世界大油气田形成的构造背景及其对勘探的启示.docx

世界大油气田形成的构造背景及其对勘探的启示李春荣1 ,潘继平2 ,刘占红1(1 . 中国地质大学 (北京) 能源学院 ,北京 100083 ;2 . 国土资源部油气资源战略研究中心 ,北京 100034)摘 要 :面对当前国内油气资源供求关系日趋紧张的形势 ,寻找能对国民经济起支柱性作用的大油气田已成为一项紧迫的任务 。为了借鉴国际勘探的成功经验 ,在介绍了美国学者 mann p 等人对世界大油气田研究的最新成果 tecto nic set2 ting of t he worlds giant oil and gas fields的基础上 ,结合我国勘探实践 ,认为国内以下新领域和新地区具有发现大油 气田的巨大勘探前景 : (1) 南海北部陆坡深水区 ; (2) 大型叠合盆地的海相油气成藏组合 ; (3) 东部大型成熟勘探盆地的新层系 ; (4) 地层型油气藏 。关键词 :大油气田 ;构造背景 ;勘探启示 ;新领域中图分类号 : p618 . 130 . 2 ; t e122 . 3 + 1文献标识码 :a2003) 6 ,通过介绍世界大油气田发现的最 新 研究成果 , 并结合中国勘探的实践 , 总结出一些规 律性的认识 , 以期能对国内寻找大油气田有所 启示 。当前全球油气资源供求关系日趋紧张 ,我国由于国民经济的快速增长 ,油气资源在供求关系 方面也面临着严峻挑战 。数十年勘探历史经验表 明 ,人们只有开拓新领域或新地区才能找到更多 的对国民经济起支柱性作用的大油气田1 。大型油田是指最终可采储量超过 5 108 bbl的油田 ;大型气田是指最终可采天然气储量超过2 500 108 m3 的气田 。储量是指最终可采的资 源量 ,包括当前已经累计采出的资源量 。气转换 为油的比率是 170 m3 气相当于一桶油 。因此有 些大油气田是指最终可采储量合计达到了 5 108 bbl ,而不是说油或气单个储量达到了 5 108 bbl 2 。大油气田的研究一直得到国内外学者的 广泛关注 , 美国石油地质家协会 ( aa p g) 出版过 一系列有关全球大油 气 田 的 专 著3 - 6 。我 国 学 者李国玉等7 - 9 专门出版了世界大油田图 集 和世界大气田图集 。宋芊等10 利用 ir is 数据库的 资料对全球大油气田的基本特征做过一个统计分 析 。文献调研表明 ,到目前为止尚未有就世界大 油气田形成的构造背景对中国寻找大油气田启示 进行探讨的论述 。本文利 用 基 础 资 料 ( halbo ut y m t , et al . ,1研究大油气田构造背景的意义大油气田在油气勘探中一直占有主导地位 。首先 ,大油气田贡献了世界储量的主要部分 ,占了 世界探明储量的 67 % ,甚至更多11 。因此 ,对大 油气田分布区域的构造背景 、地质演化历史 、以及成藏条件的研究将极大地有利于我们对世界烃类 的来源和未来供应的认识 。其次大油气田在地球 表面分布极不均衡 ,世界上四分之三的大油气田 的储量来自中东 、拉美和亚太地区 ,而石油输出国 组织成员国的储量刚好超过了大油气田总储量的15 %12 。这也说明了局部地区特殊的构造背景 对于大油气田的形成具有重要意义 。以世界上油 气最为富集的中东波斯湾地区为例 ,那里具备三 种最好的油气聚集背景 ,即陆 陆碰撞形成的前 陆盆地 ( zagro s 山之山前) 、特提斯被动边缘和大陆裂谷 (东阿拉伯半岛) 13 。基金项目 :全国油气资源战略选区综合研究项目油气地质理论总结与发展方向研究课题 ( xq - zh2) 资助 。收稿日期 :2007 - 03 - 05 ;改回日期 :2007 - 04 - 09作者简介 :李春荣 ( 1979 ) ,男 ,在读博士生 ,主要研究方向是盆地分析 。e2mail :li c r so hu. co m 。第 27 卷 第 3 期李春荣 ,等 1 世界大油气田形成的构造背景及其对勘探的启示35 边缘盆地 (304 个大油气田 ,占 34 . 