美国非常规油气.doc

目录一、美国大地构造背景2二、美国沉积盆地分布4三、墨西哥湾沿岸盆地区构造演化6四、墨西哥湾盆地成藏组合7五、美国油气资源分布规律10六、美国非常规油气概况13七、参考文献17一、美国大地构造背景北美地台是北美板块的主体，褶皱带围绕地台四周分布。演化总体上表现为大陆同心式的向外增生。北美板块在西部与东太平洋发生挤压聚敛，东侧边界为大西洋扩散中脊。美国由五个部分组成：中部为稳定的地盾和克拉通区，西部是科迪勒拉中生代逆冲褶皱带，南部为马拉松-沃希托晚古生代逆冲褶皱带，东部为阿巴拉契亚早古生代逆冲褶皱带和其东侧的大西洋和墨西哥湾平原，北部为富兰克林地槽（图1-1）。图1-1 北美构造单元划分图（Brooks,2001）北美大陆的地质演化起源于加拿大地盾，它是整个北美大陆的核心，呈不规则的椭圆形，包括格陵兰、加拿大中东部的大部分和美国五大湖区的北部，密西西比河流域和五大湖地区所在的中部平原为北美地台主体。图1-2 美国褶皱造山带分布图（据Curtis，2002；David，2007有改）图1-3 美国地形图（美国国家地理）东南部是墨西哥湾沿岸坳陷带和大西洋坳陷带。墨西哥湾平原和墨西哥湾的中生代和新生代沉积岩层披覆于马拉松沃希托逆冲断层带南侧，形成向墨西哥湾楔状加厚的地层，这套地层古近系新近系最发育，中、新生代岩层已产生了大量的油气，使墨西哥湾地区成为美国最富产油气的地区之一。二、美国沉积盆地分布美国的沉积岩分布面积约为8106km2，其中浅海大陆架1.4106km2，沉积岩总体积约为2.35106km3。除阿拉斯加盆地区外，方位上将美国分成东、中、西、南四部分，再结合美国区域构造演化、沉积环境及油气分布规律等可将美国沉积盆地分为阿拉斯加盆地区、加利福尼亚盆地区、落基山盆地区、西德克萨斯和新墨西哥州东南部盆地区、中陆盆地区、墨西哥湾沿岸盆地区、东内部盆地区、阿巴拉契亚盆地区和大西洋沿岸及沿海盆地区，总计九个盆地区（图2-1）。每个盆地区都有自己独特的大地构造背景及油气地质特征。图2-1 美国盆地区划分及主要含油气盆地分布图（据Franz et al,2005有改）（阿拉斯加盆地区，加利福尼亚盆地区 落基山盆地区，西德克萨斯和新墨西哥州东南部盆地区，墨西哥湾沿岸盆地区，中陆盆地区，东内部盆地区，阿巴拉契亚盆地区，大西洋沿岸及沿海盆地区）主要依据沉积盆地所处的板块构造位置来划分盆地类型，将盆地划分为与不同类型板块边缘有关的盆地和内陆盆地。此外，有些盆地在形成和演化过程中会形成多种类型的复合、组合和叠合关系，在这里我们按起决定性作用的应力划分盆地类型。根据上述标准可将美国沉积盆地划分为：内陆盆地和板缘盆地两大类。其中内陆盆地分为克拉通盆地、前陆盆地和类前陆盆地；板缘盆地分为离散型盆地、俯冲边缘盆地和被动大陆边缘盆地（图2-2）。图2-2 美国沉积盆地分类图16三、墨西哥湾沿岸盆地区构造演化墨西哥湾盆地区总面积约1.3106km2，是美国产油气最多的地区。墨西哥湾沿岸区起源于泥盆纪的构造运动和宾夕法尼亚纪至二叠纪的海西运动，北美板块与南美板块碰撞而形成的泛古陆。早三叠世到中侏罗世早期陆壳拉伸变薄，形成裂谷，中侏罗世晚期到白垩纪裂谷中沉积了巨厚的盐层，发育大量的盐构造，新生代时拉腊米运动使盆地北部物源隆起，巨厚的沉积物以三角洲的形式向海洋推进，形成时代向海洋逐渐变新的沉积凹陷，同生断层和滚动背斜发育（图3-1）。