谢奋全，王黎栋，于炳松，张光亚，温志新，徐海燕

（1.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083； 2.河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛 066001； 3.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083； 4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

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

谢奋全1，2，王黎栋1，于炳松3，张光亚4，温志新4，徐海燕3

（1.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083； 2.河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛 066001； 3.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083； 4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

被动大陆边缘盆地是现今全球发现油气田数量最多的盆地类型，也是控制油气形成最重要的盆地类型.以墨西哥湾盆地为例，分别阐述被动大陆边缘盆地对烃源岩、储层、盖层、圈闭和运移的控制作用.结果表明：在被动大陆盆地的发育演化过程中为油气形成提供连续稳定的时间和空间；提供烃源岩物源；提供优质的碎屑岩和碳酸盐储层；提供保存烃源岩并且形成盖层和圈闭的蒸发盐；提供烃源岩保存及盖层形成的构造等.被动大陆边缘盆地对油气形成具有良好的控制作用.

被动大陆边缘盆地；盆地原型；油气形成；控制作用；墨西哥湾盆地

0 引言

盆地的原型（Proto-type）由Klemme H[1]提出后，人们对它进行研究.地质历史过程中，盆地的构造和沉积发生继承性的演化，现今盆地都是盆地在不断发育演化过程中的叠合体.因为存在叠加的多样性，在沉积的纵向和横向上具有部分韵律小旋回.盆地发育的不同时期，生、储、盖组合及油气的聚集不断发生变化，只有对盆地发育的不同阶段进行沉积构造分析，才能掌握油气聚集规律，这是盆地原型分析的原理及其意义.

Bally A等[2]、Kingston D等[3]给出不同的盆地原型分类，目前比较被认可的分类方法为：克拉通盆地、裂谷盆地、被动大陆边缘盆地、前陆盆地、弧前盆地和弧后盆地等6类.其中被动大陆边缘盆地为现今油气田最富集的一类盆地.郭建宇等[4]、刘剑平等[5]、汪伟光等[6]分别对南美洲、西非、南大西洋两岸等被动大陆边缘盆地的油气地质特征进行研究，得出被动大陆边缘盆地对生、储、盖等油气地质特征具有重要的控制作用.袁庆东等[7]、刘祚冬等[8-9]、冯杨伟等[10]、李燕等[11]从构造沉积角度对川西北、西非等区域的被动大陆边缘盆地进行分析，找出被动大陆边缘盆地构造和沉积特征对油气的控制作用；孙海涛等[12]、温志新等[13]、何娟等[14]、王力等[15]对东非北美、澳大利亚、南大西洋等被动大陆边缘盆地的油气分布、影响因素及分布规律等进行研究，得出被动大陆边缘盆地为油气分布的有利地带，并且是有特点、有规律的分布.

人们对被动大陆边缘盆地的研究主要是从直观角度分析它对油气的分布、构造沉积演化、油气地质特征的控制作用.笔者以墨西哥湾盆地为例，根据盆地原型理论，针对被动大陆边缘盆地的发育演化经历的裂谷前期、裂谷期和裂谷后期阶段，在不同的阶段形成不同的构造样式和沉积层序，从而控制不同的生、储、盖组合的形成，以探讨被动大陆边缘盆地的形成发育对油气地质特征的控制作用.

1 地质概况

被动大陆边缘盆地一般位于印度洋、大西洋岸、北冰洋沿岸，3个地区的大陆边界约占全球的60%[16].被动大陆边缘盆地具有丰富的油气资源储量，形成目前世界上最为重要的油气资源区带，如南北大西洋两岸边缘、印度洋两侧、墨西哥湾及澳大利亚西北陆架等[17].Mann P等列出全球877个主要的油气田，其中657个油气田对应的原型盆地总数为2 001个，其中985个原型盆地为被动大陆边缘盆地，占总盆地数量的49.23%[18]（见图1）.

