墨西哥灣盆地油氣分布規(guī)律及成藏主控因素分析

劉延莉，徐向華

(中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

墨西哥灣盆地油氣分布規(guī)律及成藏主控因素分析

劉延莉，徐向華

(中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

墨西哥灣盆地屬裂谷與被動(dòng)大陸邊緣疊加的復(fù)合型盆地，盆地經(jīng)歷了3個(gè)演化階段。在研究墨西哥灣盆地形成演化的基礎(chǔ)上，分析油氣分布規(guī)律。油氣藏主要發(fā)育于被動(dòng)陸緣期，盆地內(nèi)共有5套成藏組合，常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并存，其中常規(guī)油氣主要有3個(gè)成藏組合，具有由陸向海依次為侏羅—白堊系成藏組合、古近系成藏組合、新近系成藏組合；其成藏主控因素為進(jìn)積、鹽和砂體。非常規(guī)油氣目前發(fā)現(xiàn)2套成藏組合：Eagle ford和Haynesvil-bossier頁(yè)巖油氣帶，均位于陸上；成藏主控因素主要為有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度。

成藏組合；成藏主控因素；頁(yè)巖油氣；墨西哥灣盆地

1 墨西哥灣地區(qū)盆地演化

墨西哥灣盆地位于美國(guó)、墨西哥和古巴環(huán)抱的海域，面積28×104km2，盆地的形成演化經(jīng)歷了3個(gè)階段：裂谷期(三疊紀(jì)—中侏羅世)，過(guò)渡期(晚侏羅世)和被動(dòng)陸緣期(早白堊世—第三紀(jì))。油氣主要發(fā)現(xiàn)于被動(dòng)陸緣期沉積的地層中[1]。

(1)裂谷期:三疊紀(jì)—中侏羅世，拉張作用形成裂谷，主要為陸相沉積，局部有火山沉積物；中侏羅世，隨著拉張的減弱，地殼相對(duì)穩(wěn)定，盆地中心發(fā)育局限海，沉積厚層蒸發(fā)巖 (圖1)。周邊地塹發(fā)育陸緣碎屑[2-3]。這個(gè)時(shí)期的鹽為后期的鹽構(gòu)造和與鹽有關(guān)的圈閉提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是鹽下地層很好的蓋層，但是受鹽的影響，蓋層段鉆探較少，油氣發(fā)現(xiàn)并不多見(jiàn)。

(2)過(guò)渡期:晚侏羅世，全面海泛階段。盆地范圍內(nèi)海相沉積，發(fā)育大規(guī)模碳酸鹽巖層序沉積，局部地區(qū)有碎屑巖沉積[2-3]。最大海侵期內(nèi), 盆地深部沉積厚層富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖，這是區(qū)域上主要的油源基礎(chǔ)，也是后期頁(yè)巖油氣賦存的基礎(chǔ)。該時(shí)期的碳酸鹽巖和碎屑巖沉積是很好的儲(chǔ)層基礎(chǔ)，但是由于上侏羅統(tǒng)缺乏有效的區(qū)域蓋層，所以在上侏羅統(tǒng)油氣發(fā)現(xiàn)并不多見(jiàn)。

(3)被動(dòng)陸緣期：早白堊世—第三紀(jì)。白堊紀(jì)受熱沉降作用影響，以碳酸鹽巖臺(tái)地為主[2-3]。晚白堊世—第三紀(jì)，主要受重力作用影響為進(jìn)積沉積，海岸線不斷向南推進(jìn)發(fā)育碎屑巖沉積(圖1)。下伏鹽體受差異壓實(shí)影響形成了一系列的鹽構(gòu)造[2]。該階段豐富的碎屑巖和局部碳酸鹽巖沉積是良好的油氣儲(chǔ)層基礎(chǔ)，長(zhǎng)期的海相沉積在白堊—第三紀(jì)各時(shí)期均有豐富的泥頁(yè)巖沉積，這為油氣發(fā)育奠定了源巖和蓋層基礎(chǔ)，整體上這個(gè)階段具有很好的油氣成藏、聚集的條件。

