一、俄罗斯概况
俄罗斯位于欧洲东部和亚洲北部,地跨亚欧大陆两大洲,其欧洲部分包括北高加索地区和东欧平原,亚洲部分包括西西伯利亚、东西伯利亚和远东。俄罗斯是世界上面积最大的国家,东西向最长为9000 km,横跨8个时区,南北最宽为4000km,国土面积17,075,400 km2。俄罗斯还拥有广阔的浅海大陆架,北邻北冰洋,东濒太平洋,向西分别通过芬兰湾-波罗的海以及黑海-地中海与大西洋相通,海岸线长达338,064 km。
俄罗斯主要油田及其管线分布图
(据互联网资料)
俄罗斯地形东高西低。西部多属辽阔的平原,地势低平,占全国面积70%,以乌拉尔山脉为界分为俄罗斯平原和西西伯利亚两个大平原;东部以高原和山地为主,包括中西伯利亚高原、南西伯利亚山地、东北西伯利亚山地和远东山地。乌拉尔和高加索山脉是欧亚两洲分界线的一部分,西西伯利亚南部和远东地区山地主要包括阿尔泰山脉、东萨彦岭、西萨彦岭、贝加尔诸山以及斯塔诺夫、锡霍特、上扬斯克、切尔斯基和朱格朱尔东山脉,境内河流和湖泊广泛分布。主要河流有伏尔加河、第聂伯河、顿河和伯朝拉河,东部还有叶尼塞河、鄂毕河和勒拿河。湖泊面积20×104km2以上,有里海、贝加尔湖、拉多加湖等。
俄罗斯主要含油气区
(据朱伟林等,2012)
俄罗斯境内陆上和海域油气远景勘探面积达1290万km2,发育西西伯利亚和东西伯利亚两个巨型富油气盆地和东巴伦支海、伏尔加—乌拉尔等多个大型富油气盆地。截至2012年底,已发现油气田3573个,石油和天然气资源均非常丰富。俄罗斯油气储产量和待发现资源在全球油气资源中均占有重要的地位。据BP世界能源统计年鉴(2021年版),截至2020年底,俄罗斯剩余石油探明储量约148亿吨,占全球6.2%,探明天然气储量约37.4万亿立方米,占全球19.9%;2020年,俄罗斯生产石油约5.24亿t,占全球石油产量的12.6%;天然气产量约6385亿立方米,占全球天然气产量的16.6%。
俄罗斯油气田分布图
(Sobornov,2015)
1-高加索盆地;2-乌拉尔盆地;3-西西伯利亚盆地
二、俄罗斯的油气勘探历史
俄罗斯已有150多年的石油勘探开发历史,天然气的勘探史只有60多年。但由于人口分布、经济发展的极端不平衡,以及自然地理条件的巨大差异,不同地区油气勘探程度差别很大。从地域上看,俄罗斯的油气勘探经历了由西向东、由南向北逐步转移的过程,到目前为止,俄罗斯已经证实有北高加索、滨里海、伏尔加-乌拉尔、季曼-伯朝拉、东巴伦支、西西伯利亚、叶尼塞-阿纳巴尔、勒拿-通古斯、勒拿-维柳伊、鄂霍次克、阿纳德尔、哈特尔卡等12个含油气区。俄罗斯油气勘探开发的演化大致可以划分为4个大的阶段:第一口探井到20世纪30年代为第一阶段,20世纪30年代到50年代为第二阶段,20世纪50年代至苏联解体为第三阶段,1991年至今为第四阶段。
第一阶段(19世纪50年代至1930年)
第一阶段以勘探石油为主,勘探工作主要集中在旧时代俄罗斯的南部地区,包括阿塞拜疆、北高加索和中亚,提交钻探的区块仅采用了地质测量,所钻探井也都是一些浅井。
第二阶段(1930-1960年)
