劉亞明，謝寅符，馬中振，周玉冰，王丹丹

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

在全球常規(guī)油氣資源日益減少的背景下，非常規(guī)油氣資源逐漸引起人們的重視。在非常規(guī)油氣資源中，重油(相對密度小于20°API)資源占據(jù)著最為重要的地位［1-3］。僅委內(nèi)瑞拉和加拿大這兩個(gè)國家的重油可采資源量就達(dá)784 ×108t，接近整個(gè)中東地區(qū)的剩余石油可采儲量(994 ×108t)。其中，委內(nèi)瑞拉Orinoco重油帶的資源量約1 878 ×108t，可采資源量約242 ×108t(表1)，且絕大部分處于未開發(fā)狀態(tài)，資源前景廣闊［4-5］。

前人對Orinoco 重油帶的研究偏重于開發(fā)層面，如重油的油藏特征、資源規(guī)模、開發(fā)方式和改質(zhì)等方面［3，6-8］。在油氣地質(zhì)層面的研究成果相對較少:或者過于宏觀，如對整個(gè)東委內(nèi)瑞拉盆地層面的資源評價(jià)及地質(zhì)和構(gòu)造特征等方面的研究［4-5］;或者過于微觀，如僅研究某一權(quán)益區(qū)塊或特定層段的油氣地質(zhì)特征［9］。對重油帶重油的成藏特征還缺乏深入的認(rèn)識，對于其如何形成以及稠變作用的發(fā)生機(jī)制、主控因素等還缺乏系統(tǒng)的研究。

本文從重油成藏角度入手，在對Orinoco 重油帶的成藏條件和成藏機(jī)理進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了其成藏模式和主控因素，探討了該區(qū)重油大規(guī)模聚集的原因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

Orinoco 重油帶位于East Venezuela 盆地南部，Orinoco 河以北，東西長約600 km，南北寬約40～100 km，面積54 110 km2，自西向東可分為4 個(gè)區(qū)塊，以Junin區(qū)塊的資源量最大(表1;圖1)［10］。

1.1 區(qū)域構(gòu)造背景

East Venezuela 盆地為南美洲資源潛力最大的前陸盆地。受晚白堊世至今加勒比板塊與南美板塊斜向碰撞的影響，盆地北部構(gòu)造活動強(qiáng)烈，南部構(gòu)造活動較弱［5］。沉積厚度北深、南淺，南部地層逐層超覆于圭亞那地盾。北部邊界為El Pilar 大型走滑斷層;西部為El Bauh 凸起。

表1 Orinoco 重油帶各區(qū)塊面積及資源量Table 1 Block area and resources of the Orinoco heavy oil belt

圖1 Orinoco 重油帶位置Fig.1 Location of the Orinoco heavy oil belt

盆地的構(gòu)造演化可分為兩個(gè)階段:中生代(白堊紀(jì))被動邊緣階段和新生代前陸盆地階段。被動邊緣階段盆地主要接受海相沉積，形成了盆地主要的烴源巖(上白堊統(tǒng)泥巖);前陸盆地階段發(fā)生板塊碰撞擠壓和走滑運(yùn)動，主要接受過渡相和陸相沉積，形成了盆地主要的儲、蓋層(中新統(tǒng)砂、泥巖)，為盆地的主要油氣成藏期。

1.2 構(gòu)造

弱構(gòu)造活動、斷層較少、長期隆升的構(gòu)造位置為重油成藏提供了良好的成藏場所。由于Orinoco 重油帶處于前陸盆地的斜坡隆起帶這一特殊的大地構(gòu)造位置，為一個(gè)向北傾斜(0.5°～4°)的單斜構(gòu)造［9］，構(gòu)造活動較弱，沒有大的褶皺。其斷裂系統(tǒng)由隆起形成的向上的牽引力與沉積負(fù)荷的重力二者共同作用形成，主要發(fā)育東西向和東北-西南向兩組張性斷裂，多為反向正斷層，斷距多小于60 m，小規(guī)模斷層的發(fā)育并未改變單斜的整體形態(tài)(圖2)。

1.3 沉積地層

重油帶的地層和沉積相皆具有一主一次、向南漸變的特征。重油帶發(fā)育的地層以中新統(tǒng)為主;西北部發(fā)育上白堊統(tǒng)，厚度較薄。整個(gè)重油帶的地層呈現(xiàn)出西厚、東薄和北厚、南薄的特征。在東西方向上，以Hato Viejo 斷裂為界，西部古近系覆蓋于白堊系之上;東部中新統(tǒng)Oficina 組直接覆蓋于前寒武系基底之上。在南北方向上，北部Oficina 組超覆于白堊系和前寒武系基底之上，向南地層厚度逐漸變薄，最終在區(qū)塊范圍內(nèi)尖滅于圭亞那地盾(圖2)。

