桑托斯盆地位于巴西海岸，属于典型的被动大陆边缘盆地，盐下碳酸盐岩油气资源丰富，勘探潜力巨大^[1]，是全球海上油气发现的热点地区，也是最具潜力的勘探领域之一^[2-3]。勘探实践表明，盐下湖相碳酸盐岩储层沉积特征是影响桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩油气高产的关键因素，优质储层主要为发育在古隆起之上的微生物礁和浅滩相碳酸盐岩。中国油公司在桑托斯盆地拥有多个盐下资产，受资料限制，目前有关沉积储层方面的文献主要局限于区块内部或单个油气田^[4-8]，针对中部坳陷带获得的新发现，建立了孤立碳酸盐台地型沉积模式^[9]，但盆地范围内的相关研究基础相对薄弱，研究成果很难直接应用于桑托斯盆地盐下选区评价及区块招投标，特别是盐下碳酸盐岩储层沉积相展布、储层发育过程及优质储层预测在一定程度上制约着盐下油气勘探、项目区评价和勘探部署工作。近些年随着大量地震和钻井资料的积累，为充分认识盐下湖相碳酸盐岩沉积特征和沉积模式提供了可能。因此，本文基于钻井、地震、重力等资料，在重新厘定桑托斯盆地盐下构造单元的基础上，开展岩心相—测井相—地震相—沉积相系列研究，确定盐下坳陷期地层（BVE100段+BVE200段）沉积相展布，然后结合裂陷期构造演化特征及坳陷期古地貌，建立优质碳酸盐岩储层沉积模式，以期指导中国油公司在该领域的新项目评价及在执行区块勘探部署。

桑托斯（Santos）盆地位于巴西海上，为全球油气勘探的热点区域之一。盆地的形成主要与南美板块和非洲板块的分离及大西洋开裂、持续扩张有关，属于典型的大陆裂谷和被动陆缘叠合盆地。盆地主要经历了3期演化^[10-11]：（1）早白垩世瓦兰今期—阿普特（Aptian）期裂谷阶段，发育一套厚度不等的河流—湖相层序；（2）早白垩世阿普特期末过渡阶段，早期地壳整体抬升，发育了区域性的阿普特早期不整合（前Alagoas不整合），晚期发育广泛分布的厚层盐岩；（3）早白垩世阿尔布（Albian）期—第四纪被动大陆边缘阶段。目前桑托斯盆地的油气勘探目标主要集中在盐下湖相碳酸盐岩。

桑托斯盆地裂谷期构造演化又可细分为裂陷期（瓦兰今期—巴雷姆期）、裂坳转换期（阿普特早期）和坳陷期（阿普特晚期）3个阶段。盐下地层为Guaratiba群，自下而上由Camboriu组（CAM）、Picarras组（PIC）、Itapema组（ITP）、Barra Velha组（BVE）和Ariri组（ARI）组成^[12-13]（图 1）。目前发现的最老地层为裂陷早期Camboriu组陆相喷发玄武岩，直接覆盖于结晶基底之上，与上覆Picarras组不整合接触。Picarras组沉积于裂陷中期，岩性为冲积—河流相砾岩和砂岩夹潟湖相石灰岩，地堑内发育湖相页岩，最大厚度为1500m，向盆地方向埋深逐渐变大，是盆地最重要的烃源岩层系。Itapema组沉积于裂陷末期，厚度达数百米，由冲积—河流相砾岩、砂砾岩及湖相粉砂岩、介壳灰岩（良好储层）组成，局部见少量白云岩。Barra Velha组与Itapema组不整合接触，自下而上可划分为BVE300段、BVE200段及BVE100段，其中BVE300段沉积于裂坳转换期，岩性以层纹石灰岩为主，夹内碎屑灰岩和火山岩；BVE200段沉积于坳陷早期，以层纹石灰岩为主，夹球状微生物灰岩和内碎屑灰岩；BVE100段沉积于坳陷晚期，岩性以叠层石灰岩和球状微生物灰岩为主，见内碎屑灰岩及少量层纹石灰岩、白云岩^[14-15]。Ariri组岩性为蒸发岩（盐岩、无水石膏和石膏）和少量页岩、泥灰岩，属于海陆过渡带潮上沉积环境，最大厚度约2500m，是区域性分布的优质盖层。Ariri组与下伏地层呈不整合接触。

