西南非海岸盆地海相烃源岩发育模式及差异性分析

1、    西南非海岸盆地海相烃源岩发育模式及差异性分析    李丹 康洪全 郝立华 曹向阳 刘小龙摘 要：西南非海岸盆地隶属于西非被动大陆边缘盆地，在全球海洋缺氧事件背景下，分别在过渡期barremian-aptian时期、漂移期cenomanian-turonian时期发育海相烃源岩，但钻井揭示结果显示，这两套海相烃源岩具有明显差异，其中barremian-aptian时期海相烃源岩从型至型干酪根均有发育，且平面上具有“内侧倾气、外侧倾油”的特点，而cenomanian-turonian时期海相烃源岩整体以2干酪根（生气为主）为主，toc普遍小于2.7%

2、，仅靠近盆地最北部的walvis火山脊发育相对优质的型干酪根，通过分析发现，导致这两套烃源岩发育差异的主要原因是沉积时期古地理-古洋流背景差异。关键词：西南非海岸盆地;海相烃源岩;海洋缺氧事件;古地理-古洋流背景;发育特征：p618.13 ：a ：1671-2064（2019）09-0160-040 前言海相烃源岩是全球油气的主要来源，据统计，全球70%以上的已发现油气储量来自于海相烃源岩，且世界上已发现的多数大型或巨型油气田油气均来自于海相烃源岩。在全球范围内其分布十分广泛，层位上从元古界到第三系均有分布，而盆地类型上除陆内裂谷盆地外，在其它六种盆地类型中也均广泛发育。西南非海岸盆地隶属于西

3、非被动大陆边缘盆地，经历了裂谷期、过渡期、漂移期三期构造演化，在全球海洋缺氧背景下，分别在过渡期barremian-aptian时期、漂移期cenomanian-turonian时期发育两套海相烃源岩，但由于沉积时期古地理-古洋流差异影响，导致这两套海相烃源岩呈现全然不同的发育特征，笔者通过对比剖析，明确盆地不同时期两套海相烃源岩发育特征，并结合各自发育的特殊古地理-古洋流背景进行分析，总结出不同沉积背景下两种海相烃源岩沉积发育模式，并明确了海相优质烃源岩发育的背景，这在一定程度上为相似沉积背景下烃源岩研究提供了参考。1 盆地概况西南非海岸盆地属被动大陆陆缘盆地，处于西非南段，面积49.7&#

4、215;104km2。盆地由南向北依次划分为orange、luderitz、和walvis次盆。面积分别为24.8×104km2、9.3×104km2、15.6×104km2。其中orange次盆为南非和纳米比亚国家共同所有，而luderitz、和walvis次盆隶属于纳米比亚国家（图1）。目前，该盆地的油气发现主要集中在南部的orange次盆，包括四个气藏（k气田，可采储量为1081.8亿方;i气田，可采储量232.7亿方;f气藏，可采储量14.2亿方;v气藏，可采储量67.8亿方）和一个油藏（j油藏，可采储量0.25mmbbls）（richard b.等，19

5、98;邓荣敬等，2008），其中气藏中的气均来自于海相烃源岩。（图1）随着南美板块与非洲板块的裂解，处于西非南段的西南非海岸盆地率先破裂，经历了三期构造演化：裂谷期（晚侏罗世-早白垩世neocomian阶）、过渡期（早白垩世barremian阶-aptian阶）和漂移期（早白垩世aptian阶-现今）（sandersen andrea，2006）。裂谷期（晚侏罗世-早白垩世neocomian阶）时期冈瓦纳大陆开始破裂，在非洲板块和南美板块之间发生陆内裂谷作用，形成了一系列近南北向展布的湖相半地堑。同时火山活动频繁，发育大量sdr（seaward dipping reflector）火成岩充填地

6、层（franke d.，2012;geoffroy，2005）。过渡期（早白垩世barremian阶-aptian阶）时期冈瓦纳大陆破裂作用加剧直至解体，标志着盆地由湖相环境向海相环境的过渡完成，沉积环境以滨岸-滨浅海为主，发育了一套海相沉积地层。漂移期（早白垩世aptian阶-现今）时期冈瓦纳大陆解体，西南非海岸盆地陆架-陆坡体系形成。古orange河向盆内输入大量碎屑物，形成一定规模的进积滨浅海三角洲及深水扇沉积，沉积中心处最厚可超过8km。由于沉积物不断的前积作用，在陆架破折带发育滑脱断层，沿着cenomanian -turonian阶泥岩滑脱层产生一系列大规模的滑脱构造，向海方向延伸上

7、百公里（his，2014）（图2）。2 烃源岩发育特征整体上，西南非海岸盆地对应于三期构造演化阶段发育三套烃源岩：裂谷期neocomian阶湖相烃源岩、过渡期barremian-aptian海相泥岩、漂移期cenomanian-turonian海相泥岩。但由于裂谷期，火山活动频繁，非洲板块和南美板块裂解形成的一系列近南北向展布的半地堑主要被sdr（seaward dipping reflector）火成岩地层充填，仅内裂谷带发育局限的湖相地层沉积，潜力有限。而发育的两套海相烃源岩在盆地内广泛分布，为盆地的主要烃源岩。过渡期barremian-aptian、漂移期cenomanian-turon

