西非北部盆地的形成演化与中生代— 新生代以来的冈瓦纳大陆解体、中大西洋持续扩张以及北美板块和非洲板块的分离密切相关^[17], 经历了前寒武纪— 二叠纪前裂陷、三叠纪— 早侏罗世裂陷, 以及中侏罗世至今的陆缘3个阶段的构造演化, 伴随中大西洋的裂开, 西非北部自南向北发育塞内加尔盆地、阿尤恩— 塔尔法亚盆地、索维拉盆地和杜卡拉盆地(图1)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 西非北部重点盆地和主要油气田分布Fig.1 Distribution of the key basins and major oil and gas fields in the northern part of West Africa

三叠纪受冈瓦纳大陆和劳亚古陆开裂影响, 西非北部地区整体表现为拉张、伸展的构造背景, 发生大规模的裂谷作用。三叠纪— 早侏罗世的里阿斯期, 中大西洋发生初始张裂, 三叠纪末期— 早侏罗世在摩洛哥地区形成了一系列相互独立的裂陷盆地, 向南开裂发生的时间更晚, 断陷层系沉积较薄。

中侏罗世西非北部地区洋壳形成, 进入被动陆缘盆地演化阶段。期间发生了两期构造反转, 第一期为晚白垩世伊比利亚板块与非洲板块碰撞引起的构造反转, 第二期为新生代阿特拉斯造山运动引起的构造反转和褶皱作用。

上述构造演化形成了下断上坳的盆地结构, 即由裂谷期断陷湖盆沉积和被动大陆边缘期海相楔型沉积体叠合而成的沉积盆地。由于中大西洋自北向南张裂, 西非北部盆地也表现为北段裂谷发育时间长、沉积地层厚、坳陷层系薄, 向南裂谷发育时间短、沉积地层减薄、坳陷层系变厚的特点(图2)。受下伏裂谷发育特征及上覆坳陷发育期物源地形及沉积充填速率等因素影响, 不同盆地的结构特征各异, 沉积充填特征差异很大, 以此为基础, 将西非北部系列被动大陆边缘盆地进一步细分为断陷型、断坳型和坳陷型3个亚类。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 西非北部重点盆地典型地质剖面(据文献[18]修改)Fig.2 Typical geological section of the key basins in the northern part of West Africa (modified after reference [18])

断陷型盆地呈下断上坳结构, 其典型特征是具有下伏裂谷层系较厚、上覆坳陷层系较薄的盆地结构, 如杜卡拉盆地和索维拉盆地(图2(a)); 断坳型盆地的裂谷层系与坳陷层系均较发育, 如阿尤恩— 塔尔法亚盆地(图2(b)); 坳陷型盆地纵向上裂谷层系不发育、坳陷层系厚度大, 横向上显示出窄陆架、陡陆坡的特征, 如塞内加尔盆地(图2(c))。目前, 仅在塞内加尔盆地发现了较为丰富的油气储量^[1]。

受构造演化作用的影响, 西非北部盆地沉积了裂前、断陷和被动陆缘3套沉积层系(图3)。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 西非北部重点盆地地层综合柱状剖面Fig.3 Comprehensive histogram profile of strata in the key basins in the northern part of West Africa

裂前层系主要指古生代在北非地区广泛发育的克拉通沉积, 目前钻遇探井极少。根据区域、露头及北部钻井资料分析, 在索维拉盆地、杜卡拉盆地和塞内加尔盆地局部残存有志留系海相页岩^{[19, 20]}。

断陷层系是中大西洋早期裂解的产物, 塞内加尔盆地和阿尤恩— 塔尔法亚盆地发育河流相和泛滥平原沉积, 以三叠系河流、湖泊和三角洲等陆相沉积为主。晚三叠世— 早侏罗世, 湖泊沉积体系发育, 后期受到北部裂谷作用与中大西洋海水入侵的影响, 形成稳定的局限海水厌氧环境, 盆地水体处于闭塞的干旱蒸发环境下, 沉积了区域性稳定的巨厚盐岩(图3), 最大厚度可达2 000 m, 盐岩沉积一直持续到早侏罗世^[5], 这套盐岩分布不均衡, 主要分布于塞内加尔盆地、阿尤恩— 塔尔法亚盆地和索维拉盆地。后期沉积物的沉积及卸载作用导致盐岩产生盐底辟、盐舌和盐挤等多种盐构造样式^{[21, 22]}。

