为什么阿拉伯板块的油气如此丰富而多产？2014-11-25 09:59:00 0 阿拉伯板块 Zagros 油气聚集 古生代 Kirkuk油田
文|Ziad R.Beydoun 本文所指的阿拉伯板块，包括阿拉伯半岛（含波斯一阿拉伯湾）和富饶的伊斯兰国家。后者包括位于Taurus与Zagros山脉之间的缝合带（在距今10Ma~5Ma以前该缝合带将阿拉伯与欧洲拼接到了一起）南部和西南部的土耳其东南部和伊朗西南部，还有地中海东部断裂系（或死海）转换带（从红海的Aqaba湾向北到土耳其的Taurus山）。 在亚丁湾与红海裂谷（距今25Ma~15Ma以前的晚渐新世到早中新世之间）及地中海东部转换断裂系产生之前，阿拉伯板块的边界已经向西扩展到了地中海东部（见下图）。
阿拉伯板块的成油体系 对于油气的聚集，所有把油气聚集成成油体系的因素都必须存在，否则油气的聚集就不会有任何商业价值。对于“成油体系”这个术语的定义，有多种非常相似的说法，本文采用Mc-Goon和Dow的定义，因为它简明、清晰，也是最新的定义。 成油体系是指在适当的压力和温度作用下能产生石油的生油岩及与之相关的油和气组成的一个自然系统，它包括生油岩、储集层、盖层和上覆岩层、圈闭形成的过程，以及石油的生成、运移和聚集过程等所有地质因素。术语“系统”是指那些形成油气聚集单元的独立因素和过程。 最基本的因素和过程必须在时间和空间上一起出现，只有这样，生油岩中的有机质才能不断地转换成原油的聚集。而曾经活跃的生油岩现今也可能归于沉寂或被耗尽。所以，成熟的生油岩，也就是活跃的生油岩，是油气生成、排出、运移和聚集的基本条件中最重要的。没有生油岩的成熟，就不会产生石油，也不可能形成有商业价值的储量，即使所有其它因素和储集、圈闭、封盖的过程都完备也无济于事。 有效生油岩中的“孔洞”是成油体系中油气显示、渗出和聚集的最初场所。一套特定生油岩与从中产出的石油之间的成因关系是通过油气与生油岩之间的相关关系而建立的，然后，通过绘制生油岩及由它产生的油气显示、渗出和在盆地中聚集的地理边界，从而将成油体系圈定。石油形成和运移的过程以及油气显示、渗出和聚集这些阶段经过的时间就是该成油体系的年龄。 阿拉伯板块存在许多成油体系是因为它有大量的广泛分布的区域性生油岩。Murris 论述了阿拉伯一波斯湾地区一些中生代的主要生油岩；Stoneley论述了阿拉伯大陆架东北部的中生代一新生代生油岩；Beydounl和Beydoun等作了更详细的描述，Beydoun全面描述了整个阿拉伯板块的生油岩，同时还讨论了中东地区多产的砂岩储层及其有机质的来源。 下图示出了阿拉伯大陆架东北部和阿曼的生油岩分布情况（其中98%的储量来自于前寒武纪一中新世的地层中）。
下图是一条从阿拉伯大陆架到Zagros缝合带的横穿阿拉伯大陆架东北部的南西一北东方向的横剖面示意图。它表明这个富含油气地区的许多部分都有非常厚的沉积层，同时还注明了主要的区域性蒸发岩盖层的地层位置。在新第三纪，叠覆在阿拉伯东北部被动大陆边缘上的、具有巨大的“鲸背”背斜的Zagros前陆盆地的位置也标在了下图上。
阿拉伯板块的这些巨大的油气储量存贮在大型一巨型的构造（背斜）圈闭中，储层为孔隙度和渗透率都很好的石灰岩和砂岩（次要），而且其中的裂缝一般都很发育，也有良好的盖层。 一般而言，储层压力常常因遇到异常高压带而变得很高，因此，由于储层压力太小而不得不用泵把油抽到地面的情况极为罕见（沙特阿拉伯与科威特的中立地带和也门的一些油田是罕见的特例）。油和水（以及气，如果该油田富含气的话）因各自的密度/浮力不同以及它们之间互不混溶的特性（尽管气在一定高压下会溶于油，但在低压下气会迅速分离出来）而被明显地分离，使它们位于不同的位置：高密度的水在最底层，油在中间，气在顶层。 