巴西大坎波斯盆地裂谷體系及其對(duì)鹽下成藏的控制作用

汪新偉，孟慶強(qiáng)，鄔長(zhǎng)武，陶 冶，郭永強(qiáng),張?jiān)葡?/p>

(1.中國(guó)石化集團(tuán) 新星石油有限責(zé)任公司，北京 100083; 2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

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巴西大坎波斯盆地裂谷體系及其對(duì)鹽下成藏的控制作用

汪新偉1，孟慶強(qiáng)2，鄔長(zhǎng)武2，陶 冶2，郭永強(qiáng)2,張?jiān)葡?

(1.中國(guó)石化集團(tuán) 新星石油有限責(zé)任公司，北京 100083; 2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

巴西東部海上大坎波斯盆地是中國(guó)油公司在巴西的主要投資目標(biāo)之一。在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的勘探成果，厘定了盆地的構(gòu)造演化階段，剖析了鹽下裂谷系的構(gòu)造特征，并簡(jiǎn)要討論了其構(gòu)造差異對(duì)鹽下成藏的控制作用。大坎波斯盆地的構(gòu)造演化經(jīng)歷了晚三疊世—侏羅紀(jì)的克拉通內(nèi)坳陷、紐康姆期—巴雷姆期的陸內(nèi)裂谷、阿普特期的構(gòu)造過(guò)渡期、阿爾布期—三冬期的初始拉張和坎潘期—上新世的大規(guī)模裂陷5個(gè)階段。裂谷期的構(gòu)造體系總體呈現(xiàn)傾向(東西)分帶、走向(南北)分段的“斜向棋盤(pán)”格局。從傾向角度看，按基底埋深的高低可分為近岸低凹帶、中部低凸帶、近海低凹帶和外部高地帶4個(gè)構(gòu)造帶；從走向角度看，由于調(diào)節(jié)斷層帶的作用，形成了研究區(qū)內(nèi)3個(gè)構(gòu)造分段，即桑托斯、坎波斯與圣埃思皮里圖，它們?cè)跇?gòu)造線展布、裂谷形態(tài)與沉積厚度等方面存在差異。裂谷體系對(duì)鹽下成藏的控制作用主要表現(xiàn)在烴源巖的成熟度、油氣圈閉的類(lèi)型及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層相帶的分布3個(gè)方面。大坎波斯盆地的外部高地帶與中部低凸帶既是鹽下油氣運(yùn)移的聚集帶，又是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育相帶，因而是鹽下油氣勘探的有利區(qū)帶。

構(gòu)造演化；裂谷體系；鹽下成藏；有利區(qū)帶；大坎波斯盆地；巴西

巴西東部海上的桑托斯(Santos)、坎波斯(Campos)和圣埃思皮里圖(Espírito Santos)3個(gè)盆地，由于地理位置相鄰、地質(zhì)特征相似，合稱(chēng)為大坎波斯(Great Campos)盆地。其主體位于巴西東南海域水深0～3 000 m的范圍內(nèi)，總面積為58.68×104km2(圖1)。大坎波斯盆地是晚三疊世以來(lái)隨著南大西洋由南向北逐步打開(kāi)而發(fā)育的被動(dòng)大陸邊緣盆地，其南、北兩側(cè)以裂谷期形成的地形高地,如佛洛里亞諾波利斯(Florianopolis)高地和阿布羅斯(Abrolhos)高地,與佩洛塔斯(Pelotas)盆地和庫(kù)穆魯沙蒂巴(Cumuruxatiba)盆地分開(kāi)；而內(nèi)部則被卡布弗里奧(Cabo Frio)高地和維多利亞(Vitoria)高地相隔。盆地西部邊緣發(fā)育一條前阿普特期樞紐線，控制了早白堊世裂谷盆地的邊界[1-2]，并構(gòu)成了大坎波斯盆地內(nèi)二級(jí)構(gòu)造區(qū)劃的分界。在樞紐線以西，晚白堊世—新生代的碎屑巖超覆在前寒武系基底之上，根據(jù)沉積厚度的差異，其二級(jí)構(gòu)造單元在桑托斯、坎波斯和圣埃思皮里圖3個(gè)盆地分別稱(chēng)為圣塞巴斯蒂昂高地、坎波斯西部次盆和圣埃思皮里圖臺(tái)地；在樞紐線以東，則發(fā)育了包括早白堊世阿普特期鹽巖在內(nèi)的裂谷-被動(dòng)大陸邊緣沉積體系。桑托斯盆地東南端以圣保羅火山穹窿(Arch)和夏爾科(Charcot)海山為界，毗鄰桑托斯深海盆地[3]，其火山作用有兩期，即早白堊世紐康姆期和始新世，分別被稱(chēng)為鹽下火山巖與鹽上火山巖。

