巴西坎波斯盆地A區(qū)塊鹽下構(gòu)造特征及其對油氣分布的影響

趙文芳

(中國石化集團(tuán) 國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029)

目前，巴西作為全球深海油氣勘探開發(fā)的熱點國家，其主要含油氣盆地集中在東南部海域的圣埃斯皮里圖(Espirito Santo)盆地、坎波斯(Campos)盆地和桑托斯(Santos)盆地，水深均超過2 km。位于海域中部的坎波斯盆地，北部維多利亞高地將其與圣埃斯皮里圖盆地隔開，南部卡布弗里烏高地將其與桑托斯盆地隔開，總面積約14.9×104km2(圖1)。該盆地是晚三疊世以來隨著南大西洋由南向北逐步擴(kuò)張而發(fā)育起來的被動大陸邊緣盆地[1-7]，盆地向東開啟，沉積物向東逐漸變厚，形成一個沉積楔狀體。

坎波斯盆地油氣勘探始于20世紀(jì)70年代中期，并于1974年發(fā)現(xiàn)了第一個油田——加魯巴(Garanpa)油田。2006年以來，隨著桑托盆地鹽下油氣勘探取得重大突破，與其具有相似鹽下構(gòu)造特征的坎波斯盆地也成為世界油氣勘探的熱點[8-12]。近年來，許多學(xué)者從不同角度對坎波斯盆地構(gòu)造演化特征和石油地質(zhì)特征進(jìn)行了探討和分析[13-18]，認(rèn)為其經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，發(fā)育由非海相前裂谷期、過渡相同裂谷期及海相后裂谷期沉積組成的3套層序。其中烴源巖為早白堊世裂谷期發(fā)育的Lagoa Feia組湖相黑色頁巖；儲層在盆地分布廣泛，鹽下段主要發(fā)育有下白堊統(tǒng)碳酸鹽巖儲層和基底玄武巖儲層，鹽上段主要發(fā)育有Macae組臺地碳酸鹽巖儲層和上白堊統(tǒng)至中新統(tǒng)的3套濁積砂巖儲層；過渡后期發(fā)育的厚度較大且連續(xù)分布的蒸發(fā)鹽巖是盆地區(qū)域性蓋層，為盆地鹽下油氣聚集提供了較好的封閉條件(圖2)。但前期研究主要集中在鹽上層序和鹽下區(qū)域性構(gòu)造研究，以油田或區(qū)塊為實例的鹽下構(gòu)造特征研究較少，一定程度上制約著坎波斯盆地深海油氣勘探開發(fā)工作。

圖1 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊區(qū)域位置Fig.1 Location of block A in Campos Basin, Brazil

A區(qū)塊位于坎波斯盆地南部，面積約708 km2，距離海岸200 km，水深2 600～2 900 m，鹽下碳酸鹽巖地層廣泛發(fā)育，具有典型的被動大陸邊緣特征，勘探潛力巨大。截至目前，該區(qū)塊共實施鉆井6口，自北向南發(fā)現(xiàn)了3個含油氣構(gòu)造，依次為S構(gòu)造、G構(gòu)造和P構(gòu)造(圖1)。本文以A區(qū)塊為例，結(jié)合地震資料和鉆井資料，從鹽下地層特征、構(gòu)造演化、斷裂展布及構(gòu)造對油氣分布的影響等方面進(jìn)行了分析，以期為坎波斯盆地鹽下油氣勘探?jīng)Q策提供科學(xué)依據(jù)。

1 地震反射層及地震層序的劃分

1.1 地震反射層的識別

為了研究該區(qū)鹽下地層發(fā)育特征，本文在鉆井合成地震記錄標(biāo)定和地震剖面反射特征識別基礎(chǔ)上，進(jìn)行了地震解釋，并在鹽下地層中識別出T1、T2、T3和T4共 4個地震反射層(圖3)。為了進(jìn)一步驗證全區(qū)地震解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過聲波反演，最終確定了各地震反射層在地震剖面上的表現(xiàn)形式和反射特征(圖4)。從經(jīng)過P2井NW—SE向地震解釋剖面和聲波反演剖面中可以看出，地震解釋結(jié)果與聲波反演結(jié)果在地震形態(tài)和地層展布方面有著較好的對應(yīng)關(guān)系，從而驗證了全區(qū)地震解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性(圖3，4)。結(jié)合巖石物性資料對識別的4個地震反射層進(jìn)行分析，認(rèn)為各反射層具有以下特征：

