鄧 超，白國平，仲米虹，鄒建紅，劉君蘭，張明輝

（1中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室；2中海石油氣電集團有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心）（3中國石油冀東油田公司南堡油田；4中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院）

1 概 況

桑托斯盆地是巴西的重要油氣產(chǎn)地。近年來，盆地內(nèi)的深水區(qū)鹽下勘探取得的重大突破包括最大的油田如Lula油田 （以前稱為Tupi油田）（可采油當(dāng)量11.35×108m3）、Franco油田（可采油當(dāng)量10.3×108m3）和Libra油田（可采油當(dāng)量9.27×108m3）［1］。 截至2012年2月，桑托斯盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)油氣田67個，探明和控制石油（包括凝析油）儲量47.2×108m3，天然氣儲量1.6×1012m3［1］。在已發(fā)現(xiàn)的這些油氣田中，可采儲量大于0.8×108m3油當(dāng)量的大型油氣田有11個，其中有7個分布于圣保羅高地，另外2個分布于北部坳陷區(qū)，2個分布于陸坡區(qū)（圖1）。區(qū)域上，桑托斯盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣儲量絕大部分分布于圣保羅高地，這得益于它周圍有大面積提供充足油源的生烴坳陷和高地中有以優(yōu)質(zhì)湖相碳酸鹽巖為主的儲層。

許多學(xué)者曾對桑托斯盆地的油氣成藏條件進行了較為詳細的研究，并對油氣分布規(guī)律以及鹽上和鹽下各自的成藏特征形成了一定的認識［2－5］，但是對盆地的含油氣系統(tǒng)方面仍缺乏整體的研究。本文采用含油氣系統(tǒng)研究方法，在詳細分析成藏條件的基礎(chǔ)上，對已發(fā)現(xiàn)的油氣田進行含油氣系統(tǒng)劃分和評價，并分析各含油氣系統(tǒng)的勘探潛力，進而預(yù)測了有利區(qū)。通過這樣的含油氣系統(tǒng)分析，旨在為下一步油氣勘探方向提供參考。

2 構(gòu)造沉積特征

桑托斯盆地為典型的被動陸緣盆地，經(jīng)歷了裂前、同裂谷、過渡和被動陸緣4個構(gòu)造演化階段［6］。與之相對應(yīng)，整個盆地發(fā)育了前白堊系基底、下白堊統(tǒng)歐特里夫階—下阿普特階火山巖和湖相碎屑巖、中—上阿普特階湖相碳酸鹽巖 （由介殼石灰?guī)r和疊層石組成）和蒸發(fā)巖（由硬石膏和鹽巖組成），以及下白堊統(tǒng)阿爾布階海相碳酸鹽巖和上白堊統(tǒng)賽諾曼階—新生界海相碎屑巖和碳酸鹽巖（圖2）。區(qū)域上，北東向的基底斷層控制了盆地內(nèi)的構(gòu)造走向。垂直構(gòu)造走向，由西向東依次為陸架區(qū)、陸坡區(qū)和圣保羅高地，它們沿北東向呈條帶狀分布（圖1），在剖面上則形成了“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局。這種隆坳相間的構(gòu)造從根本上控制了盆地內(nèi)油氣的形成和分布。

圖1 桑托斯盆地油氣田分布圖

圖2 桑托斯盆地地層綜合柱狀圖（據(jù)文獻［1］修改）

3 油氣成藏條件

3.1 烴源巖特征

桑托斯盆地以下白堊統(tǒng)阿普特階Ariri組蒸發(fā)巖作為分隔層，主要存在鹽下和鹽上兩套烴源巖層：分別為下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相暗色頁巖和上白堊統(tǒng)Frade群Itajai-Acu組深海相頁巖（圖2）。其中鹽下的Guaratiba群烴源巖是盆地中最重要的油氣來源。

