俄罗斯西西伯利亚盆地演化及油气成藏系统.pdf
2 0 1 3年 8月 第 3 2卷第 4期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l f i e l d De v e l o p me n t i n Da q i n g Au g ., 2 01 3 Vo 1 . 3 2 No . 4 DOI 1 0 . 3 9 6 9 / J . I S S N . 1 0 0 0 3 7 5 4 . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 0 6 俄罗斯 西西伯利亚盆地演化及油气成藏 系统 云建兵 王玄明 1 .大庆油 田有限责任公 司勘探事业部 ,黑龙江 大庆1 6 3 4 5 3 ;2 .大庆油 田有限责任公司第二采油厂 ,黑龙江 大庆1 6 3 4 1 4 摘要 俄罗斯西西伯利亚盆地为中一新生代超巨型克拉通盆地,油气资源丰富,是世界最大的含油气盆地。运 用层序地层学方法 ,在分析构造、沉积演化过程的基础上,将西西伯利亚盆地划分为 3个含油气系统。通过综 合分析含油气系统的烃源岩 、储集层和圈闭类型等要素,认为巴热诺夫一纽康姆含油气系统主要为上侏罗统一 森诺曼阶的常规油气藏和巴热诺夫组的白生自储式非常规油气藏;托尔古一秋明含油气系统主要为中一下侏罗 统秋明组的常规油气藏和基底顶部风化壳油气藏;北部中生代复合含油气系统主要为阿普特一森诺曼阶波库尔 组的天然气藏和侏罗系一纽康姆阶的凝析油藏。 关键词俄罗斯 ;西西伯利亚盆地;构造沉积演化;油气成藏系统 中图分类号T E 3 5 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 3 0 4 - 0 0 2 4 - 0 6 EVoLUTI oN AND PETRoLEUM S YS TEM oF W ES T S I BERI AN BASI N I N RUSS I A YU N J i a n b i n g ,WANG Xu a n mi n g 1 . E x p l o r a t i o n D e p a r t m e n t 2 . Ⅳl0 . 2 Oi l Pr o d u c t i o n Pl a n t o f D a q i n g O i lfie l d C o m p a n y L t d . , D a q i n g 1 6 3 4 5 3, C h i n a ; ofD a q i n g O i lfi e l d C o m p a n y L t d . 。D a q i n g 1 6 3 4 1 4 ,C h i n a Ab s t r a c t W e s t S i b e r i a n Ba s i n i s a Me s o z o i c Ce n o z o i c g i a n t c r a t o n i c b a s i n,wh i c h po s s e s s e s a b u n d a n t o i l a nd g a s r e s o u r c e s a n d c a n b e r e g a r d e d a s t h e l a r g e s t p e t r o l e um b a s i n i n t he wo r l d.By u s i n g s e q ue n c e s t r a t i g r a p h y me t ho d a n d o n t h e b a s e s o f a n a l y z i n g t h e c o u r s e o f t e c t o n o s e d i me n t a r y e v o l ut i o n,t h e b a s i n i s d i v i d e d i n t o 3 p e t r o l e u m s y s t e ms .Th e c o mp r e h e n s i v e a n a l y s e s o f t h e s o u r c e r o c ks ,r e s e r v o i r s,t r a ps a n d o t h e r f a c t o r