(xiàn)油氣資源和良好的油氣勘探前景[8-9]。雖然這些構造單元具有相似的構造背景和演化過程，但發(fā)育的儲蓋組合、油氣成藏模式及特征不盡相同，勘探程度差別也很大。前人有關東地中海構造特征、沉積充填、油氣分布與成藏規(guī)律等研究以某一方面或單一盆地為主[10-14]，急需針對該地區(qū)開展整體的區(qū)域地質(zhì)、油氣成藏特征研究，總結主要的深水油氣富集條件，深化對該地區(qū)勘探潛力的認識，探討未來的勘探方向，旨在為石油公司針對該地區(qū)勘探選區(qū)選帶提供借鑒和參考。

1 區(qū)域概況

東地中海處于北非、西亞和東南歐的交匯地帶，主要包括黎凡特盆地、埃拉托色尼臺地、希羅多德盆地等多個構造單元（圖1）。埃拉托色尼臺地處于中心位置，分隔了東、西兩側的黎凡特盆地和希羅多德盆地，南臨尼羅河三角洲盆地，北接塞浦路斯?。▓D2）。從深水油氣勘探程度來看，黎凡特盆地和埃拉托色尼臺地勘探程度較低，為勘探新興區(qū)；希羅多德盆地尚無油氣發(fā)現(xiàn)，為勘探前沿區(qū)。自2009年以來，東地中海先后發(fā)現(xiàn)了Tamar、Leviathan、Zohr等大氣田，重大深水油氣發(fā)現(xiàn)集中于黎凡特盆地和埃拉托色尼臺地（表1）。前者面積約為6.8×104km2，位于以色列和黎巴嫩境內(nèi)，水深最深可達2300m；后者面積約為1.4×104km2，位于塞浦路斯境內(nèi)，主體水深為1000～2000m。

表1 東地中海主要油氣田基本特征Table 1 Features of the main oil and gas fields in the Eastern Mediterranean

圖1 東地中海構造區(qū)劃及油氣田分布圖Fig.1 Structural framework and distribution of oil and gas fields in the Eastern Mediterranean

圖2 東地中海地質(zhì)剖面示意圖（據(jù)文獻[15-18]，有修改）Fig.2 Schematic regional geological sections of the Eastern Mediterranean (modified after references [15-18])

東地中海區(qū)域構造演化與潘基亞大陸裂解、新特提斯洋開合密切相關[10，15]，主要經(jīng)歷了3期構造演化階段:三疊紀—中侏羅世裂谷期、晚侏羅世—晚白堊世早期被動大陸邊緣期和晚白堊世中、晚期—現(xiàn)今構造反轉期（圖3）。受裂谷期南北向拉張應力作用，埃拉托色尼陸塊與阿拉伯板塊分離，板塊裂解及陸塊漂移形成的伸展斷層和轉換斷層控制了黎凡特盆地、尼羅河三角洲盆地和希羅多德盆地的雛形及邊界[12，16]，該階段以海陸過渡—淺海環(huán)境為主。被動大陸邊緣期，深水盆地與陸塊相間，沉積環(huán)境為淺?！肷詈－h(huán)境。構造反轉期，南北向擠壓作用使板塊北側俯沖、增生形成塞浦路斯弧和拉塔基亞沖斷帶，大量基底斷層活化并發(fā)生強烈反轉，埃拉托色尼陸塊受壓扭作用進一步隆升并演化為臺地[22-24]。漸新世，古尼羅河水系發(fā)育并注入東地中海，深水盆地接受深海相碎屑巖沉積，埃拉托色尼臺地以淺海臺地相沉積為主[25]。中新世末期，地中海與中大西洋隔斷，區(qū)域范圍沉積了墨西拿階鹽巖。上新世，東地中海海平面上升，以遠洋沉積為主。

圖3 東地中海主要構造單元地層對比（據(jù)文獻[20-21]，有修改）Fig.3 Stratigraphic correlation chart for petroliferous basins in the Eastern Mediterranean(modified after references [20-21])