3.1.1 下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相暗色頁巖

Guaratiba群的沉積時代為歐特里夫期—阿普特期，其中的下白堊統(tǒng)巴雷姆階Picarras組湖相暗色頁巖是桑托斯盆地的主力烴源巖，也是一套非常優(yōu)質(zhì)的生油巖（圖2）。巖性主要為暗色頁巖，夾有碳酸鹽巖，厚度為100～300m，沉積于同裂谷期湖相環(huán)境。有機質(zhì)豐度較高，有機碳含量(TOC)平均為2%～6%，最高達到9%。干酪根類型主要為Ⅰ型，有機質(zhì)成分由藻類和細菌類的高脂物質(zhì)組成，富含有機質(zhì)的層位平均含有90%的無定形有機質(zhì)［7］。烴源巖成熟度因地而異。這套鹽下烴源巖在陸架區(qū)埋深達7～8km，已處于過成熟階段；而據(jù)Joyes等人［8］的盆地模擬實驗結(jié)果，在陸坡區(qū)，這套鹽下烴源巖的成熟度目前處于未成熟—過成熟階段。

3.1.2 上白堊統(tǒng)Itajai-Acu組深海相黑色頁巖

Itajai-Acu組的沉積時代為土倫期—馬斯特里赫特期。土倫期的廣泛缺氧事件導(dǎo)致桑托斯盆地發(fā)育了一套深海相黑色頁巖［9］。該黑色頁巖沉積于海侵期的深海環(huán)境，富含有機質(zhì)，是桑托斯盆地鹽上層系中的主要烴源巖。這套烴源巖主要存在于Itajai-Acu組的底部（圖2），有機碳含量為1%～2.5%；干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ混合型，有機質(zhì)由無定型組分和腐殖型組分組成，以生油為主，但也可生氣。其分布范圍主要在盆地的中部坳陷、南部坳陷、或Avedis次盆中，而北部坳陷中沉積的烴源巖因在晚土倫期遭受剝蝕而缺失。在陸架區(qū)，賽諾曼階—土倫階層序的頂部烴源巖的Ro為0.5%～0.8%；在水深較大的陸坡區(qū)，烴源巖仍處于主力生油窗階段；在圣保羅高地上卻未達到生油窗［9］。

3.2 儲集層特征

桑托斯盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣分布于下白堊統(tǒng)—新生界的多套儲集層中，包括下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖、上白堊統(tǒng)Ilhabela段深海相濁積砂巖、新生界Marambaia組內(nèi)的濁積砂巖和下白堊統(tǒng)Guaruja組淺海相顆粒石灰?guī)r。除了Guaratiba群湖相碳酸鹽巖為鹽下儲集層外，其余的都為鹽上儲集層。

3.2.1 下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖

Guaratiba群中的碳酸鹽巖是桑托斯盆地最重要的儲集層，盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的11個大型油氣田都是以這套鹽下碳酸鹽巖為儲集層，它們的總可采儲量超過了50.3×108m3油當(dāng)量［1］，其中包括盆地內(nèi)最大油田——Lula油田、Franco油田和Libra油田等。該碳酸鹽巖儲集層發(fā)育于下白堊統(tǒng)巴雷姆階—阿普特階Itapema組和Barra Velha組中（圖2）。 Itapema組的巖性為介殼石灰?guī)r，沉積于湖相環(huán)境，含有大量的貝殼類化石（以斧足類和瓣鰓類為主）,含量可高達95%；Barra Velha組的巖性為疊層石灰?guī)r，發(fā)育于超咸水環(huán)境，表明此時海水開始入侵，水體鹽度明顯增加。根據(jù)最新測井資料，儲集層的孔隙度為10%～11%［10］。平面上，介殼石灰?guī)r和疊層石灰?guī)r主要分布于圣保羅高地上，因為在同裂谷期圣保羅高地離物源遠，并且水體較淺，有利于碳酸鹽巖臺地的發(fā)育。

