大陸邊緣三角洲盆地油氣成藏特征類比研究

賈懷存，康洪全，李明剛，程 濤，孟金落

中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 朝陽 100028

引 言

在大型水系發(fā)育的被動大陸邊緣盆地中，河流往往攜帶大量的陸源碎屑快速注入盆地，在海岸附近形成了河流—海岸三角洲沉積體系[1]。世界上很多大油氣區(qū)都與河流—海岸三角洲沉積體系伴生，尤其是第三系大油氣區(qū)幾乎都與三角洲盆地共生。如西非的尼日爾三角洲盆地和印尼庫泰盆地馬哈坎三角洲的油氣資源均十分豐富（圖1），而2013年以來，在東非海域的魯伍瑪三角洲盆地相繼發(fā)現(xiàn)多個超大規(guī)模的天然氣田，更使得該類型盆地的油氣勘探成為世界的焦點之一[2]。

圖1 印尼庫泰盆地、東非魯伍瑪盆地和西非尼日爾三角洲盆地分布圖Fig.1 Distribution map of Niger delta,Ruvuma Basin and Kutei Basin

雖然尼日爾三角洲盆地、庫泰盆地馬哈坎三角洲和東非魯伍瑪三角洲盆地油氣富集層系均為三角洲沉積體系，但各盆地的油氣分布比例具有明顯差異性。其中，尼日爾三角洲盆地以石油為主（油氣比例為1.00：0.19），庫泰盆地和東非魯伍瑪盆地以天然氣為主（兩個盆地的油氣比例分別為1.00：2.50和1.00：118.00）。國內(nèi)外學(xué)者對3個盆地的油氣地質(zhì)特征、油氣富集規(guī)律和成藏特征均有過系統(tǒng)研究[3-28]。但前人的研究多是對各個盆地進(jìn)行獨立研究，而對三大盆地油氣成藏條件的類比及對油氣富集規(guī)律的差異性研究較少，尤其是對油氣資源分布差異性的控制因素缺乏系統(tǒng)性研究。因此，開展庫泰盆地馬哈坎三角洲，東非海岸魯伍瑪盆地的三角洲和西非尼日爾三角洲盆地的油氣成藏條件解剖分析與差異性類比研究，可以明確不同大陸邊緣三角洲盆地油氣成藏特征差異及對油氣分布的控制因素，同時可以更好地指導(dǎo)對大陸邊緣河流-海岸三角洲沉積體系的油氣勘探。

1 盆地結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征對比

受區(qū)域構(gòu)造演化背景控制，3個三角洲盆地發(fā)育的構(gòu)造演化背景、三角洲分布范圍與沉積特征、三角洲的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造樣式等存在明顯差異。

1.1 三角洲發(fā)育的構(gòu)造演化階段不同

西非尼日爾三角洲和東非魯伍瑪盆地三角洲體系主要在漂移期發(fā)育，庫泰盆地馬哈坎三角洲主要發(fā)育在發(fā)生大規(guī)模海侵后的裂陷期的拗陷階段期。

伴隨著中生代岡瓦納大陸發(fā)生裂解，美洲、非洲和印度板塊都經(jīng)歷了裂陷與漂移階段。而西非尼日爾三角洲和東非魯伍瑪盆地三角洲主要形成于漂移期，并且魯伍瑪盆地三角洲形成時間比尼日爾三角洲略早。由于東岡瓦納大陸開裂時間要早于西岡瓦納大陸，因此，東非海岸在早白堊世就已經(jīng)進(jìn)入了漂移期。而魯伍瑪盆地在漂移早期發(fā)育河流-三角洲-濁積扇、淺海及半深海沉積。西非的尼日爾三角洲盆地在始新世—中新世開始大規(guī)模發(fā)育三角洲沉積。

