西非海岸盆地群形成演化及深水油氣田發(fā)育特征

馮國(guó)良，徐志誠(chéng)，靳久強(qiáng)，范國(guó)章

（1中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司海洋項(xiàng)目管理部）

（3中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）

西非海岸盆地群形成演化及深水油氣田發(fā)育特征

馮國(guó)良1，2，徐志誠(chéng)3，靳久強(qiáng)1，范國(guó)章3

（1中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司海洋項(xiàng)目管理部）

（3中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）

西非海岸盆地群的形成演化受非洲板塊構(gòu)造演化和大西洋張裂的控制，總體上可以分為前裂谷階段、裂谷階段和后裂谷階段。沿岸15個(gè)主要盆地從北往南可細(xì)分為5段，分別為北段鹽盆、中段盆地、尼日爾三角洲、中南段鹽盆、南段盆地。深水油氣田主要發(fā)育于后裂谷階段的上白堊統(tǒng)和第三系海退層序中，以油田為主。在尼日爾三角洲和中南段鹽盆的下剛果盆地，所發(fā)現(xiàn)的油氣田個(gè)數(shù)及可采儲(chǔ)量均比較集中，個(gè)數(shù)占西非深水油氣田總個(gè)數(shù)比例分別為55%和29%,占總可采儲(chǔ)量的比例分別為48%和41%。烴源巖主要有裂谷階段下白堊統(tǒng)的湖相烴源巖，后裂谷階段上白堊統(tǒng)、第三系的海相烴源巖。絕大多數(shù)儲(chǔ)層為濁積巖儲(chǔ)層，類(lèi)型以深水水道砂巖為主，其次為席狀砂儲(chǔ)層和砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層。圈閉類(lèi)型主要為構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉，其次為構(gòu)造圈閉，另外還有地層-巖性圈閉，其所占比例較小。鹽構(gòu)造和泥巖塑性變形構(gòu)造總體上控制了西非深水區(qū)大多數(shù)復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉的形成。

海岸盆地；盆地演化；深水油氣田；油氣田特征；西非

西非是非洲大陸主要的油氣富集區(qū)之一，北至摩洛哥，南抵南非，共發(fā)育有15個(gè)主要的沉積盆地［1-2］，這些盆地基本上沿著海岸跨海陸分布，一般稱(chēng)其為海岸盆地或海岸盆地群，這里是目前世界上深水油氣勘探的熱點(diǎn)區(qū)域和油氣集中發(fā)現(xiàn)區(qū)域。從1995年至今，在西非海岸盆地深水區(qū)（現(xiàn)今水深大于500 m）共發(fā)現(xiàn)了約180個(gè)油氣田，總可采儲(chǔ)量約360×108bbl油當(dāng)量。目前中國(guó)三大石油公司均在西非進(jìn)行著深水油氣勘探，因此研究西非海岸盆地形成演化和深水油氣田發(fā)育特征，有助于我們進(jìn)一步拓寬西非深水勘探領(lǐng)域，獲取更多投資機(jī)會(huì)。

本文以板塊構(gòu)造理論和石油地質(zhì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，首先分析西非海岸盆地群的形成演化特征，之后再結(jié)合西非深水油氣勘探現(xiàn)狀和深水油氣藏研究結(jié)果，總結(jié)該區(qū)深水油氣田的發(fā)育特征。

1 西非海岸盆地群分段特征及形成演化

1.1 分段特征

西非海岸盆地群的形成和演化與中生代以來(lái)大西洋裂開(kāi)和后期的持續(xù)擴(kuò)張作用有關(guān)，這些盆地是非洲板塊與北美洲、南美洲板塊分離而導(dǎo)致大西洋擴(kuò)張所形成的大陸裂谷盆地和被動(dòng)大陸邊緣盆地兩種類(lèi)型相疊合的盆地［1-6］。根據(jù)盆地形成演化過(guò)程和地質(zhì)特征，西非沿海15個(gè)沉積盆地從北往南可細(xì)分為5段（圖1）。

北段鹽盆 包括索維拉盆地、塔爾法亞盆地、塞內(nèi)加爾盆地和利比里亞盆地，其形成演化與非洲和北美洲的分離及北大西洋擴(kuò)張相關(guān)，主要發(fā)育三疊系—侏羅系鹽巖［1-3，7］。

圖1 西非海岸盆地群各盆地的分布及其分段特征（據(jù)文獻(xiàn)［1-2，5-8］修改）

中段盆地 包括科特迪瓦盆地、鹽池盆地和貝寧盆地，其形成演化與非洲和南美洲的分離及中大西洋擴(kuò)張相關(guān)，中段盆地不發(fā)育鹽巖［1-2，4，8］。

