墨西哥灣盆地深水區(qū)油氣分布特征及勘探潛力

韓 彧，黃 娟，趙 雯

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

墨西哥灣盆地深水區(qū)油氣分布特征及勘探潛力

韓 彧，黃 娟，趙 雯

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

通過分析墨西哥灣盆地油氣資源勘探現(xiàn)狀、油氣地質(zhì)特征，及與油氣成藏密切相關(guān)的鹽巖形成、演化和分布特征，進(jìn)一步認(rèn)識到墨西哥灣盆地上侏羅統(tǒng)牛津階—第四系更新統(tǒng)發(fā)育了4套優(yōu)質(zhì)烴源巖和多套性能優(yōu)越的儲集層，封堵性能良好的局部和區(qū)域蓋層遍布整個新生界層系，斷層提供了運移通道，構(gòu)造和地層圈閉發(fā)育，具有優(yōu)越的生儲蓋等油氣成藏條件。盆內(nèi)中侏羅統(tǒng)發(fā)育一套廣泛分布的厚層鹽巖，很多大型油氣藏均與該鹽巖相關(guān)。鹽上和鹽下儲層中均有可觀的油氣發(fā)現(xiàn)，隨著油氣勘探理論和技術(shù)的進(jìn)步，鹽下油氣藏的潛力逐漸顯現(xiàn)出來，勘探潛力很大。

鹽巖成因；油氣成藏；鹽下油氣藏；深水區(qū)；墨西哥灣盆地

隨著油氣勘探理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步，油氣勘探的對象也在不斷擴大，勘探對象也更加復(fù)雜?？碧讲辉賰H僅局限于常規(guī)油氣，非常規(guī)油氣勘探的投入也在逐漸增大。現(xiàn)今油氣勘探出現(xiàn)了一些熱點勘探領(lǐng)域，其中包括深水油氣區(qū)(水深大于300 m)。2008年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[1]，已發(fā)現(xiàn)的油氣儲量有29%來自于水深超過500 m的深水區(qū)。而在近幾年的全球油氣重大發(fā)現(xiàn)中，將近一半來自于深水區(qū)。

墨西哥灣盆地是重要的油氣富集區(qū)，其勘探已有100多年的歷史，目前勘探技術(shù)不斷改善，且逐漸向深水區(qū)和深部埋深地區(qū)推進(jìn)。在美國墨西哥灣海域從事油氣勘探的石油公司一直在尋求新的勘探領(lǐng)域，并通過勘探技術(shù)的進(jìn)步和勘探理念的更新獲得新的儲量增長點。其油氣勘探經(jīng)歷了從陸上、淺水、深水到超深水的過程，在勘探層系上，經(jīng)歷了從新到老，從淺層、到深層、超深層，從鹽上到鹽下的發(fā)展歷程。

1 勘探歷程及油氣資源

1.1 勘探歷程

美國墨西哥灣盆地現(xiàn)今勘探程度較高，而在勘探初期，其發(fā)現(xiàn)油氣田的速度較慢。在20世紀(jì)40年代，墨西哥灣盆地油氣勘探開始進(jìn)入海域，從而使得盆地油氣產(chǎn)量一直穩(wěn)步增長，80年代的后期出現(xiàn)了油氣儲量的一個高峰；到90年代后期，由于勘探技術(shù)等因素的影響，深水區(qū)的油氣勘探又出現(xiàn)了一次高峰；在2000年，水深大于300 m的油氣探明儲量超過了淺水區(qū)，油氣勘探深度超過了2 500 m[2]。近幾年在淺水區(qū)深層不斷獲得油氣發(fā)現(xiàn)，特別是2010年初在淺水區(qū)超深層發(fā)現(xiàn)了Davy Jones氣藏，可采天然氣儲量(5 660～17 000)×108m3，標(biāo)志著成熟探區(qū)油氣勘探取得突破性進(jìn)展。

據(jù)報道，墨西哥國家石油公司Pemex在墨西哥灣深水區(qū)域第二次發(fā)現(xiàn)重大的原油儲藏，預(yù)計此次新發(fā)現(xiàn)的Supremo石油儲藏，按通用的探明加概算加可能的石油儲量(3P儲量)高達(dá)1.25 億桶。Supremo勘探井位于距墨西哥灣馬塔莫羅斯港口以東250 km處，其勘探井水深2 900 m，鉆穿海底1 100 m深處，這是迄今為止墨西哥灣鉆探的最深油井之一[3]。墨西哥灣深水區(qū)豐富的資源潛力，吸引著世界各大油公司。2014年3月，美國政府對BP長達(dá)16個月的投標(biāo)禁令解除，BP當(dāng)月再次參與競標(biāo)墨西哥灣油氣勘探開發(fā)許可證，并最終以4 160萬美元競得24個區(qū)塊[4]。

