裂谷與被動(dòng)陸緣疊合盆地的鹽構(gòu)造與油氣成藏
——以西非下剛果—?jiǎng)偣扰璧睾蛯捲璧貫槔?/h1>
2016-06-18 07:56孫自明何治亮
石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì) 2016年3期 關(guān)鍵詞：裂谷
孫自明，何治亮
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)
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裂谷與被動(dòng)陸緣疊合盆地的鹽構(gòu)造與油氣成藏
——以西非下剛果—?jiǎng)偣扰璧睾蛯捲璧貫槔?/p>
孫自明，何治亮
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)
摘要：西非海岸的加蓬、下剛果—?jiǎng)偣群蛯捲扰璧鼐鶠榈湫偷牧压扰c被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地，經(jīng)歷了裂谷期(早白堊世凡蘭吟期—巴列姆期)、過渡期(阿普第期—早阿爾必期)和被動(dòng)陸緣期(早白堊世阿爾必期—現(xiàn)今)3個(gè)演化階段，沉積了裂谷期陸相地層、過渡期蒸發(fā)巖和被動(dòng)陸緣期海相地層3套地層層序。古近紀(jì)以來，受非洲大陸隆升和大西洋被動(dòng)陸緣持續(xù)沉降的影響，以過渡期蒸發(fā)巖為滑脫層，形成了變形特征迥異的鹽上和鹽下構(gòu)造變形層；前者為蓋層滑脫型構(gòu)造，變形強(qiáng)烈，鹽構(gòu)造樣式類型多樣，從陸向海具有明顯的構(gòu)造分帶特征；后者屬于基底卷入型構(gòu)造，變形微弱，基本保持了裂谷盆地的原始構(gòu)造面貌。鹽構(gòu)造變形不僅控制鹽上層系儲(chǔ)層發(fā)育和圈閉形成，而且鹽巖層本身又是鹽下層系良好的區(qū)域蓋層，尤其是鹽巖層急劇增厚的深水—超深水地區(qū)，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有明顯的分隔作用，即鹽下層系生成的油氣僅在鹽下層系運(yùn)移聚集；但在鹽巖層厚度急劇減薄或缺失的淺水至陸上地區(qū)，鹽窗發(fā)育，加之?dāng)嗔训拇瓜驕贤ǎ}下油氣可以向鹽上層系運(yùn)移并聚集成藏。
關(guān)鍵詞：鹽構(gòu)造；油氣成藏；裂谷；被動(dòng)陸緣；疊合盆地；西非海岸
西非海岸的含鹽含油氣盆地，如加蓬海岸盆地、下剛果—?jiǎng)偣扰璧睾蛯捲璧氐?，均為典型的裂谷與被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地(圖1)，油氣資源豐富，是近年來全球油氣勘探發(fā)現(xiàn)非常活躍的地區(qū)之一。該區(qū)早期的油氣勘探以東部陸上至淺水地區(qū)的鹽上白堊系為主要目的層系，隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步，近20 年來在西部深水—超深水地區(qū)的古近系和新近系相繼獲得了一系列重大發(fā)現(xiàn)，如Girassol和Greater Plutonio等巨型油氣藏等，開辟了油氣勘探的新局面。由于該區(qū)油氣聚集與鹽構(gòu)造關(guān)系密切，眾多學(xué)者對(duì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化、石油地質(zhì)特征和鹽構(gòu)造樣式及形成機(jī)制等進(jìn)行了內(nèi)容廣泛的研究，認(rèn)識(shí)到鹽巖層變形及其發(fā)育程度對(duì)油氣分布起著關(guān)鍵作用。本文在西非海岸含鹽含油氣盆地沉積—構(gòu)造演化特征總結(jié)的基礎(chǔ)上，研究了鹽構(gòu)造發(fā)育特征，分析了鹽構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制作用，以期為其他類似裂谷與被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地的油氣勘探提供借鑒和參考。
1區(qū)域沉積—構(gòu)造演化
受岡瓦納大陸的裂解和南大西洋開啟的控制，南大西洋中段兩岸盆地均經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和被動(dòng)陸緣期3個(gè)演化階段[1-8]。
圖1 研究區(qū)位置及鹽構(gòu)造分區(qū)
晚侏羅世—早白堊世貝利亞斯期屬于前裂谷期克拉通演化階段，南美洲和非洲大陸為一個(gè)統(tǒng)一大陸，但在Tristan地幔熱柱(距今約130 Ma)的影響下，南美洲和非洲大陸均發(fā)生了玄武巖噴發(fā)，并在非洲和南美洲大陸之間形成了沃爾維斯脊和里約格蘭德脊(Rio Grand Ridge)火山巖帶。
早白堊世凡蘭吟期—巴列姆期為裂谷期演化階段，非洲大陸和南美洲大陸間發(fā)生陸內(nèi)裂谷作用，并由南向北發(fā)展，形成一系列裂谷盆地及斷陷很深的湖泊，沉積了富含有機(jī)質(zhì)的深水湖相泥頁巖，形成了西非和南美邊緣盆地重要的烴源巖。巴列姆晚期，南美洲與非洲大陸之間的裂谷作用趨于結(jié)束，裂谷盆地發(fā)生弱反轉(zhuǎn)和區(qū)域抬升，地層遭到一定程度的剝蝕。
阿普第期—早阿爾必期為過渡期演化階段，南美洲與非洲大陸最終破裂，南大西洋開始打開，但受沃爾維斯脊和里約格蘭德脊的阻隔，南大西洋中段盆地處于局限沉積環(huán)境，總體具有陸間裂谷特征，導(dǎo)致在阿普第期沉積了一套對(duì)西非和南美海域均極為重要的蒸發(fā)巖地層，其分布區(qū)域廣、沉積厚度較大，原始沉積厚度一般可達(dá)1 000 m，對(duì)該區(qū)構(gòu)造變形起著重要的控制作用。