尼日爾三角洲 該段基本上居于西非海岸盆地群的中間位置，屬大型三角洲盆地，其形成演化主要與始新世以來(lái)三角洲的進(jìn)積過(guò)程有關(guān)［1-2，5］。

中南段鹽盆 包括杜阿拉盆地、木尼河盆地、加蓬海岸盆地、下剛果盆地、寬扎盆地和納米貝盆地，其形成演化與非洲和南美洲的分離及南大西洋擴(kuò)張相關(guān)，發(fā)育下白堊統(tǒng)阿普第階鹽巖［1-2，6，9-11］。

南段盆地 該段只包含非洲西南海岸盆地這一個(gè)盆地，但該盆地的延伸甚長(zhǎng)，可達(dá)1980km，其長(zhǎng)度為西非各盆地之最。該盆地的形成演化與非洲和南美洲的分離及南大西洋擴(kuò)張相關(guān)，不發(fā)育鹽巖［1-2，12］。

1.2 西非海岸盆地群的形成與演化

西非海岸盆地群中的各盆地在結(jié)構(gòu)和演化上有一定的相似性，形成演化總體上可以分為三個(gè)階段：前裂谷階段、裂谷階段和后裂谷階段［1-6，13-14］。

1.2.1 前裂谷階段

前裂谷階段的殘留沉積主要分布于北段鹽盆及中段貝寧盆地。北段鹽盆在前裂谷階段經(jīng)歷了前海西期的伸展運(yùn)動(dòng)，并在后期的加里東和海西造山運(yùn)動(dòng)中遭受了擠壓、改造和破壞作用［3］。在塞內(nèi)加爾盆地，前裂谷沉積包括前寒武系—泥盆系（圖2）。據(jù)地震資料解釋?zhuān)璧厣詈２糠职l(fā)育5000m以上的前中生界［15］。中段的貝寧盆地，前裂谷階段的殘留沉積主要包括泥盆系—下白堊統(tǒng)克拉通內(nèi)部的砂巖和泥巖沉積［4］。

1.2.2 裂谷階段

西非海岸盆地群裂谷階段的演化受控于中—新生代非洲板塊與北美洲、南美洲板塊的分離及大西洋的形成和演化。由于北大西洋的張裂早于南大西洋的張裂，因此北段鹽盆的裂谷期演化早于西非其它各段盆地；另外由于南大西洋是從南向北逐漸張裂的，所以南段盆地裂谷階段的演化早于中南段鹽盆，更早于中段盆地［3-6，16-17］。

北段鹽盆的裂谷階段為中三疊世到早—中侏羅世，到目前為止裂谷早期地層很少被鉆遇。研究顯示上三疊統(tǒng)主要沉積了一套河流相—邊緣海相紅色碎屑巖，而下—中侏羅統(tǒng)則發(fā)育裂谷晚期鹽巖沉積［18］。在塞內(nèi)加爾盆地，鹽巖厚度可達(dá)2 000 m，在一些地方鹽構(gòu)造非常發(fā)育［3］。

中南段鹽盆和中段盆地的裂谷階段發(fā)育于早白堊世，受基底斷裂和轉(zhuǎn)換斷裂的控制，盆地內(nèi)發(fā)育一系列斷陷、斷壘及次級(jí)盆地。裂谷階段主要為非海相沉積，早期以礫巖、砂巖為主，之后逐步過(guò)渡為砂巖、泥巖和石灰?guī)r互層。早白堊世紐康姆期末期再一次發(fā)生了強(qiáng)烈的伸展，發(fā)育了深湖相泥巖沉積，形成了裂谷階段最主要的一套烴源巖［6］。

尼日爾三角洲主要發(fā)育于后裂谷階段，裂谷階段的沉積總體上并不發(fā)育，主要由下白堊統(tǒng)碎屑巖組成［5］。

1.2.3 后裂谷階段

西非海岸盆地群在后裂谷階段的構(gòu)造背景相似，以被動(dòng)大陸邊緣坳陷沉積為主，但在發(fā)育時(shí)間和沉積特征上存在差異。

北段鹽盆后裂谷階段從中侏羅世開(kāi)始，早期的海侵導(dǎo)致了巨厚的海相碳酸鹽巖層序的沉積，在塞內(nèi)加爾盆地碳酸鹽巖厚度可達(dá) 2300～3200m［3］。