庫泰盆地的馬哈坎三角洲是在盆地由裂陷期的斷陷階段進(jìn)入拗陷階段后開始發(fā)育形成。在晚漸新世，庫泰盆地整體發(fā)生拗陷構(gòu)造作用，盆地范圍迅速擴(kuò)大，并發(fā)生大范圍海侵。同時，構(gòu)造活動以穩(wěn)定沉降為主，總體上沉降速率減小，發(fā)育海相三角洲沉積。

1.2 三角洲內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造樣式存在差異

庫泰盆地的馬哈坎三角洲主要發(fā)育前積結(jié)構(gòu)，重力滑脫推覆構(gòu)造體系不發(fā)育（圖2）[6]。西非的尼日爾三角洲盆地和東非魯伍瑪盆地三角洲內(nèi)部發(fā)育重力滑脫推覆構(gòu)造（圖3，圖4）[6-8]。在尼日爾三角洲盆地重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)比較發(fā)育，泥底辟構(gòu)造是其主要的構(gòu)造樣式。而魯伍瑪三角洲的重力滑脫底辟構(gòu)造不發(fā)育，發(fā)育小型擠壓背斜為主的過渡樣式。

在重力滑脫構(gòu)造域的最前端為沖斷構(gòu)造區(qū)，主要構(gòu)造樣式為逆沖推覆構(gòu)造。沖斷構(gòu)造區(qū)在尼日爾三角洲盆地和魯伍瑪盆地三角洲均發(fā)育。

圖2 庫泰盆地馬哈坎三角洲地質(zhì)剖面圖Fig.2 Cross section of Mahakan delta in Kutei Basin

圖3 東非魯伍瑪盆地三角洲地質(zhì)剖面圖Fig.3 Cross section of Ruvuma Basin

1.3 陸架寬度與地形坡度控制三角洲內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造樣式

西非的尼日爾三角洲盆地和東非的魯伍瑪盆地大陸坡陡窄，陸坡地形坡度大，河流帶來的大量陸源沉積物發(fā)生快速卸載、堆積。當(dāng)大量陸源沉積物堆積到一定程度后，陡傾的地形難以繼續(xù)承受沉積物的不均勻卸載，進(jìn)而產(chǎn)生沿漂移早期的海相泥巖面發(fā)生重力滑脫構(gòu)造。當(dāng)在滑脫體前端受到剛性地層的阻擋后，便發(fā)生沖斷構(gòu)造。因此，窄陸架和陡傾的陸坡地形控制了西非尼日爾三角洲和魯伍瑪盆地三角洲內(nèi)部的重力滑脫推覆構(gòu)造體系。而主要在拗陷階段發(fā)育的庫泰盆地馬哈坎三角洲構(gòu)造活動較為穩(wěn)定，地形起伏一般不大，三角洲內(nèi)部的重力滑脫推覆構(gòu)造不發(fā)育。

圖4 西非尼日爾三角洲地質(zhì)剖面Fig.4 Cross section of Niger Delta Basin

2 地層充填特征對比

因區(qū)域構(gòu)造演化經(jīng)歷不同，庫泰盆地馬哈坎三角洲沉積地層主要為近物源沉積，三角洲泛濫平原亞相較為發(fā)育，巖性主要為砂巖、頁巖、煤和礁灰?guī)r。東非魯伍瑪三角洲和西非尼日爾三角洲盆地主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)物源沉積特征，三角洲前緣-濁積扇體系較為發(fā)育，巖性以細(xì)粒的泥頁巖為主，濱岸帶砂巖儲層較為發(fā)育（圖5）。

在庫泰盆地，由于南海在早中新世向加里曼丹島俯沖，導(dǎo)致加里曼丹島中部山脈隆升，形成了廣泛的剝蝕區(qū)，為盆地提供了充足的物源，為馬哈坎三角洲的大規(guī)模發(fā)育提供了充足的物源。由于馬哈坎三角洲屬于近源沉積三角洲體系，三角洲泛濫平原、辮狀河分支河道等相帶類型分布較為廣泛。巖性主要為砂巖、頁巖、煤和礁灰?guī)r。

