哥倫比亞油氣地質與勘探

劉亞明， 張春雷

(1.中國石油勘探開發研究院，北京 100083； 2.中國石油海外勘探開發公司，北京 100034)

哥倫比亞共和國(The Republic of Colombia)位于南美洲西北部，西臨太平洋，北接加勒比海，東與委內瑞拉，東南與巴西，南與秘魯、厄瓜多爾，西北與巴拿馬為鄰。面積114.2×104km2，人口4 453萬(2003年)，國語為西班牙語，首都波哥大。中西部除沿海平原外，為西、中、東3條平行的科迪勒拉山脈構成的高原；南部有一系列火山錐；西北部為馬格達萊納河下游沖積平原；東部為亞馬遜河沖積平原[1]。

由于該國的油氣主要集中在東部地區，前期研究大多集中在東部盆地，全國范圍內的地質研究較少。本文期望通過研究，能在宏觀上對其油氣地質特征有一個整體的理解和認識，為中國石油企業進入該國油氣領域提供技術參考。

1 勘探概況

哥倫比亞的石油儲量和產量在拉美地區位于委內瑞拉、巴西和阿根廷之后，居第4位；天然氣儲量僅次于委內瑞拉和巴西，居第3位。石油工業為哥倫比亞的支柱產業，油氣勘探始于1905年，之后經歷了從發展到高峰再到低谷的發展階段。近年來，哥倫比亞又開始加大石油勘探開發投資，努力提高石油產儲量，并制定了在2020年前發現5.5×108t可采石油儲量的目標[2-3]。截止到2008年，石油探明儲量為2×108t，占全球份額的0.1%，儲采比為6，石油產量近年來有所下降，年產3 050×104t(2008年)，石油消費量僅為1 070×104 t，大部分用于出口；天然氣探明儲量0.11×1012m3，占全球份額的0.1%，儲采比為12.4，產量為91×108m3(2008年)，近年來增長迅猛，年消費量82×108m3[4]，主要用于國內消費(BP能源統計，2009)；待發現可采儲量為石油6.98×108t，天然氣2 860×108m3，凝析油670×104t(USGS，2000)。

2 油氣地質特征

2.1 復雜多變的構造

哥倫比亞地處3個板塊交匯地帶，受太平洋板塊和加勒比板塊俯沖的雙重影響，具有獨特的構造演化特征，其全境的地理、構造和盆地類型均受板塊碰撞的影響。在中生代晚期，哥倫比亞西部的太平洋板塊向南美板塊俯沖，造成了一系列褶皺，形成了近南北向的安第斯山脈，以東、中、西科迪勒拉山為代表；新生代中期，北部的加勒比板塊向南美板塊斜向俯沖，對北部構造進行二次改造，使北部近南北向的逆沖斷層轉換成具右旋走滑性質的逆斷層，斷裂走向從近南北向轉換為東北—南西向[5-7]。受其雙重影響，相應的發育了東、中、西3個構造區。東部構造區的西部以東科迪勒拉山前為界，前寒武系基底之上覆蓋了古生界—新生界沉積，構造變形較溫和。中部構造區的西部以Romeral斷裂為界，包括東科迪勒拉、Santa Marta地塊、Magdalena河谷和中科迪勒拉的西延部分，沉積和變質巖體系覆蓋于Grenvillian基底之上，該基底在古生代增生于南美板塊邊界之上，構造活動最為強烈。Romeral斷裂以西皆為西部構造區，由中生界—新生界大洋地層組成，這些大洋地層在晚白堊世、古近紀和新近紀期間增生于南美陸架邊緣之上，構造活動強烈，屬于一個構造復合體，由各種在強烈的斜向碰撞作用下高度變形的沉積/構造單元拼合而成，形成于一個西向的逆沖斷裂體系之上(圖1)。

哥倫比亞的構造演化可以分為4個階段[8-9]，前2個階段是主要烴源巖發育階段，后2個時期是主要儲層和蓋層形成階段及圈閉改造階段(圖2)。在平面上，構造活動具有“西強東弱”的特征。西部的沿海地區和山間地區構造活動強烈，逆沖斷層發育，以東北—西南向為主，太平洋沿岸還發育火山錐。東部平原地區構造活動較弱，僅在靠近安第斯山前地帶發育逆斷層，靠近克拉通方向斷層較少，且多為正斷層。

圖1 哥倫比亞地理位置及構造區劃Fig.1 Location and tectonic zoning map of Colombia

圖2 哥倫比亞構造演化史剖面據Cooper等[8]，1995，有改動。Fig.2 Structural evolution section of Colombia

