南美西緣前陸盆地油氣差異聚集及控制因素分析

馬中振，謝寅符，李 嘉，劉亞明，周玉冰，王丹丹

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

南美西緣前陸盆地油氣差異聚集及控制因素分析

馬中振，謝寅符，李 嘉，劉亞明，周玉冰，王丹丹

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

以IHS2009資料庫14個主要盆地4 400余個油氣藏資料為基礎(chǔ)，總結(jié)了南美西緣前陸盆地油氣聚集特征，并對油氣差異富集因素進行了分析，結(jié)果表明:(1)南美前陸盆地油氣具有明顯的分段性差異富集特征：①平面上油氣主要富集在北段盆地(可采儲量占總量85%)，中段(6.9%)和南段盆地(8.1%)油氣富集程度低；②縱向上北段盆地油氣富集在上部白堊系和第三系儲集層，中段盆地油氣富集在侏羅系以下儲集層，南段盆地富集在侏羅系和白堊系地層。(2)石油地質(zhì)特征的分段性是油氣差異聚集的主要控制因素：①烴源巖分段性發(fā)育決定油氣平面富集位置；②儲蓋組合發(fā)育層位的分段性決定油氣縱向富集層段。

油氣差異聚集；控制因素；前陸盆地；南美洲

南美西緣次安第斯山(Sub-Andeans)前陸盆地群是全球最重要的油氣富集帶之一[1-3]，該盆地群包括14個主要的前陸盆地(圖1)，14 個盆地總勘探面積 245×104km2。截至2009年底，該盆地群共采集2D地震測線 87×104km，3D地震 22.4×104km2，鉆探井14.5×104口，累計發(fā)現(xiàn)油氣可采儲量417×108t。2000—2009年間該盆地群平均每年發(fā)現(xiàn)的油氣可采儲量都在 1 900 ×104t以上，仍是世界上重要的油氣儲量增長區(qū)，同時該盆地群也是中國石油公司已有油氣區(qū)塊分布區(qū)，也是未來最有潛力的拓展區(qū)，因此亟需對西緣盆地群油氣分布規(guī)律進行系統(tǒng)總結(jié)，分析其控制因素，指出油氣勘探潛力區(qū)。

1 南美洲區(qū)域地質(zhì)特征

南美大陸主要由西部近南北走向的安第斯山脈和東部圭亞那—巴西—烏拉圭地盾組成[4-6](圖1)，可進一步細分為5個近南北走向的構(gòu)造區(qū)，由西向東依次為：弧前盆地區(qū)、安第斯山間盆地區(qū)、前陸盆地區(qū)、克拉通盆地區(qū)和被動陸緣盆地區(qū)，共發(fā)育沉積盆地107個，其中48個已經(jīng)證實是含油氣盆地。南美洲發(fā)育的沉積盆地可劃分為5種類型：弧前盆地、山間盆地、前陸盆地、克拉通盆地、被動邊緣盆地；平面上不同類型盆地也基本呈南北走向展布[6-8]。本文研究的前陸盆地群位于安第斯山脈東側(cè)，圭亞那—巴西—烏拉圭地盾西側(cè)，盆地群整體呈近南北向的“S型”展布(圖1)。

圖1 南美西緣前陸盆地平面展布及剖面演化特征

2 構(gòu)造和沉積演化特征

2.1 構(gòu)造演化

南美西緣前陸盆地演化總體上可概括為從古生代克拉通邊緣盆地到中生代(三疊紀—早白堊世)裂谷盆地，再到中新生代(晚白堊世—第三紀)前陸盆地3個演化階段[3,9-12]，但不同盆地具體經(jīng)歷的演化階段有差異。根據(jù)這種演化的差異性，平面上可以將前陸盆地群劃分為3段：北段包括東委內(nèi)瑞拉、馬拉開波、巴里納斯—阿普爾、亞諾斯、普圖馬約—奧連特、馬拉農(nóng)等6個盆地，中段包括烏卡亞利、瑪?shù)氯R德迪奧斯、本利和查考等4個盆地，南段包括庫約、內(nèi)烏肯、圣喬治、澳大利亞等4個盆地。南段和北段盆地主要經(jīng)歷裂谷盆地和前陸盆地演化階段；中部盆地則主要經(jīng)歷克拉通陸緣盆地和前陸盆地階段(圖1)。從圖1典型盆地剖面上可以看出，北段和南段盆地主要發(fā)育三疊系、侏羅系、白堊系和第三系地層，很少發(fā)育古生界地層，中段盆地則主要發(fā)育古生界、白堊系和第三系地層[3]。盆地構(gòu)造演化分段性是盆地沉積演化分段性及石油地質(zhì)特征分段性的基礎(chǔ)。

