賈建忠 康洪全 蔡文杰 賈懷存 李 丹 劉美羽

(1. 中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 北京 100028； 2. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

大坎波斯(Great Campos)盆地由桑托斯(Santos)、坎波斯(Campos)和圣埃思皮里圖(Espirito Santos) 3個(gè)盆地組成。該盆地鹽下湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布廣，厚度大，油氣資源潛力十分巨大。2007年以來(lái)在該盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批超大型油氣田，如Lula油田、Franco油田和Libra油田等[1-3]，均以鹽下湖相碳酸鹽巖為主要的儲(chǔ)層，使得巴西成為僅次于委內(nèi)瑞拉的南美洲第二大油氣資源國(guó)。但是，近幾年該盆地油氣勘探進(jìn)入瓶頸期。由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，加上鹽下地震成像相對(duì)較差，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布預(yù)測(cè)一直是勘探面臨的難題，而發(fā)育環(huán)境和控制因素是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。該套碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成因目前尚無(wú)定論，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于湖泊環(huán)境能否形成如此廣泛而穩(wěn)定的碳酸鹽沉積，以及控制其發(fā)育和消亡的關(guān)鍵環(huán)境因素[4-6]。

大坎波斯盆地鹽下裂谷期的主要儲(chǔ)層類(lèi)型為生物碎屑灰?guī)r和微生物灰?guī)r。生物碎屑灰?guī)r主要包含介殼灰?guī)r和顆?；?guī)r兩種類(lèi)型，生物碎屑以雙殼類(lèi)為主，介形類(lèi)和腹足類(lèi)為輔，并含有其他碳酸鹽巖組分和部分硅質(zhì)碎屑[7]；微生物灰?guī)r主要為藻類(lèi)和疊層石相互粘結(jié)而形成的礁體或席狀沉積[6]，含少量介形類(lèi)等微體化石。介形蟲(chóng)是具有雙半殼的節(jié)肢動(dòng)物，主要營(yíng)底棲或游泳生活，對(duì)湖相生態(tài)環(huán)境，包括湖水的鹽度、深度、水化學(xué)條件等反應(yīng)敏感。本文通過(guò)部分鹽下探井的介形蟲(chóng)生物地層及古生態(tài)學(xué)分析，重建了研究區(qū)裂谷期古湖泊水深和鹽度等環(huán)境條件，進(jìn)而對(duì)鹽下湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素進(jìn)行了初步探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大坎波斯(Great Campos)盆地位于巴西東南部被動(dòng)大陸邊緣，由桑托斯(Santos)、坎波斯(Campos)和圣埃思皮里圖(Espirito Santos) 3個(gè)盆地組成，三者中間被卡布弗里奧(Cabo Frio)高地和維多利亞(Vitoria)高地所分隔，總面積約58.68×104km2(圖 1)[3,8]。受晚三疊世以來(lái)大西洋持續(xù)裂解作用的控制，盆地形成了近東西向“隆坳相間”的構(gòu)造格局，為碳酸鹽巖的廣泛發(fā)育提供了構(gòu)造條件。

圖1 大坎波斯盆地鹽下裂谷期構(gòu)造位置圖Fig .1 Syn-rift tectonical location of the Great Campos basin

