哥倫比亞普?qǐng)D馬約次盆晚中生代—新生代古今大地?zé)崃髦?/h1>

2020-04-27 08:53:10孟慶強(qiáng)宋立軍袁炳強(qiáng)

石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)訂閱 2020年2期 收藏

關(guān)鍵詞：馬約白堊紀(jì)白堊

孟慶強(qiáng)，宋立軍，袁炳強(qiáng)

(1.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065)

大地?zé)崃骷捌渥兓粌H是研究盆地動(dòng)力學(xué)演化的必備參數(shù)，也是研究盆地中烴源巖成烴和成藏的基礎(chǔ)[1-3]。前人對(duì)哥倫比亞普?qǐng)D馬約(Putumayo)次盆進(jìn)行了大量勘探，并已發(fā)現(xiàn)258 個(gè)油氣田，探明了8 033.52百萬(wàn)桶的油氣當(dāng)量[4-5]，但前人工作多側(cè)重于該盆地油氣地化和成藏規(guī)律方面的研究[6-7]，對(duì)該次盆的熱演化史，尤其是大地?zé)崃魇贩矫嫜芯枯^為薄弱。由于普?qǐng)D馬約次盆地自形成以來，經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造演化，致使其大地?zé)崃魇芬蚕鄳?yīng)經(jīng)歷了復(fù)雜多變的演化，對(duì)古今大地?zé)崃魇氛J(rèn)識(shí)的不清，嚴(yán)重制約了對(duì)該盆地?zé)崾贰⑸鸁N史及成藏規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

本文試圖從地質(zhì)背景與古溫標(biāo)正演約束角度，探討普?qǐng)D馬約次盆古今大地?zé)崃魇返难莼?，以期為該次盆熱史及油氣勘探?guī)律的研究提供依據(jù)。

1 大地?zé)崃餮芯克悸放c方法

大地?zé)崃魇菃挝粫r(shí)間、單位面積內(nèi)由地球內(nèi)部傳遞到地面的熱量[2]，等于地幔熱流(Qm)與地殼放射性元素生熱量(Qc)之和。大地?zé)崃髋c大地構(gòu)造背景之間密切相關(guān)，其分布受大地構(gòu)造單元性質(zhì)的控制，與盆地類型及其構(gòu)造活動(dòng)、巖漿活動(dòng)密切相關(guān)。在地史發(fā)展過程中，大地構(gòu)造背景的變化必然會(huì)引起莫霍面深度變化，進(jìn)而影響大地?zé)崃鞯淖兓痆8]。

古大地?zé)崃餮芯糠椒ㄓ泻芏?，總體上可以分為利用各種古溫標(biāo)數(shù)據(jù)反演計(jì)算法[2,9]和利用盆地演化的地球熱動(dòng)力學(xué)模型正演模擬法兩類[10-11]。

在古大地?zé)崃髡菅芯窟^程中，前人常常忽略大量的構(gòu)造細(xì)節(jié)以及假設(shè)過多的物理參數(shù)，以致難以獲得精確的古大地?zé)崃髦?，建立的古大地?zé)崃骱瘮?shù)中規(guī)定盆地的古大地?zé)崃髦蹬c今大地?zé)崃髦党示€性變化，這明顯與經(jīng)歷多期構(gòu)造演化盆地的大地?zé)崃魇凡环鸞12]。

將正演與反演結(jié)合，將正演結(jié)果的可信度用地質(zhì)溫度計(jì)(如Ro等)來檢驗(yàn)，可使大地?zé)崃髦稻哂休^高的精度。然而，巖性、剝蝕厚度、物性參數(shù)等數(shù)據(jù)的可靠性以及正演地質(zhì)模型本身的多解性，都使古溫標(biāo)在熱史研究中的應(yīng)用難度大大增加。同時(shí)，由于地質(zhì)溫度計(jì)具有不可逆性[13-14]，僅能記錄經(jīng)歷最高溫度后的大地?zé)崃鳎?jīng)歷最高溫度以前的大地?zé)崃鲃t無(wú)法記錄[15-16]。

