巴西坎波斯盆地和桑托斯盆地油气分布差异及主控因素

陶崇智，邓 超，白国平，王大鹏，牛新杰，白建朴，郑 妍

中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249

0 引言

巴西深水是近年来油气勘探的热点，在其两个最重要的含油气盆地——坎波斯盆地和桑托斯盆地的深水和超深水区都获得了油气的重大发现，桑托斯盆地深水区盐下勘探取得的重大突破，是巴西近几年油气储量的主要增长点，近期的重大发现包括Lula（先前称为Tupi）油田（石油可采储量8.78×108m3）和最大气田——Jupiter气田（天然气可采储量4813.81×108m3）[1]。

坎波斯盆地和桑托斯盆地为巴西东南海岸两个相邻的盆地。中间存在一个Cabo Frio隆起，它主要由火山岩组成，其上沉积岩层较薄，将坎波斯盆地和桑托斯盆地分隔为两个相对独立的盆地。勘探结果表明，这两个盆地既存在诸多相似性，又具有许多差异性。前人总结了两个盆地的区域地质特征和油气地质特征的共性和异性[2]，但缺乏对两个盆地油气分布特征差异性和主控因素的综合分析。本次通过对盆地基底结构、构造-沉积演化、成藏条件、成藏组合和油气分布特征差异的综合分析，总结了两个盆地油气分布差异的主控因素，为两个盆地未来的油气勘探提供相互借鉴。

1 区域构造和沉积演化对比

1.1 构造演化特征

坎波斯盆地和桑托斯盆地为巴西东南海岸的两个被动陆缘盆地（图1），其形成和演化与冈瓦纳大陆的解体有关。两个盆地都经历了相同的4期构造演化阶段：1）裂前阶段，2）欧特里夫期-早阿普特期同裂谷阶段，3）晚阿普特期-早阿尔比期过渡阶段，4）晚阿尔比期-现今被动陆缘演化阶段[3]。

尽管区域上两个盆地经历了相同的构造演化阶段，但盆地内部的构造-沉积演化特征具有明显的差异性。其主要表现为3个方面：1）同裂谷期盆地基底结构不同。南边的桑托斯盆地为“两隆夹一坳”的形态，东部发育了离岸较远的基底隆起——圣保罗高地（图2），整个盆地东西跨度500～600km。而北边的坎波斯盆地发育了两隆两坳，东部未发育明显的高地，东西跨度仅200km。桑托斯盆地东部发育的圣保罗高地是这两个盆地基底差异性最明显的标志。造成桑托斯盆地东部发育大规模基底隆起而坎波斯盆地不明显的原因可能是桑托斯盆地裂前基底断裂与区域拉张应力方向呈斜交关系[6-7]。2）被动陆缘阶段桑托斯盆地发生海岸山系隆升。受到地幔活动的控制，桑托斯盆地海岸山系从晚白垩世开始逐渐隆升。海岸山系的隆升造成了水系的改道，从而导致了两个盆地沉积演化的差异性[4，8]。3）盐岩连续性的差异。两个盆地在过渡阶段都发育了一套蒸发岩沉积。蒸发岩的活动开始于阿尔比期，并持续至新近纪[9]。它的活动在盆地内形成了两个截然不同的构造域：近岸的内构造域和远岸的外构造域（图2）。内构造域100～200km宽，主要发育同向和反向（与地层区域的倾向相反）的正断层。外构造域在桑托斯盆地内较宽，为100～400km，而在坎波斯盆地仅100km宽。主要的构造包括一些尖顶褶皱、生长褶皱和逆断层。另外，桑托斯盆地盐构造活动与坎波斯盆地相比较弱，盐岩分布较连续，特别是在圣保罗高地之上，盐层厚度可达2000m，盐窗不发育。而坎波斯盆地盐岩活动较强烈，因而盐窗和盐焊接很发育，盐岩分布不连续。这主要是受坎波斯盆地陆架宽度的影响。事实上，坎波斯盆地陆架和陆坡的宽度比桑托斯盆地窄（图1），因而坡度较大，导致盐上层系容易向盆地方向滑塌，盐上沉积物的滑塌作用就促进了坎波斯盆地内盐岩的强烈活动和变形。

