塞内加尔盆地演化过程与岩性油气藏勘探前景

李恒萱，温志新，宋成鹏，刘祚冬，季天愚，沈一平，耿 珂

（中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

0 引言

近十年来，塞内加尔盆地深水区取得了一系列重大油气发现，同时，随着油气风险勘探的重点向被动大陆边缘盆地深水转移［1］，西非被动大陆边缘盆地可能成为勘探热点地区。根据中国石油2020 年资源评价结果，中大西洋两岸被动大陆边缘盆地待发现石油资源量超过14×108bbl（1 bbl≈0.137 t），待发现天然气资源量超过55 Tcf（1 Tcf=283.17×108m3），勘探潜力巨大。

塞内加尔盆地油气勘探始于20 世纪50 年代，可划分为2 个勘探阶段：第1 阶段（1959—2000年）勘探目标集中在陆架和浅水区，油气发现规模较小，油气发现有12 个，可采储量共0.38×108bbl，最大油气发现为1970 年获得的卡萨芒斯次盆浅海区Dome Gea，可采储量0.15×108bbl；第2 阶段（2001 年至今）勘探目标集中在深水—超深水区，油气发现有22 个，可采储量共105.95×108bbl，平均可采储量超过5.04×108bbl。2014 年Cairn 公司在中部次盆深水区先后发现FAN 1 和Sangomar 等2 个亿桶级油气藏，2015 年Kosmos 公司在超深水区获得Ahmeyim/Guembeul 发现，可采储量28.56×108bbl 为盆地内目前最大油气发现［2］。统计发现99%的2P可采储量位于盆地内深水区（水深大于200 m），油气发现主要集中在毛里塔尼亚、中部次盆海域和陆上地区［2］。盆地目前勘探程度低，处于风险勘探阶段，具有良好的勘探前景。

国内外学者已对中大西洋含盐坳陷型被动大陆边缘盆地成盆演化［3-4］、盆地构造和沉积特征［1，5-8］，以及油气分布规律［8-10］进行过研究，但对于原型盆地叠加演化对成藏模式的控制以及未来勘探方向的研究尚且不足。基于板块构造理论，利用地震、地质等资料，分析塞内加尔盆地结构及沉积充填特征，并结合盆地内已发现大油气田解剖，探讨油气成藏规律，明确不同次盆有利成藏组合，以期为超前选区和新项目评价提供参考。

1 地质概况

塞内加尔盆地（Senegal Basin，又称MSGBC）位于中大西洋非洲西北海岸，分布于西撒哈拉、毛里塔尼亚、塞内加尔、冈比亚、几内亚比绍、几内亚6 个国家的陆上及海域（图1）。盆地北部以Cape Blanc断裂与塔尔法亚盆地分隔，南部以几内亚断裂带为界，东西向转换断裂将盆地自北向南依次划分为3个次盆［5，9］：毛里塔尼亚次盆、中部次盆及卡萨芒斯次盆。盆地总面积约91.3×104km2，其中海域面积为60.2×104km2［11］，49%为深水（水深大于200 m）。

图1 塞内加尔盆地位置和勘探现状（a）及岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Location and exploration status（a）and stratigraphic column（b）of Senegal Basin

盆地发育的裂谷层系较薄，且埋藏深，以陆相及湖相砂泥岩沉积为主，目前仅在塞内加尔南部陆上有钻井钻遇［9］。中三叠世以来，洋盆持续扩张，局限海环境发育澙湖相盐岩和碳酸盐岩，盐构造活动持续整个沉积期［7，9］。中侏罗世早期开始，盆地内广泛发生海侵，在早期发育的碳酸盐岩台地边缘陡坡处，三角洲—深水重力流沉积体系发育，盆地内深水浊积砂体发育。晚白垩纪土伦期海侵范围最大［8］，盆地内广泛沉积富有机质页岩。白垩纪末期，盆地开始进入海退旋回［8］。古近纪以来，阿尔卑斯造山运动导致盆地整体受挤压应力，陆架边缘广泛发生隆起和构造反转［8-9］，新近纪Cape Verde 半岛火山活动强烈。

