阿拉伯板块古生代岩相古地理及其对油气富集的控制作用*

刘小兵 王兆明 贺正军 刘祚冬 范兴燕 陈瑞银 汪永华

中东阿拉伯板块位于非洲板块以东和欧亚板块以南。目前的油气勘探区不仅包括针对中-新生界油藏挖潜，还加强了对勘探程度较低的深部古生界层系的勘探，古生界储层已成为近年来油气勘探发现的主要层系(刘小兵等, 2018；IHS, 2022)。阿拉伯/扎格罗斯大盆地常规和非常规油气资源勘探潜力均最大(窦立荣和温志新, 2021)，因此分析古生代的含油气盆地岩相古地理特征及其对油气的控制作用，对基础地质研究和油气勘探具有重要意义。

阿拉伯板块自寒武纪以来为一个构造相对稳定的块体(Alsharhan and Nairn, 1997; 童晓光等, 2004; 白国平, 2007;李江海等, 2014; 温志新等, 2014；朱伟林等, 2014;张光亚等, 2019a, b; 胡永乐等, 2020; 窦立荣和温志新, 2021)，沉积了以陆相砂岩和浅海相碳酸盐岩为主的巨厚沉积物，最大沉积厚度达12000m (Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021)。由于已发现的油气田主要分布于侏罗系-新近系储层，大多数研究者重点关注阿拉伯地区中-新生界的油气地质研究(Ziegler, 2001; 刘小兵等, 2018, 2019;罗贝维等, 2019)。而对于古生代油气地质研究，前人主要集中在岩相古地理(Alsharhan and Nairn, 1997; Konertetal., 2001; Alsharhan and Kendall, 2021)，而与古生界油气藏相结合的综合研究较少。

本文在前人研究的基础上(Koneretal., 2001; Ziegler, 2001; Al-Husseini, 2004; Alsharhan and Kendall, 2021)，通过对阿拉伯盆地的区域地质特征以及不同时期岩相古地理的研究，结合相应地质时期的油气藏特征，编制了阿拉伯盆地岩相古地理和油气藏综合图件，总结其对油气富集的控制作用，为海外油气地质研究和资源勘探提供借鉴参考。

1 地质背景

阿拉伯板块自寒武纪以来为冈瓦纳大陆的一部分，主要包括三大地质构造单元：阿拉伯地盾、稳定大陆架和扎格罗斯褶皱带。随着新特提斯洋的闭合，阿拉伯板块东南部白垩纪开始形成阿曼褶皱带(Glennie, 2000; 吴福元等, 2020)，东北部于中新世开始形成扎格罗斯造山带(Alaetal., 1980; Bordenave and Burwood, 1995;吴福元等, 2020)。

阿拉伯地盾至波斯湾主要分布NW-SE向和N-S向构造(图1)。NW-SE向构造主要位于阿拉伯板块西部，即阿拉伯地盾Najd断裂系，形成时代为前寒武纪-寒武纪的走滑断裂(Al-Husseini, 2000)。N-S向构造主要位于阿拉伯板块中部，自西向东包括Dibdibah坳陷、Burgan-Khurais背斜、加瓦尔隆起和卡塔尔弧形褶皱带(Ziegler, 2001; 胡永乐等, 2020)，主要受基底构造和前寒武纪霍尔木兹盐底辟构造的影响(Sepehr and Cosgrove, 2004)。

1.1 阿拉伯地盾

阿拉伯板块西部为阿拉伯地盾，包括阿拉伯半岛西部和中部的大部分地区(贾小乐等，2011)。基底主要由前寒武纪岩浆岩和变质岩构成，形成时代为740～870Ma(Beydounetal., 1992)。阿拉伯地盾西部以红海裂谷为界，与北非的努比亚(Nubian)地盾分开(Al-Husseini, 2004)。寒武系-志留系以河流至浅海碎屑岩为主，这些碎屑岩在阿拉伯地盾边缘堆积成明显连续的覆盖层(Kendalletal., 2014)。

