西非油气成藏主控因素及勘探方向
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发布时间：2022-05-13 11:15
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时间：2023-10-09 01:47
林卫东1，2 陈文学1 熊利平1 高宇庆1
（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学（北京）博士后流动站，北京100083）
摘要 西非海岸盆地群是典型的裂谷和被动陆缘叠合盆地，盆地经历了前裂谷阶段、同裂谷阶段、过渡阶段和被动*边缘阶段等4个演化阶段。发育盐下裂谷期湖相泥岩和盐上海相页岩两套主力优质烃源岩，油气主要富集在古近-新近系广泛发育的滚动背斜和盐岩相关构造圈闭内的三角洲及水下扇碎屑岩储层中。盐岩相关构造、滚动背斜构造以及盐下裂谷建造是西非主要勘探方向和领域，西非南北两段低勘探程度地区有一定的勘探潜力。
关键词 西非 盆地演化 成藏主控因素 勘探潜力
Pool Forming Constrains and the Hydrocarbon Exploration Potential of the West Africa Coast Basins
LIN Wei-dong1，2，CHEN Wen-xue1，XIONG Li-ping1，GAO Yu-qing1
（1.Exploration ＆ Proction Research Institute，SINOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）
Abstract West Africa coast basins are typical rift and passive margin basins which had experienced four tectonic evolution periods of pre-rift，syn-rift，transition and passive margin.Pre-salt lacustrine shale and post-salt shallow marine shales is the main source rocks of the west coast basin.Hydrocarbon accumulated mainly in deltaic，and subfan clastics of the tertiary rollover anticline and salt structures traps，which and subsalt rift plays are the exploration areas of the west Africa.Low exploration basins in north and south west Africa coast have certain hydrocarbon potential.
Key words west Africa basin evolution pool forming constrains hydrocarbon potential
非洲大西洋边缘地带长达1万余千米，发育60多个盆地，总面积763.8×104km2，油气资源丰富，已探明石油可采储量105653 MMbbl，占非洲总储量的42.5%，天然气储量265.5TCF，占非洲总储量的30%［1］。西非国家与中国有良好的外交关系，中国三大石油公司目前均在西非有勘探开发区块，目前集中在南段中北部的尼日尔三角洲、加蓬海岸和下刚果等盆地。加深对西非盆地成藏主控因素和勘探潜力的研究，将有助于进一步拓宽西非勘探开发领域，获取更多的投资机会。