2 深水油氣成藏特征

2.1 烴源巖特征

基于區(qū)域構造演化、沉積地層發(fā)育和油氣勘探成果，認為漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)半深?！詈Ｏ嗄鄮r是東地中海最重要的烴源巖[26]。該套烴源巖廣泛分布于深水盆地，有機質(zhì)類型好，地球化學指標優(yōu)越，但埋深較淺、成熟度不高，在后期低溫還原環(huán)境下，生成生物成因氣。鄰區(qū)對比和盆地模擬結果顯示，黎凡特盆地發(fā)育潛在的白堊系泥頁巖和侏羅系泥灰?guī)r成熟烴源巖，推測前者處于生油窗，后者進入了生干氣階段[27-29]。

2.2 儲蓋組合特征

東地中海發(fā)育中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r+鹽巖、中新統(tǒng)濁積砂巖+鹽巖、白堊系濁積砂巖+泥頁巖和侏羅系生物礁灰?guī)r+泥灰?guī)r4套儲蓋組合（表2）。前兩者為東地中海主力儲蓋組合，后兩者為推測的儲蓋組合。

表2 東地中海儲蓋組合基本特征Table 2 Features of the reservoir-caprock assemblages in the Eastern Mediterranean

2.2.1 中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r+鹽巖儲蓋組合

截至2019年年底，在該儲蓋組合共發(fā)現(xiàn)4個氣田，主要分布于埃拉托色尼臺地，典型代表為Zohr氣田。已發(fā)現(xiàn)探明+控制天然氣儲量為43.5×1012ft3。該儲蓋組合以漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)半深?！詈Ｏ嗄鄮r為烴源巖，儲層為分布于埃拉托色尼臺地周緣的中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r[23]。臺地雖于中新世末—早上新世一度抬升、遭受剝蝕，但僅造成臺地中央墨西拿階鹽巖缺失，其周緣鹽巖蓋層封閉條件良好[30]。烴源巖自中新世晚期大量排烴，源儲側向?qū)踊蜓鼗罨幕讛鄬哟瓜蚨叹嚯x運移，聚集于臺緣生物礁灰?guī)r儲層，成藏特征表現(xiàn)為“臺緣礁體控儲、源儲側向?qū)印⑸细阐}巖蓋層”（圖4）。

圖4 東地中海油氣成藏模式圖Fig.4 Hydrocarbon accumulation pattern in the Eastern Mediterranean

2.2.2中新統(tǒng)濁積砂巖+鹽巖儲蓋組合

截至2019年年底，于該儲蓋組合共發(fā)現(xiàn)11個氣田，主要分布于黎凡特盆地深水區(qū)，典型代表為Leviathan氣田和Tamar大氣田。已發(fā)現(xiàn)探明和控制天然氣儲量為40.3×1012ft3，凝析油為68.2×106bbl，合計為7016.5×106bbl。該儲蓋組合以漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)半深?！詈Ｏ嗄鄮r為烴源巖，下中新統(tǒng)Tamar組濁積砂巖和墨西拿階鹽巖分別為儲層和蓋層[31]。中新世晚期，生成的生物成因氣沿濁積砂巖短距離運移，聚集于中新世中、晚期構造反轉形成的大型背斜、斷背斜構造，成藏特征表現(xiàn)為“厚層砂體與大型背斜良好配置、鹽層高效封蓋”[26]。

希羅多德盆地深水區(qū)與黎凡特盆地具有類似的油氣成藏條件，漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)烴源巖和鹽巖蓋層在東地中海深水區(qū)廣泛分布，古尼羅河水系控制的深水濁積體系在黎凡特盆地和希羅多德盆地深水區(qū)均有發(fā)育，形成優(yōu)質(zhì)的中新統(tǒng)濁積砂巖儲層。推測希羅多德盆地同樣發(fā)育中新統(tǒng)濁積砂巖+鹽巖儲蓋組合。

