东地中海孤立碳酸盐台地沉积建造与油气成藏

温志新，童晓光，高华华，王兆明，陈瑞银，宋成鹏，贺正军，刘祚冬，康海亮

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034）

0 引言

孤立台地是指以碳酸盐岩沉积建造为主、被深海所包围、地形平坦的平台，台地周缘以陡坡或陡崖与深海或深湖过渡，现代沉积中的典型代表为加勒比海域的巴哈马台地[1-2]。由于孤立台地四周紧邻烃源岩易形成大型整装生物礁油气藏，在油气勘探中备受重视。2015年以来，东地中海埃拉托色尼海山（ESM）周缘深水孤立生物礁体勘探取得 Zohr、Calypso、Glaucus和Onesiphoros 4个油气发现，最大规模气田地质储量高达8 500×108m3，且探井技术成功率为100%[3-5]，预示着该区孤立碳酸盐台地良好的勘探前景。较南大西洋两岸、墨西哥湾等热点地区，东地中海深水领域勘探程度更低。受海上地震技术、认识程度低等因素影响，前人对该领域研究主要集中在区域地质[6-21]以及仅有的 Tamar、Leviathan和 Zohr等几个发现[3-5]，对东地中海深水特别是埃拉托色尼海山及其周缘孤立状礁体的形成条件、分布规律、沉积建造及其与油气成藏的关系等方面的研究尚显不足，下一步勘探方向不明确。本文基于塞浦路斯海域二维地震精细解释，开展区域成盆演化、盆地结构及沉积充填差异分析，结合已发现油气藏解剖，建立不同成藏模式，探讨该区有利成藏组合及下步勘探方向，以期为战略选区及新项目评价提供借鉴。

1 埃拉托色尼海山（ESM）等孤立台地的形成演化过程

东地中海位于欧亚板块与非洲-阿拉伯板块的交会处，为新特提斯洋关闭而形成的残留洋盆[7-8,16-20]，属于特提斯构造域[7-8,16-20]（见图 1）的一部分。东地中海塞浦路斯—希腊岛弧带以北为卷入阿尔卑斯造山带的“沟-弧-盆”增生体系，中部即塞浦路斯岛南部深水发育的一个呈北东—南西向展布的椭圆形埃拉托色尼海山（ESM），本文将这座海山及其周缘称之为埃拉托色尼海山盆地（ESMB），其北侧与塞浦路斯岛发生碰撞，南侧为尼罗河三角洲盆地，东西两侧分别为黎凡特盆地和希罗多德盆地（见图1）。研究认为ESM等孤立台地，早期都属于从非洲-阿拉伯板块上裂解出来的微陆块，与新特提斯洋的形成与收缩休戚相关，其构造演化经历了陆内裂谷、陆间裂谷、被动漂移和后期改造 4个演化阶段，其中后期改造包括了俯冲消减期、初始碰撞期和碰撞改造期这3个阶段（见图2）。

图1 东地中海及周缘现今构造单元划分与资料点分布

1.1 中三叠世—早侏罗世陆内裂谷阶段

中三叠世—早侏罗世陆内裂谷阶段，形成ESM等系列垒式断块。中三叠世—早侏罗世非洲-阿拉伯大陆北缘进入主要裂解期（见图2a）。在现今土耳其南缘、叙利亚西北部和塞浦路斯岛发育有大量三叠系板内玄武岩[20]，埃及和黎凡特边缘北东—南西向展布的伸展断裂和岩浆活动广泛发育，钻井揭示黎凡特边缘现今海岸处下侏罗统厚度超过3 km[16-17]，表明该时期图哈罗德—安纳托利亚板块、埃拉托色尼等微陆块开始与当时的非洲-阿拉伯板块北缘发生裂解[16-23]，当时处于非洲-阿拉伯大陆北缘的尼罗河三角洲、黎凡特等系列盆地属于一个大的裂谷盆地，处于陆内裂谷阶段[16-17]，形成垒堑相间的构造格局，其中ESM为最大的垒式断块（见图2a）。