图 1

图 1 桑托斯盆地盐下地层柱状图（据文献[14]修改） Fig. 1 Sub-salt stratigraphic column in Santos Basin (modified after reference [14])

桑托斯盆地盐下构造层整体呈现出“三坳两隆”的构造格局^{[13, 16-18]}，但目前针对盆地构造单元边界划分还没有统一的认识。本文基于地震资料构造解析及重力资料^[19]，依据重力异常边界和地震解释大断裂，将桑托斯盆地盐下地层划分为5个构造单元，自陆向海依次为西部坳陷带、西部隆起带、中部坳陷带、外部隆起带和外部坳陷带（图 2）。西部隆起带对应受基底控制的北东—南西向地垒。西部坳陷带和外部坳陷带具有相似的构造特征，都呈现出“大地堑、小地垒”的特征，而外部隆起带则呈现出“小地堑、大地垒”的构造特征。外部隆起带是桑托斯盆地独有的地质单元，是由南大西洋开裂过程中发生向西非一侧的跃迁后产生的废弃洋中脊发育而来，非常有利于微生物礁的发育。外部隆起带进一步划分为4个雁列式的凸起和高地，包括圣保罗高地、西部凸起、中部凸起和东部凸起。圣保罗高地是一个大火成岩省，储层不发育。西部凸起受Sugar Loaf隆起控制，凸起翼部形成小型断垒，有利于储层发育。中部凸起是当前盐下油气发现的主要构造带，发育大规模基底隆起和断层。东部凸起受Cabo Frio隆起控制，盐下地层沉积厚度较薄（图 3）。

图 2

图 2 桑托斯盆地构造单元划分图 Fig. 2 Division of structural units in Santos Basin

图 3

图 3 桑托斯盆地外部隆起带东—西向地质剖面图（剖面位置见图 2a） Fig. 3 E-W direction geological section of the outer uplift zone in Santos Basin (section location is in Fig.2a)

前人对桑托斯盆地盐下地层的古生物特征、盐度变化、沉积构造、岩相组合及特征矿物开展过一系列研究^[20-24]，认为早白垩世发育湖相沉积环境：（1）缺乏狭盐性海洋生物群（腕足类、棘皮动物、头足类动物和苔藓虫）；（2）与海相序列相比，其盐度波动较快（基于随时间不断变化的动物群特征反应）；（3）缺乏指示海相沉积过程的特征，比如潮汐流和巨浪作用；（4）垂向及横向岩相组合复杂（由于高频的气候变化具有典型的湖泊环境背景）；（5）存在非海相环境的特征矿物，比如硅镁石^[25-26]。

关于桑托斯盆地盐下碳酸盐岩是微生物成因还是非微生物无机成因尚存在一定争议。最早是国外油公司在其勘探研讨会上率先报道了桑托斯盆地盐下湖相微生物石灰岩的观点^[26-29]，Terra等因灌木状（树状叠层石）和球状纹理的存在，将桑托斯盆地盐下碳酸盐岩归类为微生物碳酸盐岩^[30]，Wright等将南大西洋两岸盆地下白垩统解释为非海相化学成因碳酸盐岩沉积^[23]。也有部分学者认为巴西盐下是否为微生物碳酸盐岩尚存在疑问^[31]。国内学者基于盆地演化，锶、碳、氧稳定同位素，岩石结构及其与钙质泉华的对比分析，进一步明确湖相微生物碳酸盐岩成因^[18]。

