被動大陸邊緣盆地對油氣形成的控制作用
——以墨西哥灣盆地為例

謝奮全，王黎棟，于炳松，張光亞，溫志新，徐海燕

（1.中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083； 2.河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊，河北秦皇島 066001； 3.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083； 4.中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

被動大陸邊緣盆地對油氣形成的控制作用
——以墨西哥灣盆地為例

謝奮全1，2，王黎棟1，于炳松3，張光亞4，溫志新4，徐海燕3

（1.中國地質大學（北京）水資源與環境學院，北京 100083； 2.河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊，河北秦皇島 066001； 3.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083； 4.中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

被動大陸邊緣盆地是現今全球發現油氣田數量最多的盆地類型，也是控制油氣形成最重要的盆地類型.以墨西哥灣盆地為例，分別闡述被動大陸邊緣盆地對烴源巖、儲層、蓋層、圈閉和運移的控制作用.結果表明：在被動大陸盆地的發育演化過程中為油氣形成提供連續穩定的時間和空間；提供烴源巖物源；提供優質的碎屑巖和碳酸鹽儲層；提供保存烴源巖并且形成蓋層和圈閉的蒸發鹽；提供烴源巖保存及蓋層形成的構造等.被動大陸邊緣盆地對油氣形成具有良好的控制作用.

被動大陸邊緣盆地；盆地原型；油氣形成；控制作用；墨西哥灣盆地

0 引言

盆地的原型（Proto-type）由Klemme H[1]提出后，人們對它進行研究.地質歷史過程中，盆地的構造和沉積發生繼承性的演化，現今盆地都是盆地在不斷發育演化過程中的疊合體.因為存在疊加的多樣性，在沉積的縱向和橫向上具有部分韻律小旋回.盆地發育的不同時期，生、儲、蓋組合及油氣的聚集不斷發生變化，只有對盆地發育的不同階段進行沉積構造分析，才能掌握油氣聚集規律，這是盆地原型分析的原理及其意義.

Bally A等[2]、Kingston D等[3]給出不同的盆地原型分類，目前比較被認可的分類方法為：克拉通盆地、裂谷盆地、被動大陸邊緣盆地、前陸盆地、弧前盆地和弧后盆地等6類.其中被動大陸邊緣盆地為現今油氣田最富集的一類盆地.郭建宇等[4]、劉劍平等[5]、汪偉光等[6]分別對南美洲、西非、南大西洋兩岸等被動大陸邊緣盆地的油氣地質特征進行研究，得出被動大陸邊緣盆地對生、儲、蓋等油氣地質特征具有重要的控制作用.袁慶東等[7]、劉祚冬等[8-9]、馮楊偉等[10]、李燕等[11]從構造沉積角度對川西北、西非等區域的被動大陸邊緣盆地進行分析，找出被動大陸邊緣盆地構造和沉積特征對油氣的控制作用；孫海濤等[12]、溫志新等[13]、何娟等[14]、王力等[15]對東非北美、澳大利亞、南大西洋等被動大陸邊緣盆地的油氣分布、影響因素及分布規律等進行研究，得出被動大陸邊緣盆地為油氣分布的有利地帶，并且是有特點、有規律的分布.

人們對被動大陸邊緣盆地的研究主要是從直觀角度分析它對油氣的分布、構造沉積演化、油氣地質特征的控制作用.筆者以墨西哥灣盆地為例，根據盆地原型理論，針對被動大陸邊緣盆地的發育演化經歷的裂谷前期、裂谷期和裂谷后期階段，在不同的階段形成不同的構造樣式和沉積層序，從而控制不同的生、儲、蓋組合的形成，以探討被動大陸邊緣盆地的形成發育對油氣地質特征的控制作用.

