墨西哥灣盆地鹽巖及鹽構(gòu)造對(duì)油氣控制作用

孫意博，王長(zhǎng)城，施澤進(jìn)　(成都理工大學(xué)能源學(xué)院, 四川 成都 610059)

墨西哥灣盆地鹽巖及鹽構(gòu)造對(duì)油氣控制作用

孫意博，王長(zhǎng)城，施澤進(jìn)(成都理工大學(xué)能源學(xué)院, 四川 成都 610059)

[摘要]墨西哥灣盆地屬于拉張和被動(dòng)大陸邊緣相疊加的復(fù)合型盆地，在中侏羅世斷裂拉張的構(gòu)造條件和半封閉海的氣候環(huán)境下形成了一套巨厚的蘆安鹽層。從白堊紀(jì)開始，持續(xù)的沉降為鹽巖演化并形成一系列鹽構(gòu)造奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合盆地特征，系統(tǒng)闡述了該地區(qū)鹽巖及其鹽構(gòu)造的類型、演化、成因，并且從影響烴源巖成熟，改善鹽下層物性，成為封閉性好的蓋層，提供烴類運(yùn)移通道，形成有效圈閉等方面探討了其對(duì)油氣的生成、運(yùn)移、聚集和儲(chǔ)存所起到的控制作用。以期為我國(guó)渤海灣盆地、江漢盆地等地的相關(guān)研究提供指導(dǎo)和借鑒意義

[關(guān)鍵詞]墨西哥灣；拉張盆地；蘆安鹽層；鹽構(gòu)造；油氣圈閉

[中圖分類號(hào)]TE121.1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)20-0012-05

鹽構(gòu)造是在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中受重力、浮力或其他應(yīng)力作用時(shí)發(fā)生流動(dòng)形變而形成的特殊鹽體。鹽構(gòu)造是一種特殊類型的底辟構(gòu)造[1]，廣泛分布于美洲、非洲、歐洲等地，且集中發(fā)育于被動(dòng)大陸邊緣、裂谷、裂谷盆地和拗拉谷之中，而被動(dòng)大陸邊緣盆地又是其中油氣富集最為豐富的一類地區(qū)。筆者所研究的墨西哥灣盆地即屬于拉張和被動(dòng)大陸邊緣相疊加的盆地。

墨西哥灣盆地位于北美洲大陸東南沿海水域，部分為陸地環(huán)繞，面積約為28×104km2，最大深度超過(guò)2×104m[2]。該地區(qū)有著豐富的石油和天然氣資源，在全球油氣勘探開發(fā)中具有重要的戰(zhàn)略地位。區(qū)內(nèi)在中侏羅世由于拉張作用發(fā)育有一套蘆安鹽層，隨后在白堊紀(jì)變形，形成一系列影響深遠(yuǎn)的鹽構(gòu)造。鹽巖鹽構(gòu)造同樣深刻影響著該區(qū)烴源巖的發(fā)育和油氣藏的運(yùn)移及保存。墨西哥灣盆地中有41%的圈閉為鹽構(gòu)造圈閉[3～6]。研究鹽巖鹽構(gòu)造與油氣的關(guān)系，能夠深化對(duì)于該地區(qū)的油氣藏研究，有助于油氣的勘探與開發(fā)，對(duì)于國(guó)內(nèi)其他盆地的鹽巖研究也有指導(dǎo)意義。

1盆地構(gòu)造演化

墨西哥灣盆地構(gòu)造演化從古生代至今可以大致分為3個(gè)階段：裂谷前期(早三疊世)、裂谷期(晚三疊世至中侏羅世)和裂谷后期(晚侏羅世至今)[7～9]。

1.1裂谷前期

晚三疊世之前，北美-南美板塊未分開，潘基亞大陸完整性保存較好，并未受到破壞。該時(shí)期發(fā)育了古生界基底，巖性為受變質(zhì)作用影響的晚古生代碎屑巖。

1.2裂谷期

圖1　墨西哥灣盆地構(gòu)造演化圖(據(jù)文獻(xiàn)[12]修改)

