深水盆地大陆坡含油气性的地球动力学前提.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 收搞日期2005 - 02 - 04 译、 校者单位青岛海洋地质研究所。 深水盆地大陆坡含油气性的地球动力学前提 B. E. Xaи н等 著 朱佛宏 译 单连芳 校 1 引言 开发海区的油气资源是不久的将来发展原料 基地最有远景的方向之一,而在某些地区现在即 可进行。海洋油气普查工作获得了显著的成功, 由于技术进步和巨型烃类聚集的新发现,普查工 作的规模持续增长。世界的经验证实了扩大工作 面积的必要性。普查工作现在不局限于陆架区并 趋向于深水区。 在20世纪的最后10年,明显地揭示出新的 油气远景目标 深水凹陷的大陆坡,其中发现 18个含油气盆地并查明20多个巨型油田。据 2001年11月的资料,这些油田的储量将近92 108t油当量。主要的石油资源集中在墨西哥湾、 巴西和西非沿岸图 1 。对西非资源的评价特别 高,如在1996～2000年间下刚果盆地的资源量增 加了80 。在东南亚、 西北欧和西北澳大利亚岸 边探明的烃类聚集要少得多,并以天然气田为主。 2002年在大西洋陆坡上安哥拉和西爱尔兰的工 作中获得了新的成就。在东南印度岸边孟加拉湾 中发现天然气田意义巨大,这是印度洋海区首次 巨大的发现。从国外媒体中获得的资料来看,其 特点是这些油气田相应地位于500～2000m深度 及更深的深水区和超深水区。在俄罗斯,位于 500m等深线以下的边缘海深水区实际上未研究 过,其资源也未评价过。 深水区的油气出现在一定的地球动力学环境 中,决定于高品质成熟的石油母岩层,大容量的油 储及可靠的圈闭在剖面和空间中的有利组合。特 别巨大的液态烃类聚集于大西洋边缘深水区,本 文将主要对其进行介绍。 2 大西洋被动边缘深水区的地球动 力学发展情景 现代大西洋的发育开始于约2亿年前,即侏 罗纪初,其标志为古大陆的分裂。大陆的裂谷作 用在其范围内出现较早,并在晚三叠世～早侏罗 世全面展开。同时伴有强烈的玄武岩火山爆发, 包括了中部和南部大西洋两侧的广大地区。在 早、 中侏罗世,大西洋的开裂涉及其中部地段,该 区从裂谷向扩张的过渡伴随着玄武岩火山作用和 蒸发岩的堆积。在这个时期,扩张轴从墨西哥湾 通过中大西洋呈北东向延伸,在晚侏罗世它从墨 西哥湾迁移至原始加勒比海。然后南大西洋开 裂在尼欧克姆世和阿普特期是其巴塔哥尼亚- 纳米比亚地段,而在阿普特期～阿尔布期则是安 哥拉-巴西地段。在开裂之前产生了巴拉那-埃 坦德卡火山岩省、 南美和南非地区的暗色岩火山 作用。在阿普特期,扩张传播到大西洋北半部,然 后在赛诺曼期实现了南美和非洲的最终分裂以及 南大西洋与北大西洋相连。在赛诺曼期,随着继 续向北移动,扩张实质性地变慢了。在早新生代 古新世～始新世实际上大西洋已经形成。在大 西洋的发育中起了非常重要作用的是地幔羽状 物。其中现代最大和活动性最强的是冰岛。它的 强烈运动开始于古新世,而与其相关的岩浆作用 出现在格陵兰边缘。 让我们更仔细地探讨一下与在大陆坡上有露 头的含油气盆地有关的大西洋被动边缘的地球动 力学环境。 中侏罗世发生了以巨大油气储量为众所周知 63 海 洋 石 油 2005年9月 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图1 在深水凹陷大陆坡上发现的油田106t和天然气田109m3 的墨西哥深海凹陷,其中部下伏洋壳的锡格斯必 凹陷的深度超过4000m。洋壳区域,特别是北 部,被宽广的过渡型地壳区域,即沉没的和被改造 过的陆壳所包围。 