巴西桑托斯盆地鹽下大型油氣田成藏控制因素

張金偉

(中石化國(guó)際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100083)

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巴西桑托斯盆地鹽下大型油氣田成藏控制因素

張金偉

(中石化國(guó)際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100083)

巴西近年來在桑托斯盆地鹽下相繼發(fā)現(xiàn)了Parati、Libra、Tupi等一批大型油氣田，已成為當(dāng)今世界深?？碧降臒狳c(diǎn)地區(qū)。利用中石化合作區(qū)塊獲得的最新資料，對(duì)桑托斯盆地鹽下大型油氣田形成的油氣地質(zhì)條件進(jìn)行了系統(tǒng)分析，運(yùn)用油氣成藏理論，對(duì)典型大油氣田進(jìn)行解剖，研究了桑托斯盆地鹽下油氣富集規(guī)律及成藏主控因素，提出了鹽下大型油氣田成藏五要素，建立了鹽下油氣成藏模式，指出盆地東部鹽下古隆起帶是下一步尋找大型油氣田的有利地區(qū)。

成藏條件；主控因素；鹽下；深海；桑托斯盆地

引 言

桑托斯(Santos)盆地是巴西最大的海上盆地之一，是南美洲油氣第二富集的被動(dòng)陸緣盆地[1]，盆地面積約為32.7×104km2，為北東—南西走向構(gòu)造，從陸向海可劃分為濱岸隆起帶、凹陷帶、圣保羅臺(tái)地3個(gè)基本構(gòu)造單元。2000年至今，桑托斯盆地已先后發(fā)現(xiàn)11個(gè)海上大油氣田，累計(jì)石油可采儲(chǔ)量為34.08×108m3，天然氣可采儲(chǔ)量為1.419 6×1012m3，總油氣當(dāng)量為48.62×108m3，桑托斯盆地已成為當(dāng)今全球油氣勘探的熱點(diǎn)地區(qū)之一。但探井鉆井密度極低，該地區(qū)尚處于未成熟勘探階段，盆地仍具有極大的勘探空間和潛力，因此對(duì)該盆地大油氣田的形成條件與主控因素進(jìn)行分析，深化被動(dòng)大陸邊緣盆地油氣成藏規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)今后盆地的勘探開發(fā)和戰(zhàn)略選區(qū)具有重要指導(dǎo)意義。

1 大油氣田成藏條件

桑托斯盆地為大西洋拉開和發(fā)育時(shí)，于原先克拉通周緣上發(fā)育起來的被動(dòng)大陸邊緣沉積盆地[2-6]。影響油氣資源形成的構(gòu)造演化主要分為裂谷期、過渡期和裂后漂移(坳陷)期3個(gè)階段[7-9]，與之對(duì)應(yīng)的盆地內(nèi)自下而上沉積發(fā)育了陸相層序、過渡層序和被動(dòng)陸緣海海相層序3套地層層序(圖1)。桑托斯盆地獨(dú)特的構(gòu)造演化與沉積充填特征，控制了生儲(chǔ)蓋等基本石油地質(zhì)條件的形成和發(fā)育，為大油氣田的形成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.1 裂谷期形成了一套優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖

勘探實(shí)踐證實(shí)，桑托斯盆地的主力烴源巖為裂谷期巴雷姆階—下阿普特階鹽下Guaratiba組湖相暗色頁(yè)巖，為微咸水—咸水湖相厭氧環(huán)境下的沉積產(chǎn)物，厚度為200～250 m，以暗色頁(yè)巖為主，富含富脂類有機(jī)質(zhì)，主要來源于藻類和細(xì)菌，以無定形有機(jī)質(zhì)為主，其總有機(jī)碳含量為2%～4%，屬于Ⅰ～Ⅱ型干酪根[10-15]。

