程小島，李江海，高危言

(1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871; 2.北京大學(xué)石油與天然氣研究中心，北京100871)

南美洲的油氣資源一向?yàn)槭澜绮毮康慕裹c(diǎn)，自1990年至2010年底，南美石油已探明儲(chǔ)量從占全球石油儲(chǔ)量7.1% 上升到17.3%，其中截止2010年底，南美北部委內(nèi)瑞拉地區(qū)石油已探明儲(chǔ)量占南美地區(qū)總儲(chǔ)量的88.89%［1］，同時(shí)，南美北部發(fā)育目前世界上最大的重油聚集區(qū)奧里諾科重油帶，可采儲(chǔ)量約500 ×108t［2］。一般認(rèn)為，未來(lái)若干年內(nèi)，南美洲將會(huì)是極具油氣潛力的地區(qū)。

南美北部豐富的油氣資源，主要分布在前陸盆地中，以東委內(nèi)瑞拉盆地(East Venezuela Basin)和馬拉開(kāi)波盆地(Maracaibo Basin)最為典型。謝寅符、白國(guó)平和葉德燎等對(duì)南美洲盆地進(jìn)行分類，對(duì)比了南美洲各類盆地儲(chǔ)量，認(rèn)為南美洲油氣資源的分布極不均一，主要分布在次安第斯前陸盆地區(qū)、北部墨西哥灣沿岸地區(qū)和巴西東海岸被動(dòng)邊緣盆地中，并總結(jié)了主要含油氣盆地的石油地質(zhì)特征［3～10］。穆龍新和徐文明等研究了東委內(nèi)瑞拉盆地和馬拉開(kāi)波盆地的石油地質(zhì)特征和成藏條件，并分析其勘探開(kāi)發(fā)潛力［5，11］。本文主要從板塊邊界作用和盆地演化的角度，對(duì)比兩個(gè)典型盆地的發(fā)育史，同時(shí)結(jié)合兩個(gè)盆地的構(gòu)造特征及石油地質(zhì)特征，分析南美板塊北部邊界活動(dòng)對(duì)油氣資源富集的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南美板塊北鄰加勒比板塊(Caribbean Plate)，西鄰科科斯板塊(Cocos Plate)和納茲卡板塊(Nazca Plate)，主要發(fā)育弧間盆地、前陸盆地和拉分盆地3 種類型的盆地［8，10］?；￠g盆地主要有上(中、下)馬格達(dá)雷那盆地(Upper/Middle/Lower Magdalena Basin);前陸盆地自西向東包括:馬拉開(kāi)波盆地、亞諾斯-巴雷納斯盆地(Llanos-Barinas Basin)和東委內(nèi)瑞拉盆地;拉分盆地自西向東包括:瓜希臘盆地(Guajira Basin)、法爾肯盆地(Falcon Basin)、邦納爾盆地(Bonaire Basin)和多巴哥盆地(Tobago Basin)(圖1)。

白堊紀(jì)末至新近紀(jì)，太平洋板塊向南美大陸俯沖，科迪勒拉山脈(Cordillera)迅速隆升，在南美西北部哥倫比亞境內(nèi)分為3 個(gè)分支，即東科迪勒拉山、中科迪勒拉山和西科迪勒拉山，在分支山脈之間及兩側(cè)發(fā)育北北東向分布的弧間盆地［10］。古新世，加勒比板塊向南美板塊斜向俯沖，在南美板塊北部地區(qū)形成重要的兩組斷裂系:①東西向南加勒比變形帶，可以理解為加勒比板塊向南美板塊俯沖而成的增生楔［16］，變形帶上發(fā)育疊瓦式逆沖斷層，呈海灣狀展布;②東西向右旋走滑斷層系(如El Pilar 斷層)，以該斷層系為界，北部發(fā)育拉分盆地，南部發(fā)育前陸盆地。

圖1 南美北部構(gòu)造及盆地類型分布(已修改)［12-15］Fig.1 Distribution of structures and sedimentary basins in northern South America

表1 南美北部主要含油氣盆地可采儲(chǔ)量Table 1 Recoverable reserves of major petroliferous basins in northern South America

圖2 南美北部含油氣盆地儲(chǔ)量規(guī)模和油氣結(jié)構(gòu)Fig.2 Scales and structures of reserves in the petroliferous basins of northern South America

