阿拉伯板块被动陆缘盆地油气差异富集主控因素

白国平，牛斌斌，陈 君，胡靖靖，孟秋含，邱海华

(1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249；2. 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249)

阿拉伯板块一直是全球油气资源研究的热点，国内外学者[1-6]对阿拉伯板块的构造沉积演化和含油气盆地等做了一系列研究。IHS对阿拉伯板块各被动陆缘盆地以资料包的形式做了较为详尽的叙述[7-10]。然而，有关阿拉伯板块构造演化对关键油气成藏要素的控制机制和构造沉积演化过程的油气富集响应等问题的研究尚不深入，且尚未见阿拉伯板块内不同被动陆缘盆地的系统对比研究。因此，本文在前人研究的基础上，基于多方面收集的最新油气田(藏)和盆地资料，以控制油气成藏的烃源与盖层2个关键因素为切入点，在“源—盖控烃”[11]勘探评价理念的指导下，探索阿拉伯板块被动陆缘盆地群油气分布与成藏要素的耦合特征与机制。特别是通过构造沉积演化史的梳理，探索烃源岩和盖层等关键成藏要素对油气时空差异富集的控制作用，以含油气系统分析为主要研究手段，建立构造沉积演化、关键成藏要素和油气资源的关联性。

1 盆地地质概况

中东地区共发育17个沉积盆地，参照MANN等[12-13]的盆地分类方案，朱伟林等[6]将中东沉积盆地分为3类：裂谷盆地、被动陆缘盆地和前陆盆地。

发育于阿拉伯板块中部的被动陆缘盆地群，自西北向东南依次为西阿拉伯盆地、维典—美索不达米亚盆地、中阿拉伯盆地和鲁卜哈利盆地。根据前人的研究成果[1，3，14]，阿拉伯板块的区域构造演化可划分为5个阶段：前寒武纪基底拼合、前寒武纪—晚泥盆世内克拉通、晚泥盆世—晚二叠世弧后、晚二叠世—晚白垩世被动陆缘和晚白垩世至今的活动陆缘发育阶段。西阿拉伯盆地演化与其他3个盆地稍有差异，其弧后阶段始于晚泥盆世，随后弧后裂谷以及相伴生的火山活动向东南延伸[3]。该盆地最晚进入被动陆缘发育阶段，其北部直至早侏罗世晚期才进入被动陆缘发育阶段，且侏罗系在该盆地缺失较多(图1)。

阿拉伯板块被动陆缘盆地主要充填了古生代—新生代的沉积物，其中以中生代沉积为主，各盆地沉积特征具有一定的相似性[6]。古生界为一套以碎屑岩为主的海相地层，而中生界—新生界则以海相碳酸盐岩为主(图1)。阿拉伯板块被动陆缘盆地的烃源岩主要发育于被动陆缘期(侏罗纪—晚白垩世)以及内克拉通期(志留纪)，弧后期和活动陆缘期烃源岩欠发育。

截至2016年底，阿拉伯板块被动陆缘盆地群内共发现547个油气田，其中168个为大油气田，探明和控制石油、天然气和凝析油储量分别为775 122 MMbbl，2 498 Tcf和71 483 MMbbl(1 MMbbl = 1.37×105t，1 Tcf = 2.83×1011m3)，折合成油当量为1 263 002 MMboe(表1)。

2 超级含油气系统

本文的超级含油气系统是指由沉积于同一期区域构造演化阶段烃源岩所形成的油气及其相关的地质要素和地质作用，可以是几个含油气系统的总和[15]。因此，基于对研究区构造演化特征及烃源岩发育特征的综合分析，研究区内共发育4大超级含油气系统：内克拉通、弧后、被动陆缘和活动陆缘超级含油气系统，其中，被动陆缘超级含油气系统油气资源最为丰富(表2)。

2.1 内克拉通超级含油气系统

内克拉通超级含油气系统的烃源岩主要为下志留统Qalibah组Qusaiba段(图1)海相“热页岩”[16-17]；储层为上二叠统—下三叠统Khuff组碳酸盐岩以及古生界碎屑岩；盖层主要有下三叠统Sudair组含膏盐页岩和致密碳酸盐岩以及Khuff组层间蒸发岩；圈闭形成于中二叠世。生烃始于晚二叠世(图2)，由于烃源岩为成熟—过成熟，虽干酪根类型为Ⅱ型，但该含油气系统以天然气为主，其天然气的可采储量占比达到了82.4%(表2，3)。该超级含油气系统主要分布于阿拉伯板块南部，北部亦发现有少数源自志留系烃源岩的油气田(图3)。