墨西哥灣盆地的裂谷期從晚三疊世持續(xù)到中侏羅世。北美-南美大陸于三疊世晚期分離，地殼張裂形成裂谷，從而形成了墨西哥灣盆地基本構(gòu)造格局(圖1(a))。該階段主要充填了一套湖泊相、河流相以及沖積扇為主的陸相沉積。

從侏羅紀(jì)開始，裂谷進(jìn)一步發(fā)育，盆地的中心經(jīng)歷了劇烈的拉張和下沉。該時(shí)期發(fā)育了大量的蒸發(fā)巖和碎屑巖。由于板塊運(yùn)動(dòng)，尤卡坦和古巴微板塊受轉(zhuǎn)換斷層的影響，阻擋限制了墨西哥灣與大西洋的對(duì)流，形成了半封閉海的環(huán)境，加上充足的陸源沉積物供給，發(fā)育了一套大于600m(最厚處超過(guò)4000m)的鹽層[8]，也就是著名的蘆安鹽層(圖1(b))。蘆安鹽層為后來(lái)發(fā)育的鹽構(gòu)造以及和鹽相關(guān)的油氣圈閉提供了豐富的鹽類基礎(chǔ)[10]，對(duì)于墨西哥灣的油氣藏有著重要的影響。

1.3裂谷后期

裂谷后期可分為晚侏羅世、早白堊世以及晚白堊世至今3個(gè)階段。晚侏羅世是一個(gè)過(guò)渡時(shí)期，海底開始擴(kuò)張，由于地殼的冷卻引起了海平面的相對(duì)抬升，大西洋的海水大規(guī)模地涌入盆地開始海侵，洋殼正是形成于該時(shí)期(圖1(c))，并在晚侏羅世的提塘階期達(dá)到了最大海侵面[2]。該階段發(fā)育典型的海相沉積，發(fā)育大規(guī)模的碳酸鹽巖沉積以及部分碎屑巖沉積[11]。在盆地深部堆積以厚度大、有機(jī)質(zhì)含量較高為特點(diǎn)的頁(yè)巖。

早白堊世大部分時(shí)間延續(xù)了晚侏羅世的海侵，穩(wěn)定和持續(xù)沉降是該時(shí)期的演化特點(diǎn)。早白堊世仍發(fā)育碳酸鹽巖沉積(圖1(d))。到了晚白堊世，這一格局遭到了徹底改變，由于全球海平面的下降引起了一系列地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，使得下伏的鹽巖受力發(fā)生形變，并形成眾多的鹽構(gòu)造(圖1(e))。拉臘米運(yùn)動(dòng)便是其中典型的一次，它使得盆地周邊地區(qū)抬升，大量位于附近的陸源物質(zhì)受重力作用搬運(yùn)至盆地內(nèi)部并沉積于此。富含有機(jī)質(zhì)的沉積物為生成油氣提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。另一方面，受重力影響，中侏羅世的蘆安鹽層開始發(fā)生塑性形變，形成了有利于油氣資源存儲(chǔ)的鹽構(gòu)造[10]。

2盆地鹽巖與鹽構(gòu)造

2.1鹽巖

墨西哥灣盆地共有4套地層沉積有鹽巖[13]，但以中侏羅世卡洛期形成的蘆安鹽層厚度最大。蘆安鹽層為后期形成的鹽構(gòu)造提供了主要的鹽源并對(duì)盆地內(nèi)的油氣藏起著明顯的控制作用。在晚侏羅世盆地方向，同樣可能有鹽巖沉積[2]。

2.2鹽構(gòu)造

1)鹽構(gòu)造樣式鹽構(gòu)造是指鹽巖或者其他蒸發(fā)巖受力發(fā)生流動(dòng)變形的特殊地質(zhì)體。世界上鹽構(gòu)造主要集中發(fā)育在被動(dòng)大陸邊緣、裂谷、裂谷盆地和拗拉谷之中。盡管鹽構(gòu)造的樣式繁多，但均由3個(gè)部分組成：基底、鹽層和上覆層[1]?；资侵肝挥邴}層之下早于鹽層形成的地層；鹽層是形成鹽構(gòu)造的主要部分；上覆層是位于鹽層之上晚于其沉積的地層。鹽構(gòu)造主要影響的是上覆層。