1 区域地质背景
西非海岸盆地群在结构和演化过程上有一定的相似性，均为裂谷和被动陆缘叠合盆地，经历了前裂谷阶段、同裂谷阶段、过渡阶段和被动*边缘阶段等演化过程，由于南北大西洋裂开的时序性和大地构造背景有差异，以“几内亚鼻”为界，西非南北两段盆地群在两期成盆规模和沉积充填特征上有较大的差异，从根本上决定了西非盆地油气富集程度的悬殊。
1.1 前裂谷阶段
前裂谷阶段残留沉积主要分布在西非北段。西北非地区在前裂谷阶段经历了前海西期的伸展运动以及后期的加里东和海西造山运动的挤压、改造和破坏作用。前裂谷沉积包括前寒武系—泥盆系。根据地震资料解释，在塞内加尔盆地深海部分发育5000m以上前中生界［2］，其中寒武系厚1200m左右，奥陶系砂岩厚约1400m，志留系包含400m的北非区域性分布的页岩优质烃源岩，泥盆系为400m左右的砂泥岩地层。
1.2 同裂谷阶段
西非海岸盆地群同裂谷阶段的发展主要受控于中新生代大西洋的形成与演化。二叠纪末—早白垩世，联合古陆（Pangea）受地球内部热事件作用，在非洲形成多期裂谷，其中受3期热事件作用，在现今大西洋先后形成了北、南两个裂谷，并最终演化为大西洋。第一期热事件是210Ma前中大西洋岩浆省Camp地幔柱的喷发，形成了当时的Newark裂谷体系的一部分，西非北段裂谷盆地群在此基础上开始了裂谷阶段的沉积［3］。第二期热事件是Karroo地幔柱的爆发，位于现今非洲东南海岸的Karroo地幔柱于183Ma的爆发导致冈瓦纳*裂解，并在180～133Ma期间，导致包括南大西洋裂谷在内的裂谷在非洲*陆内和*边缘广泛发育。第三期热事件是位于现今南大西洋南段的Tristan地幔柱的喷发（图1）。Tristan地幔柱在131Ma的喷发导致南美板块离开非洲-阿拉伯板块，南大西洋从Tristan地幔柱喷发点开始扩张，南美板块迅速旋转离开非洲-阿拉伯板块，而非洲板块以现今7°N，11°E 处浅源地幔柱为轴逆时针旋转了45°，西非海岸裂谷盆地开始形成［4］。
受大西洋形成发育过程的控制，西非南北两段裂谷盆地的规模和沉积充填特征有较大的差异。北段同裂谷阶段的勘探程度较低，根据USGS资料，推测西北非裂谷阶段沉积一定厚度的三叠系陆相碎屑岩，其厚度在海上相对较大，往陆地方向减薄［2］，其中可能发育富含有机质的湖相烃源岩。西非南段多数裂谷盆地的形成则主要始于白垩纪，为受NNW向和NEE向基底断裂制约的一系列NW向断陷、断垒，东西相间排列［5］；受NEE向转换断裂影响，断陷在南北方向上以横向隆起各段错开，形成次级盆地。西非南段同裂谷阶段沉积了一套非海相地层，底部岩性为砾岩、长石石英砂岩和泥岩，向上逐步过渡为灰岩、砂岩和泥岩互层段，晚期由于纽康姆世末再一次发生了强烈的伸展，发育了深湖相的泥岩沉积，形成了西非海岸盆地盐下最主要的一套烃源岩。
图1 中生代Pangea泛*地幔柱的喷发与大西洋沿岸盆地群的发展演化
（据参考文献［4］修改）
1.3 过渡阶段
