塞阿拉-普蒂瓜尔盆地油气地质特征及勘探潜力评价

李明刚，许晓明，李燕，赵阳，郭允

中国海洋石油国际有限公司，北京 100027

被动大陆边缘盆地是一类重要的含油气盆地，主要分布在大西洋、印度洋和北冰洋三大洋周缘及地中海东南缘。这类盆地大部分区域被海水覆盖，均经历了裂陷期陆内裂谷、过渡期陆间裂谷和漂移期被动陆缘3个构造演化阶段，但是盆地的结构构造差异较大。温志新等[1]通过综合对比研究盆地地震地质，将被动大陆边缘盆地划分为断陷型、无盐断坳型、含盐断坳型、无盐坳陷型、含盐坳陷型、三角洲改造型和正反转改造型7个亚类。章雨等[2]认为南大西洋两岸被动大陆边缘盆地由南向北可以划分为南段岩浆岩型盆地，中段盐岩盆地以及北部赤道段转换型盆地。聚焦含盐被动大陆边缘盆地，余一欣等[3]用物理模拟的手段探讨了南大西洋中段盐岩变形差异的影响因素，葛智渊[4]认为盆地倾斜和沉积物差异负载是控制被动大陆边缘盆地盐岩变形的两个基本因素。

2000年以来，随着海域油气勘探理论及地震采集、处理技术和钻探水平的进步，被动大陆边缘盆地的深水区域逐渐成为油气勘探的热点,如墨西哥湾、巴西近海、西非近海和亚太地区等被动大陆边缘盆地油气勘探活动非常活跃[5]。该类油气发现在全球新增储量中占比越来越高，2008年以来一直保持在40%以上，2012年超过80%[6], 但是油气在不同盆地的分布极为不均。如南大西洋两岸中段含盐盆地，油气发现主要分布在桑托斯、坎波斯和下刚果-刚果扇3个盆地[7]；在北部赤道段转换型盆地，油气主要集中在西非一侧的几内亚湾和尼日尔三角洲盆地[5]。近年来随着百亿吨级的油田群在大西洋两岸赤道段南美一侧的圭亚那盆地逐渐浮出水面，赤道段南美一侧盆地油气勘探引起了广泛关注，因此研究同一区域的塞阿拉-普蒂瓜尔盆地的油气勘探潜力具有重要的意义。

关于塞阿拉-普蒂瓜尔盆地评价，国外学者主要是针对普蒂瓜尔盆地陆上及浅水区开展了一些分析研究工作，而国内同行极少涉及这两个盆地[8-14]。同时由于资料基础的限制，目前这两个盆地研究程度不高，还没有开展过系统的评价工作，尤其是盆地深水区研究更为薄弱。本文结合最新的勘探进展以及地震、钻井等资料，针对盆地的区域地质背景、构造、油气地质条件以及油气成藏主控因素、成藏模式等开展系统分析，进而探讨盆地的油气勘探潜力，指出下步勘探方向。

1 区域地质背景

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地位于巴西东北部，盆地面积达14×104km2，横跨了陆地和海洋，其中海域部分是盆地主体。目前两个盆地已发现石油3.4亿吨，天然气1050亿立方米,绝大部分油气发现都位于普蒂瓜尔盆地陆上及两个盆地浅水地区，水深大于1000m的海域仅有11口探井，3个油气发现，勘探程度非常低(见图1)。

图1 塞阿拉-普蒂瓜尔盆地区域位置图Fig.1 Regional location map of Ceara-Putiguar Basin

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地是在前寒武系变质基底之上发育的白垩纪以来的被动大陆边缘盆地。这两个盆地的区域地质特征和构造演化与冈瓦纳大陆的裂解以及大西洋的扩张息息相关，与巴西海域其他盆地类似，经历了裂陷期、过渡期和漂移期3个演化阶段[15，16](见图2)。

图2 塞阿拉-普蒂瓜尔盆地地层综合柱状图(据IHS公司资料修编)Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Ceara-Putiguar Basin (revised according to the information of IHS company)