2.2 盆地類型多樣

哥倫比亞由于其所處的板塊位置特殊，因而造就了其盆地類型的豐富多樣[10]。全國境內有23個沉積盆地，總面積達95×104km2，占哥倫比亞國土面積的80%以上。依據盆地所處的位置及構造樣式，大致可分為東部構造區的前陸盆地(盆地編號1,2)和克拉通盆地(盆地編號3)、中部構造區的山間盆地(盆地編號4-12)和西部構造區的弧前盆地(盆地編號13-23)3類(圖3)。從資源潛力來看，第一類為前陸盆地，占盆地油氣資源量2/3以上；第二類為山間盆地，占盆地油氣資源量1/3左右；第三類為弧前盆地和克拉通盆地，資源量較小。

從古生代到晚新生代，哥倫比亞的盆地經歷了拉張、斜向俯沖、轉換擠壓等構造階段，因而在盆地走向和形狀上逐步發生了重大變化。哥倫比亞大多數的沉積盆地在晚三疊世Pangea古陸破裂時才開始形成。在侏羅紀—晚白堊世期間，哥倫比亞境內可簡單的分為弧前和弧后兩部分，相應的發育弧前和弧后裂谷2類盆地。此時山間盆地和克拉通邊緣盆地還屬于一個巨型弧后裂谷盆地，盆地的幾何形態由于坎潘期和中新世的碰撞運動而發生巨大的改變。坎潘期—馬斯特里赫特期西部洋殼的碰撞造成了哥倫比亞前陸盆地體系的隆升和發育。在中新世，由中美洲島弧的碰撞而造成的第二期大的轉換擠壓運動，安第斯運動興起，科迪勒拉山隆起，使哥倫比亞廣泛分布的前陸盆地體系破碎而形成了破碎前陸盆地(山間盆地)，從而基本形成了哥倫比亞現今的構造形態。

哥倫比亞的油氣都富集在第一和第二類沉積盆地中，這類盆地不僅處于相同的區域地質背景，而且具有大致相似的演化歷程，甚至與委內瑞拉、厄瓜多爾和秘魯的主要含油氣盆地相互之間有成因聯系。北部的卡塔通博盆地相當于委內瑞拉的馬拉開波盆地西南部分。普圖馬約盆地是厄瓜多爾和秘魯的奧蘭特—馬拉農盆地的向北延伸部分，中生代的原始大盆地不僅包括普圖馬約，還包含馬格萊德諸盆地。在晚中新世以前，下、中和上馬格萊德盆地以及普圖馬約盆地屬于同一廣闊的巨型盆地。亞諾斯盆地介于卡塔通博與普圖馬約盆地之間，具有相似的石油地質條件。因此，南美北部主要含油氣盆地是一個巨型含油氣體系。

2.3 發育齊全的沉積地層

哥倫比亞沉積演化總體上經歷了海相—過渡相—陸相這一完整的海進海退旋回，發育自寒武紀以來所有主要地質年代的地層。下古生界海相和濱岸相硅質碎屑巖和碳酸鹽巖沉積廣泛分布于東部構造區，并延伸到中部構造區，化石豐富。上古生界沉積巖由泥盆系海相黑色泥巖和陸相紅層組成；下侏羅統到下白堊統沉積在一個西北—東南—東北向高度不規則體系中，現今被上白堊統—新近系沉積所覆蓋，主要分布于中、東部構造區。晚白堊世—古近紀由于洋殼的斜向增生，西、中、東科迪勒拉山遭受剝蝕，沉積物也從海相、近濱相轉換為陸相，其上發育的不整合和河流相硅質碎屑巖沉積是古近系和新近系沉積的典型特征，分布于哥倫比亞大部分地區，形成了哥倫比亞大部分的油氣儲層。

各構造區的地層發育程度不一，自西向東沉積地層逐漸增厚，地層逐漸發育齊全，西部構造區最薄，僅沉積第三系(圖4)。

弧前盆地位于哥倫比亞西部和北部，靠近大洋，沉積較薄，缺失白堊系以前的地層，主要充填第三系海相成因的鈣質和硅質碎屑沉積物，上覆于白堊系火山質海相沉積層序之上。這類盆地包括塞紐—圣賈斯通、考卡—帕提亞和科克盆地等。

山間盆地代表近克拉通邊緣盆地的西部拉張，它們在安第斯造山期分離，如：上馬格萊德、中馬格萊德、東科迪勒拉和卡塔通博盆地等，這些盆地沉積古生界海相地層、三疊—侏羅系陸相和海相地層、白堊系泥巖、灰巖和砂巖，以及第三系陸相—過渡相沉積物，是全球性的烴源巖最富集的盆地類型之一。