1.2 裂谷晚期碳酸鹽巖在圣保羅臺(tái)地上廣泛發(fā)育

鹽下碳酸鹽巖儲(chǔ)層是盆地裂谷晚期沉積在斷陷湖盆水下古隆起上的碳酸鹽巖堤壩和生物碎屑灘，這些隆起區(qū)遠(yuǎn)離陸源碎屑供給區(qū)，水體相對(duì)較淺，光照充足，水體溫暖，湖浪和岸流作用較強(qiáng)，發(fā)育生物碎屑灰?guī)r，局部構(gòu)成生物碎屑灘和堤壩。碳酸鹽巖厚度橫向變化很大，從幾十米到上千米。儲(chǔ)集空間主要為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、粒間溶孔、溶洞和溶縫等，孔隙度為5%～25%，滲透率分布在80×10-3～1500×10-3μm2之間，為優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層。

桑托斯盆地近年來發(fā)現(xiàn)的重大油氣都是以鹽下碳酸鹽巖為儲(chǔ)集層，包含Tupi、Iara、 Jupiter、Guara、 Cernambi、Libra等多個(gè)大型油氣田，其儲(chǔ)層均為非均質(zhì)性較強(qiáng)的層狀碳酸鹽巖，位于2 000 m厚的鹽層之下，埋深大都超過5 000 m。2005年至今，桑托斯盆地先后部署的近30口深海探井和評(píng)價(jià)井全部鉆遇該套地層，足以證明其分布范圍之廣。

圖1 桑托斯盆地構(gòu)造演化史

1.3 過渡期厚層鹽巖形成高效區(qū)域蓋層

桑托斯盆地過渡期Ariri 組鹽巖具有分布范圍廣、厚度大的特點(diǎn)，平面上鹽巖呈北東—南西走向展布，南北向長(zhǎng)約650 km，東西向?qū)掃_(dá)380 km。其中，厚度大于100 m(最厚可達(dá)2 500 m)的厚層區(qū)分布在盆地東部，橫向展布連續(xù)，面積約為5×104km2，構(gòu)成盆地內(nèi)穩(wěn)定的區(qū)域性蓋層[16-17]。厚層鹽巖直接覆蓋在碳酸鹽巖之上，形成良好的儲(chǔ)蓋組合，為裂谷期形成油氣提供良好的儲(chǔ)集空間。其中盆地西部為過渡區(qū)，鹽巖層厚度變化劇烈，從上百米到幾米直至尖滅，并伴隨“鹽窗”發(fā)育，是不穩(wěn)定性蓋層(圖2)。

2 大油氣田成藏主控因素

桑托斯盆地平面上呈北東、南西向2個(gè)條帶狀展布。西側(cè)條帶大多位于水深小于200 m的區(qū)域，含油氣層系大多位于鹽上，東側(cè)條帶水深超過2 000 m，含油氣層系位于鹽下。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在11個(gè)可采儲(chǔ)量(油當(dāng)量)超過0.795×108m3的大型油氣田中，除Mexilhao油氣田位于淺水區(qū)外，其他10個(gè)油氣田全部位于深水區(qū)?？v向上，鹽下阿普特階儲(chǔ)層儲(chǔ)量為64.16×108m3，占總儲(chǔ)量的85.7%，而鹽上層系儲(chǔ)量為10.67×108m3，占總儲(chǔ)量的4.3%(表1)。分析桑托斯盆地油氣分布規(guī)律和特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)烴源巖和良好的儲(chǔ)蓋組合是形成大型油氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保證，同時(shí)，盆地獨(dú)特的鹽巖和構(gòu)造發(fā)育特征也控制了油氣的分布和聚集。

