DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2015.04.026

南美东缘被动陆缘盆地石油地质特征与资源潜力评价

马中振¹，谢寅符¹，刘亚明¹，王丹丹¹，阳孝法¹，闫永强²，周玉冰¹，赵永斌¹

(1. 中国石油天然气股份有限公司 勘探开发研究院，北京，100083；

2. 大庆榆树林油田开发有限责任公司，黑龙江 大庆，151126)

摘要：为明确南美东缘被动陆缘盆地群油气资源潜力，在系统分析19个被动陆缘盆地群石油地质特征的基础上，首次以成藏组合为单元评价被动陆缘盆地群资源潜力，探讨下步勘探方向：1) 南美东缘整体经历“裂谷”—“过渡”—“被动陆缘”3个构造演化阶段；2) 发育2套主要烃源岩，即白垩系裂谷期湖相烃源岩和被动陆缘期海相烃源岩；白垩系(占总可采储量69%)和第三系(占总可采储量29%)是2套主要的储集层；盖层为白垩系层间泥岩、第三系海相泥页岩，中段盆地群发育一套白垩系膏盐岩区域性盖层；油气主要富集在中段含盐盆地(可采储量占总量96.32%)；盆地群主要发育上部、中部和下部3套大的成藏组合；3) 预测总待发现油气可采资源量为132 451百万桶，平面上主要分布在坎波斯、桑托斯、埃斯普利托桑托、圭亚那和马尔维纳斯盆地；纵向主要集中在上部成藏组合；坎波斯盆地上部成藏组合，是最有利的勘探区域，其次为桑托斯盆地的中部和下部成藏组合。

关键词：南美洲；被动陆缘盆地；石油地质特征；成藏组合；资源评价

中图分类号：TE121             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2015)04-1366-09

Petroleum geology and resources evaluation of eastern continental margin basins of South America

MA Zhongzhen¹, XIE Yinfu¹, LIU Yaming¹, WANG Dandan¹, YANG Xiaofa¹,

YAN Yongqiang², ZHOU Yubing¹, ZHAO Yongbin¹

(1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development CNPC, Beijing 100083, China;

2. Daqing Yushulin Oilfield Development Co. Ltd, Daqing 151126, China)

Abstract: In order to fully understand the resource potential of the continental margin basins in eastern South America, through hydrocarbon accumulation factors analysis of the 19 continental basins, the petroleum features of the continental margin basins in eastern were systematically concluded, based on which the resource potential of these basins was evaluated by taking play as basic evaluation unit. The results show that: 1) the eastern margin is through rift-transition-continental structural evolution periods; 2) two major source rocks i.e. the Cretaceous rift lacustrine source rock and continental margin marine source rock are developed; resources mainly concentrate in Cretaceous (69%) and Tertiary (29%) reservoirs; Cretaceous interlayer mudstone and tertiary marine shale are the main seal rocks, and salt develops in the middle basins is another major regional seal; resources mainly distribute in the central salt developed basins (about 96.32% of the total recoverable reserves of continental margin basins); 3) the total undiscovered oil and gas resources are 132 451 Mmbo, mainly in Campos, Santos, Espirito Santo, Guyana and Malvinas in plane and the upper play in vertical; the upper play of Campos basin is the most favorable exploration area, and the middle and bottom plays of Santos are the secondary targets.

Key words: South America; continental margin basin; petroleum geological feature; play; resource evaluation

南美东缘被动陆缘盆地群^[1-2](continental margin basin)是全球重要的油气富集带之一^[3-5]。该盆地群包括19个主要盆地^[6-7](图1)，从北到南依次为：圭亚那(Guyana)、福斯杜亚马逊(Foz do Amazonas)、帕拉—马拉尼昂(Para—Maranhao)、巴雷拉斯(Barreirinhas)、比阿乌-塞阿拉(Piaui—Ceara)、波蒂瓜尔(Potiguar)、帕内巴(Paraiba-Pernambuco)、舍吉佩—阿格拉斯(Sergipe—Alagoas)、阿尔马达—卡马穆(Almada—Camamu)、热基蒂尼奥尼亚(Jequitinhonha)、库穆鲁沙蒂巴(Cumuruxatiba)、埃斯普利托桑托(Espirito Santo)、坎波斯(Campos)、桑托斯(Santos)、帕罗塔斯(Pelotas)、萨拉多(Rio Salado)、克拉罗麦科(Claromeco)、科罗拉多(Colorado)和马尔维纳斯(Malvinas)，19 个盆地总勘网面积为 256×10⁴ km²。截止到2009年底，该盆地群共采集2D地震测线长度为163×10⁴ km，3D地震测网面积28.0×10⁴ km²，钻井17.5×10⁴口，累计发现油气可采储量 55 560 百万桶^[8](见表1)。