1.1.1 形成于過渡后期的T1層

T1層為鹽巖底部反射，主要由硬石膏和鹽巖沉積物組成。該層在研究區(qū)廣泛分布，能夠連續(xù)追蹤，在地震剖面上呈現(xiàn)出高頻率、強(qiáng)振幅地震反射特征。

1.1.2 形成于過渡初期的T2層

T2層主要由湖相微生物碳酸鹽巖沉積物組成。該層在研究區(qū)構(gòu)造高部位處連續(xù)性較好，呈現(xiàn)出高頻率、強(qiáng)振幅地震反射特征，易于追蹤；在構(gòu)造凹陷區(qū)或低部位處連續(xù)性較差，呈現(xiàn)出低頻率、弱振幅地震反射特征，不易于追蹤。

1.1.3 形成于裂谷后期的T3層

T3層主要由湖相碳酸鹽巖沉積物組成。該層在研究區(qū)廣泛分布，連續(xù)性較好，在地震剖面上呈現(xiàn)出高頻率、強(qiáng)振幅反射特征，能夠較好識別和追蹤，是研究區(qū)最重要的儲層。

圖2 巴西坎波斯盆地地層綜合柱狀圖 據(jù)文獻(xiàn)[16]修改。Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Campos Basin, Brazil

圖3 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊P2井合成地震記錄標(biāo)定Fig.3 Calibration of synthetic seismogram of well P2 in block A, Campos Basin, Brazil

圖4 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊經(jīng)過P2井聲波反演剖面Fig.4 Acoustic inversion profile across well P2 in block A, Campos Basin, Brazil

1.1.4 形成于裂谷早期的T4層

T4層為火成巖頂部反射，主要由火成巖沉積物組成，中間夾雜湖相沉積物。該層在研究區(qū)可連續(xù)追蹤，總體表現(xiàn)為中—強(qiáng)地震反射特征，與下伏地層呈現(xiàn)出明顯的角度不整合接觸關(guān)系。該層在構(gòu)造高部位處埋深較淺，地層起伏較大。

1.2 地震層序的劃分

根據(jù)識別的4個地震反射層，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征和地震層序劃分原則[19]，將研究區(qū)鹽下地層自上而下分為3套地震層序(圖5)，并進(jìn)一步分析各套地震層序的巖性特征 (表1)。

1.2.1 地震層序Ⅰ

層序Ⅰ介于T1—T2反射層之間，在過渡初期形成。該層序在研究區(qū)廣泛分布，地震反射波組在構(gòu)造高部位處成層性較好，可連續(xù)追蹤；在構(gòu)造低部位處成層性較差，不易于連續(xù)性追蹤。該層序在構(gòu)造高部位處沉積厚度較薄，地層發(fā)育受后期鹽巖影響較大，在平面上呈現(xiàn)出中間G構(gòu)造較薄、北部S構(gòu)造和南部P構(gòu)造較厚的沉積特征。該層序是一套以湖相微生物碳酸鹽巖為主的沉積層系，可作為鹽下油氣成藏的有利儲層。

圖5 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊地震層序剖面Fig.5 Seismic sequence profile in block A, Campos Basin, Brazil

表1 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊地震層序劃分

1.2.2 地震層序Ⅱ

層序Ⅱ介于T2—T4反射層之間，在裂谷中后期形成。該層序在研究區(qū)廣泛分布，中間包括T3反射波組。該層序的發(fā)育受早期火山熔巖影響較大，在平面上呈現(xiàn)北部S構(gòu)造厚、中間G構(gòu)造次之、南部P構(gòu)造較薄的特征。該層序主要以湖相泥巖、頁巖和灰?guī)r為主，其中，湖相黑色鈣質(zhì)頁巖和灰?guī)r分別是研究區(qū)主力烴源巖層和主要儲層。

