南美西缘前陆盆地油气差异聚集及控制因素分析

马中振，谢寅符，李 嘉，刘亚明，周玉冰，王丹丹

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

南美西缘前陆盆地油气差异聚集及控制因素分析

马中振，谢寅符，李 嘉，刘亚明，周玉冰，王丹丹

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

以IHS2009资料库14个主要盆地4 400余个油气藏资料为基础，总结了南美西缘前陆盆地油气聚集特征，并对油气差异富集因素进行了分析，结果表明:(1)南美前陆盆地油气具有明显的分段性差异富集特征：①平面上油气主要富集在北段盆地(可采储量占总量85%)，中段(6.9%)和南段盆地(8.1%)油气富集程度低；②纵向上北段盆地油气富集在上部白垩系和第三系储集层，中段盆地油气富集在侏罗系以下储集层，南段盆地富集在侏罗系和白垩系地层。(2)石油地质特征的分段性是油气差异聚集的主要控制因素：①烃源岩分段性发育决定油气平面富集位置；②储盖组合发育层位的分段性决定油气纵向富集层段。

油气差异聚集；控制因素；前陆盆地；南美洲

南美西缘次安第斯山(Sub-Andeans)前陆盆地群是全球最重要的油气富集带之一[1-3]，该盆地群包括14个主要的前陆盆地(图1)，14 个盆地总勘探面积 245×104km2。截至2009年底，该盆地群共采集2D地震测线 87×104km，3D地震 22.4×104km2，钻探井14.5×104口，累计发现油气可采储量417×108t。2000—2009年间该盆地群平均每年发现的油气可采储量都在 1 900 ×104t以上，仍是世界上重要的油气储量增长区，同时该盆地群也是中国石油公司已有油气区块分布区，也是未来最有潜力的拓展区，因此亟需对西缘盆地群油气分布规律进行系统总结，分析其控制因素，指出油气勘探潜力区。

1 南美洲区域地质特征

南美大陆主要由西部近南北走向的安第斯山脉和东部圭亚那—巴西—乌拉圭地盾组成[4-6](图1)，可进一步细分为5个近南北走向的构造区，由西向东依次为：弧前盆地区、安第斯山间盆地区、前陆盆地区、克拉通盆地区和被动陆缘盆地区，共发育沉积盆地107个，其中48个已经证实是含油气盆地。南美洲发育的沉积盆地可划分为5种类型：弧前盆地、山间盆地、前陆盆地、克拉通盆地、被动边缘盆地；平面上不同类型盆地也基本呈南北走向展布[6-8]。本文研究的前陆盆地群位于安第斯山脉东侧，圭亚那—巴西—乌拉圭地盾西侧，盆地群整体呈近南北向的“S型”展布(图1)。

图1 南美西缘前陆盆地平面展布及剖面演化特征

2 构造和沉积演化特征

2.1 构造演化

南美西缘前陆盆地演化总体上可概括为从古生代克拉通边缘盆地到中生代(三叠纪—早白垩世)裂谷盆地，再到中新生代(晚白垩世—第三纪)前陆盆地3个演化阶段[3,9-12]，但不同盆地具体经历的演化阶段有差异。根据这种演化的差异性，平面上可以将前陆盆地群划分为3段：北段包括东委内瑞拉、马拉开波、巴里纳斯—阿普尔、亚诺斯、普图马约—奥连特、马拉农等6个盆地，中段包括乌卡亚利、玛德莱德迪奥斯、本利和查考等4个盆地，南段包括库约、内乌肯、圣乔治、澳大利亚等4个盆地。南段和北段盆地主要经历裂谷盆地和前陆盆地演化阶段；中部盆地则主要经历克拉通陆缘盆地和前陆盆地阶段(图1)。从图1典型盆地剖面上可以看出，北段和南段盆地主要发育三叠系、侏罗系、白垩系和第三系地层，很少发育古生界地层，中段盆地则主要发育古生界、白垩系和第三系地层[3]。盆地构造演化分段性是盆地沉积演化分段性及石油地质特征分段性的基础。

