海洋石油  2019, Vol. 39 Issue (3): 1-8
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南大西洋中段两岸盆地盐下油气成藏特征对比[PDF全文]
杨晓兰     
中石化国际石油勘探开发公司, 北京 100029
摘 要: 南大西洋中段两岸盆地为大西洋开裂形成的共轭被动陆缘盆地,具有相似的演化过程和油气成藏特征,但两岸勘探程度和勘探领域各有区别。如何借鉴南美巴西桑托斯盆地、坎波斯盆地盐下油气勘探成果,指导西非安哥拉宽扎盆地的盐下油气勘探是当前该区域勘探研究的重点。此文对南大西洋中段两岸的油气分布特征、构造沉积特征和油气成藏条件进行了对比分析,并指出了两岸油气成藏特征的异同。认为西非宽扎盆地和巴西坎波斯盆地具有类似基底构造形成的垒堑相间构造格局,在盐下储层沉积时的某个特定古水深区域,基底隆起形成远离物源区的古浅水区,碳酸盐岩储层及与基底隆起的相关构造圈闭发育,周边地堑区供烃,盐岩提供良好的封盖条件,具备形成盐下大油气藏的条件。将会成为安哥拉未来储量新的增长点。
关键词: 南大西洋中段两岸    盆地    盐下油气成藏特征    对比    
Comparison of Subsalt Hydrocarbon Accumulation Characteristics in Basins on Both Sides of the Mid-South Atlantic
YANG Xiaolan     
SINOPEC International Petroleum Exploration and Development Company, Beijing 100029, China
Abstract: The basins on both sides of the middle of South Atlantic are the conjugate passive continental margin basins, which formed in the Atlantic Ocean rift period. They have the similar evolution and hydrocarbon accumulation characteristics, while the exploration degree and exploration area are quite different. The current exploration and research in this region focus on how to draw lessons from the pre-salt oil and gas exploration in Brazil Santos Basin and Campos Basin of the South America, and guide the pre-salt oil and gas exploration in Angola Kuanza Basin in West Africa. In this study, we carried out contrast analysis of the oil and gas distribution characteristics, tectonic sedimentary characteristics and hydrocarbon accumulation conditions between the basins on the both sides of South Atlantic, and pointed out the similarities and differences of hydrocarbon accumulation characteristics. The study shows that Kuanza Basin in West Africa and Campos Basin in Brazil have horst-graben structure pattern similar to basement structure. In a specific paleo-water depth area during the deposition of subsalt reservoirs, paleo-shallow water area far from provenance area formed by basement uplift, meanwhile carbonate reservoir and related structural traps developed. Besides, hydrocarbon was supplied from surrounding graben area, with good sealing conditions provided by salt rock. And that can offer good conditions for the formation and enrichment of oil and gas under salt, which will become a new growth point for Angola's reserves in the future.
Keywords: both sides of the Mid-South Atlantic    basin    subsalt hydrocarbon accumulation characteristics    comparison    

南大西洋中段是目前世界上的油气勘探开发热点区之一[1-7],自2006年来,巴西桑托斯盆地、坎波斯盆地盐下连续获得重大发现,在对岸的宽扎盆地盐下也获得一些油气发现,但比起巴西的大发现还有一定差距,两岸具有相似的构造-沉积演化背景,西非沿岸盆地是否也具有巨大的资源潜力引起人们的关注。本文对南大西洋中段两岸的油气分布特征、构造沉积特征和油气成藏条件进行了对比分析,指出了两岸的差异,认为宽扎盆地具有形成盐下油气富集的良好条件,将会成为安哥拉未来储量新的增长点。

1 南大西洋中段两岸油气分布特征

在南大西洋中段含油气盆地中,油气富集程度依次为桑托斯盆地、坎波斯盆地、下刚果-刚果扇盆地、加蓬盆地、埃斯皮里图桑托盆地、宽扎盆地。油气的分布表现出如下特征:已发现的油气以石油为主;大西洋两岸的油气区域分布呈现出互为消长的关系,即南美的富油气盆地对应于西非的油气相对不富集的盆地,而南美的油气相对不富集的盆地则对应于西非油气富集的盆地;不同盆地油气富集的层系不同,自北而南,主力含油层系由盐上转变为盐下。盐下油气发现主要集中在桑托斯盆地、坎波斯盆地、下刚果盆地和宽扎盆地(图 1)。