被动陆缘层系包括了中侏罗世至今多个时代的地层, 受海平面升降、构造运动及物源供给等影响, 可划分为早期和晚期两个阶段。早期阶段(中侏罗世— 白垩纪阿普特期)伴随中大西洋开裂, 西非北部沿岸形成镶边台地— 陡坡— 深水盆地沉积环境, 由于物源供给匮乏, 台地上发育碳酸盐岩礁、滩等碳酸盐岩建造, 陡坡下部发育深水泥页岩, 可形成海相优质烃源岩。晚白垩世伊比利亚板块与非洲板块碰撞, 引起构造反转并形成断裂, 使陆架台地边缘发生抬升和风化淋滤作用, 形成风化壳岩溶和碳酸盐岩内幕岩溶等有利储集层。晚期阶段(白垩纪阿尔布期至今)气候温暖、河流发育、物源供给充沛, 在陆架缓坡区发育三角洲和扇三角洲, 陡坡带下部发育海底扇、深海浊积岩以及半深海、深海页岩沉积。自北向南发育层位逐渐变新。晚白垩世塞诺曼期, 中大西洋和南大西洋完全连通, 全球海平面上升, 上升流促进了生物繁盛, 中低纬度的高温及干旱气候有利于使陆表海、半深海和深海区处于厌氧还原环境, 有利于烃源岩的保存, 西非海域广泛沉积了塞诺曼阶— 土伦阶海相页岩的优质烃源岩^[7]。

西非北部地区主要发育志留系、三叠系、下侏罗统、上侏罗统、下白垩统和上白垩统多套烃源岩, 以侏罗系和白垩系的烃源岩最为重要(表1, 图4)。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 西非北部重点盆地烃源岩特征 Tab.1 Characteristics of source rocks in the key basins of the northern part of West Africa 演化阶段 层系 所在盆地 沉积环境 烃源岩岩性及地球化学指标 被动陆缘盆地 上白垩统 阿尤恩— 塔尔法亚盆地 海相 页岩, TOC含量大于3.0%; 高HI, 最高可达900 mg HC/g TOC; 干酪根类型为II型和III型 塞内加尔盆地 下白垩统 索维拉盆地 海相 泥页岩, TOC含量为0.8%~4.0%, 平均1.3%; II型干酪根, HI介于150~400 mg HC/g TOC; Ro为0.6%~1.3% 阿尤恩— 塔尔法亚盆地 中— 上侏 罗统 索维拉盆地 海相 黑色页岩, 腐泥型有机质, II型干酪根, TOC含量为0.5%~4.3%; Ro为0.7%~0.9% 阿尤恩— 塔尔法亚盆地 塞内加尔盆地 坳陷 下侏罗统 索维拉盆地 阿尤恩— 塔尔法亚盆地 湖相 泥质灰岩, TOC含量为1.5%~2.5%; II型干酪根, Ro大于0.7%; S2为8~14 mg HC/g 岩石 三叠系 索维拉盆地 湖相 页岩, 干酪根类型为I型和II型; TOC含量为2.0%~35.0% 阿尤恩— 塔尔法亚盆地 裂陷 志留系 杜卡拉盆地 海相 黑色笔石页岩, II型和III型干酪根; TOC含量为1.0%~5.5% 索维拉盆地 塞内加尔盆地 注: TOC为总有机碳(total organic carbon); Ro为镜质体反射率, %; HI为氢指数, mg HC/g TOC; S2为将单位质量烃源岩样品加热到300~600 ℃时获得的烃量, mg HC/g岩石。

表1 西非北部重点盆地烃源岩特征 Tab.1 Characteristics of source rocks in the key basins of the northern part of West Africa