晚三叠世～早、 中侏罗世初,在扩张之前发生了 分散的裂谷作用。由于当时中大西洋的海水难以进 入,中侏罗世末在墨西哥湾盆地中堆积了巨厚的盐 层,以后广泛出现的盐层构造作用与之有关。沿盆 地边缘形成了碳酸岩地台。侏罗纪末扩张轴从墨西 哥湾迁移至原始加勒比海。盐层之上的盆地沉积充 填物包括完整的上侏罗统、 白垩系和新生界剖面,从 下往上依次由碳酸盐、 陆源-碳酸盐和陆源岩石组 成,其中也存在黑色页岩。盆地沉积物总厚度达 16km。 个别地层分布的最大厚度区,有规律地往深 水盆地方向迁移,而在其边缘明显变薄。 大西洋南部块段的含油气性受南美和非洲大陆 边缘特殊的地球动力学环境制约。其特点是深达 10～12km横切大陆边缘的凹陷体系,并在陆架上延 续、 弯曲汇合成平行大陆坡的大洋边沿凹陷。还在 尼欧克姆世边缘发育的裂谷阶段,这些凹陷就诞生 了,此后接着发生了扩张。玄武岩火山作用伴随着 裂谷作用或初始的扩张。在阿普特期海洋开始进入 已张开暂时还狭窄的盆地,导致在干旱气候的条件 下,在玄武岩原始洋壳上沉积了含盐地层,与其有关 的是底辟大量出现。只是在阿尔布期这里曾存在相 对不宽广和不深的海洋环境,其中堆积了碳酸盐,而 在晚白垩世被动陆缘上堆积了黑色粘土页岩。以 后各海洋盆地继续扩大,转变为单一的大西洋深海 盆地巴西,阿根廷,几内亚,安哥拉,海地。盆地被 在中洋脊上连接起来的海底火山和火山岛链穿插。 含有玄武岩层和特里斯坦、 果夫热点的南大 西洋深水区几乎包括了南美东部和南非西部面积 巨大的巴拉那-埃坦德卡大陆火山岩省。阿普特 期含盐盆地产生在海洋张开之后,那时它们被中 洋脊隔开,而在边缘,盐类堆积已在原始洋壳之上 而不是在裂谷盆地中产生。 最近北美盆地的大陆坡也引起了人们的关 注,因为不久前在新苏格兰沿岸发现的烃类聚集 与之有关。被动边缘上的裂谷作用开始于晚三叠 世～早侏罗世。充填式地堑和半地堑盆地的陆相 碎屑岩、 玄武岩和位于最上部的盐层,这些沉积物 的厚度达8km。在侏罗纪初,伴有挤压变形和辉 绿岩床和岩脉的侵入。北美被动边缘裂谷期后的 剖面包括完整的中侏罗世～第四纪沉积序列。在 裂谷期后剖面的底部为碎屑岩和盐层。后者是在 裂谷期末和扩张期初堆积的。在新苏格兰盆地中 出现了典型的纯盐类构造。 对比大西洋两侧边缘控制形成含油气盆地的 73 第25卷 第3期 朱佛宏 译 1 深水盆地大陆坡含油气性的地球动力学前提 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地球动力学环境表明,这些盆地的形成机制实际 上是相同的。差别在于决定沉积充填物的结构和 成分以及其中存在的盐层、 黑色页岩、 浊流储集 层、 背斜、 地层和复合圈闭的主要地球动学事件, 即裂谷作用和扩张的时间差异。在大西洋北部和 中部,裂谷作用开始于晚三叠～早侏罗世,而在南 大西洋则在早白垩世,相差近一亿年。 3 含油气盆地的实例 在巴西东南部大西洋边缘分布着两个以储量 著称的含油气盆地是坎波斯和圣多斯。第一个盆 地的特点是较显著的含油气性,其总资源量为 18.36108t石油和2660108m3天然气,分别占 巴西总资源量的78 和43 。坎波斯盆地的工 业含油气性是1974年在陆上首次发现的,至 1989年在该区共发现了30多个油田。经过10 年,开采工作已在500～1500m深处进行,包括了 马尔林、 阿尔巴科拉和龙卡多尔超大型油田。据 地球化学资料,坎波斯盆地中所有的烃类聚集都 具有相同的生成源 位于阿普特盐层之下的下 白垩统费阿湖建造的湖相黑色页岩和碳酸盐 类。在它们之上分布着由浊积岩形成的上白垩统 ～新生界盆地储油层图 2 。 