巴西Solimoes 盆地構(gòu)造演化及油氣成藏特征

熊利平，李 軍，鄔長武，李嵩陽

(1. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083; 2. 北京郵電大學(xué)，北京100876)

1 概述

Solimoes 盆地(即上亞馬遜盆地)位于巴西的西北部，馬瑙斯市的西部，延伸至秘魯東部及哥倫比亞東南部，是巴西境內(nèi)4 個(gè)內(nèi)克拉通盆地之一［1-3］。盆地北鄰圭亞那地盾，南靠Guaporé 地盾，西部以Iquitos 隆起與次安第斯盆地分界，東以Purus 隆起與中亞馬遜盆地為鄰，盆地面積108 ×104km2。

盆地總體勘探程度很低，盆地內(nèi)共完鉆各類井226 口，其中探井155 口，開發(fā)生產(chǎn)井71 口。盆地勘探成功率高，含非商業(yè)性油氣發(fā)現(xiàn)在內(nèi)探井成功率高達(dá)56%。盆地內(nèi)共完成區(qū)域重力測量6.42 ×104km，磁力測量37.3 ×104km，2D 地震測線6.7 ×104km，3D地震360 km2。截止2012年1 月，盆地共有33 個(gè)油氣發(fā)現(xiàn)，油儲量3.42 ×108桶，氣儲量1367.42 ×108m3，油氣當(dāng)量11.47 ×108桶，油氣豐度為1 056 桶/km2。

2 盆地構(gòu)造與沉積演化

盆地構(gòu)造演化特征控制了盆地的沉積特征，盆地沉積特征控制其生儲蓋組合特征，生儲蓋組合特征控制了盆地的油氣成藏特征。Solimoes 盆地屬南美板塊4 個(gè)內(nèi)克拉通盆地之一，盆地發(fā)育演化過程整體相對穩(wěn)定，但其構(gòu)造演化非常特殊，自古生代以來，幾乎每一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均對盆地構(gòu)造和沉積特征產(chǎn)生不同程度的影響，形成了盆地多期的沉積間斷，盆地整體沉積厚度僅3 000～4 000 m，由6 套層序組成，不同時(shí)代地層之間均以不整合接觸為主，并不同程度遭受剝蝕，形成了特殊的沉積組合特征和油氣成藏特征。

2.1 盆地形成演化

Solimoes 盆地形成、發(fā)育演化歷史是由其所在的岡瓦納大陸的形成演化過程所決定的［4-8］，可劃分為以下幾個(gè)獨(dú)立階段。

2.1.1 前寒武紀(jì)晚期——裂谷階段

盆地所在的南美板塊是岡瓦納古陸的一部分，在元古宙一直處于穩(wěn)定的地塊之中。在前寒武紀(jì)末期的一次北西-南東向伸展構(gòu)造事件導(dǎo)致北東-南西向地塹形成，Purus 組在其中沉積下來。

2.1.2 古生代——沉降階段

南美板塊古生代奧陶紀(jì)前后(約470 Ma)由南部的多個(gè)地塊及活動(dòng)地體拼接形成，構(gòu)成了岡瓦納超級大陸的西翼和西南翼。Solimoes 盆地沿著早期的伸展方向發(fā)展，開始形成北東東向沉降盆地。早泥盆世時(shí)期，在南美板塊的西部受洋殼俯沖的影響，造成地殼增厚，擠壓帶的東部形成前陸撓曲盆地，受其影響Solimoes 盆地的Carauari 和Purus 隆起形成(圖1，圖2)。晚泥盆世-早石炭世岡瓦納大陸統(tǒng)一，局部發(fā)生裂陷，盆地整體處于沉降階段，形成了廣泛分布碎屑巖、淺海硅質(zhì)巖沉積、冰川沉積。晚石炭世—二疊紀(jì)，安第斯早期造山帶東部有間歇性的伸展與擠壓事件發(fā)生，Solimoes 盆地處于局限海環(huán)境，形成廣泛分布的碎屑巖、碳酸鹽巖及海-陸交互相的蒸發(fā)巖地層。

2.1.3 三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)——盆地反轉(zhuǎn)、隆升剝蝕階段

圖1 Solimoes 盆地構(gòu)造區(qū)劃(據(jù)IHS，2011 修改)Fig.1 Structure division of the Solimoes Basin(modified from IHS，2011)

圖2 Solimoes 盆地地質(zhì)剖面示意圖(剖面位置見圖1)Fig.2 Schematic geologic profile of the Solimoes Basin (see Fig.1 for profile location)