根據(jù)鹽層與上覆層的接觸關(guān)系可以將鹽構(gòu)造樣式分為非刺穿的整合型鹽構(gòu)造、刺穿的不整合型鹽構(gòu)造以及噴出型鹽構(gòu)造。非刺穿的整合型鹽構(gòu)造主要包括鹽枕、鹽背斜等，主要形成于構(gòu)造演化早期；刺穿的不整合型鹽構(gòu)造主要包括鹽墻、鹽蘑菇、鹽莖等，其鹽構(gòu)造幅度和成熟度較高；噴出型鹽構(gòu)造主要包括鹽舌、鹽席等。一般而言，鹽構(gòu)造都是按非刺穿的整合型到刺穿的不整合型再到噴出型這一順序來(lái)演化的[1]。

墨西哥灣盆地的鹽構(gòu)造主要為刺穿的整合型，其規(guī)模最大且影響范圍從侏羅紀(jì)一直持續(xù)至更新世。由于鹽構(gòu)造和下伏鹽層的厚度有著重要的關(guān)系[14，15]，平均厚度超過(guò)千余米的蘆安鹽層更有利于形成成熟度以及幅度較高的刺穿的不整合型鹽構(gòu)造。除了大量發(fā)育的鹽刺穿以外，鹽枕、鹽脊、鹽墻、鹽席和鹽焊接等構(gòu)造也存在相當(dāng)?shù)臄?shù)量。圖2為位于密西西比鹽盆地內(nèi)的一條地震剖面，在深度6000～7000m左右處發(fā)育有低幅度不對(duì)稱的鹽滾構(gòu)造，并且鹽滾南部一側(cè)與上覆地層整合接觸,北部一側(cè)以正斷層與上覆地層接觸。圖3為位于墨西哥灣盆地北部地區(qū)的一條地震剖面，發(fā)育Sigsbee鹽篷，表現(xiàn)為多個(gè)似蘑菇狀的刺穿鹽體頂部連接在一起的鹽構(gòu)造。整個(gè)墨西哥灣盆地的鹽刺穿運(yùn)動(dòng)從北向南依次減弱，鹽構(gòu)造的個(gè)體逐漸增大[16]。

圖2　密西西比鹽盆地某一地震剖面圖　　　　　　　　　圖3　墨西哥灣盆地北部Sigsbee地震剖面圖　(據(jù)文獻(xiàn)[17]修改)　(據(jù)文獻(xiàn)[18]修改)

2)鹽構(gòu)造成因機(jī)制戈紅星等[1]研究認(rèn)為，鹽構(gòu)造的成因機(jī)制可以分為以下6種：①浮力作用；②差異負(fù)載作用；③重力拉張作用；④熱對(duì)流作用；⑤拉張作用；⑥擠壓作用。除此之外，地溫梯度、壓力、鹽巖本身的純度以及濕度都對(duì)鹽構(gòu)造的形成有著影響。一般來(lái)說(shuō)，濕度較高的鹽體更易于流動(dòng)[19]。

墨西哥灣盆地鹽構(gòu)造的形成主要是由于差異負(fù)載作用觸發(fā)并引起的。差異負(fù)載作用是指由于沉積條件的改變，上覆層的厚度發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致鹽層內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向壓力差，迫使鹽體從高壓區(qū)流動(dòng)至低壓區(qū)而形成的構(gòu)造[1]。差異負(fù)載又可劃分為重力負(fù)載、位移負(fù)載和熱負(fù)載3類[20]。由以上3類負(fù)載作用影響而形成的鹽構(gòu)造在墨西哥灣盆地均存在。此外盆地內(nèi)鹽構(gòu)造的形成也受拉張作用的控制[21]，圖2中鹽滾構(gòu)造就是受拉張作用而形成的。