1.2 油氣資源

墨西哥灣盆地深水區(qū)對美國油氣儲量的增長有著重要的貢獻(xiàn)，油氣儲量非?？捎^。據(jù)統(tǒng)計，截至2003年年底，墨西哥灣盆地深水區(qū)的156個油氣田的油氣可采儲量達(dá)1 561 MMboe，其中石油約1 100 MMbbl。所發(fā)現(xiàn)的深水區(qū)油氣大部分蘊藏在大油氣田中，自20世紀(jì)末期到現(xiàn)今的油氣勘探發(fā)現(xiàn)，深水區(qū)的油氣地質(zhì)儲量約為淺水區(qū)的13倍(圖1)。2009年，美國墨西哥灣深水區(qū)和超深水區(qū)的探明儲量和產(chǎn)量已經(jīng)占了很大的比例(表1)。由于2010年5月份的漏油事件影響，墨西哥灣的油氣生產(chǎn)不再呈上升勢頭。然而，根據(jù)美國能源署的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年墨西哥灣盆地的石油產(chǎn)量為1.32×108t[2]。在2009—2011年，雖然墨西哥灣地區(qū)石油產(chǎn)量下降了14.8%，但深水區(qū)的油產(chǎn)量很穩(wěn)定，2011年還略有上漲。天然氣在淺水區(qū)的產(chǎn)量也在下降，而深水區(qū)的產(chǎn)量卻不斷上升。整體上呈現(xiàn)出由淺水區(qū)向深水區(qū)發(fā)展的趨勢。根據(jù)Douglas Westwood 公司的估測，世界海域約44%的油氣資源來自深水區(qū)。其中，墨西哥灣盆地深水區(qū)的油氣資源量可能高達(dá)(4～5)×104MMboe，約占整個海域資源的2/5。

圖1 墨西哥灣盆地深水區(qū)位置

根據(jù)伍德麥肯茲(WM)的最新展望報告，墨西哥灣深水區(qū)的石油日產(chǎn)量預(yù)計在2016年將達(dá)到190萬桶油當(dāng)量的新高峰，并預(yù)計在2016年達(dá)到新的高峰以后，墨西哥灣深水區(qū)的石油產(chǎn)量在2020年前將保持穩(wěn)產(chǎn)[5]。

2 墨西哥灣盆地油氣地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造和沉積特征

墨西哥灣盆地從早三疊世開始先后經(jīng)歷了裂谷期和裂谷后期2個演化階段，其基底為經(jīng)歷了變質(zhì)作用的上古生界碎屑巖[7-8]。值得一提的是，在中侏羅世時期，淺海發(fā)育了碎屑巖和蒸發(fā)巖，發(fā)育了一套分布廣泛的Louann鹽巖層[9]。由于構(gòu)造運動和鹽巖作用的影響，盆地斷層也比較活躍。新生代為主要的沉積期，由于受構(gòu)造運動的影響，沉積中心不斷向海域推進(jìn)。沉積物主要以新生代的陸源碎屑為主，沉積中心由老到新，不斷向海域遷移，發(fā)育了三角洲、水下扇等沉積相[10-13]。

2.2 烴源巖

墨西哥灣盆地發(fā)育了4套烴源巖[8]，包括：上侏羅統(tǒng)Tithonian-Oxfordian階，下白堊統(tǒng)Barremian階、上白堊統(tǒng)Turonian階和古近系的斯巴爾他組(圖2)。上侏羅統(tǒng)Tithonian階Cotton Valley群是最主要的源巖，而始新統(tǒng)Wilcox群也是潛力源巖。其中，Cotton Valley群為一套碎屑巖，下部由深灰—黑色、海相富化石的頁巖和鈣質(zhì)頁巖組成，向陸砂巖增加。該群的最大厚度達(dá)1 km，源巖的發(fā)育受構(gòu)造作用、蒸發(fā)巖的發(fā)育程度等因素控制。

