西非地区油气分布规律与勘探潜力＊

高红芳 (中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室·中国科学院研究生院·广州海洋地质调查局)

西非地区油气分布规律与勘探潜力＊

高红芳 (中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室·中国科学院研究生院·广州海洋地质调查局)

由于中生代形成期有利的地质条件,西非盆地群赋存了极其丰富的油气资源。油气分布明显受沉积相带和构造带控制,即平行于构造带走向从东南向西北呈带状富集,形成多个油气富集带。主要分两个带:其一是由喀麦隆火山脊向南延伸至纳米比亚鲸海岭的含油气盆地,形成了一个富油气带,即中-南海岸盆地带;其二是尼日尔三角洲带,油气明显呈扇形分布。同时,海岸盆地广泛发育封闭性良好的盐岩层,岩盐的分布控制了油气藏的分布。

西非地区 油气分布规律 富油气带

1 前言

非洲西部是世界上蕴含石油资源最丰富的地区之一,其主要产油国除尼日利亚外均为非欧佩克成员国,不受产量限制,可挖掘潜力巨大。在非洲西部大西洋岸边,特别是几内亚湾一带,分布着由一系列盆地组成的巨大海岸盆地群,从北至南绵延数千公里。由于中生代形成期有利的地质条件和自然环境,使这里赋存了极其丰富的油气资源。

西非石油勘探始于20世纪60年代初,首先在尼日尔三角洲和加蓬浅海区获得成功,接着在刚果近海也发现了油气田。迄今沿几内亚湾的十几个国家均已发现油气,已有200多个油气田投产,近十年来成为世界石油勘探开采最活跃的地区。据估计西非油气资源占全球海上油气资源的20%。随着技术创新和高油价的驱动,国际石油勘探开发呈现出由陆上向海洋挺进的趋势。现在许多大的石油公司都具备了在2 000～3 000 m水深海域进行勘探、开发作业的能力。目前,西非、巴西和墨西哥湾是世界深水油气勘探三大热点,世界绝大部分的深水探井和新发现储量都位于这三个海域,在水深大于1 500 ft(1 ft=30.48 cm)的区域发现的八大油气田,全部集中在这三个地区,而西非深水油气勘探更为重要,占据了其中5席。

虽然西非地区油气资源潜力大,但由于地质研究程度低,勘探不成熟,已发现的油气资源不过是“冰山一角”,因此开展西非地区油气潜力研究具有重要的科学和战略意义。

2 区域构造特征

2.1 区域构造背景

非洲是冈瓦纳古陆的核心,经历了各种构造运动,地块内部不断分化,甚至破裂。而发生在前寒武纪末的泛非运动,将西非、刚果、东非和卡拉哈里等古老地块拼合成为一个稳定的克拉通[1]。古生代全球板块运动对非洲影响较弱,古生界地台型沉积主要发育于北非,其次为西非。古生代海相沉积仅见于南北两端。三叠纪时,非洲出现过一次岩浆活动的高潮,预示着大陆解体的开始。晚三叠到早侏罗世北美与非洲之间的中大西洋开始开启。早白垩世时南美与非洲发生裂谷作用,逐渐分离,大陆边缘的裂谷作用也影响到克拉通内部,这种裂谷作用一直延续到晚第三纪,形成了不同时期的裂谷盆地。

因此,西非地区板块的构造演化可分为四个阶段,即晚古生代-早中生代大陆克拉通阶段 (前裂谷阶段)、中-晚中生代以来的裂谷阶段、过渡阶段和中生代末-第三纪的被动大陆边缘阶段 (即后裂谷坳陷阶段)[2]。这四个演化阶段和含油气盆地的发育及成藏密切相关:

◇前裂谷阶段:在晚二叠世-早侏罗世,冈瓦纳大陆开始解体,并伴随着广泛大陆裂谷玄武岩喷发,标志着超级大陆开始分裂解体,开始了西非海岸盆地发育的前裂谷阶段。

◇裂谷阶段:三叠纪时期,冈瓦纳大陆西北部的陆内断裂向南扩散,而冈瓦纳大陆南部形成于侏罗纪早期的另一裂谷系则向北延伸。到中侏罗世末期,两条断裂系交汇并切穿赤道地区,形成了后来油气资源富集的大西洋和南美东侧盆地与西非海岸盆地。

◇反转、抬升阶段:巴列姆阶 (Barremian)晚期,南美与非洲大陆之间的裂谷作用趋于结束,发生了裂谷之后的区域性抬升,诱导南美与非洲大陆曾经一度发生过挤压聚合,导致了西非海岸裂谷盆地的反转和抬升剥蚀,形成了裂谷层序与过渡层序之间的区域性不整合。

