也门马里卜-夏布瓦盆地基底油气成藏主控因素与成藏模式

许垣寅, 冯　方

(1.吉林大学 地球科学学院，长春 130012；2.中国石化集团 国际石油勘探开发有限公司，北京 100083)

马里卜(Marib)-夏布瓦(Shabwah)盆地位于也门中部，东北与鲁卜哈利次盆相邻，西南部为马费德(Mahfid)隆起，呈长条形，周围被断裂系统限定。盆地长轴方向呈北西-南东向展布，延伸达600 km左右，在中央部位较宽，最大宽度达140 km，面积4.92×104km2。该盆地可以划分出4个次级构造：西北部的马里卜凹陷、中部的夏布瓦凹陷、中央凸起和东南部的哈贾尔(Hajar)凹陷[1](图1)。

也门地区是国际大型油气公司拓展油气战略的重点勘探区域之一，随着勘探程度的不断深入，相继在马里卜-夏布瓦、塞云-马西拉2个主要含油气盆地S2、S4、S9、S10、S14、S43、S51、S71等多个区块的基底获得商业或重大油气发现，预示盆地基底具有较大的勘探潜力(图1)。

结合S2区块近年来在基底领域取得的勘探开发成果与认识，分析盆地基底潜山构造演化、成藏地质条件及油气分布特征，明确成藏主控因素，建立油气成藏模式，同时也为国内盆地基底领域的油气勘探提供参考与借鉴。

1　区域地质背景

1.1　盆地基底时代

马里卜-夏布瓦盆地基底岩石类型为花岗岩、凝灰岩等，采用U-Pb同位素地质年代学测试方法，对马里卜-夏布瓦盆地基底岩石样本进行了年龄测定。测试对象为各类岩石中所含的锆石。锆石因所含放射性元素丰度高从而易于通过固体质谱仪测定，放射性封闭温度高(>850℃)从而容易保存各类地质事件的年代信息，成为地质年代学研究最为关注的矿物。对于岩浆岩，其中锆石的放射性年龄代表成岩年龄；对于变质岩，锆石年龄代表原岩年龄或变质年龄[2]。

从实验结果看，马里卜-夏布瓦盆地基底形成于792～629 Ma B.P.(晚元古代)，表明基底岩石绝大部分形成于阿拉伯板块前寒武纪“固化”期，此间发生大规模的地壳重熔，不仅花岗岩大面积形成，同时伴随火山活动[3]。

1.2　构造与沉积演化

马里卜-夏布瓦盆地是在稳定的前寒武系基底上发育起来的中生代裂谷盆地[4-5]。黄彦庆等人研究认为，盆地经历了5个构造演化阶段：从中侏罗世到晚白垩世，经历了裂谷前、裂谷期、裂谷后三大阶段，在古近纪发生构造活化和反转，新近纪以来整体抬升剥蚀[6]。盆地发育裂谷前陆相-裂谷期海相-裂谷后海陆交互相的完整旋回，在马德比(Madbi: Lam+Meem)组沉积期水体达到最深[7-9]。

图1　马里卜-夏布瓦盆地构造单元划分图Fig.1　Division of tectonic units for the Marib-Shabwah Basin

中侏罗世裂谷前发生广阔的凹陷作用，在前寒武系变质岩、花岗岩基底之上首先充填了库兰(Kuhlan)组冲积-河流相碎屑岩，随后的海侵发育了休库拉(Shuqra)组富含化石的浅海相碳酸盐岩、陆棚灰岩、灰泥岩(图2)。

晚侏罗世盆地断裂活动最强，沉降量大，在高可容空间背景下沉积了马德比组，可细分为下部深海-半深海相页岩、泥岩夹少量灰岩，统称为密穆(Meem)组;上部半深海-浅海相页岩、钙质泥岩、浊积岩及碳酸盐岩,统称为莱穆(Lam)组。

晚侏罗世末随着裂谷作用减弱，盆地开始处于封闭、半封闭环境。因气候条件干旱和强烈蒸发作用，沉积了Sabatayn组盐岩、石膏、泥岩等。

1.3　基底构造划分

参照盆地基底较为通用的分类原则[10]，将马里卜-夏布瓦盆地基底构造划分为古潜山(古地貌山)和后成潜山(构造潜山)两大类(表1)。

2　成藏基本地质条件

2.1　烃源岩条件

基岩油气藏的烃源主要为上侏罗统Meem组深灰色碳质灰岩、泥岩和灰质泥岩，Lam组深灰色泥岩、页岩和灰质泥岩(图2)。

图2　马里卜-夏布瓦盆地生储盖组合示意图Fig.2　The diagram showing the source-reservoir-cap assemblage in the Marib-Shabwah Basin

