高紅芳 (中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海地質(zhì)重點實驗室·中國科學(xué)院研究生院·廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局)

西非地區(qū)油氣分布規(guī)律與勘探潛力＊

高紅芳 (中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海地質(zhì)重點實驗室·中國科學(xué)院研究生院·廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局)

由于中生代形成期有利的地質(zhì)條件,西非盆地群賦存了極其豐富的油氣資源。油氣分布明顯受沉積相帶和構(gòu)造帶控制,即平行于構(gòu)造帶走向從東南向西北呈帶狀富集,形成多個油氣富集帶。主要分兩個帶:其一是由喀麥隆火山脊向南延伸至納米比亞鯨海嶺的含油氣盆地,形成了一個富油氣帶,即中-南海岸盆地帶;其二是尼日爾三角洲帶,油氣明顯呈扇形分布。同時,海岸盆地廣泛發(fā)育封閉性良好的鹽巖層,巖鹽的分布控制了油氣藏的分布。

西非地區(qū) 油氣分布規(guī)律 富油氣帶

1 前言

非洲西部是世界上蘊(yùn)含石油資源最豐富的地區(qū)之一,其主要產(chǎn)油國除尼日利亞外均為非歐佩克成員國,不受產(chǎn)量限制,可挖掘潛力巨大。在非洲西部大西洋岸邊,特別是幾內(nèi)亞灣一帶,分布著由一系列盆地組成的巨大海岸盆地群,從北至南綿延數(shù)千公里。由于中生代形成期有利的地質(zhì)條件和自然環(huán)境,使這里賦存了極其豐富的油氣資源。

西非石油勘探始于20世紀(jì)60年代初,首先在尼日爾三角洲和加蓬淺海區(qū)獲得成功,接著在剛果近海也發(fā)現(xiàn)了油氣田。迄今沿幾內(nèi)亞灣的十幾個國家均已發(fā)現(xiàn)油氣,已有200多個油氣田投產(chǎn),近十年來成為世界石油勘探開采最活躍的地區(qū)。據(jù)估計西非油氣資源占全球海上油氣資源的20%。隨著技術(shù)創(chuàng)新和高油價的驅(qū)動,國際石油勘探開發(fā)呈現(xiàn)出由陸上向海洋挺進(jìn)的趨勢。現(xiàn)在許多大的石油公司都具備了在2 000～3 000 m水深海域進(jìn)行勘探、開發(fā)作業(yè)的能力。目前,西非、巴西和墨西哥灣是世界深水油氣勘探三大熱點,世界絕大部分的深水探井和新發(fā)現(xiàn)儲量都位于這三個海域,在水深大于1 500 ft(1 ft=30.48 cm)的區(qū)域發(fā)現(xiàn)的八大油氣田,全部集中在這三個地區(qū),而西非深水油氣勘探更為重要,占據(jù)了其中5席。

雖然西非地區(qū)油氣資源潛力大,但由于地質(zhì)研究程度低,勘探不成熟,已發(fā)現(xiàn)的油氣資源不過是“冰山一角”,因此開展西非地區(qū)油氣潛力研究具有重要的科學(xué)和戰(zhàn)略意義。

2 區(qū)域構(gòu)造特征

2.1 區(qū)域構(gòu)造背景

非洲是岡瓦納古陸的核心,經(jīng)歷了各種構(gòu)造運動,地塊內(nèi)部不斷分化,甚至破裂。而發(fā)生在前寒武紀(jì)末的泛非運動,將西非、剛果、東非和卡拉哈里等古老地塊拼合成為一個穩(wěn)定的克拉通[1]。古生代全球板塊運動對非洲影響較弱,古生界地臺型沉積主要發(fā)育于北非,其次為西非。古生代海相沉積僅見于南北兩端。三疊紀(jì)時,非洲出現(xiàn)過一次巖漿活動的高潮,預(yù)示著大陸解體的開始。晚三疊到早侏羅世北美與非洲之間的中大西洋開始開啟。早白堊世時南美與非洲發(fā)生裂谷作用,逐漸分離,大陸邊緣的裂谷作用也影響到克拉通內(nèi)部,這種裂谷作用一直延續(xù)到晚第三紀(jì),形成了不同時期的裂谷盆地。