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 西非北部盆地主要烃源岩和储集层分布Fig.4 Distribution of major source rocks and reservoirs in the key basins of the northern part of West Africa

志留系烃源岩是北非地区克拉通内坳陷广泛发育的一套重要烃源岩, 杜卡拉盆地、索维拉盆地和塞内加尔盆地的陆上探井已证实其存在, 但受地质资料限制, 勘探程度较低, 还无法确定其他盆地及海域志留系烃源岩的分布范围。

三叠系— 下侏罗统烃源岩为断陷期沉积于地堑— 半地堑内富含陆相有机质的湖相页岩, 主要分布在杜卡拉盆地、索维拉盆地和阿尤恩— 塔尔法亚盆地的塔尔法亚次盆。阿尤恩— 塔尔法亚盆地海域已发现的油气田主要源于该套烃源岩, 以生气为主。烃源岩TOC含量为1.5%~2.5%, 干酪根类型为II型, S₂值为8~14 mg HC/g岩石, HI大于400 mg HC/g TOC。该套烃源岩生油窗深度2 300 m, 而生气窗深度处于3 600 m附近。烃源岩可能在古近纪— 新近纪早期进入生气窗。

中— 上侏罗统和下白垩统烃源岩是被动陆缘早期形成的烃源岩, 分布广泛, 在台地区埋藏浅, 成熟度低, 向盆地区埋深逐渐增大, 可达成熟— 过成熟。索维拉盆地上侏罗统牛津阶海相黑色页岩的干酪根类型为II型, TOC含量为0.5%~4.3%, R_o值为0.7%~0.9%, 在海域或深层部位可能已达成熟或过成熟, 主要分布于陆上靠近现今陆架的地区, 向盆地方向的延伸范围目前尚不明确^[23]。

上白垩统烃源岩是在被动陆缘晚期形成的烃源岩, 主要分布于盆地深水区。塞内加尔盆地上白垩统塞诺曼阶— 土伦阶富有机质海相页岩的干酪根类型为II型和III型, TOC含量为1.0%~10.0%, 局部达7.0%~10.0%, 埋深范围为1 700~2 800 m, 毛里塔尼亚、塞内加尔和几内亚比绍的油气勘探和深海钻探都已证实其存在, 该烃源岩于古新世成熟, 生烃高峰为中新世— 上新世。盆地局部可能发育上白垩统森诺阶和马斯特里赫特阶烃源岩。

西非北部盆地的储集层发育层位跨度大, 包括三叠系、侏罗系、白垩系以及新生界, 以白垩系砂岩和侏罗系碳酸盐岩储层为主(图4, 图5)。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 西非北部重点盆地各层系探明储量分布Fig.5 Proved reserve distribution in various strata of the key basins in the northern part of West Africa

三叠系— 下侏罗统以河流相砂岩储层为主。索维拉盆地的上三叠统储层分布广泛, 向盆地方向埋深增大, 为河流相和海陆过渡相, 平均净厚度约15 m, 孔隙度为12.0%~20.0%, 渗透率低于10.0× 10^-3 μ m²。下侏罗统储层在索维拉盆地主要为浅海相砂岩和陆架相碳酸盐岩, 浅海砂岩厚度一般为5~17 m, 孔隙度为7.0%~17.0%, 在古高地的翼部可能形成地层圈闭。下侏罗统碳酸盐岩发育广泛, 在各盆地都有分布。

上侏罗统和下白垩统碳酸盐岩发育, 在台地边缘可形成礁、滩, 晚白垩世的构造反转在台地边缘发育一系列断裂。受风化淋滤作用影响, 在碳酸盐岩表层可形成风化壳岩溶, 沿断裂带可形成碳酸盐岩内幕岩溶。目前仅有数口井钻遇该类储集体, 具有良好的油气显示, 勘探潜力巨大。