表1　马里卜-夏布瓦盆地基底潜山成因分类Table 1　The genetic classification of buried-hill in the Marib-Shabwah Basin

烃源岩在盆地内主要分布在3个沉积中心，分别是西北部的马里卜凹陷、东北部的夏布瓦凹陷以及东南部的哈贾尔凹陷，最大沉积厚度可达1.5 km以上(图1)。

根据前人研究成果[7-9]，Meem组烃源岩有机碳质量分数(wTOC)为0.22%～12.54%，平均为2.42%；Lam组烃源岩有机碳质量分数为0.11%～7%，平均为2.08%：表明Lam组和Meem组有机碳含量基本达到好—很好的烃源岩标准。有机质类型以Ⅱ型为主，并含部分Ⅰ型和Ⅲ型。

根据盆地各构造单元烃源岩油气演化模拟结果[11]：马里卜凹陷Meem组于晚侏罗世进入生烃门限，在早白垩世末进入大量生烃阶段，目前处于生气阶段；夏布瓦凹陷Meem组于晚白垩世早期进入生烃门限，目前处于生油早期阶段。

2.2　储集条件

通过对A1-ST、H1井岩心及H4、H7井壁取心薄片分析，基岩类型有片麻岩、花岗岩、角闪岩、石英角砾岩、角砾状石英岩、石英斑岩等。变质岩、火成岩等原生孔隙度、渗透率很低，基本上不具备储集性。由于长期的构造运动、风化剥蚀、溶蚀作用等，导致基岩遭受强烈改造而变质，构造裂缝、风化裂隙和溶蚀孔隙是该类储层的主要储渗空间[12-13]，整体上储集条件较好(图3、图4)。

S2区块75个岩心物性分析表明，孔隙度(q)平均为2.3%，大部分在0%～2%之间，少数孔隙度可达6%以上；渗透率(K)基本上都小于0.1×10-3μm2，平均为0.036×10-3μm2(图5)。

图3　H1井岩心照片Fig.3　The photograph showing the drilling core from the Well H1

图4　A1-ST井溶蚀孔Fig.4　The photograph showing the dissolved pores in the Well A1-ST深度2 537.6 m

2.3　盖层条件及储盖组合

基底油气藏的区域盖层包括休库拉(Shuqra)组致密灰岩、马德比组泥岩、泥灰岩以及萨巴塔因(Sabatayn)组盐岩层。晚侏罗世早期，冈瓦纳古陆解体，全球海平面上升，盆地发生大规模海侵活动，导致普遍发育休库拉组浅海相灰岩。受基底古地貌影响，休库拉组厚度变化较大，在古构造高部位厚度减薄，一般只有几十米，甚至缺失，而在古地形低洼处厚度可达500 m以上，岩性以灰白色微晶灰岩为主，与下部库兰(Kuhlan)组呈不整合接触，局部直接超覆于基底之上，为基底油气藏的良好局部或区域性盖层。萨巴塔因组盐岩层在全盆分布厚度大，岩性致密，为基底油气藏的区域性盖层，勘探实践证实盖层封闭性强。

图5　S2区块岩石孔隙度、渗透率分布图Fig.5　The histogram illustrating the rock porosity and permeability in Block S2

基底油气藏的储层以寒武系裂缝性变质岩、火成岩及上覆库兰组砂岩为主，以休库拉组致密灰岩、马德比组泥岩、泥灰岩为主要盖层，构成“新生古储”式匹配性极佳的储盖组合类型(图2)。

2.4　圈闭条件

基底油气藏的圈闭类型主要为构造圈闭、地层圈闭。构造圈闭主要形态有断垒、掀斜断块、断背斜、披覆背斜等，地层圈闭主要是砂岩上倾尖灭类型[7]。圈闭规模大且形成早于烃源岩生排烃期，表现为优越的圈闭条件。

3　基底油气藏类型

结合圈闭类型、储层岩性及储集空间特征等，采用复合命名法将基底油气藏划分为潜山断块油藏、潜山内幕裂缝油藏、断壁不规则状裂缝油藏、披覆背斜砂岩油藏、砂岩上倾尖灭油藏、潜山斜坡砂岩体油藏等8种油藏类型[14](图6)。

