含盐被动陆缘盆地油气输导体系与成藏模式研究*——以墨西哥湾南部Burgos和Sureste盆地为例

蔡文杰 陈 亮 李爱山 张 量

(中国海洋石油国际有限公司 北京 100028)

输导体系是指含油气系统中所有运移通道(输导层、断层、裂缝、不整合面等)及其相关围岩的总和[1]。输导体系作为沟通烃源岩和圈闭的纽带和桥梁，是油气成藏过程中的重要一环，因此深入研究输导体系对于认识油气运移聚集的路径与过程，进而预测油气藏可能存在的位置具有重要的意义[2-6]。油气输导体系的研究历来受到勘探工作者的高度重视，但由于油气动态成藏过程的复杂性，输导体系的研究也是石油地质研究中的难点[7-10]。

据调研，目前国内学者主要在断陷湖盆中发育的储集体输导体系、断层输导体系以及不整合面输导体系等方面研究了不同输导体系的空间组合样式与成藏模式等，如刘晓风 等[2]认为白云凹陷东部发育断裂、不整合面和砂岩输导层共3类输导体系，断-砂耦合输导表现为油气近源成藏模式，断-砂-不整合-构造脊耦合输导表现为油气远源多层系成藏模式；陈欢庆 等[11]分析了不同输导体系在空间上的组合特征，将琼东南盆地输导体系模式总结为断层和不整合面“T”型输导、断层和不整合面梳状型输导、断层和储集体网格型输导、断层和不整合面阶梯型输导以及裂隙型输导等5种类型。而国外学者主要从宏观模式上探讨了盐底辟和盐拱形成的相关断裂和微裂隙可以作为油气运移的通道[12-15]，但对于盐底辟的输导时期、不同成因机制盐底辟的输导效率以及盐相关输导体系成藏模式等缺乏相关讨论。总体来看，目前国内外对于含盐盆地典型输导体系缺乏深入系统的研究，对于盐相关输导体系类型及组合样式、输导效率以及油气成藏模式认识不清，极大地制约了含盐盆地的油气勘探。

本文以墨西哥湾南部Burgos和Sureste两大含盐被动陆缘盆地为靶区，主要基于三维地震、测井、钻井等资料，利用蚂蚁追踪等地球物理方法深入解剖典型输导体系类型、特征和组合样式，系统评价断层、盐底辟侧翼以及复合输导体系的输导特征和能力，探讨不同输导体系对油气运移和聚集的控制作用，明确二者之间油气成藏模式的差异性，对于相似含盐被动陆缘盆地的油气勘探具有重要的指导意义。

1 区域地质概况

墨西哥湾盆地位于美国、墨西哥和古巴环抱的海域，以墨西哥湾为中心，包括美国南部沿岸诸州及墨西哥东部和南部沿岸地区，南北长约2 400 km，东西宽约2 300 km，大致呈椭圆形[16]。Burgos盆地位于墨西哥湾西岸，主体处于墨西哥境内，部分延伸至美国境内，整体呈北西—南东向展布，面积11.7×104km2(图1)，目前油气勘探活动主要集中于该盆地深水区[17]；该深水区油气勘探始于美国一侧，墨西哥一侧的油气勘探是从2010年开始的，截至2019年已获得油气可采储量约20亿桶油当量。Sureste盆地位于墨西哥东南部，面积约15×104km2(图1)，是墨西哥油气发现最多的含油气盆地[18-19]。1970—2000年，该盆地进入勘探发现高峰期，钻探活动集中于陆上和浅水区，以白垩系碳酸盐岩层系为主，勘探程度高；2000年之后，该盆地进入海域新近系碎屑岩勘探阶段，持续获得Zama油田等新的油气发现，油气储量快速上升，截至2020年已发现油气可采储量613亿桶油当量，以油为主[20]。

图1 墨西哥Burgos盆地和Sureste盆地地理位置及综合地层柱状图Fig .1 Location and stratigraphic column of Burgos basin and Sureste basin in the Gulf of Mexico