2.2 沉积演化

南美西缘沉积演化整体上是由古生代海相沉积向中—新生代陆相沉积转变，期间发生了2次重要的海侵[13]，第一次发生在古生代，此时太平洋海水从南美大陆西缘中段由西向东侵入，海侵向北波及到马拉农盆地，向南波及到查考盆地以南地区(图2a)；第二次海侵发生在中生代白垩纪，白垩纪早期海水从北部加勒比海和南部太平洋向南美大陆中部侵入，南部地区在早白垩世晚期达到最大海侵(图2b)，北部地区则在晚白垩世达到最大海侵(图2c)，此次海侵范围、规模远超第一次海侵，尤其是北段的东委内瑞拉、马拉开波、亚诺斯和马拉农盆地。2次海侵平面波及范围差异明显，第一次海侵主要波及中段盆地群，第二次海侵则主要波及北段和南段盆地群。2次大规模的海侵形成2套高品质的海相泥页岩，这也是西缘前陆盆地最重要的2套烃源岩，沉积演化的分段性直接决定了盆地石油地质特征的分段性。

3 油气差异富集规律

以IHS2009数据库资料为基础，对南美西缘前陆盆地油气进行整体分析，挑选了14个主要油气发现盆地(盆地位置见图1)，以这14个前陆盆地4 400余个已发现油气藏的储量数据、油藏储集层层位数据资料为基础，对南美西缘前陆盆地油气平面展布和纵向展布规律进行分析。

3.1 平面差异聚集

南美西缘前陆盆地群内发现大量油气资源，不同盆地间油气富集程度差异很大。目前已发现油气主要富集在北段盆地群内，共发现油气可采储量354.3×108t，占南美西缘前陆盆地群总可采储量85%；中段盆地群仅发现油气可采储量28.7×108t，占油气总可采储量6.9%；南部盆地群共发现油气可采储量33.7×108t，占油气总可采储量8.1%(图3)。

图2 南美西缘2次主要的海侵据参考文献[13]修改。

图3 南美西缘前陆盆地油气平面—纵向差异富集特征

3.2 纵向差异聚集

纵向上，不同区域盆地油气富集层位也具有明显的分段性特征：北段盆地群油气主要富集在白垩系和第三系储集层中；中段盆地群油气富集层位相对较老，主要为泥盆系，此外石炭系和二叠系也有少量油气发现；南段盆地群油气则主要富集在侏罗系和白垩系储集层(图3)。

4 主控因素分析

4.1 烃源岩分段性发育控制油气平面富集位置

4.1.1 烃源岩品质

南美西缘前陆盆地群主要发育古生界和中生界2套海相泥页岩烃源岩。平面上这2套烃源岩展布具有明显的分段性：北段盆地主要发育白垩系海相烃源岩，其厚度中等，TOC含量高(表1)；中段盆地则主要发育泥盆系、石炭系到二叠系海相烃源岩[9-11]；南段盆地主要发育侏罗系海相烃源岩层。整体上前陆盆地群烃源岩发育具有“中段盆地群老，南北两侧盆地新”的分段性特点(图4)。烃源岩展布分段性特征与前陆盆地构造演化和沉积演化分段性相关，南美西缘前陆盆地经历了2次重大的海侵形成2套烃源岩，由于第一次海侵波及中段盆地，因此中段盆地主要发育古生界烃源岩；而第二次中生代海侵主要波及南段和北段盆地区，而南段盆地群海侵时间要早于北段盆地群，因此南段盆地群主要发育下中生界烃源岩，而北段盆地则主要发育上中生界烃源岩。海侵规模的大小、持续时间长短直接决定了其形成的海相烃源岩品质的高低。海侵持续时间长、影响范围广、海侵水体深的盆地烃源岩厚度大、有机质品质好，反之则差。由于第二次海侵在北段盆地区波及范围广、持续时间长，因此北段盆地群烃源岩品质明显好于南段和中段盆地。烃源岩品质好，生成的油气多，油气资源潜力大。因此北段盆地群内油气富集程度要远高于中段和南段盆地。

