東委內(nèi)瑞拉盆地油砂成礦條件和成礦模式研究

法貴方,康永尚,2,王紅巖,劉洪林,劉人和

(1.中國石油大學(xué),北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué),北京 102249; 3.中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北 廊坊 065007)

東委內(nèi)瑞拉盆地油砂成礦條件和成礦模式研究

法貴方1,康永尚1,2,王紅巖3,劉洪林3,劉人和3

(1.中國石油大學(xué),北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué),北京 102249; 3.中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北 廊坊 065007)

東委內(nèi)瑞拉盆地是一個沉積構(gòu)造復(fù)雜的前陸盆地,盆地南緣的奧里諾科重油帶為世界上最大的重油和油砂聚集區(qū)。盆地內(nèi)豐富的油砂資源是被動邊緣階段廣泛發(fā)育的上白堊統(tǒng)烴源巖、前陸盆地階段發(fā)育的多套優(yōu)質(zhì)儲蓋組合、大范圍連通砂體、足夠的油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移動力和相對開放的氧化環(huán)境綜合作用的結(jié)果。在分析油砂成礦條件的基礎(chǔ)上,針對盆地內(nèi)不同的構(gòu)造性質(zhì)和構(gòu)造位置,提出斜坡降解型和構(gòu)造抬升型 2種成礦模式,為今后油砂資源的研究奠定基礎(chǔ)。

油砂;成礦條件;成礦模式;東委內(nèi)瑞拉盆地;奧里諾科重油帶

引 言

油砂又稱瀝青砂、浸油的巖石、焦油砂,是指含有天然瀝青的砂子或其他巖石[1]。東委內(nèi)瑞拉盆地為世界上第二大含油砂盆地,僅次于西加拿大沉積盆地,其總資源量達(dá) 2 090BBO,占世界油砂總資源量的 38%。東委內(nèi)瑞拉盆地 80%以上油砂資源分布在盆地南部的奧里諾科重油帶[2-3]。本文從盆地的生儲蓋基本條件入手,以盆地的構(gòu)造沉積演化過程為主線,揭示油砂成礦的條件并建立成礦模式,從理論上闡明大型油砂礦的成因機(jī)制,對于深入認(rèn)識和分析全球其他含油砂盆地具有重要意義。

1 東委內(nèi)瑞拉盆地概況和生儲蓋條件

1.1 東委內(nèi)瑞拉盆地概況

東委內(nèi)瑞拉盆地是委內(nèi)瑞拉東北部 2個次盆的總稱,即瓜里科次盆和馬圖林次盆[4]。

東委內(nèi)瑞拉盆地的北界為埃爾皮拉爾斷層,沿加勒比海和南美洲板塊之間伸展的右旋走滑斷層并向東延展至特里尼達(dá)和多巴哥;南界為圭亞那地盾的前寒武系;東界為大西洋沿海大陸架;西界為埃爾包爾隆起。陸上面積為 218 998 km2,海上面積為 48 550 km2。

1.2 東委內(nèi)瑞拉盆地生儲蓋條件

1.2.1 烴源巖

東委內(nèi)瑞拉盆地主要烴源巖為上白堊統(tǒng) Guayuta群 Querecual組和 San Antonio組以及 Tiger組。Guayuta群分布在馬圖林次盆,Tiger組分布在瓜里科次盆,兩者為等效地層 (圖 1)。Querecual組開闊海 -陸棚相碳酸鹽巖和頁巖生油潛力大,TOC值為 0.25%～6.60%,干酪根類型為Ⅱ型。San Antonio組深?！懪锵囗搸r和灰?guī)r,TOC值為 0.25%～6.60%,干酪根類型為Ⅲ型。Tigre組地臺—半深海相頁巖和灰?guī)r,TOC值為 0.23%～3.00%,干酪根類型為Ⅱ型。這些烴源巖在盆地北部過成熟,南部未成熟。

1.2.2 儲層

東委內(nèi)瑞拉盆地白堊紀(jì)—第三紀(jì)發(fā)育多套儲層,巖性以砂巖為主,沉積環(huán)境為陸相 -深海相,漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)Naricual、Merecure和 Oficina組內(nèi)含有盆地大部分的油氣儲量。

圖 1 東委內(nèi)瑞拉盆地生儲蓋組合和演化階段劃分

(1)Naricual組。主要分布在盆地北部的Greater Furrial Trend。由分選好的脆性砂巖組成,含少量高嶺土膠結(jié)物。河流、海濱及淺海陸棚環(huán)境沉積。孔隙度為 11%～20%,平均為 16%;滲透率為 100×10-3～3 500×10-3μm2。該組目前發(fā)現(xiàn)的油氣儲量占整個盆地的 16%。