漸新世至今，受新構(gòu)造運動影響，東非大陸大幅隆升，魯伍馬盆地陸上遭受剝蝕，第三系碎屑體系開始快速向海進(jìn)積，形成魯伍瑪三角洲-濁積扇體系。地震剖面揭示，濁積扇體系在時空演化上具有垂向疊加，橫向遷移的特征。從始新統(tǒng)持續(xù)到中新統(tǒng)，均可識別出明顯的下切水道特征，漸新統(tǒng)規(guī)模最大，范圍最廣，整體上呈現(xiàn)出由南向北的遷移趨勢。物源區(qū)強(qiáng)烈的碎屑注入可以供給到Davies構(gòu)造帶上。其中Windjammer-1和Barquentine-1井均鉆遇了海底扇砂巖儲層，Tubarao-1井鉆遇始新世水道砂體。

圖5 尼日爾三角洲、魯伍瑪盆地和庫泰盆地地層充填對比Fig.5 Analogue stratigraphic colum of Niger,Ruvuma and Kutei Basin

3 油氣成藏條件對比

3.1 烴源巖特征對比

目前，在3個典型三角洲盆地均已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的油氣。從烴源巖分布層位看，庫泰盆地馬哈坎三角洲和西非尼日爾三角洲盆地主力烴源巖來自三角洲沉積體系。其中，庫泰盆地主力烴源巖為三角洲平原亞相的煤系，尼日爾三角洲盆地主力烴源巖為前三角洲亞相的頁巖，而東非魯伍瑪盆地主力烴源巖來自下伏下侏羅統(tǒng)海灣環(huán)境形成的海相頁巖，處于構(gòu)造演化階段由裂陷期向漂移期的過渡期（表1）。

表1 大陸邊緣三角洲盆地主力烴源巖地化指標(biāo)對比Tab.1 Compared geochemical data of source rock in continental margin delat basins

庫泰盆地中新統(tǒng)-上新統(tǒng)的馬哈坎三角洲煤系烴源巖主要包括煤、碳質(zhì)泥巖和海相泥巖，沉積環(huán)境為三角洲平原和前三角洲。其中，煤主要是由三角洲平原沼澤環(huán)境下的喬木植物形成的黑煤和三角洲平原較低部位的細(xì)菌、苔蘚、蕨類植物的孢子，莎草沼澤和湖中水藻形成的褐煤。有機(jī)碳含量普遍在50.0%～80.0%，平均55.0%。

從顯微組分和氫/碳原子比等方面的分析看，馬哈坎三角洲煤的生油能力并不亞于有機(jī)頁巖。由于遭受生物降解，馬哈坎三角洲的煤和頁巖氫組分含量相對較高，殼質(zhì)體的含量在20%以上，H/C和O/C原子比與II型干酪根一致，因此，馬哈坎三角洲的煤具有較強(qiáng)的生油能力，是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。而前三角洲的海相頁巖的有機(jī)碳含量在0.5%～1.0%，氫指數(shù)（IH）達(dá) 150 mg/g，以III型干酪根為主，屬于中等—較差烴源巖。

尼日爾三角洲盆地主力烴源巖為始新統(tǒng)—中新統(tǒng)阿哥巴達(dá)組前三角洲頁巖。考索恩海峽-2井揭示，頁巖總有機(jī)碳普遍在0.5%～4.4%，平均為1.8%，有機(jī)質(zhì)類型以II2型為主，并有部分III型。生烴潛力（S2）絕大多數(shù)在5.0 mg/g上，最高可達(dá)20.0 mg/g，Tmax在 435～440?C，已經(jīng)成熟。