圖1 巴西東部大坎波斯盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖與油氣田分布Fig.1 Map showing the geology and oil/gas field distribution in Great Campos Basin

大坎波斯盆地是巴西油氣最富集的盆地，但勘探程度差異較大?？膊ㄋ古璧乜碧匠潭容^高，是巴西的產(chǎn)油基地，截止2013年6月產(chǎn)出了巴西85%以上的原油；而桑托斯盆地的勘探程度較低， 2007年以來(lái)在深水鹽下陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了Lula，Iara，Guara，Jupiter等多個(gè)億噸級(jí)大型油氣田(圖1)[4-5]，是全球油氣勘探的熱點(diǎn)地區(qū)之一，亦是中國(guó)油公司在巴西的主要投資目標(biāo)。本文在吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上[6-11]，結(jié)合最新的地震、鉆井等勘探資料，詳細(xì)剖析了大坎波斯盆地的構(gòu)造演化、鹽下裂谷體系展布特征及其對(duì)鹽下成藏的控制作用。

1 盆地構(gòu)造演化

大坎波斯盆地的基底巖系主要包括泛非運(yùn)動(dòng)[12-13]之前的前寒武系結(jié)晶基底與古生代陸內(nèi)克拉通盆地沉積巖[14]。中生代以來(lái)受南美與非洲逐步裂離的影響，它進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣盆地發(fā)育階段[15-17]。依據(jù)巴西東部被動(dòng)大陸邊緣盆地的發(fā)育層序[18-20]，把大坎波斯盆地的構(gòu)造演化劃分為裂谷前克拉通內(nèi)坳陷、陸內(nèi)裂谷、過(guò)渡期、初始拉開(kāi)期和大規(guī)模裂陷期5個(gè)階段(圖2，圖3)。

圖2 大坎波斯盆地構(gòu)造演化示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[18]，修改)Fig.2 Tectonic evolution of Great Campos Basin[18]

1.1 裂谷前克拉通內(nèi)坳陷階段

晚三疊世—侏羅紀(jì)，受地殼拉張、伸展減薄的影響，研究區(qū)發(fā)育了一條淺而窄的南北向延伸的凹陷，稱(chēng)為非洲-巴西(Afro-Brizilian)凹陷(圖2a)[19]。其沉積環(huán)境屬干旱氣候下的混合沖積扇體系。例如，分布于非洲-巴西凹陷北部的雷康卡沃(Reconcavo)盆地發(fā)育了晚侏羅世的紅色頁(yè)巖、蒸發(fā)巖及砂巖(Alianca組與Sergi組)[21-22]。桑托斯盆地深水區(qū)的地震剖面解釋亦表明裂谷前沉積層厚度基本穩(wěn)定(圖4a)，不受裂谷期同生斷層的控制，推測(cè)與雷康卡沃盆地的紅色巖系同期。