1 地質概況

被動大陸邊緣盆地一般位于印度洋、大西洋岸、北冰洋沿岸，3個地區的大陸邊界約占全球的60%[16].被動大陸邊緣盆地具有豐富的油氣資源儲量，形成目前世界上最為重要的油氣資源區帶，如南北大西洋兩岸邊緣、印度洋兩側、墨西哥灣及澳大利亞西北陸架等[17].Mann P等列出全球877個主要的油氣田，其中657個油氣田對應的原型盆地總數為2 001個，其中985個原型盆地為被動大陸邊緣盆地，占總盆地數量的49.23%[18]（見圖1）.

圖1 世界主要油氣盆地分類統計Fig.1 The world's major oil and gas basins classification statistics

被動大陸邊緣盆地橫跨陸殼和洋殼（主要位于大陸架、大陸坡、大陸基位置），被動大陸邊緣地區發生的盆地沉降是由地殼的機械減薄、地殼的熱收縮和沉積載荷引起的.在被動大陸邊緣盆地多期發展史的所有階段，構造背景以拉伸為主，因此盆地被稱為被動邊緣（或拉伸邊緣）、大西洋型邊緣或離散大陸邊緣盆地.

現今，被動大陸邊緣盆地是三疊紀晚期以后，在潘基亞大陸裂解時，受重力拉張作用，沿陸殼中轉換斷層，發生地慢流活動、陸殼衰減，從而引發海底擴張形成的[19].一個發育完全理想的被動大陸邊緣盆地應該包括裂谷前期、裂谷期、裂谷后期三大演化期次，相應的地層一般為裂前層序、裂谷層序、裂后層序.被動大陸邊緣盆地的演化十分復雜，形成范圍很大的特殊沉積層序和構造樣式[15]（見表1）.墨西哥灣盆地是在拉張背景下，隨著潘基亞大陸裂解，在墨西哥灣形成的典型的被動大陸邊緣盆地.

表1 世界主要被動大陸邊緣盆地構造演化期次及其沉積演化特征Table 1 The tectonic evolution and sedimentary evolution of the world's major passive margin basin in different times

墨西哥灣盆地基底為遭受變質作用改造的晚古生代碎屑巖，盆地從早三疊世開始發育，作為廣義的被動大陸邊緣盆地經歷裂谷期（裂谷盆地）和裂谷后期（被動大陸邊緣盆地）演化階段[8，20]（見圖2）.裂谷期（晚三疊世—中侏羅世）：晚三疊世潘基亞大陸解體，北美板塊—南美板塊—非洲板塊逐漸分離，導致裂谷的產生，墨西哥灣盆地開始發育，中侏羅世，裂谷進一步發展，墨西哥灣盆地沉積環境為淺海，發育大量碎屑巖和蒸發巖，盧安鹽層是該時期發育的（見圖2）.裂谷后期（晚侏羅世至今）：晚侏羅世開始海底擴張，進入裂后沉積階段，盆地中部陸殼的拉伸減薄加快，導致墨西哥灣盆地的沉積速率也隨之加快.

圖2 墨西哥灣盆地原型盆地的發育及構造沉積特征與油氣成藏之間的關系Fig.2 The relationship between the developmentof prototype basin、the tectonic sedimentary characteristics and hydrocarbon accumulation of gulf of Mexico basin

2 對油氣形成的控制作用

圖3 墨西哥灣盆地位置及油氣分布Fig.3 The position and oil and gas distribution of the gulf of Mexico basin

墨西哥灣盆地是世界上最重要的含油氣盆地之一，發現多個大小不等的油氣田[21]（見圖3）.地質歷史時期，盆地發育受地球動力學背景變化控制，盆地構造古地理變遷及不整合面的發育和隆拗格局的演化，包括多旋回沉積—剝蝕的動力學過程演變等，與盆地生、儲、蓋、油氣形成、巖性或構造圈閉的發育及油氣田分布具有密切聯系.由圖2可看出，墨西哥灣盆地是在裂谷期、裂谷后期盆地演化過程中發育匹配的生、儲、蓋形成多套成藏組合（見表2）.

