李 剛，白國平，高 平，馬生暉，陳 君，邱海華

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083)

前寒武系—下寒武統(tǒng)油氣勘探在世界油氣勘探中占有重要的地位，已成為全球石油公司非常重視的油氣勘探層系。國外，在俄羅斯、中東、北非、印度和巴西等地，在這套古老層系中已有油氣發(fā)現(xiàn)，其中俄羅斯的東西伯利亞盆地和中東的阿曼盆地已獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)。在我國的四川盆地，繼1964年于震旦系發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)氣田后，2011年又在震旦系—下寒武統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了安岳特大型氣田?；谌蛴蜌獠?cái)?shù)據(jù)庫的資料，本研究的分析表明全球前寒武系—下寒武統(tǒng)烴源巖生成了46 810 MMboe(1 MMboe=1×106bbl油當(dāng)量, 1 bbl=0.137 t)的探明和控制(2P)常規(guī)油氣可采儲量(下文中的儲量均為可采儲量)，占全球常規(guī)油氣儲量的1.1%。數(shù)十年的研究和勘探開發(fā)結(jié)果表明前寒武系—下寒武統(tǒng)是一個(gè)值得關(guān)注的油氣勘探層系[1-6]。

1950年以前，前寒武系尚未確認(rèn)具有可靠的生物化石，且僅發(fā)現(xiàn)有個(gè)別“顯生古儲”油氣藏，即油氣來自顯生宇烴源巖，儲于元古宇儲層[7]。當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為前寒武系不可能具備含有原生烴類的沉積[8]。然而，此后的研究證實(shí)中—新元古界不僅存在多樣化的生命形式，而且發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖。1960年后, 在前寒武系中，全世界至少已發(fā)現(xiàn)數(shù)十處原生油氣藏，油氣均源自前寒武系的烴源巖, 有的還具有相當(dāng)規(guī)模的油氣儲量[9-11]。1973年, 前蘇聯(lián)就已經(jīng)著手東西伯利亞盆地中—新元古界油氣田的商業(yè)性開采[10-11]。1977年以來，在我國華北燕山地區(qū), 陸續(xù)發(fā)現(xiàn)中—新元古界大量原生的液體油苗與固體瀝青[12-16]。

國外的古老層系經(jīng)歷了較長時(shí)間的油氣勘探，具有一系列成功的經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)。但國內(nèi)對于前寒武系—下寒武統(tǒng)油氣生、運(yùn)規(guī)律、儲層發(fā)育控制因素及油氣藏保存條件等方面的研究還有待進(jìn)一步深化，在一定程度上制約了我國前寒武系—下寒武統(tǒng)油氣勘探的進(jìn)一步突破。因此，基于國外重點(diǎn)盆地前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣資源宏觀分布規(guī)律的研究，梳理古老層系油氣成藏條件、成藏模式和主控因素，通過國內(nèi)外古老層系油氣成藏要素的類比分析，可為我國前寒武系—下寒武統(tǒng)的油氣勘探提供參考依據(jù)，推動該領(lǐng)域的油氣勘探。

1 全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣資源分布

原生油氣藏一般是指生油期后第一次構(gòu)造運(yùn)動期間，油氣首次發(fā)生區(qū)域性運(yùn)移而形成的油氣藏，此時(shí)油氣運(yùn)移暫時(shí)達(dá)到平衡，油氣藏未遭到破壞。自1954年在東西伯利亞盆地發(fā)現(xiàn)第一個(gè)元古宇原生油氣藏以來，截至2016年底，在全球9個(gè)盆地內(nèi)的前寒武系—下寒武統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)179個(gè)油氣田，其中前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏(油氣不僅生于亦儲于前寒武系—下寒武統(tǒng))共計(jì)363個(gè)(圖1)。