1929年在沿伏尔加地区上丘索夫镇的古生界地层(二叠系)中发现了第一个油田,这标志着伏尔加-乌拉尔含油气区(即所谓第二巴库)的发现。1930年,在季曼-伯朝拉地区的古生界地层中也发现了油田。此后,伏尔加-乌拉尔地区的勘探工作量逐步增长;除了二叠系之外,又在古比雪夫州(今萨马拉州)、彼尔姆州和巴什基尔(巴什科尔托斯坦)共和国等地区证实了石炭系的含油性。
第三阶段(1960-1991年)
第三阶段的标志是油气勘探工作开始逐步向俄罗斯东部地区转移。最重要的事件是西西伯利亚富油气区的发现,以及在西伯利亚地台、远东和北极海域发现了油气田。在此期间,地震勘探成为发现远景目标的主要手段。在这一阶段的最后30年间,前苏联发现的石油储量超过之前100年发现储量的4倍。也是从这一阶段开始,前苏联建立起了可靠的天然气开采基地。
西西伯利亚发现油气田平均储量动态图
(据朱伟林等,2012)
第四阶段(1991年至今)
苏联解体后,俄罗斯经历了严重的经济衰退,俄罗斯的油气勘探和开发进入了最为艰难的时期。由于政治体制转变和经济危机,国家对地质勘探工作的投入严重不足,私有化后的油气公司对地质勘探工作投入更缺乏兴趣。与苏联解体前的1988年相比,勘探钻井进尺下降了约3/4,年度新探明油气储量比苏联解体前的最后几年下降了约4/5。尽管同期产量也有明显下降,但储量增长的下降速度更快,储量出现了入不敷出的状况。20世纪90年代末,随着俄罗斯经济的复苏和国际油价的迅速上升,俄罗斯的油气勘探和生产才开始逐步恢复。但是,由于政治体制和经济体制的改变,俄罗斯的石油天然气勘探已经不可能恢复到前苏联计划体制下的规模,油气勘探投资难以达到国家规划要求,造成了苏联解体以来勘探工作量和新增储量长期徘徊不前的状况。
三、俄罗斯主要含油气盆地的油气储产量
俄罗斯地区油气分布地层跨度大,分布层系多,从里菲系至上新统均有油气发现。其中,西西伯利亚盆地油气储量主要来自侏罗系和白垩系;伏尔加—乌拉尔盆地和蒂曼—伯朝拉盆地油气主要来自上古生界泥盆系、石炭系和二叠系;东西伯利亚盆地则主要来自前寒武纪里菲系和文德系;远东地区北萨哈林盆地以天然气为主,主要来自新近系。东巴伦支海盆地油气储量主要来自三叠系和侏罗系,以侏罗系为主。含油气层系的分布和盆地类型具有密切关系,克拉通盆地油气主要来自里菲系、文德系和下古生界寒武系;克拉通边缘坳陷勘探程度比较低,发育二叠系—白垩系油气藏;前陆盆地油气主要富集于上古生界泥盆系、石炭系和二叠系,北高加索盆地前陆形成较晚,以中生界和新生界油气藏为主;大陆裂谷盆地的形成主要受泛大陆裂谷事件影响,油气藏则主要分布在侏罗系和白垩系;俄罗斯远东弧后盆地形成较晚,主要沉积层系和油气藏均为新生界(КровушкинаОА等,2005)。总体来看,俄罗斯地区主要发育前寒武系—下古生界、上古生界、中生界和新生界四大套含油气层系。
俄罗斯主要含油气盆地及油气田分布图
(据Fields,温志新等,2012)
西西伯利亚盆地:①—南西西伯利亚次盆;②—乌拉尔—弗罗洛夫次盆;③—中鄂毕次盆;④—纳迪姆—塔兹次盆;⑤—南喀拉海—亚马尔次盆。东西伯利亚盆地:①—安加拉—叶尼塞次盆;②—涅帕—鲍图奥宾隆起;③—拜基特次盆;④—前帕托姆次盆;⑤—通古斯次盆;⑥—勒拿—维柳伊次盆;⑦—阿纳巴—奥列尼克次盆;⑧—叶尼塞—哈坦加次盆;⑨—阿纳巴尔次盆。
俄罗斯主要盆地油气储量层系分布图