该盆地群中的坎波斯和桑托斯等巴西深水盆地是近年世界油气勘探的热点和重要的油气发现地区^[9-10]，2000年以来仅这2个盆地发现的油气可采储量超0.7×10⁸ t(约5×10⁸桶)的油气田就有13个，尤其是图皮(Tupi)、侏皮特(Jupiter)和依拉(Iara)等大型深水油气藏的发现更是激发了人们对大西洋型盆地深水领域的兴趣，但是同样位于该盆地带上的其它盆地却鲜有发现，因此，亟需对该被动陆缘盆地群开展石油地质特征研究，评价盆地群油气资源潜力，指出有利勘探区。

1  区域地质特征

南美大陆主要由西部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107个沉积盆地，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。本文研究的被动陆缘盆地群就位于南美大陆东侧，围绕圭亚那—巴西—乌拉圭地盾呈半弧形展布(图1)。

表1  南美东缘被动陆缘盆地勘探现状^[8]

Table 1  Exploration status of continental margin basins in eastern margin of South America^[8]

表2  2000年以来巴西东缘重大的油气发现(大于5×10⁸桶石油可采储量)^{[6, 8]}

Table 2  Big field discoveries in eastern margin of Brail since 2 000 (More than 500 Mmbo Recoverable reserve)^{[6, 8]}

图1  南美东缘被动陆缘盆地平面展布及剖面特征

Fig. 1  Plane distribution and section characteristics of continental margin basins in eastern South America

2  构造和沉积演化

2.1  构造演化

南美东缘被动陆缘盆地的形成与古冈瓦纳大陆的解体紧密相连，侏罗纪晚期北美大陆与南部的冈瓦纳大陆分离，中大西洋形成，南美东缘的北部地区(圭亚那盆地)开始形成海相沉积。随后，白垩纪早期南美洲大陆和非洲大陆开裂，导致在南美大陆与非洲大陆中南部地区形成一个近北东—南西向展布的裂谷沉积体系，形成了南美洲被动大陆边缘的雏形盆地-大陆裂谷盆地^{[7, 11-15]}。随后随着南美和非洲大陆之间的开裂持续发展，海水从南部的马尔维纳斯盆地和北部的圭亚那盆地向中部侵入，但由于大陆间裂谷开裂规模较小，南美中段地区形成一个区域性的过渡相沉积环境，发育大量膏盐岩沉积；之后在白垩纪晚期，非洲大陆和美洲大陆彻底分开，大西洋形成，南美东缘被动陆缘盆地群形成^[16-19](图2)。

南美东缘被动陆缘盆地群构造演化整体上可以概括为从晚侏罗纪到早白垩纪的大陆裂谷盆地到白垩纪中期Aptian和Albian时期的过渡盆地演化阶段，再到白垩纪晚期至今的被动裂谷盆地演化阶段。根据盆地演化阶段的差异性可以将南美东缘盆地划分为3段：北段盆地群(包括圭亚那、福斯杜亚马逊、帕拉—马拉尼昂、巴雷拉斯、比阿乌—塞阿拉、波蒂瓜尔和帕内巴)主要经历被动陆缘盆地演化阶段；中段盆地群(舍吉佩—阿格拉斯、阿尔马达—卡马穆、热基蒂尼奥尼亚、库穆鲁沙蒂巴、埃斯普利托桑托、坎波斯和桑托斯)3个演化阶段均发育；南段盆地群(帕罗塔斯盆地、萨拉多、克拉罗麦科、科罗拉多、马尔维纳斯)主要经历被动陆缘盆地阶段(图1)。盆地构造演化的分段性决定了盆地沉积演化以及石油地质特征的分段性。