2.2.3 白堊系濁積砂巖+泥頁巖儲蓋組合

該儲蓋組合為一套推測的儲蓋組合，發(fā)育于黎凡特盆地深水區(qū)，烴源巖為白堊系泥頁巖，蓋層為層間泥頁巖。早白堊世海平面下降，陡坡區(qū)可見海退旋回界面，發(fā)育海底峽谷及盆底扇，形成白堊系濁積砂巖潛在儲層[25]。推測白堊系烴源巖于漸新世—中新世排烴，構造反轉期基底斷層反轉，地層受擠壓形成背斜構造，油氣沿砂層運移至白堊系儲層成藏，表現(xiàn)為“濁積砂巖控儲、砂層輸導油氣、構造控藏”的成藏特征。

2.2.4 侏羅系生物礁灰?guī)r+泥灰?guī)r儲蓋組合

該儲蓋組合為黎凡特盆地深水區(qū)另一套推測的儲蓋組合。烴源巖為侏羅系泥灰?guī)r，發(fā)育于裂谷期的地塹等局部凹陷，蓋層為層間泥灰?guī)r。晚侏羅世為淺海環(huán)境，裂谷期形成的地壘適宜生物礁發(fā)育，成為侏羅系生物礁灰?guī)r潛在儲層。推測侏羅系烴源巖于白堊紀末期開始排烴，油氣由地塹沿基底斷裂垂向運移至地壘之上的生物礁圈閉聚集成藏，表現(xiàn)為“生物礁灰?guī)r控儲、斷層輸導油氣”的成藏特征。

3 深水油氣富集主控因素

3.1 漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)海相烴源巖奠定了優(yōu)越的物質(zhì)基礎

經(jīng)過被動大陸邊緣期持續(xù)的熱沉降，東地中海以半深?！詈－h(huán)境為主，沉積了巨厚的漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)海相泥巖。在黎凡特盆地，該套泥巖最厚達1600m，有機質(zhì)類型為Ⅱ2型，氫指數(shù)為300mg/g，生烴潛力為2mg/g，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖[31-32]。古尼羅河的發(fā)育導致地中海深水盆地地層沉積速率自漸新世起明顯增大，形成了適宜生物甲烷生成的厭氧環(huán)境。同時，地溫條件適宜，以黎凡特盆地為例，其為冷盆，地溫梯度約為1.6℃/km，漸新世—中新世時30～60℃的地溫條件是產(chǎn)甲烷菌最活躍的溫度范圍[33]。漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)半深?！詈Ｏ嗄鄮r厚度大、分布廣、有機質(zhì)類型好、地球化學指標優(yōu)越，厭氧環(huán)境和適宜的古地溫等提供了超強的生氣與供氣條件，為生物成因氣的富集奠定了優(yōu)越的物質(zhì)基礎。

3.2 古尼羅河水系和古臺地控制了兩類優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育

深水盆地盆底扇濁積砂巖和臺地邊緣生物礁灰?guī)r是研究區(qū)重要的兩類儲層，其發(fā)育及分布受控于古尼羅河水系和埃拉托色尼臺地（圖5）[34]。

圖5 東地中海關鍵時期古地理圖（據(jù)文獻[34]，有修改）Fig.5 Paleogeographic maps in the Eastern Mediterranean (modified after reference [34])