图 1 南大西洋中段被动大陆边缘盆地油气田和油气储量层系分布图

2 构造沉积演化对比

南大西洋中段总体经历4个演化阶段:前裂谷阶段、裂谷阶段、过渡阶段和被动陆缘阶段[1, 8],对油气资源形成有重要的影响作用主要是后三期。

(1)裂谷阶段(侏罗纪晚期—阿普第早期,145~125 Ma)

始于早白垩世,对应于南美与非洲板块的分离,发育大量基底断层及地堑。在裂谷阶段的早白垩世凡兰吟期—巴雷姆期,非洲大陆和南美洲大陆发育陆内裂谷作用,受北北西和北北东向基底断裂控制,形成一系列北西向的裂谷和断裂湖,这些裂谷为半地堑,是湖泊、河流和其它陆相沉积物的沉积中心,沉积了富含有机质的湖相页岩,为重要的烃源岩。到晚巴列姆期,地堑湖已经有效地充填了一系列的硅质碎屑岩,其中包括一些具有一定储集性能的砂岩。在晚白垩世早期南大西洋拉张,随着西冈瓦纳裂解[2],在南大西洋两岸形成一系列的被动陆缘盆地,如桑托斯盆地、坎波斯盆地、纳米比亚盆地、宽扎盆地、下刚果盆地等,其中巴西桑托斯盆地与西非纳米比亚盆地、巴西坎波斯与西非宽扎盆地为共轭关系(图 2)。裂谷阶段在阿普第的早期结束,形成一个区域性的不整合面与上覆的过渡期盐岩隔开。

图 2 南大西洋中段两岸盆地对比

(2)过渡阶段(早白垩世阿普第中晚期,125~112 Ma)

早阿普第期不整合面标志着陆相沉积达到顶峰,洋壳开始形成。准平原化后,阿普第期发生一系列海侵。在盆地南部甚至突破了Walvis Ridge火山岩界限。准平原化上覆为一薄层向上粒度变细的沉积物,从阿普第期边缘海和非海相砂变为薄层富含有机质的页岩。向上变为一系列蒸发岩(盐岩),这套蒸发岩主要局限于南大西洋中段。由于不对称拉张造成大西洋两侧盐岩的分布不同,在桑托斯盆地存在大范围的盐分布;与此相反,与桑托斯共轭边缘的西非纳米比亚盆地盐岩只是零星分布。

(3)被动陆缘阶段(早白垩世阿普第期—现今)

随着洋壳持续拉开和裂陷带持续发育,洋壳的冷却引发了大幅度的沉降,开始了被动大陆边缘发育阶段。期间经历了热沉降和重力导致的盐运动使盆地发育近岸的拉张区和远岸挤压区,形成一系列的正断层、生长断层及反转断层,并控制同沉积作用。

阿普第阶南美洲和非洲完全分离,南北大西洋连通,进入裂谷后漂移期。

晚白垩世,全球海平面上升,海侵影响较大,沉积了缺氧环境下的富含有机质的泥页岩。广泛的海侵在森诺曼期暂时结束,形成区域不整合面,被动大陆边缘沉积环境持续到晚白垩世,形成了以碎屑岩为主的沉积。

晚白垩世和早第三纪期间,由于非洲板块拆离,造成大陆隆起和河流入侵,沿西非海岸边发育了许多三角洲体系,在对岸南美沿岸主要沉积碎屑浊积岩。在渐新世以来,两岸沉积由下至上沉积滨岸碎屑岩、浅海碳酸盐岩与深海页岩等台地-大陆坡深水沉积体系。

在南大西洋的持续扩张过程中,早期统一的盆地随着南美洲与非洲板块的完全分离而分离,随后进入漂移期的被动陆缘阶段,沉积充填为典型海相沉积。在早白垩世盐下裂谷沉积时期,南美的桑托斯盆地和坎波斯盆地,与西非的宽扎盆地和下刚果盆地具有相似的盆地结构,均为一系列垒堑相间的裂谷构造体系,上覆为区域性盐层。

