劉小兵,張光亞,溫志新,王兆明,宋成鵬,賀正軍,李治平
(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083;2. 中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
東地中海黎凡特盆地構(gòu)造特征與油氣勘探
劉小兵1,2,張光亞2,溫志新2,王兆明2,宋成鵬2,賀正軍2,李治平1
(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083;2. 中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
基于東地中海黎凡特盆地地質(zhì)、地震等資料,恢復(fù)主要地質(zhì)時期原型盆地及巖相古地理,開展盆地構(gòu)造特征對比分析,并結(jié)合已發(fā)現(xiàn)氣藏特征解剖,建立成藏模式,探討該區(qū)有利成藏組合及下一步勘探方向。黎凡特盆地主要發(fā)育有早期斷層、中期斷層和晚期斷層等 3期構(gòu)造。早期斷層主要受控于陸內(nèi)斷陷,盆地南部深水地區(qū)受后期擠壓應(yīng)力影響較?。恢衅跀鄬又饕軅?cè)向構(gòu)造應(yīng)力和敘利亞弧型褶皺帶影響,構(gòu)造活動由北向南、由東向西逐漸減弱;受碰撞擠壓和死海走滑斷裂帶影響,晚期斷層十分發(fā)育,但基本未刺穿中新統(tǒng)上部厚層蒸發(fā)巖。結(jié)合已發(fā)現(xiàn)油氣藏及露頭情況,認(rèn)為以色列遠(yuǎn)岸鄰近埃拉托色尼隆起的深水地區(qū)中生界砂巖、碳酸鹽巖及黎巴嫩深水地區(qū)新生界碳酸鹽巖和塔馬爾砂巖為下一步主要勘探方向。圖8表1參34
東地中海;巖相古地理;盆地構(gòu)造;黎凡特盆地;深水沉積;油氣勘探方向
近 5年來全球深水大油氣田發(fā)現(xiàn)主要分布于被動大陸邊緣盆地[1](見表1),自2009年諾貝爾能源公司(Nobel Energy Inc.)在東地中海黎凡特盆地(Levant Basin)發(fā)現(xiàn)塔馬爾(Tamar)氣田以來(見圖 1),該區(qū)不斷獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)[1-6],預(yù)示著該盆地深水油氣資源具有良好的勘探前景。與東非被動大陸邊緣盆地相似[7-8],黎凡特盆地整體勘探程度低,已有的油氣發(fā)現(xiàn)主要集中于盆地南部的以色列海域,盆地北部的黎巴嫩海域區(qū)塊尚未進(jìn)行勘探。
表1 2010—2015年被動大陸邊緣深水領(lǐng)域大油氣田儲量統(tǒng)計表[1]
圖1 東地中海黎凡特盆地氣田分布及區(qū)域構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[1-6],有修改)
前人對東地中海地區(qū)的研究主要集中于區(qū)域地質(zhì)[2-4,9-12]和沉積[4,13-15]等領(lǐng)域,對成盆演化、盆地構(gòu)造、沉積充填、成藏特征等方面的綜合研究不足,未來勘探方向尚不明確。本文基于黎凡特盆地及其周緣的原型盆地分析及巖相古地理恢復(fù),通過盆地構(gòu)造特征對比分析,結(jié)合已發(fā)現(xiàn)油氣藏解剖,探討該區(qū)有利成藏組合及下一步勘探方向,為勘探程度低、獲取資料難的被動大陸邊緣深水領(lǐng)域戰(zhàn)略選區(qū)及新項目評價提供借鑒。
東地中海沿岸的勘探活動始于1968年[1],主要針對黎凡特盆地西緣的尼羅河三角洲盆地(Nile Delta Basin)淺水地區(qū)。黎凡特盆地水深大于1 000 m,總面積4.85×104km2(見圖1),商業(yè)鉆井始于2008年,迄今已有19口鉆井,鉆井成功率超過80%;諾貝爾能源公司為主要作業(yè)者,先后共發(fā)現(xiàn)了 7個商業(yè)性氣田,累計探明和控制可采儲量0.91×1012m3。即便如此,該區(qū)勘探程度依然很低,所有發(fā)現(xiàn)集中分布于黎凡特盆地南部的以色列海域,有探井區(qū)塊面積0.33×104km2,占整個盆地面積的6.8%[1]。
