蔡文杰 陳 亮 李愛山 張 量

(中國海洋石油國際有限公司 北京 100028)

輸導體系是指含油氣系統(tǒng)中所有運移通道(輸導層、斷層、裂縫、不整合面等)及其相關圍巖的總和[1]。輸導體系作為溝通烴源巖和圈閉的紐帶和橋梁，是油氣成藏過程中的重要一環(huán)，因此深入研究輸導體系對于認識油氣運移聚集的路徑與過程，進而預測油氣藏可能存在的位置具有重要的意義[2-6]。油氣輸導體系的研究歷來受到勘探工作者的高度重視，但由于油氣動態(tài)成藏過程的復雜性，輸導體系的研究也是石油地質研究中的難點[7-10]。

據調研，目前國內學者主要在斷陷湖盆中發(fā)育的儲集體輸導體系、斷層輸導體系以及不整合面輸導體系等方面研究了不同輸導體系的空間組合樣式與成藏模式等，如劉曉風 等[2]認為白云凹陷東部發(fā)育斷裂、不整合面和砂巖輸導層共3類輸導體系，斷-砂耦合輸導表現為油氣近源成藏模式，斷-砂-不整合-構造脊耦合輸導表現為油氣遠源多層系成藏模式；陳歡慶 等[11]分析了不同輸導體系在空間上的組合特征，將瓊東南盆地輸導體系模式總結為斷層和不整合面“T”型輸導、斷層和不整合面梳狀型輸導、斷層和儲集體網格型輸導、斷層和不整合面階梯型輸導以及裂隙型輸導等5種類型。而國外學者主要從宏觀模式上探討了鹽底辟和鹽拱形成的相關斷裂和微裂隙可以作為油氣運移的通道[12-15]，但對于鹽底辟的輸導時期、不同成因機制鹽底辟的輸導效率以及鹽相關輸導體系成藏模式等缺乏相關討論?？傮w來看，目前國內外對于含鹽盆地典型輸導體系缺乏深入系統(tǒng)的研究，對于鹽相關輸導體系類型及組合樣式、輸導效率以及油氣成藏模式認識不清，極大地制約了含鹽盆地的油氣勘探。

本文以墨西哥灣南部Burgos和Sureste兩大含鹽被動陸緣盆地為靶區(qū)，主要基于三維地震、測井、鉆井等資料，利用螞蟻追蹤等地球物理方法深入解剖典型輸導體系類型、特征和組合樣式，系統(tǒng)評價斷層、鹽底辟側翼以及復合輸導體系的輸導特征和能力，探討不同輸導體系對油氣運移和聚集的控制作用，明確二者之間油氣成藏模式的差異性，對于相似含鹽被動陸緣盆地的油氣勘探具有重要的指導意義。

1 區(qū)域地質概況

墨西哥灣盆地位于美國、墨西哥和古巴環(huán)抱的海域，以墨西哥灣為中心，包括美國南部沿岸諸州及墨西哥東部和南部沿岸地區(qū)，南北長約2 400 km，東西寬約2 300 km，大致呈橢圓形[16]。Burgos盆地位于墨西哥灣西岸，主體處于墨西哥境內，部分延伸至美國境內，整體呈北西—南東向展布，面積11.7×104km2(圖1)，目前油氣勘探活動主要集中于該盆地深水區(qū)[17]；該深水區(qū)油氣勘探始于美國一側，墨西哥一側的油氣勘探是從2010年開始的，截至2019年已獲得油氣可采儲量約20億桶油當量。Sureste盆地位于墨西哥東南部，面積約15×104km2(圖1)，是墨西哥油氣發(fā)現最多的含油氣盆地[18-19]。1970—2000年，該盆地進入勘探發(fā)現高峰期，鉆探活動集中于陸上和淺水區(qū)，以白堊系碳酸鹽巖層系為主，勘探程度高；2000年之后，該盆地進入海域新近系碎屑巖勘探階段，持續(xù)獲得Zama油田等新的油氣發(fā)現，油氣儲量快速上升，截至2020年已發(fā)現油氣可采儲量613億桶油當量，以油為主[20]。