南大西洋中段两岸盆地的盐下发育相似的沉积充填特征,盐下以沉积裂谷期河湖相沉积的泥页岩夹砂岩为主,阿普第期,海水沿南大西洋南端间歇式侵入和蒸发,盐岩普遍发育,为裂陷初期统一的裂谷系沉积,两岸地层可相互对比(图 3)。

图 3 南大西洋两岸主要盆地地层对比图(据IHS修改)

3 石油地质特征对比 3.1 两岸盆地裂谷期烃源岩具相似特征

南大西洋中段两岸盆地盐下烃源岩均为咸湖相源岩,主要为深湖相、半深湖相页岩,且由南往北,源岩含盐度降低。桑托斯、坎波斯盆地与宽扎盆地为高含盐度的湖相烃源岩;下刚果盆地变为低含盐度的湖相烃源岩;刚果盆地为淡水湖相烃源岩为主。两岸烃源岩主要为早白垩世裂谷期尼欧克姆-巴雷姆统和阿普弟期湖相页岩和泥灰岩,有机质类型Ⅰ型和Ⅱ型,有机质丰度高,由于裂谷期的高热流导致源岩生烃时期早,在白垩纪晚期开始生排烃。

下刚果盆地盐下发育的主要源岩为Bucomazi组湖相页岩,氢指数(HI)高于300 mg/g总有机碳(TOC),主要为Ⅰ型及Ⅰ-Ⅱ型干酪根,是有利的生油母质。其中最优的Bucomazi组中段页岩有机碳含量大于5%,HI大于500 mg/g TOC。主力层系位于尼欧克姆阶和巴雷姆阶,分别为局限深湖和广湖沉积,为厌氧沉积环境。

西非宽扎盆地裂谷期巴雷姆阶Cuvo组湖相页岩与下刚果盆地尼欧克姆-巴雷姆阶的Bucomazi组对应,均有一定的生烃潜力,但目前样品均为浅海,品质变化较大,有机碳从1.2%到10%,源岩评价从一般源岩到优质源岩。

巴西桑托斯盆地盐下欧克姆-巴雷姆阶Guaratiba组湖相黑色页岩的有机碳为2%~6%;HI高达500 mg/g TOC,Ⅰ型干酪根,源岩品质高。

巴西坎波斯盆地盐下欧克姆-巴雷姆阶LagoaFeia组湖相黑色页岩的有机碳为3% ~ 6%,最高可达9%;HI高达900 mg/g TOC,Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ型干酪根,源岩品质高,为超盐度缺氧环境下沉积(表 1)。

表 1 两岸盆地盐下源岩生烃指标对比

巴西坎波斯盆地和桑托斯盆地盐下烃源岩与下岗果盆地和宽扎盆地的盐下烃源岩具有相同的沉积相,同为裂谷局限深湖及广湖的泥页岩沉积,有机质类型相同,具有较高的有机质丰度。另外优质源岩发育受沉积环境控制,在裂谷深湖区发育。坎波斯盆地新发现盐下油田附近,裂谷低部位与高部位落差大于2 000 m。目前安哥拉深海盐下勘探程度极低,盐下烃源岩大多发现在陆上及浅水陆架区,若深海区也发育相同的基底深裂谷,则应具备巴西深海区相似的优质烃源条件。

3.2 储层特征对比

西非下刚果-宽扎盆地盐下发育多套储层,包括巴雷姆-阿普弟的台地和礁滩相碳酸盐岩沉积,尼欧克姆-巴雷姆阶的Lucula组和阿普弟阶的Chela组的河流三角洲砂岩沉积,存在中高孔渗的油田。

巴西桑托斯和坎波斯盆地的盐下大发现主力储层为下阿普弟阶Conquinas组和Sagz组介壳碎屑灰岩和叠层石灰岩,储层物性受成岩作用的控制,横向变化大,孔隙度较低,一般为4%~13%,但渗透率较高。

安哥拉宽扎盆地21区块目前证实的深海盐下储层与巴西深海发现的储层存在具有一定的相似性,储层为Cuvo组高渗透率和裂缝发育的碳酸盐岩,成像测井结果显示溶蚀孔洞非常发育(图 4),与巴西桑托斯盆地Lula油田钻遇的叠层石储层类似。但安哥拉目前浅海区的储层与巴西深海发现的储层存在一定的差别,下刚果盆地证实已发现的Toca组碳酸盐岩储层,与巴西大面积发育的介壳灰岩和叠层石灰岩相比,为台地相,分布范围并不大。现在发现证实,西非下刚果阿普特期盐盆的盐下储层以碎屑岩为主,碳酸盐岩的岩相与巴西不同,并且全部集中在陆上和浅海。