阿拉伯板块的地质史：烃类丰富的原因 阿拉伯板块的烃类，尤其是石油丰富的原因在过去的二十年中已经被许多地质学家讨论过这些因素包括： （a）大面积的优质生油岩保存在不同地质年代的地层中，特别是中生代时期，这个时期该区气候温暖，有机质丰富； （b）长期而稳定的沉积； （c）生油岩相带与储集岩相带的共生与发育，使得烃类能够顺利地被排出并长距离地运移； （d）在新第三纪Zagros前陆盆地叠覆时期，更好、更新、层位更高的碳酸盐岩储层中的构造断裂导致了油气垂直向上运移到有效蒸发岩盖层之下的巨型背斜中。Murris指出了一个最非同寻常的因素—阿拉伯东北大陆架的平面规模非常大，尤其是它的宽度达到2000km之多。 在阿拉伯板块中不同成油体系中的主要成岩类型以及区域性分布，在很大程度上受控于该区显生宙古纬度位置的改变。在古生代，阿拉伯板块处于南半球的高纬度区，作为冈瓦纳大陆北部被动边缘的一部分，有丰富的碎屑沉积。富含有机质的页岩沉积就这样主要被全球性的海进所控制。 在中生代和新生代时期，阿拉伯板块主要位于热带区域，沉积物主要为碳酸盐，其中含有丰富的有机质，因此，生油岩主要是富含有机质的碳酸盐岩或泥岩。图4说明了这个原则，还显示了科威特一巴士拉地区（大约在阿拉伯大陆架东北边缘的中部）在显生宙开始一现在的位置变化情况。 自570Ma以前的元占代末期（前寒武纪晚期）以来，阿拉伯板块，特别是阿拉伯大陆架东北边缘经历了长期而且几乎是未受侵蚀的沉积史。尽管在占生代有垂直方向的造陆运动使部分区域的沉积物受到剥蚀，但没有主要的造山运动（有强烈的褶皱和冲断层及伴随的变质和火山活动）。晚阿尔卑斯时期是第一个造山运动期，它使北部和东北部阿拉伯板块边缘与陆架相碰撞并与欧亚大陆相缝合。 这次造山运动开始于40Ma以前的晚始新世，它还将新特提斯海渐渐地封闭。到距今6Ma~2Ma以前的中新世一上新世时期，碰撞达到顶峰。碰撞使Zagros前陆盆地叠覆在阿拉伯大陆架东北边缘上。通过亚丁湾和红海（约25Ma以前）的张开产生的额外应力，使碰撞产生的压缩力一直在起作用，从而导致了阿拉伯半岛与非洲的分离，并使之对着欧亚大陆向北东方向推进和旋转。 阿拉伯板块正在沿着地中海东部（或死海）的转换断层相对于西奈和地中海东部海岸向北进一步地水平移动。在碰撞的前沿，由深部活动地震带所形成的挤压应力使Taurus和Zagros山脉继续上升，而沿着地中海东部（死海）破碎带的转换或水平运动一般会发展成地中海的地震活动中心（见第二幅图）。阿拉伯板块被下列3个主要类型的板块边界围成相对较小的区域： （1）扩张（或增生）边界—由在南部和西部的亚丁湾和红海的裂谷作用及海底扩张作用产生，从而形成新的地壳和新生洋盆； （2）挤压或碰撞边缘—此处两块大陆板块的边缘汇聚并碰撞，产生造山运动，俯冲到另一个板块（欧亚板块）之下的板块（阿拉伯板块）产生了北部和东北部的Taurus和Zagros山脉和东南部的阿曼山脉（这里碰撞发生在大陆板块和大洋板块或高密度板块之间）。由于板块的增厚及它们的褶皱，这个过程使板块边缘缩短； （3）沿地中海东部（死海）破碎带的转换断层或中性板块边界，板块之间的互相滑动没有增加或消耗地壳内的物质，在这里，阿拉伯板块相对于西奈一地中海东部板块向北平移的幅度约为107km。 除了发生在晚第三纪的主要“碰撞”活动和在晚白要纪夭折的造山事件（洋壳俯冲或仰冲到阿拉伯大陆架外缘）以外，阿拉伯大陆架东北部从元古代结束以来经历了不时有造陆运动或整体的垂直上升和下降造成沉积间断的平静的地质历史。 对沉积物的剥蚀作用和沉降影响了沉降区和盆地的上升和沉积量。