s i n e a c h s y s t e m s h o w t h a t B a z h e n o v Ne o c o mi a n p e t r o l e u m s y s t e m i s c o mp o s e d o f a c o n v e n t i o n a l p e t r o l e u m r e s e r v o i r s i n J u r a s s i c - C e n o ma n i a n S t a g e a n d s e l f s o u r c e d a n d s e l f - p r e s e rve d u n c o n v e n t i o n a l pe t r o l e u m r e s e r v o i r s i n Ba z he n o v F o r ma t i o n;To g u r Ty u - me n p e t r o l e u m s y s t e m f o r ms a c o n v e n t i o n a l p e t r o l e u m r e s e rvo i r s i n t h e L o we r - Mi d d l e J u r a s s i c T y u me n F o r ma t i o n s a nd t h e we a t h e r e d c r us t p e t r o l e um r e s e rvo i r s o n t he t o p o f t h e b a s e me n t ;t h e No ah e r n Me s o z o i c c o mp o s i t e pe t r o l e u m s y s t e m g e n e r a t e s t he g a s r e s e rvo i r s i n P o k u r Fo r ma t i o n o f Ap t i a n Ce n o ma n i a n S t a g e a n d c o n d e ns a t e r e s e rvo i r s i n J u r a s s i c Ne o c o mi a n S t a g e . Ke y wo r ds Rus s i a;W e s t S i be r i a n Ba s i n;t e c t o n o s e di me n t a ry e v o l u t i o n;p e t r o l e u m s y s t e m 俄罗斯西西伯利亚盆地为世界最大的含油气盆 地,面积达 3 5 01 0 k m ,油气资源丰富。盆地总 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 3 - 0 3 改 回日期 2 0 1 3 - 0 6 -03 基金项目国土资源部国家油气专项 “ 全球油气地质综合研究与区域优选项目” G T Y Q Q Q - 2 0 0 8 - 2 -0 。 作者简介云建兵,男,1 9 8 0年生,工程师,博士,从事勘探管理工作。 E ma i l y u n j i a n b i n g p e t r o c h i n a . c o n . c n 第 3 2卷第 4期 云建兵等 俄罗斯西西伯利亚盆地演化及油气成藏系统 2 7 深水盆地没有被纽康姆 阶的前积碎 屑沉积完全充 填,巴雷姆期盆地西部边界附近仍然存在狭窄的深 水区。阿普特期 ,自西伯利亚地台物源发育的三角 洲沉积终止 ,剩余的深水盆地被早期 的阿普特 阶页 岩所充填。西西伯利亚盆地北部 ,大规模的充填开 始于欧特里夫期 J ,深水 区的前三角 洲沉积与 向 东方 向的碎屑斜坡沉积形成阿赫组 。阿普特一森诺 曼期 ,西西伯利亚盆地西部和亚马尔以及格达半岛 西部发育浅海和近海沉积地层 ,包括阿普特 阶塔诺 珀查组页岩和维库洛夫组砂岩 ;阿尔布期发育汉特 一 曼西组 页岩 ,森诺曼 期发育乌 瓦特组大规模 砂 岩。在盆地东部和东北地区,发育冲积平原沉积地 层 ,包括阿普特一森诺曼阶波库尔组含煤层的砂页 岩,也是西西伯利亚盆地最重要的天然气储层。土 伦期 ,一个地区性海进体系覆盖整个西西伯利亚盆 地并沉积了库兹涅佐夫组硅质页岩。