西非被动大陆边缘盆地盐构造对油气的控制作用.pdf

1 9 6 2 O 1 1年 4月 石油勘探与开发 P ETROLE U M E XP LORATI ON AND DEVELOPM ENT V0 1 ． 3 8 No ． 2 文 章 编 号 1 0 0 0 0 7 4 7 2 0 1 1 0 2 0 1 9 6 0 7 西非被动大陆边缘盆地盐构造对油气的控制作用 刘 祚冬 。 ，李江海 1 ． 中国石油勘探开发研 究院； 2 ． 北京大学地 球与空间科学学院 基金项 目国家重点基础研 究发展规划 9 7 3 项 目 2 0 0 9 C B 1 2 1 9 3 0 2 摘 要 西非被动大 陆边缘盐 盆地 是 目前世界油 气勘探 的重点和热 点地 区， 近年来该 区发现的油气 与盐构 造密切相关。西 非被动大 陆边缘盐盆地 主要集 中于安哥拉一喀麦 隆段 ， 普遍发育厚层 盐层， 厚度最大 可达 1 5 0 0 m， 分布 范围平均 宽度约 3 0 0 k m。盐盆地 的发育具有 明显的分段性 ， 横 向上可 以将盐盆地划分为坡上伸展 区和坡下挤压 区。伸展 区又 可以细分为 坡上构造 带、 生长断层带 以及底辟构造 带， 以发 育掀斜地块 、 滚动构造和龟背斜构 造为特征 ， 宽约 1 0 0 ～1 5 0 k m； 挤压 区主 要发育盐 席、 盐舌、 逆冲 断层和短 波褶皱 ， 宽为 1 0 0 2 0 0 k m。伸 展 区和挤压区都具 有 良好的勘探 前景， 伸展 区油气储量 比 挤压 区略 大。与盐构造相关 的圈闭包括拱形 圈闭、 盐刺穿侧 向封堵 和断层遮 挡圈 闭、 不整合 圈闭、 构造一 岩 性圈 闭等 ， 其 中 拱形 圈闭是非洲西部最 有潜 力的圈闭。图 3参 3 O 关键词 西非 ； 被动 大陆边缘 ；盐构造 ； 伸展 区； 挤 压 区 中图分类号 T E l 2 2 ． 1 文献标识码 A Co n t r o l o f s a l t s t r u c t u r e s o n h v d r 0 c a r b 0 ns i n t h e pa s s i v e c o n t i n e nt a l ma r g i n o f W e s t Af r i c a L i u Z u o d o n g ，L i J i a n g h a i 。 1 ． Pe t r o C h i n a Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m Ex p l o r a t i o n De v e l o pme n t ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3，Ch i n a； 2 ． S c h o o l o f Ea r t h a n d S p a c e Sc i e n c e，Pe k i n g Un i v e r s i t y，Be i j i n g 1 0 0 8 7 1，C h i n a Ab s t r a c t S a l t b a s i n s a l o n g t h e p a s s i v e c o n t i n e n t a l ma r g i n o f W e s t Af r i c a a r e b e c o mi n g o n e o f t h e mo s t a t t r a c t i v e a r e a s f o r h y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n ． Th e o i l a n d g a s d i s c o v e r e d r e c e n t l y a r e r e l a t e d t O s a l t s t r u c t u r e s ． Th e s a l t s t r u c t u r e s a r e wi d e s p r e a d i n An g l o Ca me r o o n，t h e t h i c k n e s s o f s a l t i s u p t O 1 5 0 0 m a n d t h e a v e r a g e wi d t h i s 3 0 0 k m．