西非被动大陆边缘构造-沉积演化及其对生储盖的控制作用

冯杨伟 ，屈红军 ，张功成 ，米立军 ，范玉海 ，关利群 ，雷 露

（1大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系；2中国海洋石油总公司研究总院)

（3中国海洋石油(中国)有限公司勘探部）

西非被动大陆边缘构造-沉积演化及其对生储盖的控制作用

冯杨伟1，屈红军1，张功成2，米立军3，范玉海1，关利群1，雷 露1

（1大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系；2中国海洋石油总公司研究总院)

（3中国海洋石油(中国)有限公司勘探部）

西非海岸属典型的被动大陆边缘，经历了前裂谷、裂谷和被动陆缘等三个演化阶段，北段与中南段盆地裂谷作用的时间和方式不同。在由构造—沉积控制的盆地发展演化过程中发育三套主力烃源岩，即裂谷期盐下湖相页岩、被动陆缘期盐上海相页岩以及浅海相—三角洲相页岩；发育裂谷期湖相碎屑岩、被动陆缘期碳酸盐岩、滨岸砂岩、浊积体和三角洲砂岩等多套储层。阿普特盐岩为主要的区域盖层，形成了裂谷期的断块、断背斜、盐岩构造以及与被动陆缘期同生长断层相关的滚动背斜等众多构造和圈闭。

西非；含油气盆地；陆缘盆地；构造演化；烃源岩；储集层；控制作用

西非地区是非洲大陆的主要油气富集区之一［1-2］,位于非洲大西洋边缘地带，长达1万余千米，面积656×104km2。共分布有28个国家，其主要产油国包括尼日利亚、安哥拉、加蓬、刚果（布）、刚果（金）、赤道几内亚、喀麦隆和南非等8个国家［3］（图1）。西非被动大陆边缘诸盆地是目前油气勘探的重点和热点地区［4-6］。本文在大量调研资料的基础上，分析总结西非的构造-沉积演化特征，并探讨其对区域油气生储盖及成藏的控制作用。

1 地质背景

西非海岸盆地属典型的被动大陆边缘盆地，它在中新生代联合大陆发生裂解过程中，跟北美板块与南美板块和非洲板块的裂谷作用及持续扩张作用有关，是冈瓦纳大陆解体和大西洋扩张形成的被动陆缘盆地［1,7-11］。

非洲西部被动大陆边缘盆地从北向南分为三段：北段主要包括阿尤恩—塔尔法亚盆地和塞内加尔盆地；中段包括尼日尔三角洲盆地、加蓬盆地、下刚果盆地、Rio Muni盆地和宽扎盆地；南段主要包括纳米比亚盆地和西南非海岸盆地。其中中段盆地群油气最为丰富,各盆地间一般以构造隆起或地形高作为分隔［2,7,11-13］（图 1）。

2 构造-沉积演化

西非构造-沉积演化经历了三个阶段：前裂谷阶段（古生代—早中生代）、裂谷阶段（中—晚中生代）和被动陆缘阶段（中生代末—第三纪）［10,14-15］（图2）。西非海岸盆地的发育均经历了上述三个阶段，但是由于北段与中、南段盆地裂谷作用的时间和方式不同，造成盆地的演化特征和油气地质条件大相径庭。西非北段盆地沉积较中、南段盆地早，北段盆地裂谷作用始于晚三叠世，盆地的演化不仅受北大西洋裂谷作用和北美与非洲板块分离过程的控制，而且受三叠纪以前北非板块构造和沉积演化的控制；而中、南段盆地演化较晚，始于侏罗纪晚期和白垩纪早期，其演化过程主要受南大西洋的裂谷作用和持续扩张作用控制［8,11-13］。

