典型大西洋型深水盆地油气地质特征及勘探潜力：以巴西桑托斯盆地为例

马中振

(中国石油勘探开发研究院 南美研究所，北京，100083)

摘要：巴西桑托斯(Santos)盆地是典型的大西洋型深水盆地：盆地经历同裂谷→过渡→后裂谷(漂移)3 个演化阶段。裂谷期Guaratiba组湖相黑色页岩为盆地主要的烃源岩，后裂谷期Itajai-Acu组深水页岩是盆地次要的烃源岩；盆地主要发育第三系Marambaia组浊积砂岩、白垩统Santos组浊积砂岩、Guaruja组碳酸盐岩和Guaratiba组砂岩和灰岩共4套储集层，油气主要富集在Guaratiba组砂岩和灰岩储集层中；盆地过渡期发育的Ariri组盐岩层是盆地良好的区域性盖层，第三系层间泥页岩为盆地局部层间盖层；以主要含油气储集层为核心，将盆地划分为下部、中部和上部3套成藏组合，运用油藏规模序列法预测3 套成藏组合待发现可采资源量分别为17.673×10⁹，14.138×10⁹和6.821×10⁹桶，综合分析认为盆地下部勘探潜力区为东部的下部成藏组合和西部的中、上部成藏组合。

关键词：桑托斯盆地；石油地质；成藏组合；勘探潜力

中图分类号：TE 121                文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2013)03-1108-08

Petroleum geology and favorable exploration potential of typical South Atlantic deep water basin： Taking Brazil Santos Basin as an example

MA Zhongzhen

(Department of South America, Research Institute of Petroleum Exploration & Development, China National Petroleum Corporation, Beijing 100083, China)

Abstract: The Santos Basin is a typical South Atlantic deep water basin which went through three evolution phases, i.e.: syn-rift, transitional and post-rift. The lower Cretaceous lacustrine black shale of the Guaratiba formation which formed in the phase of syn-rift basin is the primary source rock, and the post-rift Itajai-Acu deep water shale is the minor source rock. The Tertiary Marambaia turbidities, Cretaceous Santos turbidities, Guaruja Carbonates and Guaratiba sandstone and limestone are major reservoirs, hydrocarbon mainly accumulates in Guaratiba reservoir. The Ariri salt developed in transitional stage is regional seal, and the tertiary interlayer mudstone and shale could be local seal. Santos Basin could be divided into three plays cored on major hydrocarbon bearing reservoir, which are upper play, middle play and lower play. The undiscovered recoverable resource of lower, middle and upper plays have been calculated by using reservoir size sequence method are 17.673×10⁹, 14.138×10⁹ and 6.821×10⁹ barrel, respectively. The most favorable exploration targets are the lower syn-rift turbidities under thick salt layer in eastern deep water zone and upper and middle plays in thin and transitional zone.

Key words: Santos Basin; petroleum geology; play; exploration potential

南美东缘大西洋型盆地群是世界著名的含油气盆地群^[1-3]，桑托斯(Santos)盆地则是其中的典型代表^[4-6]。桑托斯(Santos)盆地的油气勘探活动始于20 世纪30 年代，但勘探效果一直不理想，仅发现几个可采储量在100×10⁶桶以下的小型油气藏。20世纪90 年代，随着盆地北面坎波斯(Campos)盆地几个大型深水油气藏的发现^[7-8]，桑托斯盆地的勘探也由浅水转向深水，这一转变给盆地勘探带来巨大的变化，2000—2008 年间该盆地深水地区油气勘探取得重大进展，共发现14 个油气可采储量超0.7×10⁸ t(约5×10⁸桶)的油气田(表1)，桑托斯盆地也一举成为世界瞩目的深水含油气盆地。很多学者从不同角度对桑托斯盆地进行了许多有意义的研究，对盆地油气勘探的突破起到很大的推动作用^[9-10]。2000 年以来，随着深水地区勘探投入的加大，大西洋型盆地群中发现大量规模以上油气藏，尤其是桑托斯盆地中图皮(Tupi)、侏皮特(Jupiter)和依拉(Iara)等大型深水油气藏的发现更是激发了人们对大西洋型盆地深水领域的兴趣。正确认识桑托斯盆地的形成演化历史及其油气地质特征，对桑托斯盆地乃至整个南美洲大西洋型盆地的勘探都有重要的指导和借鉴意义。桑托斯盆地位于巴西东南海上，总面积326 867 km²。盆地共划分为：圣塞巴斯蒂昂(Sao Sebastiao)高地亚盆地和圣保罗(Sao Paulo)高地亚盆地2个次级构造单元。其中圣塞巴斯蒂昂高地面积4 153 km²，位于盆地西北部，呈三角状；圣保罗高地面积156 142 km²，位于盆地东南部。