過渡期，下侏羅統(tǒng)海灣環(huán)境形成的富有機(jī)質(zhì)頁巖是東非魯伍瑪盆地主力烴源巖[10]，而漂移期三角洲體系的頁巖地化指標(biāo)整體較差，且處于未成熟-低成熟階段。過渡期海灣環(huán)境烴源巖在魯伍瑪盆地中雖未鉆遇，但通過類比周邊盆地已鉆遇烴源巖地化指標(biāo)分析，認(rèn)為過渡期海灣環(huán)境形成的富有機(jī)質(zhì)頁巖地化指標(biāo)好，生烴潛力大，已成熟，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖。海相頁巖的總有機(jī)碳為2.0%～11.0%，生烴潛力（S1+S2）為 2.7～96.0 mg/g，氫指數(shù)（IH）為159.0～1 325.0 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型為II-III型，且埋藏較深，處于成熟或過成熟階段。

3.2 儲層特征對比

受構(gòu)造-沉積演化控制，3個典型三角洲盆地主力儲層均是三角洲體系砂巖，儲層物性好（表2）。

表2 大陸邊緣三角洲盆地主力儲層特征對比Tab.2 Compared data of reservoir rock in continental margin delat basins

如東非魯伍瑪盆地主力儲層為漸新統(tǒng)—始新統(tǒng)三角洲—深水扇體系濁積砂巖，孔隙度普遍在11.0%～23.5%，滲透率為7～836 mD。鉆井揭示為塊狀砂巖，地震上表現(xiàn)為低頻連續(xù)強(qiáng)反射的特征。巖芯上可識別層理、碎屑顆粒、滑塌構(gòu)造和峽谷充填等深水扇沉積現(xiàn)象。

中中新統(tǒng)-上新統(tǒng)三角洲砂巖是庫泰盆地馬哈坎三角洲的主力儲層，盆地已發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)油氣田儲層均為該套砂巖。儲層沉積相帶主要為三角洲前緣河口壩及三角洲平原分支河道中的砂壩。砂巖單層厚度普遍在3～15 m，單井累計砂巖厚度可達(dá)200～3 000 m?？紫抖?0.0%～35.0%，滲透率100～1 000 mD。

尼日爾三角洲盆地主力儲層為第三系阿哥巴達(dá)組三角洲前緣的水下分流河道和河口壩微相的石英砂巖。儲層橫向分布穩(wěn)定，通常為疊層狀，厚度2 500 m，最大厚度超過3 600 m?？v向上存在7個含油層段，主力油層段砂體埋藏深度350～4 800 m，孔隙度在22.0%～32.0%，平均25.0%，滲透率為500～4 800 mD，儲集空間以原生粒間孔隙為主。

3.3 圈閉條件對比

受盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造樣式的控制，西非尼日爾三角洲盆地和東非魯伍瑪盆地三角洲的重力滑脫推覆構(gòu)造體系發(fā)育，盆地的構(gòu)造樣式主要為伸展斷裂體系和擠壓推覆構(gòu)造體系，因此，這兩個盆地的圈閉類型主要為斷塊和滾動背斜圈閉類型。在重力滑脫變形的過渡區(qū)和底辟發(fā)育區(qū)，主要發(fā)育與泥巖底辟相關(guān)的圈閉類型。在沖斷區(qū)，則以發(fā)育斷背斜、逆掩背斜等構(gòu)造圈閉類型為主，圈閉規(guī)模往往較大。另外，在遠(yuǎn)端深水區(qū)也發(fā)育濁積扇-水道體系的砂巖透鏡體等巖性圈閉。

庫泰盆地馬哈坎三角洲盆地主要表現(xiàn)為大型的前積結(jié)構(gòu)，重力滑脫推覆構(gòu)造體系不發(fā)育，因此圈閉類型主要為地層圈閉、巖性圈閉及地層-巖性復(fù)合圈閉。

4 成藏特征及成藏模式對比

西非尼日爾三角洲盆地和庫泰盆地馬哈坎三角洲成藏特征表現(xiàn)為自生自儲的特點，其烴源巖、儲層和蓋層均為三角洲沉積體系，油氣成藏具有短距離運移，近源成藏的特點（圖6）。