早白堊世阿爾必期—現(xiàn)今為被動(dòng)陸緣演化階段，阿爾必期陸架區(qū)發(fā)育淺水碳酸鹽巖沉積，深海區(qū)主要為深水泥頁巖沉積；至賽諾曼初期，沃爾維斯脊和里約格蘭德脊被海水淹沒。晚白堊世坎佩尼期—麥斯特里希特期為全球性海平面上升及缺氧環(huán)境時(shí)期，該區(qū)沉積了富有機(jī)質(zhì)的海相泥頁巖地層，是西非和南美邊緣盆地鹽上層系重要的烴源巖。中始新世—中新世(尤其是漸新世)，海平面大幅下降，導(dǎo)致在西非被動(dòng)陸緣盆地形成規(guī)模不等的深水濁積扇沉積，加之非洲大陸的不斷抬升和被動(dòng)陸緣盆地的持續(xù)沉降，該區(qū)出現(xiàn)明顯的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景。
以區(qū)域廣泛分布的阿普第期蒸發(fā)巖為滑脫層，縱向上劃分為特征迥異的鹽下裂谷和鹽上重力滑動(dòng)構(gòu)造2個(gè)構(gòu)造變形層。前者為基底卷入型構(gòu)造，構(gòu)造樣式以地塹和地壘發(fā)育為主要特點(diǎn)，構(gòu)造變形總體較為微弱，其裂谷盆地原始沉積—構(gòu)造面貌目前基本沒有發(fā)生大的變化；后者屬于蓋層滑脫型構(gòu)造，變形強(qiáng)烈，鹽構(gòu)造發(fā)育(圖2)。
2鹽構(gòu)造樣式及變形特征
2.1鹽構(gòu)造樣式
鹽構(gòu)造指在重力、浮力和區(qū)域應(yīng)力等綜合作用下，鹽巖或其他蒸發(fā)巖發(fā)生塑性流動(dòng)所形成的變形地質(zhì)體。鹽構(gòu)造是西非海岸含鹽盆地最重要的構(gòu)造類型之一，其構(gòu)造樣式類型多樣[10-14]，形態(tài)極為復(fù)雜，既包括鹽巖變形體本身，又包括鹽巖變形體周圍的其他變形巖層。據(jù)此可將鹽構(gòu)造樣式劃分為鹽巖體形態(tài)樣式和鹽相關(guān)構(gòu)造樣式2種類型。受西非海岸盆地統(tǒng)一的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景控制，鹽構(gòu)造樣式從東部淺水區(qū)向西部深水—超深水區(qū)規(guī)律性地分布。
圖2 西非寬扎盆地地質(zhì)構(gòu)造剖面
鹽巖體形態(tài)樣式類型多樣，規(guī)模不一，從陸向海(自東向西)依次發(fā)育鹽滾、鹽丘、鹽株、巖墻、鹽枕、鹽焊接、斷層焊接、鹽蓬和厚層塊狀鹽體等；鹽相關(guān)構(gòu)造樣式依次發(fā)育微型旋轉(zhuǎn)斷塊(或微型鹽筏，mini-raft)、旋轉(zhuǎn)斷塊(或鹽筏，raft)、塹—壘構(gòu)造、龜背斜(turtle anticline)、鹽底辟背斜、沖隆構(gòu)造(pop-up)、鹽間微型次盆(mini-basin)和巨厚層鹽巖構(gòu)成的鹽推覆體(salt nappe)等(圖3)。
在下剛果盆地和寬扎盆地，根據(jù)鹽構(gòu)造組合樣式特征，自東向西(從陸向海)可劃分為東部拉張區(qū)、過渡區(qū)和西部擠壓區(qū)(圖1)。東部拉張區(qū)又可進(jìn)一步劃分為微型鹽筏帶和鹽筏帶。微型鹽筏帶鹽巖層厚度較薄，以發(fā)育小型或微型傾斜斷塊為主，這些構(gòu)造一般平行于岸線方向呈狹長分布，而垂直于岸線方向則較窄，多形成于晚白堊世，第三紀(jì)以來不再活動(dòng)。鹽筏帶位于微型鹽筏帶西側(cè)，規(guī)模明顯增大，并在第三紀(jì)持續(xù)活動(dòng)，以致古近系和新近系也參與到了鹽筏構(gòu)造變形之中[10]。一般地，在微型鹽筏帶與鹽筏帶之間發(fā)育一系列的孤立鹽筏，其東西兩側(cè)均為古近系—新近系地塹或半地塹圍限，地塹處古近系—新近系與鹽下白堊系以鹽焊接(salt weld)接觸，其間缺失鹽上白堊系。鹽筏帶是古近系—新近系滑脫單斜和地塹—地壘構(gòu)造組合等構(gòu)造樣式發(fā)育的主要地區(qū)，在一些地方也可見到鹽底辟由于鹽抽空(withdraw)所形成的地層塌陷和擠壓底辟殘余構(gòu)造等。過渡區(qū)以鹽間龜背斜和鹽拱背斜為主，鹽拱背斜頂部常發(fā)育塌陷構(gòu)造或小型地塹。在西部擠壓區(qū)，鹽巖層增厚明顯，發(fā)育鹽推覆構(gòu)造，自東向西可劃分為鹽篷帶和厚鹽帶，常見鹽篷、鹽株、巖墻、鹽間次盆和厚層塊狀鹽巖體等。此外，由于鹽巖活動(dòng)在東西方向的不均一性，導(dǎo)致在深水—超深水地區(qū)產(chǎn)生扭壓構(gòu)造變形，形成沖隆構(gòu)造。
圖3 西非下剛果盆地地質(zhì)構(gòu)造剖面
2.2形成期次與變形過程
根據(jù)鹽構(gòu)造活動(dòng)影響的地層層位、鹽相關(guān)斷層兩側(cè)的地層厚度變化、鹽相關(guān)生長地層及接觸關(guān)系等綜合分析，研究區(qū)鹽構(gòu)造變形主要發(fā)生于阿爾必期—白堊紀(jì)末、中—晚漸新世和晚中新世至今的3個(gè)地質(zhì)時(shí)期[11-12,15]，具有幕式活動(dòng)特征。
(1)阿爾必期。早阿爾必期鹽巖沉積之后，隨著熱冷卻沉降和沉積物充填，鹽構(gòu)造變形即開始發(fā)生。第一次強(qiáng)烈的鹽構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生在阿爾必期早期淺海碳酸鹽巖沉積之后，主要以地層沿?cái)嗔巡痣x面滑脫形成孤立斷塊為特征，在拆離作用強(qiáng)烈的靠陸一側(cè)，發(fā)育鹽筏構(gòu)造；而前端為擠壓環(huán)境，斷裂較不發(fā)育，主要形成一些規(guī)模不一的旋轉(zhuǎn)斷塊、凸起和凹陷等。晚白堊世賽諾曼期—始新世是一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長的構(gòu)造靜止期，鹽構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度有限，重力滑動(dòng)作用微弱；整個(gè)地區(qū)沉積速率很低，以深海凝縮沉積作用和富含有機(jī)質(zhì)的沉積物沉積為主。
(2)早—中漸新世。從漸新世開始，以鹽巖層作為底部滑脫層的伸展重力構(gòu)造變形活躍，沉積速率明顯增高。鹽構(gòu)造活動(dòng)在東部拉張區(qū)的小型或微型鹽筏區(qū)表現(xiàn)特征較不明顯，但其西側(cè)的鹽筏區(qū)和過渡區(qū)則較強(qiáng)烈。在小型或微型鹽筏區(qū)與鹽筏區(qū)之間形成古近系—新近系組成的旋轉(zhuǎn)斷塊、鹽筏和地塹或半地塹等構(gòu)造。
(3)晚中新世至現(xiàn)今。在過渡區(qū)，鹽巖層厚度的橫向變化明顯，鹽底辟垂向活動(dòng)強(qiáng)烈，同時(shí)發(fā)育生長地層。