圖1 墨西哥Burgos盆地和Sureste盆地地理位置及綜合地層柱狀圖Fig .1 Location and stratigraphic column of Burgos basin and Sureste basin in the Gulf of Mexico

墨西哥灣盆地是在中生代南、北美板塊拉張背景下形成的被動陸緣盆地，自中生代以來主要經歷了裂陷期、穩(wěn)定被動大陸邊緣期和被動大陸邊緣碰撞改造期等3個構造演化階段。

1) 裂陷期(晚三疊世—中侏羅世)：由于泛大陸裂解，導致南美大陸、北美大陸以及非洲大陸分離。晚三疊世—早侏羅世，環(huán)墨西哥灣發(fā)育NE—SW向的裂谷盆地，該時期盆地內發(fā)育了一套河流相和火山碎屑紅層沉積。中侏羅世末期，裂陷活動減弱，尤卡坦和古巴微板塊受到轉換斷層的影響，阻擋限制了墨西哥灣與大西洋的對流，太平洋的海水間接性的流入墨西哥灣，在半封閉的高溫干燥環(huán)境下發(fā)育了一套厚層鹽巖[21-22]。

2) 穩(wěn)定被動大陸邊緣期(晚侏羅世—晚白堊世早期)：晚侏羅世開始，墨西哥灣開始進入大洋擴張期，海水涌入，洋殼形成(起始于卡洛夫末期，停止于早白堊世)。晚侏羅世提塘期發(fā)生最大規(guī)模海侵，沉積富含有機質的頁巖、泥灰?guī)r，為盆地最主要的烴源巖。早白堊世，盆地變冷下沉，盆地邊緣形成寬闊的陸架海洋環(huán)境，該時期以陸棚相沉積為主，發(fā)育粒泥灰?guī)r、泥灰?guī)r等低能相帶碳酸鹽巖。

3) 被動大陸邊緣碰撞改造期(晚白堊世晚期—中新世)：晚白堊世到始新世，太平洋板塊向北美板塊俯沖，北美板塊抬升，發(fā)生拉拉米構造運動，北美板塊西部形成了落基山脈和東馬德雷造山帶。擠壓造山期盆地周邊地區(qū)抬升掀斜，大量陸緣碎屑受重力作用搬運至盆地內部，故該時期物源供給充足，以巨厚的古近系—新近系碎屑巖沉積為主，其中古新世—始新世沉積了一套Wilcox組濁積砂巖，為Burgos盆地主力勘探層系[23](圖1)；而漸新世沉積了一套Frio組濁積砂巖，為Burgos盆地次要勘探層系。新近紀，加勒比板塊自太平洋向墨西哥南部楔入，發(fā)生恰帕斯造山運動，并在中中新世達到高峰，Sureste盆地受到該期擠壓活動的影響深遠。伴隨著該期造山運動，陸源碎屑供給充分，盆地內深水濁積砂巖較為發(fā)育。近年來，中新統(tǒng)—上新統(tǒng)逐漸成為Sureste盆地的熱點勘探層系，已獲得多個油氣發(fā)現[18]。

2 Burgos盆地深水區(qū)典型輸導體系靜態(tài)組合樣式及動態(tài)輸導效率

在輸導體系中，油氣總是沿著滲透性最好和阻力最小的路徑運移，即存在著油氣優(yōu)勢運移通道[7]。輸導體系決定著油氣在地下的運移方向、距離、輸導樣式、油氣聚集量等，控制著油氣藏類型和成藏位置[24-28]。在區(qū)域擠壓應力作用下，Burgos盆地深水區(qū)發(fā)育了大量的逆沖斷層，形成了該盆地最主要的垂向輸導體系。