(2)Merecure組和 Oficina組。分布在盆地南部,是東委內(nèi)瑞拉盆地物性最好的儲層,也是奧里諾科重油帶規(guī)模最大的儲層。由砂巖和泥質(zhì)砂巖組成,河流—三角洲—淺海陸棚環(huán)境沉積。儲層參數(shù)變化大,孔隙度為 9%～30%,滲透率從小于 20 ×10-3μm2變化到 5 000×10-3μm2。目前盆地67%的油氣產(chǎn)自于這 2套儲層。

1.2.3 蓋層

東委內(nèi)瑞拉盆地發(fā)育多套蓋層,大部分為層內(nèi)蓋層,主要為 Tigre組、Guayuta群、San Juan組、Caratas組、Roblecito/La Pascua組和 Carapita組內(nèi)的頁巖、灰?guī)r、褐煤和粘土層。Merecure組、Oficina組、Quebradon組和 Chaguaramas組內(nèi)的頁巖和褐煤層可作為同期儲層的局部或區(qū)域性蓋層 (圖 1)。Freites組頁巖可作為下伏地層的區(qū)域性蓋層。奧里諾科重油帶比較特殊,其最主要的封閉層為瀝青塞和焦油墊。

2 油砂成礦條件分析

油砂富集成礦條件和成礦過程與盆地的演化密切相關(guān)。東委內(nèi)瑞拉盆地演化可分成 2個階段:白堊紀(jì)中晚期—始新世為被動邊緣階段,漸新世—現(xiàn)今為前陸盆地階段 (圖 1)。前一階段是烴源巖的主要沉積期,為油砂資源的形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。后一階段是儲蓋主要發(fā)育期,該階段的構(gòu)造演化和構(gòu)造格局對油砂富集成礦起重要作用。

2.1 烴源巖發(fā)育階段——白堊紀(jì)中晚期至始新世被動邊緣階段

白堊紀(jì)南大西洋開裂,開始盆地的被動邊緣階段 (圖 1),沿著南美的北海岸發(fā)育被動邊緣層系,碎屑物來自南部的圭亞那地盾[5]。這一時期,發(fā)生最大規(guī)模海侵,沉積了 Guayuta群。白堊紀(jì)末至古新世,加勒比板塊和委內(nèi)瑞拉西北部與現(xiàn)今東委內(nèi)瑞拉盆地西部的前淵坳陷區(qū)碰撞,之前的島弧和委內(nèi)瑞拉西部被動邊緣碰撞導(dǎo)致山系隆起和復(fù)理石盆地向南發(fā)育。

2.2 儲蓋組合發(fā)育階段——漸新世至今前陸盆地階段

晚始新世—漸新世開始一直持續(xù)到現(xiàn)在,為前陸盆地階段,由于加勒比和南美板塊間的擠壓/扭壓作用使塞拉尼亞德爾因蒂里厄發(fā)生上隆和逆沖,形成瓜里科和馬圖林次盆并疊置在先前發(fā)育的被動邊緣層序之上[6]。沉積物主要來源于圭亞那地盾,這些沉積物快速堆積構(gòu)成奧里諾科系統(tǒng)的一部分。這一階段,盆地內(nèi)沉積了近 3 000 m厚的第三紀(jì)中晚期碎屑巖,北厚南薄,作為盆地主要的儲蓋地層。

2.3 油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移動力和通道條件分析

東委內(nèi)瑞拉盆地的主要成藏期比較晚。前陸盆地演化階段以來,隨著逆沖作用向南推進(jìn),上白堊統(tǒng)烴源巖從北往南依次進(jìn)入生油窗,油氣運(yùn)移方向亦是如此,從盆地沉積中心向圭亞那地盾的邊緣運(yùn)移。漸新—中新世,盆地北部山系大量大氣水補(bǔ)給,產(chǎn)生強(qiáng)大的、由北向南的水動力流,油氣生成和運(yùn)移達(dá)到頂峰,這為油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移提供了足夠的動力。同時,前陸盆地階段沉積了大范圍連通砂體,成為油氣大規(guī)模向斜坡帶和前隆區(qū)運(yùn)移的主要通道。在斷裂和褶皺活動將連續(xù)的儲層和運(yùn)移通道中斷以及盆地反轉(zhuǎn)作用之前,油氣經(jīng)歷了 150～325 km的長距離運(yùn)移。奧里諾科重油帶就是在這一時期聚集成藏。

2.4 油砂成礦條件綜合分析

東委內(nèi)瑞拉盆地形成大型油砂礦的一個基本前提是盆地經(jīng)歷了從被動陸緣到前陸盆地的構(gòu)造變革,這一變革為油砂成礦提供了 4個基本條件。

(1)在被動陸緣階段沉積的優(yōu)質(zhì)烴源巖為盆地油砂成礦提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)在前陸盆地演化階段,從地盾區(qū)向前淵凹陷區(qū)發(fā)育的河流—三角洲沉積形成了良好的儲蓋組合以及大范圍連通的砂體,為油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移提供了通道條件。