大坎波斯(Great Campos)盆地主要經(jīng)歷了裂谷期、過(guò)渡期和漂移期三大構(gòu)造演化階段。裂谷期又可劃分為斷陷早期、斷陷晚期、反轉(zhuǎn)期和拗陷期，分別對(duì)應(yīng)區(qū)域超層序KS4—KS7(圖 2)。斷陷早期(KS4)為早白堊世Neocomian-Barremian期，該階段地殼減薄，岡瓦納大陸解體，非洲大陸和南美大陸間發(fā)生陸內(nèi)裂谷作用，形成平行海岸線的地塹和地壘，發(fā)育了一系列NW—SE向克拉通裂谷盆地；裂陷早期下部以火山巖充填為主，晚期廣泛沉積了富含有機(jī)質(zhì)的深水湖相泥頁(yè)巖，是研究區(qū)重要的烴源巖。早白堊世Barremian晚期進(jìn)入斷陷晚期(KS5)，期間構(gòu)造穩(wěn)定，早期發(fā)生顯著湖侵，湖盆面積迅速擴(kuò)張；中期開(kāi)始中央隆起帶緩慢抬升，湖平面穩(wěn)定下降，在隆起帶及周邊沉積了大規(guī)模湖相貝殼灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r；末期湖平面快速上升，碳酸鹽臺(tái)地大多被淹沒(méi)，沉積一套薄層泥質(zhì)巖。早Aptian期的反轉(zhuǎn)期也可稱(chēng)為斷拗轉(zhuǎn)換期(KS6)，以區(qū)域性的構(gòu)造抬升和破裂不整合的發(fā)育為主要特征。從中晚Aptian期開(kāi)始，盆地進(jìn)入拗陷期(KS7)，由斷陷向熱沉降過(guò)渡，形成了寬緩的湖盆，海水開(kāi)始周期性進(jìn)入盆地，在近岸地帶發(fā)育淺湖相和三角洲相沉積，在中央隆起帶及其周邊廣泛分布微生物席及藻疊層石建造。Aptian末進(jìn)入過(guò)渡期，受Walvis Ridge打開(kāi)的影響，南側(cè)的海水大規(guī)模涌入盆地，沉積了Loeme組蒸發(fā)鹽巖，盆地中心厚度可達(dá)3 000 m，幾乎將裂谷期地層全部覆蓋[2,8]。

圖2 大坎波斯盆地鹽下綜合地層格架Fig .2 Syn-rift stratigraphic framework of the Great Campos Basin

2 介形蟲(chóng)生物地層劃分及標(biāo)志

南大西洋兩岸盆地鹽下裂谷期介形蟲(chóng)分布廣泛且種類(lèi)豐富，是湖相地層劃分和對(duì)比的重要依據(jù)。20世紀(jì)90年代，伴隨著石油勘探熱潮的興期，道達(dá)爾等石油公司在巴西和西非海岸開(kāi)展了較為系統(tǒng)的介形蟲(chóng)生物地層研究。Grosdidier等(1996)[9]建立了西非鹽下裂谷盆地中的非海相介形蟲(chóng)化石帶，并一直沿用至在；Bate(1999)[10]進(jìn)一步對(duì)上述盆地介形蟲(chóng)組合及其在層序地層研究中的作用進(jìn)行了系統(tǒng)論述，認(rèn)為介形蟲(chóng)組合的演化特征與沉積演化旋回之間存在良好對(duì)應(yīng)關(guān)系。Poropat和Colin(2012)[11]對(duì)巴西和西非海岸的早白堊世介形蟲(chóng)生物地層進(jìn)行了綜述性研究，為開(kāi)展地層對(duì)比和古生態(tài)、古環(huán)境研究奠定了良好基礎(chǔ)。本文在參考上述有關(guān)介形蟲(chóng)生物地層方面研究認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)內(nèi)已有文獻(xiàn)資料和若干鉆井的古生物報(bào)告資料進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比，明確了鹽下介形蟲(chóng)標(biāo)準(zhǔn)化石120種，其中西非特有14種，巴西特有41種，兩岸共有種65種，建立了南大西洋兩岸統(tǒng)一的鹽下介形蟲(chóng)標(biāo)準(zhǔn)化石帶(圖 3)，劃分出介形蟲(chóng)帶AS1—AS12，共計(jì)12個(gè)。

由下到上，各介形蟲(chóng)帶的主要標(biāo)志化石及其組合特征如下：

AS1帶(Tithonian期)：位于上侏羅統(tǒng)頂部，以Bisulcocyprispricei為帶化石，見(jiàn)少量淺水標(biāo)志種Darwinulacf.D.oblonga等。