南美北部油氣資源主要分布在前陸盆地中，其中東委內(nèi)瑞拉盆地和馬拉開(kāi)波盆地油氣資源最為集中?；￠g盆地雖有油氣分布，但儲(chǔ)量遠(yuǎn)不及前陸盆地。而拉分盆地中僅有少量油氣分布，集中在多巴哥盆地(表1;圖2)。

2 構(gòu)造演化與馬拉開(kāi)波、東委內(nèi)瑞拉盆地發(fā)育

2.1 南美板塊北部構(gòu)造演化史

南美板塊北部的演化主要分為兩個(gè)階段(圖3):①中生代裂谷和被動(dòng)陸緣發(fā)育階段;②新生代加勒比板塊沿南美北緣自西向東斜向運(yùn)動(dòng)階段［17］。

早侏羅世，北美、墨西哥、尤卡坦板塊(Yucatan Plate)以及古巴和非洲的部分構(gòu)成泛大陸的一部分。隨后泛大陸裂解，南北美板塊分離，至晚侏羅世南北美板塊之間形成了寬1 800 km 的原加勒比海(Proto-Caribbean seaway)［18-20］。白堊紀(jì)，整個(gè)南美板塊北部都處于被動(dòng)陸緣發(fā)育階段，此時(shí)沉積了廣闊的碳酸鹽巖臺(tái)地和海相頁(yè)巖，這些細(xì)粒且高有機(jī)質(zhì)含量的碳酸鹽巖和頁(yè)巖成為南美北部最主要的優(yōu)質(zhì)烴源巖［21-22］。古新世時(shí)期，加勒比板塊開(kāi)始北東向運(yùn)動(dòng)，直至始新世與北部古巴板塊相撞，變?yōu)橄驏|運(yùn)動(dòng)［16］。隨著加勒比板塊開(kāi)始向南美板塊俯沖，馬拉開(kāi)波盆地結(jié)束被動(dòng)陸緣階段進(jìn)入前陸盆地階段，開(kāi)始接受前陸盆地相碎屑巖沉積［22］。到晚漸新世，東委內(nèi)瑞拉盆地也進(jìn)入前陸盆地階段，并沉積了近3 000 m 的巨厚碎屑巖。

圖3 南美板塊北部構(gòu)造演化與馬拉開(kāi)波盆地(A)、東委內(nèi)瑞拉盆地(B)演化對(duì)比［16，24］(己修改)Fig.3 Evolution correlation of the northern South America Plate with the Maracaibo Basin (A)and the East Venezuela Basin (B)［16，24］

加勒比板塊持續(xù)東移，沿加勒比和南美板塊邊緣形成一系列盆地，自西向東盆地越來(lái)越年輕。

2.2 盆地構(gòu)造演化史

馬拉開(kāi)波盆地與東委內(nèi)瑞拉盆地發(fā)育歷史類似，都經(jīng)歷了3 個(gè)階段，即裂谷階段、被動(dòng)陸緣沉積階段和前陸盆地階段。

2.2.1 馬拉開(kāi)波盆地演化史(圖3A)

裂谷階段(晚侏羅世)，主要發(fā)育北-北東向線性正斷層控制的箕狀地塹［23-24］。

被動(dòng)陸緣沉積階段(白堊紀(jì))，全盆地接受臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積，構(gòu)造變形不發(fā)育，熱沉降貫穿始終。此階段沉積碳酸鹽巖厚度的變化及分布受控于下伏前白堊紀(jì)構(gòu)造，如位于盆地東南的梅里達(dá)(Merida)穹隆的基底地形［15］。

前陸盆地階段，晚白堊世至早古新世，納茲卡板塊與西哥倫比亞的弧-陸碰撞，使科迪勒拉山脈隆升，結(jié)束了馬拉開(kāi)波盆地被動(dòng)邊緣環(huán)境。晚古新世至早始新世，加勒比板塊向南美板塊的斜向俯沖，標(biāo)志著馬拉開(kāi)波盆地進(jìn)入前陸盆地發(fā)育階段，受俯沖影響，在盆地北部和東北部沉積向西增厚的河流-三角洲碎屑楔狀體，成為全盆最主要的儲(chǔ)層。同時(shí)，盆地北部和東北部的烴源巖達(dá)到生油窗，并沿活化的侏羅紀(jì)北-北東向走滑斷層向上向南運(yùn)移。始新世中期，斜向碰撞引起的縮短導(dǎo)致加勒比推覆體前緣逆沖侵位。隨著縮短量的增加，到晚始新世至漸新世，盆地抬升并大部暴露于地表遭受剝蝕，形成區(qū)域性的不整合。自新近紀(jì)以來(lái)，大規(guī)模的擠壓作用引起西北部佩里哈山脈(Sierra de Perija)和東南部梅里達(dá)安第斯山脈(Merida Andes)的隆升，形成馬拉開(kāi)波向斜，盆地沉積中心移至中南部，中南部的烴源巖達(dá)到生烴高峰，并向北運(yùn)移［22］。