桑托斯盆地盐下湖相沉积的主要岩石类型可分为碳酸盐岩和碎屑岩两大类，以碳酸盐岩为主，仅在盆地裂谷早期发育少量碎屑岩。其中泥岩发育于地堑中心部位，往地堑边缘厚度逐渐变薄，过渡为粉砂岩—砂岩，多为灰黑色—黑色，代表水体较深的还原环境，是桑托斯盆地盐下的主要烃源岩。桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩是主要的储层，可大致分为3种类型：湖相微生物碳酸盐岩、湖相颗粒碳酸盐岩和湖相结晶碳酸盐岩^{[18, 32]}，其中以微生物碳酸盐岩为主（占95%以上）。湖相微生物碳酸盐岩分为叠层石（树状叠层石、灌木状叠层石）、球状微生物岩和层纹岩（微齿状层纹岩和平滑状层纹岩）3种类型（图 4）；颗粒碳酸盐岩可分为砾屑灰岩、颗粒灰岩、泥粒灰岩、粒泥灰岩和泥晶灰岩5类；结晶碳酸盐岩可分为结晶灰岩、白云岩和硅化岩3类。

图 4

图 4 桑托斯盆地盐下湖相微生物灰岩特征图 Fig. 4 Characteristics of sub-salt lacustrine microbial limestone in Santos Basin （a）树状叠层石灰岩，5421.25m（BVE100段），岩心照片；（b）树状叠层石灰岩，5494.1m（BVE100段），薄片照片（正交偏光）；（c）树状叠层石灰岩，5496.5m（BVE100段），薄片照片（正交偏光）；（d）灌木状叠层石灰岩，5533m（BVE100段），薄片照片（单偏光）；（e）灌木状叠层石灰岩，5428m（BVE100段），波状消光，与球状微生物灰岩共生，薄片照片（正交偏光）；（f）球状微生物石灰岩，5515m（BVE100段），岩心照片；（g）球状微生物石灰岩，5073.05m（BVE100段），薄片照片（正交偏光），波状消光；（h）球状微生物石灰岩，5596m（BVE200段），薄片照片（单偏光）；（i）微齿状纹层状微生物灰岩，5290m（BVE100段），岩心照片；（j）微齿状纹层状微生物灰岩，5602m（BVE200段），薄片照片（单偏光）；（k）平滑状纹层状微生物灰岩，5413m（BVE100段），岩心照片；（l）平滑状纹层状微生物灰岩，5726m（BVE300段），薄片照片

根据研究区的岩心资料和测井资料，结合岩石组合类型，确定出桑托斯盆地盐下坳陷期碳酸盐岩沉积发育碳酸盐台地、台间洼地及半深湖—深湖3类亚相，其中碳酸盐台地亚相可进一步细分为微生物礁、浅滩（内碎屑滩、介壳滩和球状微生物滩）、滩（礁）间、浅水台地和台内洼地微相，半深湖—深湖亚相可进一步细分为台前斜坡和半深湖—深湖灰泥微相（表 1）。

表 1

表 1 桑托斯盆地盐下坳陷期碳酸盐岩沉积相类型划分表 Table 1 Sedimentary facies classification of sub-salt carbonate rocks during the depression period in Santos Basin 沉积亚相 沉积微相 岩石组合 碳酸盐台地 浅滩 内碎屑滩 砂砾屑灰岩 介壳滩 介壳灰岩、生物碎屑灰岩 球状微生物滩 球粒灰岩 微生物礁 微生物叠层石 滩（礁）间 颗粒微晶灰岩、微晶灰岩 浅水台地 层纹石灰岩、微晶灰岩 台内洼地 深灰色或深褐色泥质灰岩、层纹石灰岩、微晶灰岩 台间洼地 台间洼地 泥岩、微晶灰岩 半深湖—深湖 台前斜坡 角砾灰岩、微晶灰岩 半深湖—深湖灰泥 层纹石灰岩、微晶灰岩、泥岩

