孙意博，王长城，施泽进　(成都理工大学能源学院, 四川 成都 610059)

墨西哥湾盆地盐岩及盐构造对油气控制作用

孙意博，王长城，施泽进(成都理工大学能源学院, 四川 成都 610059)

[摘要]墨西哥湾盆地属于拉张和被动大陆边缘相叠加的复合型盆地，在中侏罗世断裂拉张的构造条件和半封闭海的气候环境下形成了一套巨厚的芦安盐层。从白垩纪开始，持续的沉降为盐岩演化并形成一系列盐构造奠定了基础。结合盆地特征，系统阐述了该地区盐岩及其盐构造的类型、演化、成因，并且从影响烃源岩成熟，改善盐下层物性，成为封闭性好的盖层，提供烃类运移通道，形成有效圈闭等方面探讨了其对油气的生成、运移、聚集和储存所起到的控制作用。以期为我国渤海湾盆地、江汉盆地等地的相关研究提供指导和借鉴意义

[关键词]墨西哥湾；拉张盆地；芦安盐层；盐构造；油气圈闭

[中图分类号]TE121.1

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)20-0012-05

盐构造是在构造运动中受重力、浮力或其他应力作用时发生流动形变而形成的特殊盐体。盐构造是一种特殊类型的底辟构造[1]，广泛分布于美洲、非洲、欧洲等地，且集中发育于被动大陆边缘、裂谷、裂谷盆地和拗拉谷之中，而被动大陆边缘盆地又是其中油气富集最为丰富的一类地区。笔者所研究的墨西哥湾盆地即属于拉张和被动大陆边缘相叠加的盆地。

墨西哥湾盆地位于北美洲大陆东南沿海水域，部分为陆地环绕，面积约为28×104km2，最大深度超过2×104m[2]。该地区有着丰富的石油和天然气资源，在全球油气勘探开发中具有重要的战略地位。区内在中侏罗世由于拉张作用发育有一套芦安盐层，随后在白垩纪变形，形成一系列影响深远的盐构造。盐岩盐构造同样深刻影响着该区烃源岩的发育和油气藏的运移及保存。墨西哥湾盆地中有41%的圈闭为盐构造圈闭[3～6]。研究盐岩盐构造与油气的关系，能够深化对于该地区的油气藏研究，有助于油气的勘探与开发，对于国内其他盆地的盐岩研究也有指导意义。

1盆地构造演化

墨西哥湾盆地构造演化从古生代至今可以大致分为3个阶段：裂谷前期(早三叠世)、裂谷期(晚三叠世至中侏罗世)和裂谷后期(晚侏罗世至今)[7～9]。

1.1裂谷前期

晚三叠世之前，北美-南美板块未分开，潘基亚大陆完整性保存较好，并未受到破坏。该时期发育了古生界基底，岩性为受变质作用影响的晚古生代碎屑岩。

1.2裂谷期

图1　墨西哥湾盆地构造演化图(据文献[12]修改)

墨西哥湾盆地的裂谷期从晚三叠世持续到中侏罗世。北美-南美大陆于三叠世晚期分离，地壳张裂形成裂谷，从而形成了墨西哥湾盆地基本构造格局(图1(a))。该阶段主要充填了一套湖泊相、河流相以及冲积扇为主的陆相沉积。

从侏罗纪开始，裂谷进一步发育，盆地的中心经历了剧烈的拉张和下沉。该时期发育了大量的蒸发岩和碎屑岩。由于板块运动，尤卡坦和古巴微板块受转换断层的影响，阻挡限制了墨西哥湾与大西洋的对流，形成了半封闭海的环境，加上充足的陆源沉积物供给，发育了一套大于600m(最厚处超过4000m)的盐层[8]，也就是著名的芦安盐层(图1(b))。芦安盐层为后来发育的盐构造以及和盐相关的油气圈闭提供了丰富的盐类基础[10]，对于墨西哥湾的油气藏有着重要的影响。