库兹涅佐夫组 的上覆地层为以页岩沉积为主的土伦一坎潘阶别列 佐夫组和麦斯里希特阶甘金组。下部 的别列佐夫组 包含 2 0 m厚 的硅 藻土 ,是优 质 的饱 和天然 气储 目 [ 8 ] , z 0 海相碎屑沉积持续至始新世中期 ,经过漫长的 中生代时期 ,盆地沉积中心由南部逐渐转移至北部 的愕 毕 湾地 区。始 新 统一上 新 统 沉 积 厚 度 超 过 7 5 0 i n , 主要 为持续 的碎屑岩夹煤层 沉积。始 新世 一 渐新世时期 ,只在盆地东南地区存在浅海 。之后 西西伯利亚盆地北部地层经历 了从渐新世至上新世 中期 的整体 抬升和 剥蚀 J 。盆地在 东、西 向挤 压 构造应力背景下抬升,发育中生界高幅度背斜,这 些背斜蕴藏着盆地主要 的天然气藏 。晚渐新世一新 近纪冰河时期 ,亚马尔和格达半 岛以及喀拉海陆架 发育 l O 0~ 2 0 0 m厚 的海相沉积地层 ,上覆于剥蚀 面之 t 3西 西伯利 亚盆地含 油气 系统 按照油气成藏条件 、油气分布规律及主要油气 产层分别命名的原则 ,可将西西伯利亚盆地划分为 巴热诺夫一纽康姆 、托尔古一秋 明和北部 中生代复 合 包括中一下侏罗统和白垩系的多套产层 3个 含油气系统 。 3 . 1巴热诺夫一纽康姆含油气 系统 包括了西西伯利亚盆地接近 7 0 %的石油资源。 油藏主要分布于纽康姆阶和上侏罗统的碎屑岩储层 以及 巴热诺夫组页岩储层 中,形成 了一批特大型砂 岩 油 藏。 其 中 萨 摩 特 罗 尔 油 田 可 采 储 量 为 2 0 . 6 X l O t ,为俄罗斯第一 、世界第五大油 田。天 然气藏规模较小 ,分布于盆地边部 ,储层为上侏罗 统碎屑岩和碳酸盐岩 图 3 a 。 地质时代/ Ma o 5 0 o O 2 .0 1 .0 0 中生代 l 新生代 叠 纪 l 侏 罗纪 l 白垩纪l 古近纪 l 新近纪 含油气系统 晚t 8l 中l晚l早l晚 I 古 新世 l 始新世 I 渐新世I 中新世 I 上 新 事件 I 含油气地层 豳 烃源岩 储层 I- _■ _ 盖层 上 覆 君 层 圈闭 油气生成运移聚集 a 巴热诺夫一 纽康姆含油气系统 地 质时代/ Ma o 6 P 2 0 P 0 中生代 新生 代 含油气系统 虢 l 侏罗纪 白垩纪 古近纪 新近纪 晚I 早I 中I晚 早 l晚 l古 新 世 l始新世 渐新世 中新世 L 匕 新 世 事件 /I 含油气地层 l 烃源岩 ■ _ 储层 _ 盖层 上覆岩层 圈闭 油气生成运移聚集 b 托古尔一 秋明含油气系统 图3西西伯利亚盆地含油气系统事件 F i g. 3 Pe t ro l e um s ys t e m e ve n ts i n W es t Si be ri a n Ba si n 3 . 1 . 1烃 源岩特 征 巴热诺夫组富含有机质钙质页岩 ,是 巴热诺夫 一 纽康姆含油气系统的主要烃源岩 ,其厚度通常为 2 0~ 4 0/ n ,局部地区可达 5 0~ 6 0 m,在整个西西 伯利亚盆地广泛 分布 ,面积达1 6 0 X l O k m _ 】 。 巴 热诺夫组形成于晚侏罗世海进时期的深海相沉积环 境 中,有机质在水底安静的厌氧环境 中得 以完好保 存 。油源对 比表明 ,纽康姆一森诺曼 阶以及上侏罗 统储层 的油藏全部 来 自巴热诺夫组 。巴热诺 夫组有机质主要 由浮游生物和细菌演化而来 ,平均 总有机碳为 5 . 1 % ,盆地 中部高达 9 %。干酪根类 型为 I I 型,氢指数为 4 0 0~ 5 0 0 mg / g 。巴热诺夫组 烃源岩在盆地大部分地 区都 已成熟 ,只在外围地 区 未成熟 ,进入油窗的时期为晚白垩世至古新世 ,在 上新世时期成熟度达到最大值 。巴热诺夫组贡献 了 整个盆地超过 8 0 %的石油和相当数量的天然气 。 3 . 1 . 2储 层特征 储层主要为碎屑岩 ,只有在乌拉尔油气区上侏 罗统发育超覆于基底之上的灰岩 。纵 向上发育 2套 主要的碎屑岩储层 ,第一套为斜坡沉积陆架区的梅 吉翁和瓦尔托夫组以及上覆的巴雷姆一 阿普特阶储 2 8 大庆石油地质与开发 2 0 1 3焦 层 ,蕴藏着西西伯利亚盆地超过 9 0 % 的油藏 ;第 二套为斜坡和与其毗邻的深海环境的纽康姆阶阿奇 莫夫组储层 。梅吉翁和瓦尔托夫组为细到中等粒度 的砂岩和粗晶粒的粉砂岩 ,含黏土胶结物。