裂谷与被动陆缘叠合盆地的盐构造与油气成藏——以西非下刚果—刚果扇盆地和宽扎盆地为例

孙自明，何治亮

(中国石化 石油勘探开发研究院，北京　100083)



裂谷与被动陆缘叠合盆地的盐构造与油气成藏
——以西非下刚果—刚果扇盆地和宽扎盆地为例

孙自明，何治亮

(中国石化 石油勘探开发研究院，北京100083)

摘要：西非海岸的加蓬、下刚果—刚果扇和宽扎等盆地均为典型的裂谷与被动陆缘叠合含盐含油气盆地，经历了裂谷期(早白垩世凡兰吟期—巴列姆期)、过渡期(阿普第期—早阿尔必期)和被动陆缘期(早白垩世阿尔必期—现今)3个演化阶段，沉积了裂谷期陆相地层、过渡期蒸发岩和被动陆缘期海相地层3套地层层序。古近纪以来，受非洲大陆隆升和大西洋被动陆缘持续沉降的影响，以过渡期蒸发岩为滑脱层，形成了变形特征迥异的盐上和盐下构造变形层；前者为盖层滑脱型构造，变形强烈，盐构造样式类型多样，从陆向海具有明显的构造分带特征；后者属于基底卷入型构造，变形微弱，基本保持了裂谷盆地的原始构造面貌。盐构造变形不仅控制盐上层系储层发育和圈闭形成，而且盐岩层本身又是盐下层系良好的区域盖层，尤其是盐岩层急剧增厚的深水—超深水地区，客观上对盐下和盐上油气系统具有明显的分隔作用，即盐下层系生成的油气仅在盐下层系运移聚集；但在盐岩层厚度急剧减薄或缺失的浅水至陆上地区，盐窗发育，加之断裂的垂向沟通，盐下油气可以向盐上层系运移并聚集成藏。

关键词：盐构造；油气成藏；裂谷；被动陆缘；叠合盆地；西非海岸

西非海岸的含盐含油气盆地，如加蓬海岸盆地、下刚果—刚果扇盆地和宽扎盆地等，均为典型的裂谷与被动陆缘叠合含盐含油气盆地(图1)，油气资源丰富，是近年来全球油气勘探发现非常活跃的地区之一。该区早期的油气勘探以东部陆上至浅水地区的盐上白垩系为主要目的层系，随着勘探技术的进步，近20 年来在西部深水—超深水地区的古近系和新近系相继获得了一系列重大发现，如Girassol和Greater Plutonio等巨型油气藏等，开辟了油气勘探的新局面。由于该区油气聚集与盐构造关系密切，众多学者对该区地质构造演化、石油地质特征和盐构造样式及形成机制等进行了内容广泛的研究，认识到盐岩层变形及其发育程度对油气分布起着关键作用。本文在西非海岸含盐含油气盆地沉积—构造演化特征总结的基础上，研究了盐构造发育特征，分析了盐构造对油气成藏的控制作用，以期为其他类似裂谷与被动陆缘叠合含盐含油气盆地的油气勘探提供借鉴和参考。

1区域沉积—构造演化

受冈瓦纳大陆的裂解和南大西洋开启的控制，南大西洋中段两岸盆地均经历了裂谷期、过渡期和被动陆缘期3个演化阶段[1-8]。

图1　研究区位置及盐构造分区

晚侏罗世—早白垩世贝利亚斯期属于前裂谷期克拉通演化阶段，南美洲和非洲大陆为一个统一大陆，但在Tristan地幔热柱(距今约130 Ma)的影响下，南美洲和非洲大陆均发生了玄武岩喷发，并在非洲和南美洲大陆之间形成了沃尔维斯脊和里约格兰德脊(Rio Grand Ridge)火山岩带。

早白垩世凡兰吟期—巴列姆期为裂谷期演化阶段，非洲大陆和南美洲大陆间发生陆内裂谷作用，并由南向北发展，形成一系列裂谷盆地及断陷很深的湖泊，沉积了富含有机质的深水湖相泥页岩，形成了西非和南美边缘盆地重要的烃源岩。巴列姆晚期，南美洲与非洲大陆之间的裂谷作用趋于结束，裂谷盆地发生弱反转和区域抬升，地层遭到一定程度的剥蚀。