AS2帶(Barriasian期)：位于下白堊統(tǒng)底部，帶化石為Cyprideakegeli，并以Cyprideanitidula出現(xiàn)為標(biāo)志。

AS3帶(早Valangian期)：以Cyprideaambigua為標(biāo)志，見(jiàn)Cyprideasellata、Cyprideatrinodosa等。

AS4帶(晚Valanginan期)：以Cyprideasalvadoriensis、Cyprideavulgaris的出現(xiàn)為標(biāo)志，同時(shí)產(chǎn)出Cyprideahadronodosa、Cyprideasellata、Cyprideagrekoffi、Cyprideasubtillis、Tucanocypris、Tucanocyprisapiculata等。

AS5帶(Hauterivian期)：以Cyprideaopifera、Cyprideadromedarius、Ilhasinaamphotera、Ilhasinatorosa等種出現(xiàn)為標(biāo)志，亦可見(jiàn)Paracypridea屬的Paracyprideamaacki、P.impara、P.bicallosa等。

AS6帶(早Barremian期)：以Paracyprideaobovataobovata、Paracyprideaspp.的出現(xiàn)及Reconcavona的增多為標(biāo)志，出現(xiàn)Paracypridea屬的P.langdoni、P.elegans、P.similisMetacyprisspp.等種。

AS7帶(早—中Barremian期)：以Cypridearemboueensis為標(biāo)志，見(jiàn)Cyprideabapounou、Cypridealukungaensis、Reconcavonatriebeli等種。部分地區(qū)缺失。

AS8帶(中—晚Barremian期)：頂面為Cypridearemboueensis末現(xiàn)面，見(jiàn)Salvadoriella?dissimilis、Paracyprideaquadrirugosaweberi、Cyprideafalcaoensis、Cyprideabibullatatribullata、Reconcavonacentronodosa、Reconcavonacancellata等種。

AS9帶(晚Barremian期)：頂界面以Hourcqiaconfluens的末現(xiàn)為標(biāo)志，伴有Cyprideatchibodaensis、Cyprideaminima、Cyprideafida、Cyprideacapita、Cyprideamucuaensis、Cyprideaovalis、Hourcqiaafricana、Petrobrasiatenuistriata、Petrobrasiacompacta、Cyprideasostensis等，西非地區(qū)可見(jiàn)Cyprideahollensis、Cyprideasylvesterbradleyi等。

AS10帶(晚Barremian—早Aptian期)：以Hourcqiaafricana末現(xiàn)面為頂，部分地區(qū)現(xiàn)Cyprideacapita、Cyprideacapitauninodosa、Paracypridearotunda、Damonella?tinkoussouensis、Reconcavona?ultima.、Cypridealoango等。

AS11帶(中Aptian期)：以化石Pattersoncyprissalitrensis為標(biāo)準(zhǔn)帶化石，可見(jiàn)Pattersoncyprissymmetrica、少量Pattersoncypriselongata等同屬相關(guān)種，部分地區(qū)現(xiàn)Pattersoncypriselongata、Parascabriculocypristrapezoidesnodosa、Limnocytherebituberculata、Cyprideatribulbosa、Cyprideaposteronodosa、Parascabriculocyprisnodosa、Theriosynoecumkwanzaensis、Cyprissp.A、Strenestroemiasp.、Cyprideasetinaangolensis、Cyprideaaptiansa、Cyprideaquadribulbosa、Paraklieanaalata、Cypridealoango、Cyprideacapita等。

AS12帶(晚Aptian)：頂面與Pattersoncyprissymmetrica末現(xiàn)重合，帶內(nèi)現(xiàn)豐富的平滑殼介形蟲(chóng)，靜水種十分常見(jiàn)，同時(shí)可見(jiàn)Limnocythere?troelseni、Parascabriculocypristrapezoides及少量Discocyprisplana。