西非南北两段海岸盆地群的裂谷作用分别在三叠纪末和晚白垩世初趋于结束。之后南段开始区域抬升、反转和遭受剥蚀，形成了裂谷层序与过渡层序之间的区域性不整合。而后，在夷平的、非海相充填的裂陷盆地之上，底部沉积了一套海相砾岩地层。在这套过渡砾岩地层之上，开始了西非海岸广泛的蒸发岩沉积。北段裂谷盆地群过渡阶段与南段有较大不同，即同裂谷期后没有经过区域性的抬升和剥蚀，盐岩与同裂谷沉积之间没有明显的区域性不整合。盐岩是西非过渡阶段广泛发育的一套层序，既是盐下成藏组合的优质盖层，又是盐上组合构造发育的重要因素，对西非油气成藏和富集具有重要意义。西非盐岩层序在南北两段盆地群的分布有较大的不同：①沉积时间不同，北段沉积于晚三叠世，而南段则沉积于早白垩世末Aptian阶沉积时；②南段沉积范围广，Aptian阶沉积时在Walvis海岭和Cameroon之间约100×104km2的范围内接受了盐岩层序的沉积［4］，而北段盐盆的发育面积较小，并且不同凹陷之间相互隔离；③南段盐岩层序的厚度较薄，一般厚几十米到数百米，而北段普遍较厚，最厚可达到数千米。
1.4 被动*边缘阶段
西非南北两段盆地群在被动*阶段的构造背景相似，以宽缓的坳陷沉积为主，仅在发育时间上存在差异。北段在侏罗纪处于被动*阶段，而南段则在晚白垩世才开始接受海相沉积并与北段开始同步演化。被动*边缘阶段的构造相对稳定，由于巨厚的上白垩统和古近-新近系的快速沉积，盆地内广泛发育与同生断层相关的滚动背斜和盐岩相关构造［6］。西非被动*盆地的沉积主要受控于全球海平面相对变化、裂谷期构造背景和物源供给。盐上被动*边缘沉积层序自下而上分为碳酸盐岩和碎屑岩两套层序，碳酸盐岩层序在西非北段非常发育，沉积厚度在数千米，主要与侏罗纪相对海平面上升有关，而南段碳酸盐岩地层欠发育，厚度相对较小。碳酸盐岩之上的碎屑岩层序以大规模的三角洲、水下扇等过渡相沉积为主，在这些沉积中聚集了西非绝大多数的石油。西非海岸大型三角洲和水下扇沉积体系发育的主控因素是白垩纪热事件在西非形成的裂谷体系，这些裂谷在古近-新近纪发育成了一些大型的河流，陆源碎屑沿这些河流进入盆地形成巨大的过渡相沉积，例如，与尼日尔河相关的尼日尔三角洲，与刚果河有关的刚果扇以及与奥润枝河有关的奥润枝盆地。
2 成藏主控因素
2.1 发育多套烃源岩，生烃潜力巨大
西非海岸盆地发育志留系、侏罗系、白垩系和古近-新近系等多套烃源岩，白垩系和古近-新近系烃源岩是西非地区的主力烃源岩（图2）。
图2 西非海岸主要盆地生、储、盖分布与组合图
白垩系烃源岩在西非海岸盆地群都有发育，是西非分布最为广泛的烃源岩。白垩系烃源岩在北段阿尤恩-塔尔法亚（Aaiun Tarfaya）盆地和塞内加尔（Senegal）盆地以开阔海相页岩为主，在南段以湖相暗色页岩为主。白垩系烃源岩在西非南段普遍丰度高，如下刚果盆地早白垩世尼欧克姆阶的Bucomazi组、加蓬盆地的Melania组和宽扎盆地的Binga组湖相暗色页岩的有机碳分别可达30%，20%，6.3%，有机质类型以Ⅱ型为主，现处于生油阶段［7］。
古近-新近系烃源岩广泛分布在几内亚湾的尼日尔三角洲盆地、下刚果盆地和宽扎盆地，是西非另一套主力烃源岩。古近-新近系烃源岩和白垩系烃源岩相比，丰度和有机质类型稍逊，如尼日尔三角洲盆地的 Akata 组前三角洲相和开阔海相页岩，其TOC为0.5%～4.4%，平均为1.7%，为Ⅱ-Ⅲ型有机质，但古近-新近系巨厚的沉积规模弥补了源岩质量的不足，为形成西非最大的石油储集提供了雄厚的物质基础。
志留系烃源岩主要发育在西非北段的阿尤恩-塔尔法亚（Aaiun Tarfaya）盆地和塞内加尔（Senegal）盆地，这套烃源岩属于前裂谷期沉积。根据地表露头资料，志留系黑色页岩类烃源岩的厚度在40m左右，有机碳含量为1%～5.5%，以无定型干酪根为主，Ro值在0.9%～1.3%之间，西非海岸盆地北段志留系烃源岩在成因、环境以及质量和丰度上与北非古达米斯盆地和穆祖克盆地Tanezzuft组放射性页岩均非常相似，为西非海岸盆地北段一套潜在的优质烃源岩［8］。
侏罗系烃源岩主要分布在阿尤恩-塔尔法亚（Aaiun Tarfaya）盆地，属于后裂谷被动陆缘开阔海页岩沉积，有机碳含量为1.47%～2.49%，有机质类型为Ⅱ型，白垩系坎佩尼期已经成熟，目前处于生气阶段。
