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全球油砂资源富集特征和成矿模式

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全球 油砂 资源 富集 特征 成矿 模式
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第 31 卷 第 1 期2012 年 3 月世 界 地 质31 12012文章编号 : 1004—5589 ( 2011) 04—0120—07全球油砂资源富集特征和成矿模式法贵方1, 2, 康永尚2, 商岳男2, 王红岩3, 刘洪林3, 刘人和31. 中国石油 勘探开发研究院 , 北京 100083; 2. 中国石油大学 地球科学学院 , 北京 102249;3. 中国石油勘探开发研究院 廊坊分院 , 河北 廊坊 065007摘要 : 对全球 5 个重点油砂盆地的解剖研究及 16 个油砂盆地成矿条件的初步研究 , 总结出全球油砂资源的富集特征 、成矿主控因素和成矿模式 。全球油砂资源集中分布在 3 大成矿构造带 、4 大成矿构造区 、6 大成矿盆地及 2 种类型成矿盆地 , 集中程度远高于常规油气 。油砂资源富集是优质烃源岩 、多旋回演化 、氧化环境以及烃类降解机制综合作用的结果 。根据不同的盆地类型 、构造演化和构造位置 , 可将油砂成矿模式分为斜坡降解型 、古油藏破坏型 、构造抬升型和断裂疏导型 。关键词 : 油砂资源 ; 富集特征 ; 成矿主控因素 ; 成矿机理 ; 成矿模式中图分类号 : 130. 1 文献标识码 : A 10. 3969/j. 10042012. 01. 014收稿日期 : 2010改回日期 : 2011 中国石油重大科技专项 “全球非常规油气资源评价研究 ”( 20082, 00083, . 02249, . 65007, of a of of of in in of as a of of be of on ey 言油砂至少有两种含义 : ①砂和其他造岩矿物中包含油的混和物 ; ②特指该种混和物中的原油 , 当表示这种涵义时 , 油砂和沥青砂等同[ 1本文将油砂定义为第二种含义 , 是指油和岩石混合物中的油 , 其 度 <10° ( 相对密度 >1. 00, 地层黏度常 >10 000 s) , 是一种非常规油气资源 。随着常规油气资源勘探开发难度的不断增大 ,全球能源消费不断增长 , 油气价格持续上涨 , 未来能源的巨大缺口在很大程度上要依靠包括油砂在内的非常规油气来弥补 。因此 , 加快全球油砂资源的研究是今后开拓海外油气市场 , 占据油砂资源制高点的一个战略举措 。前人对国内含油砂盆地油砂矿藏形成的地质条件 、富集主控因素和分布规律进行了系统研究 , 而对国外含油砂盆地的研究有限 。笔者从全球的角度研究油砂的富集特征 , 并探讨了油砂矿藏成矿模式和成矿主控因素 , 对国内外油砂资源的勘探开发具有借鉴意义 。1 全球油砂资源富集特征1. 1 油砂资源丰富全球油砂资源极其丰富 , 广布于 89 个含油砂盆地中 , 油砂总资源量达 55 050 亿桶[ 5], 油砂资源剩余可采储量约为 6 510 亿桶 , 约占世界油气资源可采总量的 32%, 相当于常规油气资源可采储量的 68%。图 1 油砂成矿构造带展布图1 of 期 法贵方 康永尚等 : 全球油砂资源富集特征和成矿模式1. 