2 盆地演化及沉积充填特征

中大西洋东西两岸共轭型被动大陆边缘盆地是随着中三叠世以来潘基亚超大陆解体、大西洋持续扩张而形成，主要经历了中三叠世裂陷期陆内裂谷、晚三叠世—早侏罗世过渡期陆间裂谷和中侏罗世至今漂移期被动陆缘3 个演化阶段（图2）［1-2］。中大西洋东岸西北非一侧从摩洛哥北部向南延伸到几内亚高原南部的几内亚断裂带，地层沉积特征具有明显的相似性。

图2 板块构造演化与原型盆地分布（据文献［1］修改）Fig.2 Plate tectonic evolution and distribution of prototype basin

（1）中三叠世陆内裂谷（裂陷期）。中三叠世开始，非洲板块与北部劳俄-欧亚（劳亚）板块逐渐分离，由于地幔深部物质熔融上涌形成热点，岩石圈受热抬升、陆壳减薄，形成由北向南展开的拉张断陷活动，最终形成近SN 向张性断裂，发育狭长的裂谷带，裂谷层系不发育，沉积充填受三叠纪相对干旱气候的影响，主要发育河流—冲积扇等红色沉积体系［9，12］。

（2）晚三叠世—早侏罗世陆间裂谷（过渡期）。中大西洋裂谷作用开始于晚三叠世，受新特提斯洋开启作用的影响，中大西洋由北向南逐渐打开并形成陆间裂谷。利用重磁、地震等数据对中大西洋板块演化的重建结果显示，洋壳最早出现时期为辛涅缪尔期（约190 Ma）［3］。裂谷的走向与西北非边缘的古海西褶皱带走向近乎平行，呈近北东—南西向，洋壳导致地温梯度明显升高，同时，位于赤道附近的气候炎热，同裂谷期主要发育厚层的蒸发岩相，地震揭示卡萨芒斯次盆的同裂谷蒸发岩段厚度最高达2 000 m，主要由盐和硬石膏盖组成；在中部和毛里塔尼亚次盆，蒸发岩段厚度也能达2 000 m，下部晚三叠世碎屑岩段厚度推测与卡萨芒斯次盆相似（参见图1）［5，13-14］。除卡萨芒斯和毛里塔尼亚次盆少数盐构造外，其余钻井尚未钻遇裂陷期地层，但地震资料已经证实该层段蒸发岩经历了广泛的盐运动，盐底辟侵入上覆白垩系和中新统［9］。

（3）中侏罗世至今被动陆缘（漂移期）。中侏罗世潘基亚大陆裂解，伴随中大西洋海底不断扩张，带动两侧盆地进入漂移期被动大陆边缘演化阶段，漂移期层序剖面厚度自东向西增大，盆地几内亚比绍地区沉积中心的漂移期地层厚度约12 000 m。

中侏罗世—早白垩世，从北部葡萄牙到南部几内亚比绍的沉积碳酸盐岩台地在NE—SW 向延伸超过6 000 km，向南增厚变宽，盆地内碳酸盐岩台地厚度为2 300～3 200 m（参见图1）［2，9］。

早白垩世晚期碳酸盐岩台地建造范围减小，仅在盆地中部近海部分沉积，三角洲深水沉积体系发育，盆地内经历完整的海侵-海退旋回沉积［1-2］。早白垩世—晚白垩世，受赤道大西洋（Equatorial Atlantic）打开的影响，中大西洋古环流改变并影响深盆的沉积体系，远离洋中脊的大陆边缘发生热沉降；受全球海平面上升的影响，盆地内广泛沉积海侵层序。瓦兰今阶碳酸盐岩台地被淹没，上覆阿尔布阶进积三角洲碎屑岩沉积，土伦期盆地内广泛沉积的黑色沥青质页岩，标志该时期为白垩纪最大海侵期，厚度为50～150 m，为盆地内的主要烃源岩［8-9］。