前陸盆地介于圭亞那—巴西地盾和安第斯山脈東緣之間，盆地沉積地層發育齊全，主要為下古生界、三疊系—侏羅系、上白堊統和第三系硅質碎屑巖沉積。沉積相類型包括海相、過渡相和陸相，主要為碎屑巖沉積，碳酸鹽巖較少。

2.4 世界級的烴源巖

哥倫比亞的主要烴源巖是上白堊統泥巖，生成了哥倫比亞已發現的絕大部分油氣[11-12]。該套烴源巖形成于后裂谷階段的中阿爾比期和土倫期，由于熱沉降和全球性的海平面變化，廣泛分布的洼陷，沉積了富含有機質的Simiti-Tablazo、Tetuan和La Luna組烴源巖，該套烴源巖豐富多產。上白堊統La Luna/Cansonna組為南美北部主要含油氣盆地最主要的烴源巖，被稱作“世界級”烴源巖。La Luna 組為哥倫比亞東部和中部構造區各盆地的主要烴源巖，為西部構造區的次要烴源巖。該套烴源巖在晚白堊世屬于同一個海侵背景，由于第三紀的安第斯運動將其分割在各個盆地中。在東部構造區的盆地中名稱有所不同，在亞諾斯盆地中稱為Gacheta組，在普圖馬約盆地中稱為Villeta組；在中部構造區的盆地中統一稱為La Luna組(圖5)。

第三系碳質泥巖和煤層也是哥倫比亞重要的烴源巖，為西部構造區各盆地的主要烴源巖和東部構造區的次要烴源巖，在中部構造區無生烴潛力。在埋藏較淺的盆地中，這些烴源巖也能產生商業性的生物甲烷氣(表1)。

2.5 配置良好的儲蓋組合

哥倫比亞各盆地儲層和蓋層發育，可分為2期：裂谷期和前陸期。裂谷期儲層以海相和過渡相為主，物源來自于克拉通方向，儲層物性較好，晚白堊世海侵背景下發育的泥巖為裂谷期儲層的區域性蓋層，屬下儲上蓋式組合，配置較好。前陸期發育的儲層以過渡相—陸相為主，物源來自于安第斯山方向，沉積側向相變快，區域性蓋層不發育，多為層間泥巖，與儲層互層，屬互層式儲蓋組合，在局部也能形成相當規模的油氣聚集。如亞諾斯盆地、中馬格萊德盆地等，裂谷期屬下儲上蓋式組合；前陸期屬互層式組合，為各盆地最重要的儲蓋組合。

圖5 南美西北部晚白堊世沉積特征Fig.5 Sedimentary features of northwestern South America in Late Cretaceous

2.6 種類繁多的圈閉

哥倫比亞經歷了多期構造演化，盆地類型多，相應的發育多種類型的圈閉[13]。目前在3大構造區帶上發現了涵蓋4大類圈閉類型(構造、巖性地層、水動力、復合圈閉)的諸多圈閉(表2)。

3 油氣分布規律

3.1 油氣集中分布，資源潛力巨大

在構造上，集中分布于中部、東部構造區，且以東部構造區最為重要，占全國油氣儲量的2/3以上。

在盆地上，油氣集中分布在東部構造區的前陸盆地和中部構造區的山間盆地中，這2類盆地擁有哥倫比亞的絕大部分探明儲量和所有的產量，其中亞諾斯前陸盆地的產儲量又占全國的2/3以上，而西部構造區的弧前盆地所擁有的儲量相對較少。

表1 哥倫比亞主要烴源巖參數Table 1 Main source rock parameters of Colombia

表2 哥倫比亞主要圈閉類型及分布Table 2 Main types and distribution of traps in Colombia

在油田方面，油氣又主要集中在幾個主要的大的油氣田中，如亞諾斯盆地，到2009年底，累計發現油氣田145個，探明可采儲量為9.88×108t油當量，其中僅Apiay(0.86×108t)、Cano Limon(1.57×108t)和Cusiana-Cupiagua(3.14×108t)等3大油田的可采儲量總量就達6.28×108t[14-16]，占整個盆地的56%，Cusiana-Cupiagua油田的可采儲量占全盆地的32%。

在層位上，以第三系為主，占全國油氣儲量的60%左右，白堊系相對較少，占40%左右。

在圈閉類型方面，以構造圈閉為主，多為斷層、斷背斜等斷層相關圈閉，擁有全國的絕大部分儲量；僅在東部構造區的前陸盆地中，非構造圈閉能聚集一定規模的油氣。

在巖性上，以碎屑巖為主，全國的絕大部分油氣皆聚集在砂巖儲層中；部分為礫巖；碳酸鹽巖較少，僅在中馬格萊德等少數幾個盆地中的碳酸鹽巖儲層有油氣發現。

3.2 重油、常規油平面分異明顯，重油資源豐富、分布集中

在哥倫比亞的油氣資源中，重油占有一定的比重(30%左右)，具USGS 2007數據，哥倫比亞的重油資源量約35.3×108t，可采儲量約3.53×108t(采收率10%)，主要分布在東部構造區的亞諾斯、普圖馬約盆地和中部構造區的中馬格萊德、上馬格萊德盆地，也具有集中分布的特征，其它盆地都是常規油氣，重油與常規油氣平面分異明顯。