(据梁英波等,2014)
四、典型含油气盆地
1. 西西伯利亚盆地
西西伯利亚盆地大地构造区域上位于乌拉尔山和叶尼塞河之间的沼泽地区,向北一直延伸至南喀拉海,是一个世界少有的超巨型中-新生代克拉通沉积盆地。盆地沉降幅度大,主要为海相和滨海相沉积,有机质丰富,热演化程度适中,储集条件良好,同生构造和局部构造发育,广泛发育区域性盖层使生成的油气得以很好地保存,且储层多层重叠,形成了一大批世界知名的油气田。盆地北部陆上地区有数百米厚的永冻层,至鄂毕河东西向河段北侧永冻层逐渐消失。
西西伯利亚盆地面积超过230×104km2,其中海域面积约35×104km2,是世界上面积最大的含油气盆地之一。西西伯利亚盆地南部形成大面积的油藏,北部以天然气藏为主,大约有60%的石油资源储藏在下白垩统中,且主要集中在尼欧克姆阶中,剩余近40%的石油资源集中在侏罗系中。白垩系储集层同时还是西西伯利亚盆地主要天然气产层,大约80 %以上的天然气资源量集中在赛诺曼阶中,剩余的20%天然气资源量集中在尼欧克姆阶中。
西西伯利亚盆地中生界地层柱状图(据Ulmishek, 2003)
截至2016年1月1日,西西伯利亚含油区共发现油气田902个,其中已开发油气田396个,已准备投产油气田42个,勘探阶段油气田447个,保存油气田17个。其中初始可采储量超过3亿吨油田15个、大油田(3000 ~3亿吨)157个,3000亿立方米以上气田37个、大气田(30 ~ 300亿立方米)74个。自开发以来,该地区已累计生产石油124亿吨、天然气18.3万亿立方米、凝析气2.44亿吨。(A.M. Brekhuntsov等,2017)
西西伯利亚盆地油气分布图(USGS,2008)
在西西伯利亚盆地中划分出了三个含油气系统:盆地中南部的巴热诺夫-尼欧克姆含油气系统和托古尔-秋明含油气系统,以及盆地北部的中生界复合含油气系统。其中位于盆地中南部的两个含油气系统在平面上是重叠的,剖面上分属于不同的地层。
1)巴热诺夫-尼欧克姆含油气系统
巴热诺夫-尼欧克姆含油气系统位于盆地的中南部地区,包括南部的6个含油气州以及纳德姆-普尔和普尔-塔兹含油气州的南部,是西西伯利亚盆地已发现油田的主要分布区。该系统内目前已发现了数百个油气田,其中大部分是油田,其原油储量占了西西伯利亚盆地的大部分(超过80%),超过200×108 m3。发现的气田主要位于盆地西缘,规模较小,产层为上侏罗统碎屑岩和碳酸盐岩储层,总储量约2.8×1012 m3。在油田中也存在游离气藏和气顶。
2)托古尔-秋明含油气系统
在西西伯利亚盆地早期勘探历史上,部分深井钻到了主要勘探目的层尼欧克姆统之下的岩层,发现了托古尔-秋明含油气系统内的油藏和非商业性显示。然而,与尼欧克姆统储层中的大型油藏相比,这些发现的商业价值较低。下中侏罗统秋明组中的第一个有价值的发现是20世纪70年代早期在弗拉罗夫含油气州的克拉斯诺列宁隆起上获得的,此后不久在该隆起的秋明组地层型圈闭和地层-构造复合型圈闭中发现了一系列油藏。这些油藏大部分位于秋明组的上部,卡洛阶页岩盖层之下。因为储层的侧向不连续,不能确定这些油藏是否属于水动力连通的统一油田。在基岩顶部的风化壳内也发现了几个油藏。
3)西西伯利盆地北部中生界复合含油气系统