統(tǒng)計(jì)分析表明全球已發(fā)現(xiàn)的363個(gè)前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏的2P儲量為：石油6 780 MMb(占22.6%，1 MMb=1×106bbl)，天然氣132 400 Bscf(占73.3%，1 Bscf=1×109ft3，1 ft3=0.028 3 m3)和凝析油1 240 MMb(占4.1%)，合計(jì)為30 090 MMboe。已發(fā)現(xiàn)的前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣資源的分布呈現(xiàn)出高度不均衡的特征，東西伯利亞盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)265個(gè)油氣藏，占總個(gè)數(shù)的73.0%，2P儲量為石油5 590 MMb、天然氣112 200 Bscf和凝析油1 040 MMb，合計(jì)25 330 MMboe(表1)，占全球總量的84.2%(圖1)。其次為阿曼盆地和四川盆地，儲量分別為2 580 MMboe和1 840 MMboe(表1)，占8.9%和6.5%(圖1)。需要指出的是四川盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)的原生油氣藏雖然個(gè)數(shù)不多，但發(fā)現(xiàn)的單個(gè)氣藏的儲量規(guī)模可觀，四川盆地前寒武系油氣藏的儲量平均規(guī)模最大，藏均儲量達(dá)220 MMboe(表1)。在已發(fā)現(xiàn)的前寒武系原生油氣藏中，僅東西伯利亞盆地、阿曼盆地和四川盆地的少數(shù)油氣田投入了開發(fā)。截至2016年底，其油氣采出程度(累計(jì)產(chǎn)量占油氣總儲量的比例)分別為0.9%、3.4%和5.5%。

全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏儲集巖可分為三大類：碎屑巖、碳酸鹽巖和其他巖類(主要為硅質(zhì)巖)。其中，前寒武系—下寒武統(tǒng)油氣2P儲量的72.8%(21 850 MMboe)儲于碎屑巖中，而碳酸鹽巖和其他巖類中分別占26.4%(7 920 MMboe)和0.8%(250 MMboe)(圖2)。古老層系油氣資源天然氣占絕對優(yōu)勢，天然氣在碎屑巖儲層中占79.4%，石油和凝析油分別占15.7%和4.9%；碳酸鹽巖儲層中，天然氣、石油和凝析油分別占46.6%、49.2%和4.2%(圖2a)。

圖1 全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏分布

圖2 全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣在不同儲層、圈閉、埋深中的分布特征

構(gòu)造圈閉、巖性圈閉、構(gòu)造—巖性圈閉以及構(gòu)造—地層圈閉構(gòu)成了全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏的圈閉類型。其中，構(gòu)造—巖性圈閉聚集了已發(fā)現(xiàn)油氣2P儲量的83.3%(25 060 MMboe)，而構(gòu)造—地層圈閉和構(gòu)造圈閉比例相近，約占8.4%，巖性圈閉占比最小，僅為0.3%(圖2b)。

已發(fā)現(xiàn)的全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏的油氣2P儲量隨埋深的增加而遞減，且油氣儲量絕大部分分布于中淺層(埋深小于4 500 m)儲層中，比例高達(dá)92.8%(27 930 MMboe)；深層(埋深在4 500～6 000 m)油氣占7.1%(2 130 MMboe)，超深層(埋深大于6 000 m)僅占0.1%(圖2c)。

2 成藏要素分析

基于收集的數(shù)據(jù)資料[17]，梳理了全球已發(fā)現(xiàn)前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏或有油氣顯示的前寒武系含油氣盆地的油氣成藏條件，其中東西伯利亞盆地、阿曼盆地和四川盆地前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏的油氣儲量最為豐富(表1)，因此本文將這3個(gè)盆地作為重點(diǎn)討論對象。

2.1 烴源巖

全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖(表2)。其中，東西伯利亞盆地主力烴源巖分布于里菲系(相當(dāng)于中—上元古界)和文德系(相當(dāng)于上元古界震旦系)，前者地層厚度可達(dá)2～7.5 km，烴源巖由海相泥頁巖和泥灰?guī)r組成，干酪根為Ⅱ型，有機(jī)質(zhì)幾乎全部是細(xì)菌或藻類[8]。文德系烴源巖TOC的平均含量基本不超過0.5%，僅在盆地東南部的前帕托姆坳陷可達(dá)0.5%～1.0%，但新的油源對比表明，文德系烴源巖也是東西伯利亞盆地重要的烴源巖[18]。

阿曼盆地的前寒武系—下寒武統(tǒng)烴源巖包括3套：鹽上哈哈班組(Dhahaban)、鹽間阿拉群(Ara)和鹽下奈豐群(Nafun)。在TERKEN等[19]有關(guān)阿曼盆地含油氣系統(tǒng)的研究中，后兩者歸屬于侯格夫超群(Huqf)(相當(dāng)于震旦系—下寒武統(tǒng))烴源巖。巖性上，除了發(fā)育碳酸鹽巖和泥頁巖之外，還包括一套獨(dú)特的硅質(zhì)巖，其TOC高于碳酸鹽巖，可達(dá)3.0%～4.0%(表2)。四川盆地主要發(fā)育震旦系陡山沱組、燈影組和下寒武統(tǒng)滄浪鋪組、筇竹寺組烴源巖。烴源巖生烴時(shí)間普遍晚于東西伯利亞盆地和阿曼盆地，于二疊紀(jì)—中三疊世生油，晚三疊世—白堊紀(jì)裂解生氣(表2)。

