巴西坎波斯盆地和桑托斯盆地油氣分布差異及主控因素

陶崇智，鄧 超，白國平，王大鵬，牛新杰，白建樸，鄭 妍

中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249

0 引言

巴西深水是近年來油氣勘探的熱點，在其兩個最重要的含油氣盆地——坎波斯盆地和桑托斯盆地的深水和超深水區(qū)都獲得了油氣的重大發(fā)現(xiàn)，桑托斯盆地深水區(qū)鹽下勘探取得的重大突破，是巴西近幾年油氣儲量的主要增長點，近期的重大發(fā)現(xiàn)包括Lula（先前稱為Tupi）油田（石油可采儲量8.78×108m3）和最大氣田——Jupiter氣田（天然氣可采儲量4813.81×108m3）[1]。

坎波斯盆地和桑托斯盆地為巴西東南海岸兩個相鄰的盆地。中間存在一個Cabo Frio隆起，它主要由火山巖組成，其上沉積巖層較薄，將坎波斯盆地和桑托斯盆地分隔為兩個相對獨立的盆地?？碧浇Y(jié)果表明，這兩個盆地既存在諸多相似性，又具有許多差異性。前人總結(jié)了兩個盆地的區(qū)域地質(zhì)特征和油氣地質(zhì)特征的共性和異性[2]，但缺乏對兩個盆地油氣分布特征差異性和主控因素的綜合分析。本次通過對盆地基底結(jié)構(gòu)、構(gòu)造-沉積演化、成藏條件、成藏組合和油氣分布特征差異的綜合分析，總結(jié)了兩個盆地油氣分布差異的主控因素，為兩個盆地未來的油氣勘探提供相互借鑒。

1 區(qū)域構(gòu)造和沉積演化對比

1.1 構(gòu)造演化特征

坎波斯盆地和桑托斯盆地為巴西東南海岸的兩個被動陸緣盆地（圖1），其形成和演化與岡瓦納大陸的解體有關(guān)。兩個盆地都經(jīng)歷了相同的4期構(gòu)造演化階段：1）裂前階段，2）歐特里夫期-早阿普特期同裂谷階段，3）晚阿普特期-早阿爾比期過渡階段，4）晚阿爾比期-現(xiàn)今被動陸緣演化階段[3]。

盡管區(qū)域上兩個盆地經(jīng)歷了相同的構(gòu)造演化階段，但盆地內(nèi)部的構(gòu)造-沉積演化特征具有明顯的差異性。其主要表現(xiàn)為3個方面：1）同裂谷期盆地基底結(jié)構(gòu)不同。南邊的桑托斯盆地為“兩隆夾一坳”的形態(tài)，東部發(fā)育了離岸較遠的基底隆起——圣保羅高地（圖2），整個盆地東西跨度500～600km。而北邊的坎波斯盆地發(fā)育了兩隆兩坳，東部未發(fā)育明顯的高地，東西跨度僅200km。桑托斯盆地東部發(fā)育的圣保羅高地是這兩個盆地基底差異性最明顯的標志。造成桑托斯盆地東部發(fā)育大規(guī)模基底隆起而坎波斯盆地不明顯的原因可能是桑托斯盆地裂前基底斷裂與區(qū)域拉張應(yīng)力方向呈斜交關(guān)系[6-7]。2）被動陸緣階段桑托斯盆地發(fā)生海岸山系隆升。受到地?；顒拥目刂?，桑托斯盆地海岸山系從晚白堊世開始逐漸隆升。海岸山系的隆升造成了水系的改道，從而導(dǎo)致了兩個盆地沉積演化的差異性[4，8]。3）鹽巖連續(xù)性的差異。兩個盆地在過渡階段都發(fā)育了一套蒸發(fā)巖沉積。蒸發(fā)巖的活動開始于阿爾比期，并持續(xù)至新近紀[9]。它的活動在盆地內(nèi)形成了兩個截然不同的構(gòu)造域：近岸的內(nèi)構(gòu)造域和遠岸的外構(gòu)造域（圖2）。內(nèi)構(gòu)造域100～200km寬，主要發(fā)育同向和反向（與地層區(qū)域的傾向相反）的正斷層。外構(gòu)造域在桑托斯盆地內(nèi)較寬，為100～400km，而在坎波斯盆地僅100km寬。主要的構(gòu)造包括一些尖頂褶皺、生長褶皺和逆斷層。另外，桑托斯盆地鹽構(gòu)造活動與坎波斯盆地相比較弱，鹽巖分布較連續(xù)，特別是在圣保羅高地之上，鹽層厚度可達2000m，鹽窗不發(fā)育。而坎波斯盆地鹽巖活動較強烈，因而鹽窗和鹽焊接很發(fā)育，鹽巖分布不連續(xù)。這主要是受坎波斯盆地陸架寬度的影響。事實上，坎波斯盆地陸架和陸坡的寬度比桑托斯盆地窄（圖1），因而坡度較大，導(dǎo)致鹽上層系容易向盆地方向滑塌，鹽上沉積物的滑塌作用就促進了坎波斯盆地內(nèi)鹽巖的強烈活動和變形。