66 %) ; (2) 大陆裂谷及其上覆的坳陷盆地 ( 271 个 ,占 30 . 90 %) ; (3 ) 陆 陆碰撞边缘盆地 ( 173 个 , 占 19 . 73 %) ; (4) 地体加积 ,弧陆碰撞/ 或浅俯冲形成的碰撞边 缘盆地 (71 个 ,占 8 . 10 %) ; ( 5) 走滑边缘盆地 ( 502世界大油气田形成的构造背景美国学者 mann 等14 统计到 2002 年底 , 世界上共发现了 877 个大油气田 ,这些大油气田集 中分布于 27 个地区 ,并按形成的构造背景划分为六类盆地类型 ( 图 1) ,这六类盆地按发现大油气 田的数目排序如下 : (1) 面向主要洋盆的被动大陆个 , 占 5 . 70 %) ; ( 6 ) 俯 冲 边 缘 盆 地 ( 80 . 91 %) 。个 , 占图 1 不同构造背景的盆地类型发育的大油气田数量fig. 1 the number of giant fields in basins of different tecto nic set ting2 . 1 面向主要洋盆的被动大陆边缘盆地这类盆地是指那些明显被限制在非断陷控制 的被动大陆边缘位置 ,并形成大油气田的盆地类型 。这里定义的被动大陆边缘盆地包括现今在碰撞背景被动边缘形成的被动边缘盆地 ,特别是包 括被动边缘的变形地区 、褶皱产生之前发生位移 的被动边缘 、以及只在垂向上发生位移的被动边缘盆地 。在面向主要洋盆的被动大陆边缘背景下 形成的世界大油气田主要有以下一些地区 :在阿拉斯加北部斜坡和加拿大 mackenzie 三 角洲区域有六个大油气田 。从中泥盆纪到早密西西比期间的 ellesmerian 造山运动的挤压作用塑 造了阿拉斯加北部斜坡带的岩石和 broo ks 山脉 。接着就发生了早白垩纪期间 ( 128 ma) 的裂陷作 用 ,这次裂陷作用导致了加拿大盆地洋壳的形成 ,沿着北部斜坡带进一步形成了裂谷被动边缘 。早白垩纪至全新世 ,主要是碎屑物 、被动陆源沉积 , 来自 broo ks 山脉南部的 mackenzie 三角洲沉积叠 置其上 。烃源岩 、储层 、以及构造和地层圈闭都发 育在被动边缘的位置 ,包括三叠纪和早白垩纪的碎屑岩储层 ,以及密西西比和宾夕法尼亚期的碎屑岩和碳酸岩储层15 - 17 。 在美国和墨西哥地区的墨西哥湾有 61 个大油气田 。在北美 、墨西哥 、尤卡坦半岛和南美北部 之间 ,中侏罗纪的断陷作用形成了墨西哥湾 。裂陷作用和尤卡坦半岛反时针方向的旋转使地壳张 开形成了墨西哥湾 ,并且在盆地中部深层局部洋壳的侧面形成了碳酸岩和碎屑岩的被动边缘 。被 动边缘的构造包括由于沉积物的加载造成侏罗纪盐岩重新位移生成盐的穹隆 ,盐退盆地 ,以及生长 断层 。烃源岩是晚侏罗和白垩纪的页岩 。侏罗纪蒸发岩为早期断陷发育的深水陆架烃类提供了有 效的盖层 ,这一点正在被深水钻探所证实18 - 22 。发育在巴西 campo s 盆地海域的 9 个大油气 田 。campo s 盆地在早白垩纪 ,从与它共轭的西非 大陆边缘裂开形成 。裂开过程中的构造事件包括剧烈的火山活动 , 在 122 ma 喷发的玄武岩覆盖 了盆地大部分基底 ,随着盆地裂陷发育 ,河流相 、湖相和碳酸盐沉积充填了盆地 。白垩纪区域不整 合的形成 ,和最初被动边缘沉积的形成标志着断36 海洋石油2007 年 9 月陷阶段的结束 。在巴西和非洲断陷边缘大部分地区 ,ap tian 盐岩覆盖在破裂不整合之上 ,说明了盐 岩是 在 裂 后 期 发 育 的 , 而 且 是 被 动 边 缘 的 一 部育在此类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田总数的 30 . 9 % 。2 . 3 陆 陆碰撞边缘盆地在陆陆碰撞边缘的内部区域 ,产生的盆地很 深 ,持续时间较短 ,而在变形带的外部区域发育有 宽阔的楔状前陆盆地或前渊盆地 ,大油气田主要发现在变形带外的前陆盆地或前渊盆地里 。