表 1 桑托斯盆地盐下坳陷期碳酸盐岩沉积相类型划分表 Table 1 Sedimentary facies classification of sub-salt carbonate rocks during the depression period in Santos Basin

桑托斯盆地碳酸盐台地亚相主要受基底隆起控制，研究区有利储层主要发育在碳酸盐台地亚相沉积体系内，其中以微生物礁微相和浅滩微相碳酸盐岩储层品质最优。

微生物礁微相主要发育于古构造高部位之上，平面上呈带状或点状分布，由微生物岩相关的几种岩石组成，主要为叠层石灰岩，包括树状叠层石和灌木状叠层石，纵向上主要分布在BVE100段构造高部位，其储集空间类型以格架孔、粒内孔、粒间孔和溶蚀扩大孔为主，储层有效孔隙度往往在15%以上，绝对渗透率大于30mD，这类储层的产能相对较好，单井生产指数PI多在10m³/(d·kgf·cm²）以上。微生物礁微相底部发育平滑状层纹岩，向上过渡为微齿状层纹岩，中部发育球状微生物岩，上部发育灌木状叠层石，顶部发育树状叠层石，指示了一个向上变浅的过程^[32]。

浅滩微相包含内碎屑滩、介壳滩和球状微生物滩，主要由颗粒碳酸盐岩组成，内碎屑滩以砂砾屑灰岩为主，介壳滩以介壳灰岩和生物碎屑灰岩为主，球状微生物滩以球粒灰岩为主，除介壳灰岩浅滩主要分布于Itapema组外，其他类浅滩主要分布于Barra Velha组，其储集空间类型主要为粒内孔和粒间孔，有效孔隙度集中在10%~15%，渗透率主要为8~30mD，这类储层产能较微生物礁微相稍差，单井生产指数PI多介于3~10m³/(d·kgf·cm²）。浅滩微相底部发育微齿状层纹岩，中部发育颗粒灰岩，上部发育砾屑灰岩^[32]，同样指示了一个水体向上变浅的过程。

浅水台地微相指碳酸盐台地内部除礁、滩微相以外相对平坦区域，岩石类型以成层性较好的层纹石灰岩和微晶灰岩为主，代表台地内部水体相对较深的低能环境，一般为差储层和非储层。储集空间类型以微米孔和窗状孔为主，有效孔隙度介于6%~10%，渗透率在1.2~8mD，其生产指数PI大多低于3m³/（d·kgf·cm²）。岩石类型横向变化快且以层纹岩较发育为典型特征。自下而上，无铀伽马值逐渐变小，指示了一个向上变浅的过程。自然伽马曲线显示为中—低幅度的漏斗形。

台内洼地微相指碳酸盐台地内部相对低洼区，岩石类型以深灰色或深褐色泥质灰岩、层纹石灰岩和微晶灰岩为主，代表台地内部湖水深度较大、水体循环有限、中—低能的沉积环境，储层不发育。

滩（礁）间微相岩石类型主要为颗粒微晶灰岩和微晶灰岩。

桑托斯盆地盐下研究区发育多个大小规模不同的碳酸盐台地及台间洼地亚相，台地边缘水体较深的区域则为半深湖—深湖沉积。台间洼地和半深湖—深湖亚相分布于古隆起间水深较深的低能环境，岩石类型主要为层纹石灰岩、微晶灰岩和泥岩等，储层不发育。

通过对研究区岩心、录井、测井、地震等资料的分析，总结主要沉积微相对应的测井相和地震相特征如下（图 5）。

图 5

图 5 Iara油田A井测井相和地震相 Fig. 5 Logging facies and seismic facies of Well A in Iara Oilfield

微生物礁微相：无铀伽马值低（CGR≤10API），自然伽马值相对较低（GR≤25API），曲线较为平缓平直，相对于上下围岩呈箱形的曲线形态，声波时差值低，密度高值，电阻率值高（RT > 200Ω·m），核磁孔隙度在15%以上，反映沉积水动力较强，岩性以叠层石为主。地震响应具有明显丘形反射结构，内部同向轴多表现为低频弱振幅差连续，且丘形反射结构幅度越高，叠层石越发育，储层物性越好。