2 油砂资源分布不均全球油砂资源分布极其不均 , 集中程度远高于常规油气 , 集中分布在 3 大成矿构造带 、4 大成矿构造区 、6 大成矿盆地及 2 种类型的成矿盆地中 。1. 2. 1 3 大成矿构造带科迪勒拉山前成矿构造带 科迪勒拉山前成矿构造带横贯南北美洲 ( 图 1) , 共包含 45 个含油砂盆地 , 世界油砂资源量最为丰富的阿尔伯达盆地和东委内瑞拉盆地都分布在该成矿构造带 , 此外还有尤因塔盆地 、马拉开波盆地 、普图马约盆地 、北坡盆地及帕拉多盆地等 。该成矿构造带油砂总资源量共计 46 450 亿桶 , 占全球油砂总资源量的 84. 4%。乌拉尔山前成矿构造带 乌拉尔山前成矿构造带包含伏尔加 —乌拉尔盆地 、蒂曼 —伯朝拉盆地以及滨里海盆地 , 该成矿构造带油砂总资源量达7 060亿桶 , 占全球油砂总资源量的 12. 8%。西伯利亚地台周缘山系成矿构造带 西伯利亚地台周缘山系成矿构造带的油砂资源主要指东西伯利亚盆地赋存的油砂资源 , 该成矿构造带油砂总资源量达 617 亿桶 , 占全球油砂总资源量的 1. 1%。这 3 大成矿构造带所蕴含的油砂总资源占全球的 98. 3%。1. 2. 2 4 大成矿构造区油砂资源集中分布在北美 、南美 、高加索和俄罗斯地区 ( 表 1) , 这 4大成矿构造区的油砂资源表 1 油砂资源地区分布 of 桶潜在资源量/亿桶总资源量/亿桶北美 16 710 7 200 23 910南美 20 700 1 900 22 600欧洲 170 0 170非洲 130 330 460高加索 4 300 0 4 300中东 0 0 0俄罗斯 2 960 510 3 470南亚 0 0 0东亚 100 0 100东南亚及海域 40 0 40总计 45 120 9 930 55 050所占的比例分别为 43. 43%、41. 05%、7. 81% 及6. 30%, 占全球油砂总资源量的 98. 59%。1. 2. 3 6 大成矿盆地阿尔伯达盆地 、东委内瑞拉 、滨里海 、伏尔加—乌拉尔 、马拉开波以及东西伯利亚盆地这 6 大成矿盆地的油砂资源所占比例分别为 42. 33%、37. 97%、7. 65%、4. 78%、3. 07% 及 1. 12%, 占全球油砂总资源量的 96. 92% ( 表 2) 。1. 2. 4 2 种类型成矿盆地按 类 , 油砂资源集中分布在克拉通边缘盆地和封闭式聚敛板块边缘盆地 ( 表 3) , 这2 种类型盆地的油砂资源所占比例分别为 47. 57%和 45. 61%, 占全球油砂总资源量的 93. 18%。表 2 全球前十五大含油砂盆地 in 地名称已发现资源量/亿桶潜在资源量/亿桶总资源量/亿桶1 阿尔伯达 16 300 7 030 23 3302 东委内瑞拉 19 000 1 900 20 9003 滨里海 4 210 4 2104 伏尔加 - 乌拉尔 2 630 2 6305 马拉开波 1 690 1 6906 东西伯利亚 104 513 6177 加纳 57. 4 326 383. 48 蒂曼 - 伯朝拉 220 2209 北坡 190 19010 尤因塔 70. 8 45. 8 116. 611 北北海 109 10912 南里海 88. 4 88. 413 渤海湾 76. 3 76. 314 帕拉多 42. 6 23. 6 66. 215 黑勇士 17. 6 46 63. 62 油砂成矿主控因素2. 1 资源基础早期的克拉通边缘盆地或聚敛前与小洋盆连通的盆地接受了广泛分布的优质烃源岩 , 有丰富的物质基础 , 也是常规油气富集的盆地 。