Th e s e b a s i n s c a n b e d i v i d e d i n t o t wo p a r t s i n h o r i z o n t a l d i r e c t i o ne x t e n s i o n a l z o n e a n d c o mp r e s s i o n a l z o n e ，wh i c h e x t e n d 1 0 0 1 5 0 k m a n d 1 0 0 2 0 0 k m r e s p e c t i v e l y ． Th e e x t e n s i o n a l z o n e i n c l u d e s s e a l e d t i t l e d z o n e ， g r o wt h f a u l t z o n e a n d d i a p i r z o n e ， a n d i s c h a r a c t e r i z e d b y t i l t e d b l o c k ，r o l l o v e r s t r u c t u r e a n d t u r t l e s t r u c t u r e a n t i c l i n e ．Th e c o mp r e s s i o n a l z o n e i s c h a r a c t e r i z e d b y s a l t s h e e t ，s a l t t o n g u e ，t h r u s t f a u l t a n d s ma l l f o l d s ．Oi l a n d g a s a r e d i s t r i b u t e d i n b o t h t h e z o n e s ，o i l a n d g a s r e s e r v e s i n t h e e x t e n s i o n a l z o n e a r e a l i t t l e mo r e t h a n t h o s e i n t h e c o mp r e s s i o n a l z o n e ．S e v e r a l t y p e s o f s a l t r e l a t e d t r a p s c a n b e r e c o g n i z e d， s u c h a s s a l t a n t i c l i n e ，s a l t d i a p i r a n d f a u l t r e l a t e d t r a p，u n c o n f o r mi t y a n d s t r u c t u r a l l i t h o l o g i c t r a p s ．S a l t a n t i c l i n e s a r e t h e mos t p ot e nt i a l e xp l o r a t i o n t a r g e t s ． Ke y wo r d s W e s t Af r i c a ；p a s s i v e c o n t i n e n t a l ma r g i n；s a l t s t r u c t u r e ；e x t e n s i o n a l z o n e ；e o mp r e s s i o n a l z o n e 0引言 盐构造或称盐底辟 ， 是指在重力／ 浮力和区域应力 等综合作用下 ， 盐岩、 泥岩 以及其他密度低于上覆层 的 物质流动形变所形成 的地质变形体I l ] 。世界上绝大 部分盐构造都发育在被 动大陆边缘 、 裂谷 、 拗拉谷和裂 谷盆地 中_ 4 ] ， 而在当今活动 的大陆边缘盆地 中发育极 少 。盐构造广泛分布在南美洲、 北美洲 、 非洲 、 欧洲 以 及 中东地区。近十多年来， 盐盆地 中不 断发 现的巨型 油气 田 墨西 哥湾、 下 刚果盆地 、 加蓬盆地 、 坎波斯 盆 地、 桑托斯盆地 、 波斯湾、 北海 引起 了石油地质学家的 广泛关注 ， 因此 ， 世界上一些较大 的含盐盆地 ， 特别是 被动大陆边缘的盐盆地成为 了研究热点 ， 其 中， 西非被 动大陆边缘被认为是未来最具有潜力的区域 。西非被动 大陆边缘盐盆地形成的构造背景具有一定的相似性 ， 通 过对已发现油气 田的各个含盐盆地中盐构造的对 比研 究， 讨论盐层与油气聚集的关系， 可以深化对西非被动大 陆边缘盐盆地油气成藏规律的认识 ， 有利于该区域油气 的勘探 开发 ， 也有助于指 导 国内含盐 盆地 的勘探 。 