墨西哥湾盆地是在中生代南、北美板块拉张背景下形成的被动陆缘盆地，自中生代以来主要经历了裂陷期、稳定被动大陆边缘期和被动大陆边缘碰撞改造期等3个构造演化阶段。

1) 裂陷期(晚三叠世—中侏罗世)：由于泛大陆裂解，导致南美大陆、北美大陆以及非洲大陆分离。晚三叠世—早侏罗世，环墨西哥湾发育NE—SW向的裂谷盆地，该时期盆地内发育了一套河流相和火山碎屑红层沉积。中侏罗世末期，裂陷活动减弱，尤卡坦和古巴微板块受到转换断层的影响，阻挡限制了墨西哥湾与大西洋的对流，太平洋的海水间接性的流入墨西哥湾，在半封闭的高温干燥环境下发育了一套厚层盐岩[21-22]。

2) 稳定被动大陆边缘期(晚侏罗世—晚白垩世早期)：晚侏罗世开始，墨西哥湾开始进入大洋扩张期，海水涌入，洋壳形成(起始于卡洛夫末期，停止于早白垩世)。晚侏罗世提塘期发生最大规模海侵，沉积富含有机质的页岩、泥灰岩，为盆地最主要的烃源岩。早白垩世，盆地变冷下沉，盆地边缘形成宽阔的陆架海洋环境，该时期以陆棚相沉积为主，发育粒泥灰岩、泥灰岩等低能相带碳酸盐岩。

3) 被动大陆边缘碰撞改造期(晚白垩世晚期—中新世)：晚白垩世到始新世，太平洋板块向北美板块俯冲，北美板块抬升，发生拉拉米构造运动，北美板块西部形成了落基山脉和东马德雷造山带。挤压造山期盆地周边地区抬升掀斜，大量陆缘碎屑受重力作用搬运至盆地内部，故该时期物源供给充足，以巨厚的古近系—新近系碎屑岩沉积为主，其中古新世—始新世沉积了一套Wilcox组浊积砂岩，为Burgos盆地主力勘探层系[23](图1)；而渐新世沉积了一套Frio组浊积砂岩，为Burgos盆地次要勘探层系。新近纪，加勒比板块自太平洋向墨西哥南部楔入，发生恰帕斯造山运动，并在中中新世达到高峰，Sureste盆地受到该期挤压活动的影响深远。伴随着该期造山运动，陆源碎屑供给充分，盆地内深水浊积砂岩较为发育。近年来，中新统—上新统逐渐成为Sureste盆地的热点勘探层系，已获得多个油气发现[18]。

2 Burgos盆地深水区典型输导体系静态组合样式及动态输导效率

在输导体系中，油气总是沿着渗透性最好和阻力最小的路径运移，即存在着油气优势运移通道[7]。输导体系决定着油气在地下的运移方向、距离、输导样式、油气聚集量等，控制着油气藏类型和成藏位置[24-28]。在区域挤压应力作用下，Burgos盆地深水区发育了大量的逆冲断层，形成了该盆地最主要的垂向输导体系。

2.1 逆冲断层输导体系静态组合样式

受区域构造挤压应力的影响，Burgos盆地输导体系以逆冲断层为主，依据构造样式可分为铲式逆冲断层和高角度逆冲断层。其中，铲式逆冲断层在剖面上呈现出上陡下缓，向深部逐渐收敛于近水平的滑脱层，上盘岩层在逆冲过程中发生褶皱变形；高角度逆冲断层倾角常常大于50°，断层倾角自上到下基本一致，没有向深部逐渐收敛于滑脱层的特征。研究区多条逆冲断层形成了不同的组合样式，以“Y”型和反“Y”型、背冲型和叠瓦型断层组合样式为主。

1) “Y”型和反“Y”型断层组合样式。

“Y”型和反“Y”型断层组合样式一般是由一条主干高角度逆冲断层和一条伴生的次级反冲断层组合而成，2条断层向上逆冲使得夹在断层中间的断块不断抬升，形成典型的断背斜圈闭(图2a、b)。主干断层倾角40°～60°，向上断至始新统，向下断至侏罗系，侏罗系最大断距达1 000 m，始新统Wilcox组断距达600 m。主干断层作为重要的油气垂向运移通道有效沟通了提塘阶烃源岩和Wilcox组砂岩储集体，提塘阶烃源岩生成的油气通过主干断层输导在断背斜圈闭中聚集成藏。区域上，以“Y”型和反“Y”型作为有效输导体系发现了多个油气藏，充满度可达60%以上[29]。