图1 世界主要油气盆地分类统计Fig.1 The world's major oil and gas basins classification statistics

被动大陆边缘盆地横跨陆壳和洋壳（主要位于大陆架、大陆坡、大陆基位置），被动大陆边缘地区发生的盆地沉降是由地壳的机械减薄、地壳的热收缩和沉积载荷引起的.在被动大陆边缘盆地多期发展史的所有阶段，构造背景以拉伸为主，因此盆地被称为被动边缘（或拉伸边缘）、大西洋型边缘或离散大陆边缘盆地.

现今，被动大陆边缘盆地是三叠纪晚期以后，在潘基亚大陆裂解时，受重力拉张作用，沿陆壳中转换断层，发生地慢流活动、陆壳衰减，从而引发海底扩张形成的[19].一个发育完全理想的被动大陆边缘盆地应该包括裂谷前期、裂谷期、裂谷后期三大演化期次，相应的地层一般为裂前层序、裂谷层序、裂后层序.被动大陆边缘盆地的演化十分复杂，形成范围很大的特殊沉积层序和构造样式[15]（见表1）.墨西哥湾盆地是在拉张背景下，随着潘基亚大陆裂解，在墨西哥湾形成的典型的被动大陆边缘盆地.

表1 世界主要被动大陆边缘盆地构造演化期次及其沉积演化特征Table 1 The tectonic evolution and sedimentary evolution of the world's major passive margin basin in different times

墨西哥湾盆地基底为遭受变质作用改造的晚古生代碎屑岩，盆地从早三叠世开始发育，作为广义的被动大陆边缘盆地经历裂谷期（裂谷盆地）和裂谷后期（被动大陆边缘盆地）演化阶段[8，20]（见图2）.裂谷期（晚三叠世—中侏罗世）：晚三叠世潘基亚大陆解体，北美板块—南美板块—非洲板块逐渐分离，导致裂谷的产生，墨西哥湾盆地开始发育，中侏罗世，裂谷进一步发展，墨西哥湾盆地沉积环境为浅海，发育大量碎屑岩和蒸发岩，卢安盐层是该时期发育的（见图2）.裂谷后期（晚侏罗世至今）：晚侏罗世开始海底扩张，进入裂后沉积阶段，盆地中部陆壳的拉伸减薄加快，导致墨西哥湾盆地的沉积速率也随之加快.

图2 墨西哥湾盆地原型盆地的发育及构造沉积特征与油气成藏之间的关系Fig.2 The relationship between the developmentof prototype basin、the tectonic sedimentary characteristics and hydrocarbon accumulation of gulf of Mexico basin

2 对油气形成的控制作用

图3 墨西哥湾盆地位置及油气分布Fig.3 The position and oil and gas distribution of the gulf of Mexico basin

墨西哥湾盆地是世界上最重要的含油气盆地之一，发现多个大小不等的油气田[21]（见图3）.地质历史时期，盆地发育受地球动力学背景变化控制，盆地构造古地理变迁及不整合面的发育和隆拗格局的演化，包括多旋回沉积—剥蚀的动力学过程演变等，与盆地生、储、盖、油气形成、岩性或构造圈闭的发育及油气田分布具有密切联系.由图2可看出，墨西哥湾盆地是在裂谷期、裂谷后期盆地演化过程中发育匹配的生、储、盖形成多套成藏组合（见表2）.

表2 墨西哥湾盆地成藏组合Table 2 The reservoir combinations of gulf of Mexico basin

2.1 烃源岩

墨西哥湾盆地主要发育4套烃源岩：上侏罗统提塘阶—牛津阶烃源岩、下白垩统巴姆阶烃源岩、上白垩统土仑阶烃源岩和古近系斯巴尔他组烃源岩（见图2）.文中以上侏罗统提塘阶—牛津阶烃源岩为例进行论述.提塘阶—牛津阶烃源岩发育于被动大陆边缘盆地裂谷后期，提塘阶烃源岩分布于研究区的北部和中部，牛津阶烃源岩分布于研究区的南部边缘，均以海相泥页岩为主.提塘阶—牛津阶烃源岩的发育主要受地理条件、构造环境和蒸发岩发育等因素控制.