表2 墨西哥灣盆地成藏組合Table 2 The reservoir combinations of gulf of Mexico basin

2.1 烴源巖

墨西哥灣盆地主要發育4套烴源巖：上侏羅統提塘階—牛津階烴源巖、下白堊統巴姆階烴源巖、上白堊統土侖階烴源巖和古近系斯巴爾他組烴源巖（見圖2）.文中以上侏羅統提塘階—牛津階烴源巖為例進行論述.提塘階—牛津階烴源巖發育于被動大陸邊緣盆地裂谷后期，提塘階烴源巖分布于研究區的北部和中部，牛津階烴源巖分布于研究區的南部邊緣，均以海相泥頁巖為主.提塘階—牛津階烴源巖的發育主要受地理條件、構造環境和蒸發巖發育等因素控制.

2.1.1 地理條件

溫度、光照和鹽度等條件是影響烴源巖發育的關鍵因素.古地磁、古生物、巖石礦物等表明三疊紀潘基亞大陸的裂解大致以非洲為中心展開，并不斷向北移動，墨西哥灣盆地從赤道開始逐漸遠離赤道（見圖2）.在赤道附近溫度較高，盆地處于淺海富氧環境，光照和鹽度適宜，促使有機物（藻類或者底棲生物）的大量生成.遠離赤道后，有機物因溫度、光照或鹽度發生變化而缺氧死亡，有機質的豐度迅速提高，為烴源巖的生成提供良好的物質條件.墨西哥灣盆地上侏羅統斯馬可夫組烴源巖下段紋層狀藻類灰質泥巖，即為藻類經歷大量繁殖至缺氧死亡并且被保存下來的碳酸鹽巖環境的沉積（見圖2）.該組烴源巖主要有機質類型是源自藻類的無定形生油型干酪根，由于藻類灰質泥巖有機碳質量分數為1.0%～2.0%，使整個斯馬可夫組下段（包括非烴源巖）的平均有機碳質量分數達到0.5%.下白堊統碳酸鹽巖為一廣闊的陸架，由于氣候和溫度適宜，陸架邊緣發育主要由厚殼蛤類構成的生物礁，也成為良好的烴源巖[22].

2.1.2 構造環境

被動大陸邊緣盆地裂谷期—裂谷后期的拉張構造環境比較穩定.從三疊紀晚期至今，墨西哥灣盆地處于穩定的拉張構造環境，為烴源巖分布提供廣闊的發育空間[23-24].如晚侏羅世內陸淺海邊緣為大陸架、陡沖斷層和臺地，為隨后由于海底擴張，大范圍海侵形成世界級烴源巖——提塘階海相鈣質頁巖提供發育空間.

2.1.3 蒸發巖發育

蒸發巖一般形成于海陸過渡環境—淺海環境.被動大陸邊緣盆地有利于蒸發巖的發育，尤其是裂谷期晚期.墨西哥灣盆地裂谷期晚期處于海陸過渡—淺海環境，加上赤道附近的炎熱氣候，導致墨西哥灣盆地在侏羅紀晚期形成分布廣、厚度大的蒸發巖，如盧安鹽巖.盧安鹽巖對提塘階—牛津階烴源巖的生成和成熟過程有顯著影響（見圖4）.

圖4 墨西哥灣盆地剖面Fig.4 Sectional view of the gulf of Mexico basin

盧安鹽巖形成以后，水體鹽度不斷增加，下部水體幾乎近于停滯，河流及湖泊中的大量藻類死亡，為上侏羅統斯馬可夫組烴源巖提供物質基礎；大量的鹽巖迅速堆積，使下部的暗色泥巖逐漸與氧隔絕，有效防止早期沉積的藻類遺體不斷地氧化分解，為有機質保存提供條件；盧安鹽層也成為熱流屏蔽器，防止熱量散失，使其下部地熱流局部集中，適宜的溫度有利于有機質的成烴轉化，另外鹽的高熱導率又起著“散熱器”的作用，它可以提高鹽層以上地層溫度，加速盧安鹽層上烴源巖的成熟過程；對于已經形成的油氣藏，盧安鹽巖超壓封閉，延緩烴類的裂解.

