巴西桑托斯盆地含油氣系統(tǒng)劃分與評(píng)價(jià)

鄧 超，白國(guó)平，仲米虹，鄒建紅，劉君蘭，張明輝

（1中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心）（3中國(guó)石油冀東油田公司南堡油田；4中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

1 概 況

桑托斯盆地是巴西的重要油氣產(chǎn)地。近年來(lái)，盆地內(nèi)的深水區(qū)鹽下勘探取得的重大突破包括最大的油田如Lula油田 （以前稱為T(mén)upi油田）（可采油當(dāng)量11.35×108m3）、Franco油田（可采油當(dāng)量10.3×108m3）和Libra油田（可采油當(dāng)量9.27×108m3）［1］。 截至2012年2月，桑托斯盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)油氣田67個(gè)，探明和控制石油（包括凝析油）儲(chǔ)量47.2×108m3，天然氣儲(chǔ)量1.6×1012m3［1］。在已發(fā)現(xiàn)的這些油氣田中，可采儲(chǔ)量大于0.8×108m3油當(dāng)量的大型油氣田有11個(gè)，其中有7個(gè)分布于圣保羅高地，另外2個(gè)分布于北部坳陷區(qū)，2個(gè)分布于陸坡區(qū)（圖1）。區(qū)域上，桑托斯盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量絕大部分分布于圣保羅高地，這得益于它周圍有大面積提供充足油源的生烴坳陷和高地中有以優(yōu)質(zhì)湖相碳酸鹽巖為主的儲(chǔ)層。

許多學(xué)者曾對(duì)桑托斯盆地的油氣成藏條件進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，并對(duì)油氣分布規(guī)律以及鹽上和鹽下各自的成藏特征形成了一定的認(rèn)識(shí)［2－5］，但是對(duì)盆地的含油氣系統(tǒng)方面仍缺乏整體的研究。本文采用含油氣系統(tǒng)研究方法，在詳細(xì)分析成藏條件的基礎(chǔ)上，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的油氣田進(jìn)行含油氣系統(tǒng)劃分和評(píng)價(jià)，并分析各含油氣系統(tǒng)的勘探潛力，進(jìn)而預(yù)測(cè)了有利區(qū)。通過(guò)這樣的含油氣系統(tǒng)分析，旨在為下一步油氣勘探方向提供參考。

2 構(gòu)造沉積特征

桑托斯盆地為典型的被動(dòng)陸緣盆地，經(jīng)歷了裂前、同裂谷、過(guò)渡和被動(dòng)陸緣4個(gè)構(gòu)造演化階段［6］。與之相對(duì)應(yīng)，整個(gè)盆地發(fā)育了前白堊系基底、下白堊統(tǒng)歐特里夫階—下阿普特階火山巖和湖相碎屑巖、中—上阿普特階湖相碳酸鹽巖 （由介殼石灰?guī)r和疊層石組成）和蒸發(fā)巖（由硬石膏和鹽巖組成），以及下白堊統(tǒng)阿爾布階海相碳酸鹽巖和上白堊統(tǒng)賽諾曼階—新生界海相碎屑巖和碳酸鹽巖（圖2）。區(qū)域上，北東向的基底斷層控制了盆地內(nèi)的構(gòu)造走向。垂直構(gòu)造走向，由西向東依次為陸架區(qū)、陸坡區(qū)和圣保羅高地，它們沿北東向呈條帶狀分布（圖1），在剖面上則形成了“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局。這種隆坳相間的構(gòu)造從根本上控制了盆地內(nèi)油氣的形成和分布。

圖1 桑托斯盆地油氣田分布圖

圖2 桑托斯盆地地層綜合柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［1］修改）

3 油氣成藏條件

3.1 烴源巖特征

桑托斯盆地以下白堊統(tǒng)阿普特階Ariri組蒸發(fā)巖作為分隔層，主要存在鹽下和鹽上兩套烴源巖層：分別為下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相暗色頁(yè)巖和上白堊統(tǒng)Frade群Itajai-Acu組深海相頁(yè)巖（圖2）。其中鹽下的Guaratiba群烴源巖是盆地中最重要的油氣來(lái)源。