1.2 中侏罗世陆间裂谷阶段

中侏罗世陆间裂谷阶段，ESM等垒式断块开始形成孤立台地。中三叠世—早侏罗世持续伸展裂陷作用，导致中侏罗世图哈罗德—安纳托利亚板块与非洲-阿拉伯板块之间出现窄洋壳，新特提斯洋南部张开，形成陆间裂谷盆地，洋壳出现在ESM海山以北一线，大致平行于现今的塞浦路斯弧[23-27]，南部ESM盆地、尼罗河三角洲盆地和东部的黎凡特盆地下部依然呈地堑-地垒相间分布[28-31]，这与重磁和地震折射资料所揭示的该区基底为强烈减薄的陆壳相一致[23-27]，表明新特提斯裂解并未导致该区原来的裂谷生成大洋扩张脊（见图2b）。此时ESM等垒式古凸起在海洋中呈孤立状分布，远离陆源碎屑影响，加上温暖潮湿气候，开始碳酸盐岩沉积建造[10-15]（见图2b）。

1.3 晚中侏罗世—晚白垩世土伦期漂移阶段

晚中侏罗世—晚白垩世土伦期漂移阶段，形成开阔被动陆缘盆地，ESM等孤立台地继承性发育。中侏罗世巴通期—晚白垩世土伦期是潘基亚超大陆解体的主要时期[16-17]，欧亚大陆与冈瓦纳大陆的分离使南新特提斯洋的扩张进一步加强，表现在图哈罗德—安纳托利亚板块随着南新特提斯洋的扩张而快速向北漂移，并于晚白垩世土伦期漂移至N15°左右[21]，也是南新特提斯洋扩展高峰期（见图2c）。整个漂移阶段，ESM等孤立台地建造只在晚侏罗世提塘期随海平面下降遭受暴露剥蚀外，一直呈继承性发育，中侏罗世巴通期—晚白垩世土伦期埃拉托色尼微陆块于裂谷层系之上发育了浅水碳酸盐台地沉积建造，这已被大洋钻探ODP967所证实[10-15]（见图2c）。

1.4 晚白垩世森诺期以来反转改造阶段

晚白垩世森诺期以来，随着南新特提斯洋逐渐消减闭合，ESM等孤立台地受到不同程度的反转改造。晚白垩世森诺期南新特提斯洋开始向北俯冲消减[15,18-20,32-34]，形成沟-弧-盆体系[10,16-17,19-20,32-34]（见图2d）。白垩纪末，受俯冲作用的影响，非洲-阿拉伯大陆北缘遭受了北西—南东向挤压，导致了新特提斯伸展断裂的挤压反转，形成了著名的叙利亚岛弧褶皱带[6-7,35]。伴随着晚白垩世森诺期的俯冲作用，该区相对海平面大幅上升，使得ESM等浅水台地被淹没，开始发育深水泥灰岩沉积[10-15]（见图2d）。

古近纪随着南新特提斯洋向北继续俯冲消减[36-37]，埃拉托色尼等微陆块依然发育淹没台地相沉积[10-15]（见图2d）。

早中新世阿拉伯板块与欧亚板块碰撞作用加剧[28-30]，俯冲带南迁使得埃拉托色尼微陆块发生区域隆升[10-20]，同时在相对海平面下降的共同作用下，埃拉托色尼等微陆块再次发育浅水台地相沉积，这已被大洋钻探Leg160井和Zohr1井所证实[3,10-15]。

中新世末梅西期直布罗陀海峡的关闭切断了地中海与大西洋水体的连通，在干燥炎热的气候下，东地中海蒸发干涸，沉积了厚达上千米的蒸发盐岩，而黎凡特和埃及边缘以及埃拉托色尼微陆块发生暴露剥蚀[38-40]（见图2e）。该时期俯冲板片发生拆离[41]，板块汇聚方式由俯冲转变为水平挤压碰撞，而埃拉托色尼微陆块与塞浦路斯岛弧也开始发生碰撞（见图2e）。早上新世直布罗陀海峡的打开使得东地中海恢复了深海沉积环境，埃拉托色尼微陆块被深水所淹没，并开始发育深水细粒沉积，而黎凡特和埃及边缘亦结束了碳酸盐岩沉积的历史[28-30,38-40]（见图2f）。