1.2 稳定大陆架

自寒武纪以来，阿拉伯地盾的东北侧和北侧大部分时期都表现为稳定的大陆架沉积。稳定大陆架以基底断裂为主(贾小乐等, 2011)，向东南部过渡为盐构造为主，其构造形态由N-S向背斜过渡为穹隆状背斜，构造较平缓，长10～15km，宽6～7km，隆起高度为250～300m。该区为中东最主要的含油气区，分布着阿拉伯板块的大部分油气田，其中包括加瓦尔油田(Ghawar，世界第一大油田)和北方-南帕斯气田(North Field-Pars South，世界第一大气田)(图2、图3)。

图3 中东地区油气田分布图(油气田数据来自IHS, 2022)

1.3 扎格罗斯褶皱带

扎格罗斯褶皱带位于霍尔木兹海峡至土耳其东南部，大体为NW-SE走向的条带状区域，构造样式以长轴背斜为主。由SW向NE方向(垂直于构造走向)的构造变形逐渐增强，可进一步划分为前渊带、简单褶皱带、山前冲断带三个次级构造单元(刘小兵等, 2019)。前渊带海拔从海平面至数百米不等，宽度最宽处约150km(Beydoun, 1992)，构造样式以宽缓的隐伏背斜构造为主，寒武纪以来的沉积物厚度普遍超过10000m。地表因第四系沉积物覆盖，中生界地层几乎不出露。简单褶皱带海拔一般位于500～2000m之间，宽度从50km(迪兹富勒、基尔库克)至200km(法尔斯)不等，以背斜构造、薄皮构造为主，可沿背斜轴部走向延伸超过100km，地表以古近系-新近系沉积物覆盖为主，局部地区有中生界露头。山前冲断带海拔1500～4000m之间，宽度70～100m，受扎格罗斯造山带影响较大，构造样式以断背斜构造、厚皮构造为主，古生界-白垩系沉积物均卷入构造变形。

2 主要含油气盆地

阿拉伯板块稳定大陆架自南向北主要包括鲁布哈利、中阿拉伯、美索不达米亚和西阿拉伯等四个主要含油气盆地(图3)，其中，鲁布哈利盆地和中阿拉伯盆地为最主要的油气富集区(胡永乐等, 2020)，其油气储量占中东地区总储量的80%(IHS, 2022)。

2.1 鲁布哈利盆地

鲁布哈利盆地内主要构造单元自西向东有Hawtah台地、西鲁布哈利凹陷、Mukassir隆起、东鲁布哈利凹陷和Suyadan台地(胡永乐等, 2020)。与中阿拉伯盆地相似，区内的构造单元多呈N-S向展布。西鲁布哈利凹陷中部发育Sheeh隆起，东鲁布哈利凹陷内发育Qamra隆起和Buhasa-Kidan隆起。盆地内两个凹陷具有不同的演化过程，因此呈现不同的地层充填序列。西鲁布哈利凹陷(主要位于沙特阿拉伯)是在前寒武纪-早寒武世的裂谷基础上发育而成，局部构造隆起幅度较小，早志留世为N-S向陆架内坳陷。海西构造运动之后，西鲁布哈利凹陷逐渐消亡，东鲁布哈利凹陷(主要位于阿联酋)逐渐发育。古生代主要发育基底断块之上的断块、宽缓背斜和盐构造等。