3鹽構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制作用
3.1控制烴源巖熱演化
由于鹽巖熱導(dǎo)率較常規(guī)沉積物高，鹽底辟和/或厚層鹽巖為熱向上傳導(dǎo)提供了低熱阻路徑，鹽構(gòu)造頂部及其附近沉積物比遠(yuǎn)處同一深度沉積物溫度偏高，鹽席周圍鹽下沉積物的溫度比遠(yuǎn)處同一深度沉積物溫度低。這一溫度變化特點(diǎn)表明，厚層鹽巖或鹽巖層增厚可以延遲鹽下烴源巖的成熟，并可加速鹽上烴源巖的成熟。圖4為下剛果盆地鹽下Bucomazi組烴源巖與鹽上Iabe組烴源巖成熟度指標(biāo)(Tmax)與深度的關(guān)系，顯示出鹽下烴源巖趨勢(shì)線的斜率明顯大于鹽上烴源巖趨勢(shì)線的斜率，表明在同樣的成熟度(Tmax)條件下，鹽上烴源巖需要的埋藏深度比鹽下烴源巖要小。
圖4 西非下剛果—?jiǎng)偣扰璧責(zé)N源巖Tmax統(tǒng)計(jì)
3.2控制鹽上儲(chǔ)層發(fā)育和分布
主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是鹽筏構(gòu)造控制其上高能碳酸鹽巖相帶的發(fā)育和分布，在重力驅(qū)動(dòng)下，阿爾必期碳酸鹽巖地層沿鹽巖拆離面伸展滑動(dòng)，形成一系列旋轉(zhuǎn)斷塊，其頂部的局部低凸起是高能碳酸鹽巖發(fā)育的良好部位，巖性主要為顆粒灘相碳酸鹽巖[16]，而其周圍的構(gòu)造低洼部位則以相對(duì)低能的灘間與潟湖相沉積為主，巖性主要為泥巖和泥灰?guī)r等(圖5)；二是鹽構(gòu)造對(duì)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道發(fā)育和砂體分布的控制，根據(jù)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道和濁積水道砂體與鹽構(gòu)造的分布關(guān)系，可將濁積水道劃分為限制、改道和封堵等多種類型[17]，體現(xiàn)出鹽構(gòu)造對(duì)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道和濁積水道砂體發(fā)育和分布的控制。
圖5 阿爾必期沉積時(shí)期鹽筏構(gòu)造
圖6 西非下剛果盆地東部油氣運(yùn)移聚集示意
3.3控制鹽上圈閉分布
阿普第期鹽巖的差異流動(dòng)能夠形成數(shù)量眾多的構(gòu)造圈閉，由于鹽巖活動(dòng)造成拉張和擠壓構(gòu)造分區(qū)，圈閉類型也具分帶特征。在微型鹽筏帶和鹽筏帶，主要圈閉類型為旋轉(zhuǎn)斷塊；在過渡區(qū)和擠壓區(qū)，圈閉類型主要為各類鹽構(gòu)造與古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道砂體形成的構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉。
4.4控制油氣運(yùn)移和聚集
西非海岸含鹽盆地普遍發(fā)育鹽下裂谷盆地陸相烴源巖和鹽上被動(dòng)陸緣盆地海相烴源巖[18-20]。鹽下烴源巖如下剛果盆地的Bucomazi組和寬扎盆地的Cuvo組等，在深水—超深水地區(qū)已達(dá)成熟至過成熟演化階段，而盆地東部淺水地區(qū)尚未成熟，在寬扎盆地陸上地區(qū)也已達(dá)到成熟演化階段。鹽上烴源巖在下剛果盆地和寬扎盆地?zé)嵫莼潭炔顒e較大。在下剛果盆地為Iabe組，這套烴源巖在深水—超深水地區(qū)已達(dá)到成熟演化階段，局部地區(qū)達(dá)到過成熟演化階段，成為鹽上白堊系和古近系—新近系目的層的主力烴源層系；而在東部陸上—淺水地區(qū)則處于未成熟熱演化階段。寬扎盆地的這套烴源巖為Binga組等，在陸上和海域的大部分地區(qū)均未成熟。
區(qū)域上，鹽巖層是鹽下層系油氣成藏組合的良好區(qū)域蓋層，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有嚴(yán)格的分隔作用，尤其是鹽巖層較厚或厚度急劇增大的深水—超深水地區(qū)，這種分隔作用更為突出，導(dǎo)致鹽下烴源巖生成的油氣僅能在鹽下層系聚集成藏，如寬扎盆地的Denden-1(9區(qū)塊)、Baleia-1A(20區(qū)塊)、Cameia-1(21區(qū)塊)和Azul-1(23區(qū)塊)等油氣藏，均屬于鹽下自生自儲(chǔ)油氣藏。但由于鹽構(gòu)造變形導(dǎo)致鹽巖層厚度在靠陸一側(cè)急劇減薄，形成大量鹽窗，加之?dāng)嗔训拇瓜驕贤?，鹽下烴源巖生成的油氣可以通過鹽窗或/和斷裂向鹽上層系運(yùn)移形成他源油氣藏(圖6)。在下剛果盆地東部淺水地區(qū)，Takula等鹽上白堊系巨型油氣藏[21]，經(jīng)油源對(duì)比，均表明鹽上白堊系儲(chǔ)層的油氣來自鹽下Bucomazi組湖相烴源巖。
4結(jié)論
(1)西非海岸含鹽含油氣盆地均為典型的裂谷與被動(dòng)陸緣疊合盆地，經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和被動(dòng)陸緣期演化階段，形成了鹽下裂谷、鹽巖和鹽上被動(dòng)陸緣3大地層層序。鹽巖層的發(fā)育和強(qiáng)烈變形對(duì)該區(qū)鹽上層系構(gòu)造變形具有重要影響。
(2)鹽構(gòu)造是西非海岸含鹽盆地最重要的構(gòu)造類型之一，可分為鹽體形態(tài)樣式和鹽相關(guān)構(gòu)造樣式2大類型。受統(tǒng)一的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景控制，鹽構(gòu)造樣式從東部陸上—淺水區(qū)向西部深水—超深水區(qū)具有規(guī)律性地分布。根據(jù)鹽構(gòu)造組合樣式，自東向西可劃分為東部拉張區(qū)、過渡區(qū)和西部擠壓區(qū)等3個(gè)應(yīng)力區(qū)，以及微型鹽筏、鹽筏、鹽底辟、鹽篷和鹽推覆體等5個(gè)構(gòu)造變形帶。鹽構(gòu)造變形主要發(fā)生在阿爾必期、早—中漸新世和晚中新世至現(xiàn)今的3個(gè)地質(zhì)時(shí)期，幕式活動(dòng)特征明顯。