在陆 陆碰撞边缘构造背景下形成的大油气田主要有美 国得州和怀俄明州的二叠纪盆地和 anadar ko 盆 地里的 29 个大油气田 ; 沿着 zagro s 山前狭长油 田区的大油气田 ; 北高加索 北部里海区域形成的 24 个大油气田 ; 南部里海 kopet dag 地区 形成 的 39 个 大 油 气 田 ; 乌 拉 尔 山 脉 timan pecho ra 前陆区形成的 26 个大油气田 等30 - 32 。 据 mann 等统计世界上有 173 个大油气田发育在 此类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田总数的 19 . 73 % 。2 . 4 地体加积 、弧陆碰撞/ 或浅俯冲形成的碰撞 边缘盆地这类碰撞型盆地形成在非碰撞终端地区的前 陆背景区 ,比如落基山脉和安第斯山脉 。在非碰撞终端地区的前陆盆地样式与形成在陆陆碰撞边 缘的前陆盆地构造样式基本是一样的 ,尽管前者 的形成一般具有较长的沉积历史 ,而不是一次 、短 期强烈的陆陆碰撞所形成 。因为岛弧地壳厚度较 薄 ,并且受两个汇聚性大陆变形的影响 ,使得此类前陆盆地一般比陆陆碰撞背景形成的前陆盆地范 围更狭窄 ,包含的沉积地层充填更薄 。如加勒比 海周围的前陆盆地是狭窄的 ,这就是因为加勒比 海拱起和外来的南北美大陆倾斜碰撞的结果33 。 前陆盆地之下 ,与陆壳挠曲和下弯作用有关的正 断层形成了前陆盆地里重要的构造圈闭34 - 35 。据 mann 等统计世界上有 71 个大油气田发育在 此类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田总数 的 8 . 10 % 。2 . 5 走滑边缘盆地走滑盆地类型相对于区域上普遍发育的伸展 裂谷 、被动边缘和碰撞背景形成的盆地类型 ,数量上要少的多 ,区域范围上要小一些 。尽管走滑盆地通常相对于前陆和裂谷盆地来说区域范围上要 小一些 ,但是走滑盆地还是可以发育非常厚的沉 积地层 ,发育优质的烃源岩 ,比如湖相烃源岩和在盆地早期受限环境下沉积的海相烃源岩 。加利福分23。在 campo s 盆地 ,储层是沉积在被动边缘渐新世的深水浊积砂岩24 。campo s 盆地的 bar2racuda 和 ro ncado r 大油气田代表了上世纪 90 年 代两个最大的发现 ,在 ro ncado r 油田晚白垩纪硅质碎屑浊积岩储层和 barracuda 油田大部分渐新世和始新世储层中聚集了近 40 108 bbl 石 油 。 两个油田都位于水深在 6002 100 m 的深水和 超深水海域 ,大油气田沿着南大西洋张开形成的裂谷边缘带发育25 。 西非被动边缘位置上的两个大油气区的大油气田 。一个是包括安哥拉 、卡宾达 、加蓬 、刚果民 主共和国在内的被动大陆边缘区 ; 另一个是尼日 利亚和喀麦隆的尼日尔三角洲大油气田区 。据 mann 等统计世界上有 304 个大油气田发 育在此类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田 总数的 34 . 66 % 。2 . 2大陆裂谷及其上覆坳陷盆地bur ke26 定义的裂谷就是在岩石圈伸展破裂 的上覆区域被沉积物充填的长条型凹陷 。裂谷可以出现在不同的构造环境 ,而不管岩石圈是否是伸展状态 。最普通的裂陷环境发生在大西洋型大 陆边缘张开形成的大陆裂开区域 。裂谷的发育一般有两个阶段 : 边界断层的沉降期 ,产生一个狭窄的 、长条形的断陷 ; 接着在大 部分 区 域 经 历 热 沉 降 期 , 形 成 上 覆 坳 陷 盆地27 - 28。两期沉降甚至在走滑背景下形成的较大拉分盆地中也可以观察到 ,因为这些都是岩石圈减薄的基本过程29 。在循环性较差的海洋峡 谷和形成于大陆裂陷早期的湖泊环境来说 ,裂谷和上覆的 、一般无断层的海相坳陷盆地对于烃源 岩的形成和定位很关键 ,如墨西哥湾晚侏罗 早 白垩纪的烃源岩和西非侏罗纪烃源岩 。断陷作用 要么在中途终止后形成被大陆包围的 、独立的陆 内裂谷 ,如北海盆地和西西伯利亚盆地 ,要么断陷延伸形成被动边缘翼部的主要大洋盆地 ,例如沿 着非洲西海岸的一系列的大洋盆地 。