2.1 大面積厚層鹽巖有利于大油氣田的形成和保存

厚層區(qū)鹽巖更有利于大油氣田的形成和保存。主要原因?yàn)椋孩俸駥欲}巖有利于大型圈閉的形成。桑托斯盆地厚層鹽巖區(qū)分布在水深超過1 500 m的區(qū)域，覆蓋范圍廣，橫向展布穩(wěn)定，無“鹽窗”發(fā)育，鹽巖層直接覆蓋在圣保羅臺(tái)地上大面積發(fā)育的碳酸鹽巖層之上，形成大型的構(gòu)造圈閉或者地層圈閉，為油氣的大規(guī)模聚集提供賦存空間。②厚層鹽巖有利于鹽下油氣的保存。一方面，鹽巖層的非滲透性能遮擋油氣的散失，使其成為油氣的良好蓋層；另一方面，鹽巖對(duì)壓實(shí)作用具有很強(qiáng)抑制效應(yīng)，鹽巖本身并不隨埋藏深度的增大而發(fā)生顯著壓實(shí)作用，致使其下伏地層經(jīng)受的壓力相對(duì)較小，抑制了儲(chǔ)集層的成巖作用，使得原生孔隙得以保存，有利于鹽下油氣的賦存聚集。③厚層鹽巖有利于烴源巖長(zhǎng)期穩(wěn)定生烴。鹽巖的熱導(dǎo)率是其他地層的2～3 倍[18-21]，大大加快了地?zé)嵩诖怪狈较虻纳⒁菟俣?，有效降低了鹽巖覆蓋區(qū)的地溫梯度值，延緩了鹽下烴源巖的熱成熟度，使烴源巖保持長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定的生烴過程。Tupi油田鹽下烴源巖埋藏在6 000 m之下，地層溫度僅為70～80℃，明顯低于正常值，導(dǎo)致烴源巖保持有較低的熱演化史，從而延長(zhǎng)了油氣的充注時(shí)間，目前仍處于主生油窗內(nèi)。

圖2 桑托斯盆地鹽巖分布 表1 桑托斯盆地油氣儲(chǔ)量縱向分布

儲(chǔ)層位置油/106m3凝析油/106m3氣/106m3油當(dāng)量/106m3總儲(chǔ)量占比/%上白堊統(tǒng)及以上582.02037.497374.133993.65013.3阿爾布階54.4751.99116.78173.2471.0阿普特階5347.892124.020943.8916415.80385.7總計(jì)5984.386163.5081334.8057482.699100.0

2.2 鹽下古隆起控制鹽下油氣的大規(guī)模聚集

桑托斯盆地裂谷期水下古隆起主要包括以下3種類型，即構(gòu)造活動(dòng)造成的隆起(地壘和傾斜斷塊等)、火山噴發(fā)形成的隆起以及持續(xù)性古地形隆起。一方面，這些隆起區(qū)緊鄰盆地凹陷區(qū)，并伴生多條同向和反向正斷層，為凹陷區(qū)油氣向隆起高部位運(yùn)移提供了通道，使古隆起區(qū)成為油氣運(yùn)移的最有利指向區(qū)[22-26]。另一方面，古隆起為生物碎屑灰?guī)r的發(fā)育提供了有利的條件和場(chǎng)所[27]，這種在構(gòu)造背景上發(fā)育起來的構(gòu)造圈閉、構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉因其分布面積廣、厚度大、圈閉幅度高等特點(diǎn)，為鹽下大型或超大型油氣田的形成提供了場(chǎng)所。2010 年宣布商業(yè)發(fā)現(xiàn)的Tupi油田就是在圣保羅臺(tái)地背景上發(fā)育起來的大型構(gòu)造-地層類復(fù)合圈閉油氣藏，油田開發(fā)面積為805 km2，原油可采儲(chǔ)量為11.35×108m3。