非洲板塊和阿拉伯板塊自古生代以來就為岡瓦納(Gondwana)大陸的一部分[16],直至中新世開始,隨著紅海裂谷的進(jìn)一步擴張,阿拉伯板塊沿紅海自南向北逐漸與非洲板塊分離[17]。東地中海主要包括非洲板塊東北部尼羅河三角洲盆地以及阿拉伯板塊西北部的普萊錫特盆地(Pleshet Basin)和黎凡特盆地(見圖1),自晚古生代以來均處于相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境[16,18]。黎凡特盆地以東地中海正斷層帶和東地中海走滑斷裂帶為界,自北向南楔形分布(見圖 1)。盆地形成于晚古生代,經(jīng)歷了陸內(nèi)斷陷、陸內(nèi)—陸間裂谷和被動大陸邊緣沉積等原型盆地演化階段,以海相沉積為主(見圖 2)。
圖2 黎凡特盆地及其周緣的原型盆地與巖相古地理圖(據(jù)文獻(xiàn)[4, 12-13, 16, 19]修改)
晚石炭世開始,潘基亞(Pangea)超大陸逐漸形成[16],其南部稱之為岡瓦納大陸。由于岡瓦納大陸的裂谷作用在整個顯生宙都持續(xù)發(fā)生,因此許多小塊體與潘基亞超大陸共生但未完全拼合。受古特提斯洋打開的影響,岡瓦納大陸北緣發(fā)育伸展構(gòu)造(見圖2a)。黎凡特盆地位于岡瓦納大陸北緣,為大陸邊緣斷陷沉積,以砂巖沉積為主。
東地中海地區(qū)自三疊紀(jì)開始為一個連續(xù)沉積的盆地,是阿普利亞(Apulia)—土耳其陸塊與非洲—阿拉伯大陸分裂的結(jié)果。晚三疊世—早侏羅世,克拉通內(nèi)部的地殼沿著現(xiàn)今北非海岸開始擴張,開始發(fā)育伸展斷層,并穿過現(xiàn)今以色列和敘利亞,到達(dá)新特提斯洋的邊緣(見圖2b),以碳酸鹽巖沉積為主。
侏羅紀(jì),黎凡特盆地西側(cè)的阿普利亞塊體旋轉(zhuǎn)而逐漸脫離非洲板塊,形成了埃及、以色列和黎巴嫩的侏羅紀(jì)槽地(見圖2c),以淺海相碳酸鹽巖和淺?!肷詈O嗄囗搸r沉積為主[1](見圖3)。
圖3 東地中海黎凡特盆地區(qū)域地層柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[1, 4, 17, 20]修改)
早白堊世,東地中海洋盆寬達(dá)300~400 km,成為一個具有中央擴張脊的小洋盆(見圖2d)。早白堊世中晚期,海平面上升,在中東和北非的大部分地區(qū),碳酸鹽巖沉積在古老的泥頁巖上(見圖3),為碳酸鹽臺地。
晚白堊世早期,地中海沿岸的埃及、以色列、黎巴嫩和約旦等地區(qū)沉積了灰?guī)r和富有機質(zhì)的泥質(zhì)灰?guī)r(見圖3)。晚白堊世晚期,新特提斯洋開始閉合,形成了一個由土耳其至阿曼的造山帶(見圖2e—圖2g),同時在敘利亞至埃及的地臺區(qū)產(chǎn)生了擠壓作用,形成北東—南西向敘利亞弧型褶皺帶(Syrian Arc Fold Belt)(見圖1、圖2e—2f)。晚白堊世敘利亞弧型褶皺帶開始活動,至漸新世逐漸停止,由于敘利亞弧型褶皺帶引起東地中海陸上(如朱迪亞山(Judea))構(gòu)造抬升,盆地沉積物源供給增加[17],在海域形成了漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)深水濁積砂巖。
晚中新世,由于阿拉伯板塊與北側(cè)的土耳其塊體進(jìn)一步碰撞拼合,東地中海海水補給中斷,且地中海高溫少雨、海水蒸發(fā)旺盛、缺少河流注入,加劇了地中海的干涸,形成了厚度超過1 000 m的新近系梅辛階蒸發(fā)巖(Messinian Evaporite)(見圖3)[14-15]。
被動大陸邊緣盆地一般為早期裂谷期和晚期被動漂移期疊合而成的沉積盆地[7,21],具“下斷上坳”結(jié)構(gòu)特征。基于原型盆地、巖相古地理和地震剖面的綜合分析,將東地中海黎凡特盆地劃分為早期斷層、中期斷層和晚期斷層等3期構(gòu)造(見圖4)。
早期斷層以正斷層為主,形成時間跨度大,包括了陸內(nèi)斷陷和陸內(nèi)—陸間裂谷原型盆地階段(見圖4b—4d、圖 5a—5b)。