(3)鹽構(gòu)造對(duì)鹽上白堊系高能碳酸鹽巖相帶的發(fā)育和古近系—新近系濁積巖儲(chǔ)層的分布具有控制作用，可以形成不同類型的構(gòu)造圈閉和地層—巖性圈閉。鹽巖層是鹽下油氣成藏組合的良好區(qū)域蓋層，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有分隔作用，尤其是厚鹽層或鹽巖層增厚的深水—超深水地區(qū)，不僅能夠抑制鹽下并加速鹽上烴源巖的成熟，而且這種分隔作用更為突出，形成鹽下自生自儲(chǔ)油氣藏。而在鹽巖層厚度急劇減薄的陸上和淺水地區(qū)，鹽窗大量發(fā)育，加之?dāng)嗔寻l(fā)育，鹽下油氣可以沿鹽窗和/或斷裂運(yùn)移至鹽上層系，形成他源油氣藏。
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(編輯徐文明)
Salt tectonics and its relationship to hydrocarbon accumulation in salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section:A case study of the Lower Congo-Congo Fan basins and the Kwanza Basin in West Africa
Sun Ziming, He Zhiliang
(SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)
Abstract:The West African coastal basins, such as the Gabon Coastal Basin, Lower Congo Basin and Kwanza Basin, are typical oil-bearing salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section. Three evolution stages can be identified in those basins, including a rifting period (the Early Cretaceous Valanginian to Barremian), a transitional period (Aptian to the early Albian) and a passive continental margin period (the early Cretaceous Albian to present), thus developing three tectono-sedimentary sequences from base to top: pre-salt, evaporites, and post-salt. On one hand, under the influence of the uplifting African craton and the continuing subsidence of the Atlantic passive margin from Paleogene to present, and taking the evaporite layer as a detachment, a gravity gliding tectonic deformation layer was formed in the post-salt sequence. This layer represents a cover-detached structure with complex deformation, various salt structural styles, and obvious tectonic zonation from east to west. On the other hand, tectonic deformation in the pre-salt tectono-sedimentary sequence was very weak, therefore, basement-related geological structures generally remained unchanged since South America and Africa separated some 165 million years ago. Salt tectonics controlled the formation and distribution of post-salt reservoirs and traps. At the same time, the salt layer works as a good regional seal for the subsalt sequence that can be interpreted as a boundary between post-salt and pre-salt petroleum systems. Therefore, in general terms, oil and gas generated in the subsalt petroleum system can only migrate and accumulate locally, particularly in deep to ultra-deep water areas where the salt strata have been thickened. However, in shallower water areas, where salt thickness was dramatically thinned or missing, subsalt oil and gas may migrate into the post-salt sequence through salt windows and/or connecting faults. Existing near-shore post-salt fields in West Africa provide support for this migration and accumulation process.