1.2 沉積演化特征

坎波斯盆地和桑托斯盆地從同裂谷期至被動陸緣期沉積了相似的地層。同裂谷期（巴列姆期-早阿普特期）發(fā)育了湖相碎屑巖和湖相碳酸鹽巖；過渡期（阿普特期）發(fā)育了一套蒸發(fā)巖（由硬石膏和鹽巖組成）；被動陸緣初期（阿爾比期）發(fā)育了海相碳酸鹽巖沉積，晚期（土侖期-新生代）發(fā)育了海相碎屑巖沉積（圖3）。但是，被動陸緣層系的沉積特征明顯不同，白堊紀晚期，桑托斯盆地內(nèi)沉積了礫巖和砂巖，而北邊的坎波斯盆地在現(xiàn)今陸架部分未接收任何沉積并遭受了剝蝕。從古新世開始，坎波斯盆地的海岸線和相關(guān)相帶向盆地方向逐漸遷移，而桑托斯盆地的海岸線和相關(guān)相帶則向陸地一側(cè)逐漸遷移[10]，因此坎波斯盆地的古近系-新近系整體表現(xiàn)為一個進積層序，而桑托斯盆地的古近系-新近系整體表現(xiàn)為一個退積層序（圖3）。因此，坎波斯盆地的被動陸緣層系在垂向上表現(xiàn)為一個完整的退積-進積旋回，而桑托斯盆地正好相反，垂向上的特征為進積-退積旋回。

圖1 坎波斯盆地和桑托斯盆地地理位置圖Fig.1 The location map of Campos and Santos basins

圖2 坎波斯盆地和桑托斯盆地剖面對比圖（據(jù)文獻[4-5]修改）Fig.2 Cross-sections of Campos and Santos basins（modified from references[4-5]）

沉積格架的變遷與沉積物源的變遷密切相關(guān)。位于桑托斯盆地西北部的海岸帶馬爾（Serra do Mar）山系是主要的物源區(qū)，盡管當時全球海平面處于高位，充足的物源供給導(dǎo)致了陸架的前積，因此桑托斯盆地上白堊統(tǒng)上部為一砂巖為主的前積層系。但到了白堊紀晚期，河道因馬爾山系的隆升發(fā)生了改變，從而大大地改變了沉積物擴散樣式。此時，發(fā)育不久的與海岸線垂直的河流被南帕拉伊巴河襲奪[4，8]。河流襲奪是影響白堊紀末-新近紀盆地沉積演化的最重大事件，演化發(fā)育的南帕拉伊巴河（Paraíba do Sul River）更多的將沉積碎屑搬運至桑托斯盆地的北部和坎波斯盆地。結(jié)果坎波斯盆地的新生界為一套前積層系，濁積砂巖發(fā)育；而桑托斯盆地的新生界則為一套退積層系，濁積砂巖沒有坎波斯盆地那么發(fā)育。

