西南非海岸盆地海相烴源巖發(fā)育模式及差異性分析

李丹 康洪全 郝立華 曹向陽(yáng) 劉小龍

摘 要：西南非海岸盆地隸屬于西非被動(dòng)大陸邊緣盆地，在全球海洋缺氧事件背景下，分別在過(guò)渡期Barremian-Aptian時(shí)期、漂移期Cenomanian-Turonian時(shí)期發(fā)育海相烴源巖，但鉆井揭示結(jié)果顯示，這兩套海相烴源巖具有明顯差異，其中Barremian-Aptian時(shí)期海相烴源巖從Ⅲ型至Ⅰ型干酪根均有發(fā)育，且平面上具有“內(nèi)側(cè)傾氣、外側(cè)傾油”的特點(diǎn)，而Cenomanian-Turonian時(shí)期海相烴源巖整體以Ⅱ2～Ⅲ干酪根（生氣為主）為主，TOC普遍小于2.7%，僅靠近盆地最北部的Walvis火山脊發(fā)育相對(duì)優(yōu)質(zhì)的Ⅱ型干酪根，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這兩套烴源巖發(fā)育差異的主要原因是沉積時(shí)期古地理-古洋流背景差異。

關(guān)鍵詞：西南非海岸盆地;海相烴源巖;海洋缺氧事件;古地理-古洋流背景;發(fā)育特征

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0160-04

0 前言

海相烴源巖是全球油氣的主要來(lái)源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球70%以上的已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量來(lái)自于海相烴源巖，且世界上已發(fā)現(xiàn)的多數(shù)大型或巨型油氣田油氣均來(lái)自于海相烴源巖。在全球范圍內(nèi)其分布十分廣泛，層位上從元古界到第三系均有分布，而盆地類(lèi)型上除陸內(nèi)裂谷盆地外，在其它六種盆地類(lèi)型中也均廣泛發(fā)育。

西南非海岸盆地隸屬于西非被動(dòng)大陸邊緣盆地，經(jīng)歷了裂谷期、過(guò)渡期、漂移期三期構(gòu)造演化，在全球海洋缺氧背景下，分別在過(guò)渡期Barremian-Aptian時(shí)期、漂移期Cenomanian-Turonian時(shí)期發(fā)育兩套海相烴源巖，但由于沉積時(shí)期古地理-古洋流差異影響，導(dǎo)致這兩套海相烴源巖呈現(xiàn)全然不同的發(fā)育特征，筆者通過(guò)對(duì)比剖析，明確盆地不同時(shí)期兩套海相烴源巖發(fā)育特征，并結(jié)合各自發(fā)育的特殊古地理-古洋流背景進(jìn)行分析，總結(jié)出不同沉積背景下兩種海相烴源巖沉積發(fā)育模式，并明確了海相優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的背景，這在一定程度上為相似沉積背景下烴源巖研究提供了參考。

1 盆地概況

西南非海岸盆地屬被動(dòng)大陸陸緣盆地，處于西非南段，面積49.7×104km2。盆地由南向北依次劃分為Orange、Luderitz、和Walvis次盆。面積分別為24.8×104km2、9.3×104km2、15.6×104km2。其中Orange次盆為南非和納米比亞國(guó)家共同所有，而Luderitz、和Walvis次盆隸屬于納米比亞國(guó)家（圖1）。

目前，該盆地的油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在南部的Orange次盆，包括四個(gè)氣藏（K氣田，可采儲(chǔ)量為1081.8億方;I氣田，可采儲(chǔ)量232.7億方;F氣藏，可采儲(chǔ)量14.2億方;V氣藏，可采儲(chǔ)量67.8億方）和一個(gè)油藏（J油藏，可采儲(chǔ)量0.25MMbbls）（Richard B.等，1998;鄧榮敬等，2008），其中氣藏中的氣均來(lái)自于海相烴源巖。（圖1）

隨著南美板塊與非洲板塊的裂解，處于西非南段的西南非海岸盆地率先破裂，經(jīng)歷了三期構(gòu)造演化：裂谷期（晚侏羅世-早白堊世Neocomian階）、過(guò)渡期（早白堊世Barremian階-Aptian階）和漂移期（早白堊世Aptian階-現(xiàn)今）（Sandersen Andrea，2006）。