2.2.2 東委內(nèi)瑞拉盆地演化史(圖3B)

裂谷階段(晚侏羅世—早白堊世)，裂谷初期并未發(fā)生重大快速的沉降作用，主要的構(gòu)造形式是剪切斷裂，并沒(méi)有大規(guī)模拉張作用［25-28］。

被動(dòng)陸緣沉積階段(晚白堊世—始新世)，整個(gè)東委內(nèi)瑞拉盆地沉積了富含有機(jī)質(zhì)的海相頁(yè)巖、石灰?guī)r和燧石等，為這一階段最大海侵的沉積產(chǎn)物，沉積厚度由北向南逐漸減薄，北部最厚沉積接近5 km［25-28］。與馬拉開(kāi)波盆地相同，該時(shí)期沉積的海相碎屑巖是全盆最重要的烴源巖。

前陸盆地階段(晚漸新世—現(xiàn)今)，盆地主要受走向滑動(dòng)和擠壓-扭壓滑動(dòng)作用。加勒比板塊相對(duì)南美板塊持續(xù)向東運(yùn)動(dòng)，使盆地北部地區(qū)持續(xù)構(gòu)造變形至今。構(gòu)造表現(xiàn)為雁列背斜、南西-北東向逆斷層和北西-南東向滑移斷層［9］。垂向上，盆地內(nèi)沉積由海相頁(yè)巖和碳酸鹽巖，變?yōu)楹駥拥娜侵?河流相砂巖，該厚層砂巖是油氣聚集的良好場(chǎng)所。

圖4 馬拉開(kāi)波盆地與東委內(nèi)瑞拉盆地?zé)N源巖時(shí)代與儲(chǔ)層時(shí)代對(duì)比柱狀圖［17，22］(己修改)Fig.4 Source rock age and reservoir age correlations between the Maracaibo Basin (left)and the East Venezuela Basin (right)［17，22］

2.3 盆地構(gòu)造演化對(duì)比

馬拉開(kāi)波盆地與東委內(nèi)瑞拉盆地的發(fā)育歷史，與南美板塊北部演化史相吻合;由于馬拉開(kāi)波盆地地理位置位于東委內(nèi)瑞拉盆地西側(cè)，所以馬拉開(kāi)波盆地不同階段演化起始時(shí)間、烴源巖成熟、油氣運(yùn)移及成藏等各個(gè)階段都先于東委內(nèi)瑞拉盆地。

南美板塊北部被動(dòng)陸緣階段沉積廣闊的碳酸鹽巖臺(tái)地和海相頁(yè)巖，成為兩個(gè)盆地的優(yōu)質(zhì)烴源巖，是油氣生成的良好先天條件。南美板塊受加勒比板塊碰撞以來(lái)，在馬拉開(kāi)波盆地和東委內(nèi)瑞拉盆地北部沉積向南減薄的河流-三角洲相碎屑巖，是主要的油氣儲(chǔ)層。

烴源巖的成熟度受盆地構(gòu)造演化影響，北部先于南部達(dá)到生油窗。油氣運(yùn)移的方向受構(gòu)造制約，主要沿?cái)D壓應(yīng)力方向運(yùn)移。油氣運(yùn)移的通道主要為逆沖斷層、逆沖相關(guān)的走滑斷層以及不整合面，油氣垂向或向盆內(nèi)運(yùn)移。加勒比板塊運(yùn)動(dòng)方向由北東轉(zhuǎn)為東，使南美北部逆沖斷層兼具走滑性質(zhì)，同時(shí)發(fā)育大量滑移斷層，大大削弱了對(duì)油氣的破壞作用，使兩個(gè)盆地的油氣在后期得以較好保存。