图2 ESM等孤立碳酸盐台地构造演化模式（剖面位置见图1）

2 ESM等孤立碳酸盐台地沉积建造与分布

基于对ESM等孤立台地形成演化过程的认识，开展了东地中海深水即塞浦路斯南部海域 6 770 km二维地震资料的精细解释，以上白垩统土伦阶顶部构造为基础，将塞浦路斯海域划分为埃拉托色尼隆起（埃中隆起带）、埃西凹凸相间构造带、埃东坳陷带、埃南凹凸相间构造带和埃北逆冲推覆构造带等 5个一级构造单元（见图 3），利用地震相识别出埃拉托色尼隆起带和埃西、埃南构造带中的凸起全部为孤立状碳酸盐台地。地震相对比分析发现，不同古地貌环境形成了单个点礁、单个环礁和多个礁滩复合体3类孤立台地沉积建造。

2.1 ESM等孤立台地沉积建造

2.1.1 ESM大型孤立台地

ESM大型孤立台地主要形成礁滩复合体建造。中侏罗世巴柔期，东地中海新特提斯裂解进入陆间裂谷阶段，埃拉托色尼垒式陆块面积约8 750 km2，周边为深水环绕，地处赤道附近，在大型古隆起基底之上开始发育大型孤立碳酸盐台地沉积建造。利用地震资料从下至上可以识别出两期浅水碳酸盐岩沉积建造，以多个礁滩复合体沉积建造模式为主。

第1期中生界浅水碳酸盐台地反射波组（H2—H3）内部呈现为低频、强振幅、中连续反射特征，且横向上有丘状与亚平行反射结构间隔发育特征（见图 4）。该反射波组代表了中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶，其中多个丘状反射为单个礁体建造，亚平行反射为礁间颗粒滩充填（见图4）。形成这种宽阔台地上礁体多个点状分布和礁间颗粒滩充填的原因为：由于ESM海山在裂谷期末期属于大型古隆起，其上发育小型垒堑结构导致地势高低不平，较高处易形成礁体建造，而具有宽缓斜坡的古隆起构造背景导致ESM孤立台地边缘礁不发育，波浪可以进入台地内侵蚀改造生物礁体，从而在礁间低洼处形成高能颗粒滩相沉积充填（见图4）。这套浅水碳酸盐岩整体上沉积具有轴部增厚两翼明显减薄的特征，轴部最厚可达1 500 m，这与孤立台地随着水深增加而在轴部高部位发生快速垂向加积型碳酸盐岩沉积建造特征一致。值得注意的是，一个区域分布的强反射界面将中生界浅水台地分为上下两套反射波组，下反射波组代表了厚度较为均一的浅水台地，而上反射波组所代表的浅水台地则表现出由轴部向两翼明显减薄的特征（见图 4）。在该强反射界面之上可识别出底超反射特征（见图4），结合上反射波组的厚度特征，可知该强反射界面代表了一个海侵界面：在下反射波组代表的浅水台地沉积末期发生了一期海侵事件，台地沉积范围明显由两翼向轴部收缩，随后随着台内生物礁在轴部高部位的快速沉积建造以及波浪的侵蚀改造，来自轴部的生物碎屑开始向两翼进积沉积（见图4）。另外，在该套浅水台地地层之上为一套厚度大的高频、空白反射，属于上白垩统森诺阶—古近系。位于埃拉托色尼海山北翼的ODP967井钻遇了上白垩统和始新统，厚度约为 300 m（见图5），揭示为一套富有机质纹层状泥灰岩沉积，并发育有大量生物钻孔和浮游有孔虫（见图 6a、图 6b），同时夹有硅质燧石条带，具有淹没台地相深水低能环境沉积的特点[10-15]（见图 5），按反射时间及构造位置推算，可能对应于H3界面之上空白反射地层（见图4），属于深水细粒沉积充填。