1.2 裂谷階段

早白堊世紐康姆期—巴雷姆期，隨著地殼被進(jìn)一步拉伸、減薄，開(kāi)始發(fā)育裂谷盆地(圖2b)[23]。最新的鉆井與地震資料揭示，裂谷期的沉積層序可進(jìn)一步分為下裂谷層序、中裂谷層序與上裂谷層序(圖4a,b)。下裂谷層序是受同生斷層控制明顯的火山巖和陸源碎屑巖，中裂谷層序以深湖相泥灰?guī)r、頁(yè)巖和泥質(zhì)泥屑灰?guī)r為主，上裂谷層序的巖性為湖相頁(yè)巖、泥灰?guī)r和介殼灰?guī)r。其中湖相頁(yè)巖是主力烴源巖層段，而介殼灰?guī)r是一套良好的儲(chǔ)層，主要沿構(gòu)造高地的頂部發(fā)育。

1.3 過(guò)渡階段

在經(jīng)歷了阿普特(Aptian)早期的地殼整體抬升、裂解不整合發(fā)育(break-up unconformity)后，阿普特中-晚期基底下沉、海水逐步侵入，在南大西洋開(kāi)啟前的非洲和南美洲之間發(fā)育了一個(gè)巨型的張性蒸發(fā)巖盆地(圖2c)[24-26]。據(jù)Lula油田RJS-628井資料，過(guò)渡期地層可進(jìn)一步細(xì)分為坳陷層序與蒸發(fā)巖層序，坳陷層序以發(fā)育碳酸鹽巖與生物碎屑灰?guī)r為主，是鹽下的一套主力儲(chǔ)層。

1.4 初始拉開(kāi)階段

阿爾布期—三冬期的初始拉開(kāi)階段與威爾遜旋回中的淺水臺(tái)地型邊緣海階段相對(duì)應(yīng)(圖2d)。阿爾布早期，隨著伸展、下沉作用的增強(qiáng)，海平面上升，鹽盆消亡，發(fā)育了阿爾布階淺海臺(tái)地相碳酸鹽巖與半深海相泥屑灰?guī)r。晚白堊世森諾曼期—三冬期，隨著海水深度的增加，沉積了富含有機(jī)質(zhì)的深海相頁(yè)巖，與該期全球性的缺氧環(huán)境相一致，是盆地的另外一套優(yōu)質(zhì)烴源巖[11]。

1.5 大規(guī)模裂陷階段

即威爾遜旋回中的開(kāi)闊邊緣海階段。晚白堊世坎潘期—上新世，地殼大規(guī)模移離，并發(fā)生強(qiáng)烈向東傾斜、下沉，導(dǎo)致整個(gè)盆地形成向東傾斜的區(qū)域斜坡，岸外地區(qū)更加明顯的下沉，形成開(kāi)闊邊緣海沉積。由下至上發(fā)育了坎潘期—馬斯特里赫特期斜坡相碎屑濁積巖與古近紀(jì)以來(lái)的濱岸碎屑巖、淺海碳酸鹽巖與深海頁(yè)巖等臺(tái)地-大陸坡深水沉積體系。

圖3 桑托斯、坎波斯與圣埃思皮里圖盆地地層對(duì)比(據(jù)文獻(xiàn)[2]編制)Fig.3 Stratigraphic correlation of Santos,Campos and Espírito Santos basins[2]

2 鹽下裂谷系

大坎波斯盆地鹽下裂谷系變形特征表現(xiàn)為發(fā)育高角度正斷層以及地壘—地塹型或向西翹傾的半地壘—半地塹型組合，斷層作用強(qiáng)度大，盆地樞紐帶處主斷層的落差在4 000 m之上(圖4)[16，23]。在前人對(duì)桑托斯—坎波斯地區(qū)殘余重力異常解釋的基礎(chǔ)上[7]，本文結(jié)合區(qū)域地震剖面(圖4)及其層拉平反演結(jié)果(圖5)，重新剖析了鹽下裂谷系的構(gòu)造特征，并識(shí)別出一個(gè)重要的油氣聚集帶——中部低凸帶(圖6)。其主要特征如下。