因此,西非地區(qū)板塊的構(gòu)造演化可分為四個階段,即晚古生代-早中生代大陸克拉通階段 (前裂谷階段)、中-晚中生代以來的裂谷階段、過渡階段和中生代末-第三紀(jì)的被動大陸邊緣階段 (即后裂谷坳陷階段)[2]。這四個演化階段和含油氣盆地的發(fā)育及成藏密切相關(guān):

◇前裂谷階段:在晚二疊世-早侏羅世,岡瓦納大陸開始解體,并伴隨著廣泛大陸裂谷玄武巖噴發(fā),標(biāo)志著超級大陸開始分裂解體,開始了西非海岸盆地發(fā)育的前裂谷階段。

◇裂谷階段:三疊紀(jì)時期,岡瓦納大陸西北部的陸內(nèi)斷裂向南擴(kuò)散,而岡瓦納大陸南部形成于侏羅紀(jì)早期的另一裂谷系則向北延伸。到中侏羅世末期,兩條斷裂系交匯并切穿赤道地區(qū),形成了后來油氣資源富集的大西洋和南美東側(cè)盆地與西非海岸盆地。

◇反轉(zhuǎn)、抬升階段:巴列姆階 (Barremian)晚期,南美與非洲大陸之間的裂谷作用趨于結(jié)束,發(fā)生了裂谷之后的區(qū)域性抬升,誘導(dǎo)南美與非洲大陸曾經(jīng)一度發(fā)生過擠壓聚合,導(dǎo)致了西非海岸裂谷盆地的反轉(zhuǎn)和抬升剝蝕,形成了裂谷層序與過渡層序之間的區(qū)域性不整合。

◇后裂谷坳陷階段:阿爾布 (Albian)期至第三紀(jì),隨著大西洋的擴(kuò)張和南美大陸與非洲大陸的漂移,海岸盆地逐漸向西擴(kuò)展。從東部陸上裂谷之上的坳陷盆地發(fā)展到一系列主體向西擴(kuò)展的陸坡坳陷,沉積層序也發(fā)育為一系列向西推移的進(jìn)積三角洲層序。

2.2 盆地構(gòu)造樣式及類型

西非地區(qū)含油氣盆地主要存在兩種構(gòu)造樣式:①鹽下構(gòu)造,包括掀斜斷塊、地塹和半地塹、披覆褶曲等;②由鹽巖沉積引起的構(gòu)造,即為鹽后構(gòu)造,如鹽丘、鹽背斜和底辟等。

構(gòu)造類型主要可分為三類:北海岸盆地型、尼日爾三角洲盆地型和中南海岸盆地型。

北海岸盆地型的主要特點是盆地沿南大西洋分裂時形成平行轉(zhuǎn)換斷層帶分布,斷層帶上部為裂隙帶,沉積巖減薄,斷層之間形成較深的沉積盆地。

尼日爾三角洲盆地的發(fā)生、發(fā)展與幾內(nèi)亞灣的形成密切相關(guān),隨著幾內(nèi)亞灣的形成,尼日爾三角洲在北東向和北西向兩組斷裂的制約下,于晚白堊世開始出現(xiàn),主要發(fā)育時期在第三紀(jì)。其演化可分為中生代拉張期和新生代后裂谷坳陷期。

中南海岸盆地型是沿喀麥隆火山脊向南延伸至納米比亞鯨海嶺發(fā)育的一系列含油氣盆地,構(gòu)造線近南北走向,經(jīng)歷了拉伸的大地構(gòu)造運動以及被動的熱沉降過程?？傮w上可分為兩期裂谷和三期熱沉降?？煞譃榱严莺统两祪纱髽?gòu)造層組。