图1 西非被动陆缘主要含油气盆地［11］

2.1 北段盆地构造-沉积演化

晚三叠世，盆地进入裂谷发育阶段，与早期北大西洋开张伴随，产生了北北东向延伸断层，并向西—北西下掉形成了半地堑［7］。断层与下伏的古生代构造走向近于平行，并形成了一系列裂谷盆地。裂谷期以河流、湖泊和三角洲沉积为主，裂谷后期海水可能从东面（古特提斯洋）和北面（原始大西洋）侵入半地堑。在盆地的北、西北和南部，较远的物源区只提供很少量的碎屑进入半地堑。这种受限很强的局限海中沉积了巨厚蒸发岩，而且蒸发岩沉积持续到早侏罗世［1,8,13］（图 2）。

被动陆缘期北大西洋从南到北开张，导致了早侏罗世的海相沉积和从裂谷作用到热沉降的变化。在中侏罗世和晚侏罗世，发育碳酸盐岩台地相沉积。贝利阿斯期海平面下降，三角洲向海推进，快速的沉积速率发育了同生断层［6-7］。阿尔布期较大海退，阿尔布期末，整个盆地发生一次大海侵。从康尼亚克期到渐新世，海平面相对下降导致了中生界层序的出露和侵蚀，发育了局部侵蚀不整合。伴随着比利牛斯造山运动，在始新世，海退因盆地东部的抬升而进一步加剧。渐新世和中新世时的阿尔卑斯造山运动沿着陆架外缘产生了区域不整合。第三纪侵蚀导致了白垩纪陆架边缘大规模的下切，并形成了后来被新生代沉积充填的切谷［1,8,13］。

2.2 中、南段盆地构造-沉积演化

在裂谷阶段的早白垩世凡兰吟期—巴雷姆期，非洲大陆和南美大陆间发育陆内裂谷作用，形成一系列裂谷盆地和深湖泊，沉积了富含有机质的湖相泥页岩，是重要的烃源岩系［1,4,16-17］。这些裂谷盆地沿西非边缘由南向北发展，就像在非洲和南美大陆间从南向北逐渐打开一条拉链一样［4,14-16］。阿普特期-早阿尔布期，持续的伸展最终导致大陆破裂，南大西洋打开，海水入侵。由于受横向展布的沃尔维斯脊和里约格兰德脊火山岩带的影响，南侧的海水周期性地涌入该火山岩带北侧的裂谷系，加上地处热带，蒸发量大，在阿普特期沉积了对西非油气勘探极为重要的区域性分布的巨厚蒸发盐层序［4-5，17-22］（图 2）。

阿普特末期至早第三纪，中、南段盆地进入被动陆缘演化阶段，发育较稳定的海相沉积。随着裂谷进一步扩展，海水大量进入盆地，蒸发岩沉积结束，西非陆缘为广海环境，盆地发育区域性的碳酸盐岩沉积［1,4,14-15］。晚白垩世，全球性海平面上升，海侵影响最大，沉积了缺氧环境下的富含有机质的泥页岩［16］。渐新世，随着断裂作用的不断增强，拉张应力为一系列铲状断层和盐构造的形成提供了动力，从而形成了一系列同生的盐构造［18-21］。同时渐新世的海退导致广泛的剥蚀，沉积间断，中新世沉积了一套海相的碎屑岩和浊积岩［4,16-17］。

3 生、储、盖特征

3.1 烃源岩

图2 西非被动大陆边缘盆地构造－沉积演化图（据文献［4－5，12，15－17］）

通过对大量的资料分析，发现西非被动陆缘盆地中储层所含的油气通常由储层下部更老的烃源岩产生。认为目前西非的绝大部分油气来自三套烃源岩（表1），即裂谷期盐下下白垩统湖相页岩（Ⅱ—Ⅲ型，TOC值1%～5.9%，低成熟—成熟）、被动陆缘期盐上上白垩统—第三系早期盐上浅海或半深海相及开放海陆架内或斜坡盆地海相页岩 （Ⅱ型，TOC值3%～10%，低成熟）以及第三系盐上海相—三角洲相（或前三角洲斜坡）泥页岩（Ⅱ型，TOC值3%～10%，未成熟—低成熟）。最重要的烃源岩是裂谷期盐下湖相页岩或泥岩以及被动陆缘期盐上局部海相泥页岩，其中以裂谷期的烃源岩为主［1,17,21-27］。