这些裂谷一 般被深埋在点源式的三角洲沉积之下 ,如西非尼 日尔三角洲 、席状碳酸岩 、蒸发岩和碎屑物形成的 被动边缘 。据 mann 等统计世界上有 271 个大油气田发第 27 卷 第 3 期李春荣 ,等 1 世界大油气田形成的构造背景及其对勘探的启示37 尼亚是一个典型的走滑盆地形成大油气田的例子 ,前期形成裂谷构造叠加在后期走滑带上形成 了一个理想的构造复合体 , 下部 广 泛 发 育 mo n2 terey 组海相烃源岩 ,随后被大的扭压走滑构造所展趋势一样 ,取得油气重大新发现的难度日益增大 ,国内油气供应关系日趋紧张 。陆上的大庆 、胜 利 、辽河等几大油田目前都已到了稳产或递减阶 段 ,迫切需要在新领域 、新地区发现新的大油气 田 。借鉴国际大油气田发现的成功经验 ,结合国 内勘探的实践 ,笔者认为以下几个领域将是我国未来发现大油气田最有希望的领域 : (1) 南海北部陆坡深水区 世界上深水勘探领域主要集中在被动大陆边缘盆地中 ,如上述介绍的巴西的 campo s 盆地 、墨 西哥湾盆地和西非近海的尼日尔三角洲盆地等 。我国南海北部大陆边缘发育的一系列边缘海盆地 也具有相似的构造背景40 。珠江口盆地和琼东 南盆地都是新生代离散型盆地 ,剖面上具有早期 裂陷 ,晚期海相披覆式坳陷的不对称结构和平面 上的多凸多凹的结构特点 。盆地第三系沉积厚度大 ,基底埋藏深 , 具备良好的生烃条件和储集条 件 。珠江口盆地最近在水深约 1 500 m 的白云凹 陷深水区发现了储量在 1 000 108 m3 级的大气 田即证明了我国南海北部陆坡深水区具有发现大 油气田的巨大勘探前景 。(2) 大型叠合盆地的海相油气成藏组合 叠合盆地海相油气成藏组合的重点是海相碳酸盐岩领域41 。国外碳酸盐岩大油气田的发现 已超过 100 年的历史 ,但近年仍时有发现 ,这表明 碳酸盐岩层系的勘探是个长期的过程42 。美国迄今为止在海相地层打了 260 104 口井 ,而我国 海相井总数不超过 5 000 口43 ,我国的碳酸盐岩 分布区约有 230 104 km2 ,勘探程度低 ,勘探潜力 大 。近年来以塔河油田为代表的塔里木盆地北部 油田群和以普光大气田为代表的川东北大油气田 群的发现揭示了中西部大型叠合盆地中下组合 ,特别是海相碳酸盐领域的巨大潜力12 。塔河油 田的探明地质储量已达 3 . 4 108 t , 三级地质储 量达 8 108 t 44 ,普光大气田的三级储量初步落 实超过 3 500 108 m3 45 。随着地质认识和勘探 实践的增加相信会在这一新领域有持续的突破 。(3) 东部大型成熟勘探盆地的持续发现 我国的油气剩余资源很大部分存在于十多个大型盆地中 ,特别是东部几大含油气盆地主要的 成藏组合已进行了较多的勘探 ,如松辽盆地和渤 海湾盆地 。但这些盆地仍有未被勘探的新领域 ,如松辽盆地近年在深部火山岩储层发现的徐家围影响36 - 37。mann 等统计世界上有 50 个大油气田发育在此类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田总数的 5 . 70 % 。2 . 6 俯冲边缘盆地俯冲边缘控制着弧前盆地 、弧间盆地和弧状 盆地的构造 、地层和地热史 。在俯冲边缘盆地类 型形成的两个最著名大油气田区域的例子是巽他群岛 东南亚 和南非西部边缘 。俯冲形成的大陆 边缘至少给大油气田发育了构造环境 ,因为在拱 起环境下发育有低孔隙 、富泥岩的沉降地层 。然 而 ,在热带地区的俯冲边缘 ,比如东南亚 ,就有可 能在很多弧状地层之上的局部构造高地发育碳酸岩和碳酸岩礁型圈闭 。俯冲边缘也可能含有丰富 的从附近俯冲海沟上升流带来的烃源岩 ,或者发 育来自附近大陆剥蚀的陆源储集岩 ,比如巽他大 陆 东南亚 38 - 39 。在俯冲边缘带常发育好的烃 源岩 和 储 集 层 , 但 构 造 组 合 却 是 非 常 少 的 。据mann 等统计世界上只有 8 个大油气田发育在此 类构造背景下 ,占世界上 877 个大油气田总数的0 . 