3 西非地區(qū)含油氣盆地分布特征

西非是非洲大陸主要油氣富集區(qū)之一,沿西非被動大陸邊緣發(fā)育一系列盆地群:北自阿尤恩盆地、塞內(nèi)加爾、利比里亞和阿比讓盆地,經(jīng)幾內(nèi)亞灣至安哥拉、寬扎盆地,屬典型的大陸裂谷和被動陸緣盆地。從北向南可分為3段,北段包括阿尤恩、塞內(nèi)加爾、利比里亞和阿比讓盆地;中段包括尼日爾三角洲盆地、加蓬海岸盆地、下剛果盆地和寬扎盆地;南段包括梅薩梅得斯盆地與納米比亞盆地。其中,以中段盆地群油氣最為豐富。

順海岸線方向各盆地間一般以調(diào)節(jié)構(gòu)造或地形高分隔,如加篷盆地、下剛果盆地和寬扎盆地間分別以Casamaria高地、Ambriz高地分隔,寬扎盆地與南側(cè)的納米比亞盆地以Benguela高地分隔,納米比亞盆地與南側(cè)的納米比亞諸盆地間以大型Walvis Ridge火山巖帶為界。沿邊緣橫向方向,從地理位置上看,由沿岸邊緣陸上和海上部分組成:陸上部分主要以沿岸邊緣盆地為代表,盆地東側(cè)一般為前寒武紀(jì)結(jié)晶基底;海上部分主要包括淺海陸架系統(tǒng)、陸坡、陸隆及深海平原等。從構(gòu)造位置上看:可分為內(nèi)盆地 (如內(nèi)寬扎盆地、內(nèi)加篷盆地等)和外盆地兩個不同盆地構(gòu)造單元,內(nèi)、外盆地間以先存構(gòu)造影響、裂谷作用階段形成的地壘或其他形式的構(gòu)造高為界[7](如內(nèi)、外加篷盆地間以Lambarene地壘、Gamb地壘等,內(nèi)、外寬扎盆地間以 Flamingo臺地、Benguela臺地等為界)。而納米比亞盆地區(qū)因勘探程度所限,對內(nèi)、外盆地盆界及內(nèi)盆地的特征還了解不多。

4 西非地區(qū)地層層序特征分析

西非地區(qū)地層層序以從裂谷階段向被動大陸邊緣階段過渡時期形成的鹽巖層為標(biāo)志,形成了鹽下裂谷層序、鹽上被動陸緣沉積層序和鹽巖層序,組成了一個完整的沉積序列 (圖1～圖4)。

圖1 西非北部地區(qū)地層格架圖

圖2 西非中部尼日爾三角洲地區(qū)地層格架圖

4.1 鹽下層序

該層序不整合覆于前寒武紀(jì)基底之上,為紐康姆世 (Neocomian)至巴列姆期的一套非海相地層,底部為礫巖、長石石英砂巖和泥巖,向上逐步過渡為灰?guī)r、砂巖和泥巖互層,晚期由于紐康姆世末再次發(fā)生了強(qiáng)烈伸展,發(fā)育了深湖相泥巖沉積,形成了西非海岸盆地鹽下最主要的一套烴源巖。

圖3 西非中部海岸盆地地區(qū)地層格架圖

圖4 西非南部納米比亞盆地地區(qū)地層格架圖

4.2 鹽巖層序

鹽下層序和鹽巖層序被一非常明顯的不整合面分開。不整合面被快速而廣闊的海侵層序覆蓋,厚度約60 m,巖性為厚層的砂巖,但在局部地區(qū)相變?yōu)槟鄮r、鈣質(zhì)粉砂巖和白云巖。這套海相沉積超覆于前阿普第期同裂谷沉積層序之上,其中的砂巖是橫向分布不穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)儲層[3]。上覆的蒸發(fā)巖層序由硬石膏、鹽巖、鉀巖和泥巖夾層組成,不同部位厚度差別較大,幾十米到800 m或更厚。該鹽巖在南部寬扎盆地和下剛果盆地稱為Loeme組,在南加蓬盆地稱之為 Ezanga組[4],向北在尼日利亞三角洲盆地相變?yōu)樘妓猁}巖。