圖2 西非主要盆地地層柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［1-2,5-8］整理,南段盆地資料欠缺）

中南段鹽盆、尼日爾三角洲和中段盆地的后裂谷階段從早白堊世中—晚期開(kāi)始，早期也發(fā)生海侵，但碳酸鹽巖地層欠發(fā)育，分布范圍和厚度都相對(duì)較小。另外中南段鹽盆在后裂谷早期發(fā)育一套分布廣泛的鹽巖。晚白堊世早期（賽諾曼—土倫期）整個(gè)西非海侵達(dá)到最大，各盆地普遍發(fā)育一套黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，形成西非海岸盆地群后裂谷階段一套主要的烴源巖。從晚白堊世三冬期開(kāi)始，整個(gè)西非開(kāi)始海退，西非海岸盆地群普遍發(fā)育三角洲（以尼日爾三角洲最為典型）、海底扇等碎屑巖沉積，在這些沉積中聚集了西非絕大多數(shù)的油氣［3-6］。

2 深水油氣田及其儲(chǔ)量分布

在西非15個(gè)主要的海岸盆地中，已經(jīng)有8個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了深水油氣田，油氣田總數(shù)達(dá)172個(gè)，總可采儲(chǔ)量達(dá)336×108bbl油當(dāng)量（圖3，表1）。發(fā)現(xiàn)的深水油氣田主要位于中南段鹽盆、尼日爾三角洲和中段盆地。其中中南段的油氣田及儲(chǔ)量主要集中在下剛果盆地，深水油氣田達(dá)95個(gè)，可采儲(chǔ)量共計(jì)163×108bbl油當(dāng)量。尼日爾三角洲發(fā)現(xiàn)深水油氣田51個(gè)，可采儲(chǔ)量共計(jì)138×108bbl油當(dāng)量。中段主要集中在科特迪瓦盆地，深水油氣田8個(gè)，可采儲(chǔ)量共計(jì)22×108bbl油當(dāng)量。所述這三個(gè)盆地合計(jì)的油氣田個(gè)數(shù)和可采儲(chǔ)量分別占了西非全部盆地的90%和96%，尤其是下剛果盆地和尼日爾三角洲，它們各自的可采儲(chǔ)量所占的比例分別為48%和41%。除了這三個(gè)盆地，非洲西海岸其它各盆地所發(fā)現(xiàn)的深水油氣田個(gè)數(shù)均不到10個(gè)，可采儲(chǔ)量均小于5×108bbl油當(dāng)量。

圖3 西非各主要盆地中已發(fā)現(xiàn)的深水油氣田個(gè)數(shù)和儲(chǔ)量

總體上，西非深水油氣發(fā)現(xiàn)以油為主，所占的比例一般為65%～90%，僅有兩個(gè)盆地以氣為主。西非海岸盆地群中已發(fā)現(xiàn)的深水油氣田幾乎均位于后裂谷階段的上白堊統(tǒng)和第三系中。其中第三系深水油氣田主要發(fā)育于尼日爾三角洲和中南段鹽盆中的下剛果、杜阿拉和寬扎盆地，發(fā)現(xiàn)的可采儲(chǔ)量占總數(shù)的89%；而上白堊統(tǒng)深水油氣田主要發(fā)育于北段鹽盆中的塞內(nèi)加爾盆地、中段盆地中的科特迪瓦盆地和中南段鹽盆中的木尼河盆地，發(fā)現(xiàn)的可采儲(chǔ)量約占總數(shù)的10.7%。

3 烴源巖

受盆地形成演化的控制，西非海岸盆地群中與深水油氣田有關(guān)的烴源巖主要有三套：裂谷階段下白堊統(tǒng)湖相烴源巖、后裂谷階段上白堊統(tǒng)海相烴源巖和第三系海相烴源巖?？傮w上，南段盆地、中南段鹽盆中的下剛果、寬扎和加蓬海岸盆地以裂谷階段湖相烴源巖為主，而北段鹽盆、中段盆地、尼日爾三角洲以及中南段鹽盆中的木尼河盆地和杜阿拉盆地以后裂谷階段海相烴源巖為主［3-6］。在下剛果盆地和寬扎盆地，下白堊統(tǒng)湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍較高，主力烴源巖的有機(jī)碳平均含量分別為5%和3.1%，干酪根類(lèi)型以I型和Ⅱ型為主［6］。而在塞內(nèi)加爾、科特迪瓦、貝寧、杜阿拉和木尼河等盆地，上白堊統(tǒng)海相烴源巖有機(jī)碳平均含量為3%左右，干酪根類(lèi)型以Ⅱ型和Ⅲ型為主［3-4，6］。第三系海相烴源巖主要分布于尼日爾三角洲，有機(jī)碳含量一般為0.2%～6.5%，平均2.6%，干酪根類(lèi)型以Ⅱ型和Ⅲ型為主，厚度可達(dá)2500m，為石油儲(chǔ)集提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)［5，19］。