重油帶的沉積以三角洲平原相為主，北部部分地區(qū)發(fā)育淺海相。物源來自于南部的圭亞那地盾，主要儲層為一套海侵背景下的三角洲相沉積體系。重油帶有東、西兩個(gè)沉積中心。西部的沉積中心在Junin 地區(qū)，Oficina 組在該區(qū)的沉積厚度最大(可達(dá)1 000 m);東部的沉積中心在Carabobo 地區(qū)，而Ayacucho 地區(qū)的沉積厚度則較薄(約300 m)(圖3)。

圖2 Orinoco 重油帶剖面構(gòu)造特征Fig.2 Structural profile of the Orinoco heavy oil belt

圖3 Orinoco 重油帶沉積相(中新世早期)Fig.3 Sedimentary facies of the Orinoco heavy oil belt (the Early Miocene)

2 成藏條件

2.1 優(yōu)越的烴源巖

重油帶為源外成藏，具有優(yōu)越的油源條件。重油帶范圍內(nèi)并無有效的烴源巖，油氣全部來自于盆地北部的Maturin 和Guarico 凹陷，烴源巖為上白堊統(tǒng)Guayuta 群(San Antonio 組和Querecual 組)淺海相泥巖，沉積厚度大，有機(jī)質(zhì)豐富，生烴潛力大。

烴源巖屬Ⅱ型和Ⅱ-Ⅲ型干酪根，總有機(jī)碳含量(TOC)為0.25%～6.6%。在600～1 100 m 厚的Guayuta 群中50%～55%的層段具有生烴潛力(表2)①謝寅符，馬中振，劉亞明，等.全球常規(guī)油氣資源評價(jià)(南美大區(qū)).中國石油勘探開發(fā)研究院，2011.。

烴源巖在早中新世進(jìn)入生油窗，在晚中新世進(jìn)入生氣窗。目前，在盆地北部凹陷區(qū)該套烴源巖仍處于生油窗;在盆地南部，該套烴源巖不是未成熟就是缺失。

2.2 單一、淺埋藏的優(yōu)質(zhì)儲層

重油帶發(fā)育中新統(tǒng)Oficina 組、漸新統(tǒng)Merecure 組和上白堊統(tǒng)Canoa-Carrizal 組3 套砂巖儲層，但重油全部儲集于中新統(tǒng)和漸新統(tǒng)，且以中新統(tǒng)Oficina 組為主［10］。

Oficina 組形成于三角洲相環(huán)境，砂體呈大范圍席狀分布。在東西方向上，地層厚度展布穩(wěn)定;在南北方向上，向南厚度逐漸變薄，直至尖滅于圭亞那地盾。儲層巖性以中粒石英砂巖為主，其次為細(xì)砂巖;物性極好，埋藏較淺，膠結(jié)程度低，高孔隙度，高滲透率，儲集性能優(yōu)越，尤其以重油帶西部、Juin 區(qū)塊最為有利(圖3;表3)。

表2 Orinoco 重油帶烴源巖特征Table 2 Source rock features of the Orinoco heavy oil belt

表3 Orinoco 重油帶儲層特征Table 3 Reservoir features of the Orinoco heavy oil belt

重油帶的主力儲層頂面埋深在200～2 000 m。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在重油帶，小于2 000 m 埋深的油藏占總油藏個(gè)數(shù)的65%，占總資源量的97%，淺埋藏特征明顯(表4)。盆地的前陸斜坡帶是油氣運(yùn)移的指向區(qū)，但由于儲層埋深較淺，極易與地表水流接觸，因而致使運(yùn)移至此的油氣遭受氧化和生物降解等作用而變稠。

2.3 非構(gòu)造圈閉為主

重油帶位于前陸盆地的斜坡帶到隆起帶，其所處的構(gòu)造背景決定了重油帶的圈閉類型以巖性-地層型為主，構(gòu)造型圈閉相對較少。重油帶發(fā)育3 類圈閉:巖性-地層型、構(gòu)造型和復(fù)合型圈閉。巖性-地層型圈閉主要為中新統(tǒng)Oficina 組地層超覆、巖性上傾尖滅或?yàn)r青堵塞圈閉，地層型圈閉占較大比重;其次為地層-構(gòu)造復(fù)合型圈閉、反向斷層圈閉和透鏡狀圈閉。所有圈閉類型都已經(jīng)取得了油氣發(fā)現(xiàn)(表5)。

2.4 三重封堵

重油相對常規(guī)油氣來說具有較重的原油密度(0.90～1.05 g/cm3)、較大的粘度(5 000～10 000 mPa·s)和不宜流動等特點(diǎn)，因而對封堵條件的要求相對較低。