3)鹽構(gòu)造演化階段墨西哥灣盆地的鹽運(yùn)動(dòng)可以劃分為3個(gè)階段：第1階段是侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)末，從侏羅紀(jì)開始由于板塊運(yùn)動(dòng)而形成的裂谷盆地，在半封閉海的環(huán)境和充足的陸源沉積物供給下，發(fā)育了蘆安鹽層，在隨后的白堊紀(jì)，由于沉降速度大于沉積物供應(yīng)速度，沉積的地層較薄，在成熟度和幅度較低的情況下形成的鹽構(gòu)造為非刺穿的整合型鹽底辟為主[21]；第2階段是從白堊紀(jì)末至中新世結(jié)束，該時(shí)期的沉積特點(diǎn)是沉降速度小于沉積速度，沉積物逐漸變厚，海侵持續(xù)，鹽構(gòu)造主要為刺穿的不整合型，墨西哥灣盆地最重要的烴源巖——提塘階烴源巖就沉積于該階段；第3階段是上新世至今，伴隨著沉積中心的南移，沉積厚度增大，新的鹽構(gòu)造出現(xiàn)在新的地層當(dāng)中[22]。

3鹽巖與鹽構(gòu)造對(duì)油氣的控制作用

3.1鹽巖對(duì)油氣的影響

1)鹽巖影響烴源巖的成熟墨西哥灣盆地鹽巖厚度巨大，且分布非常廣泛，其特殊的物性在該地區(qū)的烴源巖成熟過(guò)程中起著明顯的作用。鹽巖相對(duì)于其他巖類有著較高的熱導(dǎo)率，對(duì)于上覆和下伏的沉積地層都會(huì)產(chǎn)生熱異常現(xiàn)象。對(duì)于鹽上地層而言，鹽巖本身的高熱導(dǎo)率使其發(fā)揮著類似于“散熱器”的作用，使上覆地層溫度顯著升高，從而加速了鹽上烴源巖的成熟。對(duì)于鹽下地層，鹽巖降低其溫度進(jìn)而延緩了烴源巖的成熟。延緩鹽下地層烴源巖成熟進(jìn)程的作用對(duì)于主力烴源巖埋深較大的墨西哥灣盆地而言，有利于油氣藏的捕獲和保存[3]。

2)鹽巖活動(dòng)形成烴類運(yùn)移通道鹽巖的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致上覆巖層變形、隆起，斷層或裂隙廣泛發(fā)育可以為油氣垂直短距離運(yùn)移提供良好的通道。鹽巖運(yùn)動(dòng)為烴類提供的運(yùn)移通道在墨西哥灣盆地非常常見[4]。因此,鹽巖的活動(dòng)對(duì)墨西哥灣盆地油氣藏的運(yùn)移有重要的作用。

3)鹽巖改善鹽下層的物性鹽巖有利于改善鹽下儲(chǔ)層的物性，特別是孔隙度[23]。改善孔隙度主要表現(xiàn)為保留鹽下層砂巖的高孔隙度和形成大量裂縫2個(gè)方面。鹽巖的密度穩(wěn)定，變化相對(duì)較小，使得鹽下地層所經(jīng)受的壓力相對(duì)較小，壓實(shí)程度也較低，有利于將其大孔隙保留下來(lái)。鹽巖的熱導(dǎo)率較高，隔熱性差，鹽下地層的熱量不易保存，影響其成巖演化的速度，使得鹽下砂巖的高孔隙度得以保留。塑性鹽巖在喜山運(yùn)動(dòng)中晚期強(qiáng)烈擠壓下形成異常高壓[3]，導(dǎo)致大量的裂縫發(fā)育，也有利于改善鹽下層的物性。

4)鹽巖是良好的蓋層常見的蓋層有泥巖、頁(yè)巖、蒸發(fā)巖和致密灰?guī)r，其中蒸發(fā)巖(石膏、鹽巖)的條件最好。墨西哥灣盆地的蘆安鹽層為常見蓋層。由于鹽巖是蒸發(fā)巖，其巖性極為致密，滲透率低，加上排替壓力大，因此成為封蓋性能極好的蓋層。

但是值得注意的是，在一些特定的條件下，鹽巖也會(huì)失去封蓋性能致使油氣穿過(guò)鹽巖。在南阿曼鹽盆地，儲(chǔ)層中液體壓力的改變也影響著鹽巖的封閉性，甚至使其失去成為良好蓋層的能力[24]。