8、ian海相烃源岩沉积发育时期，均为白垩纪海洋缺氧事件（oae）背景（leckie r m等，2002;erba e，2004;贾建忠等，2009），同时沉积时期火山活动频繁，为海洋生物繁盛提供了丰富的物质基础，而缺氧的地质背景则利于有机质保存，从而在此背景下发育了两套海相烃源岩。2.1 過渡期烃源岩特征目前过渡期barremian-aptian海相烃源岩已有大量钻井证实，钻井结果显示，过渡期海相烃源岩从到型均有发育（图3），toc含量变化较大，集中分布在0.53.5%之间，部分可达17.7%。且在平面上从陆向海呈现一定的分布规律，其中靠陆一侧主要以富含陆源有机质的-2干酪根为主，toc含量整体

9、小于4%;而靠海一侧则主要以富含海相内源型有机质的2-干酪根为主，toc含量相对较高，最高可达5.4%，部分可达10%以上。结合古生物分析发现，过渡期烃源岩发育受沉积相带控制明显（表1）。在靠陆一侧的滨海带，有机质以陆生高等植物成因组分（镜质组、惰质组和壳质组）为主，海相浮游生物组分极少或不发育（腐泥组<80%），有机质hi-24， pr/ph>3.5（秦建中等，2005），该类型烃源岩主要发育于海陆过渡相的泻湖、沼泽、海岸平原、三角洲平原及部分三角洲前缘亚相。内浅海带，成烃生物以陆源高等植物和浅水宏观藻类（红藻、褐藻等）为主，并有海相浮游生物。显微组分组成介于海相内源型和海相陆源

10、型之间，与海相混源i型的区别是腐泥组含量20%-50%，hi为150mg/g-400mg/g，13c为-24-26，pr/ph为1.53.5。外浅海带，成烃生物以宏观藻类、浮游藻类为主，并有少量陆源高等植物的输入。显微组分组成介于海相内源型和海相陆源型之间，腐泥组含量50%-80%，hi为400mg/g-650mg/g，13c为-26-28，pr/ph为1.53.5。而在上坡折带（过渡沉积时期，陆架坡折不明显，为缓坡沉积背景），有机质以海洋环境中的低等水生浮游生物成因组分为主，生物组合主要包括浮游菌藻类、微体浮游动物（浮游有孔虫、放射虫、钙质超微、硅藻、苔藓虫和海绵骨针等），有机显微组分中腐泥

11、组含量>80%，具体为藻类体、藻屑及腐泥矿物沥青基质或无定形，有机质hi>650mg/g，13c<-28，pr/ph<1.5。同时，结合钻井揭示不同沉积相带过渡期烃源岩地化特征分析显示，不同沉积环境下发育的烃源岩类型及品质存在一定差异性。内浅海烃源岩toc普遍在24%之间，主要为型干酪根;外浅海烃源岩toc普遍在13%之间，主要为2型干酪根;上坡折带烃源岩toc含量相对较高，平均大于2%，最高可达10%以上，主要为1干酪根。综合分析可知，从内浅海到上坡折带，过渡期烃源岩具有有机质类型由型向1型过渡、陆源有机质逐渐减少海洋有机质逐渐增多的规律，从而使得过渡期烃源岩整体上呈

12、现“内侧倾气、外侧倾油”的特点。2.2 漂移期烃源岩特征从漂移期cenomanian-turonian烃源岩钻井揭示结果（图4）显示，仅位于walvis次盆北部，靠近walvis火山脊的10-1、15-1、12-1三口钻井揭示了相对优质漂移期cenomanian-turonian海相烃源岩，其中10-1、15-1井toc可达10%左右，s2可达63mg/g左右，干酪根类型主要为型，部分型，往南到12-1井烃源岩品质开始变差，主要发育2型干酪根（图5），toc 13.4%，s2 1.412.6mg/g，再往南部的luderitz、orange次盆烃源岩品质整体偏差，发育以2型干酪根为主的海相烃源

13、岩，toc整体小于2.7%，以生气为主。对比过渡期barremian-aptian与漂移期cenomanian-turonian两套海相烃源岩，可知，虽然均为海洋缺氧事件背景下发育的两套海相烃源岩，但烃源岩发育特征具有明显差异，其中过渡期barremian-aptian海相烃源岩从型至型干酪根均有发育，且平面上具有“内侧倾气、外侧倾油”的特点，而漂移期cenomanian-turonian海相烃源岩整体以2干酪根（生气为主）为主，toc整体小于2.7%，仅靠近盆地最北部的walvis火山脊发育相对优质的型干酪根。3 古地理-古洋流背景结合沉积时期盆地所处全球板块构造背景分析发现，导致过渡期ba

