中亚北乌斯丘尔特盆地晚古生代构造演化与沉积特征^*

Tectonic evolution and sedimentary characteristics of the Late Paleozoic in North Ustyurt Basin,Central Asia

摘要

北乌斯丘尔特盆地是中亚重要含油气区,油气勘探潜力大,但古生界埋深较大,勘探程度低且研究不足。作者旨在明确其晚古生代构造演化过程及沉积特征。北乌斯丘尔特盆地位于特提斯构造域北缘和古亚洲洋构造域共同作用区,其构造演化受古特提斯洋和古乌拉尔洋开闭影响,经历基底形成期、被动陆缘期、裂谷期、裂谷后期、挤压期和新近纪拗陷期6个构造演化阶段。盆地晚古生代的被动陆缘期主要受乌拉尔洋闭合过程的影响,整体挤压隆升。盆地石炭系西厚东薄,北部地层厚度较大,南部地层钻遇结果显示局部古生界剥蚀至结晶基底。二叠系厚度变化较大,北东部地层相对较厚,中部及以西地区沉积厚度较小,二叠系之间存在不整合。盆地水体在晚古生代逐渐变浅,海平面经历4期海进—海退变化过程,可容空间相应增减; 沉积相类型主要包括辫状河、三角洲、碎屑滨岸、局限台地、开阔台地等; 岩相古地理显示,晚泥盆世—早石炭世发育深水盆地以及斜坡沉积,晚石炭世盆地南缘及北缘部分区域为浅海相碳酸盐岩台地沉积,二叠纪则以海陆过渡—陆相沉积为主。本次研究通过系统分析目标区域构造演化特征、沉积充填规律及烃源岩和储集层的发育范围,为后续油气勘探与区块优选和优化探井部署方案提供了科学决策依据。

Abstract

The North Ustyurt Basin,a pivotal oil and gas-bearing region in Central Asia,possesses significant exploration potential. Nevertheless,the Paleozoic strata within the basin are deeply buried,resulting in a relatively low exploration degree and insufficient research. This study aims to elucidate the tectonic evolution and sedimentary characteristics of the basin during the Late Paleozoic. Geographically,the North Ustyurt Basin is located at the junction of the northern margin of the Tethys tectonic domain and the Paleo-Asian Ocean tectonic domain. Its tectonic evolution was intricately influenced by the opening and closure of the Paleo-Tethys and Paleo-Ural Oceans,and it underwent six distinct stages: basement formation,passive continental margin,rifting,post-rifting,compression,and Neogene subsidence. During the Late Paleozoic passive continental margin stage,the basin was mainly affected by the closure of the Ural Ocean,which led to regional compressional uplift. The Carboniferous strata exhibit a characteristic west-thick,east-thin distribution,with greater thickness in the north. Drilling data from the southern region reveal the presence of the crystalline basement. The Permian Permian succession shows notable thickness variations,with thicker deposits in the northeast and thinner accumulations in the central and western parts of the basin. A significant unconformity exists between the Permian and Triassic strata. Throughout the Late Paleozoic,the basin’s water body gradually became shallower,experiencing four distinct transgressive-regressive cycles,that controlled the variations in accommodation space. The sedimentary facies types mainly include braided river,deltaic,clastic shoreline,restricted platform facies,and open platform facies. Lithofacies-paleogeographic analysis indicates that from the Late Devonian to Early Carboniferous,deep-water basins and slope deposits were developed. During the Late Carboniferous,the southern and northern basin margins were dominated by shallow-marine carbonate platforms,whereas the Permian deposits succession was primarily composed of transitional to continental sediments. This study systematically analyzes the tectonic evolution,sedimentary filling patterns,and the distribution of hydrocarbon source rocks and reservoirs in the study area. The findings provide a robust scientific foundation for subsequent oil and gas exploration strategies,block evaluation,and the optimization of exploration well placement.