在地史發(fā)展過程中，大地構(gòu)造背景的變化必然會(huì)引起大地?zé)崃鞯淖兓?。只有在系統(tǒng)研究盆地構(gòu)造演化史并精確建立正演地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，才能綜合正反演方法，合理確定各時(shí)期的大地?zé)崃髦担@樣確定的大地?zé)崃髦导捌溲莼凡鸥系刭|(zhì)實(shí)際。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

普?qǐng)D馬約次盆位于哥倫比亞西南部，安第斯山脈(也稱東科迪勒拉山脈)東側(cè)(圖1)，是一個(gè)具有多旋回沉積的弧后前陸盆地，先后經(jīng)歷了白堊紀(jì)弧后坳陷或熱沉降階段，古新世—中新世早期前陸盆地階段，中新世晚期—今前陸盆地破裂等階段。

需要說明的是，預(yù)約裁定這一新型的行政解釋與以往一般意義上的行政解釋——“由上級(jí)稅務(wù)機(jī)關(guān)依據(jù)法律的明確授權(quán)或依職權(quán)就稅法的適用執(zhí)行向下級(jí)機(jī)關(guān)發(fā)布的命令、指導(dǎo)中有關(guān)稅法條文、稅法規(guī)范、稅法概念、稅法原則等所作的解釋”[6]有所不同。稅收預(yù)約裁定制度與一般意義上的行政解釋相比，無(wú)論是從申請(qǐng)機(jī)制還是從效力約束來看都具有特定性，因而也更符合稅法解釋的目標(biāo)。因?yàn)槎惙ń忉尩哪繕?biāo)“不在于探求法律文本的原意，而在于將立法中抽象的正義轉(zhuǎn)化為適合于個(gè)案判決的具體的正義”。[7]

在早白堊世弧后坳陷沉降階段，普?qǐng)D馬約次盆下白堊統(tǒng)Caballos組濱岸相砂巖、頁(yè)巖發(fā)育；至晚白堊世，研究區(qū)徹底進(jìn)入弧后熱衰減沉降階段，區(qū)域發(fā)生最大海侵，研究區(qū)Villeta組陸架濱岸相泥質(zhì)灰?guī)r和泥巖發(fā)育。晚白堊世末期，隨著古太平洋西科迪勒拉洋殼塊體的俯沖碰撞，哥倫比亞西部中科迪勒拉山脈強(qiáng)烈褶皺隆升，致使研究區(qū)內(nèi)白堊系地層遭受強(qiáng)烈隆升剝蝕，造成次盆內(nèi)白堊系殘留厚度各處差異巨大。隨后，伴隨著安第斯早期造山運(yùn)動(dòng)持續(xù)增強(qiáng)，研究區(qū)基底開始撓曲坳陷，普?qǐng)D馬約次盆進(jìn)入弧后前陸盆地演化階段，先后發(fā)育了古新統(tǒng)Rumiyaco組河流—湖泊相碎屑巖沉積、始新統(tǒng)Pepino組河流—洪積相粗碎屑巖沉積、漸新統(tǒng)Orteguaza組淺海相頁(yè)巖和砂巖沉積、漸新統(tǒng)Orito-Ospina群和中新統(tǒng)Ospina組河流—湖相砂巖、頁(yè)巖夾煤層沉積。

圖1 普?qǐng)D馬約次盆構(gòu)造位置與構(gòu)造特征 據(jù)文獻(xiàn)[4,6]修改。Fig.1 Tectonic framework and features of the Putumayo Sub-Basin