表4 Orinoco 重油帶油藏埋深與資源量關(guān)系Table 4 Relationship between reservoir depth and resource volume of the Orinoco heavy oil belt

表5 Orinoco 重油帶圈閉類型Table 5 Trap types of the Orinoco heavy oil belt

重油帶的封堵層包括以下3 部分:儲層頂部的區(qū)域性蓋層與瀝青、儲層之間的層間泥巖以及儲層側(cè)面的下伏前白堊系基巖。

1)頂部封堵層

頂部封堵層主要是Freites 組淺海相泥巖，厚300～1 000 m，是重油帶和盆地的區(qū)域性蓋層;重油帶溢出的重油經(jīng)過降解而形成的瀝青達(dá)到一定的分布范圍后亦能作為局部蓋層，反過來阻止原油的進(jìn)一步泄漏。

2)層間封堵層

Oficina 組層間泥巖為重要的層間蓋層，在砂體及其發(fā)育的儲層間，層間泥巖對局部的重油成藏具有直接的封堵作用。

3)側(cè)向封堵層

重油帶的圈閉以地層型圈閉為主，地層逐層向圭亞那地盾超覆，因而側(cè)向封堵至關(guān)重要。下伏前白堊系基底主要為致密的火成巖和變質(zhì)巖，可為地層圈閉提供側(cè)向封堵;同時(shí)重油帶的斷層亦能為斷層相關(guān)圈閉提供側(cè)向封堵(圖4)。

2.5 長距離運(yùn)移降解

重油成藏的一個(gè)關(guān)鍵因素是稠變作用。稠變作用是石油從生成到成藏過程中所發(fā)生的使原油變稠的各種物理化學(xué)作用，其最主要的表現(xiàn)形式是使原油的密度變大，粘度增加［11-18］。

圖4 Orinoco 重油帶三面遮擋模式Fig.4 Three sides sealing model of the Orinoco heavy oil belt

Orinoco 重油帶的重油從成因上來說主要是次生重油［19-24］。原油的稠變作用分別發(fā)生于晚中新世原油的長距離運(yùn)移階段和上新世—更新世原油的大規(guī)模成藏階段，以運(yùn)移階段的稠變作用為主。因?yàn)樵贠rinoco 重油帶，地下蘊(yùn)藏著巨大規(guī)模的重油，但是地表幾乎沒有油苗，可見其成藏后遭受的破壞作用相對較小，相應(yīng)的聚集階段稠變作用也較小。

在晚白堊世—新近紀(jì)時(shí)期，由于加勒比板塊向南美板塊的斜向俯沖，形成了安第斯造山運(yùn)動。在劇烈的構(gòu)造運(yùn)動作用下，早期在前淵帶和內(nèi)斜坡帶形成的油藏遭受破壞，一方面造成原有圈閉的封閉環(huán)境被破壞，隨著攜帶著各種生物、氧氣的地表水進(jìn)入油藏中，導(dǎo)致原油遭受了不同程度的生物降解和氧化作用;另一方面促使原油開始二次或三次運(yùn)移，在向外斜坡帶作長距離運(yùn)移的過程中，遭受生物降解等稠變作用。根據(jù)地化資料分析，本區(qū)原油在深度達(dá)1 500 m 時(shí)即開始遭受生物降解，一直持續(xù)到其運(yùn)移到重油帶聚集成藏［25-31］，遭受降解的距離達(dá)50～150 km。

生物降解作用在原油的地化特征上表現(xiàn)明顯。通過地化分析，重油的C10+飽和烴組分的氣相色譜顯示出絕大多數(shù)樣品的正鏈烷烴和異戊間二烯烴都有不同程度的消耗。由于生物降解對飽和烴選擇性消耗的緣故，芳烴組分隨深度增大而相對增加，硫含量隨飽/芳比的降低而增大(圖5)［29］，反映出砂巖中的生物降解作用相對較強(qiáng)。

長距離運(yùn)移降解的另一個(gè)表現(xiàn)是重油帶在平面上原油相對密度和粘度分異特征明顯。平面上自北向南，原油相對密度值逐漸減小，由Junin 區(qū)塊北部的20°API 減小到南部的6°API;原油粘度逐漸增加，由北部的2 000 mPa·s 增加到南部的50 000 mPa·s。原因有兩方面:一是隨著運(yùn)移距離的增加，原油遭受稠變作用的機(jī)會更多，因而逐漸變稠;二是自北向南，F(xiàn)reites 組蓋層逐漸尖滅，封蓋性能減弱，地表水開始向下滲入Oficina 組含油層，導(dǎo)致原油遭受氧化作用而變稠，且越向南部氧化作用越強(qiáng)，原油越稠(圖6)。