2.2 中新生界储盖组合油气富集
西非地区中新生界侏罗系—新近系共有40多个产油气层，以裂谷期后过渡阶段盐岩及相对应的地层为界面，分为盐下、盐间和盐上3套储盖组合，油气主要富集在白垩系和古近-新近系碎屑岩储层中（表1）。盐下储盖组合以下白垩统砂岩为主要储层，属于裂谷期陆相河流-湖盆沉积建造，在西非南段的下刚果盆地、加蓬盆地、宽扎盆地、纳米比亚盆地和西南非海岸盆地广泛发育，储层物性好，孔隙度在10%～30%，渗透率在（100～5000）×10-3μm2之间。下白垩统储层和其上覆的区域性分布的盐岩构成了良好的储盖组合。盐上储盖组合在西非南段以上白垩统—新近系为主力储层，以中段的尼日尔三角洲盆地、下刚果盆地和宽扎盆地的被动陆缘阶段三角洲和水下扇砂体最为发育。这些盆地的古近-新近系储层规模巨大，物性好，例如尼日尔三角洲古近-新近系Agbada组厚度可达3500m，孔隙度为15%～40%，渗透率（100～5000）×10-3μm2，是西非主要产油层。盐上组合在西非北段以碳酸盐岩储层为主，储层规模较小，主要分布在西非北部的阿尤恩-塔尔法亚（Aaiun Tarfaya）盆地和塞内加尔盆地，以礁体为主，目前在碳酸盐岩储层中发现的储量非常有限［9］。
表1 西非探明可采油气分布
盐间储盖组合分布局限，仅在西非中段的下刚果盆地和宽扎盆地有小规模的分布（表1）。
2.3 圈闭和成烃匹配
西非地区以构造圈闭为主。不同阶段圈闭特征有很大的区别。盐下构造层主要受控于裂谷期的伸展构造作用，以正断层为主，形成翘倾断块和褶皱构造圈闭。由于剥蚀作用，裂谷系隆起区经过剥蚀形成碳酸盐岩发育区，成为上覆地层的披覆构造。裂谷期圈闭规模一般较小，目前尚未发现大规模储量。
盐岩相关构造和滚动背斜构造是西非盐上被动*层序内最发育的两类圈闭。盐岩相关构造主要受盐运动控制，盐丘在刺穿过程中，引起围岩强烈变形，盐核周围地层向上翘起，盐核顶部地层向上隆起形成背斜，并伴生一个复杂的地堑断裂系。与盐岩相关的圈闭样式繁多，主要有盐丘上部复合背斜构造、龟背式背斜圈闭、盐丘上部断背斜、盐丘上部复合地堑系统断层圈闭、盐墙侧翼砂体上倾尖灭地层圈闭和断层遮挡圈闭以及岩性尖灭复合圈闭等（图3）。盐构造活动从东至西，在邻近陆上的基底露头处盐岩变形小，向海上伸展构造发育，再向西为过渡构造（与盐垂向运动有关），最后盆地西边界发育复杂的与盐的挤压变形相关的构造。
图3 下刚果盆地盐岩相关构造
图4 尼日尔三角洲滚动背斜油藏聚集模式
滚动背斜圈闭是盐上另一类重要的圈闭类型，主要发育在尼日尔三角洲盆地古近-新近系中。滚动背斜的形成与前三角洲相沉积的阿卡塔组粘土岩的塑性流动有关，是在重力或差异压实等作用下，因生长断层下降盘岩层发生弯曲所形成的逆牵引构造。构造幅度一般不大，成丘状，圈闭面积小，多在10km2以下，分布在同生断层的南侧，常见有基本没有错断的单纯滚动背斜和由多条断层与主要同生断层作用下形成的滚动背斜。后者在尼日尔三角洲盆地中分布较为普遍，约有70个油田（图4）。
岩性圈闭是目前储量发现较少的圈闭类型，主要为砂岩尖灭型和碳酸盐岩礁体两大类，其中前者主要发育在西非南段被动陆缘三角洲和水下扇体中，而后者则主要在西非北段碳酸盐岩发育的中新生界中。
西非油气区圈闭的形成和生烃期有良好的匹配关系。西非地区圈闭主要是在晚白垩世开始形成，古近-新近纪定型，绝大多数盆地烃源岩和圈闭形成同期进入生油阶段，之后持续沉降埋藏，生油期和烃类充注期长且不间断。由于被动陆缘阶段西非构造稳定，烃类通过断层和砂体输导体系进入滚动背斜和盐岩相关构造成藏后未经过改造和调整，形成了许多整装原生大油田。
3 勘探潜力分析