裂谷期（晚侏羅世-早白堊世Neocomian階）時(shí)期岡瓦納大陸開(kāi)始破裂，在非洲板塊和南美板塊之間發(fā)生陸內(nèi)裂谷作用，形成了一系列近南北向展布的湖相半地塹。同時(shí)火山活動(dòng)頻繁，發(fā)育大量SDR（Seaward dipping reflector）火成巖充填地層（Franke D.，2012;Geoffroy，2005）。

過(guò)渡期（早白堊世Barremian階-Aptian階）時(shí)期岡瓦納大陸破裂作用加劇直至解體，標(biāo)志著盆地由湖相環(huán)境向海相環(huán)境的過(guò)渡完成，沉積環(huán)境以濱岸-濱淺海為主，發(fā)育了一套海相沉積地層。

漂移期（早白堊世Aptian階-現(xiàn)今）時(shí)期岡瓦納大陸解體，西南非海岸盆地陸架-陸坡體系形成。古Orange河向盆內(nèi)輸入大量碎屑物，形成一定規(guī)模的進(jìn)積濱淺海三角洲及深水扇沉積，沉積中心處最厚可超過(guò)8km。由于沉積物不斷的前積作用，在陸架破折帶發(fā)育滑脫斷層，沿著Cenomanian -Turonian階泥巖滑脫層產(chǎn)生一系列大規(guī)模的滑脫構(gòu)造，向海方向延伸上百公里（HIS，2014）（圖2）。

2 烴源巖發(fā)育特征

整體上，西南非海岸盆地對(duì)應(yīng)于三期構(gòu)造演化階段發(fā)育三套烴源巖：裂谷期Neocomian階湖相烴源巖、過(guò)渡期Barremian-Aptian海相泥巖、漂移期Cenomanian-Turonian海相泥巖。但由于裂谷期，火山活動(dòng)頻繁，非洲板塊和南美板塊裂解形成的一系列近南北向展布的半地塹主要被SDR（Seaward Dipping Reflector）火成巖地層充填，僅內(nèi)裂谷帶發(fā)育局限的湖相地層沉積，潛力有限。而發(fā)育的兩套海相烴源巖在盆地內(nèi)廣泛分布，為盆地的主要烴源巖。

過(guò)渡期Barremian-Aptian、漂移期Cenomanian-Turonian海相烴源巖沉積發(fā)育時(shí)期，均為白堊紀(jì)海洋缺氧事件（OAE）背景（Leckie R M等，2002;Erba E，2004;賈建忠等，2009），同時(shí)沉積時(shí)期火山活動(dòng)頻繁，為海洋生物繁盛提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，而缺氧的地質(zhì)背景則利于有機(jī)質(zhì)保存，從而在此背景下發(fā)育了兩套海相烴源巖。

2.1 過(guò)渡期烴源巖特征

目前過(guò)渡期Barremian-Aptian海相烴源巖已有大量鉆井證實(shí)，鉆井結(jié)果顯示，過(guò)渡期海相烴源巖從Ⅰ到Ⅲ型均有發(fā)育（圖3），TOC含量變化較大，集中分布在0.5～3.5%之間，部分可達(dá)17.7%。且在平面上從陸向海呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律，其中靠陸一側(cè)主要以富含陸源有機(jī)質(zhì)的Ⅲ-Ⅱ2干酪根為主，TOC含量整體小于4%;而靠海一側(cè)則主要以富含海相內(nèi)源型有機(jī)質(zhì)的Ⅱ2-Ⅰ干酪根為主，TOC含量相對(duì)較高，最高可達(dá)5.4%，部分可達(dá)10%以上。