Graphical abstract

关键词

特提斯构造域 / 构造演化 / 沉积特征 / 晚古生代 / 北乌斯丘尔特盆地

Key words

Tethyan tectonic domain / tectonic evolution / sedimentary characteristics / Late Paleozoic / North Ustyurt Basin

北乌斯丘尔特盆地(North Ustyurt Basin)位于扎格罗斯特提构造区,是中亚重要的含油气区之一,截至2024年3月,共发现56个油气田,总剩余2P储量(证实储量和概算储量的总和)为4035.25×10⁶桶油当量(IHS,2024),是中国石油公司开展海外勘探的重要目标区之一。盆地最初的油气勘探开始于20世纪50年代(余一欣等,2016a),并在1964年至1974年期间先后发现了以始新统浅海砂岩为主要储集层的Bozoy气田、以中侏罗统碎屑岩为主要储集层的Arystanovskoye油田以及以白垩系为主要产油层的Karazhanbas油田等。中生界是目前的主要产油气层,但随着盆地周缘石炭系碳酸盐岩层系油气的不断发现,以及盆地东南部Kushkair和西北部Buzachi North等古生界油气的突破,北乌斯丘尔特盆地古生界的油气勘探愈来愈受到重视。

油气富集域早古生代以来的古地理演化及其对成藏的控制研究表明,南美—北非—中东—中亚特提斯域油气资源丰富(鲍志东等,2024),而北乌斯丘尔特盆地古生界勘探程度低且缺乏相关地质研究。目前国内外的研究多集中于大地构造演化(王素华和钱祥麟,1999;Golonka,2004;韩雷,2011;塔斯肯等,2014)、油气富集规律与含油气系统分析(郑俊章等,2009;Okere and Toothill,2012;余一欣等,2016a;陈学海等,2017;Hao et al., 2017)以及油气资源潜力评价等方面(侯平等,2014;孙丰楠等,2020);主要的研究层位聚焦于新生界始新统与中生界侏罗系(Popov and Pronin,2022),对于古生界研究程度相对较低,这严重制约古生界进一步的油气勘探。作者在充分调研国内外文献的基础上,利用钻井、测井和岩心资料,结合地质剖面和油气地质条件分析,旨在厘清北乌斯丘尔特盆地晚古生代石炭纪—二叠纪的构造演化过程,重建各期岩相古地理,明确远景油气勘探方向,为下一步油气勘探与区块优选提供支持。

1 区域地质概况

北乌斯丘尔特盆地跨越哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦3个国家,整体近三角形展布,面积约为27×10⁴ km²。盆地呈隆凹相间的构造格局,由西至东可划分为3个构造单元: 北布扎奇隆起、乌斯丘尔特坳陷和东咸海坳陷。3个构造单元可进一步划分出15个二级构造单元(图1-b),主要呈北西向展布(韩雷,2011)。盆地北部以南恩巴隆起南缘为界,与滨里海盆地相邻; 西部为北布扎奇隆起,向西北方向深入里海; 南部以中乌斯丘尔特断裂带为界,与图兰台地相邻,紧靠古特提斯造山带; 东部为西北向的咸海—克孜勒库姆隆起和东咸海坳陷,靠近乌拉尔造山带(Thomas et al., 1999;Natal’in and Şengör,2005;Metcalfe,2013;Holt et al., 2015)(图1-a)。

北乌斯丘尔特盆地为叠合盆地,盆地基底由前寒武系—加里东期褶皱岩系构成,沉积地层由老至新主要包括上泥盆统、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系(辛仁臣,2024),发育多套生储盖组合(图2)。复杂的构造演化导致了盆地内海陆环境变换,形成多种岩石组合类型并存的沉积建造。石炭系主要发育碳酸盐岩、泥岩,二叠系发育海相到陆相沉积的过渡层系,三叠系为陆相碎屑岩沉积,中生界侏罗系主要为陆相河流—冲积平原相碎屑岩与湖泊沼泽相含煤碎屑岩层系,至白垩系转变为海相砂泥岩层系(何登发等,2016),古近系—第四系发育浅海陆棚相碎屑岩和泥岩。