塞阿拉-普蒂瓜尔裂陷盆地主要在早白垩世发育，可以细分为2个演化期次。裂陷Ⅰ期，即Aptian期沉积以前，西非-南美联合古陆内部发育的NE-SW向陆内剪切带穿过了普蒂瓜尔盆地引起该盆地在这一时期发育NE-SW向陆内裂谷[17]，具有垒堑断陷结构。裂陷Ⅰ期盆地主要分布在现今普蒂瓜尔盆地陆上，沉积了Pendencia组地层，与下伏前寒武变质基底呈不整合接触。塞阿拉盆地在这一时期没有发育，处于剥蚀隆升状态。裂谷Ⅱ期(Aptian早期)是塞阿拉-普蒂瓜尔裂谷盆地的主要发育期。受南大西洋裂解的影响，在NE-SW向区域拉张应力场作用下，西非-南美联合古陆在巴西东北部开始差异走滑伸展裂陷[18]，进而形成了被转换断层分割的NW-SE走向的塞阿拉-普蒂瓜尔裂陷盆地，主要充填了河流-三角洲-湖相砂泥岩沉积体系。Aptian晚期过渡阶段，塞阿拉-普蒂瓜尔盆地构造活动减弱，以热沉降坳陷变形为主。随着海水的进入，盆地主要沉积了河流-三角洲-浅海相砂泥岩地层，过渡阶段末期，盆地发生了较大规模的海侵，沉积的厚层泥岩是盆地最重要的烃源岩。

自早白垩世Albian期开始，随着拉张裂陷的进一步发育，大西洋中脊在这一区域形成，盆地进入被动大陆边缘沉积期[10,11](漂移期)。漂移早期，走滑拉张作用使得局部洋壳出露，盆地发育局限海沉积，底部主要沉积了砂泥互层的ACU组，上部为富含碳酸盐岩沉积的Jandaira组。自晚白垩世Campanian中期开始，持续的拉张伸展作用使得统一的洋壳最终完全出露，形成了现今的被动陆缘结构，盆地进入了开阔海沉积，近物源区为河流-三角洲砂岩沉积，浅水陆架区发育碳酸盐岩台地，深水区沉积了厚层海相泥岩，局部夹深水浊积砂岩。

2 盆地构造特征

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地不仅处于南美和西非大陆最后分离的部位，也是多个前寒武克拉通古陆拼合的部位，存在马尾状的隐伏基底断裂系统[12]。受多期拉张应力场作用以及先存基底构造的制约，这两个盆地裂谷系发育了复杂的断裂系统和构造变形特征。

2.1 裂谷系断裂特征

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地发育两期不同走向的裂谷系，受区域拉张应力场作用及先存基底构造的制约，盆地形成了伸展和走滑两类不同性质的4组断裂(见图3)。其中，伸展断裂有两组,一组伸展断裂在早白垩世Barremian期发育，主要是受裂陷Ⅰ期拉张应力场作用形成的NE-SW向伸展正断层，这组断裂受到先存基底构造的影响整体具有发散状展布的特征，主要分布在普蒂瓜尔盆地陆上及浅水区。另一组伸展断裂是裂陷Ⅱ期拉张应力场作用形成的NW-SE向伸展正断层，主要在早白垩世Aptian期发育。这组正断层是盆地内最主要的断裂系统，在两个盆地海域广泛发育，控制了裂陷Ⅱ期盆地构造格局和地层展布。盆地内走滑断裂也有两组。一组走滑断裂是在盆地伸展过程中，不同构造段差异伸展形成的近EW向调节转换断层，主要在早白垩世Aptian期发育，几条级别较大的转换断裂，如Romanche、Chain和Jean Charcot等后期贯穿了整个大西洋地壳，构成了塞阿拉和普蒂瓜尔两个盆地的边界。另一组走滑断裂NE-SW走向，是先存基底断裂受与之斜交的裂陷Ⅱ期拉张应力场作用形成的一组具有扭张性质的断裂，主要分布在塞阿拉盆地。