(3)在前淵凹陷中,早期沉積的烴源巖在上覆地層埋藏壓力的作用下,開始成熟并發(fā)生運(yùn)移,隨著前淵凹陷—前陸斜坡—前緣隆起構(gòu)造格局的不斷加強(qiáng),油氣運(yùn)移的動力 (主要是浮力)也不斷加強(qiáng),為油氣遠(yuǎn)距離運(yùn)移提供了動力條件。

(4)遠(yuǎn)距離運(yùn)移的油氣在前陸斜坡的高部位,因地層埋藏淺,在相對開放和氧化的地下環(huán)境中,經(jīng)過水洗、生物降解等作用而形成油砂礦。

3 油砂成礦模式分析

根據(jù)盆地北部和南部不同的構(gòu)造性質(zhì)和構(gòu)造位置,將其成礦模式劃分為兩種類型:斜坡降解型——奧里諾科重油帶;構(gòu)造抬升型——北部構(gòu)造帶油砂礦[7]。

3.1 斜坡降解型——奧里諾科重油帶

奧里諾科重油帶是一個向南楔形尖滅的第三系沉積棱,不整合覆蓋在白堊系、古生界和前寒武系基底之上,處于盆地的斜坡帶和前隆區(qū)淺部位。油氣來自盆地北部上白堊統(tǒng)烴源巖;儲層主要為第三系河流和三角洲相砂巖;產(chǎn)層主要為中新統(tǒng) Oficina組砂巖[8-9]。

油砂成礦機(jī)理:油氣自北部油源區(qū)向南部斜坡帶和前隆區(qū)上傾方向進(jìn)行長距離大規(guī)模運(yùn)移,運(yùn)移過程中輕組分不斷逃逸,更主要的是斜坡帶和前隆區(qū)淺部位處于地表且與大氣連通,蓋層封閉性差,致使運(yùn)移到此的油氣進(jìn)入氧化環(huán)境的砂體中,遭受水洗氧化和生物降解形成油砂。這種成礦模式發(fā)生在構(gòu)造相對簡單的大型斜坡帶和前隆區(qū)淺部位,形成的油砂礦規(guī)模通常很大(圖 2)。

3.2 構(gòu)造抬升型——北部構(gòu)造帶油砂礦

東委內(nèi)瑞拉盆地北部的逆沖褶皺帶上存在一些小型油砂礦,其油源、儲層與奧里諾科重油帶一致,油氣運(yùn)移疏導(dǎo)體系主要為斷層。成礦機(jī)理:先期已形成的常規(guī)油氣藏,在后期構(gòu)造活動中遭受逆沖抬升作用,抬升至近地表地區(qū)或出露地表,從而遭受地表氧化、水洗和生物降解等形成油砂。這種成礦模式形成的油砂礦規(guī)模受先期油氣藏規(guī)模和后期逆沖抬升范圍控制,規(guī)模一般較小(圖 3)。

圖 3 東委內(nèi)瑞拉盆地構(gòu)造抬升型成礦模式示意圖

4 結(jié) 論

(1)東委內(nèi)瑞拉前陸盆地是世界上油砂資源最豐富的盆地之一,油砂的形成是盆地內(nèi)廣泛發(fā)育的白堊系烴源巖、多套優(yōu)質(zhì)厚砂巖儲層、不整合面和穩(wěn)定的砂體構(gòu)成良好的油氣運(yùn)移疏導(dǎo)體系、必要的蓋層封閉以及烴類降解稠化綜合作用的結(jié)果。更重要的是盆地經(jīng)歷了從被動邊緣階段到前陸盆地的構(gòu)造變革,形成大型斜坡帶和前隆區(qū)的形成,為油氣大規(guī)模向斜坡帶和前隆區(qū)淺部位運(yùn)移提供了動力和條件,進(jìn)而為油砂大規(guī)模成礦奠定基礎(chǔ)。

(2)東委內(nèi)瑞拉盆地存在 2種成礦模式,即斜坡降解型和構(gòu)造抬升型。前者是東委內(nèi)瑞拉盆地油砂成礦的主導(dǎo)模式,形成的油砂礦規(guī)模大、范圍廣;后者受先期油氣聚集規(guī)模和后期逆沖抬升范圍控制,規(guī)模通常較小。

(3)東委內(nèi)瑞拉盆地大型油砂礦成礦條件和成礦模式的研究,為全球油砂資源形成條件的研究提供了一個樣本,研究方法和所取得的認(rèn)識可以用于類似盆地的研究。

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編輯 孟凡勤

TE12

A

1006-6535(2010)06-0042-04

20100721;改回日期:20100812

中國石油天然氣集團(tuán)公司基金項(xiàng)目“全球非常規(guī)油氣資源評價”(2008E-0502)

法貴方 (1985-),女,2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院地質(zhì)勘探專業(yè),現(xiàn)為中國石油大學(xué) (北京)油氣田開發(fā)地質(zhì)專業(yè)在讀碩士研究生,從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。