3.1　潜山断块油藏

潜山断块油藏位于基底不整合面之下一定深度范围(大约300 m以内)的潜山顶部，构造上可以细分为地垒型、断背斜型。地垒型构造是由2条倾向相反的正断层下切基底夹持而成，断层下盘因构造抬升而成“断块山”；断背斜构造又称“单面山”，一侧为同生大断距正断层，另一侧为构造相对平缓的斜坡[7]。分析表明，潜山断块型油气藏成藏的关键因素为：①周围断凹成熟烃源岩；②潜山基岩储层裂隙发育；③源储侧向充分对接，休库拉组厚度越小，断层断距越大，对接越充分。

图6　马里卜-夏布瓦盆地基底油气藏类型示意图Fig.6　The diagram showing the basement reservoirs types in the Marib-Shabwah Basin

潜山断块油藏在盆地中央凸起带最为发育，目前已发现的大规模基底油气聚集都属于此类油藏，典型的潜山断块油藏为S2区块H油田(图7)。

3.2　潜山内幕裂缝油藏

位于潜山断块油藏之下，认为是上部油气在潜山内幕的纵向延伸，裂缝纵向越发育，油柱高度越大。潜山周缘深凹成熟烃源岩生成的油气沿断层、不整合面首先运移进入潜山上部圈闭中，然后再沿高角度裂缝倒灌进入内幕裂缝型储层，也可能侧向运移直接进入裂缝系统。

该类油藏规模与裂缝发育程度有关，纵向上油气显示高度可达700 m以上(S2区块H1井含气层段深度为 1 550～2 100 m，H4井含气层段深度为 1 370～2 000 m)。一般来说，裂缝发育程度越高、横向连通性越好，油藏储量丰度高、单井产量高。开发生产中，钻井进入基底裂缝发育带后可通过定向钻探技术大幅度提高产量，该技术已在S2区块油田开发中取得成功(图8)。

图7　潜山断块油藏剖面示意图Fig.7　The reservoir profile of faulted block buried-hill in the Marib-Shabwah Basin

3.3　披覆背斜砂岩油藏

库兰组砂岩是盆地前裂谷期发育在基底之上的一套河流相沉积，与基底呈不整合接触关系，一般发育在中-低幅古潜山背景之上，在高部位减薄，低洼处呈现填平补齐特征。

受同裂谷期构造抬升作用影响，库兰组砂岩披覆在基底潜山断块之上，四周为断层遮挡或岩性相变，休库拉组灰岩为局部盖层，马德比组烃源生成的油气通过断层作用侧向对接或沿断层、不整合面运移进入圈闭(图9)。

Q1、K1等井揭示库兰组油层厚度为1.6～17.7 m，平均为8.1 m。S2区块K1井于2002年11月在库兰组试获原油196 t/d。

图8　潜山内幕裂缝油藏示意图Fig.8　The internal fractures of buried-hill reservoir in the Marib-Shabwah Basin

图9　披覆背斜砂岩油藏示意图Fig.9　The sandstone reservoir in the draping anticline on the buried-hill top

3.4　砂岩上倾尖灭油藏

发育在基底中-高幅潜山斜坡带，地震剖面上呈上超型反射，地质解释为上倾尖灭，向下呈加厚趋势。库兰组砂岩相对于基底裂缝型储层物性更好，油藏下部以不整合面与基底为界，以休库拉组致密灰岩作为盖层，上倾方向上为岩性尖灭，下倾方向由断层遮挡或油水界面封闭。

油气首先沿贯通马德比组烃源岩的大断层向下垂向运移，然后沿不整合面、砂岩输导体侧向运移充注成藏(图10)。

4　基底油气成藏主控因素及成藏模式

4.1　成藏主控因素

a.基底层系和成熟烃源岩的位置关系决定了充注方式。全世界基底潜山油气勘探实践表明，生油岩层与基岩储层垂向覆盖或侧向对接是基底油气成藏最有利的源储对接关系。对于马里卜-夏布瓦盆地基底油气勘探而言，由于基岩裂缝性储层与上覆马德比组主力烃源岩之间大都存在基本上不具备生烃能力的休库拉组灰岩层系，源储沟通条件成为基底油气成藏的关键要素。源储沟通方式主要有源储侧向对接、断层纵向运移、不整合面横向输导等3种类型，其中源储侧向对接方式沟通效率最高。基岩圈闭与油源之间建立对接关系的必要条件是顺向正断层的错断作用，断距较大的顺向正断层发育是构成源储对接的必要条件。S2区块中央凸起带两侧均发育深切基底的大断裂，断距普遍在500 m以上，扣除库兰组+休库拉组厚度影响，烃源岩层与基底有效对接视厚度可达到800～1 200 m。正是由于烃源岩与基岩之间通过断层作用在侧向上充分接触和有效对接，才能保证源储之间良好的沟通条件。