由于西西伯利亚北部在不同地层层位内存在多套潜在气源岩而且大部分天然气储量与特定烃源岩段之间的关系不确定,因此将地区的整个沉积地层层序作为一个统一的复合含油气系统来研究。在西西伯利亚盆地北部大约发现了70个油气田,其中大多是气田,合计天然气储量约32.6×1012m3,接近全世界已发现天然气储量的四分之一;石油储量相对较小,约6.4×108m3。西西伯利亚盆地北部存在两个主要的含油气层系。上部含油气层系包括阿普特阶以上的各套储层砂岩,是西西伯利亚盆地北部最重要的含气储层,大约80%的天然气储量分布于波库尔组及其相当地层(阿普特阶-赛诺曼阶)内,另外10%~15%分布于阿普特阶砂岩内。
西西伯利亚盆地A-A´剖面图,所示部分的位置在上图A-A´(USGS,2008)
2.伏尔加-乌拉尔盆地
伏尔加-乌拉尔盆地位于俄罗斯东欧部分的东南部,向南延伸到俄罗斯与哈萨克斯坦边界附近,面积约70×104km2。在区域构造上,伏尔加-乌拉尔盆地位于东欧克拉通的东南部,属于俄罗斯地台的一部分。伏尔加-乌拉尔盆地的大部分属于俄罗斯地台上的伏尔加-乌拉尔台背斜,东缘的少部分属于乌拉尔前渊。根据沉积盖层的地质特征和含油气性,将伏尔加-乌拉尔盆地划分为四个含油气区:其中伏尔加-乌拉尔地台区划分成了北部、中部和南部含油气区,乌拉尔褶皱带西缘的狭长状部分为乌拉尔前渊含油气区。
伏尔加-乌拉尔盆地构造位置图
(据朱伟林等,2012)
伏尔加-乌拉尔盆地属于古被动边缘演变成的前陆盆地,前渊坳陷探明油气储量较少,大部分油气储量分布在盆地的地台区。截至2010年累计发现油气田1468个,其中探明石油可采储量约114.28×108m3,约占盆地总储量的80%;探明天然气储量28992.8×108m3,占19.2%;凝析油较少,仅占0.8%。伏尔加-乌拉尔盆地的油气聚集度较高,特大型油田或气田的储量占了整个盆地储量的绝大部分:罗马什金油田的石油储量就达到28.2×108m3,占全盆地石油储量的1/4;奥伦堡气田的天然气储量约为1.84×1012m3,占全盆地天然气储量的66%以上。
北伏尔加-乌拉尔含油气区综合地层柱状图
(据朱伟林等,2012)
伏尔加-乌拉尔盆地内有三套烃源岩,其中多马尼克相烃源岩和下二叠统烃源岩已经得到证实,据此划分出了2个含油气系统。
1)多马尼克含油气系统
多马尼克含油气系统是伏尔加-乌拉尔盆地最主要的含油气系统,东欧地台东北部的季曼-伯朝拉盆地也存在类似的含油气系统。该系统的主要烃源岩是中弗拉斯阶-杜内阶多马尼克相泥质碳酸盐岩。多马尼克相烃源岩的油气生成和运移开始于晚石炭世,大致在二叠纪达到生烃高峰期。
2)下二叠统含油气系统
下二叠统含油气系统主要分布于盆地东部的乌拉尔前渊和盆地南部与滨里海盆地相邻的地区,通常认为盆地南部的一些油气田聚集了来自滨里海盆地的下二叠统烃源岩生成的油气。该系统的主要烃源岩是下二叠统沥青质泥质灰岩,而盆地东南部相变为含石灰岩夹层的页岩。这套泥质灰岩富含腐泥型有机质,埋藏深度较大,既生油也生气。下二叠统烃源岩在晚二叠世开始生油,一直持续到整个三叠纪,三叠纪达到生烃高峰。该系统的主要储层是萨克马尔阶-阿丁斯克阶生物碳酸盐岩,次要储层包括上石炭统(格泽里阶)和下空谷阶碳酸盐岩。空谷阶蒸发岩构成了该系统的区域性盖层。