2.1 逆沖斷層輸導體系靜態(tài)組合樣式

受區(qū)域構造擠壓應力的影響，Burgos盆地輸導體系以逆沖斷層為主，依據構造樣式可分為鏟式逆沖斷層和高角度逆沖斷層。其中，鏟式逆沖斷層在剖面上呈現出上陡下緩，向深部逐漸收斂于近水平的滑脫層，上盤巖層在逆沖過程中發(fā)生褶皺變形；高角度逆沖斷層傾角常常大于50°，斷層傾角自上到下基本一致，沒有向深部逐漸收斂于滑脫層的特征。研究區(qū)多條逆沖斷層形成了不同的組合樣式，以“Y”型和反“Y”型、背沖型和疊瓦型斷層組合樣式為主。

1) “Y”型和反“Y”型斷層組合樣式。

“Y”型和反“Y”型斷層組合樣式一般是由一條主干高角度逆沖斷層和一條伴生的次級反沖斷層組合而成，2條斷層向上逆沖使得夾在斷層中間的斷塊不斷抬升，形成典型的斷背斜圈閉(圖2a、b)。主干斷層傾角40°～60°，向上斷至始新統(tǒng)，向下斷至侏羅系，侏羅系最大斷距達1 000 m，始新統(tǒng)Wilcox組斷距達600 m。主干斷層作為重要的油氣垂向運移通道有效溝通了提塘階烴源巖和Wilcox組砂巖儲集體，提塘階烴源巖生成的油氣通過主干斷層輸導在斷背斜圈閉中聚集成藏。區(qū)域上，以“Y”型和反“Y”型作為有效輸導體系發(fā)現了多個油氣藏，充滿度可達60%以上[29]。

圖2 Burgos盆地深水區(qū)典型逆沖斷層組合樣式 Fig .2 Typical thrust fault combination style of deep water area in Burgos basin

2) 背沖型斷層組合樣式。

背沖型斷層組合樣式是由2條傾向相反的高角度逆沖斷層組合而成，在雙側逆沖斷層控制下形成了較為寬緩的斷背斜構造，構造頂部常伴生數條小型斷層(圖2c)。兩側傾向相反的高角度逆沖斷層無主、次之分，傾角50°～60°，向上斷至古新統(tǒng)，向下斷至侏羅系，最大斷距達1 200 m，提塘階烴源巖生成的油氣通過高角度逆沖斷層輸導在斷背斜圈閉中聚集成藏。區(qū)域上，以背沖型斷層組合作為有效輸導體系形成了多個油氣藏，勘探成效較好[20]。

3) 疊瓦型斷層組合樣式。

疊瓦型斷層組合樣式是由2條以上同向傾斜的鏟式逆沖斷層組合而成，通常情況下斷層下部會收斂于一條低角度近似水平的逆沖斷層或拆離斷層(圖2d)。鏟式逆沖斷層依次在斷層下盤發(fā)育，并不斷向前擴展形成“前展式”斷層組合。該類斷層組合樣式主要發(fā)育于淺層異地鹽蓬前緣，隨著異地鹽蓬在重力差異負載和區(qū)域擠壓應力共同作用下向海方向不斷推進。由于疊瓦型斷層沿著層間泥巖順層滑脫，因此常常不能單獨溝通深層提塘階烴源巖，需要與深部斷層搭接才能有效輸導油氣。該類斷層組合樣式發(fā)育在異地鹽蓬的前端，主體水深介于2 500～3 500 m，且存在溝通烴源巖的風險，因此勘探潛力較小，目前區(qū)域上尚無該類型油氣藏發(fā)現[20]。

2.2 逆沖斷層輸導體系動態(tài)輸導效率

斷層的活動性與油氣運移息息相關，斷層的封閉性對油氣保存具有重要作用，因此需要對斷層輸導體系進行動態(tài)評價。一般地，斷層活動性指標主要有生長指數、活動速率等[30-31]。生長指數是指斷層上盤某地層的厚度與其下盤同層位地層厚度的比值，表示該地層沉積期斷層活動的速率。斷層活動速率是指某一地層單元在一定時期內，因斷層活動形成的落差與相應沉積時間的比值。