2.1 結(jié)構(gòu)與形態(tài)

裂谷系總體呈傾向(東西)分帶、走向(南北)分段的“斜向棋盤(pán)”格局(圖6)。由于盆地樞紐帶的正斷層斷距較大(落差大于4 000 m),致使斷層下盤(pán)的莫霍面相對(duì)抬升，由此形成了盆地西緣的莫霍面凸起帶，它限定了裂谷盆地的西部邊界；裂谷盆地東部則直接與后期增生的南大西洋洋殼相接。裂谷盆地形態(tài)上南寬北窄，且構(gòu)造線在中部發(fā)生偏轉(zhuǎn)。桑托斯盆地的裂谷寬度約500 km，主體構(gòu)造線呈北東向；往北坎波斯盆地裂谷寬度為200～300 km，至圣埃思皮里圖盆地寬度約為30～100 km，同時(shí)構(gòu)造線亦發(fā)生偏轉(zhuǎn)，呈北北東向。

2.2 傾向上的分帶性

按基底埋深的差異可分為近岸低凹帶、中部低凸帶、近海低凹帶和外部高地帶4個(gè)構(gòu)造帶。中部低凸帶與外部高地帶是由裂谷期地壘或旋轉(zhuǎn)的斷塊所形成的地貌高地，而近岸低凹帶與近海低凹帶是裂谷期的地塹或半地塹構(gòu)成的低地。相比較而言，桑托斯盆地中部低凸帶較窄、外部高地帶較寬；坎波斯盆地中部低凸帶較寬、外部高地帶較窄；而圣埃思皮里圖盆地中部基底凸起的特征并不明顯(圖5)。

圖4 大坎波斯盆地區(qū)域地質(zhì)剖面 (據(jù)文獻(xiàn)[2]編制,剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.4 Regional geological profiles of Great Campos Basin[2]

2.3 走向上的分段性

在佛洛里亞諾波利斯、卡布弗里奧與維多利亞北側(cè)等地區(qū)發(fā)育3個(gè)一級(jí)調(diào)節(jié)斷層帶，分別形成了大坎波斯盆地南端的特里斯坦-達(dá)庫(kù)尼亞(Tristan da cunha)橫向火山巖脊[7]和盆地內(nèi)的卡布弗里奧橫向低凸帶和維多利亞高地。同時(shí)，在盆地內(nèi)還發(fā)育了較多二級(jí)調(diào)節(jié)斷層帶，分別變換了各小段內(nèi)伸展變形位移量的差異[27-29]。

圖5 大坎波斯盆地鹽下地層層拉平剖面(示鹽下裂谷系構(gòu)造分帶)Fig.5 Flattened sections of pre-salt strata in Great Campos Basin

2.4 沉積充填的差異性

首先，構(gòu)造分帶造就了裂谷系兩坳兩隆的沉積格局，形成了近岸低凹帶與近海低凹帶2條生烴中心帶,以及中部低凸帶與外部高地帶2條油氣聚集帶。其次，構(gòu)造分段亦使大坎波斯盆地的沉積充填存在巨大差異。大坎波斯盆地鹽下層拉平剖面(圖5)揭示出桑托斯盆地裂谷期沉積厚度為5 000～6 000 m，坎波斯盆地最厚達(dá)4 000 m，而圣埃思皮里圖盆地則僅為2 000 m左右。

3 裂谷系成藏主要控制關(guān)系

裂谷期湖相烴源巖是大坎波斯盆地的主力烴源巖，貢獻(xiàn)了該區(qū)90%以上的油氣。裂谷期介殼灰?guī)r是一套良好的儲(chǔ)層，而“網(wǎng)狀”分布的正斷層系統(tǒng)有利于油氣垂向運(yùn)移。故裂谷系的結(jié)構(gòu)對(duì)鹽下油氣成藏有著重要影響。

