沉积盆地中盐体积含量超过沉积体积的10%就可称为含盐盆地。目前已经探明,地球上含油气盆地和具远景的含油气盆地有近200个,在大约120个盆地内发现了工业性油气田,其中58%的油气田与盐系有关。这些含盐盆地控制的已探明石油储量和天然气储量分别为全球的89%和80%,与盐构造相关的油气藏将是今后极为重要的油气储量增长点。目前,国际上含盐盆地研究主要集中在墨西哥湾、西非海岸等地区,沉积盆地内油—盐共生的秘密正逐渐被揭开。
油盐共生盆地发育的奥秘
“油盐共生”认识由来已久。一般认为,必须至少在几个地质期之内有稳定构造沉降运动,这种沉降构造运动所造成的古盆地为油和盐共生提供了条件。由于盐和油气形成的沉积环境具有一致性,长期稳定下沉、封闭或半封闭的古水盆有利于卤水蒸发形成盐沉积,同时也为有机质堆积、保存提供了可能。只要具备适宜的古地温条件,有机质就可以转化为油气。目前所发现的含盐盆地主要分布在北半球,其中多数分布在欧亚板块,北美次之,南半球仅有为数不多的含盐盆地;我国在塔里木、渤海湾、江汉、四川等地区的勘探也发现了与盐岩有关的油气聚集。从盆地性质来看,盐构造主要发育在克拉通、裂谷和前陆3类盆地中,同时盐层对油气成藏要素具有控制作用。
盐膏层成因可分为蒸发、深部热卤水两种。蒸发成因盐膏层沉积的主要特点是相对封闭的水体和干旱—半干旱的气候条件,外来水量低于蒸发量。盐膏层既可发育于海相,也沉积于陆相盆地中。地幔流体进入沉积盆地,与有机质、黏土、黄铁矿等反应,或催化生烃,或加氢生烃,从而形成了一系列烃类包括未熟油、低熟油、过渡气带等等,在有的地区则具有热液烃的特点。
在蒸发盐形成之前,水体盐度升高初期,生物种类虽然较少,但单个物种的产率急剧增加,有机物质大量生成。高盐度水体容易形成还原环境,有机质易于保存,形成厚度较大的优质烃源岩。在蒸发盐形成初期,由于水体盐度增加或不同盐度水体的混合,底部水体近于停滞,因此造成湖底还原环境,易于保存有机质。与其他类型的烃源岩相比,其含盐的沉积层内有机碳含量比较可观,可作为生油岩。含盐盆地发育前期多为裂陷和大型拗陷,具备广泛发育生油岩的沉积条件,为油气成藏提供了充足的物质基础。
盐膏层与盆地生油岩有着很好的共生关系。根据盐岩与生油岩的位置关系,含盐盆地生油岩分布模式可划分为三种:①盐下模式,生油层为盐前沉积,主要发育在克拉通型盆地中,如波斯湾盆地;②盐间模式,生油层与盐同时沉积,主要发育在大陆裂谷型盆地,如蒸发型盐湖、深部热卤水成因型的柴达木盆地;③盐上模式,生油层为盐后沉积,主要发育在裂陷—坳陷型盆地,如大西洋边缘型盆地。
盐岩对储集岩成岩后生作用的影响主要表现:压实程度低,成因过程慢,储层原生孔隙易于保存;石膏与烃反应生成有机酸及超压形成裂缝可以改造储层形成次生孔隙;盐充填孔隙使储层物性变差;石膏脱水形成硬石膏保留大量晶间孔;盐丘间形成新容纳空间。盐丘之下的地层较周围承受的压力明显减小,因而使盐下地层压实程度减弱,成岩作用降低,从而使砂岩中保持较高的孔隙度。在滨里海盆地,5000米深处的泥盆系石英砂岩仍保留高达24%的孔隙度。塔里木盆地秋立塔克地区的东秋5井第三系膏盐层以下的第三系和白垩系砂岩也保持着较大孔隙度。