漸新世早期的構造隆升塑造了現(xiàn)今非洲主要的大型河流源匯系統(tǒng)，北非東部地區(qū)形成了自南向北注入東地中海的古尼羅河大型陸源沉積體系。漸新世—中新世，紅海、埃塞俄比亞裂谷肩陸續(xù)發(fā)育，氣候潮濕，大量陸源碎屑被搬運至東地中海，古尼羅河碎屑總沉積量達到3.86×105km3[35-39]。該時期，東地中海構造單元受大型轉換斷層控制，強烈活化，形成高角度斷裂陡坡坡折帶。在陸源碎屑持續(xù)供給的背景下，碎屑經(jīng)過陸架和陡坡坡折帶后，堆積于坡腳并向深水盆地推進，形成大型盆底扇，分布于黎凡特盆地和希羅多德盆地深水區(qū)。古尼羅河深水濁積體系控制了下中新統(tǒng)Tamar組盆底扇濁積砂巖儲層的發(fā)育。黎凡特盆地已證實該套濁積砂巖呈席狀或朵葉狀，由3套砂層組成，凈厚度為30～140m，孔隙度為20%～25%，滲透率大于500mD，為厚層、高孔滲且連通性好的優(yōu)質(zhì)儲層[40]。

古臺地的主要形成時期為構造反轉期，該階段區(qū)域擠壓應力占主導，板塊俯沖、塞浦路斯弧隆起，大量基底斷裂再次活動。埃拉托色尼陸塊緊鄰塞浦路斯弧，在其東西兩側北東—南西向基底斷裂控制下，因壓扭作用持續(xù)隆升，水體變淺，逐漸發(fā)育為臺地。臺地區(qū)陸源碎屑注入少、水質(zhì)清潔，古氣候溫暖，有利于造礁生物生長，臺地東側、南側和西側緊鄰深海一側斜坡帶廣泛發(fā)育規(guī)模巨大的臺地邊緣生物礁，垂向生長厚度大，控制了優(yōu)質(zhì)中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r儲層的發(fā)育。已發(fā)現(xiàn)的Zohr氣田中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r儲層凈厚度達 410m，氣田規(guī)模達 30×1012ft3[23，34]。

3.3 構造反轉期區(qū)域擠壓作用控制了大型構造圈閉的形成

晚白堊世中、晚期—現(xiàn)今構造反轉期，非洲與歐亞板塊會聚，區(qū)域南北向擠壓應力使基底斷裂活化、發(fā)生反轉，上覆地層強烈褶皺變形，形成大量與基底高角度反轉斷層相關的背斜、斷背斜[16，20，24，41]。這些背斜、斷背斜的形態(tài)寬緩開闊且規(guī)模巨大，如黎凡特盆地Leviathan氣田和Tamar氣田面積分別為324km2和250km2[20]。地震資料顯示，此類寬緩背斜構造主要分布于黎凡特盆地深水區(qū)，展布受基底斷層控制，長軸方向主要為北東—南西向[26]。擠壓作用下形成的大型背斜構造為油氣聚集提供了有利的圈閉條件。

3.4 區(qū)域性鹽巖蓋層是大型氣田得以保存的關鍵

中新世末期，隨著歐亞板塊不斷會聚、碰撞，地中海與大西洋隔斷，成為一個孤立的內(nèi)海，補給中斷、蒸發(fā)量大，海平面下降，沉積了墨西拿階鹽巖。該鹽巖平均厚度為1500m，廣泛發(fā)育于地中海深水區(qū)，空間分布具有很好的連續(xù)性，是一套優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層[28，42]。墨西拿階鹽巖與下伏中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r及Tamar組濁積砂巖儲層形成了優(yōu)越的儲蓋組合，為天然氣的聚集提供了高效的封蓋條件。穩(wěn)定的、廣泛分布的、厚層墨西拿階區(qū)域性鹽巖蓋層是東地中海大型氣田保存和富集的關鍵。

4 油氣勘探方向

東地中海的主要構造單元雖經(jīng)歷相同的構造演化階段，但不同構造單元的勘探領域和油氣聚集特征存在差異，勘探程度和已發(fā)現(xiàn)油氣分布也不均衡。通過對東地中海儲蓋組合劃分、成藏模式建立及油氣富集條件分析，結合區(qū)域油氣勘探發(fā)現(xiàn)情況，指出東地中海未來油氣勘探的兩個重點勘探區(qū)和兩個遠景目標區(qū)（圖6）。