圖1 墨西哥灣盆地形成演化

2 油氣分布規(guī)律

2.1 發(fā)育中—新生界成藏組合，從陸上至深水，成藏組合時(shí)代漸新

本文根據(jù)C&C數(shù)據(jù)庫(kù)中墨西哥灣盆地內(nèi)各地區(qū)共100余個(gè)油氣田的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)盆地內(nèi)油氣分布規(guī)律：盆地主要發(fā)育中—新生界3套成藏組合，從陸上至深水時(shí)代漸新，依次為侏羅—白堊系成藏組合；古近系成藏組合；新近系成藏組合。

2.1.1 侏羅—白堊系成藏組合

發(fā)育于盆地南部陸上地區(qū)(圖2)。該套成藏組合主要的源巖為侏羅系海相頁(yè)巖、泥灰?guī)r和下白堊統(tǒng)海相泥巖、泥灰?guī)r。侏羅系提塘階烴源巖是目前墨西哥灣的主要烴源巖，其生油量占墨西哥灣盆地總儲(chǔ)量的80%以上[4]。上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)泥灰?guī)r厚為150～200 m，分布范圍廣，幾乎遍及整個(gè)墨西哥灣。侏羅系烴源巖干酪根為Ⅱ型、Ⅲ/Ⅳ型，w(TOC)=0.5%～3%[4]，自晚侏羅世進(jìn)入排烴期；白堊系烴源巖干酪根類(lèi)型為Ⅰ、Ⅱ型，w(TOC)為 1%～5%[4](圖3)，2套源巖均為成熟烴源巖。侏羅、白堊系碎屑巖和碳酸鹽巖是該成藏組合的主要儲(chǔ)集層，儲(chǔ)集物性較好。白堊系砂巖儲(chǔ)層平均厚度27 m，孔隙度16%，滲透率569×10-3μm2。侏羅—白堊系碳酸鹽巖儲(chǔ)層平均厚度70 m，平均孔隙度13%，平均滲透率93×10-3μm2[4]。圈閉類(lèi)型主要為背斜或斷背斜，或者其他與鹽相關(guān)的圈閉。白堊系致密層是主要蓋層[5]。從生儲(chǔ)蓋組合來(lái)看是古生新儲(chǔ)或者自生自?xún)?chǔ)。

圖2 墨西哥灣盆地成藏組合平面分布

圖3 墨西哥灣盆地?zé)N源巖和儲(chǔ)層特征

2.1.2 古近系成藏組合

發(fā)育于盆地中部陸上—淺海陸架地區(qū)(圖2)，主要發(fā)育古近系烴源巖，局部有侏羅—第三系混源烴源巖。古近系烴源巖干酪根類(lèi)型為Ⅱ、Ⅲ型，w(TOC)=0.5%～2%，主要分布于盆地中北部；古近系儲(chǔ)層為碎屑巖儲(chǔ)層，河流—三角洲沉積環(huán)境，儲(chǔ)層凈厚度平均160 m，孔隙度23%，滲透率309×10-3μm2[5]。主要圈閉類(lèi)型主要為與鹽巖運(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)造圈閉，或者與不斷推進(jìn)的三角洲有關(guān)的構(gòu)造巖性圈閉。蓋層為各地層單元內(nèi)的海進(jìn)頁(yè)巖。生儲(chǔ)蓋組合為古生新儲(chǔ)，或自生自?xún)?chǔ)[6]。