表1 全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣儲量

表2 東西伯利亞盆地、阿曼盆地和四川盆地?zé)N源巖特征

需要指出的是全球前寒武系—下寒武統(tǒng)含油氣盆地?zé)N源巖發(fā)育均與裂谷的形成有關(guān)。早里菲世初期，東西伯利亞盆地開始發(fā)生大規(guī)模斷陷，形成臺內(nèi)坳陷和臺緣坳陷。同裂谷階段早期，沉積充填以碎屑巖為主，隨后以碳酸鹽巖為主夾泥頁巖，構(gòu)成了里菲系烴源巖。盆地在文德紀(jì)處于裂后拗陷發(fā)育期，發(fā)育泥頁巖和碳酸鹽巖烴源巖。阿曼盆地在成冰紀(jì)晚期—早寒武世經(jīng)歷了兩期斷陷(同裂谷)—拗陷的構(gòu)造沉積旋回。早期的斷陷范圍分布局限，斷陷內(nèi)充填了阿布瑪哈若群(Abu Mahara)，隨后的裂后坳陷內(nèi)充填了奈豐群。阿曼盆地的鹽盆發(fā)育于第二個(gè)沉積旋回的斷陷期，主要充填了阿拉群，隨后的裂后拗陷充填了尼姆爾群(Nimr)及其上覆地層(表2)。其中奈豐群和阿拉群泥頁巖、碳酸鹽巖是阿曼盆地重要烴源巖。四川盆地“德陽—安岳”古裂陷槽繼承性發(fā)育，對烴源巖厚度有明顯的控制作用，裂陷槽內(nèi)筇竹寺組和麥地坪組總厚300～450m，烴源巖厚140～160m，面積15×104km2[20]。此外，滄浪鋪組也發(fā)育有效烴源巖(表2)。

研究發(fā)現(xiàn)，品質(zhì)一般的前寒武系—下寒武統(tǒng)烴源巖也可以形成規(guī)模儲量。東西伯利亞盆地里菲系烴源巖的地化指標(biāo)明顯優(yōu)于文德系烴源巖(表2)，據(jù)此，推測油氣主要源自里菲系[21]。然而，最新的基于生物標(biāo)志化合物的油源對比表明東西伯利亞盆地的石油有相當(dāng)一部分是源自文德系烴源巖[22]。利用這些新的研究成果和油氣藏資料，本研究重新統(tǒng)計(jì)分析了東西伯利亞盆地2個(gè)含油氣系統(tǒng)的油氣儲量，結(jié)果表明文德系(含下寒武統(tǒng)烴源巖)含油氣系統(tǒng)的油氣儲量為10 950 MMboe，占盆地油氣總儲量的43.2%；里菲系含油氣系統(tǒng)的油氣儲量為14 390 MMboe，占盆地油氣總儲量的56.8%(表3)。同樣，基于GROSJEAN等[23]的油源對比結(jié)果，南阿曼鹽盆內(nèi)發(fā)育5個(gè)子含油氣系統(tǒng)：阿拉群硅質(zhì)巖和頁巖—后侯格夫砂巖、阿拉群硅質(zhì)巖和頁巖—硅質(zhì)巖、Birba臺地碳酸鹽巖、豪威爾臺地碳酸鹽巖和奈豐群—侯格夫子系統(tǒng)(表4)。其中，Birba和豪威爾臺地碳酸鹽巖子系統(tǒng)的烴源巖和儲集巖均為阿拉群的碳酸鹽巖。雖然阿拉群碳酸鹽巖烴源巖的地化指標(biāo)明顯遜于阿拉群硅質(zhì)巖和頁巖烴源巖以及鹽下奈豐群烴源巖(表2)，但其仍貢獻(xiàn)了1 730 MMboe的油氣儲量，占南阿曼鹽盆5個(gè)子含油氣系統(tǒng)油氣總儲量的34.0%(表4)。