3.1.1 下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相暗色頁(yè)巖

Guaratiba群的沉積時(shí)代為歐特里夫期—阿普特期，其中的下白堊統(tǒng)巴雷姆階Picarras組湖相暗色頁(yè)巖是桑托斯盆地的主力烴源巖，也是一套非常優(yōu)質(zhì)的生油巖（圖2）。巖性主要為暗色頁(yè)巖，夾有碳酸鹽巖，厚度為100～300m，沉積于同裂谷期湖相環(huán)境。有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)碳含量(TOC)平均為2%～6%，最高達(dá)到9%。干酪根類型主要為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)成分由藻類和細(xì)菌類的高脂物質(zhì)組成，富含有機(jī)質(zhì)的層位平均含有90%的無(wú)定形有機(jī)質(zhì)［7］。烴源巖成熟度因地而異。這套鹽下烴源巖在陸架區(qū)埋深達(dá)7～8km，已處于過(guò)成熟階段；而據(jù)Joyes等人［8］的盆地模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在陸坡區(qū)，這套鹽下烴源巖的成熟度目前處于未成熟—過(guò)成熟階段。

3.1.2 上白堊統(tǒng)Itajai-Acu組深海相黑色頁(yè)巖

Itajai-Acu組的沉積時(shí)代為土倫期—馬斯特里赫特期。土倫期的廣泛缺氧事件導(dǎo)致桑托斯盆地發(fā)育了一套深海相黑色頁(yè)巖［9］。該黑色頁(yè)巖沉積于海侵期的深海環(huán)境，富含有機(jī)質(zhì)，是桑托斯盆地鹽上層系中的主要烴源巖。這套烴源巖主要存在于Itajai-Acu組的底部（圖2），有機(jī)碳含量為1%～2.5%；干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ混合型，有機(jī)質(zhì)由無(wú)定型組分和腐殖型組分組成，以生油為主，但也可生氣。其分布范圍主要在盆地的中部坳陷、南部坳陷、或Avedis次盆中，而北部坳陷中沉積的烴源巖因在晚土倫期遭受剝蝕而缺失。在陸架區(qū)，賽諾曼階—土倫階層序的頂部烴源巖的Ro為0.5%～0.8%；在水深較大的陸坡區(qū)，烴源巖仍處于主力生油窗階段；在圣保羅高地上卻未達(dá)到生油窗［9］。

3.2 儲(chǔ)集層特征

桑托斯盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣分布于下白堊統(tǒng)—新生界的多套儲(chǔ)集層中，包括下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖、上白堊統(tǒng)Ilhabela段深海相濁積砂巖、新生界Marambaia組內(nèi)的濁積砂巖和下白堊統(tǒng)Guaruja組淺海相顆粒石灰?guī)r。除了Guaratiba群湖相碳酸鹽巖為鹽下儲(chǔ)集層外，其余的都為鹽上儲(chǔ)集層。

3.2.1 下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖

Guaratiba群中的碳酸鹽巖是桑托斯盆地最重要的儲(chǔ)集層，盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的11個(gè)大型油氣田都是以這套鹽下碳酸鹽巖為儲(chǔ)集層，它們的總可采儲(chǔ)量超過(guò)了50.3×108m3油當(dāng)量［1］，其中包括盆地內(nèi)最大油田——Lula油田、Franco油田和Libra油田等。該碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育于下白堊統(tǒng)巴雷姆階—阿普特階Itapema組和Barra Velha組中（圖2）。 Itapema組的巖性為介殼石灰?guī)r，沉積于湖相環(huán)境，含有大量的貝殼類化石（以斧足類和瓣鰓類為主）,含量可高達(dá)95%；Barra Velha組的巖性為疊層石灰?guī)r，發(fā)育于超咸水環(huán)境，表明此時(shí)海水開(kāi)始入侵，水體鹽度明顯增加。根據(jù)最新測(cè)井資料，儲(chǔ)集層的孔隙度為10%～11%［10］。平面上，介殼石灰?guī)r和疊層石灰?guī)r主要分布于圣保羅高地上，因?yàn)樵谕压绕谑ケＡ_高地離物源遠(yuǎn)，并且水體較淺，有利于碳酸鹽巖臺(tái)地的發(fā)育。