中新世末期，隨著納茲卡板塊和科科斯板塊快速向南美大陸西北部俯沖碰撞，安第斯晚期造山運(yùn)動(dòng)開始，研究區(qū)進(jìn)入弧后前陸盆地破裂階段(圖1)，研究區(qū)西側(cè)東科迪勒拉山脈逆沖造山，研究區(qū)沉積了巨厚的陸相磨拉石沉積；至上新世—更新世，隨著造山運(yùn)動(dòng)持續(xù)增強(qiáng)，研究區(qū)西側(cè)東科迪勒拉山脈地區(qū)發(fā)育了大量的巖漿巖侵入體，并有大量的火山巖噴發(fā)[17-18]，同時(shí)研究區(qū)內(nèi)上新統(tǒng)及其下伏地層遭受強(qiáng)烈的隆升剝蝕和熱烘烤，導(dǎo)致巖石熱導(dǎo)率發(fā)生異常，進(jìn)而給大地?zé)崃鞯难芯繋聿淮_定性[19-20]。

3 大地?zé)崃髦荡_定

普?qǐng)D馬約次盆上新世經(jīng)歷了最大埋深和巖漿侵入熱事件。上新世是普?qǐng)D馬約次盆經(jīng)歷最大古地溫的時(shí)刻，即今測(cè)得的各地層鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)大多記錄的是次盆上新世大地?zé)崃饔绊懙慕Y(jié)果。在大地?zé)崃髦涤?jì)算中，用地質(zhì)背景和盆地類型約束法，對(duì)經(jīng)歷最高古地溫前的古大地?zé)崃髦颠M(jìn)行計(jì)算；用古溫標(biāo)約束熱史正演的方法，對(duì)經(jīng)歷最高古地溫后的大地?zé)崃髦颠M(jìn)行計(jì)算，即在建立精細(xì)合理地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用古溫標(biāo)來約束熱史正演路徑，以獲取合理的大地?zé)崃髦怠?/p>

3.1 最大古地溫后大地?zé)崃髦涤?jì)算

針對(duì)上新世及其后大地?zé)崃髦涤?jì)算，研究將在合理獲得剝蝕厚度、剝蝕時(shí)間、古水深、地層巖石組成等參數(shù)基礎(chǔ)上，通過PetroMod軟件模擬單井地層埋藏史和熱歷史，將大地?zé)崃髦底鳛閰?shù)變量，當(dāng)古溫標(biāo)的模擬值和實(shí)測(cè)值吻合最好時(shí)，就認(rèn)為假定的大地?zé)崃髦祬?shù)是正確的，并據(jù)此確定該次盆最大古地溫及其后不同時(shí)期的古大地?zé)崃髦怠?/p>

3.1.1 大地?zé)崃髡菽M邊界條件的確定

在盆地?zé)崾氛葜校厥纺Ｐ褪菬崾费芯康那疤嶂?。其中，巖石礦物組成、剝蝕厚度恢復(fù)、古水深、古今地表溫度等盆地模擬參數(shù)與邊界條件的正確選擇是客觀恢復(fù)盆地埋藏史、熱史及大地?zé)崃髦档年P(guān)鍵。

為合理獲得研究區(qū)各地層的巖石礦物組成數(shù)據(jù)，研究中分別根據(jù)Mirto-1井和Losada-1井測(cè)井曲線及地層巖性資料，計(jì)算了研究區(qū)各地層的砂泥巖百分比?；旌蠋r性則通過PetroMod軟件巖性混合器將多種標(biāo)準(zhǔn)巖性按不同的比例混合得到，而混合巖性的壓實(shí)系數(shù)、初始孔隙度和熱導(dǎo)率等數(shù)據(jù)則依據(jù)系統(tǒng)默認(rèn)。