图 4 宽扎盆地与桑托斯盆地盐下储层

西非安哥拉深海勘探程度及研究程度都较低,下刚果盆地深海盐下尚未钻探,宽扎盆地已在深海宣布盐下发现。通过南大西洋两岸对比,来推测安哥拉深海盐下储层发育,巴西桑托斯盆地和坎波斯盆地优质的盐下碳酸盐岩发育需要有远离物源的浅水环境,一般沉积于远离物源的深水基底隆起上。巴西深水区的圣保罗台地发育规模巨大品质优良的碳酸盐岩储层,是目前几个盐下大发现的主要目的层。西非宽扎盆地裂谷凹陷期泥岩主要为半深湖-深湖相沉积;砂砾岩主要沉积在断陷湖盆陡坡一侧,即靠岸方向,地形坡度大,近物源,沿边界断层形成了一些扇三角洲和近岸浊积扇;生物碎屑灰岩主要沉积在远离物源的断陷湖盆水下古隆起上,沉积相主要为高能的生物碎屑滩或堤坝。

3.3 盖层特征对比

西非安哥拉的下刚果盆地、宽扎盆地和巴西大坎波斯盆地均发育较大规模的盐岩(阿普弟蒸发岩)。该盐岩在安哥拉下刚果、宽扎盆地被称为Leome盐岩,与巴西坎波斯盆地和桑托斯盆地的沉积时代基本一致。下刚果和宽扎盆地深海、超深海盐岩厚度大,现代盐岩的厚度达到了1000~2 000 m。在中深海,发育呈点和线状分布的盐底辟和盐墙。在陆上和浅海,由于盐筏构造运动和盐上沉积的推挤,盐岩保存较薄,在较大范围内形成盐窗。因此南大西洋两岸的盐岩分布特征较类似,尤其是深海盐岩分布情况。

目前西非盐下油气发现多在浅海及陆上,盐岩盖层并不发育,大部分油气田的盖层为局部或层间泥岩。现有陆上和浅海的储盖模式与巴西深海模式有较大区别。

3.4 圈闭特征对比

基底构造形成的垒堑相间的构造格局,为巴西桑托斯盆地盐下油气富集提供了良好的条件(图 5)。断陷区供烃,基底隆起区为圈闭发育的有利场所,发育大量与基底隆起有关的底劈背斜、断背斜和古潜山圈闭,基底隆起区形成的浅水环境有利于叠层石灰岩储层的发育。

图 5 桑托斯盆地盐下成藏模式图

宽扎盆地深水区,具备类似的凹隆相间的构造格局,发育大量类似的与基底隆起相关的构造圈闭。

3.5 成藏组合对比

巴西的盐下成藏组合以构造-地层复合型成藏组合为主,储集层以湖相碳酸盐岩占绝对优势,在桑托斯盆地富集为Guarabiba群碳酸盐岩,在坎波斯盆地富集于Coqueiros组碳酸盐岩。西非盐下成藏组合以构造成藏组合为主,南部的宽扎盆地以湖相碳酸盐岩为储集层,油气富集于Cuvo组,下刚果盆地的盐下储集层以碎屑岩为主、碳酸盐岩为辅,加蓬盆地的盐下储集层则全部为碎屑岩,油气储集于几套层系。就已发现的油气储量而言,巴西盐下发现的油气经济技术可采储量占南大西洋中段被动陆缘盆地总量的48%,西非盐下发现的油气经济技术可采储量仅占5.1%,前者是后者的9倍。