图2 含石油母岩层以及圣多斯和坎波斯盆地的岩石-地层柱状图 1.粘土,页岩,2.细粒砂岩,3.粗粒砂岩,4.含沥青的粘土和页岩,5.碳酸盐岩,6.盐,7.火山岩,8.储油层,9.含石油母岩层 83 海 洋 石 油 2005年9月 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 在圣多斯盆地中,含油气性较差,其中已证实 的储量为90104t石油和48108m3天然气。 多年来普查钻探工作在陆架上进行,发现了若干 个非工业性的天然气和凝析气聚集。在盆地深水 区的西南端,分布着在成因上与上白垩统富含生 物的伊太雅和土巴洛海相黑色粘土有关的土巴洛 油田。在剖面的尼欧克姆世裂谷部分,和坎波斯 盆地一样,可划分出湖相石油母岩层,在该区称之 为瓜腊吉巴建造。按埋藏深度判断,它们在圣多 斯盆地中似乎失去了生油能力,但在盆地北部的 新发现表明,在深水区这些沉积岩保留了有利于 产生石油的成熟度。在两个盆地盐层的下伏和上 覆部分可见到火山岩。 巴西东南部倾斜裂谷大西洋边缘在早白垩世 是转换区,在其范围内的坎波斯和圣多斯盆地中, 生成了盐层下伏石油母岩层。地幔羽状物促进了 对本区沉积岩层的加热作用。但是具有高导热性 盐层的堆积,可能减弱了这种作用。 在晚白垩世和新生代,巴西东南部大西洋裂 谷边缘经受了较古老构造的活化、 火山作用和褶 皱。在近岸陆上产生了山脉,排水系统发生了变 化,因此在海区扩大了陆源沉积物冲击锥。堆积 起来经分选过的杂岩经受了某种上升,随后是近 岸突起被侵蚀并产生了流向大陆坡的浊流。沉积 物质多次遭受反复冲刷,结果形成了高品质的储 油层。阿普特期盐层经受了表层的变形,出现了 盐层的底辟及它们之间的窗口,通过这些窗口烃 类能迁移至剖面上部图 3 。转变为运输通道的 活化断裂促进了这个过程。经常与底辟和断裂有 关的背斜圈闭数量增加。圈闭很快被充填。可以 认为,裂谷期后的构造复活改善了油气聚集的条 件。 图3 巴西东南部大西洋边缘圣多斯盆地之上,穿过拉张断裂和盐层窗口的地质横剖面 在大西洋对面的非洲一边,位于加纳、 尼日利 亚、 赤道几内亚、 加蓬、 刚果共和国和安哥拉附近 被动边缘的大陆坡上0. 5～3000m水深处,也发 现了巨型的烃类聚集。很多专家认为,西非在最 近几年,对深水区域的开采积极性将居世界领先 的位置。这里发现了17个油田,其储量达14. 3 108t油当量,每个油田的平均储量为8500 104t。在P. Haǔ т 、Д. Xapбuнcoн和Д у г л а с 2 В е с т в у г 的报告中指出,2000～2005年间西非油 田的平均开采量将超过墨西哥湾预期开采量的5 倍。西非最大的油田每年将提供2. 5108t油当 量,或将近40 的世界在深水油田中开采的液态 烃类气总量。 下刚果盆地安哥拉很可能与14个含有近 22108t油当量的深水油田有关。盆地分布在陆 上和海区。在海区,最大水深可达3500m。 就像很多南大西洋盆地一样,下刚果盆地在 大陆裂谷体系的组分中开始了自身的演化,它在 古大陆裂开和海底张开后变为大西洋被动边缘。 在裂谷期后的演化中,断裂相互作用。特别强烈 的剪切活动,按Valle等2001年的资料,它们的作 用发生在短期内 700 万～1000万年 , 测年结果 为阿普特～阿尔布期,晚始新～晚渐新世和晚中 新～全新世。 重建 新 生 代 盆 地 构 造、 沉 积 史 的L. L. Lavier、M. S. Steckler和F. Brigaud2000将刚果 边缘看成是具有600m高度大陆坡的倾斜被动边 缘。