結(jié)合古生物分析發(fā)現(xiàn)，過(guò)渡期烴源巖發(fā)育受沉積相帶控制明顯（表1）。

在靠陸一側(cè)的濱海帶，有機(jī)質(zhì)以陸生高等植物成因組分（鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組）為主，海相浮游生物組分極少或不發(fā)育（腐泥組<80%），有機(jī)質(zhì)HI<150mg/g，δ13C>-24‰， Pr/Ph>3.5（秦建中等，2005），該類(lèi)型烴源巖主要發(fā)育于海陸過(guò)渡相的瀉湖、沼澤、海岸平原、三角洲平原及部分三角洲前緣亞相。內(nèi)淺海帶，成烴生物以陸源高等植物和淺水宏觀藻類(lèi)（紅藻、褐藻等）為主，并有海相浮游生物。顯微組分組成介于海相內(nèi)源型和海相陸源型之間，與海相混源I型的區(qū)別是腐泥組含量20%-50%，HI為150mg/g-400mg/g，δ13C為-24‰～-26‰，Pr/Ph為1.5～3.5。外淺海帶，成烴生物以宏觀藻類(lèi)、浮游藻類(lèi)為主，并有少量陸源高等植物的輸入。顯微組分組成介于海相內(nèi)源型和海相陸源型之間，腐泥組含量50%-80%，HI為400mg/g-650mg/g，δ13C為-26‰～-28‰，Pr/Ph為1.5～3.5。而在上坡折帶（過(guò)渡沉積時(shí)期，陸架坡折不明顯，為緩坡沉積背景），有機(jī)質(zhì)以海洋環(huán)境中的低等水生浮游生物成因組分為主，生物組合主要包括浮游菌藻類(lèi)、微體浮游動(dòng)物（浮游有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)、鈣質(zhì)超微、硅藻、苔蘚蟲(chóng)和海綿骨針等），有機(jī)顯微組分中腐泥組含量>80%，具體為藻類(lèi)體、藻屑及腐泥礦物瀝青基質(zhì)或無(wú)定形，有機(jī)質(zhì)HI>650mg/g，δ13C<-28‰，Pr/Ph<1.5。

同時(shí)，結(jié)合鉆井揭示不同沉積相帶過(guò)渡期烴源巖地化特征分析顯示，不同沉積環(huán)境下發(fā)育的烴源巖類(lèi)型及品質(zhì)存在一定差異性。內(nèi)淺海烴源巖TOC普遍在2～4%之間，主要為Ⅲ型干酪根;外淺海烴源巖TOC普遍在1～3%之間，主要為Ⅱ2型干酪根;上坡折帶烴源巖TOC含量相對(duì)較高，平均大于2%，最高可達(dá)10%以上，主要為Ⅱ1干酪根。

綜合分析可知，從內(nèi)淺海到上坡折帶，過(guò)渡期烴源巖具有有機(jī)質(zhì)類(lèi)型由Ⅲ型向Ⅱ1型過(guò)渡、陸源有機(jī)質(zhì)逐漸減少海洋有機(jī)質(zhì)逐漸增多的規(guī)律，從而使得過(guò)渡期烴源巖整體上呈現(xiàn)“內(nèi)側(cè)傾氣、外側(cè)傾油”的特點(diǎn)。

2.2 漂移期烴源巖特征

從漂移期Cenomanian-Turonian烴源巖鉆井揭示結(jié)果（圖4）顯示，僅位于Walvis次盆北部，靠近Walvis火山脊的10-1、15-1、12-1三口鉆井揭示了相對(duì)優(yōu)質(zhì)漂移期Cenomanian-Turonian海相烴源巖，其中10-1、15-1井TOC可達(dá)10%左右，S2可達(dá)63mg/g左右，干酪根類(lèi)型主要為Ⅱ型，部分Ⅰ型，往南到12-1井烴源巖品質(zhì)開(kāi)始變差，主要發(fā)育Ⅱ2型干酪根（圖5），TOC 1～3.4%，S2 1.4～12.6mg/g，再往南部的Luderitz、Orange次盆烴源巖品質(zhì)整體偏差，發(fā)育以Ⅲ～Ⅱ2型干酪根為主的海相烴源巖，TOC整體小于2.7%，以生氣為主。