浅滩微相：无铀伽马值相对较低（10API < CGR < 25API），自然伽马值中低（25API < GR < 50API），曲线呈锯齿状，声波时差值低，密度值高，储层的电阻率较高（RT > 200Ω·m），核磁孔隙度在6%~15%之间，沉积水动力相对较强。地震响应表现为平行—亚平行反射结构或低幅度丘形反射结构，同向轴连续性较好。

台内洼地微相：无铀伽马值和自然伽马值均高（GR > 50API），电阻率低值，（RT < 200Ω·m），声波时差值高，密度值低，核磁孔隙度小于6%，岩性以层纹岩和微晶灰岩为主，厚度大于300m，横向厚度变化大。地震响应多为低频平行反射结构，同向轴连续性较好。

深湖微相：电测曲线呈低幅微齿或光滑的曲线形—直线形。地震响应表现为低频平行反射结构，振幅中等、连续性中等—好。

桑托斯盆地盐下地层沉积特征主要受古隆起控制，不同构造带古隆起发育特征不同，从而导致不同构造带储层沉积特征差异较大。本文在岩心分析、单井相分析和地震相识别基础上，确定了盐下核心区坳陷期沉积相分布特征。

通过对桑托斯盆地盐下核心区2.828×10⁴km二维和1.945×10⁴km²三维地震资料分析，明确了盐下核心区坳陷层系地震相展布，再根据地震相与沉积相的对应转换关系（图 5），结合古地貌特征，识别出桑托斯盆地盐下核心区坳陷层（BVE100段+200段）的沉积相（图 6）：中部坳陷带以孤立碳酸盐台地、台间洼地沉积为主；外部隆起带受洋中脊跃迁的影响发育大规模的碳酸盐台地，坳陷期西部凸起和中部凸起演化成一个巨型碳酸盐台地；外部坳陷带以半深湖—深湖沉积为主，碳酸盐台地相对不发育。

图 6

图 6 桑托斯盆地盐下核心区坳陷期（BVE100段+200段）沉积相图 Fig. 6 Sedimentary facies of the core sub-salt area during the depression period (BVE100+200 members) in Santos Basin

总体来看，桑托斯盆地盐下核心区BVE100段+ 200段沉积期发育多个规模大小不等的碳酸盐台地。其中外部隆起带发育的巨型碳酸盐台地，覆盖Sugar Loaf—Lula—Sepia—Iara—Buzios—Libra多个区块，目前桑托斯盆地盐下已发现的油气也均集中于该巨型台地的中东部，即外部隆起带的中部凸起，该构造带台内高地及东侧台缘礁滩体非常发育，为油气成藏提供了有利条件；而外部隆起带西部浅滩相储层相对发育，但由于台地内部地层相对平坦，局部发育小规模构造，该区域仅发现一些零星分布的小油田，勘探潜力相对有限。另外，巨型台地之上的礁滩相沉积呈现出明显的规律性，从靠近Sugar Loaf突起的北东—南西向展布，过渡为Lula北部—Iara油田区域的北西—南东展布，最终演变为Itapu油田的近南北向展布。巨型碳酸盐台地周缘外部隆起带的西部和东南部、中部坳陷带及外部坳陷带发育一系列的孤立碳酸盐台地，其间被台间洼地相或半深湖—深湖相所分割，包括Jupiter台地、Carcara—Uirapuru台地、Aram台地、Peroba台地和PauBrasil台地等，目前桑托斯盆地盐下油气勘探活动逐渐向这些孤立碳酸盐台地转移。相对于巨型台地来说，这些孤立碳酸盐台地礁滩相储层欠发育，其中中部坳陷带和外部隆起带东南部孤立台地由于受其规模限制，礁滩相储层分布较为局限，局部发育厚层优质储层，如Carcara油田，具有较大勘探潜力；而外部坳陷带碳酸盐台地规模普遍较小，且幅度较低，受地震资料品质限制，未识别出礁滩体。