1区域地质构造 背景和演化 西非被动大陆边缘盐盆地主要集 中于安哥拉一喀 麦隆段 ， 以鲸鱼海岭为界 ， 与其南部纳米 比亚一南 非的 一 系列 盆地 如 Wa 1 v i s 盆地 、 L u d e r i t z 盆 地 相 隔 ， 包 括 1 9 8 石油勘探 与开发 油气勘探 盐体厚度相差极大 ， 平均厚度达 1 k m， 宽达 2 5 0 k m j ， 最宽可 达 4 0 0 k m 以上 。加 蓬盆 地 、 下 刚果 盆地 以及 宽 扎盆地是西非最重要 的 3个含油气盐盆地 ， 阿普特 阶 盐岩是这 3 个盐盆地在晚白垩世新生代形成大规模 盐构造圈闭 的关键 因素。阿尔 比期 晚 白垩世 ， 厚层 盐层的上方沉积 了一套浅水碳 酸盐 岩， 随后在其上沉 积 了晚白垩世坎佩尼期一麦斯特里希特期海侵所沉积 的海相页岩， 造成 了沉积物 向海方 向的尖灭 。古新世 ， 海平面下降， 主要形成陆相沉积楔 。渐新世 ， 由于大幅 度海退 以及海岸地 区在第三纪 的隆升 ， 西非 陆上被 强 烈剥 蚀 ， 陆源物 质被 带到 大 陆 架 和深 水 盆地 中 ， 盆 地 开 始快速沉积 ， 西非被动陆缘再次发生伸展 ， 形成 了一系 列铲式断层 。新近纪沉积了漂移期的大套浅海一深海 碎 屑岩 。盐后 沉积 最 大厚度 可达 1 万 多米 。 2盐盆地 的构造带划分 按 照 区域应 力 划 分 ， 含 盐 油 气 盆 地 主 要 有 两 种 类 型 一类 是 在挤压 环境 下 形成 的前 陆盆 地 ， 如 波 斯湾 盐 盆地和库车盆地 ； 另一类是在伸展应力环境下形成 的被 动大 陆边 缘 盆地 ， 如 墨西 哥 湾 盐 盆 地 _ g 。 、 巴西 东 岸 被 动 大 陆 边 缘 盆 地口 以 及 西 非 被 动 大 陆 边 缘 盆 地 ㈦ 。 非洲西 部 喀麦 隆一安 哥 拉 之 间一 系 列 盆地 以发育 阿普特阶厚层盐层 为特征 ， 盐层从 大陆架向海方向分 布 ， 长约 3 0 0 k m， 厚度 最 大可 达 上 千米 ， 其 上 覆 盖 的陆 源沉积物 向海方向厚度不断减小 。除了内宽扎盆地盐 层分布在陆上外 ， 下刚果盆地和南北加蓬盆地 、 外宽扎 盆地 的盐 层 都 集 中分 布 在 大 陆架 上 。盐 层 在 差 异 负 荷、 张应力等作 用下形成 了各种类 型的盐构 造， 如盐 丘、 盐株伞 盖 s a l t s t o c k c a n o p y 、 盐倒悬体 s a l t o v e r h a n g 、 盐株 、 盐滚动 、 盐墙 、 盐背斜、 盐岩 推覆体 、 盐焊 接 s a l t we l d 以及 微型洼 地 等 。 从盐构造样式上划分 ， 盐盆地具 有明显 的构造分 段性 ， 总体可分为坡上伸展区及坡下挤压 区_ 】 ， 在挤压 带 和伸 展带 之 间存在 过渡 带 ， 宽 约 2 O ～3 0 k m。过 渡带 并没有明显 的界 限， 因此本文将其归于挤压带进行讨 论 。坡上伸展区平均宽约 1 O 0 ～1 5 0 k m， 坡下挤压区宽 约 1 ～ 2 5 0 k m[ 。 2 ． 1坡上 伸展 区 伸展区以发育封 闭的掀斜地块、 滚动构造 以及伸 展 底辟 为特 征 。伸展 区发 育 的 盐 构造 大 多是 非 刺 穿 型 盐 构造 ， 如龟 背斜 、 盐 枕 等 成 熟 度 较 低 的 盐 构 造 ； 在 挤 压 应力 较强 烈 的地 区 ， 则 会 出现 盐 墙 、 盐 株 等成 熟 度较 高的盐构造。总体上 ， 坡上伸展 区可细分 为坡上构造 带 、 生长断 层带 以及 底辟 构造 带_ 1 ] 。 坡上 构造带 以掀 斜 断 块 为 主 ， 密 集 分 布 的 正 断 层 向下收敛于阿普特 阶蒸发岩滑脱层 内。阿普特 阶一赛 诺 曼 阶产生 的大 多 数掀 斜 断块 被 上 白垩 统 封 闭 ， 仅 有 少 数在 新近 纪进 积楔 沉积 期 间 保 持活 动 。 由于 正 断层 还 处 于活动 期 ， 在 此 区带也 出现 大量 盐滚 动构造 。 生长断层带发生强 烈薄皮状伸展， 盐层滑脱作用 使这个 区带发育大量漂浮断块 ， 与第三 系地 堑交替出 现。在下刚果盆地 ， 沿上倾边缘 ， 铲 型断层 或漂浮断 块 的间距为 5 ～4 0 k m， 这些漂浮断块和盐层共 同作用 能形成许多复杂的构造[ 1 。捕虏体多为外来岩块沿着 斜坡运移至现今 位置被捕 获， 它的出现不仅破坏 了沉 积的横 向连续性 ， 而且这些捕虏体侵入盐墙， 将大型的 盐 墙分 割成 一 些 小 型 的 独 立 盐墙 或盐 底 辟 ， 有 时甚 至 沉降至基底或断块附近， 促进盐构造的发育。 