沉积相 包括各种浅海和近岸海相 ,如河 口坝和浪控三角洲 等。储层厚度一般为 3 0~ 5 0 m,有 效厚度为几米 至 2 0 m;砂岩孔隙度较高 ,为 2 0 % 一2 6 %;渗透 率较高,一般大于 1 0 01 0 ~ m ,局部地 区可以 达到 1 m 。阿奇莫夫组为砂岩和粉砂岩 ,物性较 差 ,孔隙度为 1 8 % ~2 0 %,渗透率小于1 0 01 0 m 。砂岩厚度小于 1 0 m,且与页岩互层 ,主要发 育透镜体 ,与围岩连通性差。 巴热诺夫一纽康姆含油气系统还包含一套 自生 自储式非常规油气藏 ,分布于巴热诺夫组页岩裂缝 和微孔 隙中。巴热诺夫组烃源岩有机质丰度高 、类 型好 、成熟度高,具有欠压实作用的高孔隙带排 出 的大量油气未能全部运移而滞留在异常高压裂缝 中 形成非常规油藏。巴热诺夫组页岩钙质含量较高 , 岩石脆性大 ,破裂作用强 ,裂缝油藏广泛发育 ,成 藏及分布规律 比较复杂。 3 . 1 . 3圈闭特征 巴热诺夫一纽康姆含油气系统大部分油藏为构 造圈闭 ,以宽缓 的台地状隆升背斜为主 ,侧翼倾角 不超过 2 。 ,闭合高度为几十至 1 5 0 m。深部地层背 斜构造的闭合高度较大 ,向上逐渐减小。断层较少 见 ,少数的几条断层断距可达几十米。这些断层很 少断穿下一 中侏罗统秋明组。许多背斜分布于区域 性的穹窿上 ,凹陷中的隆起比较少见 ,盆地边缘发 育构造岩性复合圈闭。 3 . 2托尔古一秋明含油气 系统 托尔古一秋明含油气系统位于 巴热诺夫一纽康 姆 含 油 气 系 统 下 部 的 秋 明 组 中,深 度 为 2 2 0 0 3 00 0 m ,占盆地石 油资源 的 3 0 % 以上。 油层多数分布于秋明组上部至卡洛夫阶页岩盖层下 部的地层 中, 部分油层分布于基底风化壳顶部。托 尔古一秋 明含油气系统的油 田开发经济效益相对较 低, 至今仍有大批油田没有动用。但同样具备形成 大型油气藏的良好条件 , 勘探潜力巨大 图 3 b 。 3 . 2 . 1烃 源岩 特征 烃源岩主要为秋明组下部 的士阿辛阶富含有机 质的托尔古页岩 ,由深棕一黑色的伊利石、蒙脱石 和高岭石组成 ,厚度为 2 5~5 0 m,上覆 于古生界 之上,在构造高点处尖灭 ,沉积于世界范围内的海 平面上升时期 。托尔古页岩平均总有机碳 为 1 % ~ 5 % ,个别地 区高达 1 7 %。生物标志化合物和 同位 素分析表明烃源岩有机质包含海相藻类 、浮游生物 和细菌以及陆相高等植物等多种来源 ,生烃潜力较 好 ,且大部分地 区都 已成熟 ,未成熟烃源岩只分布 于外 围区域和构造隆起斜坡带 ,成熟时期为晚白垩 世。此外 ,士阿辛一阿林阶拉多姆页岩也是托尔古 一 秋 明含油气系统的烃源岩 ,生烃潜力为中等一好 烃源岩 ,形成于相似的海进体系域。个别地区总有 机碳高达 1 7 % ,氢指数为 1 2 0~2 9 0 m g / g ,干酪跟 类型以Ⅲ型为主。 3 . 2 . 2储 层特征 主要储层为秋明组中一上部砂岩,非均质性较 强 ,储层横向连续性差。岩性为细粒一中粒多物源 砂岩, 石英 为4 0 % ~ 7 0 % ,含黏土胶结物 以 及一些碳 酸盐矿物。裂缝不发育 ,孔隙度范 围为 1 0 % ~1 6 %,渗透率小 于 1 0 0 X 1 0 ~ m 。前侏 罗 系顶部风化壳储层非均质性较强 ,物性除了与岩性 和风化壳的发育程度相关外还取决于裂缝以及岩石 热液蚀变产生 的次生孔隙。 3 . 2 . 3 圈闭特 征 圈闭类型主要为岩性和构造岩性复合圈闭。秋 明组下部为来 自盆地外和盆地 内部古生界高部位碎 屑物源在河谷低部位环境沉积形成 的辫状河透镜状 砂体岩性圈闭 ;上部为近岸砂 坝与海滩相 ,岩 层在构造高部位斜坡处尖灭形成岩性圈闭。其他油 藏发现于区域性隆升的构造圈闭中,由于砂体连通 性差 ,这些圈闭实际为构造一岩性复合圈闭,受储 层尖灭控制。 3 . 3北部中生代复合含油气系统 主要以天然气藏为主 ,包括了几乎所有西西伯 利亚盆地的天然气藏 ,约 占世界天然气储量的1 / 4 。 形成了大批世界知名的天然气藏 ,其中乌连戈伊气 田储量为 1 0 . 21 0 m , 为俄罗斯第一 、世界第二 大天然气田。 3 . 3 . 1烃 源岩特征 烃源岩 比较复杂多样。三叠系坦别伊组页岩总 有机碳为 3 % ~5 % 。