晚二疊世—早三疊世，沿南美洲板塊西部邊緣的泛大陸(Pangaea)斷裂開始活動(dòng)，安第斯造山帶開始形成。三疊紀(jì)末期，南美板塊以前奧陶紀(jì)基底為基礎(chǔ)發(fā)展成含多個(gè)克拉通盆地的大陸。在此期間，Solimoes盆地隆升，同時(shí)伴隨有拉斑玄武巖巖漿活動(dòng)，后又接受陸相沉積。在此階段最重要的構(gòu)造事件是“Jurua 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)”，早期為伸展構(gòu)造，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，形成了新的陡逆斷層，受其影響該區(qū)剝蝕時(shí)間長達(dá)170 Ma。

2.1.4 白堊紀(jì)—新近紀(jì)——撓曲沉降階段

白堊紀(jì)，岡瓦納大陸解體完成，克拉通盆地發(fā)生了大規(guī)模的海侵，南美西部大部分地區(qū)被海水淹沒，形成陸表海。白堊紀(jì)末至新近紀(jì)，太平洋板塊向南美大陸俯沖，科迪勒拉山脈迅速隆升，產(chǎn)生一系列俯沖邊緣型盆地，形成現(xiàn)今的溝、弧、盆體系，Solimoes 盆地發(fā)生了區(qū)域性的沉降［9］。

2.2 構(gòu)造特征

盆地構(gòu)造主要受位于盆地南端北東東向的solilmoes 剪切帶的影響，在剪切帶以北發(fā)育北東東向逆斷層，以南發(fā)育北西向正斷層。盆地以Carauari 隆起為界可劃分為東部Jurua 次盆和西部Jandiatuba 次盆(圖1)，具有兩凹一隆的構(gòu)造格局。在剖面上，斷層較發(fā)育，具有繼承性特征。從基底斷至白堊系不整合面，斷層傾角大，有的近乎直立。由于中生代的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，有的斷層呈現(xiàn)上正下逆的特征［10］(圖2)。

2.3 沉積演化

盆地沉積蓋層厚度3 000～4 000 m，以古生界為主，巖性組合復(fù)雜，巖石類型多樣(圖3)，奧陶系以淺海碎屑巖為主，上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)由碎屑巖和淺海碳酸鹽巖組成，上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)為碎屑巖、淺海硅質(zhì)巖、冰川沉積，石炭系-二疊系由碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖及海-陸交互相的蒸發(fā)巖組成，三疊系-侏羅系以火山侵入巖為主。盆地總體經(jīng)歷了陸相—海相—海陸過渡相—局限海相—陸相的復(fù)雜沉積演化過程。盆地充填主要由3 個(gè)主要的古生代海侵-海退沉積旋回組成，沉積中心為Jandiatuba 和Jurua 次盆。

盆地最古老的沉積物為前寒武紀(jì)晚期的Purus 組河流相紅層，在圭亞那地盾的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底形成的地塹中沉積。

圖3 Solimoes 盆地地層柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of the Solimoes Basin

2.3.1 奧陶系—泥盆系

早奧陶世由于弧后盆地向西擴(kuò)展，小型裂陷發(fā)育。盆地西部發(fā)育下奧陶統(tǒng)薄層海相沉積物，細(xì)粒砂巖覆黑色泥巖，厚度在700 m 左右。志留系—下泥盆統(tǒng)由碎屑巖和淺海碳酸鹽巖組成，為反旋回沉積。

2.3.2 泥盆系-石炭系

泥盆系沉積旋回以平均厚度為50 m 的Uere 組三角洲及潮坪沉積開始，上覆的Jandiatuba 組在全盆均有分布，厚度在350 m 左右，由3 部分組成，黑色炭質(zhì)泥巖，是盆地主力烴源巖，向上為晚泥盆世的冰川沉積物，過渡為砂巖、粉砂巖。

2.3.3 石炭系-二疊系

石炭系-二疊系沉積旋回為局限海相層序，總體厚度超過1 000 m，地層在西部的厚度大于東部的厚度。層序下部為Jurua 組砂巖，平均厚度為60 m，是盆地主力儲層，上為厚1 000 m 的蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖，與泥巖、火山巖互層，中間夾砂巖儲層，平均厚度30 m。旋回以Fonte Boa 組的海退地層結(jié)束。

2.3.4 中、新生界

中生界及新生界主要為河流-湖泊相沉積，厚度1 000 m 左右。三疊系和侏羅系為巖漿活動(dòng)形成的火成巖，此期間，3 次大規(guī)模的巖床侵入石炭系-二疊系地層，火成巖厚度可達(dá)800 m。