剝蝕量的估算是否合理直接影響到地層原始厚度的恢復(fù)是否準(zhǔn)確，并進(jìn)一步影響埋藏史及烴源巖熱演化史的準(zhǔn)確恢復(fù)[21-22]。由圖1及區(qū)域地質(zhì)背景可知，研究區(qū)存在白堊紀(jì)晚期、古新世末期、漸新世末期和上新世晚期4期隆升剝蝕，其中白堊紀(jì)晚期和上新世晚期剝蝕強(qiáng)烈。白堊紀(jì)，Uribe-1井和Mirto-1井位于弧后坳陷東緣，均屬濱岸相沉積，相似的地質(zhì)背景表明兩井處白堊系厚度應(yīng)該近乎相等。由Uribe-1井上白堊統(tǒng)坎潘階—馬斯特赫里特階殘留厚度33.53 m，Mirto-1井該階殘留厚度則為450.16 m。考慮到Mirto-1井區(qū)白堊紀(jì)末期沉降，基本未遭受剝蝕的特征，利用地層趨勢(shì)法，預(yù)測(cè)Uribe-1井白堊系頂部剝蝕厚度約416.63 m。上新世，研究區(qū)上新統(tǒng)及其下伏地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，利用Losada-1井鏡質(zhì)體反射率與深度關(guān)系Ro=0.000 562h+0.201 134(h為深度，m)，設(shè)定古地表Ro為0.25%，由Losada-1井今地表上新統(tǒng)Ro為0.35%，計(jì)算獲得上新統(tǒng)剝蝕厚度為293.798 m；由Uribe-1井今地表上新統(tǒng)Ro為1.0%，計(jì)算得該井上新統(tǒng)剝蝕厚度約1 335.45 m。

古水深參數(shù)是沉積盆地模擬中一個(gè)重要的邊界條件參數(shù)。沉積環(huán)境對(duì)水深的估計(jì)具有約束作用，一般認(rèn)為陸相環(huán)境水深為0～20 m，濱海0～50 m，淺海50～200 m，半深海200～2 000 m，深海>2 000 m[23]。據(jù)此，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析，取各沉積環(huán)境古水深的平均值，由此設(shè)定研究區(qū)早白堊世濱岸環(huán)境古水深25 m，晚白堊世弧后坳陷環(huán)境古水深125 m，古近紀(jì)弧后前陸盆地環(huán)境古水深10 m。

地表溫度與緯度和海拔高度密切相關(guān)。白堊紀(jì)，研究區(qū)處于低緯度、低海拔地區(qū)，設(shè)定古地表溫度為25 ℃；古近紀(jì)，由于安第斯造山運(yùn)動(dòng)，次盆海拔升高，設(shè)定地表溫度20 ℃；中新世至今，參考波哥大年平均溫度14 ℃，將次盆該時(shí)期地表溫度設(shè)為14 ℃。

3.1.2 大地?zé)崃髦荡_定

① 今大地?zé)崃髦登笕?/p>

普?qǐng)D馬約次盆今地溫?cái)?shù)據(jù)是次盆現(xiàn)今大地?zé)崃髦涤绊懙慕Y(jié)果。在PetroMod軟件單井地層埋藏史和熱歷史模擬基礎(chǔ)上，由普?qǐng)D馬約次盆今溫度與深度數(shù)據(jù)(表1)，經(jīng)擬合驗(yàn)證得知大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2時(shí)，模擬的溫度與深度曲線和實(shí)測(cè)的今溫度與深度數(shù)據(jù)擬合最好(圖2)。據(jù)此，確定普?qǐng)D馬約次盆今大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2。

② 上新世古大地?zé)崃髦登笕?/p>

普?qǐng)D馬約次盆上新世經(jīng)歷了最大古地溫，今測(cè)得的盆內(nèi)各井鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)記錄的主要是次盆上新世大地?zé)崃饔绊懙慕Y(jié)果。經(jīng)擬合驗(yàn)證得知，上新世大地?zé)崃髦禐?20 mW/m2時(shí)，Losada-1井模擬的有機(jī)質(zhì)成熟度曲線與實(shí)測(cè)始新統(tǒng)鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)吻合最好(圖3a)；當(dāng)上新世大地?zé)崃髦禐?90mW/m2時(shí)，Uribe-1井模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致(圖3b)。上新世，次盆內(nèi)大地?zé)崃髦涤蓶|向西增加，結(jié)合次盆西緣造山帶上新世巖漿巖體大量發(fā)育[16-17]，可知該時(shí)期次盆西部大地?zé)崃魇軒r漿侵入熱事件影響強(qiáng)烈[24-25]。據(jù)此，確定次盆上新世大地?zé)崃髦捣秶鸀?20～190 mW/m2，平均155 mW/m2。