Qusaiba段热页岩沉积于缺氧的海相陆棚环境，富含有机质，具有良好的生烃潜力(表3)。基于钻井资料和公开文献[16-17]，本文重新编制了下志留统热页岩分布(图4)，该图表明热页岩在中阿拉伯盆地的东北部厚度较大，达到了约60 m，中阿拉伯盆地中部和鲁卜哈利盆地存在多个热页岩沉积中心，但在古隆起区热页岩缺失。此外，热页岩在西阿拉伯盆地也有分布，但稳定性较差，维典—美索不达米亚盆地热页岩不发育(图3)。

Khuff组的碳酸盐岩，主要为海平面上升和海退时期沉积的白云石化石灰岩、白云岩和硬石膏，平均孔隙度为5%，渗透率在(1～100)×10-3μm2。由于黑尔—茹巴赫隆起(图3)的限制，晚二叠世的海侵范围未到达西阿拉伯盆地，在西阿拉伯盆地则沉积了与Khuff组时代相当的Amanus组砂岩储层[6]。Khuff组碳酸盐岩后期次生孔隙发育，极大改善了储层的储集物性，并且中阿拉伯盆地Khuff组储层物性优于鲁卜哈利盆地。

下三叠统Sudair组为Khuff组油气藏的区域盖层，此外，Khuff组内的致密蒸发岩、石灰岩和白云岩，也为该组内的碳酸盐岩储层提供了局部盖层[2,18-20]。内克拉通超级含油气系统中98.8%的油气储集于构造圈闭，1.2%的油气储集于构造—地层圈闭，地层圈闭中尚未有发现。

2.2 被动陆缘超级含油气系统

被动陆缘超级含油气系统烃源岩主要发育于中侏罗统—下白垩统；储层包括中侏罗统Araej组、上侏罗统Arab组以及下白垩统；最主要的区域盖层是上侏罗统Hith组膏岩层；圈闭形成于晚白垩世晚期的活动陆缘阶段，且在圈闭形成之前就已进入生烃高峰阶段(图3)。被动陆缘超级含油气系统分布范围最广也最为重要，其油气可采储量占被动陆缘盆地群油气总可采储量的69.9%，石油的可采储量占油气储量的85.9%(表2)。

图1 阿拉伯板块被动陆缘盆地地层、构造演化对比

表1 阿拉伯板块各被动陆缘盆地探明和控制储量特征[7-10]

Table 1 Proved and probable reserve characteristics of passive margin basins of the Arabian Plate

盆地石油/MMbbl天然气/Tcf凝析油/MMbbl油气当量/MMboe占比/%油气田/个大型油气田/个特大型油气田/个西阿拉伯4 355.718.9355.47 858.00.618710维典23 618.912.15.025 644.02.03091中阿拉伯627 545.02 174.861 137.91 051 143.583.21948828鲁卜哈利119 602.9292.69 985.2178 356.614.1136356合计775 122.42 498.471 483.51 263 002.210054713335

表2 阿拉伯板块被动陆缘盆地不同超级含油气系统探明和控制储量分布

图2 阿拉伯板块被动陆缘超级含油气系统成藏事件

表3 阿拉伯板块被动陆缘盆地各超级含油气系统主要烃源岩特征

Table 3 Characteristics of main source rocks of each super petroleum systemof passive margin basins of the Arabian Plate

超级含油气系统地层岩相w(TOC)/%干酪根成熟度内克拉通弧后被动陆缘活动陆缘下志留统Qalibah组Qusaiba段三叠系Mulussa群上侏罗统Tuwaiq组、Diyab组、Hanifa组和Dukhan组下白垩统Khatiyah和Shilaif组上白垩统Shiranish组海相页岩海相—潟湖相泥岩陆架内静水盆地泥质、沥青质灰泥石灰岩陆架内静水盆地泥质、沥青质灰泥石灰岩和页岩海相沥青质石灰岩和泥灰岩Ro=2.0～6.28～9(均值)3～12.51～153～14.3Ⅱ型Ⅰ型Ⅱ型和Ⅲ型Ⅱ型Ⅱ型Ro=0.7%～2.5%生油窗—过成熟生油窗Ro<0.9%