在Burgos盆地深水區(qū)對4條主要油源斷層計算了白堊紀—中新世的斷層生長指數與活動速率，結果表明主要油源斷層在早始新世之前的生長指數介于1.0～1.1，中晚始新世—漸新世生長指數有明顯的增大趨勢，達到1.2～2.0(圖3)；同樣地，主要油源斷層在早始新世之前的活動速率介于0～10 m/Ma，中晚始新世—漸新世活動速率有明顯的增大趨勢，達到10～40 m/Ma(圖4)，說明此時斷裂活動性強，斷裂的垂向輸導效率高?；趨^(qū)域盆地模擬結果，研究區(qū)提塘階烴源巖的主要排烴期是中晚始新世—漸新世，與斷層活動時期匹配好，有利于油氣運聚成藏[32]。

圖3 Burgos盆地深水區(qū)主要油源斷裂生長指數Fig .3 Main fault growth index of deep water area in Burgos basin

圖4 Burgos盆地深水區(qū)主要油源斷裂活動速率Fig .4 Main fault activity rate of deep water area in Burgos basin

另外，斷層體系的規(guī)模以及與圈閉的組合樣式也決定著油氣藏的充注效率。Burgos盆地典型油氣藏充滿度和油氣充注模擬結果表明，“Y”型和反“Y”型斷層組合的油氣充注效率高于背沖型斷層組合，前者通常受單條主干斷層控制，圈閉幅度高，斷層為上陡下緩的坡坪式，發(fā)育次級斷裂，主干斷層周圍破碎帶寬，有利于油氣輸導；后者則由2條傾向相反向上發(fā)散的逆沖斷層夾持，圈閉幅度低，斷層破碎帶窄，油氣輸導能力變差。

3 Sureste盆地典型輸導體系靜態(tài)組合樣式及動態(tài)輸導效率

與Burgos盆地深水區(qū)相比，Sureste盆地鹽構造類型以刺穿型鹽底辟為主，異地鹽蓬的分布范圍小。鹽底辟的強烈隆升可在其側翼和頂部形成大量的微裂縫和斷層，構成重要的油氣垂向運移通道。因此，Sureste盆地主要發(fā)育鹽相關復合輸導體系，包括鹽側翼-伴生斷層復合輸導體系以及鹽側翼-砂巖層復合輸導體系。

3.1 鹽相關輸導體系靜態(tài)組合樣式

1) 鹽側翼-伴生斷層復合輸導體系。

在向上隆升過程中，鹽底辟的側翼和頂部可形成一系列裂縫和伴生正斷層，其中伴生正斷層一般規(guī)模較小，常常成組成對出現，傾角約45°～50°，斷距約100～300 m。鹽側翼裂縫與鹽頂斷層是重要的油氣垂向運移通道，研究區(qū)提塘階烴源巖生成的油氣通過鹽底辟側翼裂縫帶和頂部斷層垂向輸導在圈閉中聚集成藏。以2019年發(fā)現的S-1油田為例，該油田水深354 m，圈閉類型為斷層遮擋的鼻狀構造，提塘階烴源巖生成的油氣通過鹽側翼和伴生斷層輸導在下上新統(tǒng)和上中新統(tǒng)濁積砂巖中聚集成藏(圖5a、b)，原地資源量為2億～3億桶油當量[29]。