晚白垩世受海平面升降及古水系、物源供给影响, 在台地缓坡区主要发育三角洲相砂岩, 在陡坡下部发育浊积水道和深水浊积扇, 其沉积范围和规模相比下白垩统储层有所扩大。中新世与晚白垩世具有沉积继承性, 但储层发育规模较小。储层物性较好, 孔隙度为15.0%~35.0%, 平均渗透率为数百毫达西, 但储层净厚度较薄, 平均厚度通常小于20 m, 油气藏规模有限, 可采储量普遍小于 700× 10⁶ t。

从目前发现油气储量较多的塞内加尔盆地看, 油气高度富集于上白垩统塞诺曼阶和下白垩统阿尔布阶, 其油气可采储量分别占总油气可采储量的63.4% 和22.7%, 其次是中新统, 占总储量的 6.2%, 而阿尤恩— 塔尔法亚盆地和索维拉盆地的油气主要储集于上侏罗统和上三叠统储层中, 具有从南向北储层年代逐渐变老的特征(图5)。

西非北部盆地发育多套区域性、半区域性和局部盖层, 区域性的盖层主要包括三叠系盐岩、上白垩统泥岩和新生界泥页岩(图4)。

索维拉盆地发育从三叠系至白垩系的多套盖层, 主要包括上三叠统— 下侏罗统盐岩和上侏罗统— 下白垩统底部的蒸发岩和页岩盖层。此外, 还发育白垩系页岩等潜在盖层。

阿尤恩— 塔尔法亚盆地盆地从三叠系至新生界发育多套盖层, 已证实下白垩统坦坦组页岩半区域性盖层对上侏罗统储层起到了有效封堵作用。三叠系— 下侏罗统半地堑内的页岩和盐岩可对三叠系砂岩形成封堵。新生代由于盆地东部抬升, 古近系和新近系盖层封堵能力有限, 而西部海域古近系和新近系盖层可能对中生界储层形成有效封堵。

塞内加尔盆地发育多套盖层, 主要包括同裂谷期三叠系盐岩、坳陷期阿普特阶— 土伦阶泥页岩和中新统泥页岩盖层。塞诺曼阶顶部的泥页岩是盆地重要的区域性盖层, 土伦阶泥岩厚度可超过100 m, 也是一套优质盖层。

断陷层系以发育断块砂岩圈闭为主。坳陷层系由于长期处于被动大陆边缘环境, 圈闭形成受古地貌、晚白垩世和新生代阿特拉斯造山运动引起的构造反转和褶皱作用等多重因素控制, 单一的构造圈闭较少(表2, 图6)。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 西非北部重点盆地主要油气田基本特征 Tab.2 Basic characteristics of major oil and gas fields in the key basins of the northern part of West Africa 序 号 油气田名称 (类型) 储集层 沉积环境 圈闭类型 储层平均 埋深/m 已探明和控制的油气可采储量 层系 岩石类型 石油/ × 106 t 天然气/ × 109 m3 凝析油/ × 106 t 油当量/ × 106 t 1 Tiof(O) 中新统 海相砂岩 开阔海 构造 2 375.0 7.95 5.66 0.00 12.97 2 Chinguetti(O) 中新统 浊积砂岩 开阔海 构造-地层 1 260.0 5.82 2.83 0.00 7.18 3 Tevet(G) 中新统 浊积砂岩 深海斜坡 构造-地层 3 774.9 0.96 5.66 0.14 5.48 4 Banda(G) 中新统 海相砂岩 开阔海 构造-地层 2 375.0 1.92 25.49 1.10 23.88 5 Faucon(G) 土伦阶 海相砂岩 浅海 构造-地层 3 450.0 0.00 2.83 0.15 3.36 6 Tortue(G) 塞诺曼阶 浊积砂岩 深海斜坡 构造-地层 1 790.1 0.00 424.75 19.18 361.64 7 Teranga(G) 塞诺曼阶 浊积砂岩 深海斜坡 构造-地层 2 400.0 0.00 141.58 6.44 120.59 8 Marsouin(G) 塞诺曼阶 浊积砂岩 深海斜坡 构造-地层 2 037.2 0.00 141.58 6.16 120.32 9 Sne(O) 阿尔布阶 浊积砂岩 陆架边缘 构造-不整合 1 900.1 64.79 25.49 0.01 86.38 10 Fan(O) 阿尔布阶 浊积砂岩 深海斜坡 构造-地层 2 773.1 26.03 2.83 0.00 27.40 11 Sinapa(O) 阿尔布阶 海相砂岩 浅海 构造 2 631.0 1.84 0.00 0.00 1.93 12 Ras Juby(O) 上侏罗统 碳酸盐岩 浅海 构造-地层 2 982.6 1.92 0.00 0.00 1.96 13 Meskala(G) 上三叠统 砂岩 河流 构造 2 900.0 0.00 0.28 0.22 1.42 注: G代表气田, O代表油田。