底辟构造带中发育伸展底辟 、 龟背、 盐枕 、 少数 圆 柱状底辟体 、 长波褶皱 、 大型盐墙 和相对复杂 的盐丘构 造。尽管处于伸展区域 ， 但伸展底辟经历 了压缩作用 ， 有学 者认 为 ， 几 乎所 有 的伸 展 底辟 都 经 过挤 压 l_ 1 ] 一 种观点认为挤压 区的应力平行于斜坡倾 向沿坡上传从 而导致伸展底辟被挤压 ； 另一种观点则认 为伸展底辟 是由伸展导致 的盐筏移构造 r a f t s t r u c t u r e 分别 向坡 下 和坡上 两侧 运动 产生 的挤 压造 成 。 2 ． 2坡 下挤 压 区 坡下挤 压 区受 挤压应 力作用 影响显 著。一 般而 言 ， 坡下 挤压 区 比伸 展 区 的范 围相 对 大 一 些 。挤 压 区 以发育压缩底辟为主要特征 ， 同时发育一系列 由挤压 应 力作 用造 成 的多 重 褶 皱 以及 逆 冲 断层 。一 般 认 为 ， 挤压区最初在靠近盐楔前缘 处开始形成 ， 与伸展 区对 比主要 有两个 特征 盐 层 突然 加 厚 ； 出现带 有 挤 压性 质 的伸展底辟。可以将这一区段认为是坡上伸展 区与坡 下挤压区的过渡 区， 其范 围及分布与大西洋枢纽带有 很 大 的相关性 见 图 2 ， 可能 受 到 了枢 纽 带 的控 制 ， 枢 纽带 向西 大约 1 5 ～2 5 k m 通常是 从 伸 展 区 向挤 压 区转 换 的过渡带 。 在挤压应力作用 下， 盐层滑脱可 以形成 多种盐刺 穿构造， 如盐株 、 盐墙 、 盐舌 、 盐席等。盐株是指平面上 呈圆形或椭圆形 的颈状盐刺穿 ， 而盐墙则 是狭长形 的 盐刺穿 ， 盐舌和盐席都是盐在 刺穿后顶 部侧 向延伸形 成席状物 ， 视其盐茎 明确与否称谓不 同。当这些席状 物相 连成 片 时 ， 就 可 以称 之 为 盐 篷 ] 。盐 席 出 现 的褶 皱或 者 由 一 系 列 大 型 盐 墙 隔 离 形 成 小 而 较 深 的 盆 地[ 2 ， 称之 为微 型洼 地 。 挤压 区主要 发育褶 皱 、 逆冲构造和挤压底辟 。 根 2 0 1 1 年 4月 刘祚冬 等 西 非被 动大陆边缘盆地盐构造对油气 的控制作用 2 O l 裂 陷盆地 。由 于相 对 封 闭 的 环境 以 及 干 旱 的气 候 ， 海 水周期性的涌入使 裂陷盆地中沉积 了较厚盐层 ， 盐层 厚度 达上 千米 ， 分 布 范 围平 均 为 3 0 0 k m。根 据 盐 构 造 样式 以及 应 力 机 制 的不 同 ， 盐 盆 地 可 以分 为 两个 构 造 分区 坡上伸展 区和坡下挤 压区。坡下挤压 区的范围 相对伸展区大。坡上伸展 区可以细分为坡上构造带 、 生长断层带以及底辟构造带。 以发育掀斜地块、 龟背构 造为主。坡下挤压 区主要发育褶皱 、 逆 冲构造 和挤压 底辟。挤压区和伸展区分别 以带有挤压性质 的伸展底 辟 以及 盐 层 的突然 加厚 为 标 志 。挤 压 区 的最 大 应力 出 现在挤压区的中段 ， 即逆 冲断层 出现 的位置。盐构造 的发育 可 以划 分 为 3个 阶 段 。在 沉 积 厚 层 盐 层 后 ， 由 于差异负载 ， 在重力 的作用下 ， 盐层发 生滑脱 ， 形成 了 各种各样的盐构造 。伸展区的发育主要受伸展应力控 制 ， 沿 着坡 度 向下扩 张 。在 挤 压 区 ， 挤压 应 力 分 别 向两 侧 传递 。伸 展 区的 构造 形 态 主要 受 坡 度 、 沉 积速 率 、 盐 层厚度控制， 而压缩区的转移与时间和空间有关 ， 坡度 和沉积速率是影响盐构造 的关键 。 西非被动大陆边缘盆地 的盐构造形成 了一系列 良 好的圈闭 ， 包括 由于盐背斜 、 盐枕发育或盐刺穿上覆盐 层形成的拱张圈闭 ， 盐层或断层侧向封堵形成的圈闭 ， 盐底辟引起 的不整合圈闭等。微型洼地和盐底辟造成 上覆岩层崩塌形成的粗质碎屑物沉积也是 油气大量聚 集 的良好场所。从油气储量上看 ， 西非被动大陆边缘 与盐有关的油气储量在 伸展区 比压缩 区略大 ， 其 中伸 展 区发育的拱张圈闭是最有潜力的圈闭。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] E 8 ] [ 9 ] [ 1 o ] 致 谢 本研 究 得 到 了 中 国 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 张 L ] 映红博士的帮助， 在此致 以诚挚的感谢 参 考文献 [ 1 ] 贾承造 ，赵文智 ， 魏 国齐．