晚白垩世坎潘阶期至今为海退期，马斯特里赫特期沉积厚层砂岩和砂泥岩互层，欧洲-非洲板块汇聚导致北非大陆边缘盆地受到挤压应力，造成盆地反转，白垩系顶部发育大范围区域不整合，即森诺曼不整合，在Dakar 以南边缘可以观测到600 km分布［8］。古近系以来，随着全球海平面的快速下降，盆地内陆源碎屑沉积增多，河流—三角洲—深水重力流沉积体系发育，在碳酸盐岩台地边缘陡岸的前缘深水区发育海底扇，早期陆间裂谷形成的大量盐岩受上覆沉积作用发生强烈活动，盆地内发育与盐构造相关的多种圈闭类型［15］。

3 盆地结构特征

塞内加尔盆地经历了陆内裂谷、陆间裂谷和被动大陆边缘3 个演化阶段，受北东—南西向断裂控制成盆，整体呈“宽陆架、陡陆坡”的构造格局。地层沉积西厚东薄，下部裂谷层序埋藏深，相对不发育，目前盆地内尚无钻井钻遇；上部漂移期沉积时间长，海相坳陷层序沉积厚度大，陆架边缘上白垩系被严重剥蚀，陆上中—新生代地层发育较薄。

盆地结构以三叠纪含盐过渡层系为界，垂向上可分为盐下构造、盐构造和盐上构造。盐岩下部属于陆内裂谷阶段，由于中生代盆地整体受拉张作用影响，裂谷受相对平缓的边界断裂控制，形成宽且浅的断陷盆地，呈垒堑构造特征（图3）。同时，由于中三叠世古气候干旱，断陷盆地内主要沉积河流、冲积扇等陆相沉积充填［1］。过渡期蒸发岩层受差异压实作用影响，形成盐底辟上侵上覆白垩系和古近系（图3），盐上发育盐岩构造相关的滚动背斜等构造，毛里塔尼亚和卡萨芒斯2 个次盆内发育南北向延伸的与盐相关的构造圈闭及岩性-构造圈闭类型。盐岩之上为被动陆缘漂移期沉积，具有坳陷特征，整体沉积厚度大，推测可能原因［1］：①从中侏罗世进入坳陷期，沉积时间长；②位于赤道附近，漂移期早期碳酸盐岩建造速度快。受洋脊持续扩张和铲状正断层重力滑动影响，陆坡处地层受挤压作用，形成逆冲构造，中部次盆达喀尔半岛（Dakar）火山活动强烈。

图3 塞内加尔盆地地层剖面Fig.3 Stratigraphic profile of Senegal Basin

4 油气成藏规律

塞内加尔盆地内发育塞诺曼—土伦阶海相黑灰色富有机质页岩，为主要烃源岩。在毛里塔尼亚和中部次盆，有机质类型以Ⅱ型、Ⅲ型为主，生烃潜量为3～21 mg/g，TOC值为3%～10%，厚度最高达380 m；卡萨芒斯次盆内主要为沥青质页岩，有机质类型以Ⅱ型为主，TOC值为7%～10%，生烃潜量为5～75 mg/g，沉积厚度为330～490 m［2］。