阿普第期—早阿尔必期为过渡期演化阶段，南美洲与非洲大陆最终破裂，南大西洋开始打开，但受沃尔维斯脊和里约格兰德脊的阻隔，南大西洋中段盆地处于局限沉积环境，总体具有陆间裂谷特征，导致在阿普第期沉积了一套对西非和南美海域均极为重要的蒸发岩地层，其分布区域广、沉积厚度较大，原始沉积厚度一般可达1 000 m，对该区构造变形起着重要的控制作用。

早白垩世阿尔必期—现今为被动陆缘演化阶段，阿尔必期陆架区发育浅水碳酸盐岩沉积，深海区主要为深水泥页岩沉积；至赛诺曼初期，沃尔维斯脊和里约格兰德脊被海水淹没。晚白垩世坎佩尼期—麦斯特里希特期为全球性海平面上升及缺氧环境时期，该区沉积了富有机质的海相泥页岩地层，是西非和南美边缘盆地盐上层系重要的烃源岩。中始新世—中新世(尤其是渐新世)，海平面大幅下降，导致在西非被动陆缘盆地形成规模不等的深水浊积扇沉积，加之非洲大陆的不断抬升和被动陆缘盆地的持续沉降，该区出现明显的重力滑动构造背景。

以区域广泛分布的阿普第期蒸发岩为滑脱层，纵向上划分为特征迥异的盐下裂谷和盐上重力滑动构造2个构造变形层。前者为基底卷入型构造，构造样式以地堑和地垒发育为主要特点，构造变形总体较为微弱，其裂谷盆地原始沉积—构造面貌目前基本没有发生大的变化；后者属于盖层滑脱型构造，变形强烈，盐构造发育(图2)。

2盐构造样式及变形特征

2.1盐构造样式

盐构造指在重力、浮力和区域应力等综合作用下，盐岩或其他蒸发岩发生塑性流动所形成的变形地质体。盐构造是西非海岸含盐盆地最重要的构造类型之一，其构造样式类型多样[10-14]，形态极为复杂，既包括盐岩变形体本身，又包括盐岩变形体周围的其他变形岩层。据此可将盐构造样式划分为盐岩体形态样式和盐相关构造样式2种类型。受西非海岸盆地统一的重力滑动构造背景控制，盐构造样式从东部浅水区向西部深水—超深水区规律性地分布。

图2　西非宽扎盆地地质构造剖面

盐岩体形态样式类型多样，规模不一，从陆向海(自东向西)依次发育盐滚、盐丘、盐株、岩墙、盐枕、盐焊接、断层焊接、盐蓬和厚层块状盐体等；盐相关构造样式依次发育微型旋转断块(或微型盐筏，mini-raft)、旋转断块(或盐筏，raft)、堑—垒构造、龟背斜(turtle anticline)、盐底辟背斜、冲隆构造(pop-up)、盐间微型次盆(mini-basin)和巨厚层盐岩构成的盐推覆体(salt nappe)等(图3)。

在下刚果盆地和宽扎盆地，根据盐构造组合样式特征，自东向西(从陆向海)可划分为东部拉张区、过渡区和西部挤压区(图1)。东部拉张区又可进一步划分为微型盐筏带和盐筏带。微型盐筏带盐岩层厚度较薄，以发育小型或微型倾斜断块为主，这些构造一般平行于岸线方向呈狭长分布，而垂直于岸线方向则较窄，多形成于晚白垩世，第三纪以来不再活动。盐筏带位于微型盐筏带西侧，规模明显增大，并在第三纪持续活动，以致古近系和新近系也参与到了盐筏构造变形之中[10]。一般地，在微型盐筏带与盐筏带之间发育一系列的孤立盐筏，其东西两侧均为古近系—新近系地堑或半地堑围限，地堑处古近系—新近系与盐下白垩系以盐焊接(salt weld)接触，其间缺失盐上白垩系。盐筏带是古近系—新近系滑脱单斜和地堑—地垒构造组合等构造样式发育的主要地区，在一些地方也可见到盐底辟由于盐抽空(withdraw)所形成的地层塌陷和挤压底辟残余构造等。过渡区以盐间龟背斜和盐拱背斜为主，盐拱背斜顶部常发育塌陷构造或小型地堑。在西部挤压区，盐岩层增厚明显，发育盐推覆构造，自东向西可划分为盐篷带和厚盐带，常见盐篷、盐株、岩墙、盐间次盆和厚层块状盐岩体等。此外，由于盐岩活动在东西方向的不均一性，导致在深水—超深水地区产生扭压构造变形，形成冲隆构造。