圖6 東地中海油氣成藏有利區(qū)及勘探方向（據(jù)文獻[28,39,41]，有修改）Fig.6 Favorable exploration targets in the Eastern Mediterranean (modified after references [28,39,41])

重點勘探區(qū)為黎凡特盆地中新統(tǒng)濁積砂巖領域和埃拉托色尼臺地中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r領域，以上兩個領域持續(xù)有大型氣田發(fā)現(xiàn)，成藏條件優(yōu)越，需重點關注。半深?！詈Ｏ嗄鄮r為其提供充足的生物成因氣；古尼羅河水系和埃拉托色尼臺地分別控制了濁積砂巖儲層和生物礁灰?guī)r儲層的發(fā)育；廣泛分布的厚層區(qū)域性鹽巖蓋層為天然氣富集提供了極為重要的封蓋條件。黎凡特盆地深水區(qū)和埃拉托色尼臺地東側、南側和西側邊緣分別為中新統(tǒng)濁積砂巖和生物礁灰?guī)r的成藏有利區(qū)。

遠景目標區(qū)為希羅多德盆地中新統(tǒng)濁積砂巖領域和黎凡特盆地中生界深層領域，上述領域勘探程度極低，尚無油氣發(fā)現(xiàn)，但成藏條件好，勘探潛力大，具有可觀的油氣前景，值得持續(xù)探索和研究。前者油氣地質(zhì)條件與黎凡特盆地中新統(tǒng)濁積砂巖勘探領域類似，具有相同的烴源巖物質(zhì)基礎、古水系控儲背景和優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層條件，深水勘探應集中于中新統(tǒng)濁積砂巖及反轉構造發(fā)育區(qū)。后者為推測的深層勘探領域，中生界發(fā)育潛在成熟烴源巖、多類型儲層和層間蓋層，油氣運聚條件匹配良好，裂谷期地壘構造高部位和被動大陸邊緣期的深水盆地是其成藏有利區(qū)。

5 結論

（1）東地中海發(fā)育中新統(tǒng)生物礁灰?guī)r+鹽巖、中新統(tǒng)濁積砂巖+鹽巖、白堊系濁積砂巖+泥頁巖和侏羅系生物礁灰?guī)r+泥灰?guī)r4套儲蓋組合。前兩者分別為埃拉托色尼臺地和黎凡特盆地主力儲蓋組合，成藏特征分別表現(xiàn)為“臺緣礁體控儲、源儲側向?qū)?、上覆鹽巖蓋層”和“厚層砂體與大型背斜良好配置、鹽層高效封蓋”，類比分析認為希羅多德盆地為中新統(tǒng)濁積砂巖+鹽巖儲蓋組合的潛在發(fā)育區(qū)；后兩者為黎凡特盆地推測的儲蓋組合，油氣成藏特征分別表現(xiàn)為“濁積砂巖控儲、砂層輸導油氣、構造控藏”和“生物礁灰?guī)r控儲、斷層輸導油氣”。

（2）東地中海深水油氣富集條件包括:①漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)海相烴源巖奠定了優(yōu)越的物質(zhì)基礎；②古尼羅河水系和古臺地控制中新統(tǒng)盆底扇濁積砂巖和生物礁灰?guī)r兩類優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育；③構造反轉期區(qū)域擠壓作用控制了大型構造圈閉的形成；④區(qū)域性鹽巖蓋層是大型氣田得以保存的關鍵。

（3）東地中海深水重點勘探區(qū)是黎凡特盆地中新統(tǒng)濁積砂巖領域和埃拉托色尼臺地生物礁灰?guī)r領域，盆地深水區(qū)和臺地周緣分別為其成藏有利區(qū)；未來值得探索的遠景目標區(qū)是希羅多德盆地深水中新統(tǒng)濁積砂巖領域和黎凡特盆地中生界深層領域。