表1 普?qǐng)D馬約次盆實(shí)測(cè)今溫度與深度數(shù)據(jù)表

圖2 普?qǐng)D馬約次盆今溫度—深度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 與模擬溫度—深度數(shù)據(jù)曲線圖Fig.2 Simulated and measured temperature and depth curves, Putumayo Sub-Basin

3.2 最大古地溫前大地?zé)崃髦涤?jì)算

3.2.1 漸新世大地?zé)崃髦?/p>

普?qǐng)D馬約次盆漸新世處于前陸盆地演化階段。

圖3 普?qǐng)D馬約次盆Losada-1井(a)和Uribe-1井(b)大地?zé)崃髦禂?shù)據(jù)擬合驗(yàn)證Fig.3 Heat flow data and simulated curves of wells Losada-1 (a) and Uribe-1 (b), Putumayo Sub-Basin

前人統(tǒng)計(jì)，前陸盆地或造山帶大地?zé)崃髦堤幱?8～95 mW/m2之間[26]。由于次盆西緣南部自漸新世開始一直處于抬升掀斜的構(gòu)造背景下，其卷入的最年輕地層為漸新統(tǒng)Orteguaza 組[27]。因此，位于該構(gòu)造部位的Orito-3井和Unicornio-1井鏡質(zhì)體反射率記錄的應(yīng)是埋深最大時(shí)漸新世末期的熱史特征。前人研究結(jié)果表明，在大地?zé)崃髦禐?6～38 mW/m2時(shí)，Orito-3井和Unicornio-1井鏡質(zhì)體反射率實(shí)測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果一致[6]。

據(jù)此，參考前人確定的前陸盆地大地?zé)崃髦捣秶鶾26](38～95 mW/m2)，在此以該類盆地大地?zé)崃鞯淖钚≈担鳛樵摯闻铦u新世大地?zé)崃髦?，即普?qǐng)D馬約次盆漸新世大地?zé)崃髦禐?8 mW/m2。

3.2.2 白堊紀(jì)和古新世大地?zé)崃髦?/p>

白堊系深度與有機(jī)質(zhì)熱成熟度指數(shù)(Tmax)數(shù)據(jù)曲線的斜率，大于古新統(tǒng)深度與有機(jī)質(zhì)熱成熟度指數(shù)數(shù)據(jù)曲線的斜率，且白堊系熱成熟度指數(shù)數(shù)據(jù)分散(圖4)，這表明白堊系沉積期間的古大地?zé)崃髦递^小，即古新世地溫梯度或大地?zé)崃髦祽?yīng)大于白堊紀(jì)地溫梯度或大地?zé)崃髦担⒃斐砂讏紫倒艤貥?biāo)(Tmax)數(shù)據(jù)遭受改造、呈分散狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，弧后熱衰退裂谷或坳陷構(gòu)造環(huán)境的大地?zé)崃髦捣秶?7.5～64 mW/m2，平均為50 mW/m2，碰撞造山帶或弧后前陸盆地構(gòu)造環(huán)境的大地?zé)崃髦捣秶?8～95 mW/m2，平均為70 mW/m2[26]。這也說明白堊紀(jì)大地?zé)崃髦敌∮诠判率来蟮責(zé)崃髦凳呛侠淼摹?/p>