盐构造与油气勘探[ J ] ．石油勘探与开 发 ，2 0 0 3 ， 3 0 2 1 7 - 1 9 ． J i a Che n g z a o，Zh a o W e n z h i ，W e i e x p l o r a t i o n o f o i l a n d g a s[ J ] ． De v e l o p me n t ，2 0 0 3，3 O 2 1 7 - 1 9 ． [ 1 2 ] Gu o q i ． S a l t s t r uc t u r e s a n d P e t r o l e u m E x p l o r a t i 。 “ a “ d [ 1 3 ] 戈红 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9 0 3 1 9 2 4 ． 彭文绪 ，王应斌 ，吴奎 ，等． 盐 构造的识别 、 分类及与 油气的关 系 I J ] ．石油地球物理勘探 ，2 0 0 8 ，4 3 6 6 8 9 6 9 8 ． Pe n g W e n xu．W a n g Yi n g bi n．W u Ku i ， e t a 1 ． Re c o g n i t ion a n d c l a s s if i c a t i o n o f s a l t s t r u c t u r e a n d r e l a t i v e t o o i l ／ g a s [ J ] ．Oi l Ge o p hy s i c a l Pr o s p e c t i n g，2 0 0 8，4 3 6 6 8 9 6 9 8 ． Fo r t X ， Br u n J P， Ch a u v e l F． Co n t r a c t i o n i n du c e d b y b l o c k r o t a t i o n a b o v e s a l t An g o l a n ma r g i n [ J ] ．Ma r i n e a n d P e t r o l e u m Ge o l o g y，2 0 0 4，2 1 1 0 1 2 81 - 1 2 9 4 ． J a c ks o n M P．Hu d e c M R，J e n n e t t e D C，e t a 1 ．Ev o l u t i o n o f t h e Cr e t a c e o u s As t r i d t hr u s b e l t i n t h e u l t r a d e e p wa t e r Lo we r Co ng o B a s i n ，G a b o n J ] ．AAP G B u l l e t i n， 2 0 0 8 ，9 2 4 4 8 7 5 1 1 ． Br o u c ke O ，Te mp l e F，Ro u by D，e t a 1 ． Th e r o l e o I d e f o r ma t i o n p r o c e s s e s o n t h e g e o me t r y o f mu d d o mi n a t e d t u r bidi t ic s y s t e ms ， Ol i g o c e n e a n d Lo we r M i d d l e M i o c e n e o f t h e Lo we r Co n g o b a s i n we s t Af r i c a n ma r g i n[ J ] ．Ma r i n e a n d P e t r o l e u m Ge o l o g y ， 2 0 0 4．2 1 3 3 27 3 4 8 ． 嘲 Ⅲ 2 O 2 石油勘探与开发 油气勘探 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 O ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] S c h u l t z - e l a D D，J a c k s o n M P，Ve n d e v i l l e B C．Me c h a n ic s o f a c t i v e s a l t d i a p i r i s m[ J ] ．