3.2 储层

通过对大量的资料分析，发现西非被动陆缘盆地主要发育裂谷期盐下侏罗系、下白垩统和被动陆缘期盐上上白垩统和第三系等两大储集体系。裂谷期盐下侏罗系和下白垩统为河流—三角洲相和滨浅海相砂岩储层，孔隙度10%～29%；被动陆缘期盐上上白垩统为滨岸砂、潮道等多种类型的砂体以及碳酸盐岩储层，孔隙度8%～35%；第三系储层是西非最重要的储层段，主要为浊积砂，也有滨岸—三角洲相砂岩，孔隙度 15%～50%［13,16-17,21-23,26-27］。 从油气产出的岩性来看，油气主要产于砂岩储层中，碳酸盐岩储层居于次要地位（表2）。

表1 西非被动大陆边缘主要烃源岩特征（据文献［1,17,21-27］）

3.3 盖层

西非海岸盆地广泛发育的蒸发盐岩层是盆地的区域性盖层。由于其良好的封闭性,盐岩的分布特征控制了油气藏的分布,形成了盐下和盐上两套生储盖组合［16-22］。

4 区域构造-沉积演化对生储盖的控制

西非被动大陆边缘的演化和不同阶段的构造特征,控制了西非海岸盆地群的盆地结构、规模和沉积充填特征，而西非油气的分布和富集与这些盆地的规模以及沉积充填特征有密切的关系。

裂谷早期阶段由于裂谷形成时间及其区域构造背景的不同，不同地区裂谷盆地的规模、沉积充填特征和残留沉积盖层体积有很大的区别。西非中段是裂谷盆地最发育的地区，该区多数裂谷盆地的形成始于白垩纪初，为受北北西向和北东东向基底断裂制约的一系列北西向断陷、断垒，东西相间排列。其中西非中段的加蓬、下刚果等盆地发育若干个较大规模的地堑和半地堑，生储盖组合齐全，这些地堑的深度大，沉积厚层富含有机质的泥页岩，同时在该泥页岩的上下层系中均发育厚层砂岩，裂谷晚期的盐岩对其起封盖作用［1-2,4-5,17,22-24,26-31］。北段的阿尤恩—塔尔法亚盆地、塞内加尔盆地的裂谷期,沉积湖相泥页岩烃源岩，储集层主要为三叠系的陆相碎屑岩。其厚度在海上相对较大，往陆地方向减薄，但断陷发育时间短，而且断陷内盐岩厚度较大，生储层薄，成藏条件较差［17,24,26-31］。南段为受火山作用影响的下白垩统裂谷层序，烃源岩的热演化过高，以气为主［1,4,17,24,26-32］。

表2 西非被动大陆边缘主要储层特征（据文献［13,16-17,21-23,26-27］）

裂谷晚期阶段的阿普特盐层对西非油气成藏组合有重要的控制作用。一是区域性良好盖层对盐下裂谷层序油气的保存作用，使加蓬盆地和下刚果盆地等盐下裂谷层序油气富集；二是盐岩构造对漂移期潮道分布和浊积砂体沉积有明显的控制作用,这些大型构造也形成了大型圈闭,有利于形成优越的生储盖组合［1,4,19-22,28-31］。

被动陆缘阶段的沉积是西非海岸盆地的主体，它们是在大西洋开裂之后形成的。其沉积建造发育在向海方向倾斜的陆架—陆坡上，包括早期的碳酸盐岩台地相以及其上的海相碎屑岩沉积。主体为三角洲、扇三角洲、海底扇以及浊积体沉积，受构造-沉积的影响，发育掀斜构造、泥底劈和生长断层等，在含盐的盆地还发育盐岩构造及相关的圈闭［1-2,4-5,17,19-24,27-32］。总体上和裂谷层序相比，其分布的面积广，厚度大，生储盖组合条件也较好。北段盆地的第三系是一套潜在的烃源岩，以盐上的侏罗系、白垩系和第三系为勘探目标，储集层类型既有碎屑岩储层，也有碳酸盐岩储层。中、南段盐上以白垩系和第三系砂岩为主要储层，碳酸盐岩储层较少。中、南段盆地盐上晚白垩世最高海平面及缺氧环境下沉积的区域性厚层海相页岩是重要的烃源岩，有机质丰度高，类型好；第三系烃源岩沉积厚度大，有机质丰度较高，具有较大的生烃潜力［1-2,4-5,17,22-24,26-32］。

