特立尼達(dá)盆地重力場特征及油氣遠(yuǎn)景

邢錦程，袁炳強，張春灌，馮旭亮，段瑞鋒，薛健，賈洪楊，李想

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065)

0 引言

特立尼達(dá)盆地位于南美洲委內(nèi)瑞拉北部，包括特立尼達(dá)島和其近海地區(qū)，為一被動大陸邊緣盆地。盆地油氣資源前景良好，在盆地東南部已發(fā)現(xiàn)油氣田131個，探明最終可采油氣儲量為137.32億桶油當(dāng)量，其中石油40.93億桶，凝析油6.03億桶，天然氣54.215 TCF。油氣資源結(jié)構(gòu)以氣為主。特立尼達(dá)盆地油氣勘探歷史悠久，最早可追溯至1855年，1942年開展海上勘探，20世紀(jì)50年代開始了地球物理調(diào)查，并在陸上油氣田范圍及向海洋延伸部分進(jìn)行地震調(diào)查，完成地震測線近90 000 km。1954年完鉆第一口海上探井，1955年發(fā)現(xiàn)海上索爾達(dá)多油田。1990～1997年，勘探焦點轉(zhuǎn)移至海上，地震工作大量增加，陸上勘探活動減少[1]。這些勘探工作成果為盆地開發(fā)和后來的鉆探部署提供了重要信息。盆地地震勘探工作和研究工作主要集中于盆地東部的海上區(qū)域，鮮有對整個盆地的構(gòu)造和基底特征的研究。為了系統(tǒng)研究整個盆地的斷裂分布和基底特征，本文基于衛(wèi)星和船測重力數(shù)據(jù)，結(jié)合已有相關(guān)研究成果對特立尼達(dá)盆地的斷裂構(gòu)造及基底特征進(jìn)行了研究，并結(jié)合盆地油氣地質(zhì)特征，預(yù)測了盆地的油氣遠(yuǎn)景區(qū)。研究成果可為盆地內(nèi)進(jìn)一步油氣勘探提供地球物理依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

特立尼達(dá)盆地的北部邊界為加勒比海與南美板塊之間的連續(xù)分布的El Pilar斷裂帶，東部邊界延伸至大西洋大陸架。盆地的南側(cè)為東委內(nèi)瑞拉盆地；西南以特立尼達(dá)和委內(nèi)瑞拉國界線為盆地邊界；西部邊界以委內(nèi)瑞拉東部賽若娜(Serrania)隆起東部的轉(zhuǎn)換斷層為界(圖1)。盆地總面積27 336 km2，其中陸上面積3 861 km2，海上面積23 475 km2。盆地內(nèi)發(fā)育白堊系、古近系和新近系地層，在特立尼達(dá)島北部有侏羅系出露。盆地基底為侏羅系和白堊系變質(zhì)巖及火成巖，盆地中烴源巖主要為上白堊統(tǒng)Albian-Campanian期的Gautier組和Naparima Hill組海相頁巖和碳酸鹽巖以及新近系泥巖。主要儲層為上中新統(tǒng)—上新統(tǒng)地層的砂巖。上上新統(tǒng)Erin/Palmiste組(兩組為同期沉積的相變地層)、下上新統(tǒng)Moruga群砂巖、第四系更新統(tǒng)Cedros組、漸新統(tǒng)Lower Cipero組、中新統(tǒng)Cipero組中的Karamat砂巖段-Herrera砂巖段是盆地內(nèi)主要儲集層(圖2)。儲層孔隙度為20%～36%，滲透率在不同儲層差異較大，最低為50 md，最高為2 000 md[1]。

圖1 特立尼達(dá)盆地構(gòu)造位置(據(jù)IHS修改[1]，其中紅色框所圍為盆地范圍)

圖2 特立尼達(dá)盆地地層綜合柱狀圖

2 重力場特征及地質(zhì)意義

本文使用的重力資料為GETECH公司提供的8 km×8 km網(wǎng)格化衛(wèi)星重力布格異常數(shù)據(jù)，據(jù)此編繪了研究區(qū)的布格重力異常圖(圖3)。由圖3看出，特立尼達(dá)盆地重力異常宏觀上反映為一NEE向的重力低，盆地北部為一近EW向條帶狀的重力高，盆地東南部為一近EW向的重力高。盆地東部布格重力異常形態(tài)較為復(fù)雜，整體上為一NNW向重力高，重力高與重力低之間發(fā)育梯級帶。