Keywords:salt tectonics; hydrocarbon; rift; passive margin; superimposed basin; West Africa
文章編號(hào)：1001-6112(2016)03-0287-06
doi：10.11781/sysydz201603287
收稿日期：2015-11-27；
修訂日期：2016-04-08。
作者簡介：孫自明(1964—)，男，博士，高級(jí)工程師，從事油氣勘探和盆地構(gòu)造分析研究。E-mail：sunzm.syky@sinopec.com。
基金項(xiàng)目：中國石化科技項(xiàng)目“安哥拉深水區(qū)塊勘探潛力與目標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(P11061)資助。
中圖分類號(hào)：TE121.1
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
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孫自明，何治亮
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)
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裂谷與被動(dòng)陸緣疊合盆地的鹽構(gòu)造與油氣成藏
——以西非下剛果—?jiǎng)偣扰璧睾蛯捲璧貫槔?/p>
孫自明，何治亮
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)
摘要：西非海岸的加蓬、下剛果—?jiǎng)偣群蛯捲扰璧鼐鶠榈湫偷牧压扰c被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地，經(jīng)歷了裂谷期(早白堊世凡蘭吟期—巴列姆期)、過渡期(阿普第期—早阿爾必期)和被動(dòng)陸緣期(早白堊世阿爾必期—現(xiàn)今)3個(gè)演化階段，沉積了裂谷期陸相地層、過渡期蒸發(fā)巖和被動(dòng)陸緣期海相地層3套地層層序。古近紀(jì)以來，受非洲大陸隆升和大西洋被動(dòng)陸緣持續(xù)沉降的影響，以過渡期蒸發(fā)巖為滑脫層，形成了變形特征迥異的鹽上和鹽下構(gòu)造變形層；前者為蓋層滑脫型構(gòu)造，變形強(qiáng)烈，鹽構(gòu)造樣式類型多樣，從陸向海具有明顯的構(gòu)造分帶特征；后者屬于基底卷入型構(gòu)造，變形微弱，基本保持了裂谷盆地的原始構(gòu)造面貌。鹽構(gòu)造變形不僅控制鹽上層系儲(chǔ)層發(fā)育和圈閉形成，而且鹽巖層本身又是鹽下層系良好的區(qū)域蓋層，尤其是鹽巖層急劇增厚的深水—超深水地區(qū)，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有明顯的分隔作用，即鹽下層系生成的油氣僅在鹽下層系運(yùn)移聚集；但在鹽巖層厚度急劇減薄或缺失的淺水至陸上地區(qū)，鹽窗發(fā)育，加之?dāng)嗔训拇瓜驕贤ǎ}下油氣可以向鹽上層系運(yùn)移并聚集成藏。
關(guān)鍵詞：鹽構(gòu)造；油氣成藏；裂谷；被動(dòng)陸緣；疊合盆地；西非海岸
西非海岸的含鹽含油氣盆地，如加蓬海岸盆地、下剛果—?jiǎng)偣扰璧睾蛯捲璧氐?，均為典型的裂谷與被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地(圖1)，油氣資源豐富，是近年來全球油氣勘探發(fā)現(xiàn)非常活躍的地區(qū)之一。該區(qū)早期的油氣勘探以東部陸上至淺水地區(qū)的鹽上白堊系為主要目的層系，隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步，近20 年來在西部深水—超深水地區(qū)的古近系和新近系相繼獲得了一系列重大發(fā)現(xiàn)，如Girassol和Greater Plutonio等巨型油氣藏等，開辟了油氣勘探的新局面。由于該區(qū)油氣聚集與鹽構(gòu)造關(guān)系密切，眾多學(xué)者對(duì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化、石油地質(zhì)特征和鹽構(gòu)造樣式及形成機(jī)制等進(jìn)行了內(nèi)容廣泛的研究，認(rèn)識(shí)到鹽巖層變形及其發(fā)育程度對(duì)油氣分布起著關(guān)鍵作用。本文在西非海岸含鹽含油氣盆地沉積—構(gòu)造演化特征總結(jié)的基礎(chǔ)上，研究了鹽構(gòu)造發(fā)育特征，分析了鹽構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制作用，以期為其他類似裂谷與被動(dòng)陸緣疊合含鹽含油氣盆地的油氣勘探提供借鑒和參考。
1區(qū)域沉積—構(gòu)造演化
受岡瓦納大陸的裂解和南大西洋開啟的控制，南大西洋中段兩岸盆地均經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和被動(dòng)陸緣期3個(gè)演化階段[1-8]。
圖1 研究區(qū)位置及鹽構(gòu)造分區(qū)
晚侏羅世—早白堊世貝利亞斯期屬于前裂谷期克拉通演化階段，南美洲和非洲大陸為一個(gè)統(tǒng)一大陸，但在Tristan地幔熱柱(距今約130 Ma)的影響下，南美洲和非洲大陸均發(fā)生了玄武巖噴發(fā)，并在非洲和南美洲大陸之間形成了沃爾維斯脊和里約格蘭德脊(Rio Grand Ridge)火山巖帶。
早白堊世凡蘭吟期—巴列姆期為裂谷期演化階段，非洲大陸和南美洲大陸間發(fā)生陸內(nèi)裂谷作用，并由南向北發(fā)展，形成一系列裂谷盆地及斷陷很深的湖泊，沉積了富含有機(jī)質(zhì)的深水湖相泥頁巖，形成了西非和南美邊緣盆地重要的烴源巖。巴列姆晚期，南美洲與非洲大陸之間的裂谷作用趨于結(jié)束，裂谷盆地發(fā)生弱反轉(zhuǎn)和區(qū)域抬升，地層遭到一定程度的剝蝕。
阿普第期—早阿爾必期為過渡期演化階段，南美洲與非洲大陸最終破裂，南大西洋開始打開，但受沃爾維斯脊和里約格蘭德脊的阻隔，南大西洋中段盆地處于局限沉積環(huán)境，總體具有陸間裂谷特征，導(dǎo)致在阿普第期沉積了一套對(duì)西非和南美海域均極為重要的蒸發(fā)巖地層，其分布區(qū)域廣、沉積厚度較大，原始沉積厚度一般可達(dá)1 000 m，對(duì)該區(qū)構(gòu)造變形起著重要的控制作用。