坎波斯盆地新生界濁積砂巖為滑塌型濁積巖[11]。濁積巖發(fā)育分兩個階段：早期階段和晚期階段。早期階段沉積物供給速率小于相對海平面上升速率，由河流搬運的碎屑物首先沉積在陸架上，而形成三角洲沉積。此階段沉積物經(jīng)過陸架改造流呈席狀分布于陸架上。晚期階段由于沉積物供給速率大于相對海平面上升速率，導(dǎo)致沉積物向海逐漸發(fā)生進積。而坎波斯盆地的陸架較窄，可容空間較小，當沉積物進積至陸架邊緣位置時，坡度明顯增加，因而容易向海發(fā)生滑塌形成滑塌型濁積砂巖。由于這類滑塌型濁積砂巖經(jīng)歷了再次的搬運和分選，因此儲集性能非常好。上白堊統(tǒng)-新生界濁積砂巖是坎波斯盆地最重要的儲集層。

2 油氣成藏條件對比

2.1 烴源巖

坎波斯盆地僅發(fā)育了一套鹽下湖相烴源巖，為巴列姆階-阿普特階Lagoa Feia群，是一套非常優(yōu)質(zhì)的烴源巖。巖性主要為黑色頁巖，夾有碳酸鹽巖，厚度為100～300m，平均w（TOC）為2%～6%，最高達到9%，為Ⅰ型干酪根[12]。鏡質(zhì)組反射率和熱變指數(shù)表明，湖相頁巖在大部分地區(qū)均處于生油窗內(nèi)，而且未達到過成熟。

桑托斯盆地則發(fā)育了鹽下、鹽上兩套烴源巖。主力烴源巖為鹽下巴列姆階Guaratiba群湖相暗色頁巖，沉積時代和地化參數(shù)與Lagoa Feia群相似。烴源巖在凹陷區(qū)已處于過成熟階段。鹽上烴源巖為賽諾曼階-馬斯特里赫特階Itajai-Acu組深水海相頁巖。頁巖w（TOC）為1%～2.5%。有機質(zhì)類型為混合的Ⅱ型和Ⅲ型干酪根，以生油為主，但亦可生氣。在陸架區(qū)，賽諾曼階-土侖階層序的頂部烴源巖的Ro為0.5%～0.8%。在大陸斜坡深水區(qū)，基本處于主力生油窗階段。然而，在圣保羅高地的次級盆地內(nèi)仍未達到生油窗階段[13-14]。

2.2 儲集層

就儲層發(fā)育層系來看，坎波斯盆地與桑托斯盆地都發(fā)育有多套儲層，包括鹽下阿普特階介殼灰?guī)r、鹽上的上白堊統(tǒng)-新生界濁積砂巖和碳酸鹽巖儲集層。