图4 ESM孤立碳酸盐台地地震相分析（剖面位置见图1）

第2期中新统浅水碳酸盐台地（H5—H6）与第1期相比有两点不同：①厚度明显变薄且趋于一致，大洋钻探 ODP966井钻穿整套中新统的厚度仅为 186 m[10-15]（见图5）；②连续性明显变好，大洋钻探ODP966井和 ODP965井揭示该区中新统为颗粒灰岩、泥粒灰岩和粒泥灰岩互层（见图5），以生物碎屑滩为主（见图6c—图6d），可见珊瑚生物碎屑[10-15]（见图6c），其响应于一套低频、强振幅、连续平行反射特征（见图4）。究其原因，与中新世埃拉托色尼浅水孤立台地于中新世末梅西期的暴露剥蚀导致厚度薄且趋于一致有关，再加上大型宽缓斜坡上波浪改造作用形成生物碎屑滩，使地震连续性变好。

图5 大洋钻探ODP966井—ODP965井—ODP967井—ODP968井南北向连井沉积剖面（剖面位置见图1）

图6 ESM孤立台地显微与宏观岩石学特征（据文献[14]）

中新世梅西期的暴露剥蚀作用终止了埃拉托色尼的浅水台地沉积建造，形成了该区中新统顶部的区域构造不整合界面，其在地震剖面上响应于一个强反射界面H6（见图4）。上新世以来，该区发育了深海相细粒沉积（见图5），其响应于一套弱振幅、高频、平行连续反射（见图4）。

2.1.2 埃南孤立台地

中侏罗世巴柔期，新特提斯陆内裂谷阶段结束，在埃南较ESM更小的垒式断块之上开始发育浅水碳酸盐台地沉积建造（见图 7）。最早一期浅水台地沉积建造地质时期与ESM第1期大致相当，但沉积建造样式有所不同，受中—小型古构造高点控制，主要发育单个点礁和单个环礁两种类型。单个点礁一般位于相对狭窄的小型垒式断块上，为典型的丘状反射，是沿古地貌高点继承性加积建造所致（见图 7）。单个环礁一般位于面积较大且地势相对平缓的台地上，具有台地边缘厚和台内薄的沉积特征，地震剖面上可见台缘高能礁滩相带对应的丘型杂乱反射和台内低能静水潟湖相带对应的亚平行连续反射（见图7）。环台地边缘发育有高能生物礁相带（见图 7），这已被 Zhor井和Calypso1井所钻遇的白垩系优质生物礁储集层所证实[4]。

晚白垩世，埃南孤立台地被深水所淹没，并一直持续到了渐新世（见图 7）。地震剖面揭示台地边缘丘型反射特征不明显，沉积充填了淹没台地相泥岩与泥灰岩，地震剖面可见该淹没台地相沉积的顶界为一个平坦的反射界面（H5）（见图7）。

中新世，埃南孤立台地再次发育了浅水台地建造，其依然为单个点礁和环礁地震反射模式（见图7），并已被Zohr1井、Calypso1井和Glaucus-1井所证实[3-5]。该期与ESM第2期浅水台地沉积建造大致相当，但最大厚度超过800 m，且顶部为中新世末梅西期蒸发盐岩覆盖。

中新世末梅西期，东地中海干涸引起的蒸发盐岩的发育结束了埃南孤立台地的沉积建造历史，也导致了埃南孤立台地被埋藏（见图 7）。上新世以来，该区发育了深海相细粒岩沉积，在地震剖面上为一套弱—中振幅、高频、平行连续反射（见图7）。

图7 埃南孤立碳酸盐台地地震相分析（剖面位置见图1）

2.1.3 埃西孤立台地

由于埃西凹凸相间构造带与埃南凹凸相间构造带经历了相同的构造演化过程，因此二者的凸起构造具有相同的孤立台地形成构造条件和台地沉积建造过程。与埃南孤立台地相似，在陆内裂谷期形成的垒式断块之上，埃西孤立台地发育了中生界（中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶）和中新统两套单个环礁和点礁型孤立浅水台地沉积层系，其间夹有一套淹没台地相深水沉积层系（见图 8）。在地震剖面上，埃西孤立浅水台地与埃南孤立浅水台地具有相似的地震相反射特征，即发育响应单个点礁的丘型杂乱反射（见图8）或单个环礁的台缘丘型杂乱反射和台内平行连续反射。在埃西中新统孤立浅水台地之上，亦发育有代表梅西阶蒸发盐岩的一套空白、杂乱反射，表明梅西期埃西孤立台地被厚层蒸发盐岩所埋藏，从而结束了碳酸盐台地沉积建造的历史（见图 8）。上新世以来，埃西构造带亦发育了深海相细粒岩沉积（见图8）。