2) 鹽側翼和砂巖層復合輸導體系。

中新世以來，鹽底辟的活動控制了同時期深水重力流砂體的分布，深水水道或朵葉經過正在活動的鹽底辟時，常常繞過鹽底辟所形成的正向地貌單元，或在鹽底辟的側翼不斷發(fā)生側向遷移。鉆井揭示，鹽底辟側翼砂體累積厚度介于21～586 m，平均厚度220 m，砂體橫向聯(lián)通性好；同時，中新統(tǒng)砂巖埋深常小于2 000 m，儲層質量好，表現為高孔高滲特征，孔隙度最大可達34%，滲透率可達1 600 mD，可作為很好的橫向運移通道。因此，研究區(qū)提塘階烴源巖生成的油氣通過鹽底辟側翼垂向輸導和砂體儲集層橫向輸導常常在鹽底辟側翼形成的鹽遮擋圈閉中聚集成藏。以2020年發(fā)現的S-2油田為例，該油田水深600 m，圈閉類型為鹽巖遮擋的鼻狀構造，油氣通過鹽底辟側翼垂向輸導和砂巖層橫向輸導在下中新統(tǒng)濁積砂巖中聚集成藏(圖5c、d)，原地資源量約2億桶油當量[29]。

圖5 Sureste盆地鹽相關輸導體系典型樣式Fig .5 Typical salt-related migration system of Sureste basin

3.2 鹽相關輸導體系動態(tài)輸導效率

鹽底辟側翼的輸導能力隨時間不斷發(fā)生變化。當鹽底辟向上活動時，鹽底辟側翼的裂縫帶和頂部伴生斷層處于開啟期，可作為有效的油氣垂向運移通道；當鹽底辟停止活動時，鹽巖向周邊裂縫帶滲流，與周邊地層發(fā)生膠結作用，圍巖滲透性降低，可封閉已經形成的油氣藏。因此，鹽相關輸導體系的運聚時期取決于鹽底辟的活動時期。中新世以來，加勒比板塊向恰帕斯山脈強烈推進，馬德雷—恰帕斯山脈迅速隆升，該構造事件被稱為恰帕斯造山運動。隨著馬德雷—恰帕斯山脈在中—晚中新世的強烈隆升和剝蝕，陸緣碎屑沉積范圍增大，大量沉積物經下切溝谷進一步向墨西哥灣南部Sureste盆地搬運，形成深水重力流沉積。在區(qū)域擠壓和沉積差異負載作用下，Sureste盆地鹽底辟自中新世開始持續(xù)隆升，該時期的沉積地層厚度向鹽底辟側翼逐漸減薄(圖5)。基于區(qū)域盆地模擬結果，研究區(qū)提塘階烴源巖的主要排烴期是中新世，與鹽底辟活動時期匹配較好，有利于油氣運聚成藏[32]。

另外，該盆地鹽底辟的成因機制影響了其側翼裂縫帶的發(fā)育程度，進而控制了其側翼輸導體系的輸導效能?；诓町惓梢驒C制，該盆地鹽底辟可劃分為主動底辟和被動底辟，其中主動底辟常常是由水平擠壓或者密度反轉導致鹽巖上涌，因此鹽巖具有較強的上涌動力；而被動底辟一般是由鹽巖的下沉建造作用所形成，在缺乏垂向上涌動力的情況下，底辟無法突破厚層上覆沉積，因此晚期常形成大規(guī)模溢流鹽席。應用分頻方差體的螞蟻追蹤技術可有效提高中-小尺度斷裂以及裂縫的識別精度,結果表明：在主動底辟機制下，鹽底辟側翼和頂部發(fā)育大量的伴生斷層及裂縫，平面上斷層和裂縫呈現放射狀，底辟活動時期斷層與裂縫處于開啟狀態(tài)，具有幕式輸導油氣的能力(圖6)；而在被動底辟機制下，所形成的溢流鹽席能量低，鹽底辟側翼及下部地層較為平整，斷層與裂縫欠發(fā)育，不利于油氣的輸導(圖7)。

圖6 Sureste盆地主動鹽底辟伴生斷層、裂縫平面和剖面特征Fig .6 Plane and section characteristics of faults and fractures associated with active salt diapirism in Sureste basin

圖7 Sureste盆地被動鹽底辟伴生斷層、裂縫平面和剖面特征Fig .7 Plane and section characteristics of faults and fractures associated with passive salt diapirism in Sureste basin

