西非海岸盆地深水砂岩油气成藏规律研究

马 超，冯全东，朱泽栋，彭胜琴，李晶晶，冯高城

(1.中海油能源发展投资管理(印尼)有限公司，北京 100027；2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)

随着世界海洋油气勘探工作的逐步加深，对于深水油气的研究已成为热点。世界深水油气勘探主要集中在墨西哥湾、南大西洋两岸的巴西与西非沿海三大海域，其中西非集中了绝大部分全球新发现储量[1-2]。通过过去十余年的迅速发展，海上深水领域已逐步形成了一套独特的勘探模式，并表现出“浅水油气区向深水区延伸”、“圈闭类型以大型构造为主、油气类型以油为主”等特点。在深水油气地质勘探领域，国内外学者对深水沉积机理、褶皱冲断带研究较多，主要侧重于重力流沉积特征、构造演化特征等[3-4]，并对其形成机理、主控因素及驱动机制进行了探索性研究[5-8]。而对于深水油气的成藏运移规律研究与相关报道相对较少，特别是对西非裂谷型盆地的成藏要素与成藏模式的研究。因此，有必要深化西非深水砂岩的成藏模式和特征研究，指导下一步油气勘探与开发。

1 工区地质概况

毛里塔尼亚-摩洛哥海岸盆地位于非洲西部海域，北起西撒哈拉南部，南至塞内加尔河，最大水深约3 000 m，为深水油气勘探的重点潜力区，如图1所示。毛里塔尼亚海域在大陆坡以下为长型裂谷盆地[9]，基底为前寒武系和古生界地层，由大致平行于海岸线的向海下掉的阶梯状正断层形成断块，地层主要为中生代和新生代地层组成[10]，主要包括毛里塔尼亚、塔尔法亚、阿加迪尔、索维拉、杜卡拉、拉尔勃等6个次级盆地。

海岸盆地经历了前裂谷期、同裂谷期和漂移坳陷等主要构造演化阶段，发育多个含油气系统，烃源岩有机质丰度高，烃源岩成熟度适中。储层以裂谷期、漂移期河流、三角洲水道及前缘、扇三角洲浊积水道砂岩为主，储层物性比较好。层间泥、页岩盖层发育，兼有杜卡拉-索维拉盆地、毛里塔尼亚盆地的三叠纪-早侏罗世区域性岩盐层发育，盖层条件优越；同期发育在裂谷层系、漂移层系内的各类断块圈闭、同生断层相关褶皱圈闭、盐岩塑性流动相关圈闭、各类不整合、生物礁等地层岩性圈闭，圈闭类型多样。大多数的圈闭形成于烃类运移之前或同期，各类断层、盐窗、储集体、不整合面构成有效的油气运移通道。

2 油气成藏体系要素

Worrall等(2001)[11]把全球深水盆地划分为由大型河流供应沉积物形成的具有塑性层盆地、由小型河流供应沉积物形成的具有塑性层的盆地、由小型河流供应形成的无塑性层盆地和非深水储层的盆地四类。根据研究区构造沉积背景及水道发育情况，判定该盆地类型为第一类，即盆地大型河流携带大量沉积物搬运到深水区，沉积物充填生成深水优质储层。伴随着沉积物沉积和塑性层变形活动使得研究区具有多套储层、多种油藏类型和运移通道。

2.1 烃源岩潜力

在长期发育的半深海环境作用下，沿西非大陆边缘发育有大量海相优质烃源岩，且向深水方向地层时代变新。研究区主要烃源岩层为早白垩世(森诺曼-土伦期)最大海侵期沉积的细粒页岩和粉砂岩，如图2所示。

地化指标分析发现森诺曼阶页岩有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ型，总有机碳含量平均值为1.5%～7%，氢指数介于100～900 mg/g，生烃潜力S1+S2介于2.5～21 mg/g，属于较好-优质烃源岩。根据Cormoran-1井埋藏史与热演化史分析表明，森诺曼阶-土伦阶烃源岩在上白垩世马里斯特赫特期进入生烃门限，生烃门限深度为2 400 m，在中新世初期进入主生油期，至今仍处于主要生油期(Ro=0.7%～1.0%)。因此，森诺曼阶-土伦阶烃源岩有机质正处于成熟阶段，能够为油气富集提供丰富的来源(见表1)。