1.3裂谷后期

裂谷后期可分为晚侏罗世、早白垩世以及晚白垩世至今3个阶段。晚侏罗世是一个过渡时期，海底开始扩张，由于地壳的冷却引起了海平面的相对抬升，大西洋的海水大规模地涌入盆地开始海侵，洋壳正是形成于该时期(图1(c))，并在晚侏罗世的提塘阶期达到了最大海侵面[2]。该阶段发育典型的海相沉积，发育大规模的碳酸盐岩沉积以及部分碎屑岩沉积[11]。在盆地深部堆积以厚度大、有机质含量较高为特点的页岩。

早白垩世大部分时间延续了晚侏罗世的海侵，稳定和持续沉降是该时期的演化特点。早白垩世仍发育碳酸盐岩沉积(图1(d))。到了晚白垩世，这一格局遭到了彻底改变，由于全球海平面的下降引起了一系列地质运动，使得下伏的盐岩受力发生形变，并形成众多的盐构造(图1(e))。拉腊米运动便是其中典型的一次，它使得盆地周边地区抬升，大量位于附近的陆源物质受重力作用搬运至盆地内部并沉积于此。富含有机质的沉积物为生成油气提供了物质基础。另一方面，受重力影响，中侏罗世的芦安盐层开始发生塑性形变，形成了有利于油气资源存储的盐构造[10]。

2盆地盐岩与盐构造

2.1盐岩

墨西哥湾盆地共有4套地层沉积有盐岩[13]，但以中侏罗世卡洛期形成的芦安盐层厚度最大。芦安盐层为后期形成的盐构造提供了主要的盐源并对盆地内的油气藏起着明显的控制作用。在晚侏罗世盆地方向，同样可能有盐岩沉积[2]。

2.2盐构造

1)盐构造样式盐构造是指盐岩或者其他蒸发岩受力发生流动变形的特殊地质体。世界上盐构造主要集中发育在被动大陆边缘、裂谷、裂谷盆地和拗拉谷之中。尽管盐构造的样式繁多，但均由3个部分组成：基底、盐层和上覆层[1]。基底是指位于盐层之下早于盐层形成的地层；盐层是形成盐构造的主要部分；上覆层是位于盐层之上晚于其沉积的地层。盐构造主要影响的是上覆层。

根据盐层与上覆层的接触关系可以将盐构造样式分为非刺穿的整合型盐构造、刺穿的不整合型盐构造以及喷出型盐构造。非刺穿的整合型盐构造主要包括盐枕、盐背斜等，主要形成于构造演化早期；刺穿的不整合型盐构造主要包括盐墙、盐蘑菇、盐茎等，其盐构造幅度和成熟度较高；喷出型盐构造主要包括盐舌、盐席等。一般而言，盐构造都是按非刺穿的整合型到刺穿的不整合型再到喷出型这一顺序来演化的[1]。

墨西哥湾盆地的盐构造主要为刺穿的整合型，其规模最大且影响范围从侏罗纪一直持续至更新世。由于盐构造和下伏盐层的厚度有着重要的关系[14，15]，平均厚度超过千余米的芦安盐层更有利于形成成熟度以及幅度较高的刺穿的不整合型盐构造。除了大量发育的盐刺穿以外，盐枕、盐脊、盐墙、盐席和盐焊接等构造也存在相当的数量。图2为位于密西西比盐盆地内的一条地震剖面，在深度6000～7000m左右处发育有低幅度不对称的盐滚构造，并且盐滚南部一侧与上覆地层整合接触,北部一侧以正断层与上覆地层接触。图3为位于墨西哥湾盆地北部地区的一条地震剖面，发育Sigsbee盐篷，表现为多个似蘑菇状的刺穿盐体顶部连接在一起的盐构造。整个墨西哥湾盆地的盐刺穿运动从北向南依次减弱，盐构造的个体逐渐增大[16]。

图2　密西西比盐盆地某一地震剖面图　　　　　　　　　图3　墨西哥湾盆地北部Sigsbee地震剖面图　(据文献[17]修改)　(据文献[18]修改)

2)盐构造成因机制戈红星等[1]研究认为，盐构造的成因机制可以分为以下6种：①浮力作用；②差异负载作用；③重力拉张作用；④热对流作用；⑤拉张作用；⑥挤压作用。除此之外，地温梯度、压力、盐岩本身的纯度以及湿度都对盐构造的形成有着影响。一般来说，湿度较高的盐体更易于流动[19]。