3.2.2 上白堊統(tǒng)Ilhabela段深海相濁積砂巖

土倫階Ilhabela段濁積砂巖儲(chǔ)層分布于Itajai-Acu組的底部，與該組深海相黑色頁(yè)巖為同時(shí)代沉積（圖2），并且是桑托斯盆地內(nèi)第二重要的儲(chǔ)集層，亦是盆地內(nèi)最大氣田——Mexilhao氣田（圖1）的儲(chǔ)集層 （氣田的天然氣可采儲(chǔ)量達(dá)2297.6×108m3）。Ilhabela段濁積巖儲(chǔ)集層由細(xì)—粗粒碎屑、分選中—差的塊狀砂巖組成，在Merluza氣田中，4 700 m埋深處砂巖的平均孔隙度為21%，4 900 m埋深處的平均孔隙度為16%［10］；儲(chǔ)集層的原生孔隙保存較好，對(duì)應(yīng)兩個(gè)埋深的平均滲透率分別為15×10-3μm2和1.5×10-3μm2，厚度均可達(dá)60 m。 受陸上物源供應(yīng)的影響，該套儲(chǔ)層主要分布于盆地的中部和北部；盆地西南部因缺乏碎屑物質(zhì)的供應(yīng)而以沉積泥巖為主。

3.2.3 新生界Marambaia組內(nèi)的深海相濁積巖

Marambaia組為一套厚層的深海相泥頁(yè)巖夾濁積砂巖沉積，橫向上漸變?yōu)镮guape組淺海相碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，沉積時(shí)代跨整個(gè)新生代（圖2）。儲(chǔ)集層段為被頁(yè)巖和泥巖包裹的濁積砂巖。始新統(tǒng)層段中發(fā)育了濁積巖，但是僅分布于陸坡區(qū)的上部，砂體規(guī)模較小，因此儲(chǔ)量規(guī)模亦較小。但是，中新統(tǒng)的濁積砂巖可能延伸至陸坡區(qū)的較深處，特別是在盆地深水區(qū)存在的濁積砂巖復(fù)合體，可能是重要的儲(chǔ)層。

3.2.4 下白堊統(tǒng)Guaruja組淺海相顆粒石灰?guī)r

下白堊統(tǒng)阿爾布階Guaruja組（圖2）淺海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層由鮞粒石灰?guī)r和核形石顆粒石灰?guī)r組成，沉積于淺灘環(huán)境，平面上主要分布于盆地的中部和西南部。儲(chǔ)集層在垂向上的非均質(zhì)性比較強(qiáng)，儲(chǔ)集層的平均厚度為30m。這套儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量有限，僅分布在盆地的西南部。

4 含油氣系統(tǒng)的劃分與評(píng)價(jià)

桑托斯盆地發(fā)育了下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)兩套烴源巖。根據(jù)從源巖到圈閉的系統(tǒng)論原則，可將桑托斯盆地劃分為兩個(gè)含油氣系統(tǒng)：下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)和上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)。現(xiàn)以生烴灶為中心，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)的油氣藏和鉆井資料，來(lái)確定含油氣系統(tǒng)的最大范圍。

4.1 下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)是桑托斯盆地內(nèi)最重要的含油氣系統(tǒng)，其源巖為早白堊世同裂谷期沉積的Guaratiba群湖相頁(yè)巖，儲(chǔ)集層為下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖、下白堊統(tǒng)阿爾布階Guaruja組碳酸鹽巖和上白堊統(tǒng)土倫階Ilhabela段濁積巖，蓋層包括阿普特階Ariri組區(qū)域性蒸發(fā)巖、阿爾布階—塞諾曼階Itanhaem組泥灰?guī)r和土倫階—馬斯特里赫特階Itajai-Acu組頁(yè)巖（圖3）。

圖3 桑托斯盆地下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)事件

烴源巖于早白堊世阿爾布期開(kāi)始生油，可能從晚白堊世的早期就已經(jīng)進(jìn)入過(guò)成熟階段，現(xiàn)仍處于過(guò)成熟期。油氣生成期從阿爾布期一直持續(xù)到晚白堊世土倫期。由于生烴灶主要分布于北部坳陷、中部坳陷、南部坳陷、鹽底辟和微盆區(qū)以及Avedis次盆中（圖4），由它們生成的油氣分別向陸架區(qū)和圣保羅高地發(fā)生運(yùn)移。但不同的是，陸架區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于鹽上層系，而圣保羅高地上發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于鹽下層系（圖2，圖4）。

因此可以根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的油氣與蒸發(fā)巖的關(guān)系，將下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)劃分為兩個(gè)成藏組合：鹽下成藏組合和鹽上成藏組合。