1.2 沉积演化特征

坎波斯盆地和桑托斯盆地从同裂谷期至被动陆缘期沉积了相似的地层。同裂谷期（巴列姆期-早阿普特期）发育了湖相碎屑岩和湖相碳酸盐岩；过渡期（阿普特期）发育了一套蒸发岩（由硬石膏和盐岩组成）；被动陆缘初期（阿尔比期）发育了海相碳酸盐岩沉积，晚期（土仑期-新生代）发育了海相碎屑岩沉积（图3）。但是，被动陆缘层系的沉积特征明显不同，白垩纪晚期，桑托斯盆地内沉积了砾岩和砂岩，而北边的坎波斯盆地在现今陆架部分未接收任何沉积并遭受了剥蚀。从古新世开始，坎波斯盆地的海岸线和相关相带向盆地方向逐渐迁移，而桑托斯盆地的海岸线和相关相带则向陆地一侧逐渐迁移[10]，因此坎波斯盆地的古近系-新近系整体表现为一个进积层序，而桑托斯盆地的古近系-新近系整体表现为一个退积层序（图3）。因此，坎波斯盆地的被动陆缘层系在垂向上表现为一个完整的退积-进积旋回，而桑托斯盆地正好相反，垂向上的特征为进积-退积旋回。

图1 坎波斯盆地和桑托斯盆地地理位置图Fig.1 The location map of Campos and Santos basins

图2 坎波斯盆地和桑托斯盆地剖面对比图（据文献[4-5]修改）Fig.2 Cross-sections of Campos and Santos basins（modified from references[4-5]）

沉积格架的变迁与沉积物源的变迁密切相关。位于桑托斯盆地西北部的海岸带马尔（Serra do Mar）山系是主要的物源区，尽管当时全球海平面处于高位，充足的物源供给导致了陆架的前积，因此桑托斯盆地上白垩统上部为一砂岩为主的前积层系。但到了白垩纪晚期，河道因马尔山系的隆升发生了改变，从而大大地改变了沉积物扩散样式。此时，发育不久的与海岸线垂直的河流被南帕拉伊巴河袭夺[4，8]。河流袭夺是影响白垩纪末-新近纪盆地沉积演化的最重大事件，演化发育的南帕拉伊巴河（Paraíba do Sul River）更多的将沉积碎屑搬运至桑托斯盆地的北部和坎波斯盆地。结果坎波斯盆地的新生界为一套前积层系，浊积砂岩发育；而桑托斯盆地的新生界则为一套退积层系，浊积砂岩没有坎波斯盆地那么发育。

坎波斯盆地新生界浊积砂岩为滑塌型浊积岩[11]。浊积岩发育分两个阶段：早期阶段和晚期阶段。早期阶段沉积物供给速率小于相对海平面上升速率，由河流搬运的碎屑物首先沉积在陆架上，而形成三角洲沉积。此阶段沉积物经过陆架改造流呈席状分布于陆架上。晚期阶段由于沉积物供给速率大于相对海平面上升速率，导致沉积物向海逐渐发生进积。而坎波斯盆地的陆架较窄，可容空间较小，当沉积物进积至陆架边缘位置时，坡度明显增加，因而容易向海发生滑塌形成滑塌型浊积砂岩。由于这类滑塌型浊积砂岩经历了再次的搬运和分选，因此储集性能非常好。上白垩统-新生界浊积砂岩是坎波斯盆地最重要的储集层。