對(duì)比過(guò)渡期Barremian-Aptian與漂移期Cenomanian-Turonian兩套海相烴源巖，可知，雖然均為海洋缺氧事件背景下發(fā)育的兩套海相烴源巖，但烴源巖發(fā)育特征具有明顯差異，其中過(guò)渡期Barremian-Aptian海相烴源巖從Ⅲ型至Ⅰ型干酪根均有發(fā)育，且平面上具有“內(nèi)側(cè)傾氣、外側(cè)傾油”的特點(diǎn)，而漂移期Cenomanian-Turonian海相烴源巖整體以Ⅱ2～Ⅲ干酪根（生氣為主）為主，TOC整體小于2.7%，僅靠近盆地最北部的Walvis火山脊發(fā)育相對(duì)優(yōu)質(zhì)的Ⅱ型干酪根。

3 古地理-古洋流背景

結(jié)合沉積時(shí)期盆地所處全球板塊構(gòu)造背景分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致過(guò)渡期Barremian -Aptian與漂移期Cenomanian-Turonian兩套海相烴源巖發(fā)育差異的主要原因是沉積時(shí)期古地理-古洋流差異引起。

過(guò)渡期沉積時(shí)期，西南非海岸盆地整體處于海侵期，岡瓦納大陸南端處于初始裂解階段，位于南美板塊南端的Falkland島對(duì)西南非海岸盆地起到明顯的障壁作用（圖6、圖7），使得盆地在過(guò)渡期處于半封閉海灣環(huán)境（Dingle R.V.，1999），鉆井揭示該時(shí)期沉積地層中含豐富的孢粉化石組合，以Classopollis（克拉梭粉），Balmeiopsis（松柏類(lèi)之一），Saccate（具囊類(lèi)）和Gleicheniidites（里白孢屬）為主，反應(yīng)了較為濕熱的古氣候背景，整體具備水體動(dòng)能相對(duì)低、海洋微生物繁殖程度相對(duì)高的特點(diǎn)。此外西南非海岸盆地在過(guò)渡期沉積期發(fā)生海洋缺氧事件（Jacquin T.，1988），亦利于有機(jī)質(zhì)的沉積保存，使得西南非海岸盆地在過(guò)渡期具備優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育條件。

而在漂移期Cenomanian-Turonian沉積時(shí)期，盆地整體處于開(kāi)闊海環(huán)境，雖然受到白堊系中晚期Cenomanian-Turonian海洋缺氧事件影響，但盆地整體處于廣海環(huán)境（圖8），有機(jī)質(zhì)保存條件差，且此時(shí)海洋生產(chǎn)力相對(duì)較低，沉積物中有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于河流攜帶的陸源有機(jī)質(zhì)，從而使得整體發(fā)育以陸源有機(jī)質(zhì)為主的Ⅲ～Ⅱ2干酪根，而位于盆地北部的Walvis盆地，由于受到Walvis火山脊的影響，在盆地北部形成了一個(gè)相對(duì)封閉-半封閉局限環(huán)境，同時(shí)Walvis火山脊活動(dòng)為周邊水體帶來(lái)了豐富的營(yíng)養(yǎng)，從而使得靠近Walvis火山脊附近古生物更為繁盛，從而為該區(qū)域烴源巖發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，這也是靠近Walvis火山脊附近發(fā)育了相對(duì)品質(zhì)較好的海相烴源巖的主要原因。

4 烴源巖發(fā)育模式

基于西南非海岸盆地過(guò)渡期Barremian-Aptian與漂移期Cenomanian-Turonian海相烴源巖發(fā)育特征及沉積時(shí)期古地理-古氣候-古洋流背景對(duì)比分析，筆者總結(jié)出這兩套海相烴源巖發(fā)育模式，并指出封閉-半封閉海灣環(huán)境是優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育的有利條件：

（1）過(guò)渡期時(shí)期半封閉海灣海相烴源巖發(fā)育模式。過(guò)渡期Barremian-Aptian沉積時(shí)期，無(wú)陸架坡折，為緩坡背景，由于南部島嶼對(duì)外部洋流的遮擋作用，盆地整體處于半封閉海灣環(huán)境，頻繁火山活動(dòng)利于生物繁盛，缺氧的地質(zhì)背景則為有機(jī)質(zhì)保存提供有利條件，整體上具備優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育條件。