但是，兩個盆地的主力儲層完全不同。坎波斯盆地的主力儲集層為上白堊統(tǒng)濁積砂巖、古新統(tǒng)-始新統(tǒng)濁積砂巖和漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)濁積砂巖。濁積砂巖儲層物性非常好，是坎波斯盆地的優(yōu)質(zhì)儲層。其中漸新統(tǒng)濁積砂巖通常為細粒長石砂巖，局部地區(qū)為礫質(zhì)砂巖，次圓，分選差-較好，孔隙度普遍為20%～30%，滲透率一般可達1000×10-3μm2。濁積砂巖可能分布于鹽運動形成的凹陷中，或者呈廣泛分布的席狀體展布。桑托斯盆地的主力儲層為鹽下阿普特階Guaratiba群湖相介殼灰?guī)r。介殼灰?guī)r發(fā)育于同裂谷階段晚期，并且主要發(fā)育在圣保羅高地之上。圣保羅高地為盆地內(nèi)的古隆起構(gòu)造，水體較淺，而且離物源區(qū)較遠，因而有利于顆粒碳酸鹽巖的發(fā)育。其中介殼灰?guī)r為有利的儲集層段，其沉積環(huán)境為濱淺海高能灘相環(huán)境，是由介殼化石經(jīng)過湖浪改造、搬運而在異地堆積而形成介殼灰?guī)r。雖然這套儲集層的現(xiàn)今埋深達5000m，但介殼灰?guī)r的原生粒間孔和孔洞仍然保存較好。這是由于上覆的鹽巖蓋層塑性強、熱導(dǎo)率高、地溫梯度降低，降低了鹽巖下部地層壓實程度，成巖作用減弱，因而儲集層內(nèi)的原生孔隙可以保持。在桑托斯盆地中，這套碳酸鹽巖儲集層的孔隙度可達到10%～20%，滲透率一般為50×10-3μm2以上。

2.3 油氣保存條件

坎波斯盆地和桑托斯盆地內(nèi)均發(fā)育過渡層系蒸發(fā)巖，但鹽構(gòu)造活動導(dǎo)致了這兩個盆地內(nèi)鹽巖的連續(xù)性差別較大。未發(fā)育鹽窗的連續(xù)性鹽巖遍及于桑托斯盆地的東南部，而類似的鹽巖僅分布于坎波斯盆地的東緣，分布范圍有限（圖4）。這種分布特點與鹽巖的后期活動有關(guān)。由于坎波斯盆地陸架和陸坡的寬度小，坡度較大，加上鹽上地層前積作用強，發(fā)育了滑塌型濁積砂巖，從而造成了鹽巖活動更加強烈，因此坎波斯盆地鹽焊接和鹽窗構(gòu)造比桑托斯盆地更加發(fā)育。這些鹽焊接和鹽窗的廣泛發(fā)育使得鹽巖之下湖相烴源巖生成的油氣垂向運移至鹽上的濁積砂巖有了可能，而且濁積砂巖內(nèi)部泥巖作為局部蓋層，因此形成濁積砂巖油氣藏。

圖3 坎波斯盆地和桑托斯盆地地層對比圖Fig.3 Stratigraphic columns of Campos and Santos basins

圖4 坎波斯盆地和桑托斯盆地蒸發(fā)巖分布特征圖Fig.4 Distribution of evaporites in Campos and Santos basins

桑托斯盆地內(nèi)廣泛分布的連續(xù)性鹽巖覆蓋于同裂谷層系之上，構(gòu)成了良好的區(qū)域蓋層，封蓋效果非常好，特別是圣保羅高地之上，巨厚的鹽層（約2000 m）阻止了油氣向上運移。桑托斯盆地坳陷與圣保羅高地之間發(fā)育了一條反向正斷層——卡布弗里烏（Cabo Frio）斷層，鹽層順斷層活動形成了垂直的鹽墻，阻礙了沉積物向海進積，同時鹽巖受上覆沉積負荷擠壓向海方向活動，因此圣保羅高地上分布了巨厚的鹽層[15]。

3 油氣分布特征及主控因素

3.1 油氣分布特征對比

區(qū)域上，坎波斯盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣田主要分布于蒸發(fā)巖不連續(xù)分布的鹽窗發(fā)育區(qū)。而在蒸發(fā)巖連續(xù)分布的區(qū)域內(nèi)，油氣田發(fā)現(xiàn)的個數(shù)較少（圖5）。這些鹽窗和鹽焊接是在鹽巖活動過程中鹽巖厚度減薄和撤退形成的，結(jié)果造成鹽上層系與鹽下層系發(fā)生溝通。當兩套層系中同時發(fā)育滲透性地層，油氣可以穿過鹽窗運移至鹽上層系中。除此之外，這些油氣田還可能受到基底斷裂的控制。油氣田分布于基底斷層附近，這些基底斷裂在被動陸緣演化階段經(jīng)歷了多期的構(gòu)造活化[16-17]，它們的再次活化為鹽下的油氣垂向運移提供了有利的通道。相反，桑托斯盆地中已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于鹽巖連續(xù)分布區(qū)域內(nèi)，占已發(fā)現(xiàn)油氣總儲量的77%，其余分布于鹽巖不連續(xù)區(qū)域。