3 介形蟲(chóng)古生態(tài)環(huán)境分析

在湖泊體系中介形蟲(chóng)對(duì)鹽度、溫度和水深等環(huán)境因素的變化敏感。因此,介形蟲(chóng)屬種組合特征可作為還原古鹽度、古溫度、古水深等古環(huán)境參數(shù)的重要參考[12-14]。

隨著鹽度升高，僅能在淡水和低鹽度水體中生存的淡水種—微咸水種會(huì)快速消失，取而代之以半咸水種和咸水種[15]。同時(shí)，介形蟲(chóng)的一些生態(tài)指標(biāo)和特定種屬的出現(xiàn)可以反映古水深變化。李守軍 等[16](2005)利用介形蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)分異度實(shí)現(xiàn)了對(duì)東營(yíng)凹陷古近系沙三段古湖泊水深的半定量恢復(fù)。李順 等[17](2011)利用松遼盆地松科-1井介形蟲(chóng)生物群的簡(jiǎn)單分異度和復(fù)合分異度對(duì)盆地晚白堊世湖平面變化進(jìn)行了分析。

通過(guò)研究區(qū)鉆井介形蟲(chóng)古環(huán)境分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)對(duì)比研究[14-17]，明確了大坎波斯盆地鹽下裂谷期湖相介形蟲(chóng)的鹽度和古水深標(biāo)志種(表1、2)。鹽度標(biāo)志種分為淡水種、微咸水種、半咸水種和咸水種4類(lèi)；古水深標(biāo)志種分為淺水種、半深水—深水種和海陸過(guò)渡種3類(lèi)。

表1 大坎波斯盆地裂谷期介形蟲(chóng)古鹽度標(biāo)志種Table 1 Ostracods marker species of syn-rift paleo-salinity in the Great Campos basin

表2 大坎波斯盆地裂谷期介形蟲(chóng)古水深標(biāo)志種Table 2 Ostracods marker species of syn-rift paleo-water depth in the Great Campos basin

研究區(qū)南部的桑托斯盆地鹽下湖相介形蟲(chóng)化石豐富，滿足古生態(tài)學(xué)精細(xì)研究的需要。通過(guò)對(duì)介形蟲(chóng)鹽度標(biāo)志種的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)層序KS5(Itapema組)貝殼灰?guī)r沉積期介形蟲(chóng)以淡水種—微咸水種占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；而層序KS7(Barra Vella組)微生物灰?guī)r沉積期以半咸水種占明顯優(yōu)勢(shì)(圖4)，指示貝殼灰?guī)r沉積期為微咸水環(huán)境，微生物灰?guī)r沉積期為半咸水環(huán)境。

圖4 桑托斯盆地S-1井鹽下湖相介形蟲(chóng)古鹽度標(biāo)志種分布圖Fig .4 Ostracods marker species distribution of syn-rift lacustrine paleo-salinity in Well S-1 in the Santos basin

根據(jù)介形分異度及水深標(biāo)志種，層序KS5—KS7縱向上可識(shí)別出5個(gè)湖平面變化旋回(圖5)，但總體為淺湖環(huán)境，且呈現(xiàn)水退趨勢(shì)，只有在貝殼灰?guī)r發(fā)育初期和末期發(fā)生兩次較大規(guī)模的湖泛事件。另外，分析結(jié)果顯示貝殼灰?guī)r沉積期湖水明顯較微生物灰?guī)r沉積期深，這與之前的認(rèn)識(shí)有所不同。在貝殼灰?guī)r沉積早期和末期，介形蟲(chóng)分異度明顯升高，且出現(xiàn)了代表水體相對(duì)較深的Hourcqiaafricanaafricana、Hourcqiaafricanaconfluens、Cyprideariojoanensis、Cyprideasebastianites等屬種；在微生物灰?guī)r沉積期，介形蟲(chóng)分異度較低，只有個(gè)別屬種存活，如Pattersoncyprisspp.、Limnocyprideatroelseni等，代表了典型淺水環(huán)境。通過(guò)桑托斯盆地連井對(duì)比(圖6)，可以明顯看出介形蟲(chóng)分異度逐漸下降，淺水種自下而上逐漸增多，反映了湖平面逐漸下降的趨勢(shì)，尤其是微生物灰?guī)r沉積之前，整個(gè)區(qū)域遭受抬升剝蝕，發(fā)育大型不整合面，導(dǎo)致整個(gè)AS11介形蟲(chóng)帶缺失。