4 Burgos盆地和Sureste盆地油氣差異成藏模式

在墨西哥灣南部，輸導體系對油氣藏具有明顯的控制作用，主要表現為受逆沖斷裂和鹽底辟控制的“垂向運聚、近源成藏”的分布規(guī)律。基于輸導體系以及圈閉與烴源巖的配置關系，建立了Burgos盆地和Sureste盆地油氣成藏模式，其差異性主要體現在：

1) Burgos盆地主要表現為近源垂向、逆沖斷層輸導的油氣成藏模式(圖8)。該盆地在區(qū)域擠壓和鹽巖活動作用下發(fā)育典型的鹽核擠壓背斜圈閉或鹽巖遮擋圈閉。區(qū)域廣泛分布的提塘階優(yōu)質烴源巖可提供較為充足的油氣來源。區(qū)域擠壓應力所形成的大斷距、高角度逆沖斷裂體系溝通了下伏烴源巖，油氣順著逆沖斷層體系垂向運移至古新統(tǒng)—始新統(tǒng)Wilcox組、漸新統(tǒng)Frio組濁積砂巖圈閉中聚集成藏。

圖8 Burgos盆地油氣成藏模式圖Fig .8 Oil and gas accumulation model of Burgos basin

2) Sureste盆地主要表現為近源垂向、鹽底辟和伴生斷裂-砂巖層復合輸導的成藏模式(圖9)。該盆地在廣泛發(fā)育的鹽底辟作用下發(fā)育典型的鹽巖或斷層遮擋的鼻狀構造。下伏提塘階優(yōu)質烴源巖現今處于生油階段，具備油氣成藏的物質基礎。鹽底辟側翼裂縫帶及相關斷裂溝通了下伏提塘階烴源巖，油氣可以沿著鹽側翼裂縫或鹽相關斷裂向上運移至淺層中新統(tǒng)、上新統(tǒng)圈閉中聚集成藏。近年來，該盆地區(qū)域油氣勘探重點聚焦在鹽側翼鼻狀圈閉，勘探實踐證實盆地主動鹽底辟常伴隨強烈的構造運動，鹽側翼裂縫帶更為發(fā)育，斷層頂部常伴生正斷層，更有利于油氣充注形成油氣聚集，勘探成效良好，儲量豐度可達15～30 MMboe/km2。

圖9 Sureste盆地油氣成藏模式圖Fig .9 Oil and gas accumulation model of Sureste basin

5 結論

1) Burgos盆地主要發(fā)育鹽相關逆沖擠壓斷層，以“Y”型、反“Y”型、背沖型和疊瓦式斷層組合樣式為主。逆沖斷層主要在中晚始新世—漸新世活動，與區(qū)域烴源巖排烴期匹配較好，有利于油氣運聚成藏。其中，“Y”型和反“Y”型斷層組合受單條主干斷層控制，圈閉幅度高，斷層為上陡下緩的坡坪式，發(fā)育次級斷裂，主斷裂周圍破碎帶寬，更有利于油氣運聚成藏。

2) Sureste盆地主要發(fā)育鹽側翼-伴生斷層復合輸導體系和鹽側翼-砂巖層復合輸導體系，鹽底辟在中新世開始活動，與區(qū)域烴源巖排烴期匹配較好，有利于油氣運聚成藏。基于差異成因機制，該盆地鹽底辟可劃分為主動底辟和被動底辟，其中主動底辟常常由水平擠壓或者密度反轉導致鹽巖上涌，鹽巖具有較強的動力，鹽底辟側翼和頂部發(fā)育大量的伴生斷層及裂縫，運聚效率更高。

3) 基于輸導體系以及圈閉與烴源巖的配置關系，建立了Burgos盆地和Sureste盆地油氣差異成藏模式，即Burgos盆地主要表現為近源垂向、逆沖斷層輸導的油氣成藏模式，Sureste盆地主要表現為近源垂向、鹽底辟和伴生斷裂-砂巖層復合輸導的油氣成藏模式，從而明確了有利的勘探目標類型，對于相似含鹽被動陸緣盆地的油氣勘探具有重要的指導意義。