2.2 儲層

被動大陸邊緣盆地對儲層發育的控制主要體現在對沉積環境的控制.墨西哥灣盆地的儲層主要為新生代碎屑巖儲層，尤其是新近系海底扇濁積砂巖中的席狀砂或由席狀砂疊合而成的砂體儲層.其次為晚侏羅系和早白堊系期間的淺海碳酸鹽巖儲層（見圖2）.

2.2.1 碎屑巖

裂谷期的沉積環境主要為河流、三角洲、湖泊或陸緣淺海，在這些沉積環境中充填巨厚的碎屑沉積物，可以形成優質的儲層.墨西哥灣盆地在裂谷期部分區域形成碎屑巖儲層.裂谷后期裂谷邊緣沉積物隆起和削蝕、陸殼收縮塌陷形成大量的碎屑物質.墨西哥灣盆地裂谷后期古近紀—新近紀海平面下降時期，大陸坡和大陸基沉積厚層的扇—濁積巖層序，成為墨西哥灣盆地的主要儲層.

2.2.2 碳酸鹽

裂谷期形成的裂谷層序的頂底面一般有不整合面存在，多為角度不整合，延伸到大陸內部狹長的海灣，有助于形成局限淺海環境，沉積碳酸鹽巖儲層[25].墨西哥灣盆地在裂谷期形成有利于發育碳酸鹽儲層的有利空間.裂谷后期的海底擴張期間，碎屑巖供應很少，一般沿大陸邊緣沉積碳酸鹽巖.墨西哥灣盆地晚侏羅—白堊紀形成厚度極大、分布廣泛的碳酸鹽臺地，成為墨西哥灣盆地良好的儲層[18].

2.3 蓋層

常見的蓋層有泥巖、頁巖、蒸發巖（石膏、鹽巖）和致密灰巖，其中以蒸發巖為最好.墨西哥灣盆地蓋層主要為中、晚侏羅世的蒸發巖，如盧安鹽蓋層，還有古近紀—新近紀的泥頁巖蓋層（見圖2）.盆地的裂谷期發育大量的鹽巖，盧安鹽是在裂谷期發育的，成為墨西哥灣盆地常見的蓋層.古近紀—新近紀墨西哥灣盆地為被動大陸邊緣盆地，裂后階段構造相對穩定，沉積環境單一，盆地中發育厚度極大、分布較廣的泥頁巖，成為良好的封蓋層.

2.4 圈閉與運移

墨西哥灣盆地主要圈閉類型包括斷層形成和鹽構造形成的圈閉，也有少部分地層圈閉.運移主要通過斷層實現.

2.4.1 斷層

目前，有關斷裂在活動期和靜止期是起通道作用還是封堵作用的認識趨于一致，斷裂的作用與斷裂的性質無必然的聯系，而是和斷裂發育的時期有關.在活動期，斷裂主要作為運移通道，在靜止期斷裂主要起封堵作用[26-28].被動大陸邊緣盆地構造背景主要以拉張作用為主，一般形成地塹式深大滑脫正斷層，近地表的斷層不斷地并入滑脫斷層，滑脫斷層沿裂谷軸展布，向內彎曲并沿裂谷長軸形成大規模的勺狀凹陷.斷層形成典型的側向封堵，阻止油氣穿過斷面運移；斷層具有垂向封閉性，阻止烴類沿斷面向上逸散，形成重要的油氣儲集和圈閉空間.