图3 塞阿拉-普蒂瓜尔盆地裂谷系断裂系统Fig.3 Fault system of rift system in Ceara-Putiguar Basin

2.2 裂谷系构造特征

裂陷盆地的结构受不同性质断裂控制而表现出不同的构造特征。普蒂瓜尔盆地裂陷期构造格局受两期伸展正断层控制。裂陷Ⅰ期伸展断裂系统主要分布在盆地陆上及部分浅水地区，控制裂陷Ⅰ期盆地NE-SW走向，表现出南断北超的半地堑系统，发育地堑、地垒和堑外台地等构造[13，14]。裂陷Ⅰ期地层厚度在盆地陆上一般为1000～4000m，沉积中心厚度超过5000m，在浅水区地层厚度明显减薄，一般为500～1000m。盆地海域主要受裂陷Ⅱ期伸展断裂系统控制呈NW-SE走向，表现出“南北分带”构造格局(见图4)，由南到北依次发育南部陆内裂谷带、中部叠加断陷带和北部陆间裂谷带。南部陆内裂谷带处于裂陷Ⅱ期断裂下盘隆升剥蚀区，仅发育裂陷Ⅰ期陆内裂谷，裂谷地层厚度较薄；中部叠加断陷带充填了裂陷Ⅰ期陆内裂谷和裂陷Ⅱ期陆间裂谷沉积，地层厚度大，是盆地的沉积沉降中心；北部陆间裂谷带仅沉积了裂陷Ⅱ期的陆间裂谷系，地层厚度由南向北逐渐减薄。普蒂瓜尔盆地裂陷Ⅱ期地层厚度一般为1000～3000m，盆地东南部地层厚度最大，最大厚度超过4000m。

图4 塞阿拉-普蒂瓜尔盆地裂谷系构造特征Fig.4 Structural characteristics of rift system in Ceara-Putiguar Basin

塞阿拉盆地裂陷Ⅰ期不发育，裂陷期构造格局主要受裂陷Ⅱ期伸展、走滑断层控制，具有“东西分异”的特征(见图3、图4)。以Transbrasiliano(TB)走滑断裂为界，东部受裂陷Ⅱ期伸展断层控制呈NW-SE走向，表现为拉张断陷的结构，地层厚度一般为2500～4500m。而西部受裂陷Ⅱ期伸展、走滑断层共同控制呈近EW走向，表现为走滑拉分的结构特征，内部被次级陡直走滑断裂分割，又可划分为2个凹陷。

综上所述，塞阿拉盆地和普蒂瓜尔盆地分别具有“东西分异”和“南北分带”的构造格局。依据裂陷期的残留地层厚度图以及构造特征，进一步将塞阿拉盆地自西向东划分为西部坳陷、西部隆起、中部坳陷、东部隆起和东部坳陷5个构造单元，呈“三坳夹两隆”构造格局。普蒂瓜尔盆地海域“南北分带”，自南向北划分为南部断阶、中部坳陷和北部斜坡等3个构造单元(见图5)。

图5 塞阿拉-普蒂瓜尔裂谷盆地构造单元划分图Fig.5 Division of rift tectonic units in Ceara-Putiguar Basin

3 盆地石油地质条件

3.1 烃源岩特征

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地发育4套烃源岩，分别为裂陷Ⅰ期、Ⅱ期的2套湖相泥岩和过渡期与漂移期的两套海相泥岩(见图2)。裂陷Ⅰ期烃源岩是Pendencia组湖相泥岩，Ⅰ型干酪根，总有机碳(TOC)含量为2%～5%，氢指数(HI，热解烃含量/有机碳含量)普遍超过70mg/g。该套烃源岩主要分布在普蒂瓜尔盆地陆上NE向的深地堑内，是陆上油气发现的主要来源。裂陷Ⅱ期烃源岩是早Aptian期湖相泥岩，具有平行连续强振幅地震相反射特征，主要分布在塞阿拉盆地东部坳陷和普蒂瓜尔盆地中部坳陷。这套烃源岩有机质类型以Ⅱ型干酪根为主，HI主体为150～640mg/g，TOC平均2.9%，现今已达高-过成熟演化阶段，是2个盆地海域天然气藏的主要来源。

过渡期烃源岩是Alagamar组顶部的厚层海侵泥岩，Ⅰ～Ⅱ型干酪根，地化指标好。TOC平均3.9%,最大可达20%，HI普遍为150～940mg/g。这套烃源岩在地震剖面上显示为一套分布连续的强振幅反射，主要分布在塞阿拉盆地东部坳陷的中西部深水区和普蒂瓜尔盆地中部坳陷的中、东部深水区，目前总体处于成熟生油阶段,是海域石油发现的主要来源。漂移期海相烃源岩在整个南大西洋两岸盆地分布非常广泛，对应全球范围的大洋缺氧事件，沉积了一套富含有机质的海相泥岩[19,20]。在塞阿拉-普蒂瓜尔盆地以Ⅱ型干酪根为主，地化指标较好，但这套烃源岩埋藏浅，埋藏最深的普蒂瓜尔盆地中部坳陷也仅2000m，基本未成熟，生烃潜力有限。