1.2.3 地震層序Ⅲ

層序Ⅲ介于T4層與基底面之間，在裂谷早期形成。該套層序在研究區(qū)分布廣泛，受火山活動影響，成層性較差，內(nèi)幕反射雜亂。該層序主要以玄武巖為主，夾有礫巖和砂巖沉積。受正斷層和侵蝕作用影響明顯，在構(gòu)造高部位區(qū)起伏較大，埋深較淺。該層序在北部S構(gòu)造和南部P構(gòu)造是一套潛在儲層。

2 構(gòu)造特征

2.1 構(gòu)造演化特征

A區(qū)塊作為坎波斯盆地重要組成部分，鹽下構(gòu)造演化特征與晚侏羅世以來岡瓦納大陸的解體密切相關(guān)，主要經(jīng)歷了裂谷階段、剝蝕和傾斜階段以及熱沉降階段3個構(gòu)造演化階段[20-24]。

2.1.1 裂谷階段

該階段主要發(fā)生于坎波斯盆地歐特里夫期—巴雷姆期時期。隨著岡瓦納大陸的張裂，NE向和NNE向正斷層開始密集發(fā)育，并在拉張—伸展過程中產(chǎn)生了一系列斷陷空間。與此同時，NW—SE向轉(zhuǎn)換斷層開始活躍，轉(zhuǎn)換斷層連通整個巖石圈深部和表面。早期火山活動產(chǎn)生的熔巖流沿著轉(zhuǎn)換斷層上涌并向斷陷空間流動。由于該構(gòu)造階段發(fā)生于水下環(huán)境，火山玄武巖夾雜礫巖和砂巖、湖相泥灰?guī)r和頁巖逐漸發(fā)育并填滿由伸展—拉張作用產(chǎn)生的斷陷空間，最終形成了一個平面沉積充填區(qū)域。

2.1.2 剝蝕和傾斜階段

該階段主要發(fā)生于晚巴雷姆期—早阿普特時期。該時期伴隨著火山活動的結(jié)束，火山熔巖流也停止流動，該事件很大程度上改變了研究區(qū)的熱條件，產(chǎn)生了一個快速冷卻和沉降的系統(tǒng)，同時出現(xiàn)了一個垂直于轉(zhuǎn)換斷層和正斷層的復(fù)雜斷塊傾斜。在斷塊傾斜抬升的作用下，發(fā)生了強(qiáng)烈的剝蝕作用。由于強(qiáng)烈剝蝕和傾斜作用主要集中在旋轉(zhuǎn)斷塊高部位區(qū)，裂谷中后期斷陷內(nèi)沉積的湖相沉積物遭受剝蝕，并在后期逐漸形成一個區(qū)域不整合面。

2.1.3 熱沉降階段

該階段主要發(fā)生于中—晚阿普特期。傾斜和剝蝕事件后，穩(wěn)定的構(gòu)造活動控制了整個研究區(qū)，在深水湖相沉積環(huán)境下產(chǎn)生熱沉降。隨著熱沉降事件的發(fā)生，在后期發(fā)育了1套由硬石膏和蒸發(fā)巖組成的鹽巖，成為研究區(qū)的區(qū)域性蓋層。

2.2 斷裂發(fā)育特征

受裂谷階段岡瓦納大陸張裂作用的影響，研究區(qū)斷裂密集發(fā)育[25-26]。本文基于主干地震剖面追蹤和解釋，對斷裂特征進(jìn)行了分析。

2.2.1 斷裂剖面特征

由于受到裂谷早期伸展—拉張作用以及火山活動的影響，研究區(qū)發(fā)育了一系列NE向和NNE向的正斷層，這些斷裂在裂谷后期伴隨著火山活動的結(jié)束而停止發(fā)育。這類斷裂規(guī)模較大，在地震剖面上表現(xiàn)為高角度、鏟式正斷層特征，作為邊界斷裂控制著研究區(qū)內(nèi)部構(gòu)造(圖6a)。