表1 截至2009年底美國墨西哥灣海域油氣探明儲量和產(chǎn)量分布[6]

2.3 儲集層

美國墨西哥灣盆地內(nèi)的油氣主要存儲于上侏羅統(tǒng)牛津階—第四系更新統(tǒng)的多套儲集層中，儲層主要為碎屑巖[15]。在晚侏羅世—白堊紀(jì)，盆地發(fā)育了1套厚層碳酸鹽巖，也是很好的油氣儲集層。受沉積環(huán)境和埋深的影響，儲集性能中等，且差異很大，深層的物性較差。如儲集層下方存在鹽巖的活動，會發(fā)育微裂縫，因此其滲透率也可能很高。新近系海域的儲層物性為良好—極好，埋深300～5 400m，孔隙度可達(dá)20%～35%，其滲透率也比較高。

圖2 美國墨西哥灣盆地地層[14]

2.4 蓋層

蓋層主要有碳酸鹽巖、頁巖、泥巖以及蒸發(fā)巖，其中蒸發(fā)巖中的鹽巖為最好的蓋層。如裂谷期發(fā)育的Louann鹽巖，為厚度大、分布廣泛的常見蓋層[13]。另外，由海進(jìn)期發(fā)育的分布廣泛的泥頁巖，由于裂谷后期構(gòu)造較穩(wěn)定，該泥頁巖使得局部和區(qū)域蓋層遍及了整個新生界層系，且封堵性能好。

2.5 油氣圈閉

該區(qū)油氣圈閉類型可分為2大類：構(gòu)造圈閉和地層圈閉，主要為斷層形成和鹽巖構(gòu)造形成的。油氣主要儲于鹽或頁巖底辟翼部、斷背斜和與正斷層相關(guān)的構(gòu)造中，這幾類構(gòu)造圈閉內(nèi)的儲量約占總量的68%，僅鹽或頁巖底辟翼部圈閉內(nèi)的儲量就占了總儲量的34%。有關(guān)深水區(qū)的圈閉類型沒有系統(tǒng)的統(tǒng)計資料[16-17]，通過對已獲得資料的綜合分析，深水區(qū)的圈閉類型與淺水陸架區(qū)有一定差異。墨西哥灣盆地從侏羅紀(jì)至今，斷層一直比較發(fā)育，斷層為主要的油氣運移通道。

3 墨西哥灣深水勘探區(qū)帶

現(xiàn)今的深水區(qū)勘探成果顯示，墨西哥灣深水區(qū)的油氣勘探主要集中在中新統(tǒng)、古近系Wilcox群和侏羅系分布區(qū)等勘探區(qū)帶(圖3)。最近幾年，深水、超深水遠(yuǎn)景區(qū)的勘探發(fā)現(xiàn)顯示，墨西哥灣盆地的超深水區(qū)存在著儲量可觀的大油氣田。超深水鹽下勘探區(qū)帶，雖然存在很大的勘探風(fēng)險，但由于勘探的成功和高回報，又掀起了勘探的熱潮[17-19]。

3.1 鹽下油氣藏的發(fā)育和分布

墨西哥灣盆地深水、超深水區(qū)的油氣勘探活動，使得與鹽巖相關(guān)的油氣勘探逐漸成為新的研究目標(biāo)。墨西哥灣盆地的烴源巖發(fā)育、儲集性能條件優(yōu)越，與鹽丘有關(guān)的圈閉占2/5，且該區(qū)大部分油氣圈閉的有效性主要受控于鹽巖和生長斷層的活動。因此研究墨西哥灣盆地鹽巖的發(fā)育展布，及其與鹽巖有關(guān)的成藏模式，對認(rèn)清墨西哥灣盆地的深水油氣藏的分布至關(guān)重要。

圖3 墨西哥灣盆地深水區(qū)主要勘探區(qū)帶劃分[1]

3.1.1 鹽巖的成因

墨西哥灣鹽下油氣遠(yuǎn)景區(qū)的演化與墨西哥灣的演化有著密切的關(guān)系，從中侏羅世開始，墨西哥灣與太平洋的連接近于關(guān)閉，進(jìn)入盆地的鹽水被孤立[20]。經(jīng)過多次補充和蒸發(fā)作用，使得高鹽沉積物在盆地中心沉積，周圍為硬石膏沉淀。由于局部的構(gòu)造沉降作用，使得鹽巖沉積物不斷發(fā)育，最終形成廣泛發(fā)育的鹽巖沉積，即Louann鹽巖層。地震資料顯示，Louann鹽巖層厚度分布不均，由于斷層作用、侵蝕和火山作用的影響，厚度范圍在0～4 000 m，方向多為東南—西北方向。

