东委内瑞拉盆地油砂成矿条件和成矿模式研究

法贵方,康永尚,2,王红岩,刘洪林,刘人和

(1.中国石油大学,北京 102249;2.油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学,北京 102249; 3.中石油勘探开发研究院廊坊分院,河北 廊坊 065007)

东委内瑞拉盆地油砂成矿条件和成矿模式研究

法贵方1,康永尚1,2,王红岩3,刘洪林3,刘人和3

(1.中国石油大学,北京 102249;2.油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学,北京 102249; 3.中石油勘探开发研究院廊坊分院,河北 廊坊 065007)

东委内瑞拉盆地是一个沉积构造复杂的前陆盆地,盆地南缘的奥里诺科重油带为世界上最大的重油和油砂聚集区。盆地内丰富的油砂资源是被动边缘阶段广泛发育的上白垩统烃源岩、前陆盆地阶段发育的多套优质储盖组合、大范围连通砂体、足够的油气远距离运移动力和相对开放的氧化环境综合作用的结果。在分析油砂成矿条件的基础上,针对盆地内不同的构造性质和构造位置,提出斜坡降解型和构造抬升型 2种成矿模式,为今后油砂资源的研究奠定基础。

油砂;成矿条件;成矿模式;东委内瑞拉盆地;奥里诺科重油带

引 言

油砂又称沥青砂、浸油的岩石、焦油砂,是指含有天然沥青的砂子或其他岩石[1]。东委内瑞拉盆地为世界上第二大含油砂盆地,仅次于西加拿大沉积盆地,其总资源量达 2 090BBO,占世界油砂总资源量的 38%。东委内瑞拉盆地 80%以上油砂资源分布在盆地南部的奥里诺科重油带[2-3]。本文从盆地的生储盖基本条件入手,以盆地的构造沉积演化过程为主线,揭示油砂成矿的条件并建立成矿模式,从理论上阐明大型油砂矿的成因机制,对于深入认识和分析全球其他含油砂盆地具有重要意义。

1 东委内瑞拉盆地概况和生储盖条件

1.1 东委内瑞拉盆地概况

东委内瑞拉盆地是委内瑞拉东北部 2个次盆的总称,即瓜里科次盆和马图林次盆[4]。

东委内瑞拉盆地的北界为埃尔皮拉尔断层,沿加勒比海和南美洲板块之间伸展的右旋走滑断层并向东延展至特里尼达和多巴哥;南界为圭亚那地盾的前寒武系;东界为大西洋沿海大陆架;西界为埃尔包尔隆起。陆上面积为 218 998 km2,海上面积为 48 550 km2。

1.2 东委内瑞拉盆地生储盖条件

1.2.1 烃源岩

东委内瑞拉盆地主要烃源岩为上白垩统 Guayuta群 Querecual组和 San Antonio组以及 Tiger组。Guayuta群分布在马图林次盆,Tiger组分布在瓜里科次盆,两者为等效地层 (图 1)。Querecual组开阔海 -陆棚相碳酸盐岩和页岩生油潜力大,TOC值为 0.25%～6.60%,干酪根类型为Ⅱ型。San Antonio组深海—陆棚相页岩和灰岩,TOC值为 0.25%～6.60%,干酪根类型为Ⅲ型。Tigre组地台—半深海相页岩和灰岩,TOC值为 0.23%～3.00%,干酪根类型为Ⅱ型。这些烃源岩在盆地北部过成熟,南部未成熟。

1.2.2 储层

东委内瑞拉盆地白垩纪—第三纪发育多套储层,岩性以砂岩为主,沉积环境为陆相 -深海相,渐新统和中新统Naricual、Merecure和 Oficina组内含有盆地大部分的油气储量。

图 1 东委内瑞拉盆地生储盖组合和演化阶段划分

(1)Naricual组。主要分布在盆地北部的Greater Furrial Trend。由分选好的脆性砂岩组成,含少量高岭土胶结物。河流、海滨及浅海陆棚环境沉积。孔隙度为 11%～20%,平均为 16%;渗透率为 100×10-3～3 500×10-3μm2。该组目前发现的油气储量占整个盆地的 16%。

(2)Merecure组和 Oficina组。分布在盆地南部,是东委内瑞拉盆地物性最好的储层,也是奥里诺科重油带规模最大的储层。由砂岩和泥质砂岩组成,河流—三角洲—浅海陆棚环境沉积。储层参数变化大,孔隙度为 9%～30%,渗透率从小于 20 ×10-3μm2变化到 5 000×10-3μm2。目前盆地67%的油气产自于这 2套储层。