4 儲(chǔ)集層

在西非海岸盆地群已發(fā)現(xiàn)的深水油氣田中，儲(chǔ)層主要為第三系的漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)和上新統(tǒng)，其次是上白堊統(tǒng)和下白堊統(tǒng)。絕大多數(shù)的儲(chǔ)層為濁積巖儲(chǔ)層，類(lèi)型以深水水道砂巖為主，其次為席狀砂和砂質(zhì)碎屑流沉積。深水水道砂巖儲(chǔ)層在西非海岸盆地群中廣泛發(fā)育,存在形式多為發(fā)育在陸坡的水道復(fù)合體,總厚度可從幾十米到幾百米不等，如下剛果盆地Girassol油田［20］、木 尼河盆地Ceiba油田［21］、尼日爾三角洲Bonga油田［22］和塞內(nèi)加爾盆地Chinguetti油田①C&C Reservoirs.Field evaluation report：Chinguetti field,Mauritanian salt basin,Mauritania.2005.。水道復(fù)合程度對(duì)儲(chǔ)層物性有重要影響，復(fù)合程度越高，儲(chǔ)層均質(zhì)性越強(qiáng)，物性越好。席狀砂儲(chǔ)層在尼日爾三角洲和下剛果盆地均有發(fā)現(xiàn)，砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層主要在尼日爾三角洲Zafiro油田發(fā)現(xiàn)②C&C Reservoirs.Field evaluation report：Zafiro field complex,Niger Delta basin,Equatorial Guinea.2003.?？傮w上，由于深水濁積巖儲(chǔ)層年代新、埋藏淺，成巖作用不強(qiáng)、膠結(jié)弱，因而儲(chǔ)層物性普遍比較好。如Girassol油田儲(chǔ)層孔隙度達(dá)20%～33%，最高達(dá)40%，滲透率（400～4 000）×10－3μm2，最高可達(dá)10 000×10－3μm2；Ceiba油田儲(chǔ)層孔隙度平均為26%，滲透率平均860×10－3μm2；Bonga油田儲(chǔ)層孔隙度20%～37%，滲透率為（1000～10000）×10－3μm2；Chinguetti油田儲(chǔ)層孔隙度平均為27%,滲透率(1000～4000）×10－3μm2；Zafiro油田儲(chǔ)層孔隙度20%～35%,滲透率（1000～3000）×10－3μm2。

除了深水濁積巖儲(chǔ)層之外，在西非現(xiàn)今深水區(qū)還發(fā)現(xiàn)了濱淺海相的儲(chǔ)層，如在貝寧盆地發(fā)現(xiàn)的深水油氣田儲(chǔ)層為阿爾布階濱淺海相砂巖，這些地區(qū)是在砂巖儲(chǔ)層沉積后，盆地才發(fā)生沉降，并逐漸成為現(xiàn)今的深水區(qū)。

表1 西非主要海岸盆地深水（現(xiàn)今水深大于500m）油氣田統(tǒng)計(jì)表

5 圈閉特征

西非深水油氣藏中的圈閉類(lèi)型可分為三類(lèi)：構(gòu)造-地層（或構(gòu)造-巖性）復(fù)合圈閉、構(gòu)造圈閉和地層-巖性圈閉，其中復(fù)合圈閉所占比例最大，構(gòu)造圈閉次之?？傮w上，鹽構(gòu)造和泥巖塑性變形構(gòu)造控制了西非深水區(qū)大多數(shù)復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉的形成。

中南段鹽盆和北段鹽盆深水區(qū)大多數(shù)復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉的形成與鹽構(gòu)造有關(guān)。如下剛果盆地Girassol油田，圈閉主體為鹽巖受擠壓作用而形成的龜背構(gòu)造，其上水道砂巖和席狀砂側(cè)向尖滅而形成構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉［20］。木尼河盆地Ceiba油田，圈閉主體為鹽底辟背景上發(fā)育的背斜，背斜的東北部和西南部被年代更新的下切谷削截而形成構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉［21］。塞內(nèi)加爾盆地Chinguetti油田，圈閉主體也是在鹽底辟背景上形成的背斜，背斜頂部在后期受斷層切割而形成斷背斜。