哥倫比亞的重油不僅集中分布在這幾個富油氣盆地中，且在每一盆地中也具有集中在一個區帶的一個主要儲層中的特征，如亞諾斯盆地，重油主要分布在前陸斜坡隆起帶，且主要分布于第三系的Carbonera組中。亞諾斯盆地的Rubiales重油油田的可采儲量就達0.71×108t，占全國份額的20%。亞諾斯盆地的盆地結構、烴源巖類型、重油所在的前陸斜坡隆起帶背景都與東委內瑞拉盆地的奧里諾科重油帶(全球最大的重油聚集帶)非常相似，具有很大的重油勘探潛力。

4 成藏控制因素

4.1 油氣運移受斷裂、不整合和連通砂體的控制

哥倫比亞由于構造演化期次多，造就了多種運移通道，斷層、不整合和連通砂體均為有效運移通道，在油氣運聚的不同階段起著不同的作用。對于東部構造區，斷層在初次運移和聚集過程中起到重要作用，為垂向運移通道，如Romeral和Guaicaramo等斷裂體系，直接溝通油源和儲層(圖3)。不整合和連通砂體在二次運移中起主導作用，斷層與之配合，接替運移油氣，保證油氣能長距離運移到前陸盆地的斜坡帶，為油氣運移的橫向通道。對于中部和西部構造區，運移距離通常較短，以斷層為主要運移通道。另外，斷層是圈閉形成的重要條件，一個斷裂帶就是一個構造圈閉發育帶，也是有利的油氣聚集區帶。

4.2 油氣資源規模受主要儲層的控制

哥倫比亞主要油氣田的主力產層多為第三系，如亞諾斯盆地、中馬格萊德盆地等，占全國產儲量的60%以上。第三系以河流—三角洲相沉積體系為主，廣泛發育碎屑巖沉積，砂巖十分發育，物性好。砂巖百分含量大多在60% 以上，厚度大，儲集空間以粒間溶孔為主，屬高孔中滲的優質儲層。白堊系為第二位的產儲層，占全國產儲量的30%以上；以海相—三角洲相為主，多為碎屑巖沉積，也發育一定規模的灰巖，如中馬格萊德盆地，屬中孔中滲儲層。東部構造區的斜坡帶長期處于構造隆起部位，遭受風化，其基巖也是潛在的儲層，但目前還無油氣發現。

4.3 烴源巖控制著油氣的平面分布

生烴凹陷控制了油氣的平面分布，烴源巖的成熟度和生烴潛力控制了烴類的相態和油氣的富集程度。

東部構造區和中部構造區的上白堊統主力烴源巖生烴潛力大，成熟度最高，目前已處于成熟—過成熟階段，產生了大規模的油氣。如東部構造區的前淵帶，上白堊統埋藏深度達5 500 m以上，烴源巖過成熟，現今以產干氣為主。因而在東部和中部構造區，為最重要的油氣聚集區，且烴類相態以液態石油為主，但也產生一定規模的天然氣，天然氣約占油氣總資源量的20%～30%。而在西部構造區，由于烴源巖主要為第三系，埋藏淺，成熟度低，因而以未成熟油氣為主，資源規模較小。

5 勘探建議

1)東部構造區為重點勘探區，其次為中部構造區，有選擇性的進入西部構造區。

2)前陸盆地為重點勘探盆地。在東部構造區中，要以前陸盆地，尤其以亞諾斯盆地和普圖馬約盆地為重點；在中部構造區中，以上、中、下馬格萊德盆地為重點，其次為東科迪勒拉盆地；在西部構造區中，以科克和塞紐—圣賈斯通盆地為重點，逐步勘探其他盆地。

3)對于勘探層位，要以第三系為主，逐步加大白堊系及以前的老地層的勘探力度。

4)構造圈閉為重點勘探目標。對于中、西部構造區，以構造圈閉勘探為主；對于東部構造區，在以構造圈閉為重點的同時，應加大前陸盆地斜坡隆起帶的巖性地層和水動力圈閉勘探的力度。

5)對于資源類型，應以常規油氣，尤其是常規石油為勘探重點；逐步加大重油和天然氣的勘探力度，亞諾斯盆地的重油資源潛力也應得到足夠的重視。

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