表1  2000年以来巴西东缘重大油气发现(大于5×10⁸桶油气可采储量)

Table 1  Big field discovery in eastern margin of Brail since 2 000 (bigger than 5 000 MMBOE Recoverable reserve)

截止到2008 年盆地共钻井266 口，其中勘探井239 口，开发井27 口；采集2 D地震测线215 141 km，3D地震数据46 196 km²。钻井水深一般介于100~2 500 m，钻井总深一般不超过6 000 m，目前盆地主要勘探目的层为裂谷期下白垩统Guaratiba组。

1  石油地质特征

1.1  区域构造特征

桑托斯盆地是南美大陆和非洲大陆开裂的产物。早白垩纪时期2个大陆开始解体，并在该地区形成一个近北东—南西向展布的裂谷沉积体系，形成南美洲大西洋型雏形盆地—大陆裂谷盆地^[11-14]，此阶段为桑托斯盆地裂谷盆地发育阶段，该阶段盆地发育一系列近北东向的正断层，同时盆地填充大套陆相地层，是盆地主要的烃源岩层(Guaratiba)发育期；随后，随着南美大陆和非洲大陆的逐渐开裂，到早白垩纪晚期Aptian期，盆地沉积环境由湖相转变为局限海环境，此阶段盆地为陆-海过渡转换阶段，盆地发育大量蒸发盐岩地层(Ariri组)；晚白垩世Albian期到第三纪，南美洲大陆与非洲大陆彻底开裂，盆地转变为开阔海相沉积，此时盆地为被动大陆边缘盆地发育阶段，主要发育近岸碳酸盐岩和深海页岩及深海浊积砂岩。同时，在Albian期盆地开始沉积海相地层之后，盆地过渡期沉积的Ariri组蒸发盐岩就开始向盆地中心运移，并在近岸区形成一个张性应力区，在远岸区形成一个挤压应力区，近岸区盐岩层厚度变薄，形成大量“盐天窗”，远岸区则形成厚层盐岩区^[15-16]。

盆地发育1个盐岩底辟区、1个高地(圣保罗高地)和5个低地区(北部低地区、中部低地区、南部低地区、Avedis盆地区和小盆地区)。目前盆地发现的4 个规模以上油气藏(图皮、瓜拉、依拉、侏皮特)，均分布在圣保罗高地上，其余3 个规模较大的油气藏则分布在中部低地区和北部低地区(图1)。

桑托斯盆地主要发育2种构造样式(图2^[17])：(1) 裂谷期张性构造：如高角度的正断层，主要发育于大陆陆壳、玄武岩和盐下沉积地层；(2) 后裂谷期的张性构造：如铲状正断层，主要发育于盐上地层。

1.2  地层发育特征

盆地演化经历3种类型盆地阶段：裂谷盆地(Hauterivian-Barremian)、过渡盆地(Barremian-Aptian)和被动边缘盆地(Albian-Holocene)，对应发育3套巨层序：裂谷期的湖相巨层序、过渡期的盐岩巨层序和被动边缘阶段的海相巨层序^[18]，由下到上依次发育：下白垩统Camboriu组基底火山岩、湖相巨层序的下白垩统Guaratiba组湖相砂泥岩和灰岩、过渡期巨层序的Ariri组盐岩、海相巨层序的Florianopolis组砂岩、Guaruja组碳酸盐岩、Itanhaem组灰泥岩、Itajai-Acu组、Santos组和Jureia组泥岩和浊积砂岩以及第三系Marambaia组、Iguape组和Sepetiba组浊积砂岩、泥岩和碳酸盐岩。

图1  桑托斯盆地裂谷期构造纲要图(据文献[17-18]修改)

Fig.1  Tectonic features map of rift section in the Santos basin (modified from Refs. [17-18])

图2  桑托斯盆地演化历史(剖面位置见图1) (构造格架资料源于文献[17])

Fig.2  Schematic diagram of evolution stages of Santos Basin (Section position see Fig.1) (structural frame from Ref. [17])

图3  桑托斯盆地综合柱状图(据文献[17, 19]修改)

Fig.3  Stratigraphic chart of Santos Basin (modified from Refs. [17, 19])