由墨西哥灣盆地海岸—深海剖面（見圖4）可以看出：侏羅系至今持續發育斷層，主要以正斷層為主，也有少量的逆斷層，而且在陸坡處最為發育.一般斷層總是遵循活動—靜止—再活動—再靜止的多期次重復演化過程，墨西哥灣盆地發育的裂谷期和裂谷后期也出現活動斷裂和靜止斷裂交替出現的小旋回.如侏羅紀成藏組合（Jurassic structural），在上覆白堊系巖層壓力作用下，斷裂靜止期斷裂帶內部的斷層泥塑性變形并很快填塞優勢裂隙，使得該層失去滲透能力，變為封閉狀態，形成良好的圈閉；斷裂活動期，斷裂切穿上侏羅統提塘階—牛津階烴源巖，而且還切穿以上侏羅系致密鈣質頁巖、白堊系泥巖頁巖、盧安鹽巖為主的蓋層，形成良好的運移通道，為墨西哥灣盆地上侏羅世—下白堊世成藏提供有利條件.

2.4.2 鹽巖

鹽構造有利于鹽下部圈閉的保存.在以壓力為主的構造作用過程中，應力可以在鹽下圈閉被釋放，有利于高幅度構造的保存，從而形成大型圈閉.大量厚層、廣泛分布的鹽層容易發育鹽底辟構造（見圖4），與裂谷期的烴源巖層可以組成一個空間體系，有利于形成大型油氣藏.鹽上儲層和鹽下儲層與烴源巖的距離遠近不同，地層中的孔隙流體壓力也不同，因此油氣聚集、封閉及保存條件也存在一定的差異，油氣藏大多形成于鹽下的高壓系統中；鹽上常壓系統不利于油氣聚集、封閉和保存[4，29].

墨西哥灣盆地陸坡及深水區鹽構造特別發育，主要發育在裂谷后期，一般沿斷層侵入上覆地層，從而使上覆地層發育眾多小盆地（見圖4）.墨西哥灣盆地的鹽巖對圈閉的形成和運移都有重要的控制作用.鹽巖形成的構造包括鹽枕、鹽丘、鹽底辟、龜狀構造，以及以鹽巖為核部的背斜等（見圖4），都可能發育形成拱形或穹隆圈閉，由于受鹽刺穿或逆沖褶皺作用，也可能導致上覆地層形成穹窿圈閉[9].

3 結論

（1）被動大陸邊緣盆地構造環境相對穩定，為生、儲、蓋層發育及油氣的運移和圈閉提供連續的、穩定的時間和空間.

（2）被動大陸邊緣盆地裂谷期，由于存在拉張作用，出現海侵并持續擴大，并且盆地位于赤道附近，氣候炎熱干燥，有利于形成厚層的鹽巖，為烴源巖的形成提供有利條件，從而形成良好的蓋層及油氣圈閉.

（3）由于存在板塊的漂移，被動大陸邊緣盆地從裂谷期到裂谷后期緯度發生變化，使溫度、光照和鹽度等條件發生變化，出現有機物的大量繁衍，為烴源巖的生成提供物源.

（4）在被動大陸邊緣盆地發育和演化過程中，有利的沉積環境控制優質儲層的發育.裂谷期沉積環境主要為河流、三角洲、湖泊或陸緣淺海，有利于生成碎屑巖儲層；裂谷后期主要為淺海環境，有利于碳酸鹽巖儲層形成，由于持續拉張，裂谷邊緣沉積物隆起和削蝕、陸殼收縮塌陷形成大量碎屑物質，進而形成優質儲層.

（5）被動大陸邊緣盆地處于持續的拉張環境，發育多期次的正斷層（尤其是裂谷期），斷層的形成對油氣起運移通道或封堵作用，確保良好圈閉的形成.

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TE122.1

A

2095-4107（2014）04-0010-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.04.002

2014-04-14；

陸雅玲

國家科技重大專項（2011ZX05028-003）

謝奮全（1987-），男，碩士研究生，主要從事沉積地質學及環境分析方面的研究.