層系上，坎波斯盆地內(nèi)的油氣主要分布于鹽上濁積砂巖中，即上白堊統(tǒng)濁積砂巖、古新統(tǒng)-始新統(tǒng)濁積砂巖和漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)濁積砂巖是主力儲集層，儲于這3套濁積砂巖的油氣儲量分別占盆地油氣總儲量的25.6%、13.2%和33.0%，總計71.8%。此外，下白堊統(tǒng)巴列姆階-阿普特階Lagoa Feia群介殼石灰?guī)r和阿爾比階Macae組碳酸鹽巖構(gòu)成了另外兩套重要的儲集層，其所儲油氣儲量分別占盆地油氣總儲量的16.1%和11.8%。桑托斯盆地內(nèi)的主力儲集層為鹽下的阿普特階Guaratiba群介殼灰?guī)r，其次是上白堊統(tǒng)和始新統(tǒng)濁積砂巖，儲于這些儲層中的油氣儲量分別占盆地油氣總儲量的77.7%、20.2%和2.1%。

圖5 坎波斯和桑托斯盆地油氣田分布圖Fig.5 Distribution map of oil and gas fields in Campos and Santos basins

圖6 坎波斯盆地Albacora油田剖面圖Fig.6 Cross section of Albacora oilfield in Campos basin

圖7 桑托斯盆地Lula-Jupiter油田剖面圖Fig.7 Cross section of Lula-Jupiter oilfield in Santos basin

從油氣藏特征來看，坎波斯盆地內(nèi)主要有構(gòu)造-巖性油氣藏和巖性油氣藏，構(gòu)造油氣藏較少。由于濁積砂巖是坎波斯盆地最重要的儲集層，構(gòu)造-巖性和巖性圈閉中儲集了盆地內(nèi)絕大部分的油氣儲量。如Albacora復(fù)合油田包含阿爾比階、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)油藏，這些油藏的總體構(gòu)造為一個發(fā)育于鹽枕之上的平緩的北東-南西走向背斜。始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)濁積砂巖儲層呈透鏡體被泥巖包裹而形成了構(gòu)造-巖性油氣藏和巖性油氣藏，其下的阿爾比階油藏則是上盤地層傾斜和斷層形成的構(gòu)造圈閉（圖6）。而桑托斯盆地內(nèi)以構(gòu)造-地層油氣藏為主。作為桑托斯盆地內(nèi)最重要的儲集層，鹽下湖相碳酸鹽巖分布于古隆起構(gòu)造上，而且其非均質(zhì)性較強、巖性變化較快，因此構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉在桑托斯盆地最為重要。如Jupiter氣田和Lula油田，油氣藏分布于鹽下層系的構(gòu)造高點位置，碳酸鹽巖儲層的非均質(zhì)性構(gòu)成了側(cè)向封閉性（圖7）。另外鹽上濁積砂巖儲層與坎波斯盆地類似。

3.2 油氣分布主控因素

區(qū)域蓋層控制油氣的層系分布 坎波斯盆地和桑托斯盆地內(nèi)發(fā)育的阿普特階蒸發(fā)巖將盆地內(nèi)的油氣田分為兩大類：鹽下油氣田（下白堊統(tǒng)）和鹽上油氣田（上白堊統(tǒng)-新生界）。油氣的層系分布主要受這套區(qū)域性蒸發(fā)巖蓋層控制，緊鄰區(qū)域蓋層之下的儲集層往往是油氣富集的層位。原因在于這種儲蓋組合的儲集巖物性良好，而且被有效蓋層直接覆蓋，形成有利的圈閉條件。