伏尔加-乌拉尔地区主要油气田分布图
(据朱伟林等,2012)
3.季曼-伯朝拉盆地
季曼-伯朝拉盆地位于俄罗斯联邦欧洲部分的东北部,盆地北部延伸到北极圈内。季曼-伯朝拉盆地在大地构造上属于东欧地台东北部,其基底是晚元古代晚期(文德纪)拼接到东欧克拉通东北缘的大陆块,因此也被认为是一个准地台。盆地的东北侧和东南侧以乌拉尔海西褶皱带为界与西西伯利亚盆地相隔,西缘为由晚元古代基岩构成的北西-南东向延伸的季曼岭;盆地向北延伸到伯朝拉海海域,以大致东西走向的南巴伦支断层带作为盆地北界。奥陶纪乌拉尔洋张开,东欧克拉通东缘构成了被动大陆边缘,伯朝拉地块经晚奥陶世、早泥盆世反复伸展在盆地内形成了一系列北西走向的地堑;此后在晚古生代的大部分时期内,盆地进一步沉降形成大陆边缘浅海环境;早石炭世乌拉尔洋开始关闭,至早二叠世东欧板块与西伯利亚板块开始碰撞,形成了前陆盆地。
季曼-伯朝拉盆地位于东欧地台东北部、乌拉尔山脉北段西侧,是典型的古被动边缘-前陆盆地;已发现油气田262个,发现油气储量36.1×108m3油当量,占全俄油气储量的3.5%,是俄罗斯重要的产油区。
季曼-伯朝拉盆地已确认了四个主要的含油气系统:多马尼克-下二叠统含油气系统、空谷阶-上二叠统含油气系统、下古生界-下古生界含油气系统和中泥盆统-中泥盆统含油气系统,但最重要的还是多马尼克组-下二叠统含油气系统。
季曼-伯朝拉盆地综合地层柱状图
(据朱伟林等,2012)
1)多马尼克组-下二叠统含油气系统
多马尼克组-下二叠统含油气系统的地层范围包括上泥盆统-杜内阶和韦宪阶-下二叠统这一巨层系。上弗拉斯阶-法门阶多马尼克组和多马尼克相沉积物是该盆地最主要的烃源岩。多马尼克相烃源岩为与陆架边缘生物礁同时的盆地相沉积,岩性为薄层的暗色硅质页岩、石灰岩和泥灰岩,含有钙质、硅质、磷酸盐和黄铁矿结核。地化资料表明,季曼-伯朝拉盆地内大部分油气来自多马尼克相烃源岩。
2)空谷阶-上二叠统含油气系统
空谷阶-上二叠统含油气系统是一个次要的含油气系统,主要分布于季曼-伯朝拉盆地的前渊区。主要含油气层系包括从上二叠统到三叠系,烃源岩为阿丁斯克阶上部-空谷阶页岩、碳酸盐岩和煤层,储层为上二叠统和三叠系碎屑岩。盖层主要是一些局部性盖层,但下三叠统查卡博日组为一套亚区域性盖层。
3)下古生界-下古生界含油气系统
下古生界-下古生界含油气系统仅分布于季曼-伯朝拉盆地北部,其主要含油气层系为奥陶系-下泥盆统。烃源岩仅分布于盆地北部,为奥陶系-下泥盆统伊日马-奥姆拉群,为浅海陆棚环境中沉积的钙质、泥质和硅质页岩。储层为同时期沉积的石灰岩和白云岩,有少量砂岩;盖层为同一套地层中富含硫酸盐和局部含岩盐的致密碳酸盐岩。上覆中泥盆统季曼组和萨加耶沃组构成该含油气系统的区域性盖层。
4)中泥盆统-中泥盆统含油气系统
中泥盆统-中泥盆统含油气系统的含油气层系为中泥盆统-下弗拉斯阶。烃源岩为爱菲尔阶-吉维特阶粉砂岩和泥岩,有机质含量较高。储层主要是中泥盆统科伊文组、比伊斯基组、斯塔洛奥斯科尔组、阿方宁组以及弗拉斯阶下部(帕希组、季曼组和萨尔加耶夫组)的碎屑岩。季曼组和萨尔加耶夫组泥岩构成了该含油气系统的区域性盖层。
季曼-伯朝拉盆地的主要油气田分布图