图10　砂岩上倾尖灭油藏示意图Fig.10　The diagram showing the upward pinch-out of reservoir in the Marib-Shabwah Basin

b.基底裂缝发育程度控制了潜山油气藏的分布位置和贫富差异。基岩裂缝系统不仅是油气运移的重要通道，更是油气聚集的重要场所。基底裂缝发育程度主要是受岩性、断层、构造形变和风化剥蚀等因素影响。基岩裂缝多为高角度近于垂直的构造缝，发育程度与断裂(层)展布密切相关，越靠近断裂带基岩裂缝越发育。古构造突起越高，断层越发育；古岩石变形强度越大，裂缝发育越好。区域不同，基底的裂缝发育程度不同；同一潜山，在横向和纵向上裂缝发育也不一样。裂缝的不均一性控制了油气藏分布的不均一性。裂缝越发育，油气越富集，产量越高；裂缝不发育，油气较贫，产量低。盆内分别在S1、S2、S4等区块发现了基岩裂缝型油气藏。

c.库兰组砂岩+风化壳既是油气运移的输导通道，又是潜山披覆油气藏的主要储层。生油凹陷中的油气通过断层进入基底，如要运移至有一定距离的高位潜山，油气要先运移到风化面，再横向运移聚集到潜山。另一方面，由于风化壳和库兰组存在，使潜山的裂缝与上覆风化壳、库兰组砂岩连通，导致原本不相连的裂缝形成统一的储集体。库兰组+风化壳本身是很好的储集体，库兰组砂岩越发育，油气产量越高。如果潜山上有很好的库兰组+风化壳储层，整个潜山就可能和构造油气藏一样形成统一的油气藏。

4.2　油气成藏模式

根据基岩储层与油源、输导体系的空间配置关系，发育2种主要成藏模式：近源侧向对接成藏模式、远源复合输导成藏模式。

4.2.1近源侧向对接式

由于断层的错断作用，基底抬升较高，形成的构造潜山与断层下降盘的烃源岩侧向接触，马德比组烃源岩成熟油气得以侧向直接运移进入基底潜山、库兰组圈闭中。S2区块的HC、HS、HN 油田即属此种类型。

根据构造样式特征，可以细分为单向侧接式和双向侧接式。单向侧接式是指潜山构造一侧被早期断层切割，形成断背斜构造类型，油气供应主要来自断层切割一侧断槽方向(图11)；双向侧接式是指潜山构造相对两侧均被早期断层切割，形成地垒式构造，油气供应来自受断层控制的两侧断槽方向(图7)。

4.2.2远源复合输导式

此类油气藏主要位于生烃凹陷到潜山高带之间的斜坡带，成藏特点是烃源岩与圈闭不直接接触，油源必须通过通源断层、库兰组砂体、不整合面等联合输导作用才能运移到基底潜山圈闭、砂岩上倾尖灭圈闭、潜山斜坡砂岩体圈闭中聚集成藏(图12)。由于运移距离较远、油气排替阻力较大，该模式形成的油气藏规模可能不大；但由于圈闭储层条件优越，仍具有较好的勘探潜力。S2区块R1 井、J1 井基底和库兰组凝析气藏即属此种类型。

图11　近源侧接式成藏模式图Fig.11　The accumulation pattern of buried-hill trap with lateral hydrocarbon source rocks

图12　远源复合输导式成藏模式图Fig.12　The accumulation pattern of buried-hill trap with non-contacting hydrocarbon source rocks

5　结 论

a.基底油气藏烃源来自上侏罗统马德比组海相碳质灰岩、泥岩等，储层为寒武系裂缝性变质岩、火成岩以及上覆库兰组砂岩，以休库拉组致密灰岩、马德比组泥岩、泥灰岩为区域盖层，共同构成“新生古储”式储盖组合。

b.基底储层的储集空间以裂缝为主，局部含少量溶孔、晶间孔，非均质性很强；裂缝以高角度构造缝为主，多组倾向不同的裂缝交织在一起，形成网状裂缝系；裂缝发育一般具有纵向上成段、平面上成带分布的特点。

c.基底潜山领域总结为8种油气藏类型：裂缝灰岩背斜油藏、生物礁灰岩油藏、披覆背斜砂岩油藏、砂岩上倾尖灭油藏、潜山斜坡砂岩体油藏、潜山断块油藏、潜山内幕裂缝油藏、断壁不规则状裂缝油藏；归纳为2类成藏模式：近源侧向对接成藏模式、远源复合输导成藏模式。

d.基底油气成藏主控因素：①基底层系和成熟烃源岩的位置关系决定了充注方式；②基底裂缝发育程度控制了潜山油气藏的分布位置和贫富差异；③库兰组砂岩+风化壳既是油气运移的输导通道，又是潜山披覆油气藏的主要储层。

[参考文献]

[1] 高济稷，白国平，秦养珍，等.蒙特卡洛模拟法在也门马里卜-夏布瓦盆地中的应用[J].石油实验地质,2010,32(3):305-308.