2.1.1 地理条件

温度、光照和盐度等条件是影响烃源岩发育的关键因素.古地磁、古生物、岩石矿物等表明三叠纪潘基亚大陆的裂解大致以非洲为中心展开，并不断向北移动，墨西哥湾盆地从赤道开始逐渐远离赤道（见图2）.在赤道附近温度较高，盆地处于浅海富氧环境，光照和盐度适宜，促使有机物（藻类或者底栖生物）的大量生成.远离赤道后，有机物因温度、光照或盐度发生变化而缺氧死亡，有机质的丰度迅速提高，为烃源岩的生成提供良好的物质条件.墨西哥湾盆地上侏罗统斯马可夫组烃源岩下段纹层状藻类灰质泥岩，即为藻类经历大量繁殖至缺氧死亡并且被保存下来的碳酸盐岩环境的沉积（见图2）.该组烃源岩主要有机质类型是源自藻类的无定形生油型干酪根，由于藻类灰质泥岩有机碳质量分数为1.0%～2.0%，使整个斯马可夫组下段（包括非烃源岩）的平均有机碳质量分数达到0.5%.下白垩统碳酸盐岩为一广阔的陆架，由于气候和温度适宜，陆架边缘发育主要由厚壳蛤类构成的生物礁，也成为良好的烃源岩[22].

2.1.2 构造环境

被动大陆边缘盆地裂谷期—裂谷后期的拉张构造环境比较稳定.从三叠纪晚期至今，墨西哥湾盆地处于稳定的拉张构造环境，为烃源岩分布提供广阔的发育空间[23-24].如晚侏罗世内陆浅海边缘为大陆架、陡冲断层和台地，为随后由于海底扩张，大范围海侵形成世界级烃源岩——提塘阶海相钙质页岩提供发育空间.

2.1.3 蒸发岩发育

蒸发岩一般形成于海陆过渡环境—浅海环境.被动大陆边缘盆地有利于蒸发岩的发育，尤其是裂谷期晚期.墨西哥湾盆地裂谷期晚期处于海陆过渡—浅海环境，加上赤道附近的炎热气候，导致墨西哥湾盆地在侏罗纪晚期形成分布广、厚度大的蒸发岩，如卢安盐岩.卢安盐岩对提塘阶—牛津阶烃源岩的生成和成熟过程有显著影响（见图4）.

图4 墨西哥湾盆地剖面Fig.4 Sectional view of the gulf of Mexico basin

卢安盐岩形成以后，水体盐度不断增加，下部水体几乎近于停滞，河流及湖泊中的大量藻类死亡，为上侏罗统斯马可夫组烃源岩提供物质基础；大量的盐岩迅速堆积，使下部的暗色泥岩逐渐与氧隔绝，有效防止早期沉积的藻类遗体不断地氧化分解，为有机质保存提供条件；卢安盐层也成为热流屏蔽器，防止热量散失，使其下部地热流局部集中，适宜的温度有利于有机质的成烃转化，另外盐的高热导率又起着“散热器”的作用，它可以提高盐层以上地层温度，加速卢安盐层上烃源岩的成熟过程；对于已经形成的油气藏，卢安盐岩超压封闭，延缓烃类的裂解.

2.2 储层

被动大陆边缘盆地对储层发育的控制主要体现在对沉积环境的控制.墨西哥湾盆地的储层主要为新生代碎屑岩储层，尤其是新近系海底扇浊积砂岩中的席状砂或由席状砂叠合而成的砂体储层.其次为晚侏罗系和早白垩系期间的浅海碳酸盐岩储层（见图2）.

2.2.1 碎屑岩

裂谷期的沉积环境主要为河流、三角洲、湖泊或陆缘浅海，在这些沉积环境中充填巨厚的碎屑沉积物，可以形成优质的储层.墨西哥湾盆地在裂谷期部分区域形成碎屑岩储层.裂谷后期裂谷边缘沉积物隆起和削蚀、陆壳收缩塌陷形成大量的碎屑物质.墨西哥湾盆地裂谷后期古近纪—新近纪海平面下降时期，大陆坡和大陆基沉积厚层的扇—浊积岩层序，成为墨西哥湾盆地的主要储层.