圖3 特立尼達(dá)盆地及鄰區(qū)布格重力異常

為了研究盆地局部剩余重力異常特征，應(yīng)用正則化濾波，滑動平均，解析延拓等方法對布格重力異常進(jìn)行了分離[2-3]，并結(jié)合已有地質(zhì)、地震資料對比分析了上述幾種位場分離方法的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)滑動平均法求取的剩余重力異常與已有地質(zhì)資料成果對應(yīng)較好，因此，選用滑動平均法(窗口長70 km)求取了特立尼達(dá)盆地及鄰區(qū)的剩余重力異常(圖4)?？梢钥闯?，在盆地北部剩余重力異常為一近EW向重力梯度帶，對應(yīng)北部邊界處的EI-PILAR斷裂帶。剩余重力異常最大值位于特立尼達(dá)島西側(cè)的圭里亞附近，該高值帶梯度較大、呈串珠狀分布。盆地西部邊界以委內(nèi)瑞拉東部奧連特隆起的東部轉(zhuǎn)換斷層為界，西南以特立尼達(dá)和委內(nèi)瑞拉國界線為盆地邊界，其剩余重力異常反映為一NE向重力梯級帶。盆地的東部邊界處剩余重力異常為一近SN—NW向重力低。盆地內(nèi)部剩余重力異常由北東向南西宏觀反映為NW向的2個重力低值帶夾1個重力高值帶的特征。

圖4 特立尼達(dá)盆地及鄰區(qū)剩余重力異常

3 斷裂構(gòu)造

為確定研究區(qū)構(gòu)造格架，推測斷裂發(fā)育特征，對布格重力異常進(jìn)行了垂向二階導(dǎo)數(shù)、斜導(dǎo)數(shù)、線性增強—重力水平總梯度、歸一化水平總梯度、NVDR-THDR(歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù))等計算[4]。研究區(qū)斷裂構(gòu)造的推斷，首先在布格重力異常圖、剩余重力異常圖、垂向二階導(dǎo)數(shù)圖、斜導(dǎo)數(shù)異常圖、線性增強—重力水平總梯度圖、歸一化水平總梯度圖等圖件上識別出線性構(gòu)造信息，并把不同圖件上反映的線性構(gòu)造信息標(biāo)繪出來，再綜合區(qū)域地質(zhì)研究成果及部分地震剖面上的解釋的斷裂[5-7]，推斷出了特立尼達(dá)盆地的斷裂構(gòu)造體系(圖5～圖7)。

由圖5～圖7可以看出，特立尼達(dá)盆地發(fā)育的主要斷裂走向為NE向，此外，還發(fā)育切斷主要斷裂的NW向的次級斷裂。主要斷裂走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致。主要斷裂規(guī)模大，延伸距離長，控制著盆地的范圍、邊界及盆地內(nèi)地層的發(fā)育，是構(gòu)成盆地邊界及盆地內(nèi)次級構(gòu)造單元邊界的基底斷裂。次級斷裂規(guī)模相對較小，且切斷主要斷裂，可能為沉積層內(nèi)部的斷裂，控制了盆地內(nèi)局部凹陷(凸起)的范圍，為構(gòu)成局部凹陷(凸起)的邊界斷裂。

圖5 特立尼達(dá)盆地剩余異常與斷裂分布

圖6 特立尼達(dá)盆地NVDR-THDR與斷裂分布

圖7 特立尼達(dá)盆地斜導(dǎo)數(shù)與斷裂分布

4 基底特征

特立尼達(dá)盆地基底為侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的火成巖和變質(zhì)沉積巖。Flinch等、Algar 等、Garciacaro等[5-7]利用地震測深確定了位于特立尼達(dá)盆地西部、特立尼達(dá)島東部及盆地東部海域3條測線的基底深度，并解釋了3條剖面(AA′、BB′、CC′，剖面位置見圖3)。為了確定整個盆地的基底深度，利用地震剖面解釋的基底深度作為重力異常剖面擬合的約束條件，對與上述地震剖面位置相同的3條重力剖面進(jìn)行了擬合，結(jié)果表明，計算所得的重力異常與實測重力異常吻合較好(圖8～圖10)。研究區(qū)大部分位于海域，密度資料缺乏，故同時利用上述重震擬合剖面，反演出了盆地內(nèi)主要發(fā)育地層的密度，結(jié)果為：第四系密度約為(2.05～2.20)×103kg/m3，新近系約為(2.10～2.35)×103kg/m3,古近系約為(2.30～2.40)×103kg/m3，白堊系約為2.58×103kg/m3。