◇后裂谷坳陷阶段:阿尔布 (Albian)期至第三纪,随着大西洋的扩张和南美大陆与非洲大陆的漂移,海岸盆地逐渐向西扩展。从东部陆上裂谷之上的坳陷盆地发展到一系列主体向西扩展的陆坡坳陷,沉积层序也发育为一系列向西推移的进积三角洲层序。

2.2 盆地构造样式及类型

西非地区含油气盆地主要存在两种构造样式:①盐下构造,包括掀斜断块、地堑和半地堑、披覆褶曲等;②由盐岩沉积引起的构造,即为盐后构造,如盐丘、盐背斜和底辟等。

构造类型主要可分为三类:北海岸盆地型、尼日尔三角洲盆地型和中南海岸盆地型。

北海岸盆地型的主要特点是盆地沿南大西洋分裂时形成平行转换断层带分布,断层带上部为裂隙带,沉积岩减薄,断层之间形成较深的沉积盆地。

尼日尔三角洲盆地的发生、发展与几内亚湾的形成密切相关,随着几内亚湾的形成,尼日尔三角洲在北东向和北西向两组断裂的制约下,于晚白垩世开始出现,主要发育时期在第三纪。其演化可分为中生代拉张期和新生代后裂谷坳陷期。

中南海岸盆地型是沿喀麦隆火山脊向南延伸至纳米比亚鲸海岭发育的一系列含油气盆地,构造线近南北走向,经历了拉伸的大地构造运动以及被动的热沉降过程。总体上可分为两期裂谷和三期热沉降。可分为裂陷和沉降两大构造层组。

3 西非地区含油气盆地分布特征

西非是非洲大陆主要油气富集区之一,沿西非被动大陆边缘发育一系列盆地群:北自阿尤恩盆地、塞内加尔、利比里亚和阿比让盆地,经几内亚湾至安哥拉、宽扎盆地,属典型的大陆裂谷和被动陆缘盆地。从北向南可分为3段,北段包括阿尤恩、塞内加尔、利比里亚和阿比让盆地;中段包括尼日尔三角洲盆地、加蓬海岸盆地、下刚果盆地和宽扎盆地;南段包括梅萨梅得斯盆地与纳米比亚盆地。其中,以中段盆地群油气最为丰富。

顺海岸线方向各盆地间一般以调节构造或地形高分隔,如加篷盆地、下刚果盆地和宽扎盆地间分别以Casamaria高地、Ambriz高地分隔,宽扎盆地与南侧的纳米比亚盆地以Benguela高地分隔,纳米比亚盆地与南侧的纳米比亚诸盆地间以大型Walvis Ridge火山岩带为界。沿边缘横向方向,从地理位置上看,由沿岸边缘陆上和海上部分组成:陆上部分主要以沿岸边缘盆地为代表,盆地东侧一般为前寒武纪结晶基底;海上部分主要包括浅海陆架系统、陆坡、陆隆及深海平原等。从构造位置上看:可分为内盆地 (如内宽扎盆地、内加篷盆地等)和外盆地两个不同盆地构造单元,内、外盆地间以先存构造影响、裂谷作用阶段形成的地垒或其他形式的构造高为界[7](如内、外加篷盆地间以Lambarene地垒、Gamb地垒等,内、外宽扎盆地间以 Flamingo台地、Benguela台地等为界)。而纳米比亚盆地区因勘探程度所限,对内、外盆地盆界及内盆地的特征还了解不多。

4 西非地区地层层序特征分析

西非地区地层层序以从裂谷阶段向被动大陆边缘阶段过渡时期形成的盐岩层为标志,形成了盐下裂谷层序、盐上被动陆缘沉积层序和盐岩层序,组成了一个完整的沉积序列 (图1～图4)。

图1 西非北部地区地层格架图

图2 西非中部尼日尔三角洲地区地层格架图

4.1 盐下层序

该层序不整合覆于前寒武纪基底之上,为纽康姆世 (Neocomian)至巴列姆期的一套非海相地层,底部为砾岩、长石石英砂岩和泥岩,向上逐步过渡为灰岩、砂岩和泥岩互层,晚期由于纽康姆世末再次发生了强烈伸展,发育了深湖相泥岩沉积,形成了西非海岸盆地盐下最主要的一套烃源岩。