(据Fossum et al.,2001)
4.东西伯利亚盆地
东西伯利亚含油气地区位于叶尼塞河与勒拿河之间,在行政区域上包括克拉斯诺雅尔斯克边区、泰梅尔和埃文斯基自治州、伊尔库茨克州以及萨哈自治共和国(雅库特州),总面积约 400 × 104km2。东西伯利亚地区的油气勘探始于20世纪 20 — 30年代。50—60年代完成全区重力、磁力和电法等区域性地球物理勘探工作,先后在不同含油气盆地中发现了一批有利构造和油气流,证实东西伯利亚地区含油气盆地是一个具有中、古生界含油气远景的盆地。
1956年首先在萨哈地区维柳伊盆地发现乌斯基—维柳伊气田,1961年又在伊尔库茨克地区发现阿托夫和马尔科夫油气田,这两个油气田的发现使地台内部盆地古生界及其边缘坳陷中生界油气勘探有了突破。目前已发现13个含油气有利地区,其中涅普—鲍图奥宾、巴伊基特、勒拿—维柳伊、伊尔库茨克,叶尼塞—哈坦格和通古斯等6个最有利的含油气区已发现和探明油气田约60个,有3个(尤罗勃钦—托霍姆、上乔和塔拉坎)是特大型带气顶油田,7个(中鲍图奥宾等)大型油气田。全区探明石油可采储量约5.1×108t,探明天然气储量约 3.0 × 1012m3。预测该盆地油气资源量约520×108t石油当量,其中石油可采资源总量128×108t,天然气资源总量约 50 × 1012m3。
东西伯利亚盆地油气田分布图
(据王素花等,2016)
东西伯利亚盆地前寒武系—下古生界含油气层系已发现油气藏主要分布于里菲系、文德系和下寒武统3个层系,以里菲系和文德系为主,可以划分为里菲系和文德系两个油气成藏组合。里菲系成藏组合已发现油气藏44个,主要以地层-构造圈闭为主。烃源岩为里菲系泥岩和泥灰岩,主力储集层为上里菲系孔洞和裂缝型碳酸盐岩,盖层主要为下寒武统膏盐岩,主要分布于盆地西南部拜基特次盆地。文德系成藏组合已发现油气藏192个,主要分布于南部涅帕—鲍图奥宾隆起和安加拉—叶尼赛次盆地。该成藏组合主力烃源岩为东侧帕托姆坳陷里菲系泥岩和泥灰岩,储集层以文德系碎屑岩为主,下寒武统膏盐岩为主要的封盖层,圈闭类型也主要以地层-构造圈闭为主。
东西伯利亚盆地里菲系(左)和文德系(右)成藏组合分布综合柱状剖面图
(IHS Energy,2009)
五、小 结
俄罗斯是全球油气资源最为丰富的地区之一,石油资源增长潜力巨大,发现和证实了西西伯利亚、伏尔加-乌拉尔、蒂曼-伯朝拉、东西伯利亚(包括勒拿-通古斯、勒拿-维柳伊盆地)、北高加索等大型含油气区。俄罗斯地区油气分布地层跨度大,分布层系多,总体来看,俄罗斯地区主要发育前寒武系—下古生界、上古生界、中生界和新生界四大套含油气层系。截至2020年底,俄罗斯剩余石油探明储量约148亿吨,占全球6.2%,探明天然气储量约37.4万亿立方米,占全球19.9%;2020年,俄罗斯生产石油约5.24亿t,占全球石油产量的12.6%;天然气产量约6385亿立方米,占全球天然气产量的16.6%。总体来看,俄罗斯已探明石油资源丰富,但由于油气勘探投资的减少,仍有丰富的待发现油气资源。
本文主要参考文献(朱伟林、王志欣、宫少波、李劲松等,2012,俄罗斯含油气盆地,科学出版社),并进行了修改补充。本文中所引用不同来源图件,仅是地质地理研究的示意图,不代表行政边界划分