2 构造演化过程

扎格罗斯特提斯构造区是晚古生代以来北方东欧地台、西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块碰撞、拼贴,南方大陆及其裂离地块向北漂移,原特提斯洋、古特提斯洋、新特提斯洋先后关闭,以及北方增生大陆边缘弧后张裂、差异挤压等复杂变形条件下形成的(辛仁臣等,2020;耿全如等,2021)。古亚洲洋构造域是加里东期至海西期地球动力学体系所影响的地域。古亚洲洋构造域包括从阿巴拉契亚经中西欧到天山—兴安、昆仑—秦岭的所有古生代造山带和陆缘活化带(Ren et al., 1999);在中国及其邻区,这一构造域位于西伯利亚克拉通和中轴大陆块区(卡拉库姆—塔里木—中朝陆块群)之间,包括萨彦—额尔古纳造山系和乌拉尔—天山—兴蒙造山系(李春昱等,1984;任纪舜等,1997;Jahn et al., 2004;Windley et al., 2007;孟勇等,2025)。北乌斯丘尔特盆地位于特提斯构造域和古亚洲洋构造域(乌拉尔洋)的综合作用区,古特提斯洋俯冲消减导致了北乌斯丘尔特盆地南部的中乌斯丘尔特裂谷发育和反转,以及索格达岩浆弧(石炭纪—三叠纪)的形成,东咸海坳陷区二叠纪抬升剥蚀主要受古亚洲洋(乌拉尔洋)闭合的控制。

北乌斯丘尔特盆地在古特提斯洋俯冲和乌拉尔洋开合的影响下,经历了基底形成期、被动边缘期、裂谷期、裂谷后期、挤压期、新近纪拗陷期6个构造演化阶段(韩雷,2011;余一欣等,2016b;孙丰楠等,2020)。早古生代,盆地中部(乌斯丘尔特坳陷)和西部(北布扎奇隆起)位于东欧地台东南缘,东咸海坳陷区位于哈萨克斯坦板块西缘,晚古生代盆地的演化经历了从被动大陆边缘的稳定沉积到板块碰撞造山的强烈变形过程,盆地东部和中部拼合,形成现今北乌斯丘尔特盆地的雏形。盆地沉积环境从泥盆纪—石炭纪海相沉积逐渐转变为晚二叠世陆相沉积占主导,一系列演化历程塑造了北乌斯丘尔特盆地现今复杂的地质构造格局和地层分布特征。

北乌斯丘尔特盆地基底主要由古生代及更早期的变质岩和晚古生代挤压构造背景下形成花岗岩侵入体组成(塔斯肯等,2018)。盆地南部基底相对隆起,深度为5.5~8 km,向北部基底深度增加到9~11 km(Abidov et al., 1997; Abetov et al., 2020)。

中奥陶世—中泥盆世,北乌斯丘尔特陆块与东欧克拉通分离,形成独立的微陆块(Dobretsov and Buslov,2007;Woo et al., 2015)。从晚泥盆世开始,乌拉尔洋进入弧后扩张后期(Burtman et al., 2000;傅恒等,2024),北乌斯丘尔特盆地处于被动大陆边缘沉积期,主要接受海相沉积(Garzanti and Gaetani,2002;Popkov and Popkov,2022)。

早石炭世,北乌斯丘尔特盆地为从东欧地台边缘分离的微陆块,乌拉尔洋俯冲并逐渐关闭(图3-a)。到晚石炭世—早二叠世,北乌斯丘尔特盆地为周缘前陆盆地,乌拉尔洋闭合,东欧地台与哈萨克斯坦板块发生碰撞(Golonka,2004;Ivanov et al., 2013;Kheraskova et al., 2015;傅恒等,2024),东咸海坳陷地区在这个时期与北乌斯丘尔特盆地中部地区拼合,在咸海—克孜库勒姆隆起区局部可见蛇绿岩套。进入海西造山期,强烈的挤压使盆地东部地区明显抬升(图3-b)。

晚二叠世至中三叠世,古特提斯洋向北俯冲消减(Metcalfe,2013;李文渊,2024),北乌斯丘尔特盆地进入裂谷期,发育一系列正断层和走滑断层,形成走滑拉伸盆地,同时发育一定规模的岩浆活动(Ricou,1994)(图3-b)。在曼格什拉克缝合带上的造山后伸展作用和走滑运动导致了近东西向的曼格什拉克—中乌斯丘尔特裂谷系的形成,盆地中部接受陆相沉积。晚三叠世进入印支造山期,古特提斯洋关闭(傅恒等,2024),北乌斯丘尔特盆地受到强烈的挤压作用,导致裂谷系反转和曼格什拉克—中乌斯丘尔特隆起带的形成(Kozhagulova et al., 2023),原本相对平缓的地层被挤压成复杂的褶皱形态(Krylov and Grizik,2014),同时大量NW-SE向的逆冲断层和走滑断层开始形成,北布扎奇隆起及库尔图克凹陷的构造格局初步形成(图4),沉积中心向北迁移,主要位于盆地的中部及北部,盆地整体为陆相沉积,盆内沉积了大量的碎屑物质。