圖5 桑托斯盆地S-1井鹽下湖相介形蟲(chóng)屬種分布及古鹽度、古水深變化圖Fig .5 Ostracods marker species distribution of syn-rift lacustrine paleo-salinity and paleo-water depth in well S-1 in the Santos basin

此外，本文首次在S-1和S-2井的多個(gè)層位發(fā)現(xiàn)了若干海陸過(guò)渡相介形蟲(chóng)屬種(圖4、5)，包括Cytheridea? sp.308，Cytherideasp.，Pattersoncyprissymmetrica，Pattersoncyprismicropapillosa等，尤其Pattersoncyprismicropapillosa多生活在與海相連通的高鹽度湖泊，或局限海灣環(huán)境中[18]。據(jù)此推測(cè)在KS5貝殼灰?guī)r沉積早期、晚期，以及KS7微生物灰?guī)r沉積中期發(fā)生了至少三期規(guī)模不等的海侵事件(圖6)。

圖6 桑托斯盆地鹽下湖相介形蟲(chóng)與古水深、海侵事件關(guān)系圖Fig .6 Ostracods palaeoecological index of syn-rift lacustrine water paleo-depth and marine incursion in the Santos basin

4 大坎波斯盆地鹽下湖相碳酸鹽巖形成環(huán)境分析

大坎波斯盆地鹽下不同時(shí)期、不同類(lèi)型湖相碳酸鹽巖的發(fā)育，主要受控于構(gòu)造抬升、古氣候與水化學(xué)條件、海侵事件等關(guān)鍵因素，是各因素共同作用的結(jié)果。首先，隆坳相間的構(gòu)造背景為湖相碳酸鹽巖發(fā)育提供了有利的地貌條件。西部為近平行岸線NE走向的隆起帶，中、東部為隆起欠發(fā)育的低隆區(qū)，中部坳陷帶與東部坳陷帶向北部合攏，內(nèi)部發(fā)育多個(gè)低凸起區(qū)。構(gòu)造隆起帶有效阻隔了陸源碎屑的大量輸入，形成了清澈而溫暖的水體環(huán)境，有利于造礁生物的繁盛和化學(xué)沉積的發(fā)育。另一方面，研究區(qū)持續(xù)的抬升，在中央隆起帶形成了廣闊、清潔、透光性良好的淺水環(huán)境，有利于介形蟲(chóng)、雙殼類(lèi)、疊層石等造礁生物的繁盛，形成了大范圍的礁灘相碳酸鹽沉積[19-20]。

另外，古氣候?qū)ε璧爻练e充填同樣具有重要控制作用。白堊紀(jì)中期正式進(jìn)入溫室氣候期，大坎波斯盆地位于低緯度區(qū)，在Albian—Cenomanian期為最熱時(shí)期[21-26]，整體屬典型干熱氣候，隨降雨和淡水河流輸入的減少及蒸發(fā)量的增加，導(dǎo)致湖泊鹽度逐漸升高，形成了咸化的堿性湖水環(huán)境。溫暖的氣候和高礦化度的水體，非常有利于甲殼類(lèi)生物的繁盛和碳酸鹽巖的大量沉積。但是，當(dāng)湖水鹽度或pH值過(guò)高時(shí)，可能導(dǎo)致雙殼類(lèi)等大型底棲生物無(wú)法生存，取而代之的是菌藻類(lèi)微生物，從而使巖相由早期的貝殼灰?guī)r轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘脑瀵B層石灰?guī)r。這主要表現(xiàn)在研究區(qū)中央隆起帶，早期廣泛沉積KS5貝殼灰?guī)r和，轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥趶V泛沉積了KS7席狀微生物巖和藻疊層石灰?guī)r。在KS7微生物灰中發(fā)現(xiàn)的介形蟲(chóng)Limnocyprideasubquadrata和Limnocyprideatroelseni等，也指示了偏堿性的水介質(zhì)條件環(huán)境。