圖8 AA′剖面重力異常擬合結(jié)果(密度單位為103 kg/m3)

圖9 BB′剖面擬合結(jié)果(密度單位為103 kg/m3)

圖10 CC′剖面擬合結(jié)果=2.38 (密度單位為103 kg/m3)

為了解特立尼達(dá)盆地的基底發(fā)育特征，劃分盆地構(gòu)造單元，預(yù)測盆地內(nèi)油氣遠(yuǎn)景區(qū)，對特立尼達(dá)盆地的基底深度進(jìn)行了計算。目前，常見的密度界面反演方法主要有Parker法，Parker-Oldenburg法等，也有一些變密度反演方法[8-13]。為提高反演精度，根據(jù)研究區(qū)重力異常特征的分區(qū)性和斷裂對盆地構(gòu)造的控制作用，將研究區(qū)分為3部分[14]，分別為盆地北部的A區(qū)，位于研究區(qū)中部轉(zhuǎn)換帶的B區(qū)及位于研究區(qū)東南部的C區(qū)(如圖11)。選用Parker法反演了盆地基底深度，平均界面深度參考已有地震解釋深度，界面密度差參考擬合得到的地層密度，反演結(jié)果如圖12所示。

圖11 基底深度計算分區(qū)示意

圖12 盆地基底深度反演結(jié)果(Parker法)及驗證點位置

為驗證反演結(jié)果的合理性，對比分析了盆地內(nèi)部分已知地震解釋基底深度點位結(jié)果與Parker法反演結(jié)果之間的差異(驗證點位置見圖12)，對比結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，C區(qū)使用Parker法效果較好，A、B區(qū)計算結(jié)果誤差較大，推斷原因為A、B兩個區(qū)域構(gòu)造活動較為劇烈，斷裂發(fā)育，沉積層橫向變化大，因此在缺少地層深度約束的條件下，應(yīng)用Parker界面反演方法計算的基底深度誤差較大。故在盆地內(nèi)針對A、B區(qū)，選取相關(guān)分析法計算了基底深度[15]。

表1 Parker法反演結(jié)果與地震解釋深度對比

計算基底深度回歸公式的確定是通過分別對比A、B區(qū)地震解釋基底深度與不同窗口尺度位場分離得到的剩余異常、區(qū)域異常以及布格重力異常的相關(guān)性得出的，選取與地震解釋深度相關(guān)性最高的剩余重力異常值，與地震解釋深度進(jìn)行回歸分析，得到二者之間的函數(shù)關(guān)系，再將全區(qū)剩余重力值代入函數(shù)關(guān)系式，計算出基底深度。

對比后發(fā)現(xiàn)A區(qū)基底深度與使用滑動平均濾波方法(窗口直徑70 km)求取的剩余場相關(guān)性最好(R2=0.713)，雙側(cè)顯著性為0。回歸分析結(jié)果顯示，6次函數(shù)擬合效果最好(R2=0.993)，基底深度H=-7.921404726×10-7Δg6-3.130398376×10-5Δg5-0.0002175962005Δg4+0.004240172887Δg3+0.05845750911Δg2+0.4021498138Δg-2.576221587[16]。

B區(qū)基底深度與使用滑動平均法(窗口直徑70 km)求取的剩余場相關(guān)性最好(R2=0.889)，回歸分析顯示，七次函數(shù)擬合效果最好(R2=0.957)，基底深度H=-2.103245409×10-9Δg7-2.312577661×10-7Δg6+3.31232206×10-7Δg5+0.0001954573656Δg4+ 0.0005100842874Δg3-0.03984203034Δg2+0.2970269756Δg-5.465641293，上述兩區(qū)回歸分析結(jié)果如圖13所示。將上述區(qū)域的重力異常值代入回歸分析得到的方程中，得到A、B區(qū)基底深度(計算結(jié)果見圖14)。