在始新世～渐新世,深水洋流冲刷了陆坡和 陆架,结果边缘向深部后退了40km。中新世初陆 源沉积物的体积增加了,而陆源物质与其中包含 的盐体一起从陆架上被抛到了陆坡上。这导致在 盐丘突起的位置上形成了水下坑和通道,而同时 93 第25卷 第3期 朱佛宏 译 1 深水盆地大陆坡含油气性的地球动力学前提 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 导致粘土质石油母岩层和浊积砂岩-储油层的堆 积。在渐新世和中中新世期间,刚果边缘抬升 330m ,并且浊积物向深水区的迁移也增强了。 在下刚果盆地剖面中,可以划分出3个组合 图4 下部同裂谷期组合尼欧克姆世 , 由含砂 岩透镜体、 碳酸盐、 盐层和火山岩的湖相含沥青页 岩组成;中部早期扩张组合阿普特期 , 由盐层形 成;上部成年扩张组合阿尔布期～全新世 , 显示 为碳酸盐、 粘土和含有4层石油母岩建造 上白 垩统的比柯玛齐和列依布建造以及第三系的兰丹 和马列姆布建造的含沥青粘土。其中分布着砂质 浊积岩透镜体,其数量沿剖面向上增加。在剖面的 图4 含油气母岩层的下刚果盆地岩石-地层综合剖面, 图例见图2 图5 据普查钻井资料的下刚果盆地尼欧克姆亚统～新 生界剖面 图例1.粘土,粘土质页岩;2.砂岩;3.盐;4.碳酸盐 第三系,特别是新近系部分的粘土中含有大量的 砂质透镜体,后者与刚果前三角洲深水通道的沉 积物共生图 5 。圈闭,主要是构造圈闭与通道 同时生成,它们与隆起和盐丘以及断裂有关;由浊 流砂质体系形成的储油层是高品质的。 这样,在下刚果盆地中,主要的生油层和储油 层就分布在其盐层的下伏和上覆部位。岩层上覆 剖面中含有高品质的石油母岩层,并且含油气性 比较好。 在北美盆地的大陆坡上200～4000m深处, 发现了含油气的新苏格兰盆地,盆地面积8 104km2。据Kidston等2002年的资料,盆地的总 天然气潜在储量为4. 21012～11. 61012m3,而 石油储量则为4. 4108～9. 9108t。石油的潜 在储量是显著的,并与环大西洋区域其他深水区 所特有的那种高石油/天然气比值相符合。 盆地位于被动边缘,在其范围内裂谷作用的 形成发生在晚三叠世～早侏罗世。在裂谷期后阶 段主要堆积了产在活动盐层之上的三角洲组合的 碎屑沉积物。在白垩纪和新生代,盆地略有升高, 大陆坡上的主要次海相通道出露于地表。当时构 成了浊积物形成冲击锥的条件,由这些浊积物形 成了石油母岩层和储集层。据地球化学资料划分 出3个石油母岩层和3个可能的石油母岩层。所 有岩层都是高品质的。剖面中可追踪到了3个含 盐层位。广泛分布着白垩纪和第三纪的储油层。 出现了盐丘构造,伴随着形成了巨大的背斜圈闭。 04 海 洋 石 油 2005年9月 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 在新苏格兰盆地中发现石油和天然气田促使 石油地质专家重新评价波弗特-马更些盆地的加 拿大侧坡、 加拿大北极群岛的拉布拉多陆架和斯 沃德鲁普盆地。 4 生成油气的主要因素 根据生成石油的沉积-迁移学说,主要促使 形成油气的是有品质和成熟的石油母岩层。在大 西洋被动边缘的陆架-陆坡盆地中,这样的岩层 广为人知,它们分布在沉积充填物的盐层下伏和 上覆部位。 盐层下伏的石油母岩层是在盆地形成的裂谷 阶段,通常是在咸水湖泊条件下堆积的。坎波斯 盆地下白垩统费阿湖建造的特点是具有特别高品 质的石油母岩层。它表现为C有机含量高达 6. 5 ,石油生成潜力达38kg烃类/ t岩石和氢指数 HI为770～900mg烃类/ g C有机的硅质-碳酸盐质 泥岩。