盆地内还发育多套次要烃源岩：①下白垩统瓦兰今阶石灰岩、阿普特—阿尔布阶页岩，有机质类型为Ⅲ型，以生气为主，TOC值为1%～3%，在卡萨芒斯次盆内最高达3.4%；②上白垩统森诺曼—马斯特里赫特阶页岩以Ⅱ型为主，部分含Ⅳ型，TOC值为0.9%～4.0%，生烃潜量为2～5 mg/g。深海钻探井DSDP367 和DSDP368（分别距离塞内加尔首都Dakar 西南370 km和北西520 km）也证实了阿尔布阶和塞诺曼—土伦阶页岩烃源岩生烃潜力［2］。③古近系烃源岩具有一定的生烃潜力，但目前尚未成熟。同时塞内加尔境内陆上钻井Diana Malari-1 和Kolda-1 钻遇志留系黑灰色富有机质Buda 页岩，厚度为41 m，地化分析测试TOC值为1.0%～5.5%，可能在侏罗世—白垩纪开始生烃，由于埋深大，现今可能过成熟［5，16-17］。盆地内已探明的2 个主要生油区：①毛里塔尼亚次盆至中部次盆北段；②卡萨芒斯次盆至几内亚比绍海域。阿尔布阶烃源岩大约在晚始新世开始生油，土伦阶和森诺曼阶烃源岩在中新世开始生油，白垩纪烃源岩生油深度为1 000～3 000 m［9］。在Cape Verde 毛里塔尼亚和卡萨芒斯次盆盐底辟发育带，火山作用和漂移期盐底辟活动导致地温梯度升高，对烃源岩成熟度影响大，烃源岩生油深度变浅。

4.1 中部次盆

中部次盆从塞内加尔河向南延伸到冈比亚河，盆地内主要沉积中生界，古生界仅在塞内加尔东南部陆上和相邻盆地有露头发现。截至目前，中部次盆内油气发现数量最多，2014 年，英国凯恩石油公司（Cairn Energy）获FAN 1和Sangomar 深水大油气发现并证实盆地深水—超深水区阿尔布阶深水扇、三角洲油气富集，勘探取得重大突破；2015 年科斯莫司能源公司（Kosmos Energy Ltd.）在中部次盆超深水区获得Ahmeyim/Guembeul 发现，为盆地内目前最大油气发现，油气主要集中在背斜之上的下塞诺曼阶浊积扇砂体。据IHS 数据统计，截至目前，中部次盆海域获得油气发现10 个，油气可采储量97.95×108bbl，均未进入开发。

（1）下白垩统成藏组合

FAN 1 和Sangomar 发现均位于塞内加尔海域，水深分别为1 437 m 和1 150 m，石油可采储量分别为0.75×108bbl 和0.48×108bbl，天然气可采储量分别为0.06 Tcf 和0.82 Tcf［11］。

主要烃源岩为土伦阶海相页岩，有机质类型为Ⅱ型，生烃潜量为3.5～21.0 mg/g，TOC值为1.2%～4.5%，最大厚度达350 m，于古新世达到成熟，新近纪开始大量生烃［5，18］。早白垩世盆地内物源充足，陆架边缘三角洲沉积不断向海进积，陆坡处形成三角洲体系［19］，坳陷后期三角洲砂体沿碳酸盐岩台地边缘陡坡处易发生垮塌，并向盆底推进，深水重力流砂体发育［20-21］，三角洲与浊积扇沉积体系表现出明显“源-汇”关系［22-23］。FAN 1 主要储层为深水区低幅度构造带的下白垩统浊积扇砂体组合；晚白垩世森诺曼期不整合作用导致上侏罗统—下白垩统碳酸盐岩台地抬升并发生岩溶［24-25］，形成浅海相水道充填砂岩储层；Sangomar 主要储层为陆架边缘阿尔布阶三角洲砂体，储层厚度平均为50 m，孔隙度为24%［5］。上白垩统圣通阶和下白垩统阿尔布阶泥岩与上倾断层形成封闭作用，形成岩性圈闭（FAN 1）和构造-不整合圈闭（Sangomar）（图4）［18，26］。油气主要通过2 种方式运聚：①沿塞诺曼或阿尔布阶砂岩储层运移，形成砂岩侧向尖灭油气藏；②沿上倾断层垂向运移到白垩系砂岩储层，形成岩性-构造油气藏。

图4 塞内加尔盆地深水区浊积砂体地震剖面（剖面位置见图1）Fig.4 Seismic section of turbidite sand bodies in deep-water area of Senegal Basin