图3-1 墨西哥湾沿岸盆地区构造图（据Ewing，1991有改）墨西哥湾沿岸盆地区地层北缘出露侏罗系白垩系外，全区为新生代沉积所覆盖。除少量非海相红层外，其余均为海相沉积。中侏罗统Louann组为粗结晶石盐夹少量石膏。上侏罗统底部为碎屑岩，中部主要为碳酸盐岩，上部多为碎屑岩。白垩系Comanchean组下部以碎屑岩为主，上部为碳酸盐岩，发育礁带；白垩系上部主要为碎屑岩夹泥灰岩和白垩。新生代沉积物主要是陆源碎屑物（图3-2）。图3-2 墨西哥湾盆地区剖面图（据李国玉等，2005有修改）四、墨西哥湾盆地成藏组合美国油气资源丰富，全国50个州中有34个州不同程度的含有油气资源，美国含油气盆地烃源岩分布范围广，发育层系多，从寒武系到新近系均有分布。其中多套烃源岩也是美国著名煤层气、页岩油、页岩气及致密砂岩气等非常规能源勘探开发的主要层系。美国油气主要富集在墨西哥湾沿岸坳陷、中央地台西南部以及加利福尼亚沿岸的盆地中。这些坳陷和盆地长期稳定下沉，沉积岩发育，构造运动适中，有利于油气的生成和保存。新墨西哥州东南部和中陆盆地区上古生界烃源岩最发育，烃源岩层系包括泥盆系、石炭系、侏罗系和白垩系。东部墨西哥湾沿岸古生界烃源岩相对发育，烃源岩层系包括奥陶系、志留系、泥盆系以及石炭系等。墨西哥湾盆地区烃源岩位于上侏罗统Smackover页岩、上白垩统Eagle Frod页岩和古新统暗色页岩；从上侏罗统至更新统海相暗色泥岩普遍发育，有机质丰富，组成良好的生油层，有的直接由沥青显示或为沥青质岩。整个沉积剖面中，除底部含盐层和古新统外，各层系的碎屑砂岩或碳酸盐岩均产油气，尤其是古近系和新近系储层最后，为最重要产层，主要是三角洲相砂岩储层，尤其是始新统威尔科克斯组、渐新统弗里奥组和中新统地层最为发育。白垩系产层以上白垩统底部五德宾砂岩最为重要。上侏罗统有鲕状石灰岩和砂岩产层；盖层为其上覆致密膏岩及页岩。油气圈闭类型多样，除大量盐丘构造外，还有背斜、断层、不整合、地层尖灭、超覆圈闭和复合型圈闭（图4-1，图4-2）。墨西哥湾沿岸和落基山盆地区油气富集程度高，墨西哥湾沿岸盆地区油气主要集中在中生界和新生界砂岩地层。 图4-1 墨西哥湾盆地区生储盖配置关系图4-2 美国各盆地区生储盖配置关系图选取墨西哥湾沿岸盆地区西部SmackoverAustinEagle Ford油气聚集带进行含油气系统分析。本区自早三叠世陆壳拉伸变薄形成裂谷，开始沉积地层。盆地埋藏史图（图4-3）显示自三叠纪开始到始新世该区一直接受地层沉积，大约40Ma的始新世达到最大埋深，随后沉积地层遭受轻微的抬升剥蚀。该区有两套主要烃源岩，上侏罗统Smackover页岩于白垩纪中期达到生烃门限，随着埋深加大和古温度升高在古新世成熟度到达1.2%，开始大量产出天然气；上白垩统Eagle Frod页岩于始新世达到生烃门限，随着埋深的加大成熟度升至0.9%而不再增加，产出的烃类属低熟油。此外上白垩统Eagle Frod也是美国主要页岩油生产层位。图4-4归纳了墨西哥湾沿岸盆地区西部SmackoverAustinEagle Ford油气聚集带成藏事件。本区Smackover页岩经过三叠纪侏罗纪沉降后，白垩纪中期烃源岩成熟度达到0.6%，达到生油门限，在古新世达到大量生气阶段。Eagle Ford页岩经过前期沉降后在始新世达到生烃门限，后期成熟度达到0.9%后不再升高。