俄羅斯東部地區(qū)含油氣盆地的煤層氣地質(zhì)特征

俄羅斯東部地區(qū)含油氣盆地的煤層氣地質(zhì)特征

0俄羅斯聯(lián)邦環(huán)境地區(qū)油氣資源開發(fā)現(xiàn)狀俄羅斯是液體碳氫化合物能源（石油、天然氣、冷凝、氣候）的儲量和主要生產(chǎn)國。據(jù)2011年公布數(shù)據(jù):其石油儲量為121億t,位居世界第8位;天然氣儲量為446億m3,位居世界第1位。同時俄羅斯也是油氣輸出大國,2010年石油產(chǎn)量達5.00億t,占世界總產(chǎn)量的12%,出口量達2.46億t;通過東西伯利亞-太平洋輸油管道,俄羅斯每年輸往中國的油氣達1500萬t。其天然氣主要輸往歐洲和烏克蘭等獨聯(lián)體國家。筆者所述俄羅斯東部指東西伯利亞和遠東以及相應的海域。自2005年東西伯利亞-太平洋石油管道承建以來,俄羅斯為滿足管道末端的國家和地區(qū)需求,開始將油氣勘查重點東移,預計2030年東西伯利亞、遠東的油氣生產(chǎn)可達1.10億t。筆者旨在闡述俄羅斯東部油氣資源分布狀況與主要產(chǎn)油層系,從而為境外周邊油氣資源前景分析及區(qū)域構(gòu)造演化與跨境盆地對比研究提供參考。1俄羅斯東部的石油礦產(chǎn)資源該地區(qū)包括5個油氣省,即濱太平洋(Притихоокеанская)、鄂霍茨克(Охотская)、東北極海(Восточно-Арктическая)、勒拿-通古斯(Лено-Тунгусская)、哈坦格-維柳伊(Хатангско-Вилюйская)油氣省(НГП)(圖1)。含油氣地區(qū)有拉普捷夫(МореЛаптевых)(海)、南楚克奇(Южно-Чутская)、印吉格爾河口(Усть-Ингигерская)、阿納代爾-納瓦林(Анадырь-Навалин)、默默-扎良(Момо-Зялян)等。此外,遠東地區(qū)大陸還分布有一系列小型陸相盆地。截止到2002年,上述地區(qū)石油地質(zhì)資源儲量為720億t;僅東西伯利亞即可保證遠東石油年出口量的50%~80%,儲量可延續(xù)35~50a。俄羅斯東部石油儲量增長主要依賴以下兩類地區(qū):1)在建油氣區(qū):如遠東的阿納代爾-納瓦林、北薩哈林(Северо-Сахалинский),東西伯利亞的聶普斯克-巴圖奧賓(Непско-Ботуобинский)、巴伊基特-哈唐格(Байкитско-Хатангский)等地。該類地區(qū)新發(fā)現(xiàn)了68個具一定儲量的油田,如旺科爾(Ванкор)、巴圖奧賓(Ботуобин)等。2)重大遠景區(qū):主要指東西伯利亞北部海域,以及葉尼塞-哈坦格地塹(Енисей-Хатангский)、勒拿-阿納巴爾(Лено-Анабарский)地塹等。主要目的層系為文德-寒武紀及晚古生代地層。此外,在日本海、鄂霍茨克海、楚科奇海、白令海(Берингово-море)等遠東濱太平洋海域,針對大陸架硅質(zhì)巖層及島弧、濱海拗陷的雜砂巖建造等目的層系,有望發(fā)現(xiàn)新的大型油氣田。2遠東輸油管道2.2%該區(qū)為俄羅斯最重要的油氣資源省之一,其儲量占全俄4.0%,產(chǎn)量占2.5%,可保證遠東輸油管道出口的50%~80%供給量。該區(qū)沉積盆地廣布、盆地類型豐富(圖2),主要包含以下兩個含油氣省。