1.3  烃源岩特征

盆地发育2套主要的烃源岩：巴雷姆—下阿普特期Guaratiba组湖相黑色页岩和赛诺曼—马斯切拉赫特期Itajai-ACU组深水页岩^[21-22]。Guaratiba组烃源岩为微咸水—咸水湖相厌氧环境沉积产物，盆地北部坎波斯盆地同时期相同沉积环境发育的Lagoa Feia组黑色页岩TOC质量分数为2%~6%，局部地区可达9%，生烃潜量(HI)高达900 g(HC)/mg(TOC), 有机质类型主要为Ⅰ型，为世界级的烃源岩，地质类比分析认为Guaratiba组地层具有与Lagoa Feia组地层相近的地质特征，可以推测Guaratiba组黑色页岩也是世界级的烃源岩层。目前该套烃源岩成熟度R_o大于0.6%的区域(生油窗)主要分布在盆地中部低洼地区，与盆地发育的5个低地区的位置非常吻合，目前盆地发现的大部分油气藏都分布在该区域中。Itajai-ACU组富含有机质的海相钙质泥岩和黑色页岩为盆地另一套烃源岩^[22]，烃源岩厚度大(1-SPS-17 井525 m、1-SCS-4A井 1 000 m、1-SCS-5井 225 m 和1-SCS-6井 550 m)，TOC质量分数介于1%~2.5%之间^[9]，生烃潜力最高12.9 kgHC/t，该套烃源岩在中新世进入生油窗开始生烃。

1.4  储盖组合特征

盆地发育的储集层包括：巴雷姆—阿普特期Guaratiba组砂岩、灰岩(厚度为12.192~91.44 m，10个油气藏储集层平均孔隙度为20%，平均渗透率为50×10^-3 μm²)；中下阿尔布期Guaruja组台地碳酸盐岩(厚度为9.754~49.987m，孔隙度为5%~25%，平均为16%，渗透率为(1~1 300)×10^-3μm²，平均为120×10^-3 μm²)；赛诺曼—马斯切拉赫特期Santos组浊积砂岩(孔隙度为12%~24%，平均为13%，渗透率为(1~2 177)× 10^-3μm²，平均为15×10^-3μm²)；第三系Marambaia 组浊积砂岩(孔隙度8%~36%，平均为15%；渗透率(1~6 000)×10^-3μm²，平均为100×10^-3μm²)。

盆地Ariri组盐岩为一套区域性盖层；此外，Guaratiba组页岩、Guaruja组层间页岩、灰泥岩以及第三系的深海相泥岩为浊积砂岩和灰岩储集层提供局部盖层条件。

成藏组合与油气勘探方向和勘探目标联系密切，以主要储集层为核心，参考盆地主要盖层的发育情况将盆地划分为上部成藏组合、中部成藏组合和下部成藏组合(图3和表2)。

图4  桑托斯盆地烃源岩成熟度平面展布(据文献[18]，修改)

Fig.4  Effective source rock distribution of Santos basin(modified form references [18])

表2  桑托斯盆地主要储集层物性参数(据文献[17]数据资料统计)

Table 2  Basic parameters of hydrocarbon assemblages of Santos basin (data from Ref.[17])

(1) 下部成藏组合：Guaratiba组砂岩、灰岩与湖相页岩烃源岩互层，构成一套高效的自生自储的成藏组合，湖相页岩和蒸发盐岩层提供盖层条件。截止到2010年底，该成藏组合内共发现油气藏10个，油气总可采储量17.113×10⁹桶，占盆地的71 %，为盆地油气最富集的成藏组合，目前盆地发现的几个著名的可采储量达10亿桶级的油气藏都发育在该成藏组合中(见表1)。

(2) 中部成藏组合：以已发现油气藏的Guaruja碳酸盐岩为储集层，以层间页岩、灰泥岩为盖层的成藏组合。该成藏组合中已发现油气藏10个，油气可采储量629×10⁶桶，占盆地的2.6%，次要成藏组合。

(3) 上部成藏组合：以白垩系和第三系的浊积砂岩为储集层，层间深海相泥页岩为盖层。目前该成藏组合中发现油气藏33个，油气可采储量6.369×10⁹桶，占盆地百分比为26.4%，盆地次要成藏组合。

1.5  油气藏特征

盆地发现的油气藏个数相对较少(49个)，下部成藏组合和上部成藏组合中主要发育岩性和岩性-构造复合型油气藏，单个油气藏储量规模大；中部成藏组合主要发育地层油气藏和复合型油气藏，油藏规模较小。