图3　西非下刚果盆地地质构造剖面

2.2形成期次与变形过程

根据盐构造活动影响的地层层位、盐相关断层两侧的地层厚度变化、盐相关生长地层及接触关系等综合分析，研究区盐构造变形主要发生于阿尔必期—白垩纪末、中—晚渐新世和晚中新世至今的3个地质时期[11-12,15]，具有幕式活动特征。

(1)阿尔必期。早阿尔必期盐岩沉积之后，随着热冷却沉降和沉积物充填，盐构造变形即开始发生。第一次强烈的盐构造活动发生在阿尔必期早期浅海碳酸盐岩沉积之后，主要以地层沿断裂拆离面滑脱形成孤立断块为特征，在拆离作用强烈的靠陆一侧，发育盐筏构造；而前端为挤压环境，断裂较不发育，主要形成一些规模不一的旋转断块、凸起和凹陷等。晚白垩世赛诺曼期—始新世是一个持续时间较长的构造静止期，盐构造活动强度有限，重力滑动作用微弱；整个地区沉积速率很低，以深海凝缩沉积作用和富含有机质的沉积物沉积为主。

(2)早—中渐新世。从渐新世开始，以盐岩层作为底部滑脱层的伸展重力构造变形活跃，沉积速率明显增高。盐构造活动在东部拉张区的小型或微型盐筏区表现特征较不明显，但其西侧的盐筏区和过渡区则较强烈。在小型或微型盐筏区与盐筏区之间形成古近系—新近系组成的旋转断块、盐筏和地堑或半地堑等构造。

(3)晚中新世至现今。在过渡区，盐岩层厚度的横向变化明显，盐底辟垂向活动强烈，同时发育生长地层。

3盐构造对油气成藏的控制作用

3.1控制烃源岩热演化

由于盐岩热导率较常规沉积物高，盐底辟和/或厚层盐岩为热向上传导提供了低热阻路径，盐构造顶部及其附近沉积物比远处同一深度沉积物温度偏高，盐席周围盐下沉积物的温度比远处同一深度沉积物温度低。这一温度变化特点表明，厚层盐岩或盐岩层增厚可以延迟盐下烃源岩的成熟，并可加速盐上烃源岩的成熟。图4为下刚果盆地盐下Bucomazi组烃源岩与盐上Iabe组烃源岩成熟度指标(Tmax)与深度的关系，显示出盐下烃源岩趋势线的斜率明显大于盐上烃源岩趋势线的斜率，表明在同样的成熟度(Tmax)条件下，盐上烃源岩需要的埋藏深度比盐下烃源岩要小。

图4　西非下刚果—刚果扇盆地烃源岩Tmax统计

3.2控制盐上储层发育和分布

主要表现在2个方面：一是盐筏构造控制其上高能碳酸盐岩相带的发育和分布，在重力驱动下，阿尔必期碳酸盐岩地层沿盐岩拆离面伸展滑动，形成一系列旋转断块，其顶部的局部低凸起是高能碳酸盐岩发育的良好部位，岩性主要为颗粒滩相碳酸盐岩[16]，而其周围的构造低洼部位则以相对低能的滩间与潟湖相沉积为主，岩性主要为泥岩和泥灰岩等(图5)；二是盐构造对古近纪—新近纪浊积水道发育和砂体分布的控制，根据古近纪—新近纪浊积水道和浊积水道砂体与盐构造的分布关系，可将浊积水道划分为限制、改道和封堵等多种类型[17]，体现出盐构造对古近纪—新近纪浊积水道和浊积水道砂体发育和分布的控制。

图5　阿尔必期沉积时期盐筏构造

图6　西非下刚果盆地东部油气运移聚集示意

3.3控制盐上圈闭分布

阿普第期盐岩的差异流动能够形成数量众多的构造圈闭，由于盐岩活动造成拉张和挤压构造分区，圈闭类型也具分带特征。在微型盐筏带和盐筏带，主要圈闭类型为旋转断块；在过渡区和挤压区，圈闭类型主要为各类盐构造与古近纪—新近纪浊积水道砂体形成的构造—岩性复合圈闭。