表1 森诺曼-土伦阶烃源岩指标分析表

2.2 储层条件

毛里塔尼亚-摩洛哥海岸盆地的深水储层大多形成于成熟河流系统提供沉积物，储层物性条件较好，孔隙度可达30%以上，渗透率最高可达数千毫达西。究其原因是，成岩延迟作用后的低地温梯度和超压导致未固结形成的，导致深水砂岩的储层连续性变化很大。通常，高砂/地比的水道充填和盆地底部席状砂岩具有良好的储集物性。研究区广泛发育的三叠-早侏罗世的盐岩层，是裂谷盆地区域性有效盖层。岩盐层因其良好的封闭性控制了油气藏的分布，形成了盐下和盐上两套含油气系统，即盐上白垩浊积水道砂和席状砂岩、盐下中新统浊积水道砂岩。例如，白垩系马斯里特和特阶和坎潘阶的储层孔隙度高达26%，渗透率高达900 μm2，具有高孔-中高渗的物性特征，为有利勘探目标层。

2.3 盖层条件

在深水沉积环境中，通常发育良好的顶部盖层[12]。研究区多口钻井所揭示的岩性组合表现为砂、泥岩及碳酸盐岩互层，且以泥质岩类为主，全区分布广泛。除泥页岩外，一些碳酸盐岩也起到很好的封盖作用，甚至在局部地区发育钙质、泥质及膏质胶结致密的粉砂岩也起到了很好的封盖作用。另外，研究区中部普遍发育盐岩层，在已发现的油气藏中，已经证实了其侧向封堵作用。具体表现为，白垩统页岩与坦坦组泥岩对其下储层，构成了局部的层内盖层和半区域性盖层。而古生界页岩盖层多横向不稳定，不同层系发育的页岩则潜在具有一定的区域性封盖能力。

2.4 圈闭条件

深水浊积油气藏圈闭类型多样，包括断层圈闭、地层圈闭、基底圈闭、盐遮挡圈闭等，其中有相当比例的储量来自地层圈闭类油气藏。在西非深水圈闭类型主要为构造-地层复合圈闭，其次为构造圈闭。盐岩构造和泥岩塑性变形构造总体上控制了西非深水区大多数复合圈闭和构造圈闭的形成[13]。在盐丘发育带，主要圈闭类型为盐刺穿作用而形成的盐上断背斜圈闭，以Tiof和Chinguetti油气田最为典型。另一方面，因海退超覆扇沉积横向尖灭，以及深水海底扇的发育，导致了砂岩透镜体、岩性上倾尖灭构成该区重要的圈闭类型。

3 油气运移富集特点

毛里塔尼亚-摩洛哥盆地的形成受控大西洋裂谷作用及后期的持续扩张，主要经历了前裂谷期、裂谷期、漂移期三个阶段，裂谷期主要受控于非洲板块与北美洲板块的分离作用，晚白垩进入漂移期，直至古近世才进入整体沉降阶段；油气田形成受沉积相带控制，深水砂岩油气田多分布于盆地陆坡，油气分布垂直三角洲-峡谷-海底扇沉积体系的走向，产油层系以白垩系的油气聚集为主，如图3(a)所示；各次级盆地间白垩系烃源岩演化程度差异大，由于上覆地层厚大和较高的地温梯度，已进入生油阶段；生烃中心控制油气分布，深大断裂、不整合及构造圈闭控制油气富集，同时受到盐构造影响，沿着盐拱形成的放射状断层油气运。

1)纵向上多层系含油，分段富集。盆地侏罗纪之后主要发育三角洲-峡谷-海底扇沉积体系。自北向南发育了阿加迪尔河、坦坦河、塞内加尔河等一系列河流，形成了索维拉、坦坦、西撒哈拉三角洲，其沉积厚度较大。河流的发育与盆地油气的富集有着非常密切的关系。河流携带大量养分和陆源植物碎屑物质注入海上盆地，为盆地内巨厚地层的发育提供了充足的物质基础。早期所发现的油气主要分布在侏罗储层中，其次在白垩储层中，而最新发现的塞内加尔油层主要在白垩系，油气在纵向上表现为明显的分段差异富集特征。

2)平面上油气差异分布、点状富集。白垩系受南美板块与非洲板块分离的影响，北部盆地沉降幅度小，南部盆地沉降幅度大。北部索维拉、杜卡拉、拉尔勃海上盆地由于阿特拉斯运动的影响，白垩统森诺曼阶-土伦阶与阿普第阶-阿尔布阶的两个生烃供给中心，油气随阿特拉斯构造运动持续运移，并在运移路径上富集，呈现出差异化分布特点。同时，由于南北沉降幅度的差异，导致北部盆地的中、新生界烃源岩目前处于未熟-低熟状态，而南部盆地的烃源岩则成熟度适中，如图3(b)。