3 盆地油氣成藏特征

特殊的盆地演化過程造就了盆地獨(dú)特的成藏特征，火山巖侵入使得埋深不大的烴源巖達(dá)成熟-過成熟階段，多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育不整合面，成為油氣運(yùn)移的主要通道，儲層埋藏淺物性較好，而局限海相環(huán)境的蒸發(fā)巖構(gòu)成了良好的蓋層，此外多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了一大批的構(gòu)造圈閉。

3.1 烴源巖

盆地主要烴源巖為上泥盆統(tǒng)Jandiatuba 頁巖。該源巖在二疊紀(jì)開始成熟和運(yùn)移，在二疊紀(jì)末開始大量生成油氣，與盆地內(nèi)巖漿侵入年代一致，烴源巖演化與埋深的線性關(guān)系則并不明顯，烴源巖與巖漿侵入巖垂向距離近，則烴源巖演化程度高，表明巖漿侵入是烴源巖迅速成熟演化的主要原因。在西部Jandiatuba 次盆，該套烴源巖厚度平均為50 m，最厚可達(dá)100 m(圖4a，b)，總有機(jī)碳含量(TOC)平均2.5%，以生氣為主，凝析油API 度為47;在東部Jurua 次盆，TOC 平均為2%，烴源巖生烴母質(zhì)較好，演化程度較高，鏡質(zhì)體反射率(Ro)在1.1%以上，目前的發(fā)現(xiàn)以氣、凝析油(60～70 API)和輕質(zhì)油(42 API)為主。

次要烴源巖為志留系Jutai 組頁巖，厚度30 m 左右，最厚可達(dá)50 m，TOC 在1%左右，為過成熟源巖，分布局限在凹陷的中心(圖4c，d)。

3.2 儲蓋條件

3.2.1 儲集層

盆地經(jīng)過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，儲層經(jīng)短期的壓實(shí)作用后又被抬升接受風(fēng)化作用，從而改善了儲集條件，與不整合面相鄰的砂巖成為良好的儲層。因此，主要儲層為石炭系Jurua 砂巖［11］，埋深約2 500～3 000 m，厚度為0～120 m(圖5)，上段為風(fēng)成砂巖，孔隙度15.0%～22.5%，滲透率100 ×10-3～320 ×10-3μm2;下段為河流-三角洲相砂巖，孔隙度9%～11%，滲透率1 ×10-3～350 ×10-3μm2。次要儲層為泥盆紀(jì)的Uere 砂巖，埋深3 000～3 500 m，物性一般，孔隙度11.8%～14.3%，儲層厚度平均為12～20 m。Uere 砂巖由于埋深大于石炭系砂巖，物性不及石炭系砂巖。

3.2.2 蓋層

主要蓋層為石炭系Carauari 組的蒸發(fā)巖和泥巖，厚度約40 m，封蓋能力強(qiáng)，此外，二疊系內(nèi)的火山侵入巖和泥盆系Jandiatuba 組的層內(nèi)泥巖也具有良好的封蓋能力。

3.3 圈閉條件及特征

盆地的多期斷裂活動(dòng)形成了眾多的構(gòu)造圈閉(圖6)，多為與斷層相關(guān)的背斜、斷背斜、斷鼻，主要分布在斷裂帶的周邊。圈閉面積在13.2～75.2 km2范圍內(nèi)，平均38.6 km2。幅度在20～160 m 之間，平均55 m。目的層海拔在1 410～2 830 m 之間，平均2 000 m。這些圈閉均為較可靠未鉆圈閉。從圈閉的形成過程分析，安第斯早期的擠壓運(yùn)動(dòng)和中生代中期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)對其發(fā)育有巨大影響［12］。但盆地內(nèi)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的不整合可能形成少量以不整合圈閉為主的復(fù)合圈閉［13］。

3.4 成藏特征

盆地油氣成藏模式為:泥盆系烴源巖生成的油氣沿著斷層以及泥盆與石炭之間的不整合面運(yùn)移到石炭系優(yōu)質(zhì)儲層中，再通過儲層側(cè)向運(yùn)移在背斜構(gòu)造中聚集成藏。

圖4 Solimoes 盆地?zé)N源巖分布及特征Fig.4 Distribution and features of source rocks in the Solimoes Basin

圖5 Solimoes 盆地石炭系Jurua 組砂巖分布Fig.5 Distribution of the Carboniferous Jurua sandstone in the Solimoes Basin