侏罗纪至白垩纪,北乌斯丘尔特盆地的构造活动逐渐减弱,进入裂谷后期沉积期。晚白垩世至古近纪,盆地受区域性挤压的影响,构造变形加剧,导致地层发生显著的变形与隆升。新近纪至第四纪,构造活动趋于稳定,盆地进入拗陷期,整体处于浅海沉积环境(图4)。

3 上古生界沉积特征

3.1 海平面变化

Fischer图解最早由Fischer(1964)在研究奥地利三叠系碳酸盐岩时提出的,后经Read(1988)与Osleger等(1991)的完善,形成了利用测井曲线计算,以经过线性沉降校正的“累计旋回厚度偏移量”为纵坐标,“旋回数”为横坐标的1种研究海平面变化与可容空间的方法。海平面变化会引起可容空间的变化,从而引起沉积体系的变化。在Fisher图中,沉积旋回厚度增大,反映可容空间增大,对应海平面上升,反之,则代表可容空间减少,海平面下降(Antun et al., 2008)。

选取对岩性以及环境变化响应较好的GR曲线,利用开源代码(Yang et al., 2021)计算研究区内标准井6井所在区域石炭系—二叠系旋回厚度及旋回数,根据计算结果可知,该井石炭系共发育419个旋回,旋回厚度介于0.07~105.03 m之间,平均旋回厚度为2.78 m;二叠系共发育450个旋回,旋回厚度介于0.09~12.72 m之间,平均旋回厚度为2.27 m。以横坐标为旋回数,纵坐标为累计旋回厚度偏移量,绘制了北乌斯丘尔特盆地南部6井石炭系、二叠系的Fischer图解(图5)。

从图5中可知,盆地在石炭纪—二叠纪海平面经历4期海侵—海退变化,与之对应,石炭系—二叠系层序可划分为4个二级层序: 下石炭统底部的海进及其顶部的海退、中石炭统底部的海进及其顶部的海退、下二叠统底部的海进及其顶部的海退、上二叠统底部的海进及其顶部的海退,而盆地整体在晚古生代为海平面下降的海退阶段。

早石炭世全球海平面上升,盆地受到全球海平面变化影响,相对海平面上升,可容空间增大,盆地大面积处于深水盆地相; 中—晚石炭世全球海平面持续下降,盆地南部逐渐从深水环境变为浅水环境,累积旋回厚度仍为正值。盆地上石炭统普遍缺失,该现象与全球海平面相对下降所对应,海平面下降导致该地区可容空间减少,地层遭受剥蚀,但局部地区则保留有上石炭统,如3井所在区域。

晚石炭世至早二叠世,盆地东部受乌拉尔造山运动影响,地层隆升增大,海平面相对下降,导致该地区可容空间进一步降低,地层以剥蚀作用为主,并且在盆地内形成区域性稳定存在的不整合界面; 早二叠世,全球海平面下降,晚二叠世中期海平面逐渐上升,到晚二叠世晚期,全球海平面下降,与盆地内海平面变化趋势相同,可容空间骤减,以剥蚀作用为主,形成二叠系—三叠系区域性不整合面,盆地开始发育陆相沉积。

