白國平，曹斌風(fēng)

(中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249)

全球深層油氣藏及其分布規(guī)律

白國平，曹斌風(fēng)

(中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249)

深層油氣勘探對老油氣區(qū)(田)擴大儲量、穩(wěn)定產(chǎn)量具有重要意義。以全球深層油氣藏的最新資料為基礎(chǔ)，系統(tǒng)統(tǒng)計分析了全球深層油氣分布特征。在全球(不包括美國本土48州)349個含油氣盆地中，87個盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)了深層油氣藏。全球深層油氣儲量的63.3%分布于碎屑巖儲集層，35.0%儲于碳酸鹽巖，其余的1.7%儲于巖漿巖和變質(zhì)巖。構(gòu)造圈閉富集了全球深層油氣儲量的73.7%，是深層油氣最重要的圈閉類型。被動陸緣盆地和前陸盆地是深層油氣最富集的盆地類型，其深層油氣儲量分別占全球總量的47.7%和46.4%。層系上，深層油氣主要富集于5套儲集層系：古近系(占全球總量的22.3%)、上古生界(22.2%)、白堊系(18.3%)、新近系(12.8%)和侏羅系(12.8%)，深層油氣的層系分布特征與中、淺層油氣類似。巖鹽導(dǎo)致的鹽下沉積物的負(fù)熱異常效應(yīng)抑制了盆地深層烴源巖的熱演化或液態(tài)烴向氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化，因此含鹽盆地深層油氣勘探特別值得關(guān)注。建議深層油氣勘探應(yīng)立足于中、淺層已有重大油氣發(fā)現(xiàn)的地區(qū)，特別是發(fā)育有一定規(guī)模鹽巖的地區(qū)。

前陸盆地；被動陸緣盆地；含鹽盆地；油氣分布；深層油氣藏

深層油氣藏是指現(xiàn)今埋藏深度超過4 500 m的油氣藏[1]。隨著中淺層油氣勘探開發(fā)程度不斷提高，油氣發(fā)現(xiàn)難度日益加大，深層油氣勘探開發(fā)越來越被廣泛關(guān)注，全球深層油氣的新增儲量呈明顯增長趨勢(圖1)?？碧介_發(fā)盆地的深層油氣資源，對老油氣區(qū)(田)擴大儲量、穩(wěn)定產(chǎn)量有著非常重要的意義。與中淺層油氣相比，深層油氣勘探開發(fā)面臨兩大挑戰(zhàn)：一是深層油氣成藏理論不夠成熟；二是深層油氣勘探開發(fā)難度大，投資回報率低。因此，未來深層油氣勘探開發(fā)將依賴于對深層油氣藏成藏特征的認(rèn)識及鉆井、完井等技術(shù)的突破[1-4]。

圖1 全球深層油氣2P可采儲量增長史(不包括美國本土48州)Fig.1 Discovery history of original 2P petroleum reserves for deep petroleum accumulations worldwide(excluding US Lower 48 States)

多位學(xué)者開展過有關(guān)深層油氣地質(zhì)特征的研究[1-2,5-11]，其中Dyman等[1]探討了全球待發(fā)現(xiàn)深層常規(guī)天然氣的資源潛力和區(qū)域分布特征，是目前為止有關(guān)深層油氣研究最為詳盡的公開文獻(xiàn)。王宇等[5]基于全球24個盆地的油氣地質(zhì)基礎(chǔ)資料，定性探討了全球深層油氣分布特征，但其資料基礎(chǔ)有待進(jìn)一步充實。前人的研究成果尚未涉及全球深層油氣藏的定量表征及其分布規(guī)律。