表1 南美西缘主要前陆盆地烃源岩发育特征

图4 南美西缘前陆盆地烃源岩纵向发育特征

4.1.2 烃源岩成熟时间

南美前陆盆地烃源岩成熟演化总体上具有“中段盆地生烃早、南北盆地生烃晚”的特点。北段盆地基本上都在早中新世就进入生油窗开始生烃，在新近纪晚期进入生油高峰期，并持续到现今[12-13]。中段盆地进入生油窗时间则普遍较早，乌卡亚利盆地在早白垩世晚期就进入生油窗开始生烃，在中新世时期达到生油高峰；玛德莱德迪奥斯盆地和本利盆地在三叠纪进入生油窗开始生烃，在侏罗纪进入生油高峰；查考盆地则在石炭纪就达到生油门限开始生烃，并在三叠纪达到生烃高峰期。南段盆地群进入生油窗时间要晚于中段盆地早于北段盆地，库约盆地进入生烃门限时间相对较晚，大约在渐新世时进入生烃门限开始生烃；内乌肯盆地和圣乔治盆地在早白垩世早期就进入生油窗[10]；而最南端的澳大利亚盆地则在晚白垩世进入生油窗，在始新世达到生油高峰。

从上面分析可见，北段盆地成熟排烃时间要远晚于中段和南段盆地，即“晚成藏”，而南美西缘前陆盆地在晚白垩世到古近纪是强烈的安第斯造山运动时期，晚成藏意味着形成的油气藏躲过后期构造运动破坏的几率就大，有利于油气藏的保存。

4.2 储盖组合发育分段性决定油气纵向富集层段

4.2.1 储集层层位发育分段性

储集层发育包括两方面内容：储集层发育层位和储集层发育品质。发育层位直接决定盆地油气富集的层位，而储集层发育品质则决定储集层的储油能力。通过对南美西缘14个盆地的主要储集层发育层位、发育品质进行统计发现，整体上盆地主力储集层发育具有“中段盆地层位老、南北两侧盆地层位新”的特点(表2)。北段盆地主要发育较为年青的新近系、古近系和白垩系储集层，向南到了中段盆地其储集层主要为二叠系、石炭系和泥盆系，再向南储集层又变为以白垩系和侏罗系为主。发育层位决定了北段盆地油气主要富集在新近系、古近系和白垩系中，中段盆地主要富集在泥盆系，南段盆地主要富集在侏罗系和白垩系中。

4.2.2 储盖组合发育分段性

前陆盆地构造演化比较复杂，通常都会发育多套储盖组合[5-16]。在区域地质、盆地演化以及盆地含油气系统要素特征综合研究的基础上，本文以“含油气储集层为核心”[17-19]，对南美西缘前陆盆地成藏组合进行划分。

南美前陆盆地整体上可以划分出4大套成藏组合，即：第三系、白垩系、侏罗—三叠系和古生界成藏组合(图5)。(1)第三系成藏组合主要发育于北部前陆盆地，烃源岩为白垩系海相泥页岩；第三系浊积砂岩为储集层，盖层为层间泥页岩，属下生上储型成藏组合；(2)白垩系成藏组合是南美洲前陆盆地中发育最为广泛的成藏组合。下白垩统湖相泥页岩为该组合烃源岩，白垩系浊积砂岩和碳酸盐岩为储集层，盖层主要为第三系的泥页岩层，属自生自储型成藏组合；(3)侏罗—三叠系成藏组合主要发育在中部前陆盆地，该组合以古生界海相泥岩为烃源岩，以侏罗—三叠系的砂岩为储集层，盖层为层间泥页岩，属下生上储型成藏组合；(4)古生界成藏组合以古生界内部的砂岩储集层为核心，以古生界内部的湖相泥页岩层为烃源岩层，以层间泥页岩层为盖层，形成自生自储自盖型成藏组合，主要发育在南美中部盆地中。储盖组合的分段性发育特征决定了北段盆地油气主要富集在白垩系和第三系，中部盆地油气主要富集在泥盆系，南部盆地油气主要富集在侏罗系和白垩系。