3.2 地层充填特征

利用盆地内26口井进行分析,选取14口井建立南北向和东西向连井相剖面,结合地震剖面进行分析。

在盆地的乌兹别克斯坦境内钻遇上古生界,包括从上泥盆统到上二叠统。这套地层是陆相、海陆过渡相和海相沉积,岩性主要为泥灰岩、石灰岩和凝灰岩,与下伏基底呈不整合接触。

钻井资料表明,盆地内石炭系岩石类型丰富多变,在垂直方向上可见碳酸盐岩、泥岩、砂岩、火成岩等多种岩层频繁交替出现。在北布扎奇隆起,石炭系由下部火成岩和上部碳酸盐岩及少量砂泥岩互层构成,厚度超过1500 m。在乌斯丘尔特坳陷,石炭系由大段的碳酸盐岩(主要为泥晶灰岩及生物碎屑灰岩)和底部泥岩构成,厚度为800~2000 m;在东南部的阿克图姆苏克隆起地区,石炭系厚度较薄,在600 m以下。不同井岩性变化大,由碳酸盐岩、火成岩及碎屑岩组成。盆地东部整体处于剥蚀区,石炭系缺失(图6)。石炭系—二叠系之间存在区域性不整合面,石炭系在东西向剖面中,地层连续性较好,呈西厚东薄特点,但在巴尔萨克尔梅斯凹陷带附近石炭系消失,并且在南北向剖面中,北部石炭系沉积厚度较大,而南部地层缺失上石炭统,钻遇结果显示为中石炭统石灰岩。

北乌斯丘尔特盆地内二叠系厚度变化较大,在东西方向上地层连续性较好,下二叠统岩性主要为石灰岩和碎屑岩。晚二叠世至三叠纪,沉积陆相碎屑岩。受乌拉尔造山带的影响,盆地二叠系受到大范围剥蚀,西部有下二叠统残留,东部部分二叠系沉积较薄(图7)。盆地中部及以西地区远离物源,沉积厚度较薄,二叠系整体厚度在2000 m以下; 乌兹别克斯坦境内整体沉积厚度在1000 m以下; 盆地东北部靠近乌拉尔造山带,沉积厚层砂岩(图8)。上二叠统在盆地北部以及西部较为发育,在盆地东部地区被剥蚀。地层主要包括上二叠统—中三叠统碎屑岩,含有少量石灰岩和凝灰岩。

3.3 沉积相类型

在北乌斯丘尔特盆地石炭系—二叠系共识别出6种沉积相类型(表1),分别为冲积扇相、辫状河相、三角洲相、碎屑滨岸相、碳酸盐岩台地以及斜坡—盆地相。

以盆地西南部库拉扎特凹陷的6井为例(图9),下石炭统底部沉积黑色凝灰质泥岩、黑色泥岩,发育水平层理(图10-a),水动力条件较弱,为斜坡—盆地沉积环境; 中石炭统发育开阔台地,沉积环境从深海变为浅海,地层岩性则以灰色石灰岩与深灰色生物碎屑灰岩为主(图10-b,10-c,10-d),呈块状构造,致密胶结,部分石灰岩中裂缝发育,且裂缝多被方解石所充填,开阔台地内又可细分出礁滩及滩间海相,在测井曲线上礁滩相表现为低GR值、高AC值,滩间海GR值相对较高,低AC值,两者分界处测井曲线形态突变; 下二叠统发育碎屑滨岸相,其中以临滨相为主,地层以深灰色厚层泥岩为主,指示还原环境; 上二叠统则以灰色泥岩与灰色细砂岩、砂岩互层为特征(图10-e),为三角洲前缘相。

在盆地北部部分地区,下二叠统依旧发育碳酸盐岩台地,能观察到泥晶胶结的深灰色、黑色生物碎屑灰岩,含有藻类生物化石(图10-f,10-g),可细分为礁滩和滩间海微相; 在下二叠统底部发育深灰色角砾石灰岩,砾石为次棱角状—棱角状,分选差,具有滑塌构造,为斜坡重力流沉积(图10-h);在靠近滨里海盆地东南一侧地区下二叠统局部发育蒸发台地相的盐岩,并夹有薄层白云岩、云质灰岩,测井曲线表现为低GR值、低电阻率、低AC值特征,曲线呈指状或箱型,指示潟湖沉积环境。

从连井相剖面可以看出(图11;图12),盆地内下石炭统以斜坡相及盆地相为主; 中—上石炭统从西向东,逐渐从滨岸相过渡到开阔台地相; 下二叠统沉积相类型由西向东,逐渐由蒸发台地相向开阔台地相、滨岸相过渡; 上二叠统受到乌拉尔山隆起的影响,在全区广泛发育冲积平原,并且辫状河相为主; 在盆地北部靠近乌拉尔山一侧,地层发育厚层砾岩与砂岩,为冲击扇相; 纵向上,盆地逐渐由海相盆地、斜坡向浅海相碳酸盐岩台地、滨岸相以及辫状河、三角洲过渡,反映盆地在晚古生代水体逐渐变浅的趋势。