2.2 中阿拉伯盆地

中阿拉伯盆地内部以NW-SE向的Abu Jifan断层为界分为两部分(图1)，南部是阿拉伯地台，北部具有近N-S向隆坳格局，自西向东依次包括西部斜坡带、西部坳陷带、B-K背斜带、中央坳陷带、加瓦尔隆起带、东部坳陷带和卡塔尔弧形褶皱带等构造单元(胡永乐等, 2020)。盆地基底由前寒武系结晶基岩组成，在阿拉伯地盾区出露。基底断裂十分发育，在盆地西部断裂多向上延伸至侏罗系，在盆地东部仅延伸至下古生界。该盆地的构造演化经历了初期裂陷、克拉通化缓慢下沉、碰撞挤压和霍尔木兹盐运动局部隆升四个阶段，构造多具有长期继承性，有利于油气成藏。盆地的构造样式简单，以背斜、断背斜为主，盆地的东部通常受霍尔木兹盐岩、基底断裂以及水平挤压的共同作用，西部一般受基底断裂重新活动的控制。

2.3 美索不达米亚盆地

美索不达米亚盆地南部发育NE-SW向线性构造，中北部发育5条NE-SW向断层。盆地包括多种构造样式，主要为断块、地堑、半地堑、地垒及基底断块披覆背斜。寒武纪-志留纪，内陆坳陷盆地中沉积了浅海碎屑岩。泥盆纪-早石炭世的海西构造事件造成地壳上升，盆地抬升遭受剥蚀，但在抬升区之间的低洼处仍有连续的海陆相沉积。从晚二叠世到古近纪，一系列的海侵与海退事件形成了大套沉积岩，东北部为深水泥灰岩和石灰岩，向西南递变为浅海碳酸盐岩和蒸发岩，在阿拉伯地盾附近变为浅海至陆相碎屑岩。

2.4 西阿拉伯盆地

西阿拉伯盆地北部和扎格罗斯褶皱带相连接，东以黑尔茹巴赫(Ha’il Rutbah)隆起与美索不达米亚盆地相邻，南界为阿拉伯地盾，西界是黎凡特盆地。西阿拉伯盆地可细分为7个次级构造单元，包括三个地堑和四个台地或隆起。三个地堑分别为幼发拉底(Euphrates)、帕米赖德(Palmyride)和辛加(Sinjar)地堑，四个台地分别是厄莱珀(Aleppo)、黑西亚(Khleisia)、茹巴赫-泰布克(Rutbah-Tabuk)和土耳其东南-叙利亚北部台地。各构造单元沉积厚度不同，总体表现为南部古厚新薄、北部古薄新厚。

3 岩相古地理及油气藏特征

前寒武纪末-早寒武世，阿拉伯板块为裂谷演化阶段(Al-Husseini, 2000)，阿拉伯湾、阿拉伯半岛西部和阿曼等地区发育厚层盐岩(图4)。阿拉伯板块位于赤道附近，在随后的古生代演化过程中，不仅发生了大陆漂移，而且自身发生顺时针旋转(Konertetal., 2001)(图4)。晚奥陶世和晚石炭世-早二叠世分别发生冰川作用。晚三叠世，阿拉伯板块漂移至赤道附近，直至早白垩世板块位置无明显移动(宋钰, 2016)，沉积了以碳酸盐岩为主的地层。晚白垩世以来，板块继续向北漂移至现今位置。

图4 阿拉伯板块含油气盆地古生界地层柱状图(据Alsharhan, 2014; Kendall et al., 2014修改)

3.1 寒武纪

前寒武纪晚期，阿拉伯板块位于赤道附近，阿拉伯地盾近E-W向展布于板块南部，寒武纪开始向南漂移并伴有顺时针旋转，这一时期的沉积主要位于阿拉伯地盾西北部，盆地中心沉积了碎屑岩和碳酸盐岩(Konertetal., 2001)。晚寒武世，碳酸盐岩沉积逐渐减少，碎屑岩沉积范围向东延伸，扎格罗斯盆地以海相页岩为主(图5)。阿曼盆地东部以河流相、浅海相砂岩沉积为主(图5)。盆地共发现9个上寒武统油藏，主要位于阿曼盆地的Mahwis组砂岩，可采储量规模较小，合计约5.2×108boe (barrel oil equivalent，桶油当量)。