黎凡特盆地黎巴嫩海域與以色列海域的早期斷層有一些差異:①黎巴嫩海域的早期斷層受阿爾卑斯造山帶影響大,在晚白堊世仍未停止活動,早期形成的斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn),導(dǎo)致早期斷層構(gòu)造不明顯(見圖4b);②以色列遠(yuǎn)岸地區(qū)的早期斷層受構(gòu)造影響較小,基本于中晚侏羅世停止活動;晚白堊世敘利亞弧型褶皺帶開始活動,近岸地區(qū)以構(gòu)造擠壓為主,發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)(見圖 4c—4d)。
晚二疊世以來,裂谷作用由東地中海西南部逐漸向東北部延伸(圖2a—2c),西南部(圖4c—4d)沉積厚度大于東北部(圖4a—4b)。以色列近岸普萊錫特盆地上二疊統(tǒng)Sa’ad組和Arqov組富含有機質(zhì),推測有生烴潛力[22]。
圖4 黎凡特盆地構(gòu)造剖面圖(剖面位置見圖1)
晚三疊世,東地中海以碳酸鹽巖沉積為主,沉積厚度150~600 m[19,23]。早侏羅世由于海平面下降,在東地中海南緣有碎屑巖沉積(見圖2c);中侏羅統(tǒng)Barnea組泥質(zhì)灰?guī)r已為普萊錫特盆地東緣的 Kokhav油田證實為烴源巖[24],Barnea組砂巖已證實為儲集層,但儲量規(guī)模較小[1]。
早期斷層對中淺層構(gòu)造帶或斷裂帶的形成與演化有一定控制作用[25],易于形成斷裂構(gòu)造。中期斷層形成于古新世—中新世,位于梅辛階蒸發(fā)巖之下。
由于盆地具有楔形特征,阿拉伯板塊—土耳其塊體的擠壓/碰撞產(chǎn)生的側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力由北向南、由東向西逐漸減弱,因此,中期斷層的活動與分布具有差異性:①橫向上(東西向),盆地北部的近岸地區(qū)受側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力和敘利亞弧型褶皺帶(見圖 5c)影響大[6],斷層較為發(fā)育(見圖5d),形成斷背斜圈閉構(gòu)造,而在遠(yuǎn)岸深水地區(qū)受構(gòu)造應(yīng)力(例如敘利亞弧型褶皺帶)影響較小,斷層構(gòu)造不太發(fā)育(見圖4b);②縱向上(南北向),由于塊體側(cè)向逃逸時通常伴隨著平面上連續(xù)性斷層構(gòu)造,推斷中期斷層在平面上具有連續(xù)性;構(gòu)造應(yīng)力的傳遞由北向南逐漸減弱[26],以色列海域受側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力的影響小于北部的黎巴嫩海域,斷層不發(fā)育,以背斜構(gòu)造為主(見圖4c—4d),形成已證實的背斜構(gòu)造圈閉[1]。背斜核部易于形成裂縫[27],利于油氣垂向運移。
白堊紀(jì),東地中海隨著海平面持續(xù)下降,以海相碳酸鹽巖及泥頁巖沉積為主。普萊錫特盆地下白堊統(tǒng)Gevaram組海相泥頁巖總有機碳含量(TOC)值一般為0.6%~2.1%,以Ⅱ型干酪根為主,為盆地東緣 Helez—Kokhav油田的主要烴源巖[24],下白堊統(tǒng) Yafe組砂巖為已證實儲集層,但儲量規(guī)模很小[1]。晚白堊世早期,地中海沿岸的埃及、以色列、黎巴嫩和約旦等地區(qū)沉積了灰?guī)r和富有機質(zhì)的泥質(zhì)灰?guī)r(見圖3),厚達(dá)3 000 m,為黎凡特盆地的主要烴源巖。
古新世以來,東地中海地區(qū)以泥頁巖沉積為主。受敘利亞弧型褶皺帶影響,沉積物供給增加,漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)發(fā)育濁積砂體,形成良好的儲集層,泥頁巖沉積厚度大,為黎凡特盆地有效的區(qū)域性蓋層。
圖5 東地中海構(gòu)造-沉積演化模式圖