中下侏 罗统秋明组富含碳 质 有机物 ,且下部地层包 含煤层 ,平均 总有机碳 为 2 . 5 % ~2 . 8 %。上侏罗统 瓦休甘组 含有陆源有 机 物 ,主要为Ⅲ型干酪跟 。巴热诺夫组全 区发育 ,尽 管其 总有机碳值 没有 中部地 区高 ,为 3 % ~7 % , 但仍为好烃源岩 ,主要为 Ⅱ型干酪根 ,成熟度介于 油窗和气窗的中上部。白垩系欧特里夫一森诺曼阶 广泛发育海陆交互相碎屑沉积岩 ,平均总有机碳为 第 3 2卷第 4期 云建兵等 俄罗斯西西伯利亚盆地演化及油气成藏系统 2 9 1 . 3 % ,中间夹有煤层。 3 . 3 . 2储层 特征 主要为中下侏罗统秋 明组和上阿普特一森诺曼 阶波库尔组 。高孔隙度和渗透率的波库尔组为西西 伯利 亚 盆 地 最重 要 的天 然气 储 层 ,孔 隙度 介 于 2 5 % 一 3 5 % , 平均渗透率为 5 0 0 x 1 0。 。 m 。累计砂 岩厚度 占地层厚度的一半以上 ,主要成分为石英和 长石等碎屑矿物以及高岭石、绿泥石和伊利石等胶 结物 。纽康姆阶阿奇莫夫组为 白垩系湿气和凝析油 的主要储层 ,岩性为斜坡沉积的砂页岩 ,经历了强 烈 的压实 和成 岩演化作用 ,物性较差 ,孑 L 隙度 为 1 5 % 一 2 1 % , 渗透率最高可达 7 01 0 ~ m 。深部 侏罗系秋明组发育一套凝析油藏砂岩储层 ,沉积于 滨海砂坝环境 ,孔隙度超过 1 3 %,渗透率超过 1 1 0一 I x m 。 3 . 3 . 3圈闭特征 含油气系统上部天然气藏主要为构造圈闭,发 育区域 性 延 伸 的 大 型 1 5 0~ 3 0 0 k m 背斜 隆 起 , 构造幅度较 大 1 ~1 . 5 k m 。 侏罗 系发育断层 ,断 穿整个纽康姆阶 ,但只有极少数向上延伸至波库尔 组。与南部构造不 同,北部圈闭发育时代较晚 ,一 般开始于纽康姆期 ,形成于森诺曼晚期 J ,甚 至 一 些构造隆起和剥蚀在古近纪时期继续发育 。阿奇 莫夫组湿气和凝析油藏的圈闭类型为构造一岩性复 合圈闭 ,主要为斜坡沉积末端的浊积扇。 4结 论 1 西西伯利亚盆地为世界 面积最大 的含油 气盆地 ,油气资源十分丰富 ,也是俄罗斯储量和产 量最高的油气盆地。 2 西西伯利 亚盆地是超 巨型中一新 生代克 拉通盆地 ,具备得天独厚 的成藏条件 ,盆地南部以 大面积油藏为主 ,北部以天然气藏为主,整体具有 “ 南油北气”的特点。 3 西西伯利亚盆地整体 可划分为 3个 含油 气系统 ,其中巴热诺夫一纽康姆和北部中生代复合 含油气系统具备形成超大规模油藏和天然气藏的优 越条件 ;托尔古一秋明含油气系统开发效益相对较 低 ,但同样具备 良好的成藏条件 ,勘探潜力巨大。 参考文献 [ 1 ]B e l y a k o v S L ,B o n d a r e n k o G E,I v a n y u k V V,e t a1.N e w d a t a o n l a t e Me s o z o i c s t rik e - s l i p d e f o r ma t i o n s i n s e d i me n t a r y c o v e r o f t h e n o r t h e r n s e c t o r o f t h e We s t S i b e ri a n p 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[ 9]S u r k o v V S ,S m i rno v L V.C e n o z o i c t e c t o n i c e v e n t s a n d p h a s e d i f - f e r e n t i a t i o n o f h y d r o c a r b o n s i n t h e Ha u t e r i v ia n - C e n o ma n i a n c o mp l e x o f t h e We s t S i b e ri a n b asi n [ J ] . G e o l o g i y a N e fl i i G a z a ,1 9 9 4 , 1 1 3 - 6 . [ 1 O]Ko n t o r o v i c h A E,Mo s k v i n V I ,B o s t i k o v O I ,e