图5 中东地区晚寒武世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

3.2 奥陶纪

早奥陶世，阿拉伯地盾以北大部分地区被海水淹没，向扎格罗斯盆地方向海水深度逐渐变深，沉积以河流相、冲积相、湖相砂岩和页岩为主。中奥陶世，受海侵影响，阿拉伯板块以泥页岩沉积为主(图6)(Sharlandetal., 2001)。受晚奥陶世冰川作用的影响，中阿拉伯盆地西部地区沉积有上奥陶统冰碛岩，奥陶系顶部层系常缺失。

图6 中东地区中奥陶世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

奥陶系油气藏主要位于阿曼盆地，占奥陶系油气总储量的73%。中奥陶世，阿曼盆地发育三角洲相砂岩沉积，共发现29个气藏，主要位于Andam组砂岩储层，可采储量合计约61.7×108boe。晚奥陶世，中阿拉伯盆地发现Mazalij、Faidakh等7个气藏，可采储量9.9×108boe，储层主要为冰川砂砾岩及河流相、浅海相砂岩。西阿拉伯盆地发育有冰川砂砾岩以及河流相、浅海相砂岩，已发现气藏主要富集在浅海相砂岩，其中Akkas气田的可采储量为11.9×108boe，占西阿拉伯盆地总储量的91.4%。

3.3 志留纪

晚奥陶世-早志留世，阿拉伯板块漂移至最南端(约南纬50°)。冈瓦纳大陆在晚奥陶世冰川作用期间形成了一个重要的不整合面，极地冰盖覆盖了阿拉伯板块西北部(McClure, 1978; Vaslet, 1990)。早志留世，冰川作用逐渐结束，冰川融化导致海平面上升，沉积了一套富含有机质的Qusaiba组海相页岩(图4)，为中东地区最重要的古生界烃源岩(图4、图7)。

图7 中东地区早志留世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

阿曼盆地志留系沉积以河流相砂岩为主，共发现8个油气藏，可采储量1.4×108boe。早志留世，中阿拉伯盆地以浅海相砂岩为主，发现Ghawar等2个气藏，可采储量仅0.9×108boe。西阿拉伯盆地以浅海相砂岩和冰川砂砾岩沉积为主，邻近阿拉伯地盾发现Jalameed等2个冰川砂砾岩气藏，可采储量为5.5×108boe。伊拉克地区发现浅海相Akkas砂岩气藏，可采储量0.7×108boe。

3.4 泥盆纪

加里东造山事件之后，阿拉伯板块在海西造山运动时期以抬升剥蚀为主，出现大范围的沉积间断(图4)。Scotese(2001)认为冈瓦纳大陆北缘以北出现海平面下降，从而影响了海相沉积范围。但在抬升区之间的低洼处，仍有连续的陆海相沉积，泥盆系底部为陆相砾岩和砂岩，向上过渡为浅海相碳酸盐岩夹粉砂岩。其中，最为著名的沉积为下泥盆统Jauf组砂岩沉积，主要位于中阿拉伯盆地(图8)，油气资源可采储量为44.8×108boe，占泥盆系总储量的98%。

图8 中东地区早泥盆世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

3.5 早二叠世

海西造山运动之后，阿拉伯板块的内陆坳陷恢复了沉积作用，大部分地区开始大规模沉积上石炭统-下二叠统碎屑岩，与下部地层不整合接触(图4)。早二叠世，中阿拉伯盆地及其两侧以陆缘碎屑岩沉积为主，向盆地中心逐渐发育碳酸盐岩沉积。阿曼盆地南部二叠系底部为冰碛岩，表明这一时期阿拉伯板块再次受到了冰川作用的影响(图9)。阿曼盆地南部为陆相沉积，向北冰川作用减弱并最终消亡，北部以辫状河、海相沉积为主。中阿拉伯盆地的Unayzah组和阿曼盆地的Gharif组砂岩为下二叠统主要储层，可采储量合计254.0×108boe，占二叠系总储量的5%。