研究區(qū)裂谷后期發(fā)生了劇烈傾斜和剝蝕事件，并伴隨著斷塊旋轉(zhuǎn)。受斷塊旋轉(zhuǎn)作用的影響，早期發(fā)育的正斷層切割盆地基底，并在構(gòu)造高部位處刺穿火成巖頂部，成為后期油氣運移的重要通道。由于斷塊旋轉(zhuǎn)作用，研究區(qū)局部形成掀斜高地，沉積物厚度較薄。在掀斜高地兩側(cè)的低凹區(qū)域，發(fā)育了一系列地塹和半地塹疊瓦狀斷裂。這類斷裂規(guī)模較小，未刺穿火成巖的頂部，僅對內(nèi)部次級構(gòu)造單元的沉積產(chǎn)生了一定的影響(圖6b)。

圖6 巴西坎波斯盆地A區(qū)塊斷裂發(fā)育地震剖面Fig.6 Fault development profile in block A, Campos Basin, Brazil

2.2.2 斷裂平面特征

分析表明，研究區(qū)在平面上主要發(fā)育了一系列NE向和NNE向正斷層；同時受構(gòu)造運動影響發(fā)育了一條NW—SE向轉(zhuǎn)換斷層，控制著正斷層展布(圖7)。

(1)正斷層。NE向和NNE向正斷層在平面上表現(xiàn)為雁列式組合樣式，轉(zhuǎn)換斷層控制其展布。按照斷裂的規(guī)模和對構(gòu)造單元的控制程度，將其分為2個級別：①一級正斷層。該斷裂是邊界斷裂，主要分布在北部S構(gòu)造北部和東部、中部G構(gòu)造南部和南部P構(gòu)造南部。該類斷裂平面展布較長，分布范圍較廣，早期活動劇烈。該斷裂刺穿頂部火成巖并切割盆地基底，控制著研究區(qū)構(gòu)造演化和沉積發(fā)育。②二級正斷層。該斷裂是一種次級斷裂，主要分布在一級斷裂間各個構(gòu)造單元內(nèi)部。該類斷裂規(guī)模較小，未刺穿火成巖頂部，僅對研究區(qū)次級構(gòu)造和沉積產(chǎn)生一定程度的影響。

(2)轉(zhuǎn)換斷層。NW—SE向轉(zhuǎn)換斷層是連接深部巖石圈的走滑斷裂，它近似直立并貫穿于整個研究區(qū)。受走滑作用影響，轉(zhuǎn)換斷層兩側(cè)的構(gòu)造單元呈現(xiàn)出不同的抬升速率和沉降速率。在平面上，3個構(gòu)造單元沿著轉(zhuǎn)換斷層帶呈現(xiàn)出較好的線性展布特征。分析認(rèn)為：第一，轉(zhuǎn)換斷層作為火成巖上涌的主要通道，在火山物質(zhì)上涌過程中，熔巖流不斷地充填由斷塊運動產(chǎn)生的斷陷空間，并在轉(zhuǎn)換斷層帶附近聚集；第二，轉(zhuǎn)換斷層在平面上將正斷層分隔為兩部分，控制了正斷層的延伸和展布，是正斷層的截斷區(qū)和改造區(qū)。

圖7 巴西坎波斯盆地 A區(qū)塊斷裂平面展布Fig.7 Fault plane distribution in block A, Campos Basin, Brazil

3 構(gòu)造運動對油氣分布的影響

研究表明，受構(gòu)造運動影響，研究區(qū)鹽下發(fā)育了1套湖相烴源巖、2套儲層和1套區(qū)域性鹽巖蓋層[27-28]。

3.1 烴源巖

鉆井資料和巖石物性資料表明，研究區(qū)鹽下地層烴源巖主要為早白堊世沉積的Lagoa Feia組烴源巖，該烴源巖是在缺氧條件下形成的黑色湖相鈣質(zhì)頁巖，是坎波斯盆地主要烴源巖，在研究區(qū)廣泛發(fā)育。該烴源巖總有機(jī)碳含量最高可達(dá)5%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型干酪根，成熟度Ro在0.7%～1.2%。鏡質(zhì)體反射率和熱演化史研究表明，該烴源巖在始新世時進(jìn)入生油窗，中新世達(dá)到生油高峰，現(xiàn)今仍處在生油窗內(nèi)。