3.1 基底埋深差異導(dǎo)致主力烴源巖成熟度差異

桑托斯盆地?zé)嵫莼潭茸罡?，近岸低凹帶?nèi)主體已進(jìn)入生濕氣-干氣階段，外部高地帶受基底較淺與巨厚鹽巖(2 000 m左右)高熱導(dǎo)率的雙重影響處于主生油帶內(nèi)(圖7)[30-34]；坎波斯盆地?zé)嵫莼潭茸畹?，因基底埋深適中，正處于生油的高峰期；圣埃思皮里圖盆地因鹽上沉積較厚，烴源巖在沉積中心已達(dá)生濕氣階段，但厚度較薄而生烴量有限。

3.2 裂谷期斷裂作用方式與組合形式?jīng)Q定鹽下油藏圈閉類(lèi)型

該區(qū)鹽下圈閉類(lèi)型本質(zhì)上是構(gòu)造成因的，受控于裂谷期的地壘與旋轉(zhuǎn)斷塊所形成的高地。本文根據(jù)已有的勘探成果總結(jié)出4類(lèi)圈閉(圖8)。

圖6 大坎波斯盆地鹽下裂谷體系(據(jù)文獻(xiàn)[7]，修改)Fig.6 Distribution of pre-salt rift system in Great Campos Basin[7]

1) 地壘側(cè)翼的地層尖滅型圈閉。地壘在裂谷階段和過(guò)渡階段早期處于地形高部位，裂谷期的介殼灰?guī)r與過(guò)渡階段早期的生物灰?guī)r等儲(chǔ)層均沿地壘側(cè)翼的有利相帶發(fā)育，并逐步向地形高地尖滅，上覆鹽巖為優(yōu)質(zhì)蓋層，組成地層尖滅型圈閉。如桑托斯盆地外部高地帶Tupi高地西坡的Lula油田(圖8a)。

2) 斷塊之上的披覆背斜圈閉。同向旋轉(zhuǎn)的斷塊形成半地塹結(jié)構(gòu)，構(gòu)成局部掀斜高地，沉積物的厚度頂薄翼厚，受后期差異壓實(shí)作用的影響形成披覆構(gòu)造,如Carioca油田(圖8b)。

3) 斷背斜圈閉。其背斜成因與披覆背斜類(lèi)似，受控于斷塊形成的掀斜高地及其兩側(cè)的差異壓實(shí)作用，但因主控?cái)鄬拥亩嗥诨顒?dòng)，斷層切割了背斜，在正斷層下盤(pán)形成斷背斜圈閉,如Guara油田(圖8c)。

4) 火山巖儲(chǔ)層圈閉。其儲(chǔ)層類(lèi)型為裂隙型的玄武巖和火山碎屑巖，伸展斷層的垂向位移使它們穿插在裂谷期的頁(yè)巖和泥灰?guī)r之間，并形成側(cè)向封堵，上覆的蒸發(fā)巖為區(qū)域蓋層,如Pampo油田(圖8d)。

圖7 大坎波斯盆地湖相烴源巖熱演化程度(據(jù)文獻(xiàn)[7]，修改)Fig.7 Thermal evolution degree of lacustrine source rocks in Great Campos Basin[7]

3.3 鹽下高地控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育相帶

裂谷期的儲(chǔ)層主要發(fā)育于上裂谷層序，具同時(shí)異相沉積。在近岸低凹帶與近海低凹帶的沉積中心，沉積了富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)烴源巖；在中部低凸帶與外部高地帶，因水體較淺發(fā)育介殼灰?guī)r儲(chǔ)層，而離物源區(qū)較近的區(qū)帶發(fā)育碎屑巖儲(chǔ)層(圖5a)。介殼灰?guī)r生物發(fā)育、孔隙度高(25%)，儲(chǔ)層物性極佳。同時(shí)，中部低凸帶與外部高地帶因構(gòu)造部位高，亦是鹽下低凹帶成熟油氣運(yùn)移的指向區(qū)，因而是鹽下勘探的最有利區(qū)帶。