图2 Burgos盆地深水区典型逆冲断层组合样式 Fig .2 Typical thrust fault combination style of deep water area in Burgos basin

2) 背冲型断层组合样式。

背冲型断层组合样式是由2条倾向相反的高角度逆冲断层组合而成，在双侧逆冲断层控制下形成了较为宽缓的断背斜构造，构造顶部常伴生数条小型断层(图2c)。两侧倾向相反的高角度逆冲断层无主、次之分，倾角50°～60°，向上断至古新统，向下断至侏罗系，最大断距达1 200 m，提塘阶烃源岩生成的油气通过高角度逆冲断层输导在断背斜圈闭中聚集成藏。区域上，以背冲型断层组合作为有效输导体系形成了多个油气藏，勘探成效较好[20]。

3) 叠瓦型断层组合样式。

叠瓦型断层组合样式是由2条以上同向倾斜的铲式逆冲断层组合而成，通常情况下断层下部会收敛于一条低角度近似水平的逆冲断层或拆离断层(图2d)。铲式逆冲断层依次在断层下盘发育，并不断向前扩展形成“前展式”断层组合。该类断层组合样式主要发育于浅层异地盐蓬前缘，随着异地盐蓬在重力差异负载和区域挤压应力共同作用下向海方向不断推进。由于叠瓦型断层沿着层间泥岩顺层滑脱，因此常常不能单独沟通深层提塘阶烃源岩，需要与深部断层搭接才能有效输导油气。该类断层组合样式发育在异地盐蓬的前端，主体水深介于2 500～3 500 m，且存在沟通烃源岩的风险，因此勘探潜力较小，目前区域上尚无该类型油气藏发现[20]。

2.2 逆冲断层输导体系动态输导效率

断层的活动性与油气运移息息相关，断层的封闭性对油气保存具有重要作用，因此需要对断层输导体系进行动态评价。一般地，断层活动性指标主要有生长指数、活动速率等[30-31]。生长指数是指断层上盘某地层的厚度与其下盘同层位地层厚度的比值，表示该地层沉积期断层活动的速率。断层活动速率是指某一地层单元在一定时期内，因断层活动形成的落差与相应沉积时间的比值。

在Burgos盆地深水区对4条主要油源断层计算了白垩纪—中新世的断层生长指数与活动速率，结果表明主要油源断层在早始新世之前的生长指数介于1.0～1.1，中晚始新世—渐新世生长指数有明显的增大趋势，达到1.2～2.0(图3)；同样地，主要油源断层在早始新世之前的活动速率介于0～10 m/Ma，中晚始新世—渐新世活动速率有明显的增大趋势，达到10～40 m/Ma(图4)，说明此时断裂活动性强，断裂的垂向输导效率高。基于区域盆地模拟结果，研究区提塘阶烃源岩的主要排烃期是中晚始新世—渐新世，与断层活动时期匹配好，有利于油气运聚成藏[32]。

图3 Burgos盆地深水区主要油源断裂生长指数Fig .3 Main fault growth index of deep water area in Burgos basin

图4 Burgos盆地深水区主要油源断裂活动速率Fig .4 Main fault activity rate of deep water area in Burgos basin

另外，断层体系的规模以及与圈闭的组合样式也决定着油气藏的充注效率。Burgos盆地典型油气藏充满度和油气充注模拟结果表明，“Y”型和反“Y”型断层组合的油气充注效率高于背冲型断层组合，前者通常受单条主干断层控制，圈闭幅度高，断层为上陡下缓的坡坪式，发育次级断裂，主干断层周围破碎带宽，有利于油气输导；后者则由2条倾向相反向上发散的逆冲断层夹持，圈闭幅度低，断层破碎带窄，油气输导能力变差。

3 Sureste盆地典型输导体系静态组合样式及动态输导效率

与Burgos盆地深水区相比，Sureste盆地盐构造类型以刺穿型盐底辟为主，异地盐蓬的分布范围小。盐底辟的强烈隆升可在其侧翼和顶部形成大量的微裂缝和断层，构成重要的油气垂向运移通道。因此，Sureste盆地主要发育盐相关复合输导体系，包括盐侧翼-伴生断层复合输导体系以及盐侧翼-砂岩层复合输导体系。