3.2 儲層

儲層在研究區(qū)廣泛分布，具有良好的滲透率和孔隙度。根據(jù)鉆井資料和地震資料揭示，研究區(qū)在鹽下地震層序Ⅰ和層序Ⅱ中主要發(fā)育了2套埋深較大的儲層，分別為上部下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖(主要儲層)和下部上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)火成巖(次要儲層)。

3.3 蓋層

研究區(qū)在過渡后期發(fā)育了1套鹽巖地層，鹽巖分布連續(xù)且厚度較大，油氣保存較好，構(gòu)成了該區(qū)穩(wěn)定的區(qū)域性蓋層。通過地震剖面和鉆井結(jié)果揭示，鹽巖蓋層在北部S構(gòu)造和南部P構(gòu)造較為發(fā)育，厚度較大，最大厚度超過2 500 m；在中部G構(gòu)造西南部，受裂谷作用和基底斷裂等作用影響，鹽巖厚度變化劇烈，并發(fā)育了一系列鹽窗，在一定程度上破壞了鹽下油氣藏的保存，是不穩(wěn)定區(qū)域性蓋層。

3.4 構(gòu)造運動

自晚侏羅世以來的多期構(gòu)造運動對油氣的生成、運移和聚集產(chǎn)生了重要影響[29-31]，主要表現(xiàn)在以下3方面：

(1)基底隆升控制油氣的分布。早白堊世斷塊的傾斜和剝蝕作用使基底抬升并遭受剝蝕，形成壘塹相間的構(gòu)造格局，控制了鹽下地層圈閉和優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育，為油氣聚集提供了良好的條件，是油氣儲集和圈閉發(fā)育的有利場所。

(2)正斷層和區(qū)域不整合面是油氣運移的重要通道。正斷層和區(qū)域不整合面連通了研究區(qū)烴源巖和儲層，油氣沿斷裂和不整合面進(jìn)入鹽下碳酸鹽巖儲層和火成巖儲層中。在蓋層條件較好、鹽窗不發(fā)育的區(qū)域，油氣能夠較好地保存在儲層中，形成鹽下碳酸鹽巖成藏組合和火成巖成藏組合。

(3)鹽巖分布控制油氣的成藏規(guī)模。過渡期形成的厚度較大、連續(xù)性較好的鹽巖為鹽下油氣保存提供了較好的蓋層條件。受早期裂谷作用、基底大斷裂和重力滑脫作用影響而形成的厚度較薄、連續(xù)性較差和鹽窗較為發(fā)育的鹽巖，不利于鹽下油氣藏的保存。

4 結(jié)論

(1)坎波斯盆地A區(qū)塊鹽下地層共劃分為4個地震反射層，分別為：①T1層，為過渡晚期形成的鹽巖底部；②T2層，為過渡早期形成的湖相微生物碳酸鹽巖底部；③T3層，為裂谷后期形成的湖相碳酸鹽巖地層；④T4層，為裂谷早期形成的火成巖頂部，并以此劃分了3套地震層序。

(2)坎波斯盆地A區(qū)塊鹽下地層主要經(jīng)歷了裂谷階段、傾斜和剝蝕階段以及熱沉降階段3個構(gòu)造演化階段。正斷層密集發(fā)育，在平面上主要呈NE向和NNE向展布，延伸較長，切割盆地的基底并刺穿火成巖頂部，作為邊界斷裂控制各個構(gòu)造單元。NW—SE向轉(zhuǎn)換斷層貫穿整個研究區(qū)，控制了研究區(qū)正斷層的延伸和展布，是火成巖熔巖上涌的主要通道。

(3)坎波斯盆地A區(qū)塊鹽下發(fā)育了1套湖相烴源巖、2套儲層和1套區(qū)域性鹽巖蓋層，其中基底隆升、正斷層和區(qū)域不整合面發(fā)育及鹽巖分布等因素共同控制和影響研究區(qū)油氣的形成和分布。