2.2 儲層

砂巖、碳酸鹽巖以及硅質(zhì)巖儲層是全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏主要儲層類型。其中，東西伯利亞盆地的儲集巖由河流相、三角洲相和邊緣海相砂巖、海相碳酸鹽巖組成。砂巖是最重要的儲層，這類儲層儲集了盆地76.6%的油氣儲量，孔隙度為4%～19%，滲透率為(3～600)×10-3μm2，單個(gè)油氣藏儲集層的總厚度3～90 m，凈厚度1～35 m(表5)。阿曼盆地儲層包括鹽下奈豐群布阿赫(Buah)白云巖、鹽間阿拉群碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖以及鹽上尼姆爾群陸相砂巖(表5)。與東西伯利亞盆地不同，碳酸鹽巖是阿曼盆地最重要的儲層，油氣儲量為2 220 MMboe，占阿曼盆地原生油氣藏總儲量的83.1%。其次為硅質(zhì)巖，油氣儲量為333 MMboe，占總量的12.5%。四川盆地震旦系—下寒武統(tǒng)的主力儲層包括震旦系燈影組二段、四段和下寒武統(tǒng)龍王廟組。燈二段和燈四段儲層由丘灘復(fù)合體相的藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻格架云巖和砂屑云巖組成[24]。龍王廟組發(fā)育白云巖儲層，主要為砂屑白云巖、殘余砂屑白云巖和細(xì)—中晶白云巖等。其儲層孔隙度為2.0%～18.5%，平均4.3%；滲透率為(0.000 1～248) ×10-3μm2，平均1.0×10-3μm2；儲層厚度10～60 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于阿曼盆地(表5)。

深層和超深層中碳酸鹽巖地層是勘探重點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)分析表明全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏儲層內(nèi)油氣儲量隨埋深呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。

表3 東伯利亞盆地已發(fā)現(xiàn)前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏儲量

表4 南阿曼鹽盆烴源巖及其油氣儲量貢獻(xiàn)率

表5 東西伯利亞盆地、阿曼盆地和四川盆地儲層特征

在中淺層儲層中，碎屑巖的油氣儲量占優(yōu)勢，儲集了76.0%的油氣儲量,碳酸鹽巖僅占23.2%；在深層儲集層中，碎屑巖儲量占比26.2%，而碳酸鹽巖儲集了73.4%的油氣儲量；在超深層儲集層中，油氣全部儲集于碳酸鹽巖(圖3)。

前寒武系—下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖有效儲集巖的形成受高能相帶、早期白云化和表生淋濾作用的控制。此外，油氣的早期充注抑制了膠結(jié)作用，這也是儲層孔隙度得以保持的因素之一。在南阿曼鹽盆Birba油田中，高能相帶的微生物白云巖和砂屑白云巖的滲透率可達(dá)數(shù)百毫達(dá)西。另外，有證據(jù)表明油氣層中白云巖儲集層的平均孔隙度為11.6%，而水層中的白云巖儲集層的平均孔隙度則僅為7.7%[25]，很可能是因?yàn)樵缙谟蜌獬渥⒆璧K了碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖的膠結(jié)作用，而水層中的成巖作用則持續(xù)地進(jìn)行了。東西伯利亞盆地里菲系儲層均為碳酸鹽巖，其碳酸鹽巖儲層內(nèi)的孔隙、裂縫和溶洞是重結(jié)晶和淋濾作用形成的，其中淋濾作用更重要。由于漫長的喀斯特化，里菲系碳酸鹽巖產(chǎn)生了大量的次生孔隙，這種次生儲集層的有效孔隙度不大，最大僅為2%～3%。但里菲系碳酸鹽巖具有較高的裂縫空間，與孔隙和溶洞共同構(gòu)成了很高的縫洞率，因此里菲系產(chǎn)層的儲集性能良好。

圖3 不同埋深下各儲層所含前寒武系—下寒武統(tǒng)油氣儲量比例

2.3 蓋層

區(qū)域性蓋層是全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏得以保存的一個(gè)重要條件。東西伯利亞盆地在寒武紀(jì)沉積了一套區(qū)域蒸發(fā)巖蓋層(圖4)，其厚度大，面積廣，使得盆地內(nèi)前寒武紀(jì)—早寒武世聚集成藏的油氣保存了下來。阿曼盆地亦發(fā)育區(qū)域蓋層，但由于鹽構(gòu)造活動，形成鹽窗，結(jié)果鹽下和鹽間烴源巖生成的油氣大部分油氣運(yùn)移至鹽上聚集成藏，前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏的油氣儲量為2 670 MMboe，僅占前寒武系—下寒武統(tǒng)烴源巖貢獻(xiàn)的油氣總儲量19 380 MMboe的13.8%(表6)。這一點(diǎn)與東西伯利亞盆地截然不同，東西伯利亞盆地前寒武系烴源巖生成的油氣(25 330 MMboe)幾乎全部儲集于前寒武系—下寒武統(tǒng)。四川盆地雖未發(fā)育蒸發(fā)巖，但廣泛發(fā)育的泥頁巖構(gòu)成了有效的區(qū)域蓋層，從而形成了原生油氣藏。