盆地Ariri盐岩层的发育对盆地油气平面和纵向分布和富集有着十分重要的控制作用。按照Ariri组盐岩厚度发育特征，平面上桑托斯盆地可以划分为薄层区、过渡区和厚层区这3个区域，不同区域油气富集规律不同：厚层区盐岩展布均匀、厚度大是非常好的区域性盖层，油气主要富集在盐下下部成藏组合，图皮(Tupi)和侏皮特(Jupiter)这2个十亿桶级油气藏就分布在这一区域。薄层区和厚度剧烈变化区的盐岩厚度薄，并且盐构造运动在这些区域形成数量众多“盐天窗”，下部烃源岩生成的油气能顺利通过这套区域性盖层运移到中部和上部成藏组合中聚集成藏，因此，这2个区域的油气主要富集在中部和上部成藏组合。

2  油气成藏模式与有利勘探区预测

2.1  油气成藏模式

盆地发育2种成藏模式：盐下成藏模式和盐上成藏模式。

盐下成藏模式主要发育在盆地东部厚层盐岩区，盆地裂谷期Guaratiba组湖相页岩于阿尔布期开始生烃，生成的油气以裂谷期断层为主要的疏导通道，向盐下的下部成藏组合中运移并聚集成藏；盐上成藏模式主要发育在盆地西部薄层盐岩区和盐岩厚度过渡区，此处裂谷期烃源岩生成的油气沿着裂谷期断层通过“盐天窗”向中部和上部成藏组合中运移成藏，盐上Itajai-ACU组富含有机质的海相钙质泥岩和黑色页岩在中新世开始生烃，油气以盐上正断层为通道直接运移进入储集层中成藏(图5)。

2.2  有利勘探区方向

以成藏组合为基本的评价单元，采用油藏规模序列法计算盆地下部、中部和上部三套成藏组合待发现油气可采资源量分别为17 113×10⁶，629×10⁶和6 369×10⁶桶，下部和上部成藏组合资源潜力非常大。由于盆地盐岩层的不均匀展布，导致盆地不同区域油气成藏模式与油气富集层位上存在差异。因此，不同区域油气勘探方向存有差别：

(1) 东部厚层盐岩区：盐下成藏模式，下部成藏组合为有利勘探方向。该区以Guaratiba组湖相灰岩为主要的勘探目标，该灰岩储集层与盆地盐下Guaratiba组湖相烃源岩互层，具有先天的成藏优势。此外，该储集层上覆的厚层盐岩层为油气的成藏以及后期保存提供了良好的条件。随着世界深水钻井技术的进步，以及近年巴西东缘深水厚层盐岩区下部多个十亿桶级可采储量油气藏的发现，充分显示了该区广阔的勘探前景。

图5  桑托斯盆地油气成藏模式图(构造格架资料源于文献[11])

Fig.5  Hydrocarbon accumulation model of Santos Basin (structural frame from Ref.[11])

(2) 西部薄盐岩和过渡区：盐上成藏模式，中部和上部成藏组合为有利勘探方向。以第三系和白垩系浊积砂岩储集层为主要勘探目标，兼探白垩系碳酸盐岩。该区域盐岩运动强烈，平面上形成多个“盐天窗”，盐下和盐上2套烃源岩中生成的油气都可以通过断层系统向上运移到上部第三系和白垩系浊积砂岩储集层中聚集成藏。此外盆地北部的坎波斯盆地在薄层盐岩区和过渡盐岩厚度区的第三系和白垩系浊积砂岩中发现111个油气藏，油气可采储量超过22.631×10⁹桶，2个盆地在沉积演化及油气成藏等方面非常相似，而目前桑托斯盆地仅在第三系和白垩系浊积砂岩体中发现29个油气藏，由此可见中部和上部成藏组合具有非常大的勘探潜力。

3  结论

(1) 桑托斯盆地石油地质条件优越，发育了以下岩层：裂谷期下白垩统Guaratiba组湖相页岩和Itajai-ACU组海相页岩2套烃源岩；3套主要的储集层，即下白垩统Guaratiba组砂岩、灰岩、Guaruja组碳酸盐岩储集层和上白垩统和第三系的浊积砂岩储集层；1套区域性盖层：下白垩统蒸发盐岩以及多套层间局部泥页岩夹层盖层。上部、中部和下部3套成藏组合和“东部盐下”和“西部盐上”等2套油气成藏模式。

(2) 盆地有利油气勘探方向为：东部厚层盐岩区以下部成藏组合为主，西部薄层和过渡盐区以中部和上部成藏组合为主。

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(编辑  邓履翔)

收稿日期：2012-02-13；修回日期：2012-05-08

基金项目：国家科技重大专项(2011ZX05028)；中国石油天然气股份有限公司重大科技项目(2008E-0500)

通信作者：马中振(1980-)，男，辽宁熊岳人，博士，工程师，从事石油地质综合研究；电话：13810634915；E-mail: mazhongzhen@petrochina.com.cn