侏罗系烃源岩是被动陆缘超级含油气系统内最重要的烃源岩，沉积于陆架内盆地环境，由含沥青灰岩、泥质石灰岩与泥页岩组成。烃源岩的形成与中侏罗世卡洛维期海平面的重大上升事件有关，海平面的上升导致了阿拉伯地台的广泛海侵作用，台地内有大面积的藻类分布且处于闭塞环境[21-22]，具有良好的生烃条件(表3)。中晚侏罗世，被动陆缘盆地群内发育了3个主要生烃灶(图3)。西阿拉伯盆地被动陆缘期的开始时间晚于其他盆地，早侏罗世时，盆地依然处于弧后挤压环境，因此侏罗系不发育，缺失较多，被动陆缘期烃源岩发育较差(图2，3)。

图3 阿拉伯板块内克拉通和被动陆缘超级含油气系统分布

Arab组是被动陆缘含油气系统最为重要的储层，该套大面积分布的储层以颗粒石灰岩和泥晶颗粒石灰岩为主，原始物性保存较好，后期又经历了广泛的白云岩化与溶蚀作用[23-24]，次生孔隙发育，物性条件优越。并且Arab组储层与侏罗系烃源相距不远，烃源岩生成的油气可近距离运移至储层中，成藏效率高。

Arab组灰岩之上的Hith组硬石膏是被动陆缘含油气系统最有效的区域盖层，厚度较大，在加瓦尔油田厚度可达150 m，封盖性能优越[25]。被动陆缘超级含油气系统中92.2%油气储存于构造圈闭，构造—地层圈闭中发现的油气储量为7.2%，地层圈闭中仅发现0.6%的油气储量。

2.3 弧后和活动陆缘超级含油气系统

弧后超级含油气系统的烃源岩主要为三叠系Mulussa群的黑色海相页岩和泥岩；主力储层为上二叠统—下三叠统的砂岩和碳酸盐岩；区域盖层为下三叠统的致密碳酸盐岩；圈闭形成于早三叠世，且圈闭形成后就进入了生烃阶段(图2)。

活动陆缘超级含油气系统烃源岩主要为上白垩统Shiranish组的泥灰岩，储层是阿普特阶—中新统地层，盖层为上白垩统—中新统的碳酸盐岩及蒸发岩，圈闭形成于中新世的前陆阶段，新近系和白垩系储集的大部分石油来自Shiranish组烃源岩，目前这套烃源岩仍处于生油窗早期阶段(图2)。

这2大超级含油气系统都主要分布于西阿拉伯盆地，油气储量远远小于其余2个超级含油气系统(表2)；且油气主要富集于构造圈闭，其次为构造—地层圈闭，地层圈闭不发育。

3 油气分布特征

3.1 在超级含油气系统中的分布

油气在各超级含油气系统的分布差异较大，其中被动陆缘和内克拉通超级含油气系统的油气最为富集(表4)，且各超级含油气系统在不同盆地的油气分布差异性也较大。内克拉通和被动陆缘超级含油气系统的油气在中阿拉伯盆地的分布占有绝对优势，在鲁卜哈利盆地也有较多的分布；而弧后和活动陆缘超级含油气系统的油气则主要在西阿拉伯盆地聚集(表4)。

此外，各超级含油气系统的油气储量于不同演化时期储层内的层系分布亦存在较大差异，据各超级含油气系统的烃源岩和储层所属的演化阶段，划分出“古生新储”和“自生自储”2种类型。其中内克拉通和弧后超级含油气系统的油气分布为“古生新储”型，内克拉通超级含油气系统89.1%的油气储量储集于被动陆缘期；弧后超级含油气系统有86.9%的油气向上运移直至被动陆缘期。而被动陆缘和活动陆缘超级含油气系统则为“自生自储”型，被动陆缘超级含油气系统的油气98%富集于所对应的被动陆缘期储层；活动陆缘超级含油气系统60.1%的油气富集于活动陆缘期储层。

3.2 油气区域和层系分布

区域上，阿拉伯板块被动陆缘盆地的石油、天然气以及凝析油都主要富集于中阿拉伯盆地和鲁卜哈利盆地，其可采储量占阿拉伯板块被动陆缘盆地油气可采储量的83.2%和14.1%，而维典—美索不达米亚盆地和西阿拉伯盆地油气可采储量仅仅只占2%和0.6%(表1，图4)。