2.1下寒武統(tǒng)油氣資源勒拿-通古斯含油氣省位于西伯利亞地臺西南部,石油和天然氣主要賦存于中-新元古代-早古生代沉積層,特別是里菲-文德系及下寒武統(tǒng)中。已發(fā)現(xiàn)有30個以上大型-超大型油氣田。伊爾庫茨克州基底具有非均一性特點,其中充填有里菲-文德系及下古生界,局部見有中生界沉積巖蓋層。主要的含油氣層位如下。里菲系:陸源碎屑巖、片巖;里菲-文德系:陸源碎屑巖(砂巖、粉砂巖)有利于有機質(zhì)析出及油氣的儲集,如巴扎里產(chǎn)油層、烏沙科夫組含天然氣層;文德系:陸源碎屑巖為重要生烴層位,如下莫特含油氣組合;文德-下寒武統(tǒng):陸源碎屑巖-碳酸鹽巖層,為最好的生油層位,如中-上莫特-下烏索里含油氣層位;下寒武統(tǒng):以碳酸鹽-巖鹽巖層為主,如上烏索里-下倍里組合,以及倍里-安加拉組合,重要的含油氣層位為奧新組、巴里赫廷組、比利奇爾組等。該州最重要的油氣產(chǎn)地為聶普-巴圖奧賓和安哥拉-勒拿等,其中聶普-巴圖奧賓油氣產(chǎn)區(qū)的普列奧布拉仁斯基碳酸鹽含油層(V-∈1)主剖面的巖性-相分析(圖3)、滲透性、地球化學及產(chǎn)能等研究表明,其生油層具有沉積作用晚期成油特點,儲量達140億t,最具開發(fā)遠景。由于該區(qū)為東西伯利亞-太平洋石油管道輸出的主要供應源,自2005年以來加大了對伊爾庫茨克州和薩哈共和國的勘探、開發(fā),原油產(chǎn)量至2011年增長到1220萬t。在薩哈共和國也發(fā)現(xiàn)大量油氣新區(qū),其中最大油田為中巴圖奧賓,2009年已產(chǎn)原油達360萬t。烏楚爾-麥伊盆地屬內(nèi)大陸盆地,位于西伯利亞地臺東南部,外興安嶺(斯坦諾夫)以北,即薩哈共和國東南部及部分哈巴羅夫邊疆區(qū)北部,面積達20萬km2。含油氣地層為里菲-文德系及下寒武統(tǒng)陸源巖、碳酸鹽(灰?guī)r、白云巖)巖層,層厚3~7km,其中里菲系賦含有豐富、高質(zhì)量的油氣資源。該地區(qū)的中-新元古界發(fā)育巨厚的陸源巖、碳酸鹽巖層(3~7km),以及艾迪卡拉期灰?guī)r、白云巖巖層(250m)和寒武紀灰?guī)r、白云巖巖層(2000~2500m),盆地下沉深度達7~11km,同時存在有利于油氣儲集的構(gòu)造圈閉和地層巖性圈閉,為油氣的生成、運移和聚集提供了良好的條件。此外前人研究表明,該盆地沉積時期長期處于廣闊的溫暖水域環(huán)境,有利于水生生物的生長,并且在地層中可見瀝青質(zhì)聚集,如下麥伊隆起區(qū)和尤多姆-麥伊拗拉槽等地區(qū)的瑪爾根組(PR2-∈2)含大量瀝青有機質(zhì),屬三氯甲烷型(0.08%~0.40%)鈣質(zhì)油頁巖,為區(qū)域有利的成油構(gòu)造遠景區(qū)。2.2西-拉普絡絡夫裂谷盆地區(qū)近年來勘查表明,拉普捷夫板塊西部構(gòu)造沉積蓋層底板(反射層A)可劃分為兩個主要的次區(qū)域性構(gòu)造:勒拿-泰梅爾邊緣隆起區(qū);西-拉普捷夫裂谷系,為裂谷型含油氣海域盆地。其中:西-拉普捷夫含油氣遠景區(qū)包含砂島、列別科夫、北-特羅菲莫夫等含油氣構(gòu)造帶,其成油密度達30~50kt/km2;西-拉普捷夫裂谷盆地平均成油密度為20~30kt/km2,而勒拿-泰梅爾邊緣隆起區(qū)的平均成油密度為10~20kt/km2。主要含油氣地層為白堊系-古近系。本含油氣省石油總儲量達60億t。