另外，区域构造-沉积演化决定着盆地的发育规模，而盆地油气和盆地的规模有明显的正相关性。西非地区早期裂谷阶段形成的陆内裂谷体系控制了非洲大陆的主要大型河流，如尼日尔河、刚果河等。这些河流携带大量碎屑入海后形成了巨大规模的三角洲和扇体，这些碎屑沉积物是区域性的良好储集层,同时这些厚层沉积负载有利于烃源岩成熟。

5 结 论

（1）西非被动大陆边缘构造-沉积演化经历了前裂谷、裂谷和被动陆缘等三个阶段，由于北段与中、南段盆地裂谷作用的时间和方式不同，造成盆地的演化特征和油气地质条件大相径庭。

（2）在由构造-沉积控制的盆地演化各个阶段中，发育有以下地层：裂谷期盐下湖相页岩和被动陆缘期盐上海相泥页岩烃源岩；裂谷期湖相碎屑岩和被动陆缘期海相碳酸盐岩、滨岸砂岩、浊积体和三角洲砂岩等多套储层；裂谷期阿普特阶蒸发盐岩区域性盖层。西非海岸盆地群的生储盖条件各异，对油气的富集和分布产生了不同的控制作用。

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Toctonic-Sedimentary Evolution and its Control on Source-Reservior-Cap Rocks in Passive Continental Margin,West Africa

Feng Yangwei,Qu Hongjun,Zhang Gongcheng,Mi Lijun,Fan Yuhai,Guan Liqun,Lei Lu

Hydrocarbon resource is rich in West Africa.The coast region along West Africa belongs to typical passive continental margin，which experienced three evolution stages,i.e.the pre-rifting stage during Late Paleozoic-Early Mesozoic(continental craton stage)time,the rifting stage since Middle-Late Mesozoic time and the passive continental margin stage by the end of Mesozoic-Tertiary time.Genesis of the rift in the northern part is different with that in middle-southern part of the basin in rifting time and ways.During the evolutionary process of the basin that was controlled by the regional tectonic-sedimentary development，three main sets of source rocks and several sets of reservoir rocks developed.The source rocks include the pre-salt lacustrine shale in the rifting stage and the post-salt marine shale and the marine-delta shale in the passive continental margin stage. The reservoir rocks are the lacustrine clastic rock in the rifting stage,and carbonate rock,shoreside sandstone,turbidite and deltaic sandstone in the passive continental margin stage.The Aptian salt rock acts as the main regional cap and various structures and traps form,such as fault-blocks,fault-anticlines,salt structures,rolling anticlines,growth fault and others,which control the hydrocarbon enrichment and distribution in the coast region.

Petroliferous basin;Passive continental margin;Tectonic evolution;Source rocks;Aptian salt rocks;Reservoir;West Africa

TE111.3

A

冯杨伟

冯杨伟1987年生，现为西北大学大陆动力学国家重点实验室、地质学系在读硕士研究生。主要从事沉积学与储层地质学方面的研究。通讯地址：710069陕西省西安市太白北路229号

1672-9854(2010)-03-0045-07

2009-12-21

本文为国家科技重大专项（项目编号 2008ZX05025-06）的部分成果

金顺爱

Feng Yangwei：male,Master degree in progess at The State Key Laboratory of Continental Dynamics and Department of Geology,Northwest University.Add：229 Taibai Bei Rd.,Xi'an,Shannxi,710069 China