2.2  沉积演化

南美东缘沉积演化整体上是由中生代白垩系早期的湖相沉积到白垩系晚期至新生代的海相沉积的转变。白垩纪早期，南美东缘在中段盆地群发育湖相沉积，最北部的圭亚那盆地及最南部的马尔维纳斯盆地发育部分海相沉积；随后在白垩纪Aptian与Albian期间，盆地中段盆地群发育过渡相局陷海萨巴哈沉积，形成了大面积的膏盐岩地层，形成一套良好的区域性盖层，同期，南美东缘北部和南部沉积少量海相沉积；之后伴随板块运动，南美洲板块和非洲板块彻底开裂，大西洋南北贯通，此时南美东缘全部发育海相沉积 (图3)。

3  石油地质特征

3.1  烃源岩

南美东缘被动陆缘盆地群主要发育2套烃源岩层：下白垩统湖相烃源岩和上白垩统海相烃源岩层。下白垩统湖相烃源岩主要发育在中段含盐盆地，如坎波斯盆地和桑托斯盆地。该套烃源岩是一套世界级的烃源岩层，巴西东缘深水盆地富集的油气主要源自这套烃源岩的贡献。在坎波斯盆地，该烃源岩层为下白垩统上部大约200 m厚的薄纹层钙质黑色页岩，总有机碳含量(TOC)质量分数为2%~6%，局部地区可能达到9%。有机质类型主要为Ⅰ型，生烃潜力超过10 mg/g，是非常好的烃源岩层^{[11, 20-22]}，在始新世时达到生油窗，中新世达到生油高峰，现仍在生油窗内。上白垩统海相烃源岩为一套富含有机质的海相碳酸盐岩和页岩，基本上在整个南美东缘被动陆缘盆地中都有发育(表3)。

3.2  储盖组合

盆地群主要发育三套储集层：下白垩统河流—三角洲相砂岩和滨浅湖相鲕粒灰岩储集层、上白垩统滨浅海碳酸盐岩储集层和第三系河流和三角洲砂岩储集层(图3)；盖层主要为层间泥页岩层、白垩系Aptian和Albian的膏盐岩层，以及上白垩统到第三系的海相泥页岩层。

整体上，南美东缘盆地群主要发育上、中、下三套大的储盖组合，此外在中段含盐盆地局部地区还发育一套以基底裂缝火山岩为储集层的次要成藏组合^[9-10]，但发育范围较小；上部储组合以第三系河流和三角洲砂岩和滨浅海碳酸盐岩为储集层，以第三系海相泥页岩层为盖层；中部储盖组合以上白垩统滨浅海碳酸盐岩为储集层，以第三系海相泥页岩为盖层；下部储盖组合以下白垩统河流—三角洲相砂岩和滨浅湖相鲕粒灰岩为储集层，以白垩系Aptian和Albian的膏盐岩层和层间泥页岩层为盖层(图3)。

图2  南美东缘被动陆缘盆地群演化过程(据文献[17-19]，有修改)

Fig. 2  Evolution process of continental margin basins in eastern margin of South America

图3  南美东缘主要被动陆缘盆地沉积演化及成藏组合划分

Fig. 3  Sedimentary evolution and play classification of major continental margin basins in eastern margin of South America

3.3  油气富集规律

以IHS2009数据库中南美东缘19个被动陆缘盆地内发现的油气藏数据为基础，对南美东缘油气分布规律进行总结：1) 在平面分布上，油气发育范围广，但分布极不均匀。南美东缘19个被动陆缘盆地中共有14个盆地有油气发现，从最南端的马尔维纳斯盆地到中部的坎波斯盆地，再到最北部的圭亚那盆地，均有油气发现；但是盆地之间分布是极不均匀的，油气主要集中分布在桑托斯盆地和坎波斯盆地，其次为埃斯普利托桑托、舍吉佩—阿格拉斯和波蒂瓜尔这3个盆地，其余9个盆地虽然有油气发现，但是可采储量很小，还有5个盆地没有油气发现(主要分布在南部地区)(表1)；2) 纵向上油气发育层位相对集中，油气主要富集在白垩系(占总可采储量69.6%)和第三系(占总储量的28.6%)，此外侏罗系和基底还有部分油气发育(图4)。