1.2.3 盖层

东委内瑞拉盆地发育多套盖层,大部分为层内盖层,主要为 Tigre组、Guayuta群、San Juan组、Caratas组、Roblecito/La Pascua组和 Carapita组内的页岩、灰岩、褐煤和粘土层。Merecure组、Oficina组、Quebradon组和 Chaguaramas组内的页岩和褐煤层可作为同期储层的局部或区域性盖层 (图 1)。Freites组页岩可作为下伏地层的区域性盖层。奥里诺科重油带比较特殊,其最主要的封闭层为沥青塞和焦油垫。

2 油砂成矿条件分析

油砂富集成矿条件和成矿过程与盆地的演化密切相关。东委内瑞拉盆地演化可分成 2个阶段:白垩纪中晚期—始新世为被动边缘阶段,渐新世—现今为前陆盆地阶段 (图 1)。前一阶段是烃源岩的主要沉积期,为油砂资源的形成奠定物质基础。后一阶段是储盖主要发育期,该阶段的构造演化和构造格局对油砂富集成矿起重要作用。

2.1 烃源岩发育阶段——白垩纪中晚期至始新世被动边缘阶段

白垩纪南大西洋开裂,开始盆地的被动边缘阶段 (图 1),沿着南美的北海岸发育被动边缘层系,碎屑物来自南部的圭亚那地盾[5]。这一时期,发生最大规模海侵,沉积了 Guayuta群。白垩纪末至古新世,加勒比板块和委内瑞拉西北部与现今东委内瑞拉盆地西部的前渊坳陷区碰撞,之前的岛弧和委内瑞拉西部被动边缘碰撞导致山系隆起和复理石盆地向南发育。

2.2 储盖组合发育阶段——渐新世至今前陆盆地阶段

晚始新世—渐新世开始一直持续到现在,为前陆盆地阶段,由于加勒比和南美板块间的挤压/扭压作用使塞拉尼亚德尔因蒂里厄发生上隆和逆冲,形成瓜里科和马图林次盆并叠置在先前发育的被动边缘层序之上[6]。沉积物主要来源于圭亚那地盾,这些沉积物快速堆积构成奥里诺科系统的一部分。这一阶段,盆地内沉积了近 3 000 m厚的第三纪中晚期碎屑岩,北厚南薄,作为盆地主要的储盖地层。

2.3 油气远距离运移动力和通道条件分析

东委内瑞拉盆地的主要成藏期比较晚。前陆盆地演化阶段以来,随着逆冲作用向南推进,上白垩统烃源岩从北往南依次进入生油窗,油气运移方向亦是如此,从盆地沉积中心向圭亚那地盾的边缘运移。渐新—中新世,盆地北部山系大量大气水补给,产生强大的、由北向南的水动力流,油气生成和运移达到顶峰,这为油气远距离运移提供了足够的动力。同时,前陆盆地阶段沉积了大范围连通砂体,成为油气大规模向斜坡带和前隆区运移的主要通道。在断裂和褶皱活动将连续的储层和运移通道中断以及盆地反转作用之前,油气经历了 150～325 km的长距离运移。奥里诺科重油带就是在这一时期聚集成藏。

2.4 油砂成矿条件综合分析

东委内瑞拉盆地形成大型油砂矿的一个基本前提是盆地经历了从被动陆缘到前陆盆地的构造变革,这一变革为油砂成矿提供了 4个基本条件。

(1)在被动陆缘阶段沉积的优质烃源岩为盆地油砂成矿提供了坚实的物质基础。

(2)在前陆盆地演化阶段,从地盾区向前渊凹陷区发育的河流—三角洲沉积形成了良好的储盖组合以及大范围连通的砂体,为油气远距离运移提供了通道条件。

(3)在前渊凹陷中,早期沉积的烃源岩在上覆地层埋藏压力的作用下,开始成熟并发生运移,随着前渊凹陷—前陆斜坡—前缘隆起构造格局的不断加强,油气运移的动力 (主要是浮力)也不断加强,为油气远距离运移提供了动力条件。