深層油氣的勘探可追溯至20世紀(jì)50年代。1956年，在美國阿納達(dá)科盆地Carter-Knox氣田埋深4 663 m的中奧陶統(tǒng)Simpson群碳酸鹽巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)了世界上第一個深層氣藏[12]。之后，伴隨著深層鉆井和完井等技術(shù)的突破，油氣勘探向超深層[1](埋深超過7 500 m)領(lǐng)域邁進(jìn)。如1977年，在阿納達(dá)科盆地Mills Ranch氣田8 097 m深處的寒武系-奧陶系A(chǔ)rbuckle 群白云巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)了氣藏[13]。1984年，在意大利Villifortuna-Trecate油田6 400 m深處的三疊系白云巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)了油藏[14]。自1980年起，深層油氣勘探由陸上逐漸向海域拓展，如1980年，在阿拉伯盆地Fateh 氣田埋深4 500 m的二疊系Khuff組灰?guī)r內(nèi)發(fā)現(xiàn)了氣藏。目前，深層油氣勘探在墨西哥灣、巴西東部、西非等深水和超深水區(qū)已取得重大突破。此外，在北極地區(qū)(如俄羅斯蒂曼-伯朝拉盆地)，深層勘探也有一定的突破。截至2012年6月，在全球(不包括美國本土48州)349個含油氣盆地中的87個盆地內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了1 595個深層油氣藏(圖2)，本文將這些已發(fā)現(xiàn)深層油氣藏的盆地稱之為深層含油氣盆地。

基于全球范圍(不包括美國本土48州)內(nèi)深層油氣藏的最新數(shù)據(jù)資料，本文試圖揭示深層油氣藏的油氣地質(zhì)特征，表征深層油氣分布規(guī)律，探討鹽巖對沉積盆地深層烴源巖(烴類)保存的影響，并通過與中淺層油氣分布特征類比，揭示深層油氣在不同時代儲集層系富集的差異性。

1 油氣地質(zhì)特征

1.1 油氣儲量

常規(guī)油氣在沉積盆地深層廣泛分布，按照相態(tài)，可分為石油、天然氣和凝析油3類。全球深層石油、天然氣和凝析油探明和控制(2P)可采儲量分別為5 755×106t，100 836×108m3和1 383×106t，合計為15 238×106t油當(dāng)量(表1)。在已發(fā)現(xiàn)的深層油氣中，石油、天然氣和凝析油可采儲量分別占深層油氣2P總可采儲量的37.8%，53.1%和9.1%，即深層油氣以天然氣為主。石油在盆地深層儲集巖中的存在可能與大氣水沿盆地邊界斷層下滲所引起的盆地深層低溫或低熱成熟度有關(guān)[15]，亦可能與超壓[16-18]和鹽巖沉積[19-23]有關(guān)。

1.2 儲集層

深層儲集巖分為三大類：碎屑巖、碳酸鹽巖和結(jié)晶巖(巖漿巖和變質(zhì)巖)。世界深層油氣2P可采儲量的63.3%分布于碎屑巖儲集層，而碳酸鹽巖和結(jié)晶巖分別占35.0%和1.7%。

隨著鉆井和地震成像技術(shù)的突破以及深水濁積巖油氣藏理論的日趨成熟，在過去的10年，深層油氣勘探在深水和超深水區(qū)獲得巨大成功。墨西哥灣是目前世界上深水油氣勘探最為活躍的地區(qū)；在巴西和西非海域，也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)深水油氣田；俄羅斯、挪威及加拿大亦在加強深水區(qū)油氣勘探。世界深層油氣2P可采儲量的23.7%分布于深水(水深超過500 m)和超深水(水深超過2 000 m)區(qū)的濁積巖儲集層，其中被動陸緣深水區(qū)深層油氣藏儲量占深水發(fā)現(xiàn)總儲量的83.4%。深水濁積巖依然是今后被動陸緣盆地深層油氣勘探的重要目標(biāo)。

圖3顯示了深層儲集巖孔隙度與其埋藏頂深的關(guān)系。以250 m的間隔，分別計算了碎屑巖和碳酸鹽巖儲層每個埋深段的孔隙度中位數(shù)(P50)。由于結(jié)晶巖儲層孔隙度數(shù)據(jù)極少，因此未計算其中位數(shù)?？梢钥闯?，碳酸鹽巖儲層孔隙度較埋深類似的碎屑巖低很多，碳酸鹽巖儲層孔隙度P50整體上隨埋深減小。與之相比，碎屑巖儲層孔隙度P50隨埋深的變化趨勢不明顯，這反映了不同盆地或不同埋深段儲層內(nèi)孔隙流體壓力、沉積速率、油氣充注時間、成巖作用等方面的巨大差異。