此岩层的有机质有85 ～90 是由细菌 -浮游物质生成的均质腐殖质形成。它相当成熟 R o为0. 6 ～0. 8 并能强烈的生成液态烃类。 按 Б.Т и с с о 和 Д.В е л ь т е 的分类,尼欧克姆世沉 积层的有机质属于类型I。将尼欧克姆至渐新统 的剖面范围内石油碳的生物标志化合物和同位素 与费阿湖尼欧克姆层似沥青质的对比表明它们的 成因相同。富含腐植有机质岩层在裂谷中的堆 积,可以发生在特殊条件下。也许参与其中的有 伴生氮、 硫和磷,促进盆地生物生产率的深部气 液。在坎波斯盆地马尔林、 阿尔巴科拉、 龙卡多尔 和巴拉库达等由费阿湖建造生成的烃类充填的油 田总储量为13660108t油当量。 在圣多斯盆地尼欧克姆剖面中,存在着类似 的瓜腊吉巴石油母岩层,后者据Meisling 2001 资料,较实质性地受到了后成破坏作用的改造并 成为过度成熟的石油母岩层。但是不久前在盆地 北部发现了液态烃类的聚集,其形成与这个岩层 有关。显然,尽管受到高度后成破坏作用,此岩层 未失去生成烃类的能力。 在巴西被动边缘的上白垩统碳酸盐粘土赛 诺曼～土仑阶和三冬阶建造、 新生界粘土质和浊 流沉积物中,也遇到了高品质的石油母岩层。在 坎波斯盆地,它们的有机质属于类型II ,并且是未 成熟的 R o为0. 4 ～0. 6 ,能够产生天然气和 同样不成熟的石油,后者见于中国的某些盆地中。 在圣多斯盆地,与上白垩统成熟的伊太雅和土巴 洛石油母岩层有联系的是上覆土巴洛油田的烃类 储层。 类似的含有高品质石油母岩层和浊流沉积物 的海相前三角洲沉积层,分布在对面的大西洋西 非边缘尼日尔和刚果河三角洲中。该区尼日利亚 的阿卡特上白垩统泥板岩和安哥拉的兰丹古近系 粘土,据地球化学参数 C 有机达5 ～7 ,生产潜 力达40kg烃类/ t岩石,氢指数达750～850mg烃类/ g C有机,干酪根中均质腐殖质含量高达80 ～ 90 ,属于世界级的石油母岩层。与其有关的尼 日利亚巨型油田邦加油田,西南邦加油田,埃尔 哈油田,阿格巴米油田的总储量达6. 82108t 石油,安哥拉油田达利亚、 吉拉索、 基山泽、 玫瑰, 莫赫海的总储量达5. 58108t石油。 众所周知,还有另一种类型的石油母岩建造。 其中,传统上产生气体的陆上植物腐殖质,最初沉 积在沿岸和浅水区。然后由于经过分选的组合 往海洋方向运移 , 含腐殖质的沉积物被反复剥 蚀、 堆积,并与海洋本身的浮游生物产物一起在前 三角洲的深水通道中富集起来,在那里最终形成 母岩层。这种类型的母岩沉积层见于尼日利亚、 文莱、 东南加里曼丹和印度东南部。在尼日利亚, 邦加、 埃尔哈和阿格巴米等油田具有的石油气总 储量达59. 4108m3,在孟加拉湾900m深处发现 的哥达瓦里天然气田,总储量为1980108m3,可 采储量为1420108m3,以后储量还可能增加。 按镜质体的地球化学指标和反射率判断,深 水盆地的石油母岩层产生了液态和气态烃类,与 习惯上用周期性来解释沉积-迁移学说相吻合, 这一规律性可在区域性图件中被追踪到。但是沉 积层与岩浆岩接触处,应当预料到可能按接触变 质类型发生局部变化。它们发生在被动边缘活化 时,那时地幔刺穿和断裂活跃起来。在狭窄的区 域内,地热梯度增加了,并且有机质后成改造作用 程度也上升了数级。 大陆坡的深水盆地具有某些影响石油生成的 专属性特点。随着深度的增加,盆地中沉积物的 负荷减小,由此保存了生油所必需的有机质成熟 度。