这些造陆运动主要发生在组成陆壳的坚硬基岩上，这些基岩完全地被更被动或更主动地圈闭在活动深埋盐层序通道中的沉积物柱体所覆盖，这种盐层序通道的活动性响应于密度及上覆压力的差异和/或在上覆沉积物扇形中产生压应力和张应力的水平运动。 阿拉伯板块的地质演化 在整个古生代（距今570Ma~245Ma），阿拉伯板块与土耳其和伊朗大陆碎块组成的邻近地块一起，是与非洲连在一起的，而且它构成了冈瓦纳板块长期被动边缘的一部分。宽阔的陆缘海（位于大陆架上并伸入内陆的海洋）覆盖了该地区，并有在其后留下以碎屑为主（砂、粉砂和泥岩）的沉积物的海进和海退。该区域主要分布在南半球，它从赤道水域漂移到南极再返回到热带地区（下图）。
碳酸盐沉积就是在返回到热带地区时产生的。两度冰川期对阿拉伯中西部奥陶纪晚期（480Ma以前）和阿拉伯中南部石炭纪晚期一二叠纪早期（距今300Ma~275Ma以前）有影响（上图）。 在二叠纪中期和三叠纪一侏罗纪时期（距今205Ma~160Ma），扩张和裂谷作用从冈瓦纳大陆（统称为基梅里地块）的阿拉伯北部和东北部分离出一系列微板块，随着新特提斯洋的开启和“阿拉伯海角”的形成，冈瓦纳大陆产生了漂移。 尔后，该区域又漂回到热带纬度区，此处的沉积物主要为碳酸盐，在阿拉伯东北大陆架的部分区域还有冲积三角洲沉积的粗粒碎屑沉积物，气候干燥时偶尔会有蒸发岩（硬石膏、岩盐等）沉积。直到晚古新世（距今59Ma以前）阿拉伯板块完全地移到北半球时，才停止向北漂移。随着基梅里地块的消失，阿拉伯东北大陆架占据了新冈瓦纳被动板块边缘阿拉伯扇形区前沿的位置，并仍为非常广阔的边缘陆棚。 在中生代（距今245Ma~65Ma）和第三纪早期（距今65Ma~10Ma），夹有少量细粘土层的碳酸盐岩地层广泛且重复地沉积于一系列浅水内陆盆地中的异常广阔的大陆架上，这些盆地被沉积有较多碎屑碳酸盐滩和礁体的浅滩所分割。在这个宽阔陆架上，周期性的水循环限制导致了蒸发岩沉积。 在浅海盆地中，海水密度的成层现象给海底创造了缺氧环境，这对保存来自温暖的浅层水中的丰富有机质非常有利，从而形成了一套富含有机质的生油岩沉积层序（第三幅图）。浅海盆边缘和盆内台地包含有碳酸盐岩储层（或在少数地区，有理想的三角洲砂岩储层，如科威特一伊拉克南部地区的储层），而周期性沉积的蒸发岩或页岩在海进和海退时则形成了良好的盖层。 这样，生油层/储集层/盖层，它们在时间和空间上以最佳的形式重复地沉积，在良好的盖层保护下，石油从生油岩运移到储层中，然后再运移到圈闭中。这些圈闭包括断块圈闭、超覆圈闭、盐丘背斜。 这个中生代一第三纪的地层序列叠覆在古生代的以碎屑为主的地层上，后者尽管生油岩较少，但是分布很广，因为它是海进和全球海平面升高的产物。或者说有些地层是晚元古代裂谷作用的产物，其特点是含有更多的热带有机质并有良好的蒸发岩作为盖层。 在晚第三纪，在由Zagros造山运动产生的巨大的北西一南东走向的“鲸背”挤压型背斜中，油气从深部的储层中垂直向上运移进入“鲸背”，并聚集到有良好的中新世蒸发岩盖层的第三纪裂缝发育的碳酸盐岩储层中。造山运动的挤压使Zagros山脉进一步上升，地下的流体梯度随之改变，使其中的大量石油发生了再运移。 然而，阿拉伯东北大陆架最为壮观的特点既不是其特别丰富的生油岩，也不是其储集层高度发育的孔隙度一渗透率，更不是其特别有效的区域性盖层，而是三者组合形成的一个无与伦比的2000km宽、2700km长的无限延伸的大陆架。 Zagros造山运动和在晚白坐纪早期夭折的碰撞事件对阿拉伯东北大陆架外缘的石油成熟与运移既有积极的作用，又有消极的作用。在白噩纪结束时的坎佩尼期（距今约75Ma），阿拉伯东北被动大陆边缘前沿与可能的洋脊（也可能是岛弧系统）碰撞，导致了较为坚硬的蛇绿岩带洋底地壳对阿拉伯大陆边缘的“阿拉伯海角”的俯仲作用。这种蛇绿岩带断断续续地从塞浦路斯经过叙利亚西北部、土耳其东南部、伊拉克北部和伊朗西南部延伸到阿曼。 