早白堊世阿爾必期—現(xiàn)今為被動(dòng)陸緣演化階段，阿爾必期陸架區(qū)發(fā)育淺水碳酸鹽巖沉積，深海區(qū)主要為深水泥頁巖沉積；至賽諾曼初期，沃爾維斯脊和里約格蘭德脊被海水淹沒。晚白堊世坎佩尼期—麥斯特里希特期為全球性海平面上升及缺氧環(huán)境時(shí)期，該區(qū)沉積了富有機(jī)質(zhì)的海相泥頁巖地層，是西非和南美邊緣盆地鹽上層系重要的烴源巖。中始新世—中新世(尤其是漸新世)，海平面大幅下降，導(dǎo)致在西非被動(dòng)陸緣盆地形成規(guī)模不等的深水濁積扇沉積，加之非洲大陸的不斷抬升和被動(dòng)陸緣盆地的持續(xù)沉降，該區(qū)出現(xiàn)明顯的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景。
以區(qū)域廣泛分布的阿普第期蒸發(fā)巖為滑脫層，縱向上劃分為特征迥異的鹽下裂谷和鹽上重力滑動(dòng)構(gòu)造2個(gè)構(gòu)造變形層。前者為基底卷入型構(gòu)造，構(gòu)造樣式以地塹和地壘發(fā)育為主要特點(diǎn)，構(gòu)造變形總體較為微弱，其裂谷盆地原始沉積—構(gòu)造面貌目前基本沒有發(fā)生大的變化；后者屬于蓋層滑脫型構(gòu)造，變形強(qiáng)烈，鹽構(gòu)造發(fā)育(圖2)。
2鹽構(gòu)造樣式及變形特征
2.1鹽構(gòu)造樣式
鹽構(gòu)造指在重力、浮力和區(qū)域應(yīng)力等綜合作用下，鹽巖或其他蒸發(fā)巖發(fā)生塑性流動(dòng)所形成的變形地質(zhì)體。鹽構(gòu)造是西非海岸含鹽盆地最重要的構(gòu)造類型之一，其構(gòu)造樣式類型多樣[10-14]，形態(tài)極為復(fù)雜，既包括鹽巖變形體本身，又包括鹽巖變形體周圍的其他變形巖層。據(jù)此可將鹽構(gòu)造樣式劃分為鹽巖體形態(tài)樣式和鹽相關(guān)構(gòu)造樣式2種類型。受西非海岸盆地統(tǒng)一的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景控制，鹽構(gòu)造樣式從東部淺水區(qū)向西部深水—超深水區(qū)規(guī)律性地分布。
圖2 西非寬扎盆地地質(zhì)構(gòu)造剖面
鹽巖體形態(tài)樣式類型多樣，規(guī)模不一，從陸向海(自東向西)依次發(fā)育鹽滾、鹽丘、鹽株、巖墻、鹽枕、鹽焊接、斷層焊接、鹽蓬和厚層塊狀鹽體等；鹽相關(guān)構(gòu)造樣式依次發(fā)育微型旋轉(zhuǎn)斷塊(或微型鹽筏，mini-raft)、旋轉(zhuǎn)斷塊(或鹽筏，raft)、塹—壘構(gòu)造、龜背斜(turtle anticline)、鹽底辟背斜、沖隆構(gòu)造(pop-up)、鹽間微型次盆(mini-basin)和巨厚層鹽巖構(gòu)成的鹽推覆體(salt nappe)等(圖3)。
在下剛果盆地和寬扎盆地，根據(jù)鹽構(gòu)造組合樣式特征，自東向西(從陸向海)可劃分為東部拉張區(qū)、過渡區(qū)和西部擠壓區(qū)(圖1)。東部拉張區(qū)又可進(jìn)一步劃分為微型鹽筏帶和鹽筏帶。微型鹽筏帶鹽巖層厚度較薄，以發(fā)育小型或微型傾斜斷塊為主，這些構(gòu)造一般平行于岸線方向呈狹長分布，而垂直于岸線方向則較窄，多形成于晚白堊世，第三紀(jì)以來不再活動(dòng)。鹽筏帶位于微型鹽筏帶西側(cè)，規(guī)模明顯增大，并在第三紀(jì)持續(xù)活動(dòng)，以致古近系和新近系也參與到了鹽筏構(gòu)造變形之中[10]。一般地，在微型鹽筏帶與鹽筏帶之間發(fā)育一系列的孤立鹽筏，其東西兩側(cè)均為古近系—新近系地塹或半地塹圍限，地塹處古近系—新近系與鹽下白堊系以鹽焊接(salt weld)接觸，其間缺失鹽上白堊系。鹽筏帶是古近系—新近系滑脫單斜和地塹—地壘構(gòu)造組合等構(gòu)造樣式發(fā)育的主要地區(qū)，在一些地方也可見到鹽底辟由于鹽抽空(withdraw)所形成的地層塌陷和擠壓底辟殘余構(gòu)造等。過渡區(qū)以鹽間龜背斜和鹽拱背斜為主，鹽拱背斜頂部常發(fā)育塌陷構(gòu)造或小型地塹。在西部擠壓區(qū)，鹽巖層增厚明顯，發(fā)育鹽推覆構(gòu)造，自東向西可劃分為鹽篷帶和厚鹽帶，常見鹽篷、鹽株、巖墻、鹽間次盆和厚層塊狀鹽巖體等。此外，由于鹽巖活動(dòng)在東西方向的不均一性，導(dǎo)致在深水—超深水地區(qū)產(chǎn)生扭壓構(gòu)造變形，形成沖隆構(gòu)造。
圖3 西非下剛果盆地地質(zhì)構(gòu)造剖面
2.2形成期次與變形過程
根據(jù)鹽構(gòu)造活動(dòng)影響的地層層位、鹽相關(guān)斷層兩側(cè)的地層厚度變化、鹽相關(guān)生長地層及接觸關(guān)系等綜合分析，研究區(qū)鹽構(gòu)造變形主要發(fā)生于阿爾必期—白堊紀(jì)末、中—晚漸新世和晚中新世至今的3個(gè)地質(zhì)時(shí)期[11-12,15]，具有幕式活動(dòng)特征。
(1)阿爾必期。早阿爾必期鹽巖沉積之后，隨著熱冷卻沉降和沉積物充填，鹽構(gòu)造變形即開始發(fā)生。第一次強(qiáng)烈的鹽構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生在阿爾必期早期淺海碳酸鹽巖沉積之后，主要以地層沿?cái)嗔巡痣x面滑脫形成孤立斷塊為特征，在拆離作用強(qiáng)烈的靠陸一側(cè)，發(fā)育鹽筏構(gòu)造；而前端為擠壓環(huán)境，斷裂較不發(fā)育，主要形成一些規(guī)模不一的旋轉(zhuǎn)斷塊、凸起和凹陷等。晚白堊世賽諾曼期—始新世是一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長的構(gòu)造靜止期，鹽構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度有限，重力滑動(dòng)作用微弱；整個(gè)地區(qū)沉積速率很低，以深海凝縮沉積作用和富含有機(jī)質(zhì)的沉積物沉積為主。
(2)早—中漸新世。從漸新世開始，以鹽巖層作為底部滑脫層的伸展重力構(gòu)造變形活躍，沉積速率明顯增高。鹽構(gòu)造活動(dòng)在東部拉張區(qū)的小型或微型鹽筏區(qū)表現(xiàn)特征較不明顯，但其西側(cè)的鹽筏區(qū)和過渡區(qū)則較強(qiáng)烈。在小型或微型鹽筏區(qū)與鹽筏區(qū)之間形成古近系—新近系組成的旋轉(zhuǎn)斷塊、鹽筏和地塹或半地塹等構(gòu)造。
(3)晚中新世至現(xiàn)今。在過渡區(qū)，鹽巖層厚度的橫向變化明顯，鹽底辟垂向活動(dòng)強(qiáng)烈，同時(shí)發(fā)育生長地層。