t a1.Ma i n o i l s o u r c e f o rma t io n s o f t h e We s t S i b e ri a n b a s i n [ J ]. P e t r o l e u m G e o s c i e n c e ,1 9 9 7 , 3 4 3 4 3 - 3 5 8 . [ 1 1 ]K o n t o rov i e h A E,P e t e r s K E, Mo l d o w a n J M,e t a1 .H y d roc a r b o n b i o mark e r s i n o i l s o f t h e Mi d d l e O b r e g i o n[ J ].G e o l o g i y a i G e o fi z i k a , 1 9 9 1 , 3 2 1 0 3 _ 3 4 . [ 1 2 ]P e t e rs K E, K o n t o rov i c h A E, Mo l d o w a n J M, e t a 1 .G e o c h e mi s t ry o f s e l e c t e d o i l s a n d r o c k s f r o m t h e c e n t r a l p o rti o n o f t h e W e s t S ibe r i a n b a s i n ,R u s s i a [ J ] . A A P G B u l l e t i n ,1 9 9 3 , 7 7 5 8 6 3 - 8 8 7 . [ 1 3 ]P e t e r s K E,K o n t o rov i e h A E,Hu i z i n g a B J ,e t a 1 .Mu l t i p l e o i l f am i l i e s i n t h e We s t S i b e ri a n b a s i n [ J ]. A A P G B u l l e t i n ,1 9 9 4, 7 8 6 8 9 3 - 9 0 9 . [ 1 4]P e t rov A A .B i o ma r k e r s a n d g e o c h e m i c al c o n d i t i o n s o f o il g e n e r a t i o n i n R u s s i a [ J ]. G e o l o g i y a N e f t i i G asa , 1 9 9 4, 6 1 3 1 8 . [ 1 5]Y e k h a n i n A E .E x p lo r a t i o n p o t e n t i al for p o o l s o f d i f f e r e n t p h a s e c o mp o s i t i o n i n t h e L o we r - Mi d d l e J u r ass i c p r o d u c t i v e c o mp l e x o f We s t S i b e ri a[ J ].G e o l o g i y a N e fl i i G a z a ,1 9 9 0, 4 2 - 4 . [ 1 6 ]K o v y l i n V M.F r a me w o r k a n d p e t rol e u m p r o d u c t i v i t y o f t h e N y u ro l d e p r e s s i o n [ J ].S o v e t s k a y a G e o l o g i y a , 1 9 9 0, 1 1 2 6 3 3 . [ 1 7 ]Me l n i k o v a E G .S t r u c t u r al a n d g e n e t i c f a c t o r s t o for m t h e B o v a n e n k o v o d e p o s i t We s t S i b e ri a [ J ].Mo s c o w U n i v e rsi t y G e o l o g y B u l l e t i n ,1 9 9 2 , 4 7 4 7 7 _ 7 9 . 编辑王雪峰