Gao J J, Bai G P, Qin Y Z,etal. Monte Carlo simulation: A case study of Marib-Shabwah Basin in Yemen[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2010, 32(3): 305-308. (in Chinese)

[2] 陈泓旭，王浩，彭涛，等.华北中部造山带南缘洛宁东部太华变质杂岩SIMS锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].地球科学与环境学报,2016,38(6):822-834.

Chen H X, Wang H, Peng T,etal. SIMS U-Pb ages of zircon and tectonic significance of Taihua metamorphic complex in the eastern Luoning, the southern terminal of trans-north China orogen[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2016, 38(6): 822-834. (in Chinese)

[3] 吴春明.也门中新生代盆地基底潜山岩石学特征及演化研究[R].北京：北京温菲尔德石油技术开发有限公司, 2012.

Wu C M. Lithological Characteristics and Evolution of the Basement Buried Hills of Mesozoic Cenozoic Basin in Yemen[R]. Beijing: Beijing Winfield Petroleum Technology Co. LTD, 2012. (in Chinese)

[4] Khalid A, Al-Thour. Facies sequences of the Middle-Upper Jurassic carbonate platform in the Sana’a region, Republic of Yemen[J]. Marine and Petroleum Geology, 1997, 14(6): 643-660.

[5] Rosendahl B R. Architecture of continental rifts with special reference to East Africa[J]. Annual Review Earth Planetary Science,1987, 15: 445-503.

[6] Lowell J D. Structural Styles in Petroleum Exploration[R]. Tulsa: Oil and Gas Consultants International, Inc, 1985: 477.

[7] 黄彦庆，侯读杰，江尚昆，等.也门马里卜-夏布瓦盆地的地质模式和油气成藏风格[J].中国石油勘探,2007(6):58-62.

Huang Y Q, Hou D J, Jiang S K,etal. Geological mode and hydrocarbon accumulation style of Marib-Shabwah Basin in Yemen[J]. China Petroleum Exploration, 2007(6):58-62. (in Chinese)

[8] 张新建，张孝义，顾勤,等.也门69、71区块油气勘探前景展望[J].断块油气田,2005,12(4):31-33.

Zhang X J, Zhang X Y, Gu Q,etal. Forecasting of the oil and gas exploration potential for Block 69 and Block 71 in Yemen[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2005, 12(4): 31-33. (in Chinese)

[9] 舒福明，朱煜，徐宁.也门1区块油气藏特征及主控因素分析[J].复杂油气藏,2012,5(1):9-14.

Shu F M, Zhu Y, Xu N. Analysis of characteristics and main controlling factors of hydrocarbon reservoir in Block 1，Yemen[J]. Complex Hydrocarbon Reservoirs, 2012, 5(1): 9-14. (in Chinese)

[10] 华北石油勘探开发设计研究院.潜山油气藏[M].北京:石油工业出版社,2009:85-92.

Huabei Petroleum Exploration and Development Research Institute. Buried Hill Oil and Gas Reservoir [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2009: 85-92. (in Chinese)

[11]王佑宁.也门69区块构造特征与勘探方向分析[J].石油天然气学报,2007,29(5):44-48.

Wang Y N. Structural characteristics and exploration direction of Block 69 in Yemen[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2007, 29(5): 44-48. (in Chinese)

[12] 徐秀仓.也门马里卜-夏布瓦盆地基底裂缝型油藏特征研究[J].科学技术与工程，2014,14(30)：123-127.

Xu X C. Characteristic of fractured basement reservoir in Marib-Shabwah, Yemen[J]. Science Technology and Engineering, 2014,14(30): 123-127. (in Chinese)

[13] 魏祥峰,张廷山,王秀林,等.也门69区块上侏罗统沉积特征[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2009,11(1):8-11.

Wei X F, Zhang T S, Wang X L,etal. The depositional feature of Upper Jurassic in Yemen 69 Block[J]. Journal of Chongqing University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2009, 11(1): 8-11. (in Chinese)

[14] 薄启亮.海外石油勘探开发技术及实践[M]．北京:石油工业出版社，2010.

Bo Q L. Overseas Petroleum Exploration & Development Technology and Practice[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2010. (in Chinese)