3產(chǎn)油地質(zhì)條件俄羅斯遠東地區(qū)面積達650萬km2(占俄羅斯總面積的38.2%),區(qū)域上主要由早-晚古生代造山帶、中-新生代造山帶、北亞克拉通及其邊緣凹陷以及幾個克拉通碎片構(gòu)成。該區(qū)為油氣資源重點大區(qū),沉積盆地分布如圖4,油氣資源主要集中于薩哈(Саха)(雅庫特)共和國和遠東邊緣海大陸架地區(qū),其油氣資源的預測儲量占俄羅斯總量的20%,但開發(fā)僅為總量的12%。多年來,遠東油氣地質(zhì)研究表明:其西部大陸油氣盆地大多形成于中生代,如布列因含油氣盆地;東部大陸邊緣帶的油氣盆地則多形成于中生代末-新生代,如肯達爾地塹型含油氣盆地、部分黑龍江中游含油氣盆地;最東部的大陸架含油氣海域盆地則僅形成于新生代,如南-薩哈林、西-勘察加(Западно-Камчатский)等海域盆地。石油生產(chǎn)主要集中于薩哈林州及薩哈共和國,2011年總計產(chǎn)油1850萬t,其中產(chǎn)于薩哈林大陸架達1220萬t,其余630萬t產(chǎn)于陸上盆地。此外,薩哈林州生產(chǎn)凝析油(包括液化氣)和天然氣分別為220萬t和282億m3,其中來自薩哈林島大陸架的分別是210萬t和253億m3。2011年俄遠東聯(lián)邦區(qū)生產(chǎn)碳氫化合物總量達3100萬t,即比前一年增產(chǎn)36%。油氣資源開發(fā)主要集中于太平洋和北冰洋沿岸大陸架和陸相構(gòu)造盆地,其中最具遠景的油氣區(qū)有鄂霍茨克海大陸架(22億t,包括即將開發(fā)的天然氣水合物)、濱薩哈林島大陸架(56億t)、濱馬加丹海大陸架(Примагаданский)、西勘察加大陸架(石油儲量18億t)及白令海盆(12億t)等。3.1移斷裂帶對油氣盆地的構(gòu)造意義該盆地屬典型的東亞內(nèi)大陸裂谷型盆地,其深部結(jié)構(gòu)發(fā)育可劃分為以下階段。1)裂谷成因階段(J2-K1):形成近南北向裂谷系,屬海相大陸架或近海岸帶沉積環(huán)境,至晚白堊世演化為深水相生物沉積盆地,富含分散相有機質(zhì),伴生成油母巖,陸源巖-酸性火山凝灰?guī)r巖層厚大于1500m。近年來,一些學者強調(diào)東亞巨大的平移斷裂帶對于陸內(nèi)裂谷型含油氣沉積盆地形成作用的巨大影響。2)地臺(浸沒)階段(K2-E1):形成裂谷之上的深水相含油氣盆地,沉積巖層厚度1000m。3)新構(gòu)造成因(回返)階段(E2-Q2):形成湖沼相含煤砂泥質(zhì)沉積。根據(jù)巖石圈板塊運動及相關(guān)碰撞作用,以及巖石圈深部構(gòu)造異常,如高熱流、地殼及巖石圈厚度減少等可知,盆地南部分布有眾多拗陷,油氣主要賦存于巨厚的下白堊統(tǒng)泥質(zhì)巖、酸性火山凝灰?guī)r和砂巖中;且石油屬環(huán)烷-甲烷類,天然氣屬氮-碳酸-甲烷、氮-甲烷型,并伴生油頁巖。結(jié)雅-布列因含油氣盆地與松遼盆地對比表明,上述兩個盆地同屬東亞晚中生代-新生代裂谷型盆地,雖然松遼盆地熱流高(>70mW/m2)、地幔放射性高于地殼,而結(jié)雅-布列因盆地熱流較低(50mW/m2)、地幔放射性低于地殼;但是在盆地演化、深部結(jié)構(gòu)、蓋層厚度、地電(各構(gòu)造層電阻率、地電巖石圈厚度)等方面比較相近。開展相關(guān)對比研究,對葉卡捷琳斯拉夫裂谷帶及其中來哈伊洛夫拗陷、萊蒙托夫拗陷、德來特里也夫地塹等地區(qū)的油氣遠景評價具有指導意義。3.2油氣地層及含煤地層充填的地層20世紀60年代以來,通過普查、鉆探,該盆地于600m以下深部見油氣顯示,而且含油氣地層封閉程度較高。