3鹽構(gòu)造對(duì)油氣成藏的控制作用
3.1控制烴源巖熱演化
由于鹽巖熱導(dǎo)率較常規(guī)沉積物高，鹽底辟和/或厚層鹽巖為熱向上傳導(dǎo)提供了低熱阻路徑，鹽構(gòu)造頂部及其附近沉積物比遠(yuǎn)處同一深度沉積物溫度偏高，鹽席周圍鹽下沉積物的溫度比遠(yuǎn)處同一深度沉積物溫度低。這一溫度變化特點(diǎn)表明，厚層鹽巖或鹽巖層增厚可以延遲鹽下烴源巖的成熟，并可加速鹽上烴源巖的成熟。圖4為下剛果盆地鹽下Bucomazi組烴源巖與鹽上Iabe組烴源巖成熟度指標(biāo)(Tmax)與深度的關(guān)系，顯示出鹽下烴源巖趨勢(shì)線的斜率明顯大于鹽上烴源巖趨勢(shì)線的斜率，表明在同樣的成熟度(Tmax)條件下，鹽上烴源巖需要的埋藏深度比鹽下烴源巖要小。
圖4 西非下剛果—?jiǎng)偣扰璧責(zé)N源巖Tmax統(tǒng)計(jì)
3.2控制鹽上儲(chǔ)層發(fā)育和分布
主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是鹽筏構(gòu)造控制其上高能碳酸鹽巖相帶的發(fā)育和分布，在重力驅(qū)動(dòng)下，阿爾必期碳酸鹽巖地層沿鹽巖拆離面伸展滑動(dòng)，形成一系列旋轉(zhuǎn)斷塊，其頂部的局部低凸起是高能碳酸鹽巖發(fā)育的良好部位，巖性主要為顆粒灘相碳酸鹽巖[16]，而其周圍的構(gòu)造低洼部位則以相對(duì)低能的灘間與潟湖相沉積為主，巖性主要為泥巖和泥灰?guī)r等(圖5)；二是鹽構(gòu)造對(duì)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道發(fā)育和砂體分布的控制，根據(jù)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道和濁積水道砂體與鹽構(gòu)造的分布關(guān)系，可將濁積水道劃分為限制、改道和封堵等多種類型[17]，體現(xiàn)出鹽構(gòu)造對(duì)古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道和濁積水道砂體發(fā)育和分布的控制。
圖5 阿爾必期沉積時(shí)期鹽筏構(gòu)造
圖6 西非下剛果盆地東部油氣運(yùn)移聚集示意
3.3控制鹽上圈閉分布
阿普第期鹽巖的差異流動(dòng)能夠形成數(shù)量眾多的構(gòu)造圈閉，由于鹽巖活動(dòng)造成拉張和擠壓構(gòu)造分區(qū)，圈閉類型也具分帶特征。在微型鹽筏帶和鹽筏帶，主要圈閉類型為旋轉(zhuǎn)斷塊；在過渡區(qū)和擠壓區(qū)，圈閉類型主要為各類鹽構(gòu)造與古近紀(jì)—新近紀(jì)濁積水道砂體形成的構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉。
4.4控制油氣運(yùn)移和聚集
西非海岸含鹽盆地普遍發(fā)育鹽下裂谷盆地陸相烴源巖和鹽上被動(dòng)陸緣盆地海相烴源巖[18-20]。鹽下烴源巖如下剛果盆地的Bucomazi組和寬扎盆地的Cuvo組等，在深水—超深水地區(qū)已達(dá)成熟至過成熟演化階段，而盆地東部淺水地區(qū)尚未成熟，在寬扎盆地陸上地區(qū)也已達(dá)到成熟演化階段。鹽上烴源巖在下剛果盆地和寬扎盆地?zé)嵫莼潭炔顒e較大。在下剛果盆地為Iabe組，這套烴源巖在深水—超深水地區(qū)已達(dá)到成熟演化階段，局部地區(qū)達(dá)到過成熟演化階段，成為鹽上白堊系和古近系—新近系目的層的主力烴源層系；而在東部陸上—淺水地區(qū)則處于未成熟熱演化階段。寬扎盆地的這套烴源巖為Binga組等，在陸上和海域的大部分地區(qū)均未成熟。
區(qū)域上，鹽巖層是鹽下層系油氣成藏組合的良好區(qū)域蓋層，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有嚴(yán)格的分隔作用，尤其是鹽巖層較厚或厚度急劇增大的深水—超深水地區(qū)，這種分隔作用更為突出，導(dǎo)致鹽下烴源巖生成的油氣僅能在鹽下層系聚集成藏，如寬扎盆地的Denden-1(9區(qū)塊)、Baleia-1A(20區(qū)塊)、Cameia-1(21區(qū)塊)和Azul-1(23區(qū)塊)等油氣藏，均屬于鹽下自生自儲(chǔ)油氣藏。但由于鹽構(gòu)造變形導(dǎo)致鹽巖層厚度在靠陸一側(cè)急劇減薄，形成大量鹽窗，加之?dāng)嗔训拇瓜驕贤?，鹽下烴源巖生成的油氣可以通過鹽窗或/和斷裂向鹽上層系運(yùn)移形成他源油氣藏(圖6)。在下剛果盆地東部淺水地區(qū)，Takula等鹽上白堊系巨型油氣藏[21]，經(jīng)油源對(duì)比，均表明鹽上白堊系儲(chǔ)層的油氣來自鹽下Bucomazi組湖相烴源巖。
4結(jié)論
(1)西非海岸含鹽含油氣盆地均為典型的裂谷與被動(dòng)陸緣疊合盆地，經(jīng)歷了裂谷期、過渡期和被動(dòng)陸緣期演化階段，形成了鹽下裂谷、鹽巖和鹽上被動(dòng)陸緣3大地層層序。鹽巖層的發(fā)育和強(qiáng)烈變形對(duì)該區(qū)鹽上層系構(gòu)造變形具有重要影響。
(2)鹽構(gòu)造是西非海岸含鹽盆地最重要的構(gòu)造類型之一，可分為鹽體形態(tài)樣式和鹽相關(guān)構(gòu)造樣式2大類型。受統(tǒng)一的重力滑動(dòng)構(gòu)造背景控制，鹽構(gòu)造樣式從東部陸上—淺水區(qū)向西部深水—超深水區(qū)具有規(guī)律性地分布。根據(jù)鹽構(gòu)造組合樣式，自東向西可劃分為東部拉張區(qū)、過渡區(qū)和西部擠壓區(qū)等3個(gè)應(yīng)力區(qū)，以及微型鹽筏、鹽筏、鹽底辟、鹽篷和鹽推覆體等5個(gè)構(gòu)造變形帶。鹽構(gòu)造變形主要發(fā)生在阿爾必期、早—中漸新世和晚中新世至現(xiàn)今的3個(gè)地質(zhì)時(shí)期，幕式活動(dòng)特征明顯。
(3)鹽構(gòu)造對(duì)鹽上白堊系高能碳酸鹽巖相帶的發(fā)育和古近系—新近系濁積巖儲(chǔ)層的分布具有控制作用，可以形成不同類型的構(gòu)造圈閉和地層—巖性圈閉。鹽巖層是鹽下油氣成藏組合的良好區(qū)域蓋層，客觀上對(duì)鹽下和鹽上油氣系統(tǒng)具有分隔作用，尤其是厚鹽層或鹽巖層增厚的深水—超深水地區(qū)，不僅能夠抑制鹽下并加速鹽上烴源巖的成熟，而且這種分隔作用更為突出，形成鹽下自生自儲(chǔ)油氣藏。而在鹽巖層厚度急劇減薄的陸上和淺水地區(qū)，鹽窗大量發(fā)育，加之?dāng)嗔寻l(fā)育，鹽下油氣可以沿鹽窗和/或斷裂運(yùn)移至鹽上層系，形成他源油氣藏。