表3  南美东缘部分被动陆缘盆地烃源岩参数)据文献[8]整理)

Table 3  Source rock characteristic of part continental margin basins in eastern margin of South America

4  资源潜力评价

4.1  评价单元

成藏组合为相似地质背景下相同储集层内、具有相似岩相的一组远景圈闭或油气藏，它们在储集层层位、岩相储盖组合等方面具有一致性，共同烃源岩不是划分成藏组合的必须条件^[23-24]。本次评价采用成藏组合为基本评价单元，采用油藏规模序列和主观概率法相结合预测单一成藏组合内资源潜力，其中成藏组合的划分是该方法的关键。世界主要含油气盆地油气富集规律研究表明，油气纵向层位之间富集的差异性要远大于油气平面分布的差异性，而传统的资源评价方法一般都是针对整个盆地或一级、二级构造单元，对油气平面分布的差异性考虑的较多，对纵向不同层位之间油气富集的差异性考虑的相对较少，甚至没有。而本文采用的以成藏组合为基本评价单元其根本出发点就是从纵向上将不同的储集层划分到不同的评价单元，因此以成藏组合为基础单元的资源评价就能充分考虑盆地纵向油气分布的差异性，尤其是经历多个原型盆地叠加型盆地，其评价结果能对油气纵向上资源潜力分布有一个较好的认识，因此，该方法获得的资源评价结果是对传统资源评价一个非常好的补充。

4.2  评价方法

以成藏组合评价单元的评价方法其核心是成藏组合的划分，方法分4步：

1) 盆地石油地质特征分析，包括盆地构造演化、沉积演化、生、储、盖特征，找准主要储集层。

2) 成藏组合划分。本文是以“含油气储集层”为核心进行成藏组合划分，成藏组合纵向边界界定主要考虑盆地地层层系边界、构造演化阶段、区域性盖层、油气富集程度等；平面展布范围为该成藏组合主力储集层展布范围与主要区域性该层展布范围的交集；平面展布范围的确定要参照成藏组合内已发现油气藏的平面展布^[25]。

3) 资评方法选择。以IHS2009数据库油气藏数据为统计基础，以成藏组合为统计单元统计不同成藏组合内已发现的油气藏数量，根据油气藏数量选择评价方法。根据各种资源评价方法适用条件，本次资源评价方法选择标准是成藏组合内已发现油气藏数量大于等于6个，采用油藏规模序列法；数量小于6个的选用主观概率法。

4) 资源评价与结果分析。本次资源评价采用中国石油勘探开发研究院研发的2套资评软件“PASys软件”和“水晶球软件”分别完成油藏规模序列法和主观概率法资源评价，获得结果后，根据评价人员对该盆地石油地质特征认识及该成藏组合成藏潜力的认识，对评价结果合理性进行分析，合理则输出结果，否则则重新进行资源评价参数调整，直到获得合理的资评结果为止，具体的评价方法应用实例见文献[26]。

4.3  评价结果

对19个被动陆缘盆地不同成藏组合内已发现油气藏数量进行统计，选择不同的评价软件进行计算，获得南美东缘19个被动陆缘盆地不同成藏组合内待发现油气可采资源，结果表明：1) 南美东缘19个被动陆缘盆地总待发现可采资源为132 451 百万桶；2) 纵向上：上部、中部、下部、基底四套成藏组合内总待发现可采资源分别为78 381.89，23 371.64，30 533.56和164.44百万桶，待发现油气可采资源主要分布在上部成藏组合，其次为中部和下部成藏组合，基底成藏组合内待发现油气可采资源较少；3) 平面上，待发现油气可采资源最丰富的盆地为坎波斯盆地和桑托斯盆地，其次为圭亚那盆地、埃斯普利托桑托盆地、帕罗塔斯盆地和马尔维纳斯盆地；4) 坎波斯盆地上部成藏组合内待发现油气可采资源最大，是最有利的勘探区域，其次为桑托斯盆地的中部和下部成藏组合，此外，坎波斯盆地下部成藏组合、埃斯普利托桑托盆地上部组合、桑托斯盆地上部组合、圭亚那盆地中部、下部成藏组合以及马尔维纳斯盆地的上部和下部成藏组合勘探潜力也比较大。