由于盐层的封闭性好、突破压力高,而且膏盐层埋藏达到一定深度脱出近一半体积的结晶水转化成硬石膏,这些水进入相邻的地层孔隙中,会使相邻地层压力异常,从而形成油气超压封闭层。如在滨里海盆地,盐下大型油气田有异常高压特征,说明深部储层的含油性往往与异常高压带的存在有密切关系,而异常高压的形成与盆地内区域性厚盐层的封闭作用有直接关系。盐下超高压也可以产生超压裂缝,使得储层孔隙度大大增高。如我国渤海湾盆地膏盐区发育异常高压,渤南洼陷异常压力与膏盐层的分布关系明显。东濮凹陷文东地区膏盐层之上的含油气层系的压力系数为0.85~1.25,但在其下,压力系数骤然上升到1.5~1.8,最高可达2.0。
还有一类有代表性的含盐盆地,在同沉积期发生剧烈盐运动,在较大的容纳空间中形成众多盐丘间的局部“洼地”,为深水浊积扇提供沉积场所,从而形成大型岩性圈闭。盐丘的隆起速率和盐丘间微盆地的沉降速率一起影响盐间微盆地的可容纳空间的大小,如果大于或者等于沉积物供给和沉积的速率就会沉积碎屑沉积物。如墨西哥湾作为主要油气储层的深水浊积扇体系可能向盆地沉积上推进,主要为席状砂沉积。这些沉积体系的发育与分布和盐层运动引起的古水深有密切的关系。在各种地质作用下,盐层运动会引起盆地和盆地内沉积地貌的变化,继而在特殊的沉积类型中产生复杂的垂向层序。同时,在埋藏条件下大规模的盐岩溶解会产生上覆地层的崩塌和沉陷,从而在盐丘之间产生一些构造和岩性圈闭。
盐层的石油地质意义
含盐盆地最主要的盖层为盐岩地层,其次为黏土岩。对全球大型油气田(藏)盖层岩性的统计表明,常规油气资源的直接盖层主要有泥页岩和盐(膏)岩两种类型。虽然泥页岩盖层分布最广,比例最大(占80%以上),但泥页岩所封盖的石油储量仅占全球石油储量的22%;而分布面积仅占8%的盐(膏)盖层,却封盖了全球总油气储量的55%。
统计中国13个主要含气盆地,其中4个盆地发育膏盐岩,勘探发现气田165个,占全国气田总数的40%,探明气层气储量15718.6亿立方米,占全国气层气总储量的36%。由此可见,盐岩是最好的油气藏区域盖层,含盐盆地盐下易于形成大型、特大型油气田。与泥质岩类、碳酸盐岩类盖层相比,盐膏层由于其矿物组成和排列决定了它不仅具有盖层低孔低渗特征,且盐岩的排替压力高、韧性大、厚度大,所以具有物性和超压双重封闭机制,具有良好的封闭性能。我国西南滇黔贵等地区中下三叠统膏岩的孔隙度为0.1~0.3,渗透率极低,最大喉道半径小于1.8纳米,岩性致密,具有较高的排替压力。我国塔里木盆地克拉2井的库姆格列木群含膏盐泥岩的突破压力高于60兆帕斯卡,由于其厚度很大,本身地层压力也很高,所以具有毛细管和异常高压双重封闭机制,使其成为非常优质的区域盖层。含盐盆地中在海进或海退过程中形成的盐岩层是绝佳的区域性盖层,区域分布稳定、持续性好、封闭性强,并与下伏的生油岩和储集层之间在空间上形成良好的配置关系。在滨里海和阿姆河等盆地,盐直接覆盖礁体和碳酸盐岩储层,形成巨型油气田。勘探实践证实,滨里海盆地周边的油气资源主要分布在盐下层系,发现了多个大型或者巨型油气田,如田吉兹、卡拉恰甘纳克等。