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(編輯徐文明)
Salt tectonics and its relationship to hydrocarbon accumulation in salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section:A case study of the Lower Congo-Congo Fan basins and the Kwanza Basin in West Africa
Sun Ziming, He Zhiliang
(SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)
Abstract:The West African coastal basins, such as the Gabon Coastal Basin, Lower Congo Basin and Kwanza Basin, are typical oil-bearing salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section. Three evolution stages can be identified in those basins, including a rifting period (the Early Cretaceous Valanginian to Barremian), a transitional period (Aptian to the early Albian) and a passive continental margin period (the early Cretaceous Albian to present), thus developing three tectono-sedimentary sequences from base to top: pre-salt, evaporites, and post-salt. On one hand, under the influence of the uplifting African craton and the continuing subsidence of the Atlantic passive margin from Paleogene to present, and taking the evaporite layer as a detachment, a gravity gliding tectonic deformation layer was formed in the post-salt sequence. This layer represents a cover-detached structure with complex deformation, various salt structural styles, and obvious tectonic zonation from east to west. On the other hand, tectonic deformation in the pre-salt tectono-sedimentary sequence was very weak, therefore, basement-related geological structures generally remained unchanged since South America and Africa separated some 165 million years ago. Salt tectonics controlled the formation and distribution of post-salt reservoirs and traps. At the same time, the salt layer works as a good regional seal for the subsalt sequence that can be interpreted as a boundary between post-salt and pre-salt petroleum systems. Therefore, in general terms, oil and gas generated in the subsalt petroleum system can only migrate and accumulate locally, particularly in deep to ultra-deep water areas where the salt strata have been thickened. However, in shallower water areas, where salt thickness was dramatically thinned or missing, subsalt oil and gas may migrate into the post-salt sequence through salt windows and/or connecting faults. Existing near-shore post-salt fields in West Africa provide support for this migration and accumulation process.
Keywords:salt tectonics; hydrocarbon; rift; passive margin; superimposed basin; West Africa
文章編號(hào)：1001-6112(2016)03-0287-06
doi：10.11781/sysydz201603287
收稿日期：2015-11-27；
修訂日期：2016-04-08。
作者簡介：孫自明(1964—)，男，博士，高級(jí)工程師，從事油氣勘探和盆地構(gòu)造分析研究。E-mail：sunzm.syky@sinopec.com。
基金項(xiàng)目：中國石化科技項(xiàng)目“安哥拉深水區(qū)塊勘探潛力與目標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(P11061)資助。
中圖分類號(hào)：TE121.1
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
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