（2）上白垩统成藏组合

2015 年Kosmos 公司在中部次盆超深水区先后发现Ahmeyim/Guembeul 大气田、Bir Allah 气田，之后又有Terange 气田（2016 年）和Yakaar 气田（2017 年）发现。油气发现集中在上白垩统塞诺曼阶浊积水道和浊积扇复合砂体，是盆地内最重要的储层，上白垩统储层已发现2 P 可采储量超89.85×108bbl，以天然气和凝析油为主。

Ahmeyim 气田为塞内加尔盆地目前最大油气发现，水深为2 710 m，目前尚未开发，天然气可采储量为16.2 Tcf。主要烃源岩为下白垩统页岩，有机质类型以Ⅱ型、Ⅲ型为主，生烃潜量为2～7 mg/g，TOC值为1.0%～2.7%；次要烃源岩上白垩统塞诺曼—土伦阶海相页岩，有机质类型为Ⅱ型，生烃潜量为3～21 mg/g，TOC值为1.2%～4.5%，在古新世达到成熟，新近纪开始大量生烃［11］。晚白垩世—中新世盆地陆坡边缘和深水区广泛发育浊积砂体，晚白垩世浊积扇砂体在地震相上表现为中—强振幅、弱连续性（图4）。中部次盆内油气发现富集于上白垩统深水浊积砂体，储层净厚度达107 m，孔隙度为10%～30%［5］。上白垩统和层间泥岩与上倾断层形成封闭作用，形成构造-地层圈闭。圣通期—早中新世盆地受构造挤压作用，导致裂谷期断层活动作为油气垂向运移通道，至构造高部位，形成背斜构造油气藏（图5）。

图5 塞内加尔盆地中部次盆油气成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation model of Middle sub-basin，Senegal Basin

4.2 毛里塔尼亚次盆

毛里塔尼亚次盆从摩洛哥南部向南延伸到塞内加尔河北部。盆地内油气发现包括：Chinguetti油田（2001 年）、Banda 气田（2002 年）和Tiof 油田（2003 年），主力层位为中新统浊积砂岩，Pelican 气田（2004 年）发现证实了盆地内上白垩统砂岩勘探潜力大。盆地内油气发现目前均尚未投入开发。

盆地内已证实烃源岩为塞诺曼-土伦阶富有机质页岩，在毛里塔尼亚次盆内干酪根以Ⅱ型为主，TOC值为7.0%～10.0%，生烃潜量为3.5～21.0 mg/g，在古新世开始生烃，目前仍处于生油窗［2］，该套烃源岩对陆架碳酸盐岩储层具有重要意义。盆地深水区发育中新统浊积砂岩主要储层和上白垩统砂岩次要储层，其中，中新统储层以浊积砂岩为主，最大厚度为114 m，孔隙度为24%［11］。这2 套储层均为重力流沉积体系［27］，物源主要来自陆架三角洲，地震相表现为中—强振幅、中等连续性（图6）。由于蒸发盐岩具有较强可塑性［11］，三叠系—早侏罗系沉积期盐岩受后期构造作用而发生变形，形成盐底辟构造侵入中新统深水浊积砂岩储层，同时可作为油气运移的良好通道［28］。例如，Chinguetti 油田圈闭类型为盐岩受构造作用变形，刺穿上覆地层并形成侧向封堵和断层侧向遮挡，形成与盐相关的构造-岩性圈闭［16］［图7（圈闭1）］，同时对上白垩统浊积砂岩侧向封堵，形成盐下圈闭［图7（圈闭7）］。由于盆地内断层不发育，缺乏油气运移通道，同时晚白垩世烃源岩的成熟度是盆地内形成大型油气田的主要风险。

图6 塞内加尔盆地毛里塔尼亚次盆盐底辟发育区地震剖面（剖面位置见图1）Fig.6 Seismic profile of salt diapirs in Mauritania sub-basin，Senegal Basin