4.4控制油气运移和聚集

西非海岸含盐盆地普遍发育盐下裂谷盆地陆相烃源岩和盐上被动陆缘盆地海相烃源岩[18-20]。盐下烃源岩如下刚果盆地的Bucomazi组和宽扎盆地的Cuvo组等，在深水—超深水地区已达成熟至过成熟演化阶段，而盆地东部浅水地区尚未成熟，在宽扎盆地陆上地区也已达到成熟演化阶段。盐上烃源岩在下刚果盆地和宽扎盆地热演化程度差别较大。在下刚果盆地为Iabe组，这套烃源岩在深水—超深水地区已达到成熟演化阶段，局部地区达到过成熟演化阶段，成为盐上白垩系和古近系—新近系目的层的主力烃源层系；而在东部陆上—浅水地区则处于未成熟热演化阶段。宽扎盆地的这套烃源岩为Binga组等，在陆上和海域的大部分地区均未成熟。

区域上，盐岩层是盐下层系油气成藏组合的良好区域盖层，客观上对盐下和盐上油气系统具有严格的分隔作用，尤其是盐岩层较厚或厚度急剧增大的深水—超深水地区，这种分隔作用更为突出，导致盐下烃源岩生成的油气仅能在盐下层系聚集成藏，如宽扎盆地的Denden-1(9区块)、Baleia-1A(20区块)、Cameia-1(21区块)和Azul-1(23区块)等油气藏，均属于盐下自生自储油气藏。但由于盐构造变形导致盐岩层厚度在靠陆一侧急剧减薄，形成大量盐窗，加之断裂的垂向沟通，盐下烃源岩生成的油气可以通过盐窗或/和断裂向盐上层系运移形成他源油气藏(图6)。在下刚果盆地东部浅水地区，Takula等盐上白垩系巨型油气藏[21]，经油源对比，均表明盐上白垩系储层的油气来自盐下Bucomazi组湖相烃源岩。

4结论

(1)西非海岸含盐含油气盆地均为典型的裂谷与被动陆缘叠合盆地，经历了裂谷期、过渡期和被动陆缘期演化阶段，形成了盐下裂谷、盐岩和盐上被动陆缘3大地层层序。盐岩层的发育和强烈变形对该区盐上层系构造变形具有重要影响。

(2)盐构造是西非海岸含盐盆地最重要的构造类型之一，可分为盐体形态样式和盐相关构造样式2大类型。受统一的重力滑动构造背景控制，盐构造样式从东部陆上—浅水区向西部深水—超深水区具有规律性地分布。根据盐构造组合样式，自东向西可划分为东部拉张区、过渡区和西部挤压区等3个应力区，以及微型盐筏、盐筏、盐底辟、盐篷和盐推覆体等5个构造变形带。盐构造变形主要发生在阿尔必期、早—中渐新世和晚中新世至现今的3个地质时期，幕式活动特征明显。

(3)盐构造对盐上白垩系高能碳酸盐岩相带的发育和古近系—新近系浊积岩储层的分布具有控制作用，可以形成不同类型的构造圈闭和地层—岩性圈闭。盐岩层是盐下油气成藏组合的良好区域盖层，客观上对盐下和盐上油气系统具有分隔作用，尤其是厚盐层或盐岩层增厚的深水—超深水地区，不仅能够抑制盐下并加速盐上烃源岩的成熟，而且这种分隔作用更为突出，形成盐下自生自储油气藏。而在盐岩层厚度急剧减薄的陆上和浅水地区，盐窗大量发育，加之断裂发育，盐下油气可以沿盐窗和/或断裂运移至盐上层系，形成他源油气藏。

参考文献:

[1]冯杨伟,屈红军,张功成,等.西非被动大陆边缘构造—沉积演化及其对生储盖的控制作用[J].海相油气地质,2010,15(3):45-51.

Feng Yangwei,Qu Hongjun,Zhang Gongcheng,et al.Tectonic-sedimentary evolution and its control on source-reservior-cap rocks in passive continental margin,West Africa[J].Marine Origin Petroleum Geology,2010,15(3):45-51.