层系上，天然气和凝析油主要富集于上二叠统—下三叠统，分别占总可采储量的42.9%和47.4%；石油主要储于上侏罗统—下白垩统，占盆地总可采储量的81.9%。受下志留统Qusaiba段热页岩生烃时间较早、有机质演化程度较高的影响，该套烃源岩主要生成天然气且储于上二叠统—下三叠统Khuff组储层，因此整体呈现出“下气上油”的分布特点。不过，不同次级盆地主力储集层系不同。西阿拉伯盆地发育奥陶系、三叠系、侏罗系和白垩系多套储层，其中65.2%的天然气和92.4%的凝析油储于奥陶系和三叠系，石油储量的63.3%分布于侏罗系和白垩系的储层。与西阿拉伯盆地类似，中阿拉伯盆地同样发育二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系等多套储层，其中79.2%的天然气和85.7%的凝析油富集于二叠系和三叠系储层，而石油主要储于侏罗系和白垩系。维典—美索不达米亚盆地仅白垩系储层发育，98.9%的油气富集于这一层系。而在鲁卜哈利盆地，中生界储层发育，但白垩系储层发育情况较侏罗系优越，74.2%的油气分布于白垩系中，而侏罗系储层仅有18.6%的油气分布(图4)。

4 主控因素分析

4.1 烃源岩

阿拉伯板块被动陆缘盆地群最重要的烃源岩为内克拉通期的下志留统热页岩和被动陆缘期的侏罗系—下白垩统海相烃源岩，并且这2套主力烃源岩在盆地内发育最为广泛，为盆地内油气的生成和聚集成藏提供了坚实的物质基础，因此这2个时期发育的超级含油气系统油气最为富集(表2)。然而，这2套烃源岩在不同被动陆缘盆地的分布是不均的。下志留统热页岩在中阿拉伯盆地和鲁卜哈利盆地存在多个沉积中心，呈不连续状分布；在西阿拉伯盆地，分布稳定性更差，呈“点”状分布；在维典—美索不达米亚盆地，这套烃源岩基本不发育，因此，内克拉通含油气系统生成的油气主要富集于中阿拉伯盆地和鲁卜哈利盆地(图3，表4)。受西阿拉伯盆地被动陆缘发育阶段演化进程的影响，侏罗系—下白垩统烃源岩在西阿拉伯盆地欠发育(图3)，该盆地被动陆缘超级含油气系统的油气储量仅为总量的0.1%(表4)。

表4 阿拉伯板块被动陆缘各盆地内不同超级含油气系统探明和控制储量分布

图4 阿拉伯板块大油气田和油气区域、层系分布

对油气储量最多的被动陆缘超级含油气系统和内克拉通超级含油气系统的614个主要油气藏(可采储量大于100 MMboe)与烃源岩的侧向距离进行了统计分析，结果表明70%左右的主要油气藏发育于烃源岩灶内，油气以近源成藏为主。

油气的区域分布与烃源岩的展布密切相关，在中阿拉伯盆地和鲁卜哈里盆地，同时发育内克拉通期和被动陆缘期优质烃源岩(图3)，油气的就近聚集成藏导致了阿拉伯板块被动陆缘盆地内大油气田主要分布于这2个盆地(图4)。如前所述，中阿拉伯盆地和鲁卜哈里盆地的油气储量占被动陆缘盆地群已发现油气总储量的95%以上。

4.2 正向构造带

阿拉伯板块被动陆缘盆地远离扎格罗斯造山带，经受的构造活动和侧向挤压较弱，通常以基底的垂向运动和盐活动为主，形成了2类正向构造：与基底活动有关的隆起带和与盐活动有关的隆起带[3]。这2类正向构造带的发育为油气富集创造

了良好的圈闭条件[26-28]。

与基底活动有关的隆起主要分布于中阿拉伯盆地的中北部和鲁卜哈利盆地的中部(图5)。这些大型隆起形成于早古生代，于海西末和喜马拉雅期进一步发育，隆起之上发育了大型构造圈闭并沉积了物性优越的储层，为油气聚集成藏提供了良好的圈闭和储集条件。而且由于这些隆起发育得比较早，长期处于油气运移的指向区，因此隆起之上往往形成大油气田。并且这些大型隆起也对油气的侧向运移起到了良好的封堵作用，中阿拉伯盆地生成的油气很难向西运移至维典—美索不达米亚盆地。此外，在中拉伯盆地的东北部和鲁卜哈利盆地的北部发育有前寒武纪—早寒武世盐盆(图5)，白垩纪时的盐岩活动形成了一系列盐相关隆起，并且在这些与盐活动有关的部分隆起之上，发育了点礁，为油气聚集提供了良好的储集空间。但基底活动形成的构造圈闭规模要远大于盐活动形成的构造圈闭的规模，这也是中阿拉伯盆地油气富集程度远优于鲁卜哈利盆地的主要原因之一。