14、rremian -aptian与漂移期cenomanian-turonian两套海相烃源岩发育差异的主要原因是沉积时期古地理-古洋流差异引起。过渡期沉积时期，西南非海岸盆地整体处于海侵期，冈瓦纳大陆南端处于初始裂解阶段，位于南美板块南端的falkland岛对西南非海岸盆地起到明显的障壁作用（图6、图7），使得盆地在过渡期处于半封闭海湾环境（dingle r.v.，1999），钻井揭示该时期沉积地层中含丰富的孢粉化石组合，以classopollis（克拉梭粉），balmeiopsis（松柏类之一），saccate（具囊类）和gleicheniidites（里白孢属）为主，反应了较为湿热的古气候背

15、景，整体具备水体动能相对低、海洋微生物繁殖程度相对高的特点。此外西南非海岸盆地在过渡期沉积期发生海洋缺氧事件（jacquin t.，1988），亦利于有机质的沉积保存，使得西南非海岸盆地在过渡期具备优质海相烃源岩发育条件。而在漂移期cenomanian-turonian沉积时期，盆地整体处于开阔海环境，虽然受到白垩系中晚期cenomanian-turonian海洋缺氧事件影响，但盆地整体处于广海环境（图8），有机质保存条件差，且此时海洋生产力相对较低，沉积物中有机质主要来源于河流携带的陆源有机质，从而使得整体发育以陆源有机质为主的2干酪根，而位于盆地北部的walvis盆地，由于受到walvis

16、火山脊的影响，在盆地北部形成了一个相对封闭-半封闭局限环境，同时walvis火山脊活动为周边水体带来了丰富的营养，从而使得靠近walvis火山脊附近古生物更为繁盛，从而为该区域烃源岩发育提供了物质基础，这也是靠近walvis火山脊附近发育了相对品质较好的海相烃源岩的主要原因。4 烃源岩发育模式基于西南非海岸盆地过渡期barremian-aptian与漂移期cenomanian-turonian海相烴源岩发育特征及沉积时期古地理-古气候-古洋流背景对比分析，笔者总结出这两套海相烃源岩发育模式，并指出封闭-半封闭海湾环境是优质海相烃源岩发育的有利条件：（1）过渡期时期半封闭海湾海相烃源岩发育模式。

17、过渡期barremian-aptian沉积时期，无陆架坡折，为缓坡背景，由于南部岛屿对外部洋流的遮挡作用，盆地整体处于半封闭海湾环境，频繁火山活动利于生物繁盛，缺氧的地质背景则为有机质保存提供有利条件，整体上具备优质海相烃源岩发育条件。该时期烃源岩整体呈现从陆向海依次由陆源型向混源型、内源型变化的趋势，其中滨海、内浅海相带主要发育-2型倾气型干酪根，而外浅海、上坡折带为1-倾油型烃源岩发育的有利相带（图9）。（2）漂移期cenomanian-turonian开阔海海相烃源岩发育模式。漂移期cenomanian-turonian沉积时期，南大西洋基本打开，此时陆架坡折已经形成，盆地整体处于开阔海

18、环境，洋流活跃，不利于有机质保存，整体烃源岩品质较差，有机碳含量相对较低，仅在北部walvis火山活动区附近发育了相对优质的海相烃源岩（图10）。5 结语西南非海岸盆地是典型的被动大陆边缘盆地，由于白垩系缺氧事件的影响，导致其在过渡期barremian-aptian和漂移期cenomanian-turonian均发育了一套海相烃源岩，但由于沉积时期盆地所处古地理背景以及古洋流差异导致这两套烃源岩发育特征差异明显，笔者通过对比同一盆地不同时期发育的两套海相烃源岩，总结出海相烃源岩发育的有利条件，从而对类似沉积背景发育的烃源岩评价分析提供了一定的指导作用。参考文献1 dingle r. v. wa

19、lvis ridge barrier： its influence on palaeoenvironments and source rock generation deduced from ostracod distributions in the early south atlantic ocean， geological society， london， special publications 1999，153：293-302.2 erba e. calcareous nannofossilsand mesozoic oceanic anoxic eventsj. marine mic

20、ropaleontology，2004，52：85-106.3 franke d. rifting， lithosphere breakup and volcanism： comparison of magma-poor and volcanic rifted margins. mar petrol geol 43：63-87. doi：10.1016/j.marpetgeo. 2012.11.003 crossref.4 leckie r m， bralower t， cashman r. ocean anoxic events and plankton evolution; biotic response to tectonic forcing the mid-cretaceousj. paleoceangraphy，2002，17（3）：1-29.5 geoffroy， laurent （2005）. "volcanic passive margins" （pdf）. c. r. geoscience 337（16）：1395-1408. bibcode： 2005crgeo.337.1395g. doi：10.1016/j.crte.2005.10.006.6 jacquin t.， p. ch. de gracian