含油氣層位不僅限于新生界,還應包括下白堊統(tǒng)阿爾布階(K16)以上層位。當前,最具遠景的含油氣層位為新生代沉積層,如烏樹蒙組(N11)、比羅菲爾德組(E3)、切爾諾列琴組(E2-E3),儲油層大多為河床砂、砂層、凝灰砂巖巖層;而白堊系沉積巖層的滲透性、容量均偏低,一般達不到儲油層的標準。含油氣巖層一般多位于下沉構(gòu)造層及適宜的地熱環(huán)境。該區(qū)白堊紀-古近紀-新近紀蓋層的古溫度條件為70~170℃,對應于新生代蓋層的主含油層,其中,古近紀含油巖層產(chǎn)出于1500~4000m的深部,新近紀含油氣層位則位于2000~5000m的深部。以切爾諾列琴組泥質(zhì)巖層為例,含多旋溶瀝青,天然氣儲量為1050m3,屬中-小型天然氣田,可供地方性開采。近年來,我國東北三江平原、方正及湯原地塹型含油氣盆地的勘探和開發(fā),對黑龍江中游北岸一系列地塹裂谷型盆地的評價亦具有借鑒意義。3.3油氣勘探前景分析以西-勘察加含油氣盆地為例,其基底為中生代上白堊統(tǒng)(K2)硅質(zhì)巖-酸性火山巖-陸源巖褶皺帶,即下構(gòu)造層;而上構(gòu)造層為始新統(tǒng)-上新統(tǒng)(E2-N-Q)的沉積蓋層,厚度4~5km(陸上)、大陸架8~9km,巖性以酸性凝灰?guī)r、陸源巖為主,具深海相、濱海相和陸相特征。含油氣層主要為始新統(tǒng)-中新統(tǒng)(E2-N2)砂巖巖層,具體包括中始新統(tǒng)斯納托里組(E2)、漸新統(tǒng)烏特賀羅克組(E3)和中-上中新統(tǒng)艾塔倫組及艾爾曼諾夫組(N13-6),潛在的油氣遠景儲量為37億t石油當量,地質(zhì)預測儲量為15億t。按B.A.伊格納托娃的劃分方案,上述油氣區(qū)包括:主動大陸邊緣褶皺帶含油氣盆地,如南-薩哈林、阿納臺爾;弧前拗陷型含油氣盆地,如東-勘察加、中-千島群島;弧后拗陷型含油氣盆地,如西-勘察加、東北-薩哈林、西-薩哈林;弧間拗陷型含油氣盆地,中央-勘察加;邊緣海型含油氣盆地,中央鄂霍茨克、北-鄂霍茨克、阿列烏特、納瓦林等。上述海盆屬新生代含油氣盆地,而且多具高密度含油氣特點,已生產(chǎn)標準燃料103億t,平均資源為5700t(標準燃料)/km2。鄂霍茨克海為典型的大陸邊緣海盆地,同時,又受控于東亞大陸裂谷系,在海進期沉積了硅泥質(zhì)層,由于含硅藻,又具高繁殖性而成為生油母巖層;在海退期形成陸相含煤沉積及邊緣海天然氣田。巨厚的新生代三角洲沉積(厚度達7~12km),為油氣的大量聚集創(chuàng)造了有利條件。此外,熱流有利于有機質(zhì)的分解、改造,因此,在上白堊統(tǒng)上部-始新統(tǒng)(E2)形成了成熟的含油氣層。此外,鄂霍茨克海北部大陸架亦為重要的含油氣大陸架盆地(如馬加丹、尚塔爾等),在中始新世-下漸新世-中新世期間沉積了巨厚的陸源硅泥質(zhì)沉積蓋層,屬最具油氣遠景區(qū)。4煤系盆地的煤氣運移特征俄羅斯東部地區(qū)煤層氣盆地廣布,其中最主要的煤層氣盆地為勒拿河流域盆地和南雅庫特盆地等,預測其遠景儲量為12萬億m3(120220億t),僅勒拿河流域盆地和南雅庫特盆地即占有112710億m。俄羅斯東部地區(qū)具煤層氣遠景的盆地下部往往賦存有含油氣構(gòu)造沉積層系,為甲烷和其他碳氫化合物的物源,甲烷等碳氫化合物沿線性深斷裂帶或構(gòu)造破碎帶進入含煤層系,即具煤層氣遠景的盆地多與含油氣層系區(qū)域性伴生。