海侵事件則為大坎波斯盆地鹽下湖相造礁生物的繁盛和碳酸鹽的富集創(chuàng)造了有利的水介質(zhì)條件。前已述及，桑托斯盆地在貝殼灰?guī)r沉積期和微生物灰?guī)r沉積期均發(fā)生數(shù)期海侵事件。在區(qū)域上也存在較多與之呼應(yīng)的海侵證據(jù)。巴西東北部的阿拉里皮(Araripe)盆地發(fā)育早白堊世Aptian期Pattersoncyprissp.-Reconcavonasp.-Cyprideaararipensis半咸水介形蟲(chóng)組合，指示了與海連通的湖泊環(huán)境[18,21]。普提瓜爾(Potiguar)盆地Aptian期湖相介形蟲(chóng)和海相浮游生物(溝鞭藻、有孔蟲(chóng)等)共生，也指示了海侵作用的存在。另外，西非一側(cè)的加蓬和下剛果盆地也在該時(shí)期分別發(fā)現(xiàn)了海相魚(yú)化石、海相介形蟲(chóng)等，說(shuō)明南大西洋中段的含鹽盆地至少在Aptian期就已經(jīng)有海水從北部灌入[20]。同時(shí)，南部坎波斯盆地出現(xiàn)了浮游有孔蟲(chóng)和海相低硫有機(jī)質(zhì)、寬扎盆地發(fā)育的鹽巖沉積以及在桑托斯盆地產(chǎn)出的海陸過(guò)渡相介形蟲(chóng)，足以說(shuō)明在南大西洋中段含鹽盆地南部也存在海侵通道[21]。在晚Barremian—早Aptian，受構(gòu)造活動(dòng)和海平面上升等影響，南大西洋南部海水?dāng)?shù)次越過(guò)Wives脊的阻擋，灌入裂谷期湖泊，形成了大范圍的半咸水環(huán)境，為造礁生物繁盛和碳酸鹽富集創(chuàng)造了有利的咸化水介質(zhì)條件[22]。

5 結(jié)論

1) 建立了南大西洋兩岸鹽下裂谷期湖相介形蟲(chóng)化石帶，劃分出12個(gè)介形蟲(chóng)帶(AS1—AS12)，明確了120個(gè)具有年代意義的介形蟲(chóng)標(biāo)志化石，其中西非特有14種，巴西特有41種，兩岸共有種65種。

2) 明確了大坎波斯盆地鹽下裂谷期湖相介形蟲(chóng)的鹽度和古水深標(biāo)志種，指出碳酸鹽沉積期總體為淺湖環(huán)境，且由下到上呈現(xiàn)湖平面下降的趨勢(shì)；同時(shí)，Itapema組貝殼灰?guī)r沉積期為微咸水環(huán)境，Barra Vella組微生物灰?guī)r沉積期為半咸水環(huán)境，并發(fā)現(xiàn)了Cytherideasp.，Pattersoncyprissymmetrica，Pattersoncyprismicropapillosa等半咸水海侵標(biāo)志屬種，指示了至少3期海侵事件。

3) 大坎波斯盆地大規(guī)模湖相貝殼灰?guī)r和微生物灰?guī)r的發(fā)育得益于構(gòu)造抬升、溫—熱的氣候條件和多期海侵事件等多種有利因素的良好匹配。