表1 全球深層油氣探明和控制可采儲量一覽表

*1 245 m3天然氣相當(dāng)于1 t石油;**不包括美國本土48州。

圖3 深層儲集巖孔隙度與埋藏頂深交匯圖Fig.3 Cross plot of porosity versus top depth of deep reservoirs

孔隙流體超壓、高沉積速率、抑制膠結(jié)作用的顆粒膜的發(fā)育、早期油氣充注及碎屑組分的選擇性溶解均可導(dǎo)致深層儲集巖發(fā)育較高的孔隙度。對于埋深大于7 300 m的深層油氣藏而言，儲集層基本全是碎屑巖，孔隙度達(dá)18%～30%。需要指出的是這些深層和超深層碎屑巖儲集層幾乎均發(fā)現(xiàn)于墨西哥灣盆地，這樣高的孔隙度與儲集層時代新(主要為新近紀(jì)，其次為古近紀(jì))和成巖作用弱有關(guān)。

1.3 圈閉類型

構(gòu)造圈閉聚集了全球深層油氣2P可采儲量的73.7%，而復(fù)合圈閉和地層圈閉(包括巖性圈閉)分別占21.9%和4.4%。

盡管全球已發(fā)現(xiàn)的深層油氣儲量的絕大部分分布于構(gòu)造圈閉和復(fù)合圈閉，但這并不意味著地層圈閉在深層油氣探勘中可以被忽略。近年來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了與地層圈閉或不整合面相關(guān)的深層油氣藏，尤其在碳酸鹽巖層系中，譬如，四川盆地的龍崗氣田。

2 油氣分布特征

2.1 區(qū)域分布

全球分為七大區(qū)：前蘇聯(lián)、歐洲、亞太、北美、中南美、非洲和中東。其中，北美發(fā)現(xiàn)的深層油氣最多，2P可采儲量達(dá)3 828×106t油當(dāng)量，中東和中南美次之，分別為3 420×106t和3 039×106t油當(dāng)量(表1)。同時，北美也是深層石油最富集的地區(qū)，石油2P可采儲量為2 759×106t，其中絕大部分分布于墨西哥灣的深水和超深水區(qū)。中東是深層天然氣和凝析油發(fā)現(xiàn)最多的地區(qū)，天然氣和凝析油2P可采儲量分別為27 382×108m3和529×106t，其中深層天然氣2P可采儲量的56%分布于阿拉伯盆地。

2.2 盆地分布

在全球87個深層含油氣盆地中，48個盆地的深層油氣2P可采儲量超過了50×106bbl油當(dāng)量(約7×106t油當(dāng)量)(圖2)，其中最富集的三大盆地為墨西哥灣盆地(3 764×106t油當(dāng)量)、阿拉伯盆地(2 073×106t油當(dāng)量)和東委內(nèi)瑞拉盆地(1 572×106t油當(dāng)量)，合計占全球深層油氣2P總可采儲量的48.6%。在墨西哥灣盆地，發(fā)現(xiàn)了埋深最大的深層油氣藏，埋藏頂深為9 661 m。

為了類比分析深層油氣在不同類型盆地的分布，同時考慮到國內(nèi)學(xué)者的使用習(xí)慣，基于Ingersoll和Busby[24]的盆地分類系統(tǒng)，本文將87個深層含油氣盆地劃分為7種類型：大陸裂谷、被動陸緣、前陸、內(nèi)克拉通、弧前、弧后和走滑盆地。被動陸緣盆地(25個)和前陸盆地(41個)是深層油氣最富集的盆地類型，其次為裂谷盆地(12個)，它們分別聚集了全球深層油氣2P總可采儲量的47.7%，46.4%和5.6%。弧后盆地(2個)、走滑盆地(3個)、內(nèi)克拉通盆地(1個)和弧前盆地(3個)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的深層油氣藏的2P可采儲量僅占全球總量的0.3%(圖4)。

2.3 埋深和層系分布

已發(fā)現(xiàn)的深層油氣儲量隨埋深遞減(圖5)。全球深層油氣2P可采儲量的86.6%分布于埋深4 500～6 000 m的儲層中。已發(fā)現(xiàn)的超深層(埋深超過7 500 m)油氣2P可采儲量僅占全球總量的3.3%。