2 油气成藏条件对比

2.1 烃源岩

坎波斯盆地仅发育了一套盐下湖相烃源岩，为巴列姆阶-阿普特阶Lagoa Feia群，是一套非常优质的烃源岩。岩性主要为黑色页岩，夹有碳酸盐岩，厚度为100～300m，平均w（TOC）为2%～6%，最高达到9%，为Ⅰ型干酪根[12]。镜质组反射率和热变指数表明，湖相页岩在大部分地区均处于生油窗内，而且未达到过成熟。

桑托斯盆地则发育了盐下、盐上两套烃源岩。主力烃源岩为盐下巴列姆阶Guaratiba群湖相暗色页岩，沉积时代和地化参数与Lagoa Feia群相似。烃源岩在凹陷区已处于过成熟阶段。盐上烃源岩为赛诺曼阶-马斯特里赫特阶Itajai-Acu组深水海相页岩。页岩w（TOC）为1%～2.5%。有机质类型为混合的Ⅱ型和Ⅲ型干酪根，以生油为主，但亦可生气。在陆架区，赛诺曼阶-土仑阶层序的顶部烃源岩的Ro为0.5%～0.8%。在大陆斜坡深水区，基本处于主力生油窗阶段。然而，在圣保罗高地的次级盆地内仍未达到生油窗阶段[13-14]。

2.2 储集层

就储层发育层系来看，坎波斯盆地与桑托斯盆地都发育有多套储层，包括盐下阿普特阶介壳灰岩、盐上的上白垩统-新生界浊积砂岩和碳酸盐岩储集层。

但是，两个盆地的主力储层完全不同。坎波斯盆地的主力储集层为上白垩统浊积砂岩、古新统-始新统浊积砂岩和渐新统-中新统浊积砂岩。浊积砂岩储层物性非常好，是坎波斯盆地的优质储层。其中渐新统浊积砂岩通常为细粒长石砂岩，局部地区为砾质砂岩，次圆，分选差-较好，孔隙度普遍为20%～30%，渗透率一般可达1000×10-3μm2。浊积砂岩可能分布于盐运动形成的凹陷中，或者呈广泛分布的席状体展布。桑托斯盆地的主力储层为盐下阿普特阶Guaratiba群湖相介壳灰岩。介壳灰岩发育于同裂谷阶段晚期，并且主要发育在圣保罗高地之上。圣保罗高地为盆地内的古隆起构造，水体较浅，而且离物源区较远，因而有利于颗粒碳酸盐岩的发育。其中介壳灰岩为有利的储集层段，其沉积环境为滨浅海高能滩相环境，是由介壳化石经过湖浪改造、搬运而在异地堆积而形成介壳灰岩。虽然这套储集层的现今埋深达5000m，但介壳灰岩的原生粒间孔和孔洞仍然保存较好。这是由于上覆的盐岩盖层塑性强、热导率高、地温梯度降低，降低了盐岩下部地层压实程度，成岩作用减弱，因而储集层内的原生孔隙可以保持。在桑托斯盆地中，这套碳酸盐岩储集层的孔隙度可达到10%～20%，渗透率一般为50×10-3μm2以上。

2.3 油气保存条件

坎波斯盆地和桑托斯盆地内均发育过渡层系蒸发岩，但盐构造活动导致了这两个盆地内盐岩的连续性差别较大。未发育盐窗的连续性盐岩遍及于桑托斯盆地的东南部，而类似的盐岩仅分布于坎波斯盆地的东缘，分布范围有限（图4）。这种分布特点与盐岩的后期活动有关。由于坎波斯盆地陆架和陆坡的宽度小，坡度较大，加上盐上地层前积作用强，发育了滑塌型浊积砂岩，从而造成了盐岩活动更加强烈，因此坎波斯盆地盐焊接和盐窗构造比桑托斯盆地更加发育。这些盐焊接和盐窗的广泛发育使得盐岩之下湖相烃源岩生成的油气垂向运移至盐上的浊积砂岩有了可能，而且浊积砂岩内部泥岩作为局部盖层，因此形成浊积砂岩油气藏。