該時(shí)期烴源巖整體呈現(xiàn)從陸向海依次由陸源型向混源型、內(nèi)源型變化的趨勢(shì)，其中濱海、內(nèi)淺海相帶主要發(fā)育Ⅲ-Ⅱ2型傾氣型干酪根，而外淺海、上坡折帶為Ⅱ1-Ⅰ傾油型烴源巖發(fā)育的有利相帶（圖9）。

（2）漂移期Cenomanian-Turonian開(kāi)闊海海相烴源巖發(fā)育模式。漂移期Cenomanian-Turonian沉積時(shí)期，南大西洋基本打開(kāi)，此時(shí)陸架坡折已經(jīng)形成，盆地整體處于開(kāi)闊海環(huán)境，洋流活躍，不利于有機(jī)質(zhì)保存，整體烴源巖品質(zhì)較差，有機(jī)碳含量相對(duì)較低，僅在北部Walvis火山活動(dòng)區(qū)附近發(fā)育了相對(duì)優(yōu)質(zhì)的海相烴源巖（圖10）。

5 結(jié)語(yǔ)

西南非海岸盆地是典型的被動(dòng)大陸邊緣盆地，由于白堊系缺氧事件的影響，導(dǎo)致其在過(guò)渡期Barremian-Aptian和漂移期Cenomanian-Turonian均發(fā)育了一套海相烴源巖，但由于沉積時(shí)期盆地所處古地理背景以及古洋流差異導(dǎo)致這兩套烴源巖發(fā)育特征差異明顯，筆者通過(guò)對(duì)比同一盆地不同時(shí)期發(fā)育的兩套海相烴源巖，總結(jié)出海相烴源巖發(fā)育的有利條件，從而對(duì)類(lèi)似沉積背景發(fā)育的烴源巖評(píng)價(jià)分析提供了一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] Dingle R. V.. Walvis Ridge barrier： its influence on palaeoenvironments and source rock generation deduced from ostracod distributions in the early South Atlantic Ocean， Geological Society， London， Special Publications 1999，153：293-302.

[2] Erba E. Calcareous nannofossilsand Mesozoic oceanic anoxic events[J]. Marine Micropaleontology，2004，52：85-106.

[3] Franke D. Rifting， lithosphere breakup and volcanism： comparison of magma-poor and volcanic rifted margins. Mar Petrol Geol 43：63-87. doi：10.1016/j.marpetgeo. 2012.11.003 CrossRef.

[4] Leckie R M， Bralower T， Cashman R. Ocean anoxic events and plankton evolution; Biotic response to tectonic forcing the Mid-Cretaceous[J]. Paleoceangraphy，2002，17（3）：1-29.

[5] Geoffroy， Laurent （2005）. "Volcanic passive margins" （PDF）. C. R. Geoscience 337（16）：1395-1408. Bibcode： 2005CRGeo.337.1395G. doi：10.1016/j.crte.2005.10.006.

[6] Jacquin T.， P. Ch. de Graciansky. Cyclic fluctuations of anoxia during Cretaceous time in the South Atlantic Ocean. Marine and Petroleum Geology， 1988（5）： 359-369.

[7] Sandersen Andrea. A Palynological Investigation of the Offshore Cretaceous Sequence on the South-West Coast of South Africa. A Doctoral degree Thesis submitted to the Faculty of Science， University of the Witwatersrand， Johannesburg，2006，1-482.

[8] 鄧榮敬，鄧運(yùn)華，于水.西非海岸盆地群油氣勘探成果及勘探潛力分析[J].海洋石油，2008，3（28）：11-19.

[9] 郝芳，陳建渝，孫永傳等.有機(jī)相研究及其在盆地分析中的應(yīng)用[J].沉積學(xué)報(bào)，1994（04）：77-86.

[10] 賈建忠，萬(wàn)曉樵，張翼翼，et al.白堊紀(jì)中期海相富有機(jī)碳沉積的地球生物學(xué)背景[J]. 地學(xué)前緣，2009，16（5）：143-152.