晚期斷層主要包括近岸的東地中海正斷層和遠(yuǎn)岸的黎凡特逆斷層,其中,黎凡特逆斷層位于梅辛階蒸發(fā)巖之上。阿拉伯板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞擠壓,死海走滑斷裂帶及其西部地區(qū)至今仍進(jìn)行側(cè)向逃逸[2],并不斷伴隨地震活動[3],但由于中新統(tǒng)上部梅辛階蒸發(fā)巖厚度大(大于 1 000 m),除敘利亞海域拉塔基亞脊(Latakia Ridge)(見圖4a)和黎巴嫩遠(yuǎn)岸大型斷裂(見圖 4b)刺穿梅辛階蒸發(fā)巖,晚期斷層未刺穿厚層梅辛階蒸發(fā)巖(見圖4、圖5e),蒸發(fā)巖之下的中新統(tǒng)泥頁巖蓋層幾乎不受黎凡特逆斷層影響,漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部的氣藏未受破壞,得以保存。
截至2015年,黎凡特盆地商業(yè)發(fā)現(xiàn)井均顯示為砂巖氣藏[1]。在上述研究基礎(chǔ)上,結(jié)合已發(fā)現(xiàn)氣藏特征,初步建立該盆地油氣成藏模式,以探討該區(qū)有利成藏組合及下一步勘探方向。
漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部成藏組合為黎凡特盆地主力成藏組合,氣藏主要分布于漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部塔馬爾砂巖中,中新統(tǒng)泥頁巖為主要蓋層(見圖 6),而在普萊錫特盆地,已有油氣田發(fā)現(xiàn)則為侏羅系和白堊系油氣藏[1]。
黎凡特盆地東部的死海盆地 Mt Scopus群海相泥質(zhì)灰?guī)r富含有機質(zhì),為優(yōu)質(zhì)烴源巖。原型盆地演化和地震剖面顯示白堊系沉積具東西向連續(xù)性,上白堊統(tǒng)Mt Scopus群泥質(zhì)灰?guī)r為黎凡特盆地主要烴源巖[1],由于地溫梯度一般小于35 ℃/km[7],在埋深4 km處進(jìn)入生油窗和生氣窗[28-30]。漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部塔馬爾砂巖為良好的儲集層,在塔馬爾1井儲集層凈厚度達(dá)140 m,平均孔隙度25%,平均滲透率1 000×10-3μm2[1]。中新統(tǒng)上部Ziqim組泥頁巖可作為區(qū)域性蓋層(見圖3、圖4)。
圖6 東地中海黎凡特盆地含油氣系統(tǒng)圖(據(jù)文獻(xiàn)[1, 19]修改)
從地震剖面上看,圈閉自下而上依次為中生代掀斜斷塊和新生代斷背斜構(gòu)造,其中塔馬爾背斜構(gòu)造為已發(fā)現(xiàn)氣藏的主要圈閉類型(見圖7)。白堊紀(jì)以來,黎凡特盆地以碳酸鹽巖、泥質(zhì)灰?guī)r和泥頁巖被動大陸邊緣沉積為主。受碰撞擠壓、區(qū)域性斷裂和早期斷層等影響,碳酸鹽巖類巖層易于形成裂縫[31]和溶洞[32-33],同時會形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造[34],上白堊統(tǒng)Mt Scopus群烴源巖生成的油氣可垂向運移至漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部塔馬爾砂巖中(見圖7)。
圖7 東地中海黎凡特盆地油氣運聚示意圖
黎凡特盆地自上新世以來受阿拉伯板塊與歐亞板塊碰撞造山的影響,斷層較為發(fā)育,但厚度超過1 000 m的中新統(tǒng)梅辛階蒸發(fā)巖有效阻止了晚期黎凡特逆斷層對中新統(tǒng)泥頁巖蓋層的破壞,利于油氣藏保存(見圖7),黎凡特盆地具有良好的勘探前景。
黎凡特盆地沉積侏羅系—白堊系砂巖及碳酸鹽巖,中侏羅統(tǒng)泥質(zhì)灰?guī)r為東部普萊錫特盆地已證實烴源巖[24]。以色列陸上和淺水地區(qū)有侏羅系和白堊系油氣藏發(fā)現(xiàn)(見圖 8),但儲量規(guī)模小[1]。受敘利亞弧型褶皺帶影響,黎凡特盆地由深水向陸上地層逐漸減薄或尖滅(見圖 4),東地中海陸上出露有侏羅系、白堊系和漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)露頭(見圖 8),結(jié)合原型盆地及地震剖面判斷黎凡特盆地有侏羅系、白堊系和漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)沉積。