3 成藏模式及勘探方向

3.1 大油氣田成藏模式

鹽下成藏模式主要發(fā)育在盆地東部鹽巖厚層區(qū)。盆地裂谷期Guaratiba 組湖相頁(yè)巖為烴源巖，古構(gòu)造隆起上發(fā)育的湖相生物碎屑灰?guī)r、礁灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r等碳酸鹽巖為儲(chǔ)層，阿普特期蒸發(fā)巖為區(qū)域性蓋層。烴源巖在白堊紀(jì)晚期進(jìn)入生油窗，開始向外排烴，生成的油氣以裂谷期發(fā)育的張性斷層、不整合面為主要運(yùn)移通道，在鹽下的碳酸鹽巖、火成巖等儲(chǔ)層中聚集成藏，形成“鹽下生鹽下儲(chǔ)”的成藏模式，屬下白堊統(tǒng)內(nèi)自生自儲(chǔ)型油氣藏(圖3)。這種成藏模式能形成大規(guī)模油氣藏的原因?yàn)椋孩倭压绕贕uaratiba 組湖相頁(yè)巖是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，為圈閉成藏提供充足的油氣來源；②大面積厚層鹽巖與下覆廣泛發(fā)育的碳酸鹽巖能形成有效的大規(guī)模圈閉，且這種圈閉形成遠(yuǎn)早于生排烴期；③儲(chǔ)層鄰近烴源巖分布，油氣運(yùn)移距離短；④厚層鹽巖延緩了鹽下烴源巖的熱成熟度，延長(zhǎng)了油氣的充注時(shí)間；⑤厚層鹽巖長(zhǎng)期高效封堵。即鹽下大油氣田的形成需具備“優(yōu)質(zhì)烴源巖、大規(guī)模圈閉、近距離運(yùn)移、長(zhǎng)時(shí)間充注、鹽層高效封堵”5個(gè)要素。

圖3 桑托斯盆地油氣成藏模式

3.2 有利勘探方向

桑托斯盆地獨(dú)特的構(gòu)造樣式、沉積特征和石油地質(zhì)條件，決定了盆地內(nèi)不同區(qū)域的油氣成藏模式與油氣富集層位存在差異。根據(jù)大油氣田形成條件5要素分析，盆地東部圣保羅臺(tái)地碳酸鹽巖是尋找大型油氣田的主要勘探場(chǎng)所。圣保羅臺(tái)地是裂谷期形成的古隆起，其上碳酸鹽巖廣泛發(fā)育，上覆連續(xù)分布厚層鹽巖層，良好的儲(chǔ)蓋配置為大型圈閉的形成和油氣的保存提供了條件。圣保羅臺(tái)地緊鄰盆地凹陷區(qū)，裂谷期發(fā)育的斷層和不整合面成為油氣運(yùn)移通道，鹽下Guaratiba組湖相烴源巖生成的油氣不斷向臺(tái)地運(yùn)移，并在合適圈閉中聚集成藏，形成大型油氣田。巴西近年來發(fā)現(xiàn)的11個(gè)大型油氣田中的10個(gè)都位于圣保羅臺(tái)地，充分顯示了圣保羅臺(tái)地鹽下碳酸鹽巖廣闊的勘探前景。

4 結(jié) 論

(1) 桑托斯盆地是一個(gè)典型的被動(dòng)陸緣含鹽盆地，盆地主要經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和裂后漂移期3個(gè)演化階段，形成了下部非海相、中間蒸發(fā)巖相和上部海相3層地層結(jié)構(gòu)。

(2) 桑托斯盆地鹽下大型油氣田的形成具備5要素：優(yōu)質(zhì)烴源巖、大規(guī)模圈閉、近距離運(yùn)移、長(zhǎng)時(shí)間充注、鹽層高效封堵。其中，優(yōu)質(zhì)烴源巖和大規(guī)模圈閉是物質(zhì)基礎(chǔ)，而其他3個(gè)要素則是必要條件。

(3) 桑托斯盆地東部圣保羅臺(tái)地滿足鹽下大型油氣田成藏5要素，鹽下碳酸鹽巖是下步尋找大型油氣田的主要勘探層系。

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編輯 朱雅楠

20150109；改回日期：201503026

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“全球油氣資源潛力分析與未來戰(zhàn)略選區(qū)”(2011ZX05028)

張金偉 (1967-)，男，高級(jí)工程師，1992年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院勘查地球物理專業(yè)， 2010年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院固體地球物理專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事地震資料解釋及綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.005

TE122.3

A

1006-6535(2015)03-0022-05