今全球平均大地?zé)崃髦?7 mW/m2，北半球平均大地?zé)崃髦禐?4 mW/m2，南半球平均大地?zé)崃髦禐?9.3 mW/m2[28]。南半球平均大地?zé)崃髦蹈哂诒卑肭蚝腿蚱骄蟮責(zé)崃髦?，高出全球平均大地?zé)崃髦?4%[29]。這可能與中新生代非洲熱地幔柱的影響有關(guān)[30]。南美北部中生代受中大西洋超級(jí)地幔柱影響[31]和古近紀(jì)受巖漿活動(dòng)[32]的影響，其大地?zé)崃髦狄矐?yīng)具有類似特征，即普?qǐng)D馬約次盆晚中生代至新生代初期的大地?zé)崃髦?，?yīng)高出當(dāng)時(shí)全球平均大地?zé)崃髦怠?/p>

由研究區(qū)白堊紀(jì)為弧后熱衰減坳陷構(gòu)造環(huán)境，古近紀(jì)為弧后前陸盆地構(gòu)造環(huán)境，結(jié)合研究區(qū)位于南半球，南半球大地?zé)崃髦荡笥谌蚱骄蟮責(zé)崃髦档奶卣?，研究區(qū)古新世大地?zé)崃髦等』『鬅崴p坳陷大地?zé)崃髦档淖畲笾?5 mW/m2，白堊紀(jì)大地?zé)崃髦等』『笄瓣懪璧卮蟮責(zé)崃髦档淖畲笾?4 mW/m2。

3.3 大地?zé)崃髦导捌溲莼?/h3>

普?qǐng)D馬約次盆大地構(gòu)造背景及其盆地類型的演化，影響著大地?zé)崃鞯淖兓?。在系統(tǒng)分析次盆地質(zhì)背景及其演化的基礎(chǔ)上，認(rèn)為該次盆上新世經(jīng)歷的地溫最高。在此針對(duì)最大古地溫前后的大地?zé)崃?，分別采用了地質(zhì)背景與盆地類型約束法和古溫標(biāo)正演約束法，研究較合理地確定了普?qǐng)D馬約次盆白堊紀(jì)以來各時(shí)期的大地?zé)崃髦?圖5)，其中：今大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2；上新世平均大地?zé)崃髦?55mW/m2，受盆地西緣巖漿熱液影響，次盆西部大地?zé)崃髦荡笥诖闻钖|部；漸新世末期大地?zé)崃髦禐?7 mW/m2；古新世大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2；白堊紀(jì)大地?zé)崃髦禐?4 mW/m2。

圖4 普?qǐng)D馬約次盆Uribe-1井白堊系與古新統(tǒng)Tmax數(shù)據(jù)隨深度分布圖Fig.4 Relationship between Tmax and depth from Cretaceous and Paleocene in well Uribe-1, Putumayo Sub-Basin

圖5 普?qǐng)D馬約次盆晚中生代至今大地?zé)崃髦登€Fig.5 Heat-flow value curve in Putumayo Sub-Basin ever since the Mesozoic

4 結(jié)論

(1)通過次盆構(gòu)造演化與沉積充填史分析，確定了普?qǐng)D馬約次盆不同時(shí)期的盆地類型和計(jì)算大地?zé)崃鞯倪吔鐥l件。根據(jù)盆地單井古溫標(biāo)或溫度與深度之間的關(guān)系，利用PetroMod軟件計(jì)算出了上新世和今大地?zé)崃髦?，其中：今大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2；上新世大地?zé)崃髦捣秶鸀?20～190 mW/m2，平均為155 mW/m2。

(2)利用地質(zhì)背景與盆地類型約束法，結(jié)合前人確定的各類盆地類型大地?zé)崃髦祷蚯叭嘶『笄瓣懪璧卮蟮責(zé)崃髦档难芯拷Y(jié)果，綜合確定了該次盆漸新世末期大地?zé)崃髦禐?7 mW/m2，古新世大地?zé)崃髦禐?5 mW/m2，白堊紀(jì)大地?zé)崃髦禐?4 mW/m2。

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