主要储集位于为始新统 、渐新统、中新统、上白垩统底部和上侏罗统砂岩地层。图4-3 墨西哥湾沿岸盆地区埋藏史图（M.Pawlewicz ,2004）图4-4 墨西哥湾沿岸盆地区成藏事件图（Magoon and Dow，1994）五、美国油气资源分布规律美国的油气分布很不均匀，明显受到所处地质条件的控制，在宏观上，随大地构造位置、沉积环境及成岩作用的不同，油气分布表现出一定的规律性（胡文海等，1995）。其每个油气区都有自己独特的大地构造位置及石油地质特征。影响油气分布的因素很多，大地构造只是其中之一，因而同一大地构造类型的含油气盆地，气含油气性也是有差别的，从构造位置上来看，美国发现的大油气田主要分布在墨西哥盆地的年轻台地、古地台前陆坳陷和古地台内。构造圈闭占美国所有油气田一半以上，特别是海岸平原地区以构造圈闭为主。复合圈闭居第二，主要分布在中陆地区及部分墨西哥湾海岸平原和加利福尼亚平原地区。地层圈闭在美国重要油气田中的比例也很可观，主要分布在中陆地区和落基山油气区。美国油气田的主要储油气层位包括：奥陶系、泥盆系上部、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系、三叠系下部、白垩系上部和第三系。在美国重要油气田中，储层的岩性大约70为碎屑岩，30为碳酸盐岩。路易斯安那沿岸和太平洋沿岸年轻的储层全部为碎屑岩，得克萨斯州和墨西哥湾沿岸储层中碎屑岩也占绝对优势。此外，落基山、东内部及东南部地区的储层中碎屑岩均超过70。碳酸盐岩储层仅在二叠盆地占优势。美国石油探明储量主要集中墨西哥湾沿岸坳陷、中央地台西南部、加利福尼亚沿岸及阿拉斯加盆地区，2009年上面四个地区的原油探明储量占美国总探明储量的80%左右（图5-1）。2009年前100个油田石油探明储量2.1109t，约占美国总探明储量的63%。2009年阿拉斯加州北坡盆地Prudhoe Bay油田是美国最大的油田，其后是德克萨斯州二叠盆地Spraberry Trend Area油田、墨西哥湾沿岸的Mississippi Canyon Blocks 807和778油田和加利福尼亚盆地区Belridge South油田（图5-2）。排名前十的巨型油田分布区域与美国石油探明储量分布图基本一致（图5-3）。图5-1 美国石油探明储量分布图（据EIA，2009 ）图5-2 美国前10个巨型油田2009年石油产量（据EIA，2009 ）图5-3 美国前10个巨型油田分布图（据EIA，2009 ）美国地质调查局在2007年对墨西哥湾盆地区的待发现资源进行评估，待发现常规原油为1.04108t，天然气为3.10109m3，天然气凝析油为5.55108t；非常规资源较少，仅有1.14108m3的天然气资源（图5-4）。图5-4 墨西哥湾沿岸盆地区待发现资源量统计六、美国非常规油气概况1.区域位置及盆地类型美国目前多个页岩区带具有页岩油勘探开发潜力(图6-1) 。EIA(2011)公布了4个主要页岩油区带的技术可采资源量，分别为Monterey / Santos页岩区带154. 2亿桶(约21. 1亿t，按7. 3桶/吨计算，下同)，Bakken页岩区带35.9亿桶(仅美国境内，约4.9亿t) Eagle Ford页岩区带33.5亿桶(约4.6亿t) Avalon/Bone Spring页岩区带15. 8亿桶(约2. 