4.3 鹽上層序

鹽上層序為一套裂谷后的被動邊緣沉積,以淺海沉積為主,下部為碳酸鹽巖,上部變?yōu)檩^深水的碎屑巖沉積。該套地層橫向變化較大,各盆地之間有一定差別。

5 油氣地質(zhì)特征

西非海岸盆地主要有鹽下和鹽上兩套烴源巖,鹽下烴源巖主要是在早白堊世 (Barremian-早Aptian期)裂谷斷陷時形成,為下白堊統(tǒng)缺氧的湖相黑色頁巖,是西非海域主要的烴源巖,有機(jī)質(zhì)豐度高,類型好,生烴潛力大。該套烴源巖在西非南部海岸盆地,由于裂谷早期的高地溫梯度,熱演化程度較高,已進(jìn)入生氣階段 (Ro大于1.6%);在中段的寬扎、下剛果和加蓬盆地?zé)嵫莼潭冗m中,處于生油階段 (Ro為0.6%～1.2%)。中、晚Aptian期廣泛發(fā)育含鹽沉積,中Albian期開始海侵,鹽上烴源巖主要發(fā)育于始新世前三角洲沉積中,有機(jī)質(zhì)豐度高,演化程度較低。在尼日利亞海域,第三系海相泥巖是主要烴源巖[5]。

儲層包括鹽下和鹽上兩套儲層。鹽下以河流、三角洲及濁積砂巖為主,儲層物性較好,孔隙度一般為15%～30%,滲透率為幾百至幾千毫達(dá)西;鹽上儲層有砂巖和碳酸鹽巖兩類儲層,以砂巖儲層為主,儲集性能良好。

西非海岸盆地廣泛發(fā)育的鹽巖層是盆地區(qū)域性蓋層。由于其良好的封閉性,巖鹽的分布特征控制了油氣藏的分布,形成了鹽下和鹽上兩套含油氣系統(tǒng)。其鹽上和鹽下兩套烴源巖是良好的局部蓋層。

盆地圈閉發(fā)育。由于西非各盆地處于南大西洋裂谷和赤道裂谷的交匯處,斷裂發(fā)育,形成各種與斷層相關(guān)的圈閉類型,如:滾動背斜、反向斷塊等。目前已發(fā)現(xiàn)的大中型油氣田多屬此種類型。此外還發(fā)育由多個大型同沉積構(gòu)造形成的巨型構(gòu)造、泥巖脊和泥巖底辟構(gòu)造、滑塌逆沖構(gòu)造及地層圈閉等多種圈閉類型,為油氣聚集提供了良好的圈閉條件。

西非良好的油氣地質(zhì)條件,與其沉積環(huán)境密不可分。早白堊世期間,南大西洋兩岸盆地群 (東側(cè)為西非的尼日爾三角洲、加蓬海岸、下剛果、寬扎等盆地,西側(cè)為南美的坎波斯、桑托斯等盆地)是當(dāng)時最大的湖盆 (面積約200×104km2)[6],為油氣的大量生成和保存孕育了良好的條件。

6 油氣分布規(guī)律與潛力評價

非洲油氣多分布于近海與沿岸盆地中,主要產(chǎn)油國都是濱岸或近岸國家,由油氣產(chǎn)出的巖性來看,主要產(chǎn)出于砂巖,占總儲量的75.3%,碳酸鹽巖僅占22.3%,其原因主要是因為非洲大陸長期處于極地附近的高緯地區(qū)。由油田產(chǎn)出的層位看,雖然前寒武系-第三系均有油氣產(chǎn)出分布,但以第三系的油氣聚集最為重要,其次為中生界。這與世界油氣產(chǎn)出總特征是一致的。西非含油氣區(qū)主要位于西非幾內(nèi)亞灣海岸盆地中,指塞拉利昂-利比里亞盆地經(jīng)幾內(nèi)亞灣至安哥拉寬扎盆地的大西洋邊緣盆地群。油氣分布明顯受沉積相帶和構(gòu)造帶控制,油氣具有垂直三角洲的沉積走向,即平行于構(gòu)造帶走向從東南向西北呈帶狀富集的規(guī)律,形成多個油氣富集帶。主要分兩個帶:一是由喀麥隆火山脊向南延伸至納米比亞鯨海嶺發(fā)育一系列含油氣盆地,形成了一個富油氣帶,即中-南海岸盆地帶;二是尼日爾三角洲帶,油氣明顯呈扇形分布。氣油比向下傾方向、向海方向逐漸增大,即氣含量增加。