3.2.2 上白堊統(tǒng)Ilhabela段深海相濁積砂巖

土倫階Ilhabela段濁積砂巖儲層分布于Itajai-Acu組的底部，與該組深海相黑色頁巖為同時代沉積（圖2），并且是桑托斯盆地內(nèi)第二重要的儲集層，亦是盆地內(nèi)最大氣田——Mexilhao氣田（圖1）的儲集層 （氣田的天然氣可采儲量達2297.6×108m3）。Ilhabela段濁積巖儲集層由細—粗粒碎屑、分選中—差的塊狀砂巖組成，在Merluza氣田中，4 700 m埋深處砂巖的平均孔隙度為21%，4 900 m埋深處的平均孔隙度為16%［10］；儲集層的原生孔隙保存較好，對應(yīng)兩個埋深的平均滲透率分別為15×10-3μm2和1.5×10-3μm2，厚度均可達60 m。 受陸上物源供應(yīng)的影響，該套儲層主要分布于盆地的中部和北部；盆地西南部因缺乏碎屑物質(zhì)的供應(yīng)而以沉積泥巖為主。

3.2.3 新生界Marambaia組內(nèi)的深海相濁積巖

Marambaia組為一套厚層的深海相泥頁巖夾濁積砂巖沉積，橫向上漸變?yōu)镮guape組淺海相碳酸鹽巖臺地沉積，沉積時代跨整個新生代（圖2）。儲集層段為被頁巖和泥巖包裹的濁積砂巖。始新統(tǒng)層段中發(fā)育了濁積巖，但是僅分布于陸坡區(qū)的上部，砂體規(guī)模較小，因此儲量規(guī)模亦較小。但是，中新統(tǒng)的濁積砂巖可能延伸至陸坡區(qū)的較深處，特別是在盆地深水區(qū)存在的濁積砂巖復(fù)合體，可能是重要的儲層。

3.2.4 下白堊統(tǒng)Guaruja組淺海相顆粒石灰?guī)r

下白堊統(tǒng)阿爾布階Guaruja組（圖2）淺海相碳酸鹽巖儲層由鮞粒石灰?guī)r和核形石顆粒石灰?guī)r組成，沉積于淺灘環(huán)境，平面上主要分布于盆地的中部和西南部。儲集層在垂向上的非均質(zhì)性比較強，儲集層的平均厚度為30m。這套儲層中發(fā)現(xiàn)的油氣儲量有限，僅分布在盆地的西南部。

4 含油氣系統(tǒng)的劃分與評價

桑托斯盆地發(fā)育了下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)兩套烴源巖。根據(jù)從源巖到圈閉的系統(tǒng)論原則，可將桑托斯盆地劃分為兩個含油氣系統(tǒng)：下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)和上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)。現(xiàn)以生烴灶為中心，結(jié)合已發(fā)現(xiàn)的油氣藏和鉆井資料，來確定含油氣系統(tǒng)的最大范圍。

4.1 下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)是桑托斯盆地內(nèi)最重要的含油氣系統(tǒng)，其源巖為早白堊世同裂谷期沉積的Guaratiba群湖相頁巖，儲集層為下白堊統(tǒng)Guaratiba群湖相碳酸鹽巖、下白堊統(tǒng)阿爾布階Guaruja組碳酸鹽巖和上白堊統(tǒng)土倫階Ilhabela段濁積巖，蓋層包括阿普特階Ariri組區(qū)域性蒸發(fā)巖、阿爾布階—塞諾曼階Itanhaem組泥灰?guī)r和土倫階—馬斯特里赫特階Itajai-Acu組頁巖（圖3）。

圖3 桑托斯盆地下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)事件

烴源巖于早白堊世阿爾布期開始生油，可能從晚白堊世的早期就已經(jīng)進入過成熟階段，現(xiàn)仍處于過成熟期。油氣生成期從阿爾布期一直持續(xù)到晚白堊世土倫期。由于生烴灶主要分布于北部坳陷、中部坳陷、南部坳陷、鹽底辟和微盆區(qū)以及Avedis次盆中（圖4），由它們生成的油氣分別向陸架區(qū)和圣保羅高地發(fā)生運移。但不同的是，陸架區(qū)發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于鹽上層系，而圣保羅高地上發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布于鹽下層系（圖2，圖4）。

因此可以根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的油氣與蒸發(fā)巖的關(guān)系，將下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)劃分為兩個成藏組合：鹽下成藏組合和鹽上成藏組合。