3.2 储盖条件

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地经历了早期裂陷阶段的湖相沉积和晚期漂移阶段的海相沉积，总体发育扇三角洲、三角洲、湖泊、海相及海底扇等5种沉积相类型。其中扇三角洲、三角洲砂岩和海底扇浊积砂岩是盆地内主要的储层类型。在纵向上，塞阿拉-普蒂瓜尔盆地主要发育4套储层，分别为裂陷Ⅰ期扇三角洲和三角洲砂岩、裂陷Ⅱ期扇三角洲砂岩、过渡期三角洲砂岩、漂移期三角洲和深水浊积砂岩。裂陷期湖相泥岩、过渡期前三角洲泥岩以及漂移期深海泥岩可以作为盖层与下伏储层构成了良好的储盖组合。

裂陷Ⅰ期(扇)三角洲砂岩储层主要分布在普蒂瓜尔盆地陆上，储层孔隙度9%～25%，平均18%，渗透率为4～1200mD，平均151mD。此外，这套储层在普蒂瓜尔盆地近岸的南部断阶带也有发育，但储层物性整体较差。裂陷Ⅱ期扇三角洲砂岩储层在盆地海域普遍发育，不论是砂体累计厚度还是最大单层厚度都有从浅水到深水逐渐降低的趋势。钻井揭示这套储层在深水区的物性较差，可能与分选差、强压实有关，岩心薄片上可见大小颗粒混杂堆积，颗粒之间线接触的特征。

过渡期三角洲砂岩储层是塞阿拉-普蒂瓜尔盆地主力勘探层系，其中塞阿拉盆地过渡期勘探层系已发现油气占总储量的83.4%，普蒂瓜尔盆地海域过渡期勘探层系已发现油气占总储量的65%。储层物性整体较好，孔隙度9%～27%，平均19%，渗透率平均92mD，最大可达683mD。漂移期三角洲砂岩储层主要分布在浅水近物源区，而浊积砂岩储层主要在局部深水区发育，与上覆的海相泥岩形成良好的储盖组合。漂移期深水浊积砂岩物性较好，3-RNS-159井揭示漂移早期浊积砂岩孔隙度22%～28%，平均25%；漂移晚期浊积砂岩孔隙度一般为18%～32%，平均25%。

3.3 油气成藏模式

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地在裂陷Ⅰ期、裂陷Ⅱ期和过渡期发育3套有效烃源岩。其中裂陷Ⅰ期烃源岩主要分布在普蒂瓜尔盆地陆上，该套湖相泥岩生成的油气主要沿着断裂垂向运移，在裂谷顶部、过渡期和漂移期三角洲砂岩圈闭中聚集成藏，具有自生自储和下生上储式成藏模式。裂谷Ⅱ期和过渡期烃源岩主要分布在塞阿拉-普蒂瓜尔盆地海域。其中，过渡期顶部的海相泥岩是海域的主力烃源岩，目前处于成熟生油阶段，而裂谷Ⅱ期的湖相泥岩是海域的次要烃源岩，目前已达高-过成熟演化阶段。这两套有效烃源岩生成的油气主要沿着断裂、不整合面等运移到过渡期砂岩构造、构造-不整合复合圈闭和漂移期浊积砂岩岩性圈闭中聚集，具有下生上储、旁生侧储式成藏模式(见图6)。

图6 塞阿拉-普蒂瓜尔盆地油气成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model in Ceara-Putiguar Basin

Pitu油藏位于普蒂瓜尔盆地海域中部坳陷深水区，是目前塞阿拉-普蒂瓜尔盆地深水区最大的油气发现，石油2P可采储量约6800万吨。Pitu油藏于2014年发现，是一个构造-不整合复合型油气藏，储层为过渡期Alagamar组三角洲相砂岩，烃源岩与储层同一层系，为过渡期顶部的海相泥岩，该套烃源岩生成的油气通过不整合面侧向运移进入圈闭聚集成藏，具有旁生侧储式成藏模式。