表2 西非北部重点盆地主要油气田基本特征 Tab.2 Basic characteristics of major oil and gas fields in the key basins of the northern part of West Africa

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 西非北部被动陆缘盆地主要油气圈闭类型示意图Fig.6 Schematic diagram of Major oil and gas trap types in the passive continental margin basins in the northern part of West Africa

不同构造位置圈闭类型及其发育程度有所不同。坳陷期碳酸盐岩台地边缘可形成礁(图6(a)), 构造抬升可形成风化壳岩溶以及沿断裂带发育的碳酸盐岩内幕岩溶(图6(b))。台地之上的三角洲建造, 可形成宽缓的背斜构造以及不整合相关的构造— 地层圈闭(图6(c), (d))。陡坡下部发育浊积复合砂岩低幅度构造圈闭和岩性圈闭(图6(b), (e))。盐岩及盐构造运动对油气的生成、运移、圈闭形成和油气成藏有重要影响。盐底辟和火山活动造成的高地温梯度可能导致烃源岩成熟, 后期盐活动能够产生断层、裂缝以及不整合面等, 为油气运移提供通道, 在盐丘周围形成盐相关构造和伴生构造。塞内加尔盆地与盐相关构造— 地层圈闭是盐上重要的圈闭类型(图6(f)), 毛里塔尼亚次盆的Chinguetti油田圈闭主体是在盐底辟背景下形成的背斜, 其顶部受后期断层切割而形成断背斜油田。塞内加尔盆地卡萨芒斯次盆的Dome Flore油田, 圈闭类型是盐底辟之上构造— 地层圈闭, 塞诺曼阶— 土伦阶烃源岩生成的油气可沿盐边、断层和不整合面进行侧向和垂向运移, 在盐底辟边部或顶部形成背斜或盐遮挡型油气藏。

断陷型盆地烃源岩以断陷期形成的泥页岩为主, 形成下生上储、断层沟通、垂向运移的“ 单源-构造型” 油气成藏模式(图7)。如索维拉盆地迄今为止发现的规模最大的Meskala气田, 其烃源岩为裂陷前期志留系和同裂谷期三叠系页岩, TOC含量2.0%~4.0%, 储集层为上三叠统河流相砂岩, 埋深约2 900 m, 净厚度15.0 m, 孔隙度为12.0%~20.0%, 盖层为三叠系— 下侏罗统盐岩和页岩。沟通盐下烃源岩和盐上储层的开启性断层是油气成藏的关键, 此类断层形成于断陷期, 在被动陆缘期之后基本不活动。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 索维拉盆地油气成藏模式(据文献[18]修改) 1.证实的盖层; 2.成熟的气源岩; 3.潜在的储层; 4.潜在的源岩; 5.潜在的盖层; 6.可能的油/气运移方向; 7.潜在的油/气运移方向; 8.推测的油/气运移方向; 9.证实的储层; 10.上侏罗统碳酸盐岩成藏组合; 11.三叠系— 下侏罗统砂岩成藏组合; 12.下白垩统砂岩成藏组合; 13.下— 中侏罗统碳酸盐岩成藏组合; 14.断层Fig.7 Oil and gas accumulation model in Essaouira Basin (modified after reference [18])