3 成藏模式

東西伯利亞盆地、阿曼盆地和四川盆地油氣成藏特征的綜合分析表明前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏具有3種成藏模式：自生自儲、源儲相鄰近源和源儲相隔“遠(yuǎn)”源成藏模式。

南阿曼鹽盆的鹽間碳酸鹽巖和硅質(zhì)沉積巖夾于蒸發(fā)巖間，油源對比表明鹽間油氣層的油氣就源自一同時(shí)代沉積的碳酸鹽巖烴源巖(圖5)，為自生自儲成藏模式。就鹽間碳酸鹽巖油氣藏而言，儲集層一般沉積于高能環(huán)境，烴源巖則沉積于低能環(huán)境。

圖4 東西伯利亞盆地里菲系地層、寒武系蒸發(fā)巖及油氣田分布

表6 阿曼盆地已發(fā)現(xiàn)油氣儲量

圖5 南阿曼鹽盆鹽間油氣藏自生自儲成藏模式

圖6 東西伯利亞盆地油氣成藏模式

生烴灶上傾方向的構(gòu)造高部位(古隆起和古斜坡)處于油氣運(yùn)移的有利區(qū)，發(fā)現(xiàn)的油氣藏規(guī)模偏大，多以源儲相鄰的近源成藏模式聚集成藏(儲層為碳酸鹽巖)或者源儲相隔的“遠(yuǎn)”源成藏模式聚集成藏(目標(biāo)層系或其相鄰層系發(fā)育碎屑巖輸導(dǎo)層)。位于東西伯利亞盆地拜基特臺背斜卡莫凸起之上的幾個(gè)大油氣田(如Yurubchen巨型油氣田，圖4)，該油氣聚集帶的主要含油氣層系是上里菲統(tǒng)，儲層為喀斯特碳酸鹽巖。油氣被區(qū)域展布的文德系碳酸鹽巖和寒武系蒸發(fā)巖所封堵，油源對比表明油氣源自下伏的里菲系烴源巖，表現(xiàn)為源儲相鄰的近源油氣成藏模式。此外，四川盆地德陽—安岳克拉通內(nèi)裂陷區(qū)發(fā)育的震旦系燈影組臺緣帶丘灘體緊鄰生烴中心，亦為近源成藏。寒武系龍王廟組位于烴源巖之上，油氣通過斷層和裂縫近距離垂向運(yùn)移至儲層聚集成藏。

東西伯利亞盆地涅帕—鮑圖奧巴臺背斜發(fā)現(xiàn)的油氣主要源自其東南邊的前帕托姆坳陷的文德系烴源巖，坳陷內(nèi)烴源巖生成的油氣通過廣泛分布的文德系河流—三角洲—邊緣海砂巖和斷層運(yùn)移至臺背斜東部的相關(guān)圈閉聚集成藏，油氣成藏表現(xiàn)為源儲相隔“遠(yuǎn)”源成藏特征(圖6)。該成藏模式更適合于發(fā)育碎屑巖層系的前寒武系—下寒武統(tǒng)含油氣系統(tǒng)，原因在于遠(yuǎn)源需要輸導(dǎo)層，砂體等可以構(gòu)成有效的輸導(dǎo)層，而前寒武系的微生物巖、灘壩相白云巖則不大可能形成廣泛分布的輸導(dǎo)體。

4 結(jié)論

(1)全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏油氣探明和控制儲量已達(dá)30 090 MMboe，東西伯利亞盆地，阿曼盆地和四川盆地分別占84.2%、8.9%和6.5%。

(2) 前寒武系—下寒武統(tǒng)烴源巖多廣布于構(gòu)造低部位，發(fā)育于同裂谷期(斷陷期)和裂后拗陷期；品質(zhì)一般的烴源巖可以貢獻(xiàn)規(guī)模儲量，在古老層系的油氣勘探中應(yīng)給予足夠重視。

(3)相控高能相帶碳酸鹽巖和碎屑巖是重要的儲集巖類型，早期白云巖化、表生淋濾作用和油氣早期充注是古老碳酸鹽巖儲集層發(fā)育的重要機(jī)制；深層和超深層古老層系的油氣大部分儲于碳酸鹽巖中。

(4)全球前寒武系—下寒武統(tǒng)原生油氣藏主要有3種成藏模式：自生自儲、源儲相鄰近源和源儲相隔“遠(yuǎn)”源成藏模式。