图3 坎波斯盆地和桑托斯盆地地层对比图Fig.3 Stratigraphic columns of Campos and Santos basins

图4 坎波斯盆地和桑托斯盆地蒸发岩分布特征图Fig.4 Distribution of evaporites in Campos and Santos basins

桑托斯盆地内广泛分布的连续性盐岩覆盖于同裂谷层系之上，构成了良好的区域盖层，封盖效果非常好，特别是圣保罗高地之上，巨厚的盐层（约2000 m）阻止了油气向上运移。桑托斯盆地坳陷与圣保罗高地之间发育了一条反向正断层——卡布弗里乌（Cabo Frio）断层，盐层顺断层活动形成了垂直的盐墙，阻碍了沉积物向海进积，同时盐岩受上覆沉积负荷挤压向海方向活动，因此圣保罗高地上分布了巨厚的盐层[15]。

3 油气分布特征及主控因素

3.1 油气分布特征对比

区域上，坎波斯盆地已发现的油气田主要分布于蒸发岩不连续分布的盐窗发育区。而在蒸发岩连续分布的区域内，油气田发现的个数较少（图5）。这些盐窗和盐焊接是在盐岩活动过程中盐岩厚度减薄和撤退形成的，结果造成盐上层系与盐下层系发生沟通。当两套层系中同时发育渗透性地层，油气可以穿过盐窗运移至盐上层系中。除此之外，这些油气田还可能受到基底断裂的控制。油气田分布于基底断层附近，这些基底断裂在被动陆缘演化阶段经历了多期的构造活化[16-17]，它们的再次活化为盐下的油气垂向运移提供了有利的通道。相反，桑托斯盆地中已发现的油气主要分布于盐岩连续分布区域内，占已发现油气总储量的77%，其余分布于盐岩不连续区域。

层系上，坎波斯盆地内的油气主要分布于盐上浊积砂岩中，即上白垩统浊积砂岩、古新统-始新统浊积砂岩和渐新统-中新统浊积砂岩是主力储集层，储于这3套浊积砂岩的油气储量分别占盆地油气总储量的25.6%、13.2%和33.0%，总计71.8%。此外，下白垩统巴列姆阶-阿普特阶Lagoa Feia群介壳石灰岩和阿尔比阶Macae组碳酸盐岩构成了另外两套重要的储集层，其所储油气储量分别占盆地油气总储量的16.1%和11.8%。桑托斯盆地内的主力储集层为盐下的阿普特阶Guaratiba群介壳灰岩，其次是上白垩统和始新统浊积砂岩，储于这些储层中的油气储量分别占盆地油气总储量的77.7%、20.2%和2.1%。

图5 坎波斯和桑托斯盆地油气田分布图Fig.5 Distribution map of oil and gas fields in Campos and Santos basins

图6 坎波斯盆地Albacora油田剖面图Fig.6 Cross section of Albacora oilfield in Campos basin

图7 桑托斯盆地Lula-Jupiter油田剖面图Fig.7 Cross section of Lula-Jupiter oilfield in Santos basin

从油气藏特征来看，坎波斯盆地内主要有构造-岩性油气藏和岩性油气藏，构造油气藏较少。由于浊积砂岩是坎波斯盆地最重要的储集层，构造-岩性和岩性圈闭中储集了盆地内绝大部分的油气储量。如Albacora复合油田包含阿尔比阶、始新统、渐新统和中新统油藏，这些油藏的总体构造为一个发育于盐枕之上的平缓的北东-南西走向背斜。始新统和渐新统浊积砂岩储层呈透镜体被泥岩包裹而形成了构造-岩性油气藏和岩性油气藏，其下的阿尔比阶油藏则是上盘地层倾斜和断层形成的构造圈闭（图6）。而桑托斯盆地内以构造-地层油气藏为主。作为桑托斯盆地内最重要的储集层，盐下湖相碳酸盐岩分布于古隆起构造上，而且其非均质性较强、岩性变化较快，因此构造-地层复合圈闭在桑托斯盆地最为重要。如Jupiter气田和Lula油田，油气藏分布于盐下层系的构造高点位置，碳酸盐岩储层的非均质性构成了侧向封闭性（图7）。另外盐上浊积砂岩储层与坎波斯盆地类似。