T e c t o n o p h y s i c s ， 1 9 9 3 ，2 2 8 3 ／ 4 2 7 5 3 1 2 ． 孙海涛 ，钟大康 ，张思梦．非洲东西部被动大陆边缘 盆地油气分 布差异 [ J ] ．石油勘探与开发 ，2 0 1 0 ，3 7 5 5 6 卜5 6 7 ． S u n H a i t a o ，Z h o ng Da k a ng， Z ha n g S i me n g ．Di f f e r e n c e i n h y d r o c a r b o n d i s t r i bu t i o n i n p a s s i v e ma r g i n b a s i ns o f e a s t a n d we s t Af r i c a [ J ] ．P e t r o l e u m Ex p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t ，2 0 1 0 ，3 7 5 5 6 1 - 5 6 7 ． J a c ks o n M P A．Ro b e r t s S S．S a l t t e c t o n i c s A g l o ba l p e r s p e c t i v e [ C ] ．Tu l s a AAP G，1 9 9 3 4 1 3 4 3 6 ． Ro wa n M G，Tr ud g i l l B D，Fi d uk J C．De e p wa t e r ，s a l t c o r e d f o l d b e l t s Le s s o ns f r o m t h e M i s s i s s i p p i f a n a n d Pe r d i d o f o l d b e l t s，n o r t h e r n Gu l f o f M e x i c o，i n At l a n t i c r i f t s a n d c o n t i n e nt a l ma r g i n s [ J ] ．Ge o p h y s i c a l Mo n o g r a p h ，2 0 0 0 ，l 1 5 1 7 3 1 9 1 ． Cr a me z C，J a c k s o n M P．S u p e r p o s e d d e f or ma t i o n s t r a d d l i n g t he c o n t i n e n t a l o c e a n i c t r a n s i t i o n i n d e e p wa t e r An g o l a [ J ] ．Ma r in e a n d Pe t r o l e u m Ge o l o g y，2 0 0 0，1 7 1 0 1 09 5 1 1 0 9 ． De me r c i a n S，S z a t ma r i P，Co b b o l d P R． S t y l e a n d p a t t e r n o f s a l t d i a pi r s d u e t o t h i n s k i nn e d g r a v i t a t i o n a l gl i d i n g， Ca m p o s a n d S a n t o s b a s i n s ， o f f s h o r e Br a z i l [ J ] ．Te c t o n o p h y s i c s ，1 9 9 3 ，2 2 8 3 ／ 4 39 3 4 3 3 ． Ra p o s o A J M ，S y k e s M A．Ex p l o r a t i o n f o r d e e p - wa t e r r e s e r v o i r s ， o f f s h o r e A n g o l a [ J ] ．AA P G B u l l e t i n ，1 9 9 8 ，8 2 1 9 5 6 1 9 6 2 ． Ko y i H．T h e s h a p i n g o f s a l t d i a p i r s [ J ] ．J o u r n a l o f S t r u c t u r a l Ge o l o g y，1 9 9 8，2 0 4 3 2 1 3 3 8． Ve nd e v i l l e B C，J a c ks o n M P． The f a l l o f d i a p i r