鹽下成藏組合 分布于盆地東南部的圣保羅高地，該區(qū)的成藏條件及其配置關(guān)系非常優(yōu)越，并且是桑托斯盆地中最有利的成藏組合。因圣保羅高地緊鄰坳陷中的生烴灶(圖4），油源充足；儲集層為Guaratiba群湖相碳酸鹽巖，碳酸鹽巖儲集性能保存較好，特別是構(gòu)造高點部位，發(fā)育了儲集性能好的介殼灰?guī)r和疊層石；另外蒸發(fā)巖作為區(qū)域性蓋層，分布比較連續(xù)，封閉性非常好。油氣主要沿著滲透性巖層側(cè)向運移至地層—構(gòu)造圈閉中聚集成藏。因此圣保羅高地鹽下碳酸鹽巖儲層是桑托斯盆地最有利的油氣富集區(qū)。

圖4 桑托斯盆地下白堊統(tǒng)烴源巖分布及含油氣系統(tǒng)分布圖

鹽上成藏組合 主要分布于盆地的陸坡區(qū)，離生烴灶也很近（圖4），油源也比較充足；儲集層為Guaruja組碳酸鹽巖和Ilhabela段濁積巖；蓋層為Itanhaem組泥灰?guī)r和Itajai-Acu組頁巖，但缺乏區(qū)域性蓋層。油氣必須沿著切割蒸發(fā)巖的斷層或鹽窗，垂向運移至鹽上層系中［11］。由于鹽上斷層受鹽巖活動的影響，它們在晚白堊世—古近紀期間可能發(fā)生了多次的重新活動［12］，會造成斷層重新開啟，從而使得早先聚集的油氣藏發(fā)生溢散和破壞。因此該成藏組合中的油氣藏規(guī)模不是很大，即便油氣被保存下來，也只是代表它們未被構(gòu)造活動完全破壞。因此陸坡區(qū)的成藏條件不如圣保羅高地的理想。

4.2 上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)

上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)是桑托斯盆地內(nèi)第二重要的含油氣系統(tǒng)。烴源巖為上白堊統(tǒng)土倫階—馬斯特里赫特階Itajai-Acu組深海相黑色頁巖，儲集層為土倫階Ilhabela段濁積巖和新生界Marambaia組內(nèi)的濁積巖，蓋層為Itajai-Acu組頁巖和Marambaia組頁巖（圖5）。

油氣的生成始于中新世，一直持續(xù)至今，生油高峰發(fā)生于晚中新世，生成的油氣可能沿著斷層運移至上覆的上白堊統(tǒng)—新生界濁積巖儲集層中。這套含油氣系統(tǒng)的油氣主要分布于盆地的東北部（圖6），西南部僅有少量油氣發(fā)現(xiàn)。原因在于盆地東北部發(fā)育了較好的濁積巖儲層，而盆地西南部砂巖儲層不發(fā)育。

需要指出的是，上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣潛力有限，因為其源巖的成熟度相對較低。然而，在陸坡區(qū)，隨著埋深的增加，油氣潛力也隨之增大，但其中存在的風(fēng)險則是有效儲集層是否發(fā)育。

4.3 含油氣系統(tǒng)評價

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)比上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)具備更加優(yōu)異的成藏條件，這主要體現(xiàn)在下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)發(fā)育了更優(yōu)質(zhì)的烴源巖和蓋層條件。優(yōu)質(zhì)的烴源巖為鹽下圈閉提供了充足的油氣來源，而且一套區(qū)域性蒸發(fā)巖蓋層將這些油氣封堵在鹽下層系中，為油氣在鹽下富集成藏提供了保障。圈閉的形成時間均早于油氣運移高峰，也保證了油氣藏未被破壞。而上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的烴源巖成熟度較低，導(dǎo)致了油氣豐富程度較低。因此，盆地中的下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)最為重要。