圖6 尼日爾三角洲盆地油氣成藏模式圖Fig.6 Hydrocarbon accumulation model of Niger Delta

如尼日爾三角洲盆地的主力烴源巖為始新統(tǒng)-中新統(tǒng)阿哥巴達(dá)組前三角洲頁巖，主力儲層為阿哥巴達(dá)組三角洲前緣的水下分流河道石英砂巖，蓋層為三角洲泥頁巖。烴源巖生成的油氣通過高角度的逆沖斷層以短距離的垂向運移，當(dāng)油氣通過砂巖輸導(dǎo)層進(jìn)入受上覆蓋層和側(cè)向泥底辟或斷層的遮擋形成的圈閉中即可聚集成藏，而有效運移通道是油氣成藏的關(guān)鍵因素。

東非魯伍瑪盆地三角洲成藏特征具有階梯式長距離運移，遠(yuǎn)源成藏的特點。下侏羅統(tǒng)烴源巖生成的油氣首先沿溝源大斷裂向上發(fā)生垂向運移，當(dāng)油氣運移至淺層古近系三角洲的有效輸導(dǎo)體后發(fā)生側(cè)向運移，并在有效的圈閉中聚集成藏。有效生烴灶和運移通道是油氣聚集成藏的關(guān)鍵因素。如在三角洲前端的重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)靠近生烴凹陷，溝源大斷裂發(fā)育，同時，深水濁積扇等砂巖儲層的廣泛發(fā)育為油氣側(cè)向長距離運移提供了有效的運移通道，并最終形成了巨型氣藏（圖7）。

圖7 東非魯伍瑪盆地油氣成藏模式圖Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Ruvuma Basin,East Africa

5 結(jié) 論

（1）尼日爾三角洲盆地、魯伍瑪盆地和庫泰盆地馬哈坎三角洲的發(fā)育構(gòu)造階段不同，盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造樣式存在差異。在漂移期發(fā)育的尼日爾三角洲和魯伍瑪盆地大陸坡陡窄，陸坡地形坡度大，重力滑脫推覆構(gòu)造體系發(fā)育。裂陷期拗陷階段發(fā)育的庫泰盆地馬哈坎三角洲地形坡度較緩，三角洲內(nèi)部的重力滑脫推覆構(gòu)造體系不發(fā)育。

（2）庫泰盆地馬哈坎三角洲和尼日爾三角洲主力烴源巖均來自三角洲體系，分別為三角洲平原亞相的煤系和前三角洲頁巖，是傾油型烴源巖，處于成熟階段，主要生油。東非魯伍瑪盆地主力烴源巖來自下伏的下侏羅統(tǒng)海灣環(huán)境形成的海相頁巖，處于高成熟—過成熟階段，主要生裂解氣。

（3）尼日爾三角洲和魯伍瑪盆地重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育，在重力沖斷構(gòu)造區(qū)大型圈閉較發(fā)育，油氣運移通道條件較好，一般以發(fā)現(xiàn)大型或巨型油氣田為主，未來勘探潛力較好。而庫泰盆地馬哈坎三角洲重力滑脫推覆構(gòu)造體系不發(fā)育，圈閉類型一般以巖性、地層圈閉等類型為主，圈閉規(guī)模相對不大。三角洲前緣的水下分流河道砂巖或河口壩形成的透鏡體等巖性圈閉是主要勘探領(lǐng)域，風(fēng)險相對較小。

（4）庫泰盆地馬哈坎三角洲和尼日爾三角洲成藏特征以自生自儲型為主，近源成藏為主要特點，烴源巖、儲集層和圈閉等成藏要素均發(fā)育在三角洲體系。東非魯伍瑪三角洲油氣成藏特征具有階梯式長距離運移，遠(yuǎn)源成藏特征。

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