91 % 。3对我国油气勘探的启示从 mann 等统计结果可以发现 ,世界大油气田的发现具有以下几个特点 : (1) 发现的大油气田 主要集中于被动大陆边缘背景 ,在裂谷和被动型 盆地里共发现了 575 个大油气田 ,占大油气田总 数的三分之二 。( 2) 深水和超深水是大油气田发现的有利地区 。上世纪 90 年代期间世界发现的 新油田 40 %来自大陆边缘深水区 ,如巴西的 ro n2 cado r 油 田 , 西 非 的 dalia 、kuito 、benguela 、giras2 sol 、hungo 、ro sa 、l andana 油田 ,墨西哥湾的 crazy ho rse 和 mad dog 油田等2 ,25 。( 3) 在已知大油气区大油气田的持续发现 。世界上大油气田最富 集的阿拉伯半岛 波斯湾地区和富集程度仅次于 中东波斯湾的西伯利亚盆地区在上世纪 90 年代 分别发现了 202 个和 93 个大油气田14 。我国自建国以来已进行了半个多世纪的油气勘探和开发 ,投入及成就巨大 ,但如今也像全球发38 海洋石油2007 年 9 月子大气田 ,揭开了松辽深部火山岩储层勘探的新领域 ,据估计松辽深部的天然气储量可达 10 000108 m3 以上 。渤海湾盆地浅层发现的蓬莱 19- 3 大油田 ,也说明了在盆地浅层类似构造背景 区域具有广阔的勘探潜力 。因此在东部大型含油 气盆地未被勘探的新领域 ,特别是深层 ,有望实现油气勘探的重大发现 。 (4) 地层型油气藏 地层型油气藏国内又叫“隐蔽型油气藏”或“岩 性 地 层 型 油 气 藏 ”。这 里 我 们 用 halbo ut y(1970) 总结的大油气田数据列表和 ih e 能源公 司提供的 2000 年的数据进行比较2 ,6 ( 图 2) ,可 以发现地层型圈闭油气藏所占的比例是上升的 。 在 30 年前 ,只有大约 10 %的大油气田是地层型 油气田 , 然而 2000 年就有 28 %的大油气田是地层型油气田 。油气藏数量增长的主要部分是地层 型大油气藏的增长 ,现在发现的大油气田中有三 分之二都有地层圈闭的因素46 。图 2 1970 和 2000 年发现的构造型和地层型大油气田的数量对比fig. 2 number co mpariso n of st ruct ural and st ratigrap hic giant field discovery in 1970 and 2000在我国地层型圈闭油藏也占有越来越重要的地位 。东部许多重要的油区在进行了数十年勘探 和高强度开发之后 ,已进入勘探的高成熟阶段和开发的中晚期阶段 。由于已施工了密集的地球物理探测和钻探工作 ,再发现重要构造圈闭的机遇 已日益减少 ,隐蔽圈闭勘探越来越占有重要地位 ,甚至是首要地位47 。根据第三轮油气资源评价结果 ,中国陆上剩余石油资源中 ,岩性地层油气藏 占 42 % ,这是我国陆上今后相当长一个时期内最 有潜力 、最现实的油气勘探领域 。近几年岩性地 层油气 藏 探 明 储 量 占 中 国 石 油 的 50 %以 上 , 松 辽 、渤海湾 、鄂尔多斯 、准噶尔 、二连等盆地发现了 一批由岩性地层油气藏组成的 5 千万至数亿吨储 量规模的大油田 ,成为储量增长的主要来源48 。 相信随着地震技术的日益提高 ,这一领域在未来 将继续获得新的发现 。总之借鉴世界大油气田发现的成功经验和结 合我国的勘探实践 ,石油地质家只有运用新思路 , 勇于开拓油气勘探的新领域和新地区 ,才能找到 更多的对国民经济起支柱作用的大油气田 。而笔 者认为南海北部陆坡深水区 、大型叠合盆地的海相油气成藏组合 、东部大型成熟勘探盆地的新层系以及地层型油气藏将是未来找到大油气田最有 希望的勘探领域 。参考文献 :1 李思田. 大型油气系统形成的盆地动力学背景 j . 地球科 学 ,2004 ,29 ( 5) :505 - 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