鹽下成藏組合 分布于盆地東南部的圣保羅高地，該區(qū)的成藏條件及其配置關(guān)系非常優(yōu)越，并且是桑托斯盆地中最有利的成藏組合。因圣保羅高地緊鄰坳陷中的生烴灶(圖4），油源充足；儲(chǔ)集層為Guaratiba群湖相碳酸鹽巖，碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能保存較好，特別是構(gòu)造高點(diǎn)部位，發(fā)育了儲(chǔ)集性能好的介殼灰?guī)r和疊層石；另外蒸發(fā)巖作為區(qū)域性蓋層，分布比較連續(xù)，封閉性非常好。油氣主要沿著滲透性巖層側(cè)向運(yùn)移至地層—構(gòu)造圈閉中聚集成藏。因此圣保羅高地鹽下碳酸鹽巖儲(chǔ)層是桑托斯盆地最有利的油氣富集區(qū)。

圖4 桑托斯盆地下白堊統(tǒng)烴源巖分布及含油氣系統(tǒng)分布圖

鹽上成藏組合 主要分布于盆地的陸坡區(qū)，離生烴灶也很近（圖4），油源也比較充足；儲(chǔ)集層為Guaruja組碳酸鹽巖和Ilhabela段濁積巖；蓋層為Itanhaem組泥灰?guī)r和Itajai-Acu組頁(yè)巖，但缺乏區(qū)域性蓋層。油氣必須沿著切割蒸發(fā)巖的斷層或鹽窗，垂向運(yùn)移至鹽上層系中［11］。由于鹽上斷層受鹽巖活動(dòng)的影響，它們?cè)谕戆讏资馈沤o(jì)期間可能發(fā)生了多次的重新活動(dòng)［12］，會(huì)造成斷層重新開(kāi)啟，從而使得早先聚集的油氣藏發(fā)生溢散和破壞。因此該成藏組合中的油氣藏規(guī)模不是很大，即便油氣被保存下來(lái)，也只是代表它們未被構(gòu)造活動(dòng)完全破壞。因此陸坡區(qū)的成藏條件不如圣保羅高地的理想。

4.2 上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)

上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)是桑托斯盆地內(nèi)第二重要的含油氣系統(tǒng)。烴源巖為上白堊統(tǒng)土倫階—馬斯特里赫特階Itajai-Acu組深海相黑色頁(yè)巖，儲(chǔ)集層為土倫階Ilhabela段濁積巖和新生界Marambaia組內(nèi)的濁積巖，蓋層為Itajai-Acu組頁(yè)巖和Marambaia組頁(yè)巖（圖5）。

油氣的生成始于中新世，一直持續(xù)至今，生油高峰發(fā)生于晚中新世，生成的油氣可能沿著斷層運(yùn)移至上覆的上白堊統(tǒng)—新生界濁積巖儲(chǔ)集層中。這套含油氣系統(tǒng)的油氣主要分布于盆地的東北部（圖6），西南部?jī)H有少量油氣發(fā)現(xiàn)。原因在于盆地東北部發(fā)育了較好的濁積巖儲(chǔ)層，而盆地西南部砂巖儲(chǔ)層不發(fā)育。

需要指出的是，上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣潛力有限，因?yàn)槠湓磶r的成熟度相對(duì)較低。然而，在陸坡區(qū)，隨著埋深的增加，油氣潛力也隨之增大，但其中存在的風(fēng)險(xiǎn)則是有效儲(chǔ)集層是否發(fā)育。

4.3 含油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)比上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)具備更加優(yōu)異的成藏條件，這主要體現(xiàn)在下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)發(fā)育了更優(yōu)質(zhì)的烴源巖和蓋層條件。優(yōu)質(zhì)的烴源巖為鹽下圈閉提供了充足的油氣來(lái)源，而且一套區(qū)域性蒸發(fā)巖蓋層將這些油氣封堵在鹽下層系中，為油氣在鹽下富集成藏提供了保障。圈閉的形成時(shí)間均早于油氣運(yùn)移高峰，也保證了油氣藏未被破壞。而上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的烴源巖成熟度較低，導(dǎo)致了油氣豐富程度較低。因此，盆地中的下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)最為重要。