高品质的石油母岩层甚至在剖面很深处也未 14 第25卷 第3期 朱佛宏 译 1 深水盆地大陆坡含油气性的地球动力学前提 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 失去产生液态烃类的能力,在该处有机物的后成 转化,处在中度后成破坏的最后级别或超出了它 的范围。因此在深水盆地中,广泛分布着巨型油 田和油气田。在一系列情况下,在海底或深水区 剖面的上部确定的石油露头,但这是非工业性的 已受破坏的堆积。在这个方案中的例外是赤道几 内亚的木尼盆地,它具有前新生代目的物。 5 结论 从提供的资料中得出,与世界海洋被动边缘 深水区有关的新的含油气目标值得我们在选择海 区工作方向时加以特别关注。2002年在安哥拉、 加蓬、 尼日利亚大陆深水区新发现了烃类的聚集, 也在新区域如印度东南部和爱尔兰西部发现了油 田。在印度洋中的发现有着巨大的前景。 与巨大油气资源有关的陆架-陆坡盆地具有 相同的形成机制。它们在超级大陆裂谷体系组分 内开始了自身的演化。该体系在超级大陆开裂和 海底张开之后转变为被动大陆边缘。盆地演化的 差别在于主要地球动力学事件 裂谷作用和扩 张作用的时间差异,与其有关的是地层序列、 构造 和沉积充填物的成分以及存在于其中的盐层、 黑 色页岩层、 浊积物储层,背斜和圈闭。 划分出3个盆地发育阶段同裂谷阶段、 早期 扩张阶段和成年扩张阶段。在第一和第三阶段堆 积了石油母岩层和储油层,通常是高品质的,与第 二阶段有关的通常是盐层,其在早白垩世末比较 致密地暂时封闭了同裂谷组合的沉积物。在晚白 垩世～新生代被动边缘活化时,形成了巨厚的陆 源物质冲积锥,以后多次被反复剥蚀沉积,导致形 成了浊积物储油层。含盐沉积层经受了成盐作 用,产生了底辟构造和其间的窗口,破坏了同裂谷 组合的自律性。构造复活并强化了烃类的垂直迁 移,积极地形成圈闭。显然,后裂谷构造的活化改 善了油气的堆积条件。 发现了两种基本类型的石油母岩层。第一种 类型是富含腐殖质的黑色页岩,它具有高生油潜 力和特有的非常高的氢指数。它们生成了石油, 其巨型聚集分布在大西洋边缘盆地中。第二种类 型是含有大量陆上植物腐殖质的岩层,被多次反 复沉积并与单纯的海洋浮游生物生成的海洋产物 一起富集在前三角洲的深水通道中。分布在大西 洋和印度洋被动边缘的第二种类型的石油母岩 层,通常产生石油气。 在深水盆地大陆坡上烃类聚集的形成,基本 符合生物生成学说方案。在地幔源的作用下,同 裂谷组合经受了某些补充加热。在被动边缘的活 化时期,深部因素对与岩浆侵入岩接触带的有机 质的改造强度,施加了局部的影响。 从世界经验出发,在俄罗斯最能获得和有远 景的区域是,与科里亚克和萨哈林岛含油陆架深 水区相应的白令海和鄂霍茨克海的深水区。在北 极海就是欧亚盆地南森凹陷侧坡。 译自 地质与地球物理俄,2004 ,451 5 - 14 我国海上浮式生产储油船发展壮大 目前,中国FPSO海上浮式生产储油船整体技术已经达到世界先进水平,中国已经成为全球最大 的FPSO制造与应用国。所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界首位。 FPSO集生产、 储存、 外输及生活、 动力于一体,是海洋石油投资最大的工程单体。中海油的FPSO 已经成功开发了从年产量40万吨至400万吨的各种类型油田,支持着我国海上油田75 的石油产能。 目前,8艘新建的FPSO已在10个海上油田得到应用,已累计生产处理原油12434万吨。中海油目前 正在建设迄今为止吨位最大、 造价最高、 技术最新的30万吨蓬莱193油田超大型FPSO。 卢林松摘编自 中国石化报2005年5月26日 24 海 洋 石 油 2005年9月