3.2 油气分布主控因素

区域盖层控制油气的层系分布 坎波斯盆地和桑托斯盆地内发育的阿普特阶蒸发岩将盆地内的油气田分为两大类：盐下油气田（下白垩统）和盐上油气田（上白垩统-新生界）。油气的层系分布主要受这套区域性蒸发岩盖层控制，紧邻区域盖层之下的储集层往往是油气富集的层位。原因在于这种储盖组合的储集岩物性良好，而且被有效盖层直接覆盖，形成有利的圈闭条件。

有利储集带和古隆起构造控制盐下层系油气的区域分布 盐岩分布较连续的桑托斯盆地的油气主要富集于盐下层系。已发现的盐下油气田中，盐下阿普特阶Guaratiba群湖相介壳灰岩主要发育于桑托斯盆地东部深水区的圣保罗高地。目前发现的盐下介壳灰岩油气田Lula油田、Jupiter气田是盐下油气田的典型代表。

除介壳灰岩储层的展布外，控制盐下油气区域分布的另一主要因素为古隆起构造。圣保罗高地在早阿普特期离大西洋两岸较远，因而陆源碎屑供应较少。同时为一个古隆起地形，水体较浅，古隆起上有利于浅水碳酸盐岩台地的发育，沉积了介壳灰岩储层，所以圣保罗高地为盐下有利的油气聚集区。同时在圣保罗高地上的相对构造高部位为油气的聚集成藏提供了有利的构造圈闭条件，Lula油田是这类古隆起构造圈闭的典型代表。

盐构造活动和断裂活动控制盐上层系油气的区域分布 盐窗和盐焊接较发育的坎波斯盆地油气主要富集于盐上层系中。盐上油气田在平面上主要分布于蒸发岩发育区之外或蒸发岩较薄的地区。考虑到聚集于盐上层系的油气主要以垂向运移为主，盐窗、盐焊接的发育和基底断裂的重新活动为盐下油气向上运移提供了垂向通道。因此，蒸发岩的后期活动和基底断裂的活动被认为是控制油气分布的主控因素。在蒸发岩连续分布的地区，盐上油气成藏的可能性很小。

4 结语

坎波斯盆地和桑托斯盆地地质特征的相似性主要体现在以下3个方面：两个盆地为同期发育的被动陆缘盆地，经历了相同的4期构造演化阶段，即裂前、同裂谷、过渡和被动陆缘演化阶段；同裂谷期发育湖相碎屑岩和湖相碳酸盐岩，过渡期发育区域性分布的蒸发岩，被动陆缘早期发育海相碳酸盐岩沉积，被动陆缘晚期发育海相碎屑岩沉积；同裂谷期沉积的湖相页岩烃源岩是两个盆地的主力烃源岩。

尽管两个盆地有着上述的相似性，但两个盆地亦表现出明显的差异性：晚白垩世海岸山系的隆升导致坎波斯盆地上白垩统为退积层序，新生界为进积层序，而桑托斯盆地上白垩为进积层序，新生界为退积层序。坎波斯盆地强烈盐岩活动造成盐窗比较发育，盐下烃源岩生成的油气向上运移至盐上上白垩统-新生界浊积砂岩聚集成藏，其油气可采储量占盆地油气总可采储量的71.8%；桑托斯盆地蒸发岩厚度大，分布比较连续，是一套良好的区域性盖层，盐下烃源岩生成的油气主要富集于盐下下白垩统湖相介壳石灰岩，其油气可采储量占盆地油气总可采储量的77.7%。

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