3.1 盐相关输导体系静态组合样式

1) 盐侧翼-伴生断层复合输导体系。

在向上隆升过程中，盐底辟的侧翼和顶部可形成一系列裂缝和伴生正断层，其中伴生正断层一般规模较小，常常成组成对出现，倾角约45°～50°，断距约100～300 m。盐侧翼裂缝与盐顶断层是重要的油气垂向运移通道，研究区提塘阶烃源岩生成的油气通过盐底辟侧翼裂缝带和顶部断层垂向输导在圈闭中聚集成藏。以2019年发现的S-1油田为例，该油田水深354 m，圈闭类型为断层遮挡的鼻状构造，提塘阶烃源岩生成的油气通过盐侧翼和伴生断层输导在下上新统和上中新统浊积砂岩中聚集成藏(图5a、b)，原地资源量为2亿～3亿桶油当量[29]。

2) 盐侧翼和砂岩层复合输导体系。

中新世以来，盐底辟的活动控制了同时期深水重力流砂体的分布，深水水道或朵叶经过正在活动的盐底辟时，常常绕过盐底辟所形成的正向地貌单元，或在盐底辟的侧翼不断发生侧向迁移。钻井揭示，盐底辟侧翼砂体累积厚度介于21～586 m，平均厚度220 m，砂体横向联通性好；同时，中新统砂岩埋深常小于2 000 m，储层质量好，表现为高孔高渗特征，孔隙度最大可达34%，渗透率可达1 600 mD，可作为很好的横向运移通道。因此，研究区提塘阶烃源岩生成的油气通过盐底辟侧翼垂向输导和砂体储集层横向输导常常在盐底辟侧翼形成的盐遮挡圈闭中聚集成藏。以2020年发现的S-2油田为例，该油田水深600 m，圈闭类型为盐岩遮挡的鼻状构造，油气通过盐底辟侧翼垂向输导和砂岩层横向输导在下中新统浊积砂岩中聚集成藏(图5c、d)，原地资源量约2亿桶油当量[29]。

图5 Sureste盆地盐相关输导体系典型样式Fig .5 Typical salt-related migration system of Sureste basin

3.2 盐相关输导体系动态输导效率

盐底辟侧翼的输导能力随时间不断发生变化。当盐底辟向上活动时，盐底辟侧翼的裂缝带和顶部伴生断层处于开启期，可作为有效的油气垂向运移通道；当盐底辟停止活动时，盐岩向周边裂缝带渗流，与周边地层发生胶结作用，围岩渗透性降低，可封闭已经形成的油气藏。因此，盐相关输导体系的运聚时期取决于盐底辟的活动时期。中新世以来，加勒比板块向恰帕斯山脉强烈推进，马德雷—恰帕斯山脉迅速隆升，该构造事件被称为恰帕斯造山运动。随着马德雷—恰帕斯山脉在中—晚中新世的强烈隆升和剥蚀，陆缘碎屑沉积范围增大，大量沉积物经下切沟谷进一步向墨西哥湾南部Sureste盆地搬运，形成深水重力流沉积。在区域挤压和沉积差异负载作用下，Sureste盆地盐底辟自中新世开始持续隆升，该时期的沉积地层厚度向盐底辟侧翼逐渐减薄(图5)。基于区域盆地模拟结果，研究区提塘阶烃源岩的主要排烃期是中新世，与盐底辟活动时期匹配较好，有利于油气运聚成藏[32]。

另外，该盆地盐底辟的成因机制影响了其侧翼裂缝带的发育程度，进而控制了其侧翼输导体系的输导效能。基于差异成因机制，该盆地盐底辟可划分为主动底辟和被动底辟，其中主动底辟常常是由水平挤压或者密度反转导致盐岩上涌，因此盐岩具有较强的上涌动力；而被动底辟一般是由盐岩的下沉建造作用所形成，在缺乏垂向上涌动力的情况下，底辟无法突破厚层上覆沉积，因此晚期常形成大规模溢流盐席。应用分频方差体的蚂蚁追踪技术可有效提高中-小尺度断裂以及裂缝的识别精度,结果表明：在主动底辟机制下，盐底辟侧翼和顶部发育大量的伴生断层及裂缝，平面上断层和裂缝呈现放射状，底辟活动时期断层与裂缝处于开启状态，具有幕式输导油气的能力(图6)；而在被动底辟机制下，所形成的溢流盐席能量低，盐底辟侧翼及下部地层较为平整，断层与裂缝欠发育，不利于油气的输导(图7)。