图9 中东地区早二叠世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

3.6 晚二叠世

晚二叠世以来，阿拉伯板块位于热带-亚热带地区，并在白垩纪穿过赤道进入北半球，形成了以碳酸盐岩为主的沉积岩。晚二叠世，随着新特提斯洋沿着阿曼-扎格罗斯缝合带逐渐打开(Konertetal., 2001)，碎屑岩沉积范围大幅减小，碳酸盐岩沉积面积大幅增加。阿拉伯地盾东北部为泥灰岩和灰岩，向西南变为浅海碳酸盐岩和硬石膏沉积(Al-Jallal, 1995)，卡塔尔地区主要由灰岩、白云质灰岩和硬石膏组成，阿拉伯地盾附近变为浅海至陆相碎屑岩(图10)。

图10 中东地区晚二叠世岩相古地理及油气田分布图(据Konert et al., 2001; Ziegler, 2001; Alsharhan and Kendall, 2021; IHS, 2022修改)

晚二叠世形成的区域性储层主要为Khuff组碳酸盐岩，经过白云岩化作用，产生的晶间孔隙极大地改善了储层质量，产能最高的是鲕粒、球粒和生物泥粒灰岩及粒屑灰岩。质量较差的储层主要是低能量环境形成的灰质泥岩和粒泥灰岩，但后期发育的裂缝改善了储层质量。中阿拉伯盆地Khuff组、扎格罗斯盆地Dalan组(与Khuff组时代相同)碳酸盐岩等储层可采储量合计达518.9×108boe，占二叠系总储量95%。

4 对油气富集的控制作用

阿拉伯板块自寒武纪以来位于冈瓦纳大陆东北边缘，构造-沉积环境相对稳定，其油气生储主要受控于早志留世的海侵及二叠纪晚期以来的海相沉积环境。了解主要含油气盆地的古生代岩相古地理及油气藏分布特征对中东地区古生界油气勘探具有一定的指导作用。

4.1 主要烃源岩及储层

阿拉伯含油气盆地古生界以产天然气为主，已发现气田主要受热页岩分布范围的影响，其中广泛分布且富含有机质的志留系Qusaiba组热页岩为油气生成提供了雄厚的物质基础。志留系Qusaiba组烃源岩生烃期较晚，与海西运动形成的不整合面及隆起带形成的圈闭相匹配，天然气生成之后可垂向运移或沿不整合面侧向运移并及时充注。在大部分地区，晚期断层活动并没有破坏盖层封闭性，天然气资源散失量小(李浩武和童晓光，2012)。

古生界主要分为寒武系-志留系砂岩、下二叠统砂岩、上二叠统碳酸盐岩等三类成藏组合。根据岩相古地理特征可以看出，分布面积广、沉积环境稳定的上二叠统Khuff组(主要位于沙特阿拉伯和卡塔尔)和Dalan组(主要位于伊朗)碳酸盐岩和硬石膏旋回层序既提供了储层，也提供了大部分气田的优质盖层，良好的储盖组合使其成为古生界储量规模最大的成藏组合。另一重要的成藏组合为下二叠统Unayzah组砂岩，主要位于中阿拉伯盆地，而在扎格罗斯、阿曼和西阿拉伯盆地分别为Farghan组、Gharif组和Amanus组砂岩。

4.2 对油气富集的控制作用

寒武纪-志留纪主要沉积陆相碎屑岩，已发现油气藏可采储量占古生界总储量的4%，主要聚集于阿曼盆地及阿拉伯地盾以东地区。阿曼盆地已发现油气储量占寒武纪-志留纪总储量的80%，油气藏主要受前寒武系烃源岩分布范围及盐穹隆构造影响，油气主要富集在阿拉伯板块东南部(图5、图6)。志留纪主要以海侵为主，发育广泛分布且富含有机质的Qusaiba组热页岩，储层发育有限，储量仅占寒武纪-志留纪总储量的5%。