如勒拿河流域、南-雅庫特、阿納臺爾、薩哈林、布列因等盆地,其中的煤與油氣均具工業(yè)地質(zhì)意義,煤系盆地中煤層含CH4量達36m3/t。據(jù)A.И.格列索夫最新研究結(jié)果,俄羅斯東北部的薩哈共和國、馬加丹州、科良克和楚克奇自治州中-新生代煤儲量達2.2×1012t(即2.2萬億t),煤層含CH4量一般為10~28m3/t,煤層氣總量應為5×1012m3。俄羅斯學者按母巖古構(gòu)造條件,將遠東煤系盆地劃分為6種類型:疊加近斷裂帶煤系盆地、造山帶拗陷煤系盆地、疊加-繼承性裂谷煤系盆地、疊加火山構(gòu)造的煤系盆地、中生代疊加煤系盆地、內(nèi)褶皺帶煤系拗陷。其中:澤良、南雅庫特、勒拿等盆地屬于前3個類型的煤系盆地,CH4儲量十分巨大,可高達數(shù)千億~數(shù)萬億m3;封閉的背斜頂部富含煤層氣達14~28m3/t,向斜褶皺中央部位煤層含CH4達12~24m3/t,如白令海峽;火山帶中疊加的火山-構(gòu)造盆地,含油氣最少。俄羅斯濱海區(qū)煤系盆地成煤地層主要如下:1)下白堊統(tǒng)煤系,一般多變質(zhì)形成硬煤煤田,如愛國者、拉茲多里寧、蘇拉日夫等,主要分布于中央錫霍特阿林中生代地槽型褶皺帶,煤層氣以游離氣為主,含煤層氣可高達20~24m3/t;2)古近系褐煤層系,如烏格羅夫、興凱、比京烏蘇里等地區(qū)的煤層層系,在塔夫里昌、阿爾切莫夫等煤田含煤層氣可高達10~14m3/t。煤層氣主要受控于褶皺斷裂構(gòu)造、變質(zhì)作用、上覆蓋層和下伏油氣層等多種因素,故屬多成因類型。該區(qū)煤層氣以游離型、吸附型為主,遠景預測儲量為600億m3。5天然氣水合物形成與形成機制天然氣水合物一般呈致密塊狀集合體出現(xiàn)于地質(zhì)構(gòu)造作用活躍地帶,如東、西太平洋邊緣帶,即巖石圈板塊間地球動力學環(huán)境復雜、火山地震活動頻繁的地帶,以西太平洋邊緣帶最為典型。該帶東自白令海經(jīng)鄂霍茨克海、日本海、中國東海、中國南海北部,并南延至澳大利亞、新西蘭,較之東太平洋邊緣帶更適合于天然氣水合物的形成,其遠景預測儲量達(5~7)×1014m3。自1984年以來,俄羅斯太平洋海洋研究所、遠東國立大學(海參崴)氣體地球化學實驗室開始研究鄂霍茨克海、日本海、太平洋洋底沉積物、天然氣水合物、洋面與大氣圈之間甲烷的生成(氣泡流)與運移分布規(guī)律,以及天然氣水合物的形成條件、分布規(guī)律、普查開采新技術(shù)方法等。1991年,在薩哈林東北大陸架斜坡區(qū)及鄂霍茨克海均發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。其后在東-薩哈林大陸架、鄂霍茨克海南部斜坡發(fā)現(xiàn)了500個以上的甲烷氣泡流,17個天然氣水合物異常場,特別是鄂霍茨克海底積物中廣泛地分布有天然氣水合物,CH4體積分數(shù)達50~500mL/L,含天然氣水合物的沉積層厚約200m。此外,在白令海阿列烏特深水海盆600~2600m深部形成有1600km2天然氣水合物礦田,CH4遠景預測儲量為31×1012m3。A.И.奧布日羅夫等學者認為,甲烷濃度的增大與地震構(gòu)造活化作用有關(guān),斷裂帶中熱液活動、壓力的減小均會導致天然氣水合物的破壞,并析出甲烷氣流,上升進入水體和大氣層中。一般認為,天然氣水合物的形成作用,在成因上與下部的含油氣層、構(gòu)造斷裂帶密切相關(guān),