图8 埃西孤立碳酸盐台地地震相分析（剖面位置见图1）

2.2 孤立碳酸盐台地时空分布特征

中三叠世—早侏罗世，在北西—南东向的新特提斯裂解下，东地中海深水区形成了一系列北东—南西向展布的垒式断块，ESM为其中最大的垒式断块。裂解结束后，在缺乏陆源碎屑注入的深海沉积环境背景下，这些垒式断块因高的古地貌位置而开始发育孤立碳酸盐台地沉积建造。由此可知，新特提斯裂解期形成的垒式断块是随后漂移期发育孤立碳酸盐台地的先决条件，由此也控制了东地中海深水区孤立碳酸盐台地的分布。

地震相分析发现（见图9—图10），埃中隆起带、埃南凸起和埃西凸起上孤立台地普遍发育。横向上，受不同古构造环境控制，形成 3类浅水孤立碳酸盐台地沉积建造：一是埃西和埃南小型狭窄低凸起上形成单个点礁型，二是埃西和埃南中型开阔平缓低凸起上形成单个环礁型，三是埃中大型平缓开阔隆起上形成多个礁滩复合体型聚集。纵向上，埃中礁滩复合体型孤立台地以及埃南和埃西单个点礁型台地和单个环礁型台地上均发育了中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶和中新统两期浅水台地沉积建造。值得注意的是埃中多个礁滩复合体型台地发育于大型平缓开阔古隆起之上，并在中新世末期发生挤压抬升，因此受波浪改造作用控制的生物碎屑滩相对发育。

图9 塞浦路斯南部海域中生界孤立碳酸盐台地分布特征

图10 塞浦路斯南部海域中新统孤立碳酸盐台地分布特征

3 孤立碳酸盐台地与油气成藏

基于东地中海塞浦路斯海域 3类孤立碳酸盐台地时空分布特征，结合区域生、储、盖层条件，确定了埃中、埃西、埃南 3大有利油气成藏带，指明了有利勘探方向与目标（见图11）。

3.1 ESM海山大型孤立台地

ESM海山大型孤立台地多个礁滩复合体成藏带，下部中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶成藏组合勘探潜力大。ESM大型孤立台地发育两套储集层，从上至下包括中新统和中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶礁滩复合体建造，其中大洋钻探钻遇浅层的中新统，未发现油气，主要原因是埋藏太浅，缺乏有效盖层。潜在目标为下部的中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶礁滩复合体建造，基于地震相类比预测这套礁滩复合体储集物性好，发育规模大，并具有平面连片、纵向叠置的分布特征（见图11）。虽然缺乏中新世末期盐盖层，但该套储集层之上被厚层深水细粒泥质灰岩和灰质泥岩所覆盖（见图11）。有两类有效烃源岩供给：一类是被南部Zhor大发现所证实的浅层生物气，主要来自于ESM隆起之上及其周缘埋深小于3 000 m左右的未熟烃源岩层系；另一类为热成因气，主要来自ESM海山及其周缘埋藏较深的成熟烃源岩，主要包括三叠系—侏罗系海相页岩[42]（见图11）。再加上ESM海山为继承性发育的古隆起，与生物礁体形成大型构造-地层圈闭，构造幅度超过1 500 m，自始至终都是油气运聚富集区，能够形成中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶成藏组合（见图11）。而且，该成藏组合埋藏适中，储集层厚度大、分布广，再加上古隆起背景下滩体较发育，储集层连通性好，具有形成整装巨型气田的地质条件（见图11）。