墨西哥湾盆地盐构造的形成主要是由于差异负载作用触发并引起的。差异负载作用是指由于沉积条件的改变，上覆层的厚度发生变化进而导致盐层内产生侧向压力差，迫使盐体从高压区流动至低压区而形成的构造[1]。差异负载又可划分为重力负载、位移负载和热负载3类[20]。由以上3类负载作用影响而形成的盐构造在墨西哥湾盆地均存在。此外盆地内盐构造的形成也受拉张作用的控制[21]，图2中盐滚构造就是受拉张作用而形成的。

3)盐构造演化阶段墨西哥湾盆地的盐运动可以划分为3个阶段：第1阶段是侏罗纪至白垩纪末，从侏罗纪开始由于板块运动而形成的裂谷盆地，在半封闭海的环境和充足的陆源沉积物供给下，发育了芦安盐层，在随后的白垩纪，由于沉降速度大于沉积物供应速度，沉积的地层较薄，在成熟度和幅度较低的情况下形成的盐构造为非刺穿的整合型盐底辟为主[21]；第2阶段是从白垩纪末至中新世结束，该时期的沉积特点是沉降速度小于沉积速度，沉积物逐渐变厚，海侵持续，盐构造主要为刺穿的不整合型，墨西哥湾盆地最重要的烃源岩——提塘阶烃源岩就沉积于该阶段；第3阶段是上新世至今，伴随着沉积中心的南移，沉积厚度增大，新的盐构造出现在新的地层当中[22]。

3盐岩与盐构造对油气的控制作用

3.1盐岩对油气的影响

1)盐岩影响烃源岩的成熟墨西哥湾盆地盐岩厚度巨大，且分布非常广泛，其特殊的物性在该地区的烃源岩成熟过程中起着明显的作用。盐岩相对于其他岩类有着较高的热导率，对于上覆和下伏的沉积地层都会产生热异常现象。对于盐上地层而言，盐岩本身的高热导率使其发挥着类似于“散热器”的作用，使上覆地层温度显著升高，从而加速了盐上烃源岩的成熟。对于盐下地层，盐岩降低其温度进而延缓了烃源岩的成熟。延缓盐下地层烃源岩成熟进程的作用对于主力烃源岩埋深较大的墨西哥湾盆地而言，有利于油气藏的捕获和保存[3]。

2)盐岩活动形成烃类运移通道盐岩的构造运动会导致上覆岩层变形、隆起，断层或裂隙广泛发育可以为油气垂直短距离运移提供良好的通道。盐岩运动为烃类提供的运移通道在墨西哥湾盆地非常常见[4]。因此,盐岩的活动对墨西哥湾盆地油气藏的运移有重要的作用。

3)盐岩改善盐下层的物性盐岩有利于改善盐下储层的物性，特别是孔隙度[23]。改善孔隙度主要表现为保留盐下层砂岩的高孔隙度和形成大量裂缝2个方面。盐岩的密度稳定，变化相对较小，使得盐下地层所经受的压力相对较小，压实程度也较低，有利于将其大孔隙保留下来。盐岩的热导率较高，隔热性差，盐下地层的热量不易保存，影响其成岩演化的速度，使得盐下砂岩的高孔隙度得以保留。塑性盐岩在喜山运动中晚期强烈挤压下形成异常高压[3]，导致大量的裂缝发育，也有利于改善盐下层的物性。

4)盐岩是良好的盖层常见的盖层有泥岩、页岩、蒸发岩和致密灰岩，其中蒸发岩(石膏、盐岩)的条件最好。墨西哥湾盆地的芦安盐层为常见盖层。由于盐岩是蒸发岩，其岩性极为致密，渗透率低，加上排替压力大，因此成为封盖性能极好的盖层。

但是值得注意的是，在一些特定的条件下，盐岩也会失去封盖性能致使油气穿过盐岩。在南阿曼盐盆地，储层中液体压力的改变也影响着盐岩的封闭性，甚至使其失去成为良好盖层的能力[24]。