以色列遠(yuǎn)岸鄰近埃拉托色尼隆起的深水地區(qū),侏羅系—始新統(tǒng)受早期斷層的影響(見圖4c),沉積物埋深小于盆地中心,即以色列海域已發(fā)現(xiàn)氣田區(qū),烴源巖生成天然氣可沿早期斷層垂向運移至侏羅系—白堊系砂巖或碳酸鹽巖潛在儲集層中,斷塊、背斜等構(gòu)造為主要圈閉類型。因此,以色列深水地區(qū)中生界砂巖及碳酸鹽巖可作為主要勘探方向。
圖8 東地中海油氣藏和露頭分布圖
黎巴嫩深水地區(qū)受阿爾卑斯構(gòu)造影響較大,早期斷層構(gòu)造持續(xù)至晚白堊世,且中期斷層較以色列海域更為發(fā)育,因此已證實白堊系Mt Scopus群烴源巖生成的油氣易于沿早期斷層及中期斷層發(fā)生垂向運移,可重點關(guān)注新生界碳酸鹽巖和塔馬爾砂巖等潛在儲集層,以斷塊或背斜構(gòu)造圈閉為主。
東地中海黎凡特盆地經(jīng)歷了陸內(nèi)斷陷、陸內(nèi)—陸間裂谷和被動大陸邊緣原型盆地階段,分別以砂巖、碳酸鹽巖和泥質(zhì)灰?guī)r及碳酸鹽巖沉積為主。晚白堊世—漸新世敘利亞弧型褶皺帶的擠壓構(gòu)造引起東地中海陸上劇烈抬升,物源供給較充分,形成了漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部深水濁積砂巖。
黎凡特盆地主要包括早期斷層、中期斷層和晚期斷層等 3期構(gòu)造。早期斷層主要受控于陸內(nèi)斷陷,盆地南部深水地區(qū)受后期擠壓應(yīng)力影響較?。焕璺蔡嘏璧鼐哂行ㄐ翁卣?,碰撞擠壓應(yīng)力作用由北向南、由東向西逐漸減弱,中期斷層的活動與分布具有橫向上和縱向上差異性;受碰撞擠壓和死海走滑斷裂帶影響,上新世以來晚期斷層十分發(fā)育,但基本未刺穿厚層蒸發(fā)巖,油氣藏未受破壞。黎凡特盆地氣藏主要分布于漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部塔馬爾砂巖中,漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)下部砂巖及中新統(tǒng)泥頁巖蓋層為主力成藏組合。
被動陸緣盆地東西向具有地層連續(xù)性,南北向具有構(gòu)造連續(xù)性。根據(jù)構(gòu)造樣式變化特點,以尋找早期斷層頂部的斷塊圈閉和中期斷層相關(guān)的背斜圈閉為主。以色列遠(yuǎn)岸鄰近埃拉托色尼隆起的深水地區(qū)中生界砂巖、碳酸鹽巖及黎巴嫩深水地區(qū)新生界碳酸鹽巖和塔馬爾砂巖為下一步主要勘探方向。
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(編輯 黃昌武)
Structural characteristics and petroleum exploration of Levant Basin in East Mediterranean
LIU Xiaobing1,2, ZHANG Guangya2, WEN Zhixin2, WANG Zhaoming2,SONG Chengpeng2, HE Zhengjun2, LI Zhiping1
(1. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China)
By using geologic and seismic data, this study restored the proto-type basins and lithofacies paleogeography of the Levant basin in East Mediterranean during main geological periods, carried out comparison analysis on the basin architecture characteristics, and based on careful examination of the characteristics