2.1.3 新近系成藏組合

主要位于陸架—深水區(qū)(圖2)。烴源巖從盆地邊緣到盆地中心生烴潛力逐漸變好。主要發(fā)育侏羅系和侏羅系/白堊系/第三系混源烴源巖。新近系有機(jī)質(zhì)含量低，平均1%，為Ⅱ、Ⅲ型混合型干酪根(圖2)。新近系碎屑巖是目前墨西哥灣的主要儲(chǔ)層，巖性為三角洲或水下扇背景下的碎屑巖；物性好，平均厚度280～290 m，孔隙度22%～36%，滲透率(50～3 200)×10-3μm2，含油飽和度70%～80%[5]。圈閉類(lèi)型與古近系相似，主要為與鹽有關(guān)的構(gòu)造或構(gòu)造巖性圈閉[6-8]。圈閉形成時(shí)間晚，與多套烴源巖排烴期匹配關(guān)系很好。蓋層為各地層單元內(nèi)的海進(jìn)頁(yè)巖。生儲(chǔ)蓋組合主要是古生新儲(chǔ)[5]。

2.2 常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并存

墨西哥灣盆地地層發(fā)育齊全，多數(shù)為海相地層。油氣區(qū)主要位于美國(guó)一側(cè)，目前已發(fā)現(xiàn)1 200多個(gè)油氣田, 油氣不僅聚集在陸上也聚集在海上，資源類(lèi)型包括頁(yè)巖油氣、致密氣以及常規(guī)油氣[1]。2005年以來(lái)在墨西哥灣盆地陸上北路易斯安那和東德克薩斯鹽盆發(fā)現(xiàn)了Eagle Ford頁(yè)巖油氣和Haynesvile-Bossier頁(yè)巖油氣帶。據(jù)C&C數(shù)據(jù)庫(kù)，截至2013年1月1日，墨西哥灣盆地剩余2P可采儲(chǔ)量為40.11×108t 油當(dāng)量，其中頁(yè)巖油12.54×108t，頁(yè)巖氣2.688 5×1012m3，其他原油2P剩余可采為1.65×108t，天然氣2P剩余可采儲(chǔ)量為0.457×1012m3。

縱向上，目前油氣產(chǎn)層為第三系，其次為白堊系和侏羅系，頁(yè)巖油氣帶賦存于侏羅—白堊系；平面上，現(xiàn)今常規(guī)油氣主要產(chǎn)量來(lái)自海上，頁(yè)巖油氣主要分布于陸上北路易斯安那和東德克薩斯鹽盆。

根據(jù)油氣地質(zhì)條件，常規(guī)油氣可以劃分為2種成藏模式(圖4)：北部陸上中生界構(gòu)造/復(fù)合油氣藏，中南部海上新生界構(gòu)造/復(fù)合碎屑巖油氣藏。中生界構(gòu)造/復(fù)合油氣藏以侏羅—白堊系淺?！懮纤樾紟r和碳酸鹽巖為主要的儲(chǔ)層，蓋層為白堊系的非滲透層。圈閉類(lèi)型主要為背斜/斷背斜，這些背斜或斷背斜與鹽運(yùn)動(dòng)有關(guān)，局部有巖性等復(fù)合圈閉[7-11]。新生界構(gòu)造/復(fù)合碎屑巖油氣藏以淺?！詈－h(huán)境下古近系和新近系碎屑巖為主要儲(chǔ)層，蓋層為各地層內(nèi)的海進(jìn)泥頁(yè)巖。圈閉類(lèi)型主要為與鹽巖運(yùn)動(dòng)有關(guān)的一系列圈閉[7-8,10-11]。

非常規(guī)油氣主要為Eagle Ford和Haynesville-Bossier頁(yè)巖油氣帶,其平面分布見(jiàn)圖2。Eagle Ford頁(yè)巖屬上白堊統(tǒng)，包括3個(gè)烴帶：淺層產(chǎn)油帶，較深層產(chǎn)氣帶，以及在這之間的濕氣/凝析氣帶[9-11]。埋深1 000～4 500 m，方解石含量40%～70%，凈厚度15～100 m，基質(zhì)孔隙度5%～15%，w(TOC)=2%～7%，平均4.5%，Ro=1%～1.27%。埋藏史表明Eagle Ford頁(yè)巖組合在始新世進(jìn)入生油窗，在漸新世進(jìn)入生氣階段[5]。