[2]汪伟光,童晓光,张亚雄,等.南大西洋重点被动大陆边缘盆地油气地质特征对比[J].中国石油勘探,2012,17(3):62-69.

Wang Weiguang,Tong Xiaoguang,Zhang Yaxiong,et al.Features of major passive continental margin Basins,South Atlantic Ocean[J].China Petroleum Exploration,2012,17(3):62-69.

[3]胡湘瑜.西非被动大陆边缘盆地群大油气田形成条件与成藏模式[J].现代地质,2013,27(1):133-142.

Hu Xiangyu.Major oil and gas fields formation conditions and accumulation models of West African passive continental margin basins[J].Geoscience,2013,27(1):133-142.

[4]冯国良,徐志诚,靳久强,等.西非海岸盆地群形成演化及深水油气田发育特征[J].海相油气地质,2012,17(1):23-28.

Feng Guoliang,Xu Zhicheng,Jin Jiuqiang,et al.Basin evolution and development characteristics of deepwater oil and gas fields in coastal basins,West Africa[J].Marine Origin Petroleum Geo-logy,2012,17(1):23-28.

[5]熊利平,王骏,殷进垠,等.西非构造演化及其对油气成藏的控制作用[J].石油与天然气地质,2005,26(5):641-646.

Xiong Liping,Wang Jun,Yin Jinyin,et al.Tectonic evolution and its control on hydrocarbon accumulation in West Africa[J].Oil & Gas Geology,2005,26(5):641-646.

[6]McHargue T R.Stratigraphic development of Proto-South Atlantic rifting in Cabinda,Angola:A petroliferous lake basin[M]//Katz B J.Lacustrine basin exploration:Case studies and modern analogs.Tulsa:AAPG,1990:307-326.

[7]Brice S E,Cochran M D,Pardo G,et al.Tectonics and sedimentation of the South Atlantic rift sequence:Cabinda,Angola[M]//Watkins J S,Drake C L.Studies in continental margin geology.Tulsa:AAPG,1982:5-18.

[8]Valle P J,Gjelberg J G,Helland-Hansen W.Tectonostratigraphic development in the eastern Lower Congo Basin,offshore Angola,West Africa[J].Marine and Petroleum Geology,2001,18(8):909-927.

[9]Guevara M,Hawkins L,Joaquim L,et al.Structural development and depositional history of the Lower Congo and Kwanza Basins Salt Tectonic Province,Angola[C]//AAPG international confe-rence and exhibition.Rio de Janeiro:AAPG,2009.

[10]Duval B,Cramez C,Jackson M P A.Raft tectonics in the Kwanza Basin,Angola[J].Marine and Petroleum Geology,1992,9(4):389-404.

[11]Fort X,Brun J P,Chauvel F.Salt tectonics on the Angolan margin,synsedimentary deformation processes[J].AAPG Bulletin,2004,88(11):1523-1544.

[12]Spathopoulos F.An insight on salt tectonics in the Angola Basin,South Atlantic[M]//Alsop G I,Blundell D J,Davison I.Salt tectonics.London:Special Publication of Geological Society,1996:153-174.

[13]Marton L G,Tari G C,Lehmann C T.Evolution of the Angolan Passive Margin Basin,West Africa,with emphasis on post-salt structural styles[M]//Mohriak W,Taiwani M.Atlantic rifts and continental margins : Geophysical Monograph Series 115.[S.l.]:American Geophysical Union,2000:129-149.

[14]李涛,胡望水,于水,等.西非被动大陆边缘重力滑脱构造体系下的塑性构造[J].海洋地质与第四纪地质,2012,32(3):69-76.

Li Tao,Hu Wangshui,Yu Shui,et al.Ductile structures in gravitational decollement structure system at passive continental margin of West Africa[J].Marine Geology & Quaternary geology,2012,32(3):69-76.

[15]Hudec M R,Jackson M P A.Regional restoration across the Kwanza Basin,Angola:Salt tectonics triggered by repeated uplift of a metastable passive margin[J].AAPG Bulletin,2004,88(7):971-990.

[16]赵灿,郑荣才,于水,等.下刚果盆地A区块下白垩统阿尔布阶混积相研究[J].岩性油气藏,2011,23(3):84-90.