3.1.2 鹽巖的演化與分布特征

晚侏羅世為裂谷作用的最后階段，Yucatan地臺與北美板塊發(fā)生分離，帶走了部分鹽體，在早白堊世時期漂移、旋轉(zhuǎn)，最終停留在南美洲板塊的北部邊緣。盆地外的構(gòu)造作用影響了Louann鹽巖層的埋藏和展布。晚侏羅世，在弗洛里達(dá)大陸架和Yucatan大陸架由于缺少碎屑沉積物源，這些巨厚的化學(xué)碳酸鹽巖成為了主要的沉積物源。之后的海侵時期，海平面上升，局部沉積了蒸發(fā)巖、淺層海相碎屑物和富含有機質(zhì)的碳酸鹽巖。在侏羅紀(jì)—中新世時期的海侵、海退過程中，Louann鹽巖層一直在對盆地進(jìn)行改造。

當(dāng)厚層鹽巖被深埋和發(fā)生變形后，形成了與不含鹽的邊緣地層和構(gòu)造完全不同的陸緣地層。鹽巖比周圍的砂巖等沉積巖要脆弱得多，鹽巖的構(gòu)造解體通常會導(dǎo)致鹽體的塑性流動，有可能在每年滑動幾米遠(yuǎn)。由于其低滲透率的特點，能夠阻止流體和氣體的運移，起到保存圈閉中油氣的作用。

由于重力的作用，當(dāng)上覆地層的厚度和密度發(fā)生變化時，會使下伏的鹽巖層向較薄或低密度的上覆區(qū)滑動；如果鹽體側(cè)翼的沉積物橫向拉伸，巖層可能也會被拉伸，而進(jìn)入裂縫中。相反，側(cè)翼沉積物向一起擠壓時，中間的鹽體也會受擠壓，形成底辟構(gòu)造。水平鹽巖層可以通過3種方式形成鹽底辟構(gòu)造：(1)盆地被拉伸時，鹽巖在因拉伸斷裂作用而變薄的地層的下方形成山脊；(2)水平鹽層穿過頂部因侵蝕作用變薄的地層；(3)多個鹽底辟構(gòu)造形成“鹽島”，隨盆地的沉降被深埋。

從晚侏羅世到中新世，沿Sigsbee陡坡東側(cè)，由于上部地層的褶皺作用及三角洲沉積作用，使得鹽巖遠(yuǎn)離厚厚的沉積中心，運移到薄層地層之下。同時，地層的傾斜使得鹽巖層上覆地層發(fā)生了褶皺作用，新生代Perdido褶皺帶就是在深層原地鹽楔上形成的。

3.2 鹽下油氣藏勘探潛力

一套有效的含油氣系統(tǒng)應(yīng)包括以下的要素：生、儲、蓋、運移過程和通道、圈閉、保存的時機和環(huán)境，以上要素缺一不可。在墨西哥灣盆地的深水區(qū)尋找有效的油氣藏，重點在于鹽巖。在墨西哥灣鹽上構(gòu)造發(fā)現(xiàn)的油氣藏都被證實存在有效的含油氣系統(tǒng)，而鹽下構(gòu)造中是否存在有效的含油氣系統(tǒng)呢？在1983年，Placid公司的一口鉆井，鉆穿了2個鹽層，而不是鹽底辟，這激起了勘探者的興趣，促進(jìn)了鹽下油氣勘探的進(jìn)程(表2)。?？松驹?0世紀(jì)末的密西西比峽谷一區(qū)塊鉆穿了1 021 m的鹽層后，鉆遇了商業(yè)性的油氣，證明鹽下確實可以存在有效的含油氣系統(tǒng)。

表2 墨西哥灣盆地部分鹽下鉆井[20]