西非海岸盆地具有相似的油气地质特征，成藏条件优越，油气具有成带分布的特点，整体勘探程度较低，具有较大的勘探前景。目前，中国三大油公司在西非已获得多个勘探开发区块。
3.1 几内亚湾地区较高勘探程度盆地勘探潜力
西非中段几内亚湾地区具有优越的石油地质条件，尽管勘探程度相对较高，但仍有很高的勘探潜力。
尼日尔三角洲盆地是西非油气最为富集的盆地，截至目前，已发现探明可采油气97849 MMboe。盆地油源条件优越，储层性能好，古近-新近系中生储盖组合发育齐全、配套好。尼日尔三角洲盆地主体勘探程度很高，深海较新沉积带的勘探程度较低，其石油地质条件与邻区相似，是下一步勘探的首选区域。
下刚果盆地是西非探明资源仅次于尼日尔三角洲盆地的富油气区之一。盆地共有232个油气发现（海上198个，陆上34个），已探明总油气当量12103MMbbl（海上11129Mbbl，陆上974MMbbl）。盆地盐下和盐上均有良好的成藏条件，但目前的主要发现集中在盐上被动陆缘层序中，盐下由于埋藏深，勘探程度相对较低，有较大的勘探潜力。
加蓬盆地分为北加蓬次盆和南加蓬次盆，目前油气发现主要集中在北加蓬次盆，勘探程度相对较高，且大部分掌握在西方石油公司手中，获得勘探开发的机会很小。而南加篷次盆的近海和北加蓬次盆的近海陆上部分，由于长年战乱，勘探程度相对较低，但具备油气成藏的基本条件，有一定的勘探潜力，是下一步评价和跟踪的重点目标区。
3.2 西非南北两段低油气发现程度盆地勘探潜力
3.2.1 北段油气低发现程度盆地勘探潜力
西非北段发育阿尤恩-塔尔法亚盆地和塞内加尔盆地两个盆地，盆地面积分别为33.28×104km2和104×104km2。两个盆地总体勘探程度很低，截至2006年12月，该盆地总钻探79口井，其中油井2口，油气显示井3口，其余均为干井，探井成功率很低。塞内加尔盆地的大部分只进行了有限的勘探活动，钻井密度约为每10000km2一口新区野猫井。
西非北段发育多个成藏组合，以中生界生油岩为源的组合有较大的勘探价值。另外，根据钻井和地表调查资料，西非北段还发育前裂谷期志留纪的Tanezzuft组放射性页岩烃源岩，这套源岩在北非分布广泛，是穆祖克盆地和古达米斯盆地的主力烃源岩，其丰度可达2%～20%，据此推测以Tanezzuft组放射性页岩为源、以三叠系盐岩为区域盖层的成藏组合可能是北非另一套主要的成藏组合。
3.2.2 南段低油气发现程度盆地勘探潜力
西非南段西南非海岸盆地和纳米勃（Namibe）盆地勘探程度低，西南非海岸盆地近50×104km2的范围内仅钻井80口，而纳米勃（Namibe）盆地更是世界上极少数没有勘探的地区。这两个盆地与西非其他富油气盆地具有相似的形成、演化特征，均经历了前裂谷、同裂谷和后期的热沉降阶段，不同程度地发育下白垩统烃源岩，具有相似的成藏条件。特别是西南非海岸盆地的Orange次盆沉积盖层厚度大（＞7000m），下白垩统早阿普第阶缺氧页岩在南大西洋有大面积沉积，厚度在40～146m之间，有机碳含量为1.61%～2.6%，最高达25%，氢指数（HI）为180～800mgHC/g，生烃潜力为3～20kgHC/t（最大159kgHC/t）。埋深史研究表明，Orange次盆阿普第阶（Aptian，K1）生油岩在大面积范围内处于生油窗内，具有很好的烃源条件，现有发现及已有地震资料已经识别出多种类型的圈闭，包括掀斜断块、地层尖灭及披覆构造等，特别是该区广泛发育的压实及重力滑塌构造，因此Orange次盆具备形成油气田的基本条件，是西南非南段主要的成藏单元和重点勘探目标区。
参考文献
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