3.2盐构造对油气的影响

盐运动形成的各种盐构造影响着沉积相带和砂体分布，控制形成不同的构造圈闭和地层圈闭[25]。墨西哥湾盆地圈闭中构造圈闭占91.5%，主要包括盐构造形成的圈闭(占41%)和断层形成的圈闭，而复合圈闭占6%，地层圈闭仅占2.5%。

盐构造有利于盐岩下部圈闭的保存。在以压力为主的构造作用中，盐下圈闭的应力可以被释放，从而易于保存高幅度构造，形成大型圈闭[26，27]。大量厚且分布广的盐岩容易发育盐底辟构造，与裂谷期形成的烃源岩层可以组成一个空间体系[28]，有利于形成大型油气藏。由于盐上储层和盐下储层与烃源岩的距离不同，地层中的孔隙流体压力也不同，因此油气聚集、封闭及保存条件存在一定的差异，导致盐下的高压系统更容易形成油气藏，而盐上常压系统不利于油气聚集、封闭和保存[27，29]。

裂谷后期，墨西哥湾盆地在陆坡及深水区的盐构造特别发育，一般沿断层侵入上覆地层，并发育众多小盆地即微型盆地，有利于砂岩的沉积[26]。墨西哥湾已勘探开发的油气藏大多分布于微型盆地中。盐岩形成的构造包括盐枕、盐底辟、龟状构造以及以盐岩为核部的背斜等，都可能发育形成拱形或穹窿圈闭，除此之外，盐刺穿或者逆冲褶皱作用也有可能导致上覆地层形成穹窿圈闭[26]。除了穹窿圈闭以外，断层遮挡同样可以形成圈闭[22]。断层可以是由盐构造引起的局部拉伸或区域拉伸形成的正断层：上盘为逆牵引构造，自身形成滚动背斜；下盘侧向封堵，通常形成小型圈闭。另外，生长断层上盘经常发育次一级的圈闭。

4结论

1)墨西哥湾盆地构造演化可以分为裂谷前期、裂谷期和裂谷后期。盐岩主要沉积于裂谷期，而盐运动主要发生在裂谷后期。盐岩层主要为中侏罗世卡洛期形成的芦安盐层。

2)盆地内盐构造运动分为3个阶段，侏罗纪至白垩纪末的形成的多以非刺穿的整合型盐底辟为主；白垩纪末至中新世结束为第2阶段，盐构造主要为刺穿的不整合型；上新世至今依旧在形成新的盐构造。盐的刺穿运动在该地区从北向南依次减弱，盐构造的个体逐渐增大，且该盆地盐构造的成因机制主要为差异负载作用。

3)盐岩影响着烃源岩的成熟，改善了盐下层的物性，为封闭性较好的盖层。盐岩活动为烃类运移提供通道，盐构造形成了一系列良好的圈闭，包括穹窿圈闭和断层遮挡形成的圈闭等，有利于形成大型油气藏，同时大量发育的微型盆地也是油气聚集的良好场所。

[参考文献]

[1]戈红星,Jackson M P A.盐构造与油气圈闭及其综合利用[J].南京大学学报(自然科学版),1996,32(4):640～649.

[2]李智高,龚建明,王蛟，等.墨西哥湾盆地中生界沉积特征分析[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2014, 36(11):52～59.

[3]梁杰,龚建明,成海燕.墨西哥湾盐岩分布对油气成藏的控制作用[J].海洋地质动态,2009, 25(1):25～29.

[4]赵青芳,龚建明,李双林，等.墨西哥湾盆地北部深水前第三系成藏组合分析[J].海洋地质动态,2011, 27(4):11～14.

[5]范存辉,王保全,朱雨萍，等.盐下油气藏勘探开发现状与发展趋势[J].特种油气藏,2012, 19(4):7～10.

[6]Williams D F. Saltdomes, organic rich source beds and reservoirs in intraslope basin of the gulf coast region[J]. Dynamic Geology of Salt and Related Structures,1987，35(5):751～786.

[7]龚建明,文丽,李慧君，等.墨西哥湾南部侏罗纪主力烃源岩的形成条件[J].海洋地质动态,2010, 26(3):1～5.