4.3 区域盖层

盆地油气的层系分布主要受区域盖层的控制，紧邻优质区域盖层之下的储层往往是油气最富集的层位。阿拉伯板块被动陆缘盆地的Khuff组碳酸盐岩储层和上覆的含膏页岩和致密碳酸盐岩盖层、上侏罗统Arab组颗粒碳酸盐岩储层和上覆的Hith组膏盐盖层都属于这类储盖组合。

Khuff组油气藏的盖层不仅包括下三叠统的Sudair组含膏页岩和致密碳酸盐岩，还包括Khuff组内的层间硬石膏。通过对盆地内所有以Khuff组为储层的34个油气田的统计分析，除Hair Dalmah 1、Hail 3、Abu Ali 1等8个油气田外，其余油气田的Khuff组气藏全部以层间硬石膏为直接盖层，且这些油气田Khuff组以上的年轻储层中基本未发现气藏，层间硬石膏所起的封堵作用可能比Sudair组致密碳酸盐岩更大。

图5 阿拉伯板块大型隆起、盐盆及主要油气藏分布

上侏罗统Hith组膏盐盖层是被动陆缘含油气系统最为有效的区域盖层。上侏罗统烃源岩油气储量的67.3%储于盐下上侏罗统，仅有32.7%的油气储于盐上下白垩统。然而，Hith组硬石膏在阿布扎比的东部逐渐尖灭，在阿布扎比的中部存在硬石膏渐变带，直至东部硬石膏减薄缺失，发育碳酸盐岩沉积，从而封盖性能变差甚至消失[26]。在科威特南部和伊拉克中北部，发育与Hith组时代相当的上侏罗统Gotnia组[6]，该地层以硬石膏为主，其次为页岩和石灰岩；但该地层及其下伏上侏罗统欠发育，而且储集性能较差。因此，白垩系油气藏主要分布于上侏罗统发育较差的维典—美索不达米亚盆地的东北部、中阿拉伯盆地的西北部和蒸发岩盖层欠发育的鲁卜哈利盆地的东北部(图6)。

5 结论

(1)阿拉伯板块被动陆缘盆地群发育4大超级含油气系统：内克拉通、弧后、被动陆缘和活动陆缘超级含油气系统。受内克拉通期下志留统热页岩和被动陆缘期侏罗系—下白垩统海相烃源岩2套最为重要烃源岩的直接影响，被动陆缘和内克拉通超级含油气系统油气潜力最大，而活动陆缘和弧后超级含油气系统油气潜力远远小于前2个超级含油气系统。此外，对于各超级含油气系统的油气储量于不同演化阶段储层的层系分布来说，内克拉通和弧后超级含油气系统为“古生新储”型，而被动陆缘和活动陆缘超级含油气系统则为“自生自储”型。

图6 阿拉伯板块上侏罗统Hith组、Gotnia组硬石膏及上侏罗统、下白垩统油气藏分布

(2)阿拉伯板块被动陆缘盆地群油气具有明显的差异性富集特征。区域上，83.2%的油气可采储量来自于南部的中阿拉伯盆地、14.1%来自于鲁卜哈利盆地，而北部的维典—美索不达米亚盆地和西阿拉伯盆地仅有2%和0.6%；层系上，81.9%的石油可采储量来自上侏罗统—下白垩统，上二叠统—下三叠统富集了42.9%的天然气和47.4%的凝析油。

(3)阿拉伯板块被动陆缘盆地油气的差异富集主要受烃源岩、正向构造带和区域盖层的控制。优质烃源岩和正向构造带主要发育于中阿拉伯盆地和鲁卜哈利盆地，从而导致了油气于这2个盆地的高度富集；有效的区域盖层主要发育于上二叠统—下三叠统和上侏罗统，使得天然气和凝析油富集于上二叠统—下三叠统，石油富集于上侏罗统—下白垩统。