圖5 馬拉開(kāi)波盆地與東委內(nèi)瑞拉盆地油氣系統(tǒng)對(duì)比［2］(己修改)Fig.5 Petroleum system chart of the Maracaibo Basin and the East Venezuela Basin［2］

東委內(nèi)瑞拉盆地的演化僅受加勒比板塊斜向俯沖的影響，只發(fā)育一套油氣系統(tǒng)。馬拉開(kāi)波盆地的演化史較東委內(nèi)瑞拉盆地更為復(fù)雜，除受加勒比板塊作用影響外，新近紀(jì)佩里哈山脈和梅里達(dá)安第斯山脈的隆升，使早期構(gòu)造發(fā)生倒轉(zhuǎn)，盆地南部成為新的沉積中心，南部烴源巖開(kāi)始成熟、運(yùn)移，形成第二套油氣系統(tǒng)。

3 盆地石油地質(zhì)特征

馬拉開(kāi)波盆地與東委內(nèi)瑞拉盆地的主力烴源巖均為晚白堊世被動(dòng)陸緣沉積階段形成的海相頁(yè)巖和碳酸鹽巖，屬Ⅱ型干酪根，總有機(jī)碳含量高，平均有機(jī)碳含量達(dá)2%～6%［12］(圖4)。此時(shí)期沉積的頁(yè)巖和碳酸鹽巖也是南美北部大多數(shù)含油氣盆地的烴源巖。

兩盆地的儲(chǔ)層均為前陸盆地時(shí)期沉積的碎屑巖地層，馬拉開(kāi)波盆地的油氣主要集中在始新統(tǒng)和中新統(tǒng)河流相儲(chǔ)集層中，東委內(nèi)瑞拉盆地則是漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)陸相-海陸交互相儲(chǔ)層油氣最富集(圖4)。

馬拉開(kāi)波盆地東北部深埋的烴源巖最早于古新世達(dá)到生油窗，到晚始新世—漸新世已生成絕大部分油氣。中新世后，沉積中心由東北部轉(zhuǎn)為中南部，盆地?zé)N源巖達(dá)到第二個(gè)生烴高峰。東委內(nèi)瑞拉盆地?zé)N源巖成熟較晚，中新世時(shí)盆地由北向南依次進(jìn)入生油窗(圖5)。

4 結(jié)論

油氣的生成、運(yùn)移和保存都與盆地的發(fā)育密切相關(guān)，大型油氣藏的形成受控于盆地的演化以及板塊邊界的運(yùn)動(dòng)。結(jié)合南美板塊北部邊界作用和馬拉開(kāi)波盆地、東委內(nèi)瑞拉盆地演化史，認(rèn)為南美北部的油氣富集可能有以下幾點(diǎn)因素:

1)白堊紀(jì)，南美板塊北部處于被動(dòng)陸緣發(fā)育時(shí)期，所沉積的深水頁(yè)巖和淺水碳酸鹽巖為烴源巖的最主要來(lái)源。古新世開(kāi)始，隨著加勒比板塊北東-東向運(yùn)動(dòng)，南美北部邊界由離散型變?yōu)榫蹟啃?，馬拉開(kāi)波盆地和東委內(nèi)瑞拉盆地依次進(jìn)入前陸盆地發(fā)育時(shí)期，馬拉開(kāi)波盆地東北部和東委內(nèi)瑞拉盆地北部沉積了碎屑充填的河流-三角洲前陸楔狀體，是良好的儲(chǔ)集層。

2)油氣的生成運(yùn)移受盆地構(gòu)造演化影響，南美北部烴源巖由北向南依次進(jìn)入生油窗，油氣的運(yùn)移受構(gòu)造制約，沿?cái)D壓應(yīng)力方向，沿正斷層、逆斷層、走滑斷層及區(qū)域不整合面向上或向南運(yùn)移至儲(chǔ)層。

3)由于加勒比板塊相對(duì)南美板塊斜向俯沖，使北部的逆沖斷層兼具走滑性質(zhì)，同時(shí)發(fā)育大量滑移斷層，削弱了對(duì)油氣的破壞作用，有利于南美北部油氣的后期保存。

4)加勒比板塊自西向東運(yùn)動(dòng)，使南美北部含油氣盆地不同階段演化時(shí)間具有先后順序，西部盆地的演化先于東部盆地，因此盆地油氣的成熟、運(yùn)移和成藏也具有一定的先后次序性。

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