所以，在塞浦路斯和阿曼都有地壳深部和上地慢岩石的良好露头。上述碰撞没有形成缝合线，造山运动可能是由于板块运动方向的反转且又回到陆棚沉积环境而终止。然而，这些构造运动给相对平静、埋藏浅的白坐纪早期的生油岩突然加上了异常的负载，从而加速了它们的成熟（由埋深增加、温度升高引起），也导致了白要纪一老第三纪期间无法估量的石油流失到地表。 在Zagros山下沿伊朗一伊拉克边界，有侵入到上白要统礁灰岩（距今约70Ma）中的浸染沥青和一些古新统一下始新统砾岩（距今65Ma~50Ma）中的含沥青浸染的卵石，这表明，这些岩层在沉积过程中曾有大量的石油聚集被消耗掉。Zagros造山运动的第二次碰撞，造成了伊拉克境内的底格里斯盆地在很大范围内存在大量的浸染沥青。在中新世沉积物成为盖层之前，通过活化断层的油从深处的储层中渗流出来。 阿拉伯板块与欧亚大陆的陆一陆碰撞始于晚始新世（距今约40Ma），它导致了阿拉伯板块陆壳最初的重叠与增厚（在三叠纪裂谷和漂离基梅里地块期间曾变薄和拉伸）以及其后对阿拉伯东北被动大陆边缘外部的掩覆，形成了一个前陆沉积盆地和一条北西一南东走向的高幅度的“鲸背”背斜褶皱构造带。 随着构造活动的发展，第三纪沉积进一步增加了良好的碳酸盐储层（Asmari群），这些储层伏于广泛分布的良好蒸发岩盖层（下Fars和GachSaran群）之下。当应力增加时，强烈的褶皱加重了破裂，这在中生代一第三纪的刚性易碎的碳酸盐岩层序中更为发育，为石油垂直向上运移进人并充填新“鲸背“构造提供了通道，同时在石油开始生成的局部地区，通过向下弯折埋藏和上覆负载的作用，加速了年轻的晚白变世和早第三纪生油岩的成熟。 在蒸发岩盖层因强烈的褶皱作用而被破坏或由于Za-gros山脉的上升而遭到剥蚀的地区，沿垂直方向再次运移的石油直接渗到地表而散失。这种散失在该地区古已有之，伊拉克Kirkuk油田的“常明灯”，就是由于地下天然气不断泄漏到地表并产生自燃造成的。 石油的泄漏产生了天然沥青和焦油矿（因氧化而失去轻质烃类的原油），早期的美索不达米亚人用它们堵船缝或生产工艺品或制药或做建筑用胶泥等。 在古代，那种自燃的火常常被赋予神秘的宗教内涵和力量，甚至现在也是这样。二战期间Kirkuk油田和炼油厂的“常明灯”，成了轴心国轰炸机不灭的指挥塔。因此多次试图扑灭那些“常明灯”，但都未成功。这个问题最终还是通过加强“地下防御”而克服了。 烃类的大量流失产生的突出问题是：Zagros前陆盆地流失的油多还是保留下来的油多；当然，它保留下来的石油储量仍然非常大—伊拉克和伊朗西南部在第三纪产生的挤压构造中的石油储量占整个阿拉伯东北大陆架国家估计石油储量的20%~23%! 尽管从像焦油砂（充分氧化过的特别粘稠特别重的原油）之类的固体烃类中获得的可采石油储量估计为全球石油储量的两倍，而从油页岩（泥质沉积中包含未成熟的或未耗尽的干酪根）中获得的可采石油储量，估计与全球剩余的石油储量相当，但是，要把它们大规模地提取出来既费能源又费水，还会对环境造成破坏，从而使大规模提取的成本大增而变得毫无意义。转向其它尚存的主要地下燃料—煤炭，则需要很深的矿井才能挖到优质煤，这既无经济上的优势，也会破坏环境，尤其是其中的硫化物对大气的污染。 这样，在所有其它地下燃料中，没有一种能有效地替代“会流动的”烃—石油和天然气。此外，所有可能有油气的地区都被广泛深人地勘探过（也许深海边缘和两极地区除外），证明都没有阿拉伯板块那么优越的地质条件和形态因素以及两者的最佳组合，因此，不会魔术般地出现第二个阿拉伯板块去拯救严重缺油的21世纪。 |
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