前者如阿尔伯达盆地泥盆系 —下石炭统 和下侏罗统页岩 、伏尔加 —乌拉尔盆地弗拉斯阶221 世 界 地 质 第 31 卷( 泥盆系 ) —杜内阶 ( 石炭系 ) 多马尼克相页岩及弗拉斯阶 —法门阶 ( 泥盆系 ) 碳酸盐岩 、尤因塔盆地第三系绿河组页岩和灰岩 , 后者如东委内瑞拉盆地下白垩统 及 泥岩等[ 6表 3 不同盆地类型油砂资源分布 of 表性盆地 总资源量 /亿桶内克拉通盆地 通古斯 ( 东西伯利亚 ) 、伊利诺斯 、密歇根 603. 9克拉通边缘盆地 阿尔伯达 、伏尔加 - 乌拉尔 、尤因塔 、纳波 /普图马约 26 188. 6克拉通增生边缘盆地 蒂曼 - 伯朝拉 、帕拉多 、圣胡安 286. 2封闭式 东委内瑞拉 、滨里海 、阿拉伯 25 110. 6聚敛板块边缘盆地 槽式 亚得里亚海两侧盆地 、卡尔塔尼塞塔 、喀尔巴阡 48. 1开阔式 北坡 、南得克萨斯盐丘 、墨西哥湾 242. 8裂谷盆地 北北海 、渤海湾 、苏伊士湾 、准噶尔 、塔里木 218. 7弧后盆地 波尼 、库克湾 、汤加 44. 6聚敛边缘裂谷盆地 转换盆地 圣玛丽亚 、文图拉 、阿纳德尔 26. 5过渡盆地 马拉开波 、南里海 、费尔干纳 1 778. 7被动大陆边缘裂谷盆地 加纳 、宽扎 、木伦达瓦 、西设得兰 4702. 2 成因动力多旋回演化是油砂资源形成的动力学条件 , 先期克拉通边缘盆地或聚敛前与小洋盆连通的盆地 ,后期受挤压应力作用 , 出现前渊坳陷 , 在前渊坳陷接受沉积的过程中 , 早期沉积的烃源岩在上覆地层埋藏压力的作用下 , 开始成熟并发生运移 。同时 ,挤压应力造就了新的盆地格局 —大型箕状坳陷和前缘隆起及斜坡带[ 13, 14], 为油气长距离 、大规模向前缘隆起和斜坡带高部位运移提供了条件和动力 。阿尔伯达盆地在白垩纪末拉拉米造山运动期间形成前渊凹陷 —前陆斜坡 —前缘隆起构造格局 , 盆地内沉积盖层埋深迅速增加 , 其西南部前渊坳陷中的烃源岩成熟并发生油气运移 , 与拉拉米构造运动有关的区域规模流体自西向东沿斜坡带流动 , 为油气远距离从西南部前渊坳陷向东北部前缘隆起运移提供了动力条件 。东委内瑞拉盆地 、伏尔加 —乌拉尔盆地及尤因塔盆地等与阿尔伯达盆地类似 。2. 3 氧化环境和烃类降解稠化机制运移到前缘隆起和斜坡带高部位的油气进入氧化环境的各类物理圈闭中 , 轻组分散失同时遭受水洗和生物降解等作用[ 15], 发生稠化 , 演化为油砂油 , 与较深部位的稠油 、正常油在纵向上形成具有密切成因联系的资源序列 。3 油砂成矿模式不同的盆地类型 、构造演化及构造位置 , 油砂成矿模式亦不相同 。通过对国内外大量含油砂盆地成矿机理的综合分析 , 将油砂矿藏成矿模式总结为4 种 : 斜坡降解型 、断裂疏导型 、古油藏破坏型和构造抬升型 。其中 , 斜坡降解型形成油砂矿规模最大 , 资源量最为丰富 , 其次为古油藏破坏型 , 这两种成矿模式形成的油砂资源占全球油砂总资源量的80%以上 。其他两种成矿模式形成油砂矿规模小 ,仅局部发育 。3. 1 斜坡降解型斜坡降解型成矿机理为 ( 图 2) : 该种成矿模式一般发生在前陆盆地构造相对简单的大型斜坡带和前隆区浅部位 , 油砂矿的形成与前陆盆地的演化息息相关 。随着前陆盆地前渊凹陷 前渊凹陷中早期沉积的烃源岩在上覆地层埋藏压力的作用下 , 开始成熟并生成大量油气 , 同时油气运移的动力( 主要是浮力 ) 也不断加强 , 这为油气长距离 、大规模向斜坡带和前隆区运移提供了条件和动力 。