图7 塞内加尔盆地中部次盆—毛里塔尼亚次盆深水区油气成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Middle sub-basin and Mauritania sub-basin，Senegal Basin

4.3 卡萨芒斯次盆

卡萨芒斯次盆从冈比亚南部向南延伸到几内亚比绍，盆地内发育南北向延伸的盐底辟构造带。盆地内目前油气发现集中在浅水区，Oryx Petroleum公司在盆地内盐底辟构造带先后发现Dome Flore（1967年）和Dome Gea（1971年）油田，2P 可采储量分别为0.1×108bbl 和0.15×108bbl；Copetao 公司在CM-5 井2 786 m 渐新统鲕粒状灰岩中获重油发现（原油API值为10°）、马斯特里赫特阶储层中获轻质油发现（API值为34°），发现储量规模均较小。2004 年Premier 石油公司Sinapa 油田的发现证实了下白垩统阿尔布阶砂岩具有较大油气勘探潜力，2P 可采储量为0.14×108bbl，其中石油2P 可采储量为0.13×108bbl［11］。

目前，已证实的烃源岩为塞诺曼-土伦阶页岩，Ⅱ型干酪根，TOC值为5.35%～8.72%，生烃潜量为660～683 mg/g。上白垩统马斯特里赫特阶海相三角洲和浅海陆相浊积砂体为主要储集层系，厚度为100～1 700 m，且变化范围大，孔隙度为13%～35%；渐新统储层主要为碳酸盐岩地层，以含有孔虫的细粒灰岩为主，孔隙度大于50%，平均厚度超过50 m［29］。裂谷期盐岩层具有流动性，受后期构造作用而变形，刺穿上覆地层形成侧向封堵，在上覆马斯特里赫特阶砂岩储层中易形成轻质油油藏［图7（圈闭7）］；沿盐底辟继续向上运移，在盐底辟顶部形成背斜或盐遮挡型油气藏［图7（圈闭3）］。

5 结论

（1）塞内加尔盆地是伴随中生代潘基亚超大陆的解体、中大西洋持续扩张而形成的。盆地经历了陆内裂谷（中三叠世）、陆间裂谷（晚三叠世至早侏罗世）和被动陆缘（中侏罗世至今）3 个原型盆地阶段叠加发展而来，分别为陆相、过渡相及海相沉积体系。盆地构造和充填沉积有差异，下部裂谷层系不发育，中部陆间裂谷盐岩发育，上部坳陷层序沉积厚度大，为“含盐坳陷型”被动陆缘盆地。

（2）盆地结构及沉积特征垂向上以三叠纪含盐过渡层系为界，可分为盐下裂谷层系、盐岩层和盐上坳陷层系。盆地结构-沉积体系决定了其油气成藏特征，已发现油气主要来源于盐上坳陷层系，主要发育塞诺曼—土伦阶和阿普特—阿尔布阶海相页岩烃源岩，在晚始新世至中新世开始生烃。中部次盆阿尔布阶浊积扇和碳酸盐岩台地上的三角洲砂体，形成岩性圈闭和构造-不整合圈闭；超深水区发育上白垩统深水重力流浊积砂体，下部成熟的油气沿断层向上运移，形成海底扇油气藏；盐底辟对油气运移和侧向封堵均产生影响，毛里塔尼亚和卡萨芒斯次盆盐底辟发育带多形成与盐岩相关的中新统浊积砂岩成藏组合。

（3）“含盐坳陷型”被动陆缘盆地深水目前整体勘探程度较低，油气勘探钻井集中在中部次盆盐上坳陷层系，随着勘探范围的不断拓展，毛里塔尼亚、卡萨芒斯次盆将会有更多海底扇油气藏发现，同时，处于深水范围的侏罗系—下白垩统碳酸盐岩礁滩体可能成为下一步碳酸盐岩油气藏发现的热点。