图4  南美东缘被动陆缘盆地群油气纵向分布

Fig. 4  Recoverable reserve vertical distribution of continental margin basins in eastern margin of South America

4.4  与传统评价方法计算结果比较

USGS于2000年以含油气系统为单位对南美东缘部分被动陆缘盆地进行过资源评价(具体结果见表5)。与其相比，本文计算的大部分盆地预测资源量都要小(除坎波斯盆地外)，原因有2方面：

1) 2次评价采用的评价方法不同。USGS(2000)采用的是以含油气系统为单元的评价方法，该方法是从盆地生烃出发(烃源岩为核心)进行资源评价，因此对烃源岩认识水平的高低决定了盆地资源评价结果的准确程度。目前南美大陆东缘的被动陆缘盆地群勘探程度相对较低，对于盆地烃源岩的认识还处于定性阶段，因此，USGS(2000)采用以含油气系统为单元的评价方法其资源评价结果可靠性相对较差；而本文所采用的是以成藏组合为单元的评价方法(储集层为核心)，该方法主要是根据已发现油气藏规模来预测带发现油气藏规模、数量(规模序列法)，这种方法(规模序列法)的特点就是计算结果保守、可靠，因此计算的结果相对于传统方法普遍偏小。

表4  预测不同盆地不同成藏组合内待发现油气可采资源

Table 4  Predict oil and gas recoverable resource of different play in different basins        百万桶

2) 2次评价所采用的数据资料基础不同。USGS(2000)使用的是截止到2000年底的数据资料，本文采用的是IHS(2013)数据库资料，而近些年(尤其是2000年以后)南美东缘被动陆缘盆地内发现了大量的油气藏，显然数据基础的差异也是2次计算结果差异比较大的原因。

表5  计算结果与传统评价方法计算结果对比

Table 5  Comparison of basin predicted results of this work and results by traditional method  百万桶

5  结论

1) 南美东缘被动陆缘盆地整体经历了“裂谷”—“过渡”—“被动陆缘”3个构造演化阶段；但不同位置盆地经历的演化阶段程度不同，中部7个盆地3个演化阶段均经历；主要发育白垩系裂谷期湖相烃源岩和被动陆缘期海相烃源岩；储集层主要为白垩系(占总可采储量69%)和第三系(占总可采储量29%)；盖层为白垩系层间泥岩、第三系海相泥页岩，中段盆地群发育一套白垩系膏盐岩区域性盖层；油气主要分布在中段含盐盆地 (可采储量占总量96.32%)。

2) 以成藏组合为核心的资源评价能充分考虑油气纵向分布差异性，是传统油气资源评价的有益补充；本文以成藏组合为核心对南美东缘19个被动陆缘盆地进行资源评价，结果表明东缘盆地群待发现油气可采资源量为132 451 百万桶，其中上部、中部、下部和基底成藏组合内待发现油气可采资源分别为78 381.89，23 371.64，30 533.56和164.44百万桶，坎波斯盆地上部成藏组合是最有利的勘探区域，其次为桑托斯盆地的中部和下部成藏组合。

致谢：中国石油勘探开发研究院童晓光、张光亚、田作基在成藏组合划分以及资源评价研究等方面给予了大量的指导，在此谨表衷心感谢！

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(编辑  杨幼平)

收稿日期：2014-04-06；修回日期：2014-06-03

基金项目(Foundation item)：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项目(2012E-0501)(Project (2011ZX05028) supported by the National Science and Technology Major Project; Project (2012E-0501) supported by Major Science and Technology of PetroChina Company Limited)

通信作者：马中振，博士，高级工程师，从事石油地质综合研究；E-mail：mazhongzhen@petrochina.com.cn