3 成藏模式

3.1 主控因素

圖5 Orinoco 重油帶Ayacucho 區(qū)塊地化特征Fig.5 Geochemical features of Block Ayacucho of the Orinoco heavy oil belt

圖6 Orinoco 重油帶原油相對密度分布Fig.6 API Gravity distribution of the Orinoco heavy oil belt

根據(jù)以上分析可知，Orinoco 重油帶的重油成藏除了受常規(guī)的油源、運(yùn)移路徑和封堵等因素影響外，還有其大規(guī)模成藏的獨(dú)特主控因素:儲層空間位置分布、運(yùn)移距離和生物降解作用。這3 個(gè)主控因素控制了該區(qū)最終形成了大規(guī)模的重油油藏而不是常規(guī)油藏。儲層分布在前陸外斜坡帶，從而導(dǎo)致原油運(yùn)移到儲層聚集需要長距離運(yùn)移;埋藏較淺的儲層和較長的運(yùn)移距離共同促使了原油進(jìn)一步地遭受生物降解作用，從而形成了大規(guī)模的重油聚集區(qū)帶。

3.2 成藏模式

Orinoco 重油帶的重油成藏除了具有一般前陸盆地斜坡帶所共有的長距離、多路徑、階梯式成藏特征外，還有其所獨(dú)有的成藏模式:長距離運(yùn)移降解、大規(guī)模集中淺成藏(圖7)。

1)長距離運(yùn)移降解

長距離運(yùn)移降解一是油氣從生油凹陷生成并向南作長距離運(yùn)移，運(yùn)移距離達(dá)100～200 km;二是在運(yùn)移過程中原油即遭受降解，經(jīng)歷的降解距離長。據(jù)分析，原油在1 500 m 深度即開始遭受生物降解，一直持續(xù)到其運(yùn)移至重油帶聚集成藏，遭受降解的距離達(dá)50～150 km。

2)大規(guī)模集中淺成藏

大規(guī)模集中淺成藏一是重油成藏規(guī)模大，整個(gè)重油帶的重油資源量達(dá)1 878 ×108t，為世界上最大的整裝巨型重油成藏帶;二是分布集中，大規(guī)模的重油集中分布在盆地南部斜坡帶Orinoco 重油帶這一面積約5 ×104km2范圍內(nèi)，含油面積約2 ×104km2;三是埋藏淺，重油成藏的深度范圍主要集中在200～1 000 m 之間，埋藏淺為其又一典型特征。

3)多路徑

斷層、不整合和中新統(tǒng)連通砂巖共同作為運(yùn)移通道，接替運(yùn)油，確保石油能運(yùn)移到盆地南部斜坡-隆起帶這一長期處于正向上升背景的、良好的成藏場所。其中，以斷層和不整合為主，連通性砂巖在油氣運(yùn)移過程中亦起到重要作用。從生烴凹陷向斜坡帶的原油運(yùn)移以斷層和不整合面為主，自斜坡帶向重油帶的石油運(yùn)移以不整合和層內(nèi)砂巖為主，斷層在石油的聚集過程中起貫通儲層的作用。上白堊統(tǒng)和中新統(tǒng)-漸新統(tǒng)的高孔、高滲砂巖是油氣成藏的優(yōu)勢橫向運(yùn)移路徑，古近紀(jì)繼承性的斷裂活動開啟了油氣垂向運(yùn)移的通道。

4)階梯式成藏

重油成藏具有從深部到中部再到淺層的階梯式成藏的特征。隨著運(yùn)移距離的增加，原油的性質(zhì)也隨之發(fā)生變化，在運(yùn)移路徑上，從凹陷區(qū)向重油帶，呈現(xiàn)出天然氣、常規(guī)油和重油依次分布的特征。

4 結(jié)論

1)Orinoco 重油帶的成藏模式為長距離運(yùn)移降解、大規(guī)模集中淺成藏。

2)Orinoco 重油帶重油大規(guī)模聚集的原因是其具有良好的成藏背景、優(yōu)越的成藏條件和有利的成藏模式。

圖7 Orinoco 重油帶成藏模式Fig.7 Accumulation model of the Orinoco heavy oil belt

3)Orinoco 重油帶的重油資源潛力具大，未來的勘探在以下3 方面應(yīng)有所側(cè)重:在勘探層位上，以O(shè)ficina 組為主;在勘探區(qū)帶上，以西部區(qū)帶為主;在圈閉類型上，以地層圈閉為主。

致謝:在本文的研究過程中，得到了中國石油勘探開發(fā)研究院南美研究所各位同仁的大力支持，在此深表感謝。

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