6.1 下剛果盆地

在下剛果盆地,鹽上烴源巖成熟度低,生烴潛力有限,其油氣主要來自鹽下紐康姆統(tǒng)湖相泥巖生成的油氣。該套源巖生成的油氣既可以在鹽下層聚集,也可以在鹽上層聚集。而油氣能否在鹽上層聚集,主要取決于是否存在穿過鹽層的斷層。

下剛果盆地陸上部分、陸架部分和深水部分地層分布、鹽巖分布差別較大。因此,其油氣分布也截然不同。其中陸上部分鹽層分布厚,一般在800～1 000 m;向海方向逐步變薄,陸架部分鹽層厚一般在700～800 m;淺海部位鹽層厚度推測在0～200 m;受鹽層沉積厚度的影響,其油氣分布具有以下特點:

◇陸上部分:由于鹽巖層厚,斷層主要分布在鹽下層,油氣難以穿過鹽層運移到鹽上層,而不整合面以下剝蝕強(qiáng)烈,鹽下層的上部被剝蝕,其儲集層位主要是鹽下層的下部。

◇陸架部分:鹽層厚,斷層主要分布在鹽下層,但鹽下層以下剝蝕厚度較陸上弱,鹽下層上部地層保存較全,因此,主要的儲集層系是鹽下層上部的砂巖,以輕質(zhì)油或凝析油為主,氣油比高,或為氣藏、凝析氣藏。

◇深水部分:鹽層較薄,斷層可以穿過鹽層,油氣沿斷層運移至鹽上層中儲集。而且鹽上層受鹽構(gòu)造活動的影響,形成一系列穹隆構(gòu)造、背斜構(gòu)造等圈閉,非常有利于油氣聚集。所以,深水區(qū)主要的產(chǎn)層是鹽上層系,相對較大,原油密度可達(dá)到0.96～0.97 g/cm3。

總之,下剛果盆地從陸向海方向,儲集層系逐步由鹽下層向鹽上層過渡,層位由老變新。

6.2 尼日爾三角洲盆地

尼日爾三角洲盆地與加蓬和下剛果盆地等盆地油氣分布規(guī)律不同,主要以第三系含油氣系統(tǒng)為主。其烴源巖為阿卡塔組 (Akata)前三角洲和淺海陸架沉積的富含有機(jī)質(zhì)的泥巖和阿格巴達(dá)組(Agbata)近岸三角洲前緣沉積的泥巖,厚度可達(dá)7 000 m以上,有機(jī)質(zhì)豐度高 (TOC為1.4%～1.6%,最高14.4%),有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型和Ⅲ型,且地層時代越老,豐度越高。盆地的熱演化程度適中,阿卡塔組處于高演化階段 (Ro大于1.2%),阿格巴達(dá)組下部處于生油高峰階段,頂部處于低成熟演化階段,具有較大的生烴潛力。

7 結(jié)論

西非各海岸盆地從南向北,盆地形成和發(fā)育及油氣的成藏時間逐步變新,中段油氣成藏條件得天獨厚。裂谷期發(fā)育多套砂巖儲層,同裂谷晚期沉積了一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖,與過渡階段沉積的鹽巖蓋層形成了良好的生儲蓋組合。由于裂谷階段的高地溫梯度,使源巖快速成熟。儲層由于壓實程度低,儲層物性保存較好。鹽巖的塑性后期構(gòu)造作用及沉積負(fù)荷的重力作用,使鹽巖層發(fā)生塑性變形,形成了多種與鹽巖相關(guān)的構(gòu)造,為油氣運移和聚集創(chuàng)造了條件。

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[2]熊利平,王駿,殷進(jìn)垠,等.西非構(gòu)造演化及其對油氣成藏的控制作用[J].石油與天然氣地質(zhì),2005,26(5):641 -646.

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10.3969/j.issn.1002-641X.2010.6.002

2010-03-04)

＊本研究由全球油氣地質(zhì)綜合研究及區(qū)域優(yōu)選 (GT-YQ-QQ-2008-1-02)項目資助