2.2 沉積演化

南美西緣沉積演化整體上是由古生代海相沉積向中—新生代陸相沉積轉(zhuǎn)變，期間發(fā)生了2次重要的海侵[13]，第一次發(fā)生在古生代，此時太平洋海水從南美大陸西緣中段由西向東侵入，海侵向北波及到馬拉農(nóng)盆地，向南波及到查考盆地以南地區(qū)(圖2a)；第二次海侵發(fā)生在中生代白堊紀，白堊紀早期海水從北部加勒比海和南部太平洋向南美大陸中部侵入，南部地區(qū)在早白堊世晚期達到最大海侵(圖2b)，北部地區(qū)則在晚白堊世達到最大海侵(圖2c)，此次海侵范圍、規(guī)模遠超第一次海侵，尤其是北段的東委內(nèi)瑞拉、馬拉開波、亞諾斯和馬拉農(nóng)盆地。2次海侵平面波及范圍差異明顯，第一次海侵主要波及中段盆地群，第二次海侵則主要波及北段和南段盆地群。2次大規(guī)模的海侵形成2套高品質(zhì)的海相泥頁巖，這也是西緣前陸盆地最重要的2套烴源巖，沉積演化的分段性直接決定了盆地石油地質(zhì)特征的分段性。

3 油氣差異富集規(guī)律

以IHS2009數(shù)據(jù)庫資料為基礎(chǔ)，對南美西緣前陸盆地油氣進行整體分析，挑選了14個主要油氣發(fā)現(xiàn)盆地(盆地位置見圖1)，以這14個前陸盆地4 400余個已發(fā)現(xiàn)油氣藏的儲量數(shù)據(jù)、油藏儲集層層位數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，對南美西緣前陸盆地油氣平面展布和縱向展布規(guī)律進行分析。

3.1 平面差異聚集

南美西緣前陸盆地群內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量油氣資源，不同盆地間油氣富集程度差異很大。目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要富集在北段盆地群內(nèi)，共發(fā)現(xiàn)油氣可采儲量354.3×108t，占南美西緣前陸盆地群總可采儲量85%；中段盆地群僅發(fā)現(xiàn)油氣可采儲量28.7×108t，占油氣總可采儲量6.9%；南部盆地群共發(fā)現(xiàn)油氣可采儲量33.7×108t，占油氣總可采儲量8.1%(圖3)。

圖2 南美西緣2次主要的海侵據(jù)參考文獻[13]修改。

圖3 南美西緣前陸盆地油氣平面—縱向差異富集特征

3.2 縱向差異聚集

縱向上，不同區(qū)域盆地油氣富集層位也具有明顯的分段性特征：北段盆地群油氣主要富集在白堊系和第三系儲集層中；中段盆地群油氣富集層位相對較老，主要為泥盆系，此外石炭系和二疊系也有少量油氣發(fā)現(xiàn)；南段盆地群油氣則主要富集在侏羅系和白堊系儲集層(圖3)。

4 主控因素分析

4.1 烴源巖分段性發(fā)育控制油氣平面富集位置

4.1.1 烴源巖品質(zhì)

南美西緣前陸盆地群主要發(fā)育古生界和中生界2套海相泥頁巖烴源巖。平面上這2套烴源巖展布具有明顯的分段性：北段盆地主要發(fā)育白堊系海相烴源巖，其厚度中等，TOC含量高(表1)；中段盆地則主要發(fā)育泥盆系、石炭系到二疊系海相烴源巖[9-11]；南段盆地主要發(fā)育侏羅系海相烴源巖層。整體上前陸盆地群烴源巖發(fā)育具有“中段盆地群老，南北兩側(cè)盆地新”的分段性特點(圖4)。烴源巖展布分段性特征與前陸盆地構(gòu)造演化和沉積演化分段性相關(guān)，南美西緣前陸盆地經(jīng)歷了2次重大的海侵形成2套烴源巖，由于第一次海侵波及中段盆地，因此中段盆地主要發(fā)育古生界烴源巖；而第二次中生代海侵主要波及南段和北段盆地區(qū)，而南段盆地群海侵時間要早于北段盆地群，因此南段盆地群主要發(fā)育下中生界烴源巖，而北段盆地則主要發(fā)育上中生界烴源巖。海侵規(guī)模的大小、持續(xù)時間長短直接決定了其形成的海相烴源巖品質(zhì)的高低。海侵持續(xù)時間長、影響范圍廣、海侵水體深的盆地?zé)N源巖厚度大、有機質(zhì)品質(zhì)好，反之則差。由于第二次海侵在北段盆地區(qū)波及范圍廣、持續(xù)時間長，因此北段盆地群烴源巖品質(zhì)明顯好于南段和中段盆地。烴源巖品質(zhì)好，生成的油氣多，油氣資源潛力大。因此北段盆地群內(nèi)油氣富集程度要遠高于中段和南段盆地。