圖6 Solimoes 盆地過圈閉地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.6 Seismic profile across the undrilled traps in the Solimoes Basin (see Fig.1 for profile location)

油氣成藏的主控因素是:火山巖侵入控制油氣成藏;不整合面及優(yōu)質(zhì)儲層控制油氣側(cè)向運(yùn)移;斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉控制油氣聚集。

1)火山巖侵入控制盆地油氣分布具有“西氣東油”的特點(diǎn)，在西部次盆，最深的火山侵入靠近二疊系底部，與烴源巖和儲層的垂向距離較近，烘烤作用較強(qiáng)，烴源巖以生氣為主;而在東部次盆最深的火山侵入遠(yuǎn)離二疊系底部，對烴源巖和儲層的烘烤作用相對較弱，既有氣也有油發(fā)現(xiàn)。

2)不整合面及優(yōu)質(zhì)儲層控制油氣側(cè)向運(yùn)移，油氣主要富集在儲層物性較好的石炭系砂巖中。泥盆與石炭之間的不整合面為區(qū)域性的界面，泥盆系烴源巖生成的油氣沿著斷層以及不整合面運(yùn)移到石炭系儲層，在構(gòu)造圈閉中聚集成藏。石炭系和泥盆系之間的不整合是油氣橫向運(yùn)移的主要通道，油氣主要富集在儲層物性較好的石炭系砂巖中，而儲集性能較差的泥盆系砂巖中油氣富集程度較低。

3)斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉控制油氣聚集，Solimoes盆地的油氣發(fā)現(xiàn)集中于斷裂附近的長軸背斜圈閉中(圖7)，背斜圈閉走向北東-南西向，背斜圈閉位于走滑斷裂的上升盤，而斷裂主要受中生代晚期南大西洋張開產(chǎn)生的斜向擠壓應(yīng)力的影響［14］。這些走滑斷裂的歷史可追溯至元古宙深大斷裂，這些深斷裂控制基底古構(gòu)造的分布。因此區(qū)塊最有利的構(gòu)造類型為基底斷壘之上的背斜構(gòu)造，基底斷層在后期重新活動(dòng)，形成良好的油氣垂向運(yùn)移通道，油氣主要沿著在侏羅紀(jì)形成的逆斷層運(yùn)移。

圖7 Solimoes 盆地油氣發(fā)現(xiàn)與斷層分布(據(jù)IHS，2011 修改)Fig.7 Map showing the distribution of the discoveries and faults in the Solimoes Basin(modified from HIS，2011)

4)由于構(gòu)造在侏羅紀(jì)最終定形，而油氣生成的高峰期發(fā)生于二疊紀(jì)，在此期間可能有大量的烴類散失。在中生代早期由于埋深加大和輝綠巖侵入的熱效應(yīng)，存在二次生烴高峰，但這也早于侏羅紀(jì)反轉(zhuǎn)構(gòu)造事件。從目前的油氣保存結(jié)果分析，可能存在過渡儲層或二次運(yùn)移。

4 結(jié)語

1)盆地經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從前寒武紀(jì)至新近紀(jì)經(jīng)歷了陸相—海相—海陸過渡相—局限海相—陸相的復(fù)雜沉積演化過程，經(jīng)歷了多次沉積間斷，以古生代為主，巖性組合復(fù)雜，巖石類型多樣，包括碎屑巖、碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖、冰磧巖及火山巖等。

2)該盆地良好的生儲蓋組合條件，烴源巖有機(jī)碳豐度高，火山侵入有利于烴源巖成熟，盡管盆地沉積蓋層厚度只有3 000～4 000 m，但烴源巖熱演化程度高，已進(jìn)入生氣階段，其他石油地質(zhì)條件發(fā)育，因此盆地整體具備較好的油氣富集條件。

3)盆地勘探程度低，三維地震資料缺乏，大部分地區(qū)只有二維地震覆蓋。盆地仍有很大的勘探潛力，需要深入研究盆地構(gòu)造演化過程，開展精細(xì)三維地震勘探，識別出更多的中生代中期盆地反轉(zhuǎn)形成的更為復(fù)雜的構(gòu)造和圈閉，找到其他類型的構(gòu)造圈閉和地層圈閉。

4)該盆地油氣成藏特征的研究將對南美類似的低勘探程度盆地油氣資源潛力的評價(jià)提供重要的參考。

致謝：文章中部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和圖件來自IHS 數(shù)據(jù)庫，在此表示感謝!

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