油321第 1 期 法贵方 康永尚等 : 全球油砂资源富集特征和成矿模式图 2 斜坡降解型成矿模式示意图 ( 以阿尔伯达盆地为例 )2 of as an 3 构造抬升型成矿模式示意图3 of 更主要的是斜坡带末端和前隆区浅部位处于地表且与大气连通 , 缺乏良好的封盖及保存条件 , 使运移到此的油气进入氧化环境的圈闭中 , 遭受水洗 、氧化和生物降解等图 4 古油藏破坏型成矿模式示意图4 of 16, 17]。该种成矿模式形成的油砂矿规模最大 , 如阿尔伯达盆地东北部油砂矿 、奥里诺科重油带 、伏尔加 —乌拉尔盆地鞑靼隆起油砂矿 、421 世 界 地 质 第 31 卷纳波 /普图马约盆地东部前隆区 、准噶尔盆地西北缘以及松辽盆地西斜坡等[ 18, 19]。3. 2 构造抬升型构造抬升型成矿机理为 ( 图 3) : 该种成矿模式往往发生在前陆盆地褶皱带冲断带浅部位 , 先期已形成的常规油气聚集 , 在后期的构造活动中遭受逆冲抬升作用 , 抬升至近地表地区或出露地表 , 从而遭受强烈的地表氧化 、水洗和生物降解等作用形成油砂 。该种成矿模式形成的油砂矿规模受先期油气聚集规模和后期逆冲抬升范围控制 , 规模一般较小 。如尤因塔盆地沥青山油砂矿 、东委内瑞拉盆地北部油砂矿及纳波 /普图马约盆地西部油砂矿等 。3. 3 古油藏破坏型古油藏破坏型成矿机理为 ( 图 4) : 该种成矿模式一般存在于内克拉通盆地中 , 先期已形成的巨型或大型古油藏 , 在后期长期的构造演化过程中遭受区域性整体抬升 ( 如基底抬升 ) , 古油藏被抬升至地表或近地表地区 , 遭受剥蚀氧化 、生物降解作用 , 形成油砂矿 。该种成矿模式 , 因抬升范围大 、古油藏规模大 , 形成的油砂矿规模也较大 。如西伯利亚地台阿纳巴尔隆起和阿尔丹隆起的油砂矿 。3. 4 断裂疏导型断裂疏导型成矿机理为 ( 图 5) : 该种成矿模式一般存在于裂谷盆地中 , 断裂作用先于烃源岩成熟或者与烃源岩成熟同时发生 , 油气主要沿着断裂带运移至地表浅层 , 从而遭受氧化 、生物降解等作用形成油砂 。该种成矿模式形成的油砂矿规模往往较小 , 仅局部发育 。图 5 断裂疏导型成矿模式示意图 ( 以南里海盆地为例 )5 of as an 结论( 1) 全球油砂资源集中分布在 3 大成矿构造带 、4 大成矿构造区 、6 大成矿盆地及 2 种类型成矿盆地 , 集中度远高于常规油气资源 。( 2) 丰富的烃源岩 、多旋回演化提供的动力条件以及形成的前渊凹陷 氧化环境的各种物理性圈闭和烃类降解稠化作用是控制大型油砂成矿的主控因素 。( 3) 油砂成矿存在 4 种模式 : 斜坡降解型 、古油藏破坏型 、构造抬升型和断裂疏导型 , 油砂成矿模式与油砂盆地类型 、构造演化和构造位置密切相关 。参考文献 :[ 1] 单玄龙 , 车长波 , 李剑 , 等 . 国内外油砂资源研究现状 [ J] . 世界地质 , 2007, 26 ( 4) : 459et of at J] . 2007, 26 ( 4) : 459 2] 牛嘉玉 , 刘尚奇 , 门存贵 , 等 . 稠油资源地质与开发利用 [ M] . 北京 : 科学出版社 , 2002: 41et of M] . 2002: 4121第 1 期 法贵方 康永尚等 : 全球油砂资源富集特征和成矿模式[ 3] . of J] .1974,3: 50 4] W, D. 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