3.4 岩相古地理

早石炭世,北乌斯丘尔特盆地东部东咸海坳陷区域位于哈萨克斯坦板块,还未与东欧地台相接。此时,北乌斯丘尔特盆地处于海侵阶段,盆地以海相沉积环境为主,广泛发育深水盆地以及斜坡沉积环境,并且地势呈现“南北高,中间低”的特点,岩性组合特征以泥页岩、泥岩、泥灰岩为主; 中—晚石炭世,海平面下降,在盆地南部以及北部靠近滨里海盆地一侧为浅海相,发育碳酸盐岩台地,以生物碎屑灰岩、藻灰岩、泥灰岩为主,盆地东部隆升强烈,地层剥蚀,盆地中央仍为盆地相,沉积泥岩以及泥页岩(图13)。

早二叠世随着海平面下降以及乌拉尔山隆起,深水盆地范围减小,盆地以海陆过渡相为主,开始大面积发育滨岸相,盆地南部碳酸盐岩台地与北西方向的碳酸盐岩台地相连,呈条带状分布,北部靠近滨里海盆地一侧开阔台地变为局限台地,发育潟湖相,以泥晶灰岩为主,局部发育蒸发台地相,以膏岩等蒸发岩为主(图14-a);晚二叠世盆地进入裂谷期,在区域性抬升和盆地持续性海退背景上,盆地内转为陆相沉积,海相盆地进一步萎缩成为湖盆,碎屑滨岸发育地区转变为冲积平原,并且在盆地东北部发育冲积扇以及辫状河,沉积细砂岩、粗砂岩和砾岩等陆源碎屑岩(图14-b)。

4 油气勘探有利区分布

目前对北乌斯丘尔特盆地油气勘探开发主要集中在侏罗系(如Arystanovskoye油田)以及白垩系(如Karazhanbas油田),石炭系以及二叠系的勘探程度较低,基于上述北乌斯丘尔特盆地晚古生代构造演化以及沉积特征研究,对其烃源岩以及储集层发育有利区进行分级圈定,综合分析北乌斯丘尔特盆地内生储盖组合特征,为下一步油气勘探与区块优选提供依据。

4.1 烃源岩有利区分布

北乌斯丘尔特盆地石炭系以海相沉积为主,盆地范围内大面积发育盆地相,沉积厚层泥岩,生烃能力较强,因此作为一类烃源岩发育有利地区; 在盆地南北两侧发育的碳酸盐岩台地,沉积石灰岩以及颗粒灰岩,其生烃能力相对较差,划分为三类烃源岩发育有利地区; 斜坡相岩性以泥灰岩、泥岩、凝灰质泥岩为主,围绕碳酸盐岩台地呈条带状分布,发育面积相对较小,生烃能力介于盆地与碳酸盐岩台地之间,划分为二类有利区。盆地东部受早二叠世乌拉尔造山运动强烈挤压隆升的影响,地层遭受强烈剥蚀(图15-a)。

与石炭纪相比,二叠纪盆地相发育范围持续缩减,因此,盆地相持续发育区域划分为一类烃源岩发育有利地区; 斜坡相以及早二叠世盆地相发育区域为二类有利地区; 碎屑滨岸以及冲积平原所在地区为三类有利区(图15-b)。

4.2 储集层有利区分布

北乌斯丘尔特盆地石炭系在盆地南部以及北部地区发育碳酸盐岩台地,并且发育礁滩相,具有良好的储集性,因此,礁滩发育地区为一类储集层发育有利地区; 碳酸盐岩台地内部作为储集层发育二类有利地区; 盆地以及斜坡相发育地区,由于沉积厚层泥岩,其储集性相对较差,因此作为三类有利区(图16-a)。

二叠系储集层以碳酸盐岩台地以及碎屑滨岸、辫状河、三角洲和冲积扇中的砂岩层为主,因此,综合二叠纪沉积演化特征,将台地、碎屑滨岸、辫状河以及三角洲发育重叠地区圈定为一类储集层发育有利区; 以泥岩沉积为主的盆地相划分为三类有利地区,其余地区为二类有利区(图16-b)。