圖5 桑托斯盆地上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)事件

圖6 桑托斯盆地上白堊統(tǒng)烴源巖分布及含油氣系統(tǒng)分布圖

兩大含油氣系統(tǒng)的成藏條件差異，在已發(fā)現(xiàn)油氣的儲量分布上獲得了證實。

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，占油氣總儲量的90.6%。其中由Guaratiba群組成的鹽下成藏組合的油氣儲量占油氣總儲量的80.4%，而由Guaruja組和Ilhabela段組成的鹽上成藏組合的油氣儲量僅占油氣總儲量的10.2%（表1）。上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的油氣儲量有限，僅占油氣總儲量的9.4%（表1）。

就儲層而言，下白堊統(tǒng)Guaratiba群碳酸鹽巖是最重要的儲集層，其次是上白堊統(tǒng)土倫階Ilhabela段和新生界Marambaia組內(nèi)濁積巖，再其次是下白堊統(tǒng)阿爾布階碳酸鹽巖，這些儲層中的油氣儲量分別占盆地油氣儲量的80.4%、15.7%、2.0%和1.9%（表1）。

表1 桑托斯盆地油氣儲量的層系分布

5 油氣分布主控因素

5.1 碳酸鹽巖儲層和古高地控制了鹽下油氣的分布

下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣絕大部分富集于鹽下的碳酸鹽巖儲集層中。上覆鹽巖作為一套區(qū)域性蓋層將油氣封堵在鹽巖之下，因此鹽下層系油氣的分布主要受碳酸鹽巖儲集層的控制。而在圣保羅高地，它在早阿普特期離大西洋兩岸較遠，陸源碎屑供給較少，且古隆起地形為發(fā)育碳酸鹽巖臺地提供了基礎(chǔ) （往往在相對較高的部位沉積介殼灰?guī)r和疊層石灰?guī)r），加之上覆了連續(xù)性蒸發(fā)巖蓋層，因此圣保羅高地為鹽下最為有利的油氣聚集區(qū)［10］。

5.2 濁積砂巖儲層和垂向運移通道控制了鹽上油氣的分布

鹽上層系的油氣絕大部分富集于上白堊統(tǒng)和始新統(tǒng)濁積巖的儲集層之中，可以說，濁積巖儲層是鹽上層系油氣分布的主要控制因素之一。此外，由于鹽上層系中的油氣是由鹽下垂直向上運移的，其油氣成藏模式為下生上儲式，因此油氣的垂向運移通道亦被認為是控制油氣分布的一個主控因素。

6 有利區(qū)預(yù)測

近年來，有著重大發(fā)現(xiàn)的鹽下層系仍是桑托斯盆地今后有利的勘探領(lǐng)域，尋找鹽下的構(gòu)造高地仍將是首要目標，因此圣保羅高地的鹽下層系依然是今后勘探的重點方向。

鹽上濁積巖是另一個值得關(guān)注的領(lǐng)域。有利的鹽上濁積巖勘探區(qū)位于不連續(xù)分布的鹽巖區(qū)域，鹽窗和鹽焊接的發(fā)育使得鹽下烴源巖生成的油氣運移至鹽上層系聚集成藏。

另外，在盆地西南部，上白堊統(tǒng)碳酸鹽巖比較發(fā)育，上白堊統(tǒng)烴源巖也已經(jīng)開始成熟，具有一定的勘探潛力，但由于勘探程度較低，故此區(qū)也可以作為次級勘探有利區(qū)。

7 結(jié) 論

（1）桑托斯盆地可劃分為下白堊統(tǒng)和上白堊統(tǒng)兩個含油氣系統(tǒng)。

（2）下白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣主要儲集于鹽下湖相碳酸鹽巖中，上白堊統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的油氣則主要儲集于上白堊統(tǒng)濁積砂巖和新生界濁積砂巖中。

（3）圣保羅高地的鹽下湖相碳酸鹽巖儲層勘探潛力最大，仍然是未來勘探的重點。鹽上濁積砂巖儲層有較大勘探潛力，主要分布在盆地的中部和北部。鹽上海相碳酸鹽巖亦有一定勘探潛力，但僅局限于盆地西南部。

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