2亿t)。此外，Barnett Combo, Niobrara, Cana Woodford ,Mowry ,Heath等页岩区带也具有很大的资源潜力。图6-1 美国页岩油气分布从区域位置来看，美国页岩油区带主要分布在5个地区(表6-1)，分别为西海岸地区、落基山地区、墨西哥湾沿岸地区、西南地区和中陆地区，发育于San Joaquin盆地、Los Angeles盆地、Williston盆地、Denver盆地、Powder River盆地、Big Horn盆地、Maverick盆地、San Marcos凸起、East Texas盆地、Permian盆地、Fort Worth盆地和Anadarko盆地等。大地构造上，美国中部地区为稳定的地盾和克拉通构造带，围绕该区域发育3条大型逆冲褶皱带(东部阿巴拉契亚逆冲褶皱带、南部马拉松一沃希托逆冲褶皱带和西部科迪勒拉逆冲褶皱带)。此外，西海岸地区发育圣安德烈斯断裂带。在这个构造带上，依次大致发育了早古生代克拉通盆地群、早古生代前陆盆地群、晚古生代前陆盆地群、中生代前陆盆地群和新生代断陷盆地群。由此可见，美国页岩油区带主要集中在中西部地区，盆地类型涵盖了前陆盆地、克拉通盆地和断陷盆地。表6-1 分布特点统计2.发育层位及形成演化美国目前发现的页岩油发育地层主要有上古生界的上泥盆统、密西西比系(下石炭统)、二叠系，中生界的白玺系和新生界的中新统，其中以上古生界密西西比系和中生界白玺系居多(表6-1)。(1)上古生界页岩晚古生代，北美板块与南美板块相互碰撞引起马拉松一沃希托造山运动，在马拉松一沃希托逆冲褶皱带形成一系列弧后前陆盆地，Permian盆地、Fort Worth盆地和Anadarko盆地即在此时形成，并在密西西比系和二叠系沉积了多套海相富有机质页岩，主要包括密西西比系的Barnett组和Woodford组页岩，二叠系的Avalon组和Bone Spring组页岩。早古生代形成的克拉通盆地Williston盆地在晚泥盆世一密西西比纪沉积了一套Bakken组页岩。Williston盆地的基底为沉降幅度不大的前寒武纪结晶岩体，其上的地层从寒武系到第三系均有发育。寒武纪到密西西比纪以浅海碳酸盐岩沉积为主，中泥盆世一密西西比纪蒸发岩和页岩沉积逐渐增多。在Three Forks组沉积之后，Williston盆地边缘一带发生了重大的隆升和剥蚀作用，随后相对海平面上升并出现了低能海进，沉积了Bakken组下页岩段。之后盆地发生了较低幅度的抬升，导致相对海平面下降，并沉积了Bakken组中段地层，而后的又一次海进则为该组上段的沉积创造了条件。至宾夕法尼亚纪，Williston盆地开始出现以页岩、粉砂岩和砂岩为主的碎屑岩沉积，并在中生代和第三纪时占据主体。(2)中生界页岩中生代，北美板块与太平洋板块碰撞引起科迪勒拉造山运动，在美国中西部地区，科迪勒拉逆冲褶皱带东侧的落基山地区形成一系列前陆盆地，Denve盆地、Powder Rive盆地、Big Horn盆地即在其中。中生代之前，该地区经历了前寒武纪至奥陶纪的被动大陆边缘沉积、泥盆纪的抬升剥蚀和密西西比纪的浅海沉积，并在宾夕法尼亚纪和二叠纪形成原始落基山。进入中生代，该地区开始接受沉积，在三叠纪和早侏罗世以陆相沉积为主，中晚侏罗世由于北极的海侵，地层以海相沉积为主。