(4)远距离运移的油气在前陆斜坡的高部位,因地层埋藏浅,在相对开放和氧化的地下环境中,经过水洗、生物降解等作用而形成油砂矿。

3 油砂成矿模式分析

根据盆地北部和南部不同的构造性质和构造位置,将其成矿模式划分为两种类型:斜坡降解型——奥里诺科重油带;构造抬升型——北部构造带油砂矿[7]。

3.1 斜坡降解型——奥里诺科重油带

奥里诺科重油带是一个向南楔形尖灭的第三系沉积棱,不整合覆盖在白垩系、古生界和前寒武系基底之上,处于盆地的斜坡带和前隆区浅部位。油气来自盆地北部上白垩统烃源岩;储层主要为第三系河流和三角洲相砂岩;产层主要为中新统 Oficina组砂岩[8-9]。

油砂成矿机理:油气自北部油源区向南部斜坡带和前隆区上倾方向进行长距离大规模运移,运移过程中轻组分不断逃逸,更主要的是斜坡带和前隆区浅部位处于地表且与大气连通,盖层封闭性差,致使运移到此的油气进入氧化环境的砂体中,遭受水洗氧化和生物降解形成油砂。这种成矿模式发生在构造相对简单的大型斜坡带和前隆区浅部位,形成的油砂矿规模通常很大(图 2)。

3.2 构造抬升型——北部构造带油砂矿

东委内瑞拉盆地北部的逆冲褶皱带上存在一些小型油砂矿,其油源、储层与奥里诺科重油带一致,油气运移疏导体系主要为断层。成矿机理:先期已形成的常规油气藏,在后期构造活动中遭受逆冲抬升作用,抬升至近地表地区或出露地表,从而遭受地表氧化、水洗和生物降解等形成油砂。这种成矿模式形成的油砂矿规模受先期油气藏规模和后期逆冲抬升范围控制,规模一般较小(图 3)。

图 3 东委内瑞拉盆地构造抬升型成矿模式示意图

4 结 论

(1)东委内瑞拉前陆盆地是世界上油砂资源最丰富的盆地之一,油砂的形成是盆地内广泛发育的白垩系烃源岩、多套优质厚砂岩储层、不整合面和稳定的砂体构成良好的油气运移疏导体系、必要的盖层封闭以及烃类降解稠化综合作用的结果。更重要的是盆地经历了从被动边缘阶段到前陆盆地的构造变革,形成大型斜坡带和前隆区的形成,为油气大规模向斜坡带和前隆区浅部位运移提供了动力和条件,进而为油砂大规模成矿奠定基础。

(2)东委内瑞拉盆地存在 2种成矿模式,即斜坡降解型和构造抬升型。前者是东委内瑞拉盆地油砂成矿的主导模式,形成的油砂矿规模大、范围广;后者受先期油气聚集规模和后期逆冲抬升范围控制,规模通常较小。

(3)东委内瑞拉盆地大型油砂矿成矿条件和成矿模式的研究,为全球油砂资源形成条件的研究提供了一个样本,研究方法和所取得的认识可以用于类似盆地的研究。

[1]赵群,等 .准噶尔盆地黑油山地区油砂成矿模式及分布[J].天然气工业,2008,28(12):117-119.

[2]贾承造 .油砂资源状况与储量评估方法[M].北京:石油工业出版社,2007:6-7.

[3]李国玉 .世界含油气盆地图集[M]下册 .北京:石油工业出版社,2000:698-700.

[4]RogerW Macqueen,Dale A Leckie.前陆盆地和褶皱带[M].北京:石油工业出版社,2001:370-389.

[5]伍修权 .世界产油国——南美地区 [M].北京:石油工业出版社,1998:18-21.

[6]徐文明,等 .委内瑞拉油气资源及勘探开发潜力分析[J].石油实验地质,2005,27(5):473-477.

[7]赵群,王红岩,刘人和,等 .挤压型盆地油砂富集条件及成矿模式[J].天然气工业,2008,28(4):121-126.

[8]中石油经济技术研究院 .世界非常规油气资源及分布[M].北京:石油工业出版社,2007:31-33.

[9]穆龙新,韩国庆,徐宝军 .委内瑞拉奥里诺科重油带地质与油气资源储量 [J].石油勘探与开发,2009,36 (6):784-789.

编辑 孟凡勤

TE12

A

1006-6535(2010)06-0042-04

20100721;改回日期:20100812

中国石油天然气集团公司基金项目“全球非常规油气资源评价”(2008E-0502)

法贵方 (1985-),女,2008年毕业于大庆石油学院地质勘探专业,现为中国石油大学 (北京)油气田开发地质专业在读硕士研究生,从事油气田开发地质研究工作。