Espada油气田是一个漂移期浊积砂岩透镜体型岩性发现，位于塞阿拉盆地海域东部坳陷浅水陆架区。该油田目的层为漂移期上白垩统Ubarana组浊积砂岩，含油气面积4.4km2，石油2P可采储量400万吨，天然气3.4亿立方米。Espada油气田烃源岩为裂陷Ⅱ期Mundau组湖相泥岩和过渡期Alagamar组海相泥岩，成熟烃源岩生成的油气通过Alagamar组顶部不整合面及断层侧向、垂向接力运移至浊积砂岩岩性圈闭聚集，为典型的下生上储式成藏模式。

4 盆地勘探潜力区带

塞阿拉-普蒂瓜尔盆地勘探历史较长，但是勘探活动主要集中在陆上和浅水陆架区，而深水区仅在2000年后才陆续完成了11口钻井，获得了3个油气发现，勘探程度较低。因此，深水区的勘探是塞阿拉-普蒂瓜尔盆地未来油气勘探能否获得突破的关键。深水区仅有的11口钻井揭示储层是深水区油气能否成藏的主控因素，所以有效储层的发育区是深水区油气勘探潜力区域。结合盆地石油地质条件以及油气成藏模式，进一步聚焦普蒂瓜尔盆地中部坳陷带中部是有利的油气勘探区带。这一区域成藏条件好，盆地主力烃源岩即过渡期优质海相泥岩在这一区域发育，且处于成熟生油阶段。过渡期三角洲砂岩及漂移期浊积砂岩储层在这一区域广泛发育，且上覆厚层泥岩或被泥岩包裹，储盖组合好。钻井揭示储层物性优，浊积砂岩孔隙度一般为22%～28%，平均约25%。此外，无论在过渡期还是漂移期，这一区域还有多个未钻构造-不整合复合圈闭和浊积砂岩岩性圈闭，且未钻圈闭与潜在烃源岩间有不整合面及断裂等路径相连，油气疏导畅通。因此，过渡期成熟有效的烃源岩生成的油气可以沿着不整合面和断裂垂向-侧向联合运移到潜在圈闭中聚集成藏。所以，普蒂瓜尔盆地中部坳陷带中部是下一步油气勘探的重点区。

5 结论

1)塞阿拉-普蒂瓜尔盆地是在前寒武系变质基底之上发育的白垩纪以来的被动大陆边缘盆地。早白垩世Albian期之前为湖相裂谷盆地，之后为海相被动大陆边缘盆地，可以细划为裂陷Ⅰ期、裂陷Ⅱ期、过渡期和漂移期4个构造沉积演化阶段。

2)塞阿拉-普蒂瓜尔裂陷盆地发育“两期两类”不同性质的4组断裂，控制盆地形成了不同的构造格局。普蒂瓜尔裂陷盆地陆上受裂陷Ⅰ期伸展断裂系统控制呈NE-SW走向，表现出南断北超的半地堑系统。海域部分主要受裂陷Ⅱ期伸展断裂系统控制呈NW-SE走向，表现出“南北分带”构造格局，由南到北依次发育南部陆内裂谷带、中部叠加断陷带和北部陆间裂谷带。塞阿拉裂陷盆地主要受裂陷Ⅱ期伸展、走滑断层控制，具有“东西分异”的特征，东部受裂陷Ⅱ期伸展断层控制呈NW-SE走向，表现为拉张断陷结构，而西部受裂陷Ⅱ期伸展、走滑断层共同控制呈近EW走向，表现为走滑拉分的结构特征。

3)塞阿拉-普蒂瓜尔盆地发育3套有效烃源岩，4类储盖组合和2种油气成藏模式。普蒂瓜尔盆地陆上油气来自裂陷Ⅰ期湖相泥岩，在不同层系砂岩圈闭中聚集，具有自生自储和下生上储式成藏模式。塞阿拉-普蒂瓜尔盆地海域油气主要来自过渡期顶部的海相泥岩，裂谷Ⅱ期湖相泥岩次之，沿着断裂、不整合面等运移到过渡期和漂移期砂岩圈闭中聚集，具有下生上储、旁生侧储式成藏模式。

4)普蒂瓜尔盆地中部坳陷带中部油气成藏条件好，以生油为主的过渡期海相泥岩在此广泛分布，过渡期和漂移期两个领域的优质三角洲砂岩和浊积砂岩储层较为发育，且这一区域还有多个未钻构造-不整合复合圈闭和浊积砂岩岩性圈闭,是有利的油气勘探区带。