Zhao Can,Zheng Rongcai,Yu Shui,et al.Study on mixed sedimentary facies of Lower Cretaceous Albian in block A of Lower Cong Basin[J].Lithologic Reservoirs,2011,23(3):84-90.

[17]Anderson J E,Cartwright J,Drysdall S J,et al.Controls on turbidite sand deposition during gravity-driven extension of a passive margin:Examples from Miocene sediments in Block 4,Angola[J].Marine and Petroleum Geology,2001,17(10):1165-1203.

[18]Katz B J,Mello M R.Petroleum systems of South Atlantic marginal basins:An overview[M]//Mello M R,Katz B J.Petroleum systems of south atlantic margins.Tulsa:AAPG,2000:1-13.

[19]郑应钊,何登发,马彩琴,等.西非海岸盆地带大油气田形成条件与分布规律探析[J].西北大学学报(自然科学版),2011,41(6):1018-1024.

Zheng Yingzhao,He Dengfa,Ma Caiqin,et al.The forming factors and distribution rules of giant oil and gas fields in the coas-tal basins of West Africa[J].Journal of Northwest University(Natural Science Edition),2011,41(6):1018-1024.

[20]杨永才,张树林,孙玉梅,等.西非宽扎盆地烃源岩分布及油气成藏[J].海洋地质前沿,2013,29(3):29-36.

Yang Yongcai,Zhang Shulin,Sun Yumei,et al.Source rock distribution and petroleum accumulation in Kwanga Basin,West Africa[J].Marine Geology Frontier,2013,29(3):29-36.

[21]Dale C T,Lopes J R,Abilio S.Takula oil field and the Greater Takula area,Cabinda,Angola[M]//Halbouty M T.Giant oil and gas fields of the decade 1978-1988.Tulsa:AAPG,1992:197-215.

(编辑徐文明)

Salt tectonics and its relationship to hydrocarbon accumulation in salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section:A case study of the Lower Congo-Congo Fan basins and the Kwanza Basin in West Africa

Sun Ziming, He Zhiliang

(SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

Abstract:The West African coastal basins, such as the Gabon Coastal Basin, Lower Congo Basin and Kwanza Basin, are typical oil-bearing salt basins with a lower rifted section and an upper continental marginal section. Three evolution stages can be identified in those basins, including a rifting period (the Early Cretaceous Valanginian to Barremian), a transitional period (Aptian to the early Albian) and a passive continental margin period (the early Cretaceous Albian to present), thus developing three tectono-sedimentary sequences from base to top: pre-salt, evaporites, and post-salt. On one hand, under the influence of the uplifting African craton and the continuing subsidence of the Atlantic passive margin from Paleogene to present, and taking the evaporite layer as a detachment, a gravity gliding tectonic deformation layer was formed in the post-salt sequence. This layer represents a cover-detached structure with complex deformation, various salt structural styles, and obvious tectonic zonation from east to west. On the other hand, tectonic deformation in the pre-salt tectono-sedimentary sequence was very weak, therefore, basement-related geological structures generally remained unchanged since South America and Africa separated some 165 million years ago. Salt tectonics controlled the formation and distribution of post-salt reservoirs and traps. At the same time, the salt layer works as a good regional seal for the subsalt sequence that can be interpreted as a boundary between post-salt and pre-salt petroleum systems. Therefore, in general terms, oil and gas generated in the subsalt petroleum system can only migrate and accumulate locally, particularly in deep to ultra-deep water areas where the salt strata have been thickened. However, in shallower water areas, where salt thickness was dramatically thinned or missing, subsalt oil and gas may migrate into the post-salt sequence through salt windows and/or connecting faults. Existing near-shore post-salt fields in West Africa provide support for this migration and accumulation process.

Keywords:salt tectonics; hydrocarbon; rift; passive margin; superimposed basin; West Africa

文章编号：1001-6112(2016)03-0287-06

doi：10.11781/sysydz201603287

收稿日期：2015-11-27；

修订日期：2016-04-08。

作者简介：孙自明(1964—)，男，博士，高级工程师，从事油气勘探和盆地构造分析研究。E-mail：sunzm.syky@sinopec.com。

基金项目：中国石化科技项目“安哥拉深水区块勘探潜力与目标评价技术研究”(P11061)资助。

中图分类号：TE121.1

文献标识码：A