層系上，深層油氣主要聚集于5套儲集層系：新近系、上古生界、白堊系、古近系和侏羅系，其深層油氣2P可采儲量分別占全球總量的22.3%，22.2%，18.3%，12.8%和12.8%(圖6)。同時，隨儲集層時代變老，深層天然氣在深層油氣總量中所占的比例增大。

3 討論

3.1 鹽巖抑制鹽下烴源巖熱演化

在全球87個深層含油氣盆地中，含鹽盆地達(dá)33個，這些含鹽盆地的深層油氣2P可采儲量占全球深層油氣2P總可采儲量的65.8%。就石油而言，全球深層石油2P可采儲量的75.9%分布于含鹽盆地。被動陸緣(13個)和前陸盆地(16個)是含鹽深層盆地的主要盆地類型，其次為裂谷盆地(4個)，這在一定程度上解釋了被動陸緣盆地和前陸盆地深層油氣較富集的原因。深層油氣最富集的含鹽盆地依次為墨西哥灣盆地、阿拉伯盆地、塔里木盆地、扎格羅斯盆地、阿曼盆地、濱里海盆地、北海地塹、第聶伯-頓涅茨盆地、桑托斯、德國西北盆地和黎凡特盆地(圖2)。這11個含鹽盆地的深層油氣2P可采儲量均超過了1 000×106bbl油當(dāng)量(約136×106t油當(dāng)量)，合計占全球深層油氣2P總可采儲量的63.7%，其中深層石油占全球深層石油2P可采儲量的74.4%，所占比例更高。與非含鹽盆地相比，鹽及其相關(guān)鹽構(gòu)造會引起鹽下沉積物的負(fù)熱異常效應(yīng)，這種負(fù)熱異常伴隨鹽及其相關(guān)鹽構(gòu)造的存在而存在，對盆地深層鹽下烴源巖的熱演化或液態(tài)烴向氣態(tài)烴的轉(zhuǎn)化起到抑制作用[19-23]。

圖4 不同盆地類型深層油氣分布Fig.4 Distributions of deep reservoirs in different type of basins

圖5 深層油氣隨埋深的分布Fig.5 Distribution of deep oil/gas reservoirs with burial depth

圖6 深層油氣的層系分布Fig.6 Stratigraphic distribution of deep oil/gas reservoirs

筆者認(rèn)為含鹽盆地的深層油氣勘探潛力較大，這不僅僅是因為鹽構(gòu)造可為油氣藏形成創(chuàng)造運移通道和圈閉條件，鹽層可構(gòu)成有效的蓋層；更是因為由鹽及其相關(guān)鹽構(gòu)造引起的鹽下負(fù)熱異常效應(yīng)對深層烴源巖的保存具有重要意義。

3.2 深層油氣層系分布差異

全球深層油氣2P可采儲量的66.2%分布于侏羅系—新近系，與這些層系內(nèi)烴源巖的廣泛分布密切相關(guān)[25]。圖7a顯示了各層系儲集的深層油氣可采儲量和其生成的深層油氣可采儲量占全球總量的百分比，從中可以看出古老烴源巖較年輕烴源巖生烴潛力差，這可能與其有機質(zhì)保存較差和熱演化程度較高有關(guān)。此外，圖7a也表征了深層油氣的運移特征，新近系、上古生界、白堊系、古近系和侏羅系是深層油氣較富集的儲層段。在這5套層系中，新近系、上古生界和古近系儲集巖儲集的深層油氣均較這些層系烴源巖生成的油氣儲量多；相反在白堊系和侏羅系中，深層油氣儲集量較生成的儲量少，這意味著它們生成的油氣運移至了其它儲集層系。因此，深層油氣層系分布的差異性不僅與烴源巖密切相關(guān)，而且與油氣運移亦有聯(lián)系，后者在一定程度上決定了深層油氣在部分層系中的富集。

圖7 各層系油氣生成的儲量和儲集的儲量占總量百分比Fig.7 Proportion of the generated deep reserves of each sequence to the total versus proportion of the trapped deep reserves in each sequence to the total(據(jù)Klemme和Ulmishek [25],有修改。)a.深層油氣;b.中淺層油氣