圖8 大坎波斯盆地鹽下圈閉類(lèi)型Fig.8 Pre-salt trap types in Great Campos Basina.地層尖滅型圏閉；b.披覆背斜型圈閉；c.斷背斜型圈閉；d.火山巖型圈閉

4 結(jié)論

1) 大坎波斯盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了晚三疊世—侏羅紀(jì)的克拉通內(nèi)坳陷、紐康姆期—巴雷姆期的大陸內(nèi)裂谷、阿普特期的構(gòu)造過(guò)渡、阿爾布期—三冬期的初始拉張和坎潘期—上新世的大規(guī)模裂陷5個(gè)階段。

2) 大坎波斯盆地鹽下裂谷系總體呈東西(傾向)分帶、南北(走向)分段的“斜向棋盤(pán)”結(jié)構(gòu)。傾向上按基底的埋深分為近岸低凹帶、中部低凸帶、近海低凹帶和外部高地帶4個(gè)構(gòu)造分帶；走向上一級(jí)調(diào)節(jié)斷層帶的構(gòu)造調(diào)節(jié)作用形成了3個(gè)構(gòu)造分段區(qū)在構(gòu)造線展布、裂谷形態(tài)與沉積充填等方面的差異。

3) 裂谷系對(duì)鹽下成藏的控制作用主要表現(xiàn)為烴源巖的成熟度、圈閉類(lèi)型及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育相帶3個(gè)方面。大坎波斯盆地的外部高地帶與中部低凸帶既是鹽下油氣運(yùn)移的聚集帶，又是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育相帶，因而是鹽下勘探的最有利區(qū)帶。

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(編輯 董 立)

Rift system and its controlling effects upon pre-salt hydrocarbon accumulation in Great Campos Basin,Brazil

Wang Xinwei1,Meng Qingqiang2,Wu Changwu2,Tao Ye2,Guo Yongqiang2,Zhang Yunxia2

(1.StarPetroleumCo.Ltd.,SINOPEC,Beijing100083,China;2.PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China)

Great Campos Basin in offshore eastern Brazil has been one of the major investment attractions for Chinese oil companies.Based on previous studies and the latest exploration achievements in the basin,the article identified its evolution stages,analyzed its structural features,and discussed the controlling effect of structural differences upon the formation of pre-salt accumulations.The basin had experienced five stages of tectonic evolution:intracratonic depression during the Late Triassic-Jurassic,intracontinental rifting in Neocomain-Barremian,rift-depression transition in the Aptian,initial opening in the Albian-Santonian and large-scale rifting in the Campanian-Pliocene.The overall tectonic system during the rifting stage can be likened to a “chessboard” featuring dipping direction(EW)zonation and strike(SN)segmentation.Along the dipping direction,the tectonic system consists of four belts in terms of depth of bedrock:nearshore concave belt,central low-convex belt,offshore concave belt and external high belt.Along the strike,the tectonic system is divided into 3 segments by the accommodating fault belt:Santos,Campos and Espírito Santos.They differ in tectonic line,rift shape and sedimentary thickness.The controlling effect of rift system upon the pre-salt accumulations in the basin is mainly expressed through source rock maturity;trap types and distribution of good reservoir rocks.The external high belt and central low-convex belt in the basin is considered as the most promising targets for pre-salt exploration.

tectonic evolution,rift system,pre-salt accumulation,play fairway,Great Campos Basin,Brazil

2014-03-10;

2014-12-10。

汪新偉(1968—),男，博士、高級(jí)工程師，海外油氣勘探與盆地構(gòu)造研究。E-mail:wangxinwei.syky@sinopec.com。

中國(guó)石油化工股份有限公司科技項(xiàng)目(P11063)。

0253-9985(2015)02-0193-10

10.11743/ogg20150203

TE121.2

A