图11 ESM等孤立碳酸盐台地油气成藏模式（剖面位置见图1）

3.2 埃南中小型台地

埃南中小型单个礁体独立成藏带，单个点礁和单个环礁均能形成大气田。埃南凹凸相间构造带只发育单个小型点礁和单个中型环礁，成藏带发育中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶和中新统两套成藏组合（见图11）。下部中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶生物礁成藏组合被上白垩统森诺阶—渐新统泥灰岩盖层直接覆盖，之下与三叠系—下侏罗统裂谷系浅海相烃源岩通过断裂沟通，形成了下生中储上盖的优越生储盖组合（见图11）。泥灰岩盖层的发育代表了中生界生物礁圈闭的形成时间，即渐新世。该生物礁圈闭自形成之后一直处于构造高部位，是油气运移的长期有利指向区（见图11）。该区下中生界主力烃源岩的生排烃高峰期晚于圈闭形成的时间，保证了圈闭的有效性。三叠系—下侏罗统裂谷系浅海相烃源岩和中侏罗统—上白垩统深海相烃源岩生成的油气分别经断裂带和斜坡带不断充注到该区中生界台缘生物礁圈闭，使其形成大型的油气富集带（见图11）。上部中新统生物礁储集层被厚层梅西阶蒸发盐岩所直接覆盖，形成了极佳的储盖组合（见图11）。位于台缘两侧凹陷区的渐新统—中新统烃源岩是中新统台缘生物礁圈闭的主力烃源岩，其以陆源有机质为主，现处于大量生成生物气的未成熟—低成熟的热演化阶段[42]。这些生物气沿斜坡带不断运移至位于构造高部位的中新统台缘生物礁圈闭，而前渐新统烃源岩生成的热成因气也可充注到该圈闭，从而形成了大型的天然气富集带（见图11）。厚层致密的盐岩盖层对天然气藏有极强的封盖作用，防止了天然气的大规模逸散，对该天然气富集带的成藏具有至关重要的作用（见图11）。该成藏带优越的成藏条件已经被勘探所证实，目前所钻遇的 4个独立礁体，其中Zohr和Calypso两个独立环礁发现天然气地质储量分别为 8 500×108m3，1 150×108m3，Glaucus 和Onesiphoros两个独立点礁体发现天然气地质储量分别为1 400×108m3，140×108m3，不论哪种孤立型礁体均具有形成大气藏的地质条件。

3.3 埃西中小型台地

埃西构造带上中小型单个礁体与埃南一样，具有良好的勘探前景。埃西凹凸相间构造带与埃南凹凸相间构造带同时形成，具有相同的沉积建造过程。地震识别出系列独立点礁体和环礁体（见图8），类比认为具有相同的成藏条件。虽然目前尚未钻探，预测同样具有良好的勘探前景。

4 结论

东地中海ESM等系列孤立碳酸盐台地形成演化与新特提斯洋的开合休戚相关，其构造背景为中三叠世—早侏罗世陆内裂谷阶段从非洲-阿拉伯板块上裂解出来的垒式断块，经过中侏罗世陆间裂谷阶段、晚中侏罗世—晚白垩世土伦期被动漂移阶段和晚白垩世森诺期—中新世俯冲消减阶段继承性碳酸盐岩沉积建造，晚中新世梅西期以来受新特提斯洋关闭影响发生中轻度反转改造，目前仍处于被动大陆边缘盆地阶段。

受不同古构造背景控制，在ESM海山及其周缘发育 3类孤立台地：一是小规模狭窄垒式断块所控制的单个点礁型孤立台地，二是中等规模宽缓垒式断块所控制的单个环礁型孤立台地，三是大规模宽缓古隆起控制形成的多个礁滩复合体型孤立台地。前两类在埃南和埃西凸起上普遍发育，第3类只分布于ESM海山之上。纵向上，受海平面升降影响，ESM古隆起以及埃南和埃西凸起上均发育了中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶和中新统两套礁体建造。

埃南凸起控制形成的单个点礁型孤立台地和单个环礁型孤立台地已被钻井证实具有优越的天然气成藏条件，目前埃南和埃西尚有系列类似孤立台地还未钻探。埃中隆起带上多个礁滩复合体型孤立台地目前还没有油气钻井，除了本身具有形成巨型整装气藏的储集层条件之外，还发育两套有效源岩可以形成浅层生物成因气和中深层热成因气，再加上其古构造形成时间早且继承性沉积建造，自始至终为油气有利运聚区，因此具有良好的勘探前景。