泥盆纪-早二叠世以陆相和海陆过渡相沉积为主，可采储量占古生界总储量的6%，油气聚集于中阿拉伯盆地中-南部、鲁布哈利盆地中-北部以及阿曼盆地中-南部，其中Unayzah组砂岩为区域主要储层。受海西造山运动影响，泥盆纪-石炭纪出现了大面积沉积间断，晚石炭世开始沉积碎屑岩，油气藏主要位于中阿拉伯盆地隆起剥蚀区南缘。推断受古隆起的影响，来自阿拉伯地盾的物源主要沿着隆起带的南缘向盆地中心运移，在Unayzah组底部以砾岩为主，充填在Qusaiba组页岩的侵蚀通道中，形成了良好的油气运聚条件。阿曼盆地受南部的陆源碎屑持续充填，广泛发育Gharif组长石砂岩、粉砂岩和页岩，形成良好的储盖组合。

晚二叠世以来，受海平面升降的影响，Khuff 组包含四个独立的天然气聚集单元，即四期碳酸盐岩-硬石膏沉积旋回，形成优质的储盖组合，油气聚集于中阿拉伯中-东部、鲁布哈利盆地中-东部、扎格罗斯盆地以及西阿拉伯盆地。中阿拉伯和扎格罗斯盆地已发现油气藏主要位于蒸发岩发育范围之内(图10)。Khuff/Dalan组为中东地区古生界最重要的油气储层，可采储量占古生界总储量的90%。

储层类型和裂缝发育是影响油气储量规模的另一个重要因素，Khuff 组碳酸盐储层的孔隙度超过20%，渗透率0.1～100mD，受沉积相和沉积物厚度影响，横向变化很大。鲕粒、球粒和生物泥粒灰岩及粒屑灰岩储层物性较好，受裂缝影响小。灰质泥岩和泥粒灰岩孔隙度主要受控于裂缝发育程度，孔隙度变化范围大，为5～30%，渗透率0.1～200mD。North Field-Pars South气田位于卡塔尔穹隆，受基底背斜构造影响，具有良好的储层物性，形成了世界最大的古生界气田。

5 结论与认识

阿拉伯板块自南向北主要包括鲁布哈利、中阿拉伯、美索不达米亚和西阿拉伯等四个含油气盆地，古生界储层以产天然气为主。通过对中东阿拉伯板块古生代岩相古地理和油气藏的综合分析，主要有以下几点认识：

(1)寒武纪-志留纪，阿拉伯板块整体以陆相-浅海相沉积环境为主，阿曼盆地及阿拉伯地盾中部以东地区的物源供给相对充足，其他地区的物源供给有限，导致已发现油气藏分布范围较为局限。早志留世的快速海侵，使中东地区形成大规模的热页岩，为古生界天然气生成提供了雄厚的物质基础。

(2)泥盆纪-石炭纪，海西构造事件造成地壳上升，盆地抬升遭受剥蚀，在局部低洼处仍有连续的海陆相沉积，但已发现气田范围局限且储量规模小。海西造山运动形成的沉积不整合面，使志留系烃源岩能够发生垂向/侧向运移至二叠系储层。

(3)早二叠世，中东地区以碎屑岩沉积为主，向盆地中心逐渐发育碳酸盐岩沉积。晚二叠世，阿拉伯板块位于热带-亚热带地区，受海侵/海退影响，形成了以碳酸盐岩储层和蒸发盐岩盖层为主的优质储盖组合。

(4)阿拉伯板块的构造-沉积环境相对稳定，已发现油气藏主要分布在寒武系-志留系陆相碎屑岩、下二叠统陆相-海陆过渡相碎屑岩和碳酸盐岩以及上二叠统海相碳酸盐岩储层，上二叠统碳酸盐岩为最重要的储层，其分布主要受控于储层和烃源岩分布范围。志留系热页岩广泛分布、海西造山形成的不整合面、基底继承性构造以及盐穹隆，为古生界油气聚集提供了有利油气成藏条件。