表1 南美西緣主要前陸盆地?zé)N源巖發(fā)育特征

圖4 南美西緣前陸盆地?zé)N源巖縱向發(fā)育特征

4.1.2 烴源巖成熟時間

南美前陸盆地?zé)N源巖成熟演化總體上具有“中段盆地生烴早、南北盆地生烴晚”的特點。北段盆地基本上都在早中新世就進入生油窗開始生烴，在新近紀晚期進入生油高峰期，并持續(xù)到現(xiàn)今[12-13]。中段盆地進入生油窗時間則普遍較早，烏卡亞利盆地在早白堊世晚期就進入生油窗開始生烴，在中新世時期達到生油高峰；瑪?shù)氯R德迪奧斯盆地和本利盆地在三疊紀進入生油窗開始生烴，在侏羅紀進入生油高峰；查考盆地則在石炭紀就達到生油門限開始生烴，并在三疊紀達到生烴高峰期。南段盆地群進入生油窗時間要晚于中段盆地早于北段盆地，庫約盆地進入生烴門限時間相對較晚，大約在漸新世時進入生烴門限開始生烴；內(nèi)烏肯盆地和圣喬治盆地在早白堊世早期就進入生油窗[10]；而最南端的澳大利亞盆地則在晚白堊世進入生油窗，在始新世達到生油高峰。

從上面分析可見，北段盆地成熟排烴時間要遠晚于中段和南段盆地，即“晚成藏”，而南美西緣前陸盆地在晚白堊世到古近紀是強烈的安第斯造山運動時期，晚成藏意味著形成的油氣藏躲過后期構(gòu)造運動破壞的幾率就大，有利于油氣藏的保存。

4.2 儲蓋組合發(fā)育分段性決定油氣縱向富集層段

4.2.1 儲集層層位發(fā)育分段性

儲集層發(fā)育包括兩方面內(nèi)容：儲集層發(fā)育層位和儲集層發(fā)育品質(zhì)。發(fā)育層位直接決定盆地油氣富集的層位，而儲集層發(fā)育品質(zhì)則決定儲集層的儲油能力。通過對南美西緣14個盆地的主要儲集層發(fā)育層位、發(fā)育品質(zhì)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，整體上盆地主力儲集層發(fā)育具有“中段盆地層位老、南北兩側(cè)盆地層位新”的特點(表2)。北段盆地主要發(fā)育較為年青的新近系、古近系和白堊系儲集層，向南到了中段盆地其儲集層主要為二疊系、石炭系和泥盆系，再向南儲集層又變?yōu)橐园讏紫岛唾_系為主。發(fā)育層位決定了北段盆地油氣主要富集在新近系、古近系和白堊系中，中段盆地主要富集在泥盆系，南段盆地主要富集在侏羅系和白堊系中。

4.2.2 儲蓋組合發(fā)育分段性

前陸盆地構(gòu)造演化比較復(fù)雜，通常都會發(fā)育多套儲蓋組合[5-16]。在區(qū)域地質(zhì)、盆地演化以及盆地含油氣系統(tǒng)要素特征綜合研究的基礎(chǔ)上，本文以“含油氣儲集層為核心”[17-19]，對南美西緣前陸盆地成藏組合進行劃分。

南美前陸盆地整體上可以劃分出4大套成藏組合，即：第三系、白堊系、侏羅—三疊系和古生界成藏組合(圖5)。(1)第三系成藏組合主要發(fā)育于北部前陸盆地，烴源巖為白堊系海相泥頁巖；第三系濁積砂巖為儲集層，蓋層為層間泥頁巖，屬下生上儲型成藏組合；(2)白堊系成藏組合是南美洲前陸盆地中發(fā)育最為廣泛的成藏組合。下白堊統(tǒng)湖相泥頁巖為該組合烴源巖，白堊系濁積砂巖和碳酸鹽巖為儲集層，蓋層主要為第三系的泥頁巖層，屬自生自儲型成藏組合；(3)侏羅—三疊系成藏組合主要發(fā)育在中部前陸盆地，該組合以古生界海相泥巖為烴源巖，以侏羅—三疊系的砂巖為儲集層，蓋層為層間泥頁巖，屬下生上儲型成藏組合；(4)古生界成藏組合以古生界內(nèi)部的砂巖儲集層為核心，以古生界內(nèi)部的湖相泥頁巖層為烴源巖層，以層間泥頁巖層為蓋層，形成自生自儲自蓋型成藏組合，主要發(fā)育在南美中部盆地中。儲蓋組合的分段性發(fā)育特征決定了北段盆地油氣主要富集在白堊系和第三系，中部盆地油氣主要富集在泥盆系，南部盆地油氣主要富集在侏羅系和白堊系。