[8]Salvador A. Origin and development of the Gulf of Mexico basin[A].The Gulf of Mexico Basin[C].New York: The Geological Society of America,1991.

[9]Salvador A. Late Triassic-Jurassic paleogeography and origin of Mexico Basin[J].AAPG Bulletin,1985,71(5):419～451.

[10] Salvador A. The geology of North America [A]. The Gulf of Mexico Basin[C].New York: The Geological Society of America,1991.

[11]刘延莉,徐向华.墨西哥湾盆地油气分布规律及成藏主控因素分析[J].石油实验地质,2014, 36(2):200～204.

[12]李双林,张生银.墨西哥及墨西哥湾盆地构造单元及其演化[J].海洋地质动态,2010, 26(3):14～20.

[13]马新华,华爱刚,李景明，等.含油气盆地[M].北京:石油工业出版社,2000.

[14]Erickson S G. Influence of mechanical stratigraphy on floding vs faulting [J]. Journal of Structure Geology,1996,18(4):445～450.

[15]Stewart S A. Influence of detachment layer thickness on style of thin-skinned shortening[J]. Journal of Structure Geology,1996,18(10):1271～1274.

[16]Schuster D C. Deformation of allochthonous salt and evolution of related salt structural systems, Eastern Louisiana. Gulf Coast[A]. Jackson M P A, Roberts D G, Snelson S. Salt techonics: A global perspective[C]. Oklahoma: AAPG, 1995.

[17]Rowan M G, Jackson M P A, Trudgill B D. Salt-related fault families and fault welds in the Northern Gulf of Mexico[J].AAPG Bulletin,1999, 83(9):1454～1484.

[18]Hudec M R, Jackson M P A, Peel F J. Influence of deep Louann structure on the evolution of the Northern Gulf of Mexico[J].AAPG Bulletin,2013, 97(10):1711～1735.

[19]Williams-Stroud S C, Paul J. Initiation and growth of gypsum piercement structures in the Zechstein Basin[J]. Journal of Structure Geology,1997,19(7):897～907.

[20]余一欣,周心怀,彭文绪,等.盐构造研究述评[J].大地构造与成矿学,2011,35(2):169～182.

[21]Mcbride B C, Rowan W G, Weimer P. The evolution of allochthonous salt systems, Western Green Canyon and Ewing Bank(offshore Louisiana), northern Gulf of Mexico[J]. AAPG Bulletin,1998, 82(5):1013～1036.

[22]贾承造,赵文智,魏国齐，等.盐构造与油气勘探[J].石油勘探与开发,2003, 30(2):17～19.

[23]张朝军,田在艺.塔里木盆地库车坳陷第三系盐构造与油气[J].石油学报,1998, 19(1):6～10.

[24]Schoenherr J, Urai J L, Kukla P A. Limits to the sealing capacity of rock salt: A case study of the Infra-cambrian Ara salt from the South Oman Salt Basin[J].AAPG Bulletin,2007,91(11):1541～1557.

[25]刘祚冬,李江海.西非被动大陆边缘盆地盐构造对油气的控制作用[J].石油勘探与开发,2011,38(2):196～202.

[26]汤良杰,余一欣,陈书平，等.含油气盆地盐构造研究进展[J].地学前缘,2005, 12(4):375～381.

[27]郭建宇,郝洪文,李晓萍.南美洲被动大陆边缘盆地的油气地质特征[J].现代地质,2009, 23(5):916～922.

[28]谢奋全,王黎栋,于炳松，等.被动大陆边缘盆地对油气形成的控制作用——以墨西哥湾盆地为例[J].东北石油大学学报,2014, 38(4):10～15.

[29]苏传国,姜振学,郭新峰，等.苏丹红海中部地区盐构造特征及油气勘探潜力分析[J].大庆石油学院学报,2011, 35(4):1～7.

[编辑]邓磊

[作者简介]孙意博(1992-),男,硕士生，现主要从事石油与天然气地质学专业的学习与研究，767779708@qq.com。

[收稿日期]2014-12-22

[引著格式]孙意博，王长城，施泽进.墨西哥湾盆地盐岩及盐构造对油气控制作用[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(20):12～16.