由于盐膏层复杂的变形样式,还可形成各种特殊的遮挡方式,包括侧向遮挡和顶部封闭。膏盐层发育不仅可以控制油气的纵向分布,由于盐岩横向上的岩性变化,在岩性相变带,也可能在砂岩上倾方向形成侧向封堵。
由页岩充填的盐边凹陷的发育对碳酸盐岩台地内的自由对流有明显的改变作用。盐边凹陷之下较高的地温梯度主要集中于自由对流单元的上升翼,溶解作用会导致孔隙度升高。而且盐边凹陷的发育时间、规模、充填物类型、数量等会对下伏碳酸盐岩台地复杂的自由对流系统及相关的成岩孔隙度变化带来不同的影响。
由于盐体的运动,促进了油气的二次运移成藏。含盐盆地盐构造附近存在三类流体动力系统:浅层静压淡水系统、中部静压含盐水系统和下部高压系统。盐下的高压体系与盐上的常压体系势差巨大,盐下的油气就会在盐层的薄弱带大量上窜,并进入常压体系,大部分逸散,少部分在适当的条件下可以聚集成小型油气藏。这些盐相关输导体系的数量毕竟有限,造成含盐盆地的油气储量主要集中在盐下。
许多含盐盆地都形成了大型或特大型油气田,如美国墨西哥湾70%以上的油气都产于盐构造相关圈闭中,我国境内的渤海湾、塔里木、四川、江汉等油田也都发现了与盐构造相关的含油气圈闭。
从含盐盆地目前已发现的油气田成藏模式来看,在成藏要素和成藏机理等方面都有一定的差别,但均与盐层有密切关系。按照盐层与油气源—运移路径—油气藏的配置关系,将含盐盆地油气成藏模式划分为盐下模式、盐上模式、叠合模式、跨越模式、复合模式五种。
含盐盆地的油气潜力
根据全球范围内的油气发现,含盐盆地油气分布具有以下分布规律:
(1)盐下多发育生油岩,易形成巨型油气藏,且以岩性地层油气藏为主。含盐盆地盐层沉积前多发育被动边缘或裂谷沉积阶段。滨里海盆地早二叠世盐沉积前,南部—东部为乌拉尔—古特提斯洋边缘;阿姆河盆地侏罗纪末盐沉积前为土兰地台南部被动边缘;红海盆地盐沉积前为大陆裂谷;东西伯利亚下寒武统盐膏层沉积前为碳酸盐岩台地及边缘拗陷。被动边缘和裂谷均具有形成良好烃源岩和配套储层的地质条件,为大型油气田形成奠定了基础。如滨里海盆地,盐下发现卡拉恰甘纳克、田吉兹、卡沙甘、肯基亚克、阿斯特拉罕等巨型盐下礁体油田,盐下油藏数量只占10%,但储量占90%。
(2)盐上油藏受控于输导体系和盐伴生圈闭。来自盐上油源的油气藏受控于盐上输导体系。盐上油气主要聚集于盐伴生圈闭,如在阿姆河盆地,盐盖层为三膏夹两盐的层状结构,主要形变特点是底部拆离滑脱,盐内底部形变剧烈,但盐体厚度变化不大,未形成大型盐丘,只在盆地中部由于大断裂活动形成一个盐墙并沿断裂形成运移通道,盐上形成油气藏。在盐盖层缺失地区,盐下源岩直接运移到盐上圈闭成藏,如阿姆河盆地达乌列塔巴特—顿麦兹气田。该气田位于盆地南部无盐盖层地区,盐下烃源岩运移到下白垩统砂岩层系成藏,天然气储量规模达到1.4万亿立方米。
(3)盐丘愈陡,盐伴生圈闭规模愈小;盐顶愈宽缓,顶部圈闭规模愈大。滨里海盆地盐运动剧烈,形成高陡盐丘,伴生圈闭较小,虽然数量多,但目前已发现的储量只占全盆地的10%左右。个别盐丘虽较陡,但若顶部平缓,其上部也可形成宽缓背斜型隆起,如肯基亚克盐上油藏。(文/达瑞)