表2 南美西缘主要前陆盆地储集层物性参数

注：表中数字意义：最小值～最大值(平均值)。

图5 南美洲西缘前陆盆地成藏组合纵向发育特征

4.3 油气分段性差异分布的原因

“生、储、盖、圈、运、保”是决定盆地油气富集的6大地质要素，单列每一种要素对油气富集成藏都具有决定性的意义。但就南美西缘前陆盆地而言，油气平面上差异性聚集首先源于盆地构造演化与沉积演化的分段性而导致的“烃源岩”平面和纵向展布的分段性。北段盆地经历的第二次大规模海侵其波及范围广、持续时间长，使得北段盆地的中生界烃源岩品质要明显好于中段和南段盆地，因此北段盆地成藏基础条件要好于其他盆地。其次烃源岩成熟时间上，北段盆地烃源岩一般在第三纪中后期成熟排烃，要远晚于中段和南段盆地，而南美西缘前陆盆地在晚白垩世—古近纪是强烈的安第斯造山运动时期，因此北段盆地的油气藏躲过后期构造运动破坏的几率就大，有利于油气藏的保存。此外北段盆地主力储集层为第三系和白垩系，主力成藏组合也是第三系和白垩系成藏组合，这众多因素都有利于北段盆地的油气富集及保存，因此导致西缘前陆盆地油气平面上主要富集在北段盆地。 纵向上看，由于储集层发育层位及储盖组合发育的分段性特征，使得不同区域盆地油气纵向上也出现差异性富集。由此可见，盆地构造演化和沉积演化的分段性决定了盆地烃源岩发育的分段性、成熟演化的分段性、储集层层位发育的分段性、储盖组合发育的分段性，而盆地石油地质特征的分段性则最终决定了南美西缘前陆盆地油气平面和纵向上的差异性富集。

5 结论

(1)南美西缘前陆盆地油气具有明显的差异性聚集特征：平面上油气主要富集在北段盆地，中段和南段盆地较少；纵向上北段盆地主要富集在上部第三系和白垩系地层，中段和南段则富集在下部古生界及中生界老地层中。

(2)烃源岩和储盖组合发育的分段性是南美西缘前陆盆地油气差异性分布的主要因素：烃源岩发育层位、品质的分段性决定油气平面富集位置，储盖组合发育层位决定油气纵向富集层位。

(3)根据油气分布规律及控制因素分析，南美西缘北段盆地油气勘探应重点关注白垩系和第三系，中段盆地则应侧重泥盆系地层，南段盆地则以侏罗系和白垩系为主要勘探目的层。

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(编辑 徐文明)

Hydrocarbon differential accumulation of foreland basins in western South America and its controlling factors

Ma Zhongzhen, Xie Yinfu, Li Jia, Liu Yaming, Zhou Yubing, Wang Dandan

(Research Institute of Petroleum Exploration & Development, CNPC, Beijing 100083, China)

In order to study the hydrocarbon differential accumulation of the foreland basins in the western South America and its controlling factors, we collected over 4 400 data of 14 foreland basins within IHS2009 database. Several conclusions were made as followed. (1) The foreland basins have distinct segmental accumulation characters. Hydrocarbon mainly accumulated in the north, accounting for 85% of total recoverable reserve, while in the center and south, only 6.9% and 8.1%, respectively. Vertically, hydrocarbon mainly distributes in the Upper Cretaceous and Tertiary reservoirs in the north, below Jurassic in the center, and in Jurassic and Cretaceous in the south. (2) The segmental features of petroleum geology controlled the differential accumulation of hydrocarbon. The segmental development of source rocks determined the plane enrichment of oil and gas. The segmental development of reservoirs and cap rocks controlled the vertical distribution of hydrocarbon.

hydrocarbon differential accumulation; controlling factor; foreland basin; South America

1001-6112(2014)05-0597-08

10.11781/sysydz201405597

2013-08-10；

2014-07-03。

马中振(1980—)，男，博士，高级工程师，从事石油地质综合研究。E-mail: mazhongzhen@petrochina.com.cn。

国家科技重大专项(2011ZX05028)、中国石油天然气股份有限公司重大科技专项 (2013E-0501)和中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目(2014D-0906)资助。

TE 121

A