图3 西非中部海岸盆地地区地层格架图

图4 西非南部纳米比亚盆地地区地层格架图

4.2 盐岩层序

盐下层序和盐岩层序被一非常明显的不整合面分开。不整合面被快速而广阔的海侵层序覆盖,厚度约60 m,岩性为厚层的砂岩,但在局部地区相变为泥岩、钙质粉砂岩和白云岩。这套海相沉积超覆于前阿普第期同裂谷沉积层序之上,其中的砂岩是横向分布不稳定的优质储层[3]。上覆的蒸发岩层序由硬石膏、盐岩、钾岩和泥岩夹层组成,不同部位厚度差别较大,几十米到800 m或更厚。该盐岩在南部宽扎盆地和下刚果盆地称为Loeme组,在南加蓬盆地称之为 Ezanga组[4],向北在尼日利亚三角洲盆地相变为碳酸盐岩。

4.3 盐上层序

盐上层序为一套裂谷后的被动边缘沉积,以浅海沉积为主,下部为碳酸盐岩,上部变为较深水的碎屑岩沉积。该套地层横向变化较大,各盆地之间有一定差别。

5 油气地质特征

西非海岸盆地主要有盐下和盐上两套烃源岩,盐下烃源岩主要是在早白垩世 (Barremian-早Aptian期)裂谷断陷时形成,为下白垩统缺氧的湖相黑色页岩,是西非海域主要的烃源岩,有机质丰度高,类型好,生烃潜力大。该套烃源岩在西非南部海岸盆地,由于裂谷早期的高地温梯度,热演化程度较高,已进入生气阶段 (Ro大于1.6%);在中段的宽扎、下刚果和加蓬盆地热演化程度适中,处于生油阶段 (Ro为0.6%～1.2%)。中、晚Aptian期广泛发育含盐沉积,中Albian期开始海侵,盐上烃源岩主要发育于始新世前三角洲沉积中,有机质丰度高,演化程度较低。在尼日利亚海域,第三系海相泥岩是主要烃源岩[5]。

储层包括盐下和盐上两套储层。盐下以河流、三角洲及浊积砂岩为主,储层物性较好,孔隙度一般为15%～30%,渗透率为几百至几千毫达西;盐上储层有砂岩和碳酸盐岩两类储层,以砂岩储层为主,储集性能良好。

西非海岸盆地广泛发育的盐岩层是盆地区域性盖层。由于其良好的封闭性,岩盐的分布特征控制了油气藏的分布,形成了盐下和盐上两套含油气系统。其盐上和盐下两套烃源岩是良好的局部盖层。

盆地圈闭发育。由于西非各盆地处于南大西洋裂谷和赤道裂谷的交汇处,断裂发育,形成各种与断层相关的圈闭类型,如:滚动背斜、反向断块等。目前已发现的大中型油气田多属此种类型。此外还发育由多个大型同沉积构造形成的巨型构造、泥岩脊和泥岩底辟构造、滑塌逆冲构造及地层圈闭等多种圈闭类型,为油气聚集提供了良好的圈闭条件。

西非良好的油气地质条件,与其沉积环境密不可分。早白垩世期间,南大西洋两岸盆地群 (东侧为西非的尼日尔三角洲、加蓬海岸、下刚果、宽扎等盆地,西侧为南美的坎波斯、桑托斯等盆地)是当时最大的湖盆 (面积约200×104km2)[6],为油气的大量生成和保存孕育了良好的条件。

6 油气分布规律与潜力评价

非洲油气多分布于近海与沿岸盆地中,主要产油国都是滨岸或近岸国家,由油气产出的岩性来看,主要产出于砂岩,占总储量的75.3%,碳酸盐岩仅占22.3%,其原因主要是因为非洲大陆长期处于极地附近的高纬地区。由油田产出的层位看,虽然前寒武系-第三系均有油气产出分布,但以第三系的油气聚集最为重要,其次为中生界。这与世界油气产出总特征是一致的。西非含油气区主要位于西非几内亚湾海岸盆地中,指塞拉利昂-利比里亚盆地经几内亚湾至安哥拉宽扎盆地的大西洋边缘盆地群。油气分布明显受沉积相带和构造带控制,油气具有垂直三角洲的沉积走向,即平行于构造带走向从东南向西北呈带状富集的规律,形成多个油气富集带。主要分两个带:一是由喀麦隆火山脊向南延伸至纳米比亚鲸海岭发育一系列含油气盆地,形成了一个富油气带,即中-南海岸盆地带;二是尼日尔三角洲带,油气明显呈扇形分布。气油比向下倾方向、向海方向逐渐增大,即气含量增加。