尼日爾三角洲深水區(qū)大多數(shù)復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉的形成與泥巖塑性變形構(gòu)造有關(guān)。如Bonga油田，圈閉主體是由泥底辟作用形成的背斜，背斜頂部受正斷層切割而形成遮擋，側(cè)向上則由水道砂體尖滅造成封閉［22］。Zafiro油田圈閉主體也是由塑性泥巖受擠壓發(fā)生趾狀逆沖作用形成的背斜。

西非深水區(qū)地層-巖性圈閉主要發(fā)育于中南段鹽盆的杜阿拉和木泥河盆地，圈閉類(lèi)型主要包括地層超覆圈閉和巖性尖滅圈閉。如木尼河盆地Okume、Oveng和Elon等油田圈閉是由上白堊統(tǒng)濁積砂巖儲(chǔ)層超覆在白堊系古陸坡之上或由濁積砂巖上傾尖滅形成的［23］。

6 結(jié) 論

受非洲板塊構(gòu)造演化和大西洋張裂的控制，西非海岸盆地群的形成演化總體上可分為前裂谷階段、裂谷階段和后裂谷階段，盆地的形成演化總體上控制了深水油氣田的發(fā)育特征。西非海岸盆地中與深水油氣田有關(guān)的烴源巖主要有三套：裂谷階段下白堊統(tǒng)湖相烴源巖、后裂谷階段上白堊統(tǒng)和第三系海相烴源巖，且深水油氣發(fā)現(xiàn)以油為主。幾乎所有的深水油氣田均位于上白堊統(tǒng)和第三系后裂谷階段海退層序中，絕大多數(shù)的儲(chǔ)層為濁積水道砂巖儲(chǔ)層。深水區(qū)主要圈閉為構(gòu)造-地層（或構(gòu)造-巖性）復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉，地層-巖性圈閉所占比重較小，并且鹽構(gòu)造和泥巖塑性變形構(gòu)造控制了大多數(shù)復(fù)合圈閉和構(gòu)造圈閉的形成。

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Basin Evolution and Development Characteristics of Deepwater Oil and Gas Fields in Coastal Basins,West Africa

Feng Guoliang,Xu Zhicheng,Jin Jiuqiang,Fan Guozhang

West Africa coastal basins are nowadays the hotspots of deepwater hydrocarbon exploration around the world.Controlled by Africa plate evolution and the Atlantic Ocean rifting，the evolution of West Africa coastal basins can be divided into pre-rifting,syn-rifting,and post-rifting stages.And 15 coastal basins can be subdivided into 5 regional sections from north to south,i.e.the salt basins in the north section,the basins in the middle one,the Niger delta section，the salt basins in the middle-south section，and the basins in the south one.Deepwater fields in these basins，most of which are oil fields,develop in post-rifting Tertiary and Upper Cretaceous regressive sequences.The fields that have been discovered are,in amount and commercial reserves,major in the Niger delta section and the Lower Congo Basin(in the middle-south section),which respectively occupy 55%and 29%of the total field amount and 48%and 41%of total commercial reserves in West Africa.Source rocks include the Lower Cretaceous lacustrine shales(deposited during syn-rifting stage)and the Upper Cretaceous and Tertiary marine shales(during post-rifting stage).The most significant deepwater reservoirs are turbidite sandstone,and primary reservoir facies are channel reservoirs，followed by sheet sands and sandy debris flow sediments.The types of deepwater traps are stratigraphic-structural combination traps in majority，and the next are structural traps and stratigraphic traps in minority.Most of the combination traps and structural traps are connected to salt structures or mud-diapirs.

Offshore basins;Deepwater fields；Basin evolution；Field feature；West Africa

TE111.1；TE122.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.01.004

1672-9854(2012)-01-0023-06

2011-07-01；改回日期：2011-10-18

本文為中國(guó)石油天然氣股份公司重大專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：2008ZX05028-001）部分成果

馮國(guó)良：1962年生，高級(jí)工程師，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院在讀博士，現(xiàn)工作于中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司，從事海洋油氣勘探與管理工作。通訊地址：100034北京市西城區(qū)阜成門(mén)北大街6號(hào)-1；電話：（010）58551612

吳厚松

Feng Guoliang：male,Senior Geologist.Add:PetroChina Natural Gas Exploration and Development Corp.,6 Fuchengmen Bei Dajie,Beijing,100034,China