表2 南美西緣主要前陸盆地儲集層物性參數(shù)

注：表中數(shù)字意義：最小值～最大值(平均值)。

圖5 南美洲西緣前陸盆地成藏組合縱向發(fā)育特征

4.3 油氣分段性差異分布的原因

“生、儲、蓋、圈、運、?！笔菦Q定盆地油氣富集的6大地質(zhì)要素，單列每一種要素對油氣富集成藏都具有決定性的意義。但就南美西緣前陸盆地而言，油氣平面上差異性聚集首先源于盆地構(gòu)造演化與沉積演化的分段性而導(dǎo)致的“烴源巖”平面和縱向展布的分段性。北段盆地經(jīng)歷的第二次大規(guī)模海侵其波及范圍廣、持續(xù)時間長，使得北段盆地的中生界烴源巖品質(zhì)要明顯好于中段和南段盆地，因此北段盆地成藏基礎(chǔ)條件要好于其他盆地。其次烴源巖成熟時間上，北段盆地?zé)N源巖一般在第三紀中后期成熟排烴，要遠晚于中段和南段盆地，而南美西緣前陸盆地在晚白堊世—古近紀是強烈的安第斯造山運動時期，因此北段盆地的油氣藏躲過后期構(gòu)造運動破壞的幾率就大，有利于油氣藏的保存。此外北段盆地主力儲集層為第三系和白堊系，主力成藏組合也是第三系和白堊系成藏組合，這眾多因素都有利于北段盆地的油氣富集及保存，因此導(dǎo)致西緣前陸盆地油氣平面上主要富集在北段盆地。 縱向上看，由于儲集層發(fā)育層位及儲蓋組合發(fā)育的分段性特征，使得不同區(qū)域盆地油氣縱向上也出現(xiàn)差異性富集。由此可見，盆地構(gòu)造演化和沉積演化的分段性決定了盆地?zé)N源巖發(fā)育的分段性、成熟演化的分段性、儲集層層位發(fā)育的分段性、儲蓋組合發(fā)育的分段性，而盆地石油地質(zhì)特征的分段性則最終決定了南美西緣前陸盆地油氣平面和縱向上的差異性富集。

5 結(jié)論

(1)南美西緣前陸盆地油氣具有明顯的差異性聚集特征：平面上油氣主要富集在北段盆地，中段和南段盆地較少；縱向上北段盆地主要富集在上部第三系和白堊系地層，中段和南段則富集在下部古生界及中生界老地層中。

(2)烴源巖和儲蓋組合發(fā)育的分段性是南美西緣前陸盆地油氣差異性分布的主要因素：烴源巖發(fā)育層位、品質(zhì)的分段性決定油氣平面富集位置，儲蓋組合發(fā)育層位決定油氣縱向富集層位。

(3)根據(jù)油氣分布規(guī)律及控制因素分析，南美西緣北段盆地油氣勘探應(yīng)重點關(guān)注白堊系和第三系，中段盆地則應(yīng)側(cè)重泥盆系地層，南段盆地則以侏羅系和白堊系為主要勘探目的層。

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(編輯 徐文明)

Hydrocarbon differential accumulation of foreland basins in western South America and its controlling factors

Ma Zhongzhen, Xie Yinfu, Li Jia, Liu Yaming, Zhou Yubing, Wang Dandan

(Research Institute of Petroleum Exploration & Development, CNPC, Beijing 100083, China)

In order to study the hydrocarbon differential accumulation of the foreland basins in the western South America and its controlling factors, we collected over 4 400 data of 14 foreland basins within IHS2009 database. Several conclusions were made as followed. (1) The foreland basins have distinct segmental accumulation characters. Hydrocarbon mainly accumulated in the north, accounting for 85% of total recoverable reserve, while in the center and south, only 6.9% and 8.1%, respectively. Vertically, hydrocarbon mainly distributes in the Upper Cretaceous and Tertiary reservoirs in the north, below Jurassic in the center, and in Jurassic and Cretaceous in the south. (2) The segmental features of petroleum geology controlled the differential accumulation of hydrocarbon. The segmental development of source rocks determined the plane enrichment of oil and gas. The segmental development of reservoirs and cap rocks controlled the vertical distribution of hydrocarbon.

hydrocarbon differential accumulation; controlling factor; foreland basin; South America

1001-6112(2014)05-0597-08

10.11781/sysydz201405597

2013-08-10；

2014-07-03。

馬中振(1980—)，男，博士，高級工程師，從事石油地質(zhì)綜合研究。E-mail: mazhongzhen@petrochina.com.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05028)、中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項 (2013E-0501)和中國石油天然氣集團公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目(2014D-0906)資助。

TE 121

A