of discovered gas reservoirs, established the reservoir forming pattern and discussed the favorable reservoir forming combinations and future exploration direction in this region. Three structural architectures can be identified in the basin, the early-stage faults, the mid-stage faults and the late-stage faults. The early-stage faults are mainly controlled by intercontinental depression, which were less influenced by later compression stress in the southern deep water area of the basin.Controlled by the lateral structural stress and the Syrian Arc Fold Belt, the mid-stage faults became less active from north to south and from east to west. Influenced by the collision and/or Dead Sea strike-slip Fault Zone, the late-stage faults were active but did not pierce the thick Upper Miocene evaporites. Combined with the discovered reservoirs and outcrops, the Mesozoic sandstones and carbonates in deep water area near Eratosthenes seamount of Israel offshore and the Cenozoic carbonates and Tamar sands of Lebanon offshore are the main petroleum exploration targets in the next step.
East Mediterranean; lithofacies paleogeography; basin architecture; Levant Basin; deep water sedimentation; petroleum exploration direction
國家科技重大專項(2016ZX05029)
TE122.2
A
1000-0747(2017)04-0540-09
10.11698/PED.2017.04.07
劉小兵, 張光亞, 溫志新, 等. 東地中海黎凡特盆地構(gòu)造特征與油氣勘探[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4): 540-548.
LIU Xiaobing, ZHANG Guangya, WEN Zhixin, et al. Structural characteristics and petroleum exploration of Levant Basin in East Mediterranean[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4): 540-548.
劉小兵(1984-),男,江蘇海安人,博士,中國石油勘探開發(fā)研究院工程師,主要從事海外石油地質(zhì)綜合研究與新項目評價工作。地址:北京市海淀區(qū)學(xué)院路 20號,中國石油勘探開發(fā)研究院全球油氣資源與勘探規(guī)劃所,郵政編碼:100083。E-mail:xiaobing.liu@petrochina.com.cn
2016-06-07
2017-05-28