图6 Sureste盆地主动盐底辟伴生断层、裂缝平面和剖面特征Fig .6 Plane and section characteristics of faults and fractures associated with active salt diapirism in Sureste basin

图7 Sureste盆地被动盐底辟伴生断层、裂缝平面和剖面特征Fig .7 Plane and section characteristics of faults and fractures associated with passive salt diapirism in Sureste basin

4 Burgos盆地和Sureste盆地油气差异成藏模式

在墨西哥湾南部，输导体系对油气藏具有明显的控制作用，主要表现为受逆冲断裂和盐底辟控制的“垂向运聚、近源成藏”的分布规律。基于输导体系以及圈闭与烃源岩的配置关系，建立了Burgos盆地和Sureste盆地油气成藏模式，其差异性主要体现在：

1) Burgos盆地主要表现为近源垂向、逆冲断层输导的油气成藏模式(图8)。该盆地在区域挤压和盐岩活动作用下发育典型的盐核挤压背斜圈闭或盐岩遮挡圈闭。区域广泛分布的提塘阶优质烃源岩可提供较为充足的油气来源。区域挤压应力所形成的大断距、高角度逆冲断裂体系沟通了下伏烃源岩，油气顺着逆冲断层体系垂向运移至古新统—始新统Wilcox组、渐新统Frio组浊积砂岩圈闭中聚集成藏。

图8 Burgos盆地油气成藏模式图Fig .8 Oil and gas accumulation model of Burgos basin

2) Sureste盆地主要表现为近源垂向、盐底辟和伴生断裂-砂岩层复合输导的成藏模式(图9)。该盆地在广泛发育的盐底辟作用下发育典型的盐岩或断层遮挡的鼻状构造。下伏提塘阶优质烃源岩现今处于生油阶段，具备油气成藏的物质基础。盐底辟侧翼裂缝带及相关断裂沟通了下伏提塘阶烃源岩，油气可以沿着盐侧翼裂缝或盐相关断裂向上运移至浅层中新统、上新统圈闭中聚集成藏。近年来，该盆地区域油气勘探重点聚焦在盐侧翼鼻状圈闭，勘探实践证实盆地主动盐底辟常伴随强烈的构造运动，盐侧翼裂缝带更为发育，断层顶部常伴生正断层，更有利于油气充注形成油气聚集，勘探成效良好，储量丰度可达15～30 MMboe/km2。

图9 Sureste盆地油气成藏模式图Fig .9 Oil and gas accumulation model of Sureste basin

5 结论

1) Burgos盆地主要发育盐相关逆冲挤压断层，以“Y”型、反“Y”型、背冲型和叠瓦式断层组合样式为主。逆冲断层主要在中晚始新世—渐新世活动，与区域烃源岩排烃期匹配较好，有利于油气运聚成藏。其中，“Y”型和反“Y”型断层组合受单条主干断层控制，圈闭幅度高，断层为上陡下缓的坡坪式，发育次级断裂，主断裂周围破碎带宽，更有利于油气运聚成藏。

2) Sureste盆地主要发育盐侧翼-伴生断层复合输导体系和盐侧翼-砂岩层复合输导体系，盐底辟在中新世开始活动，与区域烃源岩排烃期匹配较好，有利于油气运聚成藏。基于差异成因机制，该盆地盐底辟可划分为主动底辟和被动底辟，其中主动底辟常常由水平挤压或者密度反转导致盐岩上涌，盐岩具有较强的动力，盐底辟侧翼和顶部发育大量的伴生断层及裂缝，运聚效率更高。

3) 基于输导体系以及圈闭与烃源岩的配置关系，建立了Burgos盆地和Sureste盆地油气差异成藏模式，即Burgos盆地主要表现为近源垂向、逆冲断层输导的油气成藏模式，Sureste盆地主要表现为近源垂向、盐底辟和伴生断裂-砂岩层复合输导的油气成藏模式，从而明确了有利的勘探目标类型，对于相似含盐被动陆缘盆地的油气勘探具有重要的指导意义。