该类盆地的主要勘探目标为裂谷层系的构造成藏组合, 在有断裂垂向沟通油源的情况下, 可考虑上侏罗统砂岩和碳酸盐岩, 以及下白垩统砂岩目标。海域可考虑邻近断陷区(成熟烃源岩发育区)的上侏罗统和下白垩统深水浊积砂岩。

断坳型盆地除了裂谷层系形成构造成藏组合之外, 坳陷层序海相烃源岩生成的油气直接运移至深水重力流砂体相关的地层/岩性圈闭中也可成藏, 同时“ 上、下两套烃源岩供给上部同一个砂体” 成藏, 形成“ 双源-双组合型” 成藏模式(图8)。以阿尤恩— 塔尔法亚盆地的Ras Juby油田为例, 该油田既发育三叠系— 下侏罗统断陷期半地堑内潟湖相页岩和局限环境泥质灰岩烃源岩, 也发育坳陷期海相烃源岩。储集层为上侏罗统碳酸盐岩, 孔隙度为7.0%~20.0%, 盖层为下白垩统页岩。沟通源-储的开启性断层是油气成藏的主控因素, 此类断层多为小断距高角度断层。

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 阿尤恩— 塔尔法亚盆地油气成藏模式(据文献[18]修改) 1.砂岩; 2.砂岩和页岩; 3.页岩; 4.碳酸盐岩; 5.碳酸盐岩和页岩; 6.盐岩/蒸发岩; 7.砂岩、页岩和碳酸盐岩; 8.基底; 9.证实的储层; 10.成熟的油源岩; 11.成熟的气源岩; 12.证实的盖层; 13.潜在的储层; 14.潜在的源岩; 15.潜在的盖层; 16.可能的运移方向; 17.推测的运移方向; 18.潜在的运移方向; 19.水侵方向; 20.上侏罗统碳酸盐岩成藏组合; 21.下白垩统砂岩/碳酸盐岩成藏组合; 22.上白垩统碳酸盐岩/砂岩成藏组合; 23.下侏罗统碳酸盐岩/砂岩成藏组合; 24.断层Fig.8 Oil and gas accumulation pattern in Aaiú n-Tarfaya Basin (modified after reference [18])

该类盆地勘探应在不同构造带上寻找不同的圈闭类型: 在大陆架上的缓坡带应以裂谷层系构造圈闭为主; 在台地边缘应寻找礁体和内幕岩溶; 陡坡带上部的主要勘探目标应为规模较大的滑动— 滑塌形成的斜坡扇, 下部应关注成熟烃源岩层系内扇体所形成的上白垩统和下白垩统砂岩构造-岩性圈闭。

坳陷型盆地的断陷层系较薄, 坳陷层系巨厚(最大沉积厚度超过10 km), 烃源岩以坳陷层系为主, 可形成下生上储、断砂输导、垂/侧向运移、构造-地层型浊积砂岩/三角洲砂岩成藏模式。如塞内加尔盆地的Fan油田和Sne油田(图9)。Fan油田的烃源岩主要为阿普特阶— 阿尔布阶和森诺曼阶— 土伦阶烃源岩, 储集层主要为陡坡下部的森诺曼阶— 土伦阶浊积砂岩, 圈闭类型为构造-地层圈闭, 断层和砂体构成了输导体系。Sne油田烃源岩为侏罗系、阿普特阶— 阿尔布阶和森诺曼阶— 土伦阶的多套烃源岩, 储集层主要为阿普特阶台地缓坡三角洲砂体, 圈闭类型为构造-地层/不整合圈闭, 由断层和不整合面构成输导体系。

图9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 塞内加尔盆地油气聚集模式示意图[24]Fig.9 Schematic diagram of oil and gas accumulation pattern in Senegal Basin[24]

该类盆地目前勘探的主要方向为陡坡下部浊积砂岩和台地缓坡三角洲砂体。此外, 台地边缘礁滩体、台地碳酸盐岩风化壳岩溶和断裂带岩溶也是值得重视的勘探方向。