有利儲集帶和古隆起構(gòu)造控制鹽下層系油氣的區(qū)域分布 鹽巖分布較連續(xù)的桑托斯盆地的油氣主要富集于鹽下層系。已發(fā)現(xiàn)的鹽下油氣田中，鹽下阿普特階Guaratiba群湖相介殼灰?guī)r主要發(fā)育于桑托斯盆地東部深水區(qū)的圣保羅高地。目前發(fā)現(xiàn)的鹽下介殼灰?guī)r油氣田Lula油田、Jupiter氣田是鹽下油氣田的典型代表。

除介殼灰?guī)r儲層的展布外，控制鹽下油氣區(qū)域分布的另一主要因素為古隆起構(gòu)造。圣保羅高地在早阿普特期離大西洋兩岸較遠，因而陸源碎屑供應(yīng)較少。同時為一個古隆起地形，水體較淺，古隆起上有利于淺水碳酸鹽巖臺地的發(fā)育，沉積了介殼灰?guī)r儲層，所以圣保羅高地為鹽下有利的油氣聚集區(qū)。同時在圣保羅高地上的相對構(gòu)造高部位為油氣的聚集成藏提供了有利的構(gòu)造圈閉條件，Lula油田是這類古隆起構(gòu)造圈閉的典型代表。

鹽構(gòu)造活動和斷裂活動控制鹽上層系油氣的區(qū)域分布 鹽窗和鹽焊接較發(fā)育的坎波斯盆地油氣主要富集于鹽上層系中。鹽上油氣田在平面上主要分布于蒸發(fā)巖發(fā)育區(qū)之外或蒸發(fā)巖較薄的地區(qū)?？紤]到聚集于鹽上層系的油氣主要以垂向運移為主，鹽窗、鹽焊接的發(fā)育和基底斷裂的重新活動為鹽下油氣向上運移提供了垂向通道。因此，蒸發(fā)巖的后期活動和基底斷裂的活動被認為是控制油氣分布的主控因素。在蒸發(fā)巖連續(xù)分布的地區(qū)，鹽上油氣成藏的可能性很小。

4 結(jié)語

坎波斯盆地和桑托斯盆地地質(zhì)特征的相似性主要體現(xiàn)在以下3個方面：兩個盆地為同期發(fā)育的被動陸緣盆地，經(jīng)歷了相同的4期構(gòu)造演化階段，即裂前、同裂谷、過渡和被動陸緣演化階段；同裂谷期發(fā)育湖相碎屑巖和湖相碳酸鹽巖，過渡期發(fā)育區(qū)域性分布的蒸發(fā)巖，被動陸緣早期發(fā)育海相碳酸鹽巖沉積，被動陸緣晚期發(fā)育海相碎屑巖沉積；同裂谷期沉積的湖相頁巖烴源巖是兩個盆地的主力烴源巖。

盡管兩個盆地有著上述的相似性，但兩個盆地亦表現(xiàn)出明顯的差異性：晚白堊世海岸山系的隆升導(dǎo)致坎波斯盆地上白堊統(tǒng)為退積層序，新生界為進積層序，而桑托斯盆地上白堊為進積層序，新生界為退積層序?？膊ㄋ古璧貜娏饮}巖活動造成鹽窗比較發(fā)育，鹽下烴源巖生成的油氣向上運移至鹽上上白堊統(tǒng)-新生界濁積砂巖聚集成藏，其油氣可采儲量占盆地油氣總可采儲量的71.8%；桑托斯盆地蒸發(fā)巖厚度大，分布比較連續(xù)，是一套良好的區(qū)域性蓋層，鹽下烴源巖生成的油氣主要富集于鹽下下白堊統(tǒng)湖相介殼石灰?guī)r，其油氣可采儲量占盆地油氣總可采儲量的77.7%。

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