3.6 两岸地质异同对油气的控制 3.6.1 南大西洋西岸重点盆地特征

(1)桑托斯盆地为“两隆夹一坳”的形态,东部发育了离岸较远的基底隆起——圣保罗高地(图 6),是与坎波斯盆地基底差异性最明显的标志。整个盆地东西跨度500~600 km,外构造带较宽,为100~400 km。盐构造活动与坎波斯盆地相比较弱,盐岩分布较连续,特别是在圣保罗高地之上,盐层厚度可达2 000 m,盐窗不发育。两岸拉张的不对称性,使得巴西桑托斯盆地的裂谷发育范围大、深度广,形成深湖相富含有机质的页岩。圣保罗高地面积大(10×104 km2),并且远离海岸,盐下地层沉积时远离物源区,古水深变化不大,发育大量基底垒堑相间的构造,造成该高地碳酸盐岩储层、源岩、构造圈闭发育,为油气成藏提供了独特的条件,是盆地油气发现的主要区域。裂谷期古隆起是叠层石灰岩发育的有利区域,也是构造圈闭发育的有利区,地堑区是湖相源岩发育的有利区,厚层盐岩分布范围广,有效地封盖了盐下油气。因此,桑托斯盆地以盐下含油气系统为主。

图 6 坎波斯盆地和桑托斯盆地剖面对比图(据[7]修改)

(2)坎波斯盆地发育了两隆两坳,东部未发育明显的高地,东西跨度仅200 km。盆地盐岩活动较强烈,因而盐窗和盐焊接很发育,盐岩分布不连续。这主要是受坎波斯盆地陆架宽度的影响,坎波斯盆地陆架和陆坡的宽度比桑托斯盆地窄,因而坡度较大,导致盐上层系容易向盆地方向滑塌,盐上沉积物的滑塌作用就促进了坎波斯盆地内盐岩的强烈活动和变形。

坎波斯盆地,尽管裂谷期也发育一套广泛分布的湖相优质源岩,但远离物源区的浅水古隆起发育范围有限,生物灰岩储层发育范围有限,盐下碳酸盐岩油气主要发现在某个特定的古水深区域,且盐窗发育导致一部分油气进入盐上含油气系统,因此坎波斯盆地以盐下-盐上含油气系统为主。

3.6.2 南大西洋东岸宽扎盆地特征

宽扎盆地位于南大西洋东岸,与西岸坎波斯盆地相对应。在深水区呈现类似凹隆相间的构造格局,发育大量类似的与基底隆起相关的构造圈闭(图 7)。从成藏机制看,发现类似桑托斯盆地Lula巨型规模油气田概率不高;但发现大型油气田还是很有希望的。在盐下储层沉积时的某个特定古水深区域,基底隆起形成的远离物源区的古浅水区,碳酸盐岩储层及与基底隆起的相关构造圈闭发育,周边地堑区供烃,盐岩提供良好的封盖条件,可形成盐下的油气富集。

图 7 宽扎盆地Line7910-218地震剖面图

4 结论

(1)南大西洋中段两岸盐下油气发现位置有差异。巴西海域盆地盐下发现主要位于深海区。而对岸的安哥拉境内盐下油气发现主要位于浅海陆架区,深海区仅近期在宽扎盆地有两个盐下发现,深海区盐下的勘探程度总体较低。

(2)对比两岸盆地深海区的油气成藏条件,西非宽扎盆地与巴西坎波斯盆地裂谷期为同一盆地,具有相似的成藏条件,均发育一定厚度与宽度的裂谷层系地层,发育相同的源岩。地堑区是湖相泥岩发育的有利位置,目前处于成熟油窗内,近期在深海的盐下商业性突破,证实了盐下深水楔状体带中的烃源岩的生烃能力。发育一定厚度的区域盐岩的盖层保存条件,与基底隆凹相间的构造格局,为宽扎盆地盐下油气富集提供了良好的地质条件。

(3)借鉴巴西盐下发现的启示,南大西洋两岸发育同时代的烃源岩及储层,具有类似油气系统及成藏组合特征。按照Tupi油田碳酸盐岩的沉积模式,碳酸盐岩沉积于具继承性的古地垒高。宽扎盆地更厚的盐岩和相对稳定的晚期形变对盐下层系成藏可能更加有利。巴西盐下油气大发现揭示了一个新的勘探领域,在安哥拉的宽扎盆地深水盐下勘探已初露端倪,如23区块的Azul 1及21区块的Cameia 1油气田新发现,尽管储量规模不及巴西深水盐下大发现,但展示深水良好的勘探潜力,预计盐下勘探将是安哥拉未来储量新的增长点。

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