Haynesville-Bossier頁(yè)巖屬于上侏羅統(tǒng)，埋深3 500～5 000 m，凈厚度15～70 m，巖性為富含有機(jī)質(zhì)的鈣質(zhì)和硅質(zhì)泥巖互層，Haynesville黏土含量35%～57%，巖心孔隙度為8%～9%，滲透率小于(500～7 000)×10-9μm2，多數(shù)地區(qū)(500～1 000)×10-9μm2[9,12-14]；含水飽和度20%～35%，Ⅲ/Ⅳ干酪根，w(TOC)=0.3%～8%(平均3%)，鏡質(zhì)體反射率Ro為0.9%～2.6%。Bossier頁(yè)巖硅質(zhì)含量30%～40%，碳酸鹽巖含量小于10%，黏土含量50%～60%，w(TOC)=0.5%～2%；巖心孔隙度5%～66%，滲透率(10～150)×10-9μm2。埋藏史表明Haynesvile-Bossier頁(yè)巖在早白堊世進(jìn)入生油窗，在晚白堊世至古近世進(jìn)入生氣窗[5]。

3 成藏主控因素

3.1 常規(guī)油氣成藏主控因素

3.1.1 沉積相帶控制下的儲(chǔ)層分布控制了油氣資源的分布

盆地內(nèi)油氣發(fā)現(xiàn)范圍廣，從白堊系到第三系均有發(fā)現(xiàn)，油氣主要發(fā)育于被動(dòng)陸緣期，在陸上—淺海區(qū)主要目的層為白堊—古近系，深水區(qū)主要為新近系，油氣發(fā)現(xiàn)層位由陸向海逐漸變新，其成藏主控因素在于沉積相帶控制下的儲(chǔ)層分布。

圖4 墨西哥灣盆地成藏模式

碳酸鹽巖油氣藏受碳酸鹽巖臺(tái)地的礁灘相控制，碎屑巖油氣藏受海岸線及河流—三角洲相帶的控制。三角洲沉積中心的移動(dòng)控制了油氣田的分布，特別是新生代構(gòu)造為盆內(nèi)碎屑巖供給提供了大量物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。新生代在盆地范圍沉降速度小于沉積速度，不斷進(jìn)積，河流—三角洲沉積體系、深水河道砂體—濁積扇砂體發(fā)育，成為主要的儲(chǔ)層，進(jìn)而控制了油氣富集帶。

3.1.2 鹽影響了圈閉和烴源巖的發(fā)育，進(jìn)而控制油氣藏的發(fā)育

墨西哥灣盆地在中侏羅世主要為局限海，沉積了大量鹽，鹽厚度一般大于600 m， 最大厚度4 000 m 以上，主要的鹽構(gòu)造包括鹽枕、鹽焊接、鹽刺穿、鹽墻、鹽脊以及鹽席。從北到南鹽頂面的連續(xù)性增大，鹽的刺穿運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，油氣藏的發(fā)育與鹽構(gòu)造有著密切的關(guān)系，盆地內(nèi)與鹽構(gòu)造有關(guān)的圈閉占整個(gè)圈閉類(lèi)型的41%[7-8,15-19]。

對(duì)墨西哥灣主力烴源巖來(lái)講，鹽延緩了鹽下下侏羅統(tǒng)烴源巖的生烴進(jìn)程，加速鹽上上侏羅統(tǒng)—第三系烴源巖的生烴進(jìn)程[15-19]，使得烴源巖生烴高峰與圈閉形成期匹配較好，有利于油氣的捕獲和保存。

3.2 非常規(guī)油氣成藏主控因素

有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度是頁(yè)巖油氣藏富集主控因素，巖石的脆性系數(shù)是勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵[20-21]。