在侏羅紀(jì)之后，隨著盆地的繼續(xù)沉降，富含有機質(zhì)的生油巖因為埋深的增加和不斷積聚的熱量，形成了優(yōu)異的含油氣系統(tǒng)。烴源巖下部的Louann鹽層發(fā)生變形后，又形成了鹽枕、底辟和異地鹽體等，產(chǎn)生了很多與鹽巖相關(guān)的圈閉。在鹽巖的拉伸過程中還產(chǎn)生了斷層構(gòu)造，從而為油氣運移提供了很好的通道。斷層作用將砂巖和致密的頁巖聯(lián)系起來，形成了有效的圈閉和蓋層。三角洲和濁積碎屑巖沉積物為主要的儲集層。另外，對盆地演化史的研究表明，流體的排出和油氣運移的時機也比較有利。由于鹽下儲集層的源巖距離與鹽上有所不同，地層流體壓力也不一樣，大型油氣藏一般存在于鹽下的高壓系統(tǒng)中。因此，墨西哥灣盆地的深水鹽下具有形成有效含油氣系統(tǒng)的這些必要因素。

隨著地震、鉆井、測井和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)不斷發(fā)現(xiàn)新目標(biāo)，墨西哥灣深水鹽下區(qū)帶這一新的領(lǐng)域逐漸成為墨西哥灣盆地油氣儲量增長的一個重要領(lǐng)域。墨西哥灣深水鹽下油氣勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為我們提供了豐富的勘探開發(fā)經(jīng)驗，對全球鹽下油氣勘探有著很好的借鑒。

4 結(jié)論

(1)墨西哥灣盆地油氣資源分布廣泛，且油氣勘探不斷向深水區(qū)邁進(jìn)。美國墨西哥灣深水區(qū)和超深水區(qū)的儲量和產(chǎn)量所占比例不斷提高。墨西哥灣深水區(qū)的石油產(chǎn)量預(yù)計在未來的幾年達(dá)到新的高峰。

(2)墨西哥灣盆地具有優(yōu)越的生儲蓋等油氣成藏條件。盆地發(fā)育了4套優(yōu)質(zhì)烴源巖，在上侏羅統(tǒng)牛津階—第四系更新統(tǒng)發(fā)育了多套儲集層，儲集性能優(yōu)越，局部和區(qū)域蓋層遍及了整個新生界層系，且封堵性能好，斷層提供了運移通道，圈閉發(fā)育。

(3)墨西哥灣深水區(qū)鹽下油氣藏具有有利的成藏條件，勘探潛力很大。在墨西哥灣盆地內(nèi)發(fā)育了一套廣泛分布的厚層鹽巖，很多大型油氣藏均與鹽巖相關(guān)。鹽上和鹽下儲層中均有可觀的油氣發(fā)現(xiàn)，隨著油氣勘探理論和技術(shù)的進(jìn)步，鹽下油氣藏的潛力已逐漸顯現(xiàn)出來。

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[22] Woodward K.Ecopetrol announces discovery in deepwater Gulf of Mexico [EB/OL].(2014-07-17)[2015-02-27].http://www.prnewswire.com/news-releases/ecopetrol-announces-discovery-in-the-deepwater-gulf-of-mexico-us-267334611.html.

(編輯 徐文明)

Distribution features and exploration potential of oil and gas in a deepwater area of the Gulf of Mexico Basin

Han Yu, Huang Juan，Zhao Wen

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

The hydrocarbon exploration conditions and geologic features of the Gulf of Mexico Basin were studied, and the formation, evolution and distribution of salt deposits which were closely related to the reservoirs were analyzed. From the Oxfordian Stage of the Upper Jurassic to the Pleistocene Series of the Quaternary, four sets of excellent hydrocarbon source rocks and various favorable reservoirs developed. Effective sealing formations were widespread in the Cenozoic. Faults provided pathways for hydrocarbon migration. Structural and stratigraphic traps were common. All these contributed to the generation and preservation of hydrocarbon. Thick salt deposits were widespread in the Middle Jurassic of the basin, which had a close relationship with giant oil and gas pools. Major discoveries have been made in both pre-salt and post-salt formations. As petroleum exploration theory and technique advanced, the pre-salt formations in the deepwater area of the basin attracted more attention and showed good potential.

origin of salt; hydrocarbon accumulation; pre-salt reservoir; deepwater area; Gulf of Mexico Basin

1001-6112(2015)04-0473-06

10.11781/sysydz201504473

2014-08-13；

2015-06-02。

韓彧(1981—)，女，工程師，從事油氣地質(zhì)信息工作。E-mail:hanyu.syky@sinopec.com。

中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司科研項目(SIPC-2013-01-001-E)資助。

TE121.1

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