圖5 桑托斯盆地上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)事件

圖6 桑托斯盆地上白堊統(tǒng)烴源巖分布及含油氣系統(tǒng)分布圖

兩大含油氣系統(tǒng)的成藏條件差異，在已發(fā)現(xiàn)油氣的儲(chǔ)量分布上獲得了證實(shí)。

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，占油氣總儲(chǔ)量的90.6%。其中由Guaratiba群組成的鹽下成藏組合的油氣儲(chǔ)量占油氣總儲(chǔ)量的80.4%，而由Guaruja組和Ilhabela段組成的鹽上成藏組合的油氣儲(chǔ)量?jī)H占油氣總儲(chǔ)量的10.2%（表1）。上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量有限，僅占油氣總儲(chǔ)量的9.4%（表1）。

就儲(chǔ)層而言，下白堊統(tǒng)Guaratiba群碳酸鹽巖是最重要的儲(chǔ)集層，其次是上白堊統(tǒng)土倫階Ilhabela段和新生界Marambaia組內(nèi)濁積巖，再其次是下白堊統(tǒng)阿爾布階碳酸鹽巖，這些儲(chǔ)層中的油氣儲(chǔ)量分別占盆地油氣儲(chǔ)量的80.4%、15.7%、2.0%和1.9%（表1）。

表1 桑托斯盆地油氣儲(chǔ)量的層系分布

5 油氣分布主控因素

5.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層和古高地控制了鹽下油氣的分布

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣絕大部分富集于鹽下的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中。上覆鹽巖作為一套區(qū)域性蓋層將油氣封堵在鹽巖之下，因此鹽下層系油氣的分布主要受碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的控制。而在圣保羅高地，它在早阿普特期離大西洋兩岸較遠(yuǎn)，陸源碎屑供給較少，且古隆起地形為發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地提供了基礎(chǔ) （往往在相對(duì)較高的部位沉積介殼灰?guī)r和疊層石灰?guī)r），加之上覆了連續(xù)性蒸發(fā)巖蓋層，因此圣保羅高地為鹽下最為有利的油氣聚集區(qū)［10］。

5.2 濁積砂巖儲(chǔ)層和垂向運(yùn)移通道控制了鹽上油氣的分布

鹽上層系的油氣絕大部分富集于上白堊統(tǒng)和始新統(tǒng)濁積巖的儲(chǔ)集層之中，可以說(shuō)，濁積巖儲(chǔ)層是鹽上層系油氣分布的主要控制因素之一。此外，由于鹽上層系中的油氣是由鹽下垂直向上運(yùn)移的，其油氣成藏模式為下生上儲(chǔ)式，因此油氣的垂向運(yùn)移通道亦被認(rèn)為是控制油氣分布的一個(gè)主控因素。

6 有利區(qū)預(yù)測(cè)

近年來(lái)，有著重大發(fā)現(xiàn)的鹽下層系仍是桑托斯盆地今后有利的勘探領(lǐng)域，尋找鹽下的構(gòu)造高地仍將是首要目標(biāo)，因此圣保羅高地的鹽下層系依然是今后勘探的重點(diǎn)方向。

鹽上濁積巖是另一個(gè)值得關(guān)注的領(lǐng)域。有利的鹽上濁積巖勘探區(qū)位于不連續(xù)分布的鹽巖區(qū)域，鹽窗和鹽焊接的發(fā)育使得鹽下烴源巖生成的油氣運(yùn)移至鹽上層系聚集成藏。

另外，在盆地西南部，上白堊統(tǒng)碳酸鹽巖比較發(fā)育，上白堊統(tǒng)烴源巖也已經(jīng)開(kāi)始成熟，具有一定的勘探潛力，但由于勘探程度較低，故此區(qū)也可以作為次級(jí)勘探有利區(qū)。

7 結(jié) 論

（1）桑托斯盆地可劃分為下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)兩個(gè)含油氣系統(tǒng)。

（2）下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣主要儲(chǔ)集于鹽下湖相碳酸鹽巖中，上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣則主要儲(chǔ)集于上白堊統(tǒng)濁積砂巖和新生界濁積砂巖中。

（3）圣保羅高地的鹽下湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層勘探潛力最大，仍然是未來(lái)勘探的重點(diǎn)。鹽上濁積砂巖儲(chǔ)層有較大勘探潛力，主要分布在盆地的中部和北部。鹽上海相碳酸鹽巖亦有一定勘探潛力，但僅局限于盆地西南部。

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