6.1 下刚果盆地

在下刚果盆地,盐上烃源岩成熟度低,生烃潜力有限,其油气主要来自盐下纽康姆统湖相泥岩生成的油气。该套源岩生成的油气既可以在盐下层聚集,也可以在盐上层聚集。而油气能否在盐上层聚集,主要取决于是否存在穿过盐层的断层。

下刚果盆地陆上部分、陆架部分和深水部分地层分布、盐岩分布差别较大。因此,其油气分布也截然不同。其中陆上部分盐层分布厚,一般在800～1 000 m;向海方向逐步变薄,陆架部分盐层厚一般在700～800 m;浅海部位盐层厚度推测在0～200 m;受盐层沉积厚度的影响,其油气分布具有以下特点:

◇陆上部分:由于盐岩层厚,断层主要分布在盐下层,油气难以穿过盐层运移到盐上层,而不整合面以下剥蚀强烈,盐下层的上部被剥蚀,其储集层位主要是盐下层的下部。

◇陆架部分:盐层厚,断层主要分布在盐下层,但盐下层以下剥蚀厚度较陆上弱,盐下层上部地层保存较全,因此,主要的储集层系是盐下层上部的砂岩,以轻质油或凝析油为主,气油比高,或为气藏、凝析气藏。

◇深水部分:盐层较薄,断层可以穿过盐层,油气沿断层运移至盐上层中储集。而且盐上层受盐构造活动的影响,形成一系列穹隆构造、背斜构造等圈闭,非常有利于油气聚集。所以,深水区主要的产层是盐上层系,相对较大,原油密度可达到0.96～0.97 g/cm3。

总之,下刚果盆地从陆向海方向,储集层系逐步由盐下层向盐上层过渡,层位由老变新。

6.2 尼日尔三角洲盆地

尼日尔三角洲盆地与加蓬和下刚果盆地等盆地油气分布规律不同,主要以第三系含油气系统为主。其烃源岩为阿卡塔组 (Akata)前三角洲和浅海陆架沉积的富含有机质的泥岩和阿格巴达组(Agbata)近岸三角洲前缘沉积的泥岩,厚度可达7 000 m以上,有机质丰度高 (TOC为1.4%～1.6%,最高14.4%),有机质类型为Ⅱ型和Ⅲ型,且地层时代越老,丰度越高。盆地的热演化程度适中,阿卡塔组处于高演化阶段 (Ro大于1.2%),阿格巴达组下部处于生油高峰阶段,顶部处于低成熟演化阶段,具有较大的生烃潜力。

7 结论

西非各海岸盆地从南向北,盆地形成和发育及油气的成藏时间逐步变新,中段油气成藏条件得天独厚。裂谷期发育多套砂岩储层,同裂谷晚期沉积了一套优质的烃源岩,与过渡阶段沉积的盐岩盖层形成了良好的生储盖组合。由于裂谷阶段的高地温梯度,使源岩快速成熟。储层由于压实程度低,储层物性保存较好。盐岩的塑性后期构造作用及沉积负荷的重力作用,使盐岩层发生塑性变形,形成了多种与盐岩相关的构造,为油气运移和聚集创造了条件。

[1]高坪仙,西非克拉通结晶基底构造分区概述[J].国外前寒武纪地质,1992,(4):23-25.

[2]熊利平,王骏,殷进垠,等.西非构造演化及其对油气成藏的控制作用[J].石油与天然气地质,2005,26(5):641 -646.

[3]李旭.西非地区的石油地质特征[J].石油天然气学报, 2006,28(3):230-231.

[4]李莉,吴慕宁,李大荣.加蓬盆地及邻区油气勘探现状和前景[J].中国石油勘探,2005,3:57-63.

[5]侯高文,刘和甫,左胜杰.尼日尔三角洲盆地油气分布特征及控制因素[J].石油与天然气地质,2005,26(3): 374-378.

[6]Anka Z,et al.Recconnaissance study of the ancient Zaire(Congo)deep-sea fan(ZaiAngo Project)[J].Marine Geology,2004,209:223-244

[7]Hudec M R,Jackson M P A.Regionalrestoration across the Kwanza Basin,Angola:Salt tectonics triggered by repeated uplift of a metastable passive margin[J].AAPG Bulletin,2004,88(7):971-990.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.6.002

2010-03-04)

＊本研究由全球油气地质综合研究及区域优选 (GT-YQ-QQ-2008-1-02)项目资助