Klemme和Ulmishek[25]討論了全球油氣的層系分布(圖7b)，雖然他們未標(biāo)注儲量資料的截止日期，但推斷是20世紀(jì)80年代中、后期?？紤]到1990年前發(fā)現(xiàn)的深層油氣儲量不多(圖1)，Klemme和Ulmishek[25]的工作可以看做是對中淺層油氣層系分布特征的表征。圖7a和圖7b表明全球深層油氣的層系分布與中淺層油氣的層系分布非常類似。因此，深層油氣勘探應(yīng)立足于中淺層已有重大油氣發(fā)現(xiàn)的地區(qū)。

4 結(jié)論

1) 在全球87個深層含油氣盆地中，發(fā)現(xiàn)了1 595個深層油氣藏，石油、天然氣和凝析油探明和控制(2P)可采儲量分別為5 755×106t，100 836×108m3和1 383×106t，合計為15 238×106t油當(dāng)量。世界深層油氣2P可采儲量的63.3%分布于碎屑巖儲集層，35.0%儲于碳酸鹽巖，而巖漿巖和變質(zhì)巖僅占1.7%。構(gòu)造圈閉聚集了全球深層油氣2P可采儲量的73.7%，復(fù)合圈閉和地層圈閉(包括巖性圈閉)分別占21.9%和4.4%。

2) 被動陸緣盆地和前陸盆地是深層油氣最富集的盆地類型，其深層油氣2P可采儲量分別占全球總量的47.7%和46.4%。層系上，深層油氣主要富集于5套儲集層系：新近系、上古生界、白堊系、古近系、侏羅系，其深層油氣2P可采儲量分別占全球總量的22.3%，22.2%，18.3%，12.8%和12.8%。

3) 鹽及其相關(guān)鹽構(gòu)造引起的鹽下沉積物負(fù)熱異常效應(yīng)可抑制盆地深層烴源巖的熱演化，對鹽下深層烴源巖和液態(tài)烴的保存起到至關(guān)重要的作用，因此含鹽盆地的深層油氣勘探潛力較大，特別是石油勘探潛力。

4) 深層油氣有著與中、淺層油氣類似的層系分布，深層油氣勘探應(yīng)立足于中、淺層已有重大油氣發(fā)現(xiàn)的地區(qū)，特別是發(fā)育有一定規(guī)模鹽巖的地區(qū)。

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(編輯 張亞雄)

Characteristicsanddistributionpatternsofdeeppetroleumaccumulationsintheworld

Bai Guoping，Cao Binfeng

(StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Exploration for deep petroleum accumulations(DPAs)is of great significance to reserve growth and production stabilization of established petroleum provinces(fields).With an update database for the worldwide DPAs,this study attempts to document their distribution characteristics.Among the 349 petroliferous basins in the world(excluding US Lower 48 States),87 basins have discovered DPAs.Clastic rocks and carbonates host 63.3% and 35.0% of the total proved plus probable(2P)deep petroleum reserves in the world,respectively.The remaining 1.7% are in igneous and metamorphic rocks.In terms of trap type,73.7% of the total are entrapped in structural traps.Passive margin and foreland basins contain the bulk of the total 2P deep petroleum reserves,with the former accounting for 47.7% of the total and the latter 46.4%.Stratigraphically,the 2P deep petroleum reserves are largely stored in five reservoir intervals:the Paleogene(hosting 22.3% of the total),Upper Paleozoic(22.2%),Cretaceous(18.3%),Neogene(12.8%) and Jurassic(12.8%).Such a stratigraphic distribution is similar to that of shallow-intermediate reservoirs.As salts have a cooling effect for the subsalt sediments,the maturation of sub-salt source rocks or the conversion of trapped oil to gas can be retarded or delayed.Salt-bearing deep basins deserve special attention for deep petroleum exploration.This study suggests that deep petroleum exploration should target the play fairways where major discoveries have been made in the shallow-intermediate reservoirs,particularly those fairways with salts of certain scale.

foreland basin,passive margin basin,salt basin,oil and gas distribution,deep petroleum accumulation

2013-11-17;

：2013-12-31。

白國平(1963—)，男，教授，全球油氣分布和國外含油氣盆地綜合研究。E-mail：baigp@cup.edu.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05031-001-007HZ)。

0253-9985(2014)01-0019-07

10.11743/ogg20140103

TE122.3

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