4.3 生储盖组合特征

根据IHS数据库各油田勘探开发资料可知,北乌斯丘尔特盆地内目前主要的古生界油气开发区域有2个: 一是位于北布扎奇隆起,上石炭统莫斯科阶—中侏罗统含油气系统(Kalamkas油田以及Karazhanbas油田等),主要储集层为侏罗系和下白垩统。油气来源于滨里海盆地石炭系—二叠系页岩; 二是位于盆地的东南部,上古生界—石炭系含油气系统(Kushkair油田等),主要储集层为上石炭统石灰岩,烃源岩为下石炭统页岩。储集层被上覆上二叠统碎屑滨岸沉积的碎屑岩、上侏罗统海相页岩和泥灰岩形成的区域性盖层封闭(图17)。

综合北乌斯丘尔特盆地构造演化、烃源岩、储集层有利区分布以及现有油田勘探结果推测,该盆地可能存在其他上古生界含油气系统。

1)在盆地北部,早二叠世处于蒸发台地相沉积环境,沉积了厚层富有机质碳酸盐岩,这些碳酸盐岩具备良好的生烃潜力,可作为优质的烃源岩。下伏石炭系台地相碳酸盐岩,孔隙度和渗透率较好,可作为理想的储集层。其上覆的二叠系冲积平原相中泥岩,具有良好的封盖能力,能有效阻止油气逸散,形成油气圈闭。

2)在盆地东北部,以石炭系—二叠系盆地相泥岩作为潜在烃源岩,油气储存在二叠系冲积扇砂体中,或经咸海—克孜勒库姆断层运移至东部台地相碳酸盐岩中,被上覆二叠系和侏罗系泥岩形成区域性盖层封闭,油气主要聚集在构造高部位。

3)在盆地西南部,石炭系—二叠系盆地相泥岩可作为烃源岩,油气运移至西南部石炭系礁滩相碳酸盐岩和上二叠统三角洲砂岩中,被上覆前三角洲泥岩和粉砂质泥岩封闭,形成良好的油气圈闭。

盆地西北部北布扎奇隆起泥盆—石炭纪有火成岩侵入体,盆地南缘曼格什拉克—中乌斯秋尔特隆起地区从泥盆纪至三叠纪有岩浆弧活动,东部地区主要以石炭—二叠系岩浆活动为主,部分地区油气藏因此受到破坏。

5 结论

1)北乌斯丘尔特盆地是1个多期叠合盆地,盆地古生代的构造演化过程主要受乌拉尔洋和古特提斯洋开合的控制。乌拉尔洋在泥盆纪的弧后扩张阶段,盆地属于被动陆缘环境,乌拉尔洋在早二叠世完全闭合,此时哈萨克斯坦板块与东欧地台碰撞拼接,盆地东部快速隆升,北部断层重新激活。盆地南部的古特提斯洋的不断向北俯冲导致图兰板块逐渐向盆地靠近,二叠纪晚期盆地南部发育弧后裂谷沉积。

2)北乌斯丘尔特盆地在石炭纪至二叠纪,经历了4期海侵—海退,总体表现为水体变浅。盆地在早石炭世大面积为深水盆地相,随着海平面下降,在晚石炭世逐渐变为斜坡和浅水碳酸盐岩台地相,发育开阔台地、台地边缘亚相; 早二叠世,海平面下降,盆地以碎屑滨岸相为主,发育前滨和临滨带,在靠近滨里海盆地一侧发育蒸发台地相,以盐岩、白云岩、云质灰岩为主; 晚二叠世,盆地整体发育辫状河、三角洲及湖相沉积,在盆地北部局部地区发育冲积扇相,岩性以砾岩、砂岩为主。

3)北乌斯丘尔特盆地发育多套含油气系统,整体上西部生油东部生气。目前存在的储集层以中生界储集层为主,古生界主要发育泥盆—石炭系烃源岩。盆地古生界以中部的盆地相泥岩为主要的潜在烃源岩,盆地边缘台地相碳酸盐岩和三角洲、辫状河相碎屑岩为有利储集层,盆地西南部、东北部和北部有较大的勘探潜力。

参考文献

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基金资助

*中国石油化工股份有限公司科技项目(P24120)