3.2鹽構(gòu)造對(duì)油氣的影響

鹽運(yùn)動(dòng)形成的各種鹽構(gòu)造影響著沉積相帶和砂體分布，控制形成不同的構(gòu)造圈閉和地層圈閉[25]。墨西哥灣盆地圈閉中構(gòu)造圈閉占91.5%，主要包括鹽構(gòu)造形成的圈閉(占41%)和斷層形成的圈閉，而復(fù)合圈閉占6%，地層圈閉僅占2.5%。

鹽構(gòu)造有利于鹽巖下部圈閉的保存。在以壓力為主的構(gòu)造作用中，鹽下圈閉的應(yīng)力可以被釋放，從而易于保存高幅度構(gòu)造，形成大型圈閉[26，27]。大量厚且分布廣的鹽巖容易發(fā)育鹽底辟構(gòu)造，與裂谷期形成的烴源巖層可以組成一個(gè)空間體系[28]，有利于形成大型油氣藏。由于鹽上儲(chǔ)層和鹽下儲(chǔ)層與烴源巖的距離不同，地層中的孔隙流體壓力也不同，因此油氣聚集、封閉及保存條件存在一定的差異，導(dǎo)致鹽下的高壓系統(tǒng)更容易形成油氣藏，而鹽上常壓系統(tǒng)不利于油氣聚集、封閉和保存[27，29]。

裂谷后期，墨西哥灣盆地在陸坡及深水區(qū)的鹽構(gòu)造特別發(fā)育，一般沿?cái)鄬忧秩肷细驳貙樱l(fā)育眾多小盆地即微型盆地，有利于砂巖的沉積[26]。墨西哥灣已勘探開發(fā)的油氣藏大多分布于微型盆地中。鹽巖形成的構(gòu)造包括鹽枕、鹽底辟、龜狀構(gòu)造以及以鹽巖為核部的背斜等，都可能發(fā)育形成拱形或穹窿圈閉，除此之外，鹽刺穿或者逆沖褶皺作用也有可能導(dǎo)致上覆地層形成穹窿圈閉[26]。除了穹窿圈閉以外，斷層遮擋同樣可以形成圈閉[22]。斷層可以是由鹽構(gòu)造引起的局部拉伸或區(qū)域拉伸形成的正斷層：上盤為逆牽引構(gòu)造，自身形成滾動(dòng)背斜；下盤側(cè)向封堵，通常形成小型圈閉。另外，生長(zhǎng)斷層上盤經(jīng)常發(fā)育次一級(jí)的圈閉。

4結(jié)論

1)墨西哥灣盆地構(gòu)造演化可以分為裂谷前期、裂谷期和裂谷后期。鹽巖主要沉積于裂谷期，而鹽運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在裂谷后期。鹽巖層主要為中侏羅世卡洛期形成的蘆安鹽層。

2)盆地內(nèi)鹽構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分為3個(gè)階段，侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)末的形成的多以非刺穿的整合型鹽底辟為主；白堊紀(jì)末至中新世結(jié)束為第2階段，鹽構(gòu)造主要為刺穿的不整合型；上新世至今依舊在形成新的鹽構(gòu)造。鹽的刺穿運(yùn)動(dòng)在該地區(qū)從北向南依次減弱，鹽構(gòu)造的個(gè)體逐漸增大，且該盆地鹽構(gòu)造的成因機(jī)制主要為差異負(fù)載作用。

3)鹽巖影響著烴源巖的成熟，改善了鹽下層的物性，為封閉性較好的蓋層。鹽巖活動(dòng)為烴類運(yùn)移提供通道，鹽構(gòu)造形成了一系列良好的圈閉，包括穹窿圈閉和斷層遮擋形成的圈閉等，有利于形成大型油氣藏，同時(shí)大量發(fā)育的微型盆地也是油氣聚集的良好場(chǎng)所。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

[作者簡(jiǎn)介]孫意博(1992-),男,碩士生，現(xiàn)主要從事石油與天然氣地質(zhì)學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)與研究，767779708@qq.com。

[收稿日期]2014-12-22

[引著格式]孫意博，王長(zhǎng)城，施澤進(jìn).墨西哥灣盆地鹽巖及鹽構(gòu)造對(duì)油氣控制作用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(20):12～16.