圖13 A區(qū)(a)和B區(qū)(b)剩余重力異常與地震解釋深度回歸分析結(jié)果

圖14 A、B區(qū)基底深度計算結(jié)果

在A、B區(qū)選取與表一中位置相同的點位驗證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，結(jié)果見表2。由表2可以看出，使用相關(guān)分析法顯著提高了該區(qū)域基底深度計算結(jié)果的精度。

表2 相關(guān)分析法計算結(jié)果與地震解釋深度對比

綜合A、B區(qū)使用相關(guān)分析法計算得到的基底深度和C區(qū)使用Parker法的計算結(jié)果，得到特立尼達(dá)盆地基底深度(圖15)。此處需要說明的是A、B、C這3個區(qū)域均以斷裂為界，因此，3個區(qū)域接邊處基底深度的差異主要反映了斷層斷距。

由圖15可以看出，特立尼達(dá)盆地基底深度在特立尼達(dá)島上部分埋深相對較淺，特立尼達(dá)島東部的海上部分埋深較深，盆地西部Paria灣區(qū)基底起伏明顯，在特立尼達(dá)島北部近EI-PILAR斷裂帶處有侏羅系地層露頭。特立尼達(dá)盆地西北部剩余異常高值帶的基底深度在3.5～7.5 km之間，盆地中部重力高—低值轉(zhuǎn)換帶的基底深度在5.5～11.5 km之間，盆地東南部重力低值帶的基底埋深在6～11.4 km之間。

圖15 特立尼達(dá)盆地基底深度

5 構(gòu)造單元劃分及油氣遠(yuǎn)景

目前，對特立尼達(dá)盆地構(gòu)造單元劃分的相關(guān)文獻(xiàn)和研究成果較少。本研究分析了由重力場特征推測得到的研究區(qū)斷裂構(gòu)造分布，以及利用不同方法計算所得的基底深度，結(jié)合地質(zhì)資料，對特立尼達(dá)盆地的構(gòu)造單元進(jìn)行了劃分。

特立尼達(dá)盆地東部及西部基底埋深較深，盆地中部及西北部基底埋深較淺，據(jù)此，把盆地劃分為東部次盆、中部隆起，西部次盆、西北部凸起5個次級構(gòu)造單元(圖16)。

圖16 特立尼達(dá)盆地次級構(gòu)造單元劃分示意

特立尼達(dá)盆地發(fā)育上白堊統(tǒng)海相烴源巖及高孔高滲儲層，具有良好的儲蓋組合，為盆地形成大規(guī)模的油氣聚集提供了基礎(chǔ)。

據(jù)盆地基底深度及盆內(nèi)構(gòu)造單元，研究區(qū)西部次盆和位于研究區(qū)東部次盆為大面積凹陷，沉積厚度較大，基底埋深在3 500～7 000 m之間，根據(jù)已有的地質(zhì)資料顯示，上述兩個構(gòu)造單元內(nèi)烴源巖較為發(fā)育，儲集層物性優(yōu)良，蓋層封閉性較好，應(yīng)為特立尼達(dá)盆地油氣遠(yuǎn)景區(qū)(圖17)。北部次盆南部基底埋深約為4 000 m，新生界發(fā)育，也值得進(jìn)一步關(guān)注。

圖17 特立尼達(dá)盆地基底深度計算結(jié)果與油氣遠(yuǎn)景區(qū)疊合

6 結(jié)論

1)特立尼達(dá)盆地斷裂發(fā)育，主要斷裂走向為NE向，控制了盆地邊界和盆地內(nèi)部構(gòu)造單元的邊界，次要斷裂走向為NW向，屬于沉積層內(nèi)斷裂，控制了盆地內(nèi)凹陷和凸起的邊界。

2)特立尼達(dá)盆地總體上為東西部基底深度大、中部基底深度小，特立尼達(dá)盆地可劃分為東部次盆、中央隆起帶、北部次盆、西部次盆次盆和西北部凸起等5個次級構(gòu)造單元。

3)特立尼達(dá)盆地基底起伏較大。北部近EI-PILAR斷裂帶處有侏羅系基底出露，盆地中部的特立尼達(dá)島陸上區(qū)域斷裂發(fā)育，基底埋深較淺。盆地東部及西部的基底埋深大，新生界地層厚度大，應(yīng)為特立尼達(dá)盆地油氣勘探的有利區(qū)，盆地北部部分區(qū)域基底埋深相對較大，也值得進(jìn)一步關(guān)注。