在经历了侏罗纪末短暂的海退后，该地区在白玺纪接受了广泛的海相沉积，部分地区为海陆过渡相沉积，Niohrara组和Mowry组页岩即在此时形成。至白玺纪末，发生了拉腊米块断运动，形成了现今的盆山格局。墨西哥湾沿岸的Maverick盆地、San Marcos凸起和East Texas盆地一带在白玺世沉积了一套Eagle Ford组页岩。该地区属于Gulf of Mexico盆地北部的内陆带。晚古生代，北美板块与南美板块一非洲板块碰撞形成泛古陆，而Gulf of Mexico盆地就是这个泛古陆在中生代开始的解体过程中形成的。该盆地在早白玺世持续稳定沉降，盆地北翼的中部和内陆带地区沉降尤为剧烈，至晚白玺世，稳定沉降的格局遭到破坏，产生了范围很广的地层间断，即赛诺曼阶的地层不整合。之后的赛诺曼晚期和土仑期发生了广泛的海侵，海水侵入内陆，直至沃希托和阿巴拉契亚山脉。此次海侵，在德克萨斯中部到佛罗里达北部地区沉积了伍德宾/杜斯卡洛萨群陆源碎屑岩，之后在德克萨斯中部和东北部，以及路易斯安那与之相邻地区，土仑阶Eagle Ford组海相页岩又覆盖于伍德宾群之上。白玺纪末的拉腊米运动使Gulf of Mexico盆地北部物源区隆起，盆地中心在沉积载荷作用下大规模沉降，北部内陆带中生界地层形成北西一南东向倾斜的展布特点。(3)新生界页岩美国新生界页岩包括Monterey组和Santos页岩，主要分布在西海岸地区的San Joaquin盆地和Los Angeles盆地。San Joaquin盆地在晚侏罗世一白玺纪时为弧前盆地，至古近纪由于太平洋板块向北美板块斜向俯冲，导致陆块边缘平移错断，圣安德烈斯断层从盆地西南缘通过，造成盆地西陡东缓的形态特点。中新统是San Joaquin盆地重要的生油层，该套地层由西向东、由南向北厚度逐渐减薄，沉积相由海相变为陆相。Los Angeles盆地为剪切一拉张应力作用形成的断陷盆地，主要受与圣安德烈斯断裂带性质及走向一致的北西向转换断裂体系控制。盆地基底为晚侏罗世一早白玺世变质岩和侵入岩，其上沉积了上白玺统到更新统的地层。Monterey组页岩在盆地内部广泛分布，由较厚、多变的海相沉积岩(局部含侵入岩)组成，中东部地区含粗碎屑比例较大，西部沿海平原地区则以富有机质页岩、硅藻土和粉砂岩为主，并发育薄层细粒砂岩夹层。盆地以新港一英哥坞断层为界，界线东侧保留有白玺系和古近系地层，界线西侧则为上Monterey组页岩直接覆盖在基岩之上。3.结论美国页岩油区带主要分布在西海岸地区、落基山地区、墨西哥湾沿岸地区、西南地区和中陆地区，盆地类型涵盖了前陆盆地、克拉通盆地和断陷盆地，发育地层主要有上古生界的上泥盆统、密西西比系、二叠系，中生界的白玺系和新生界的中新统，其中以上古生界密西西比系和中生界白玺系居多。参考文献1. 张金川,姜生玲,唐玄,张培先,唐颖,荆铁亚：我国页岩气富集类型及资源特点，天然气工业，2009，29（12）：109-114.2. 张金川,金之钧,袁明生:页岩气成藏机理和分布,天然气工业,2004,24(7):15-18.3. 张金川,薛会,张德明,蒲军:页岩气及其成藏机理,现代地质,2003,17(4):466.4. 张金川、金之钧、袁明生.页岩气成藏机理和分布,天然气工业，2004年待刊5. 陈建渝,唐大卿,杨楚鹏:非常规含气系统的研究和勘探进展,地质科技情报,2003,22(4):55-59.6. 李春荣、潘继平、刘占红，世界大油气田形成的构造