墨西哥灣盆地頁(yè)巖油氣主要位于陸棚區(qū)侏羅—白堊系，受當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境影響鈣質(zhì)含量高，干酪根類(lèi)型以Ⅱ-Ⅳ型為主，資源豐度較高、單井產(chǎn)量較大的頁(yè)巖油氣帶Ro在1.2%～3%之間，w(TOC)>2%，頁(yè)巖層組厚度基本為15～100 m。構(gòu)造和埋深影響頁(yè)巖油氣帶分帶性，分析認(rèn)為，由于被動(dòng)陸緣期陸棚區(qū)淺海陸架沉積背景下，富含鈣質(zhì)和硅質(zhì)成分的頁(yè)巖為頁(yè)巖油氣的形成以及后期的壓裂開(kāi)采提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，后期構(gòu)造影響較小，陸坡沉降環(huán)境為頁(yè)巖油氣的有機(jī)質(zhì)熱演化分帶性創(chuàng)造了有利條件。

4 小結(jié)

(1)盆地的形成演化經(jīng)歷了3個(gè)階段：裂谷期、過(guò)渡期和被動(dòng)陸緣期。油氣主要發(fā)現(xiàn)于被動(dòng)陸緣期沉積的地層中。

(2)受海岸線發(fā)育、碳酸鹽巖臺(tái)地及河流—三角洲沉積相帶的控制以及鹽的影響，盆地發(fā)育中—新生界3套成藏組合，依次為侏羅—白堊系、古近系和新近系成藏組合。從陸上至深水，成藏組合漸新。

(3)被動(dòng)陸緣期陸棚區(qū)淺海陸架沉積背景下，侏羅—白堊系富含鈣質(zhì)和硅質(zhì)成分的Eagle Ford和Haynesvil-Bossier頁(yè)巖帶是目前盆地內(nèi)主要的頁(yè)巖油氣產(chǎn)區(qū)。有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度是其成藏富集的主控因素，巖石的脆性系數(shù)是勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。兩頁(yè)巖帶干酪根類(lèi)型以Ⅱ-Ⅳ型為主，Ro在1.2%～3%之間，w(TOC)>2%，頁(yè)巖層組厚度15～100 m。

(4)墨西哥灣盆地勘探歷史悠久，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)量龐大的油氣田，近年來(lái)隨著勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的革新，陸續(xù)在深海和頁(yè)巖油氣的勘探開(kāi)發(fā)上取得了突破，這為國(guó)內(nèi)外勘探成熟盆地的研究提供了新思路，具有很好的借鑒意義。

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(編輯 黃 娟)

Petroleum distribution rules and controlling factor analysis of Gulf of Mexico Basin

Liu Yanli,Xu Xianghua

(PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China)

The Gulf of Mexico Basin is a composite basin with passive continental margins superimposing on rift basin. The basin has experienced 3 evolution stages. Based on the research of basin formation and evolution, the distribution rules of oil and gas were analyzed. Oil and gas mainly developed during the passive margin period. There are 5 sets of oil and gas plays including the conventional and unconventional petroleum. The 3 main conventional oil and gas plays are located following seaward direction, which include the Jurassic-Cretaceous play, the Paleogene play and the Neogene play, from onshore to offshore. The main controlling factors are progradation, salt and sand distribution. The 2 unconventional oil and gas plays include the Eagle ford and the Haynesvill-bossier shale belt, both locating onshore. The main controlling factors are organic matter abundance and thermal evolution.

oil and gas play; controlling factor for accumulation; shale oil and gas; Gulf of Mexico Basin

1001-6112(2014)02-0200-06

10.11781/sysydz201402200

2013-09-10；

2014-01-22。

劉延莉(1980—)，女，博士，高級(jí)工程師，從事石油地質(zhì)研究。E-mail: liuyanli.syky@sinopec.com。

TE122.3

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