桑托斯盆地盐下核心区坳陷期（BVE100段+ 200段沉积期）储层以礁、滩相沉积为主，且这类储层物性好，产能相对较高。本文在对地震相—沉积相研究的基础上，再根据裂陷期构造演化特征及古地貌，建立了桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩优质储层沉积的4类模式（图 7）：（1）大型缓坡型沉积模式；（2）孤立基底高型沉积模式；（3）台内高地型沉积模式；（4）陡坡型沉积模式。

图 7

图 7 桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩优质储层沉积模式图 Fig. 7 Sedimentary mode of high-quality reservoirs in the sub-salt lacustrine carbonate rocks in Santos Basin

裂陷期发育大规模箕状断陷，裂坳转换期构造活动变弱，仅控制断陷的边界断层活动，坳陷期（BVE100段+200段沉积期）形成受大规模单斜断块控制的正向古地貌，发育大型缓坡进积型碳酸盐台地，台地构造高部位和斜坡部位常见丘状礁滩体纵向叠置、横向迁移连片发育，储层厚度大、分布广，最典型实例就是Lula油田。

裂陷期发育垒—堑构造格局，坳陷期（BVE100段+200段沉积期）构造活动变弱，形成孤立的受断垒控制的正向古地貌，发育孤立基底高型碳酸盐岩沉积模式，构造高部位发育礁滩相优质储层，呈带状分布，且储层厚度大、物性好，但断层下倾方向储层迅速变差，比如Carcara油田和Uirapuru区块。

台内高地型碳酸盐岩储层沉积模式发育于大型台地内部，在裂陷期断隆构造背景之上，坳陷期（BVE100段+200段沉积期）形成正向古地貌，局部构造高部位发育礁滩相优质储层，呈点状（Sugar Loaf构造周围）或带状分布（Iara油田和Sapinhoa油田），隆起边缘坡折带储层厚度大，隆起内部储层厚度相对较薄。

裂陷期发育箕状断陷，坳陷期（BVE100段+ 200段沉积期）构造活动变弱，形成大型陡坡碳酸盐台地，陡坡台地侧翼边缘处发育礁、滩相优质储层。目前Bigua井（4-SPS-71C）已经钻遇该类沉积模式储层，坳陷期地层厚度大，且在顶部钻遇薄层的微生物灰岩储层，下部由于热液硅化作用导致储层物性较差，因此，该类沉积模式发育的叠层石、颗粒（球粒）灰岩优质储层规模有待进一步落实。

（1）优质储层是桑托斯盆地盐下油气高产的关键，而古隆起则是微生物礁和浅滩相优质储层发育的主要控制因素。依据重力异常边界和地震解释大断裂，将桑托斯盆地盐下地层划分为5个构造单元，自陆向海依次为西部坳陷带、西部隆起带、中部坳陷带、外部隆起带和外部坳陷带。根据不同构造带的构造特征，指出外部隆起带最有利于微生物礁的发育，其次是中部坳陷带。近些年桑托斯盆地盐下油气勘探也已从外部隆起带向中部坳陷带转移。

（2）在古地貌分析的基础上，开展桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩沉积相研究，认为盐下核心区坳陷期发育多个规模大小不等的碳酸盐台地：中部坳陷带以孤立碳酸盐台地为主；外部隆起带受洋中脊跃迁的影响发育大规模的碳酸盐台地；外部坳陷带以半深湖—深湖沉积为主，碳酸盐台地相对不发育；并建立了大型缓坡型、孤立基底高型、台内高地型和陡坡型4类桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩优质储层沉积模式，除陡坡型沉积模式外，其他3种类型沉积模式的储层均已获得规模性油气发现。