3)盐岩构造为油气聚集提供了必要条件。盐岩蠕变容易形成塑性断层，成为油气运移通道，利于油气的生成、运聚和保存。盐上、盐下的储层距烃源岩的远近不同，地层孔隙流体压力高低差异很大，造成了油气聚集和封闭、保存条件的一定差异。虽然盐上油气聚集和保存条件相对差一些，但为盐下圈闭的油气保存提供了良好的条件。以Chinguetti油气田为例，该油气田是受盐上晚期断层控制形成的盐上断背斜圈闭，烃源岩为下伏的上白垩统森诺曼阶-土伦阶页岩，沿着盐拱形成的放射状断层向上覆的中新统浊积砂岩中运移。由于上覆泥页岩的封盖性能好，油气在中新统水道砂中聚集成藏。

4 深水砂岩成藏模式

油气成藏模式应以圈闭类型划分为前提，综合油气藏形成的各种地质静态要素及时空关系，以及油气运移、聚集动态过程。毛里塔尼亚-摩洛哥盆地可归纳为三种典型的油气成藏模式，进一步为研究区的有利区带勘探评价提供充分的地质依据。

1)盐丘相关构造油气成藏模式。盐丘具有塑性强、易流动的特点，在毛里塔尼亚盆地、索维拉盆地西部海域，侏罗系地层下伏的盐层在差异压实作用下，塑性盐岩向压力低部位流动和局部集中。盐丘厚度变化剧烈，厚度从最薄的几米变化到上千米，使得上覆地层发生隆起，主要发育盐背斜构造等类型圈闭。同时，盐岩蠕动作用会形成一些塑性断层，断层切断盐岩层及上覆岩层，为盐下及盐上烃源岩层的油气向盐构造上部地层聚集，提供了垂向通道。盐上油气藏的分布与盆地盐构造的发育位置具有极好的相关性，如图4(a)。

2)侧生型生物礁岩油气成藏模式。西部海域侏罗世发育的生物礁在白垩世由于海侵扩大，浅水环境变为深水礁。随着海水退去与生物礁的自然死亡，礁体被同期的深水泥质岩所掩埋，为生物礁油气藏提供了良好的盖层条件。在生物礁生长期带来的大量海洋生物，成为有机质丰富的烃源岩。同时，在陆坡下发育的晚白垩纪土仑阶海相泥岩，也提供了良好的烃源岩。土仑阶烃源岩所生成的油气在上覆盖层的保护下，沿断裂通道油气垂向向上运移，并在邻近的高部位礁体中聚集，构成侏罗纪侧生型礁油气藏成藏模式，如图4(b)。

3)背斜断块构造油气成藏模式。索维拉盆地东部的梅塞塔油田成藏系统为下生上储油气成藏模式，志留纪-泥盆纪海西造山运动产生褶皱和走向转换挤压带，并在里阿斯阶裂谷作用产生的倾斜断块，后期以热沉降为主，逐步生成了变形构造上覆的大型披覆背斜圈闭。其烃源岩为盐下古生代烃源岩，储层为三叠系河流相砂岩与侏罗系海相砂岩，盖层主要是上三叠统盐岩与侏罗系碳酸盐岩。生烃期烃源岩生成油气，沿海西期运动形成的断层向上运移、被盖层所遮挡，并在断块圈闭中富集成藏，形成背斜断块构造油气成藏模式，如图5所示。

5 结论

1)西非海岸盆地主要烃源岩层为上白垩统森诺曼-土伦阶源岩，其主要岩性为富含有机质的细粒页岩和粉砂岩，具有地层厚度大、分布范围广、地球化学指标好等优质油源岩特点。深水砂岩油气田多分布于盆地陆坡，储集层为物性较好的浊积水道砂，油气分布垂直三角洲-峡谷-海底扇沉积的走向。

2)研究区生烃中心控制油气分布，深大断裂、不整合及构造圈闭控制油气富集，其典型特征是，受到盐构造影响，油气沿着盐拱形成的放射状断层聚集。圈闭类型多样，发育盐丘构造相关油气成藏模式、侧生型生物礁油气成藏模式和背斜断块构造油气成藏模式等，存在多处油气有利聚集区。