2.2.2 碳酸盐

裂谷期形成的裂谷层序的顶底面一般有不整合面存在，多为角度不整合，延伸到大陆内部狭长的海湾，有助于形成局限浅海环境，沉积碳酸盐岩储层[25].墨西哥湾盆地在裂谷期形成有利于发育碳酸盐储层的有利空间.裂谷后期的海底扩张期间，碎屑岩供应很少，一般沿大陆边缘沉积碳酸盐岩.墨西哥湾盆地晚侏罗—白垩纪形成厚度极大、分布广泛的碳酸盐台地，成为墨西哥湾盆地良好的储层[18].

2.3 盖层

常见的盖层有泥岩、页岩、蒸发岩（石膏、盐岩）和致密灰岩，其中以蒸发岩为最好.墨西哥湾盆地盖层主要为中、晚侏罗世的蒸发岩，如卢安盐盖层，还有古近纪—新近纪的泥页岩盖层（见图2）.盆地的裂谷期发育大量的盐岩，卢安盐是在裂谷期发育的，成为墨西哥湾盆地常见的盖层.古近纪—新近纪墨西哥湾盆地为被动大陆边缘盆地，裂后阶段构造相对稳定，沉积环境单一，盆地中发育厚度极大、分布较广的泥页岩，成为良好的封盖层.

2.4 圈闭与运移

墨西哥湾盆地主要圈闭类型包括断层形成和盐构造形成的圈闭，也有少部分地层圈闭.运移主要通过断层实现.

2.4.1 断层

目前，有关断裂在活动期和静止期是起通道作用还是封堵作用的认识趋于一致，断裂的作用与断裂的性质无必然的联系，而是和断裂发育的时期有关.在活动期，断裂主要作为运移通道，在静止期断裂主要起封堵作用[26-28].被动大陆边缘盆地构造背景主要以拉张作用为主，一般形成地堑式深大滑脱正断层，近地表的断层不断地并入滑脱断层，滑脱断层沿裂谷轴展布，向内弯曲并沿裂谷长轴形成大规模的勺状凹陷.断层形成典型的侧向封堵，阻止油气穿过断面运移；断层具有垂向封闭性，阻止烃类沿断面向上逸散，形成重要的油气储集和圈闭空间.

由墨西哥湾盆地海岸—深海剖面（见图4）可以看出：侏罗系至今持续发育断层，主要以正断层为主，也有少量的逆断层，而且在陆坡处最为发育.一般断层总是遵循活动—静止—再活动—再静止的多期次重复演化过程，墨西哥湾盆地发育的裂谷期和裂谷后期也出现活动断裂和静止断裂交替出现的小旋回.如侏罗纪成藏组合（Jurassic structural），在上覆白垩系岩层压力作用下，断裂静止期断裂带内部的断层泥塑性变形并很快填塞优势裂隙，使得该层失去渗透能力，变为封闭状态，形成良好的圈闭；断裂活动期，断裂切穿上侏罗统提塘阶—牛津阶烃源岩，而且还切穿以上侏罗系致密钙质页岩、白垩系泥岩页岩、卢安盐岩为主的盖层，形成良好的运移通道，为墨西哥湾盆地上侏罗世—下白垩世成藏提供有利条件.

2.4.2 盐岩

盐构造有利于盐下部圈闭的保存.在以压力为主的构造作用过程中，应力可以在盐下圈闭被释放，有利于高幅度构造的保存，从而形成大型圈闭.大量厚层、广泛分布的盐层容易发育盐底辟构造（见图4），与裂谷期的烃源岩层可以组成一个空间体系，有利于形成大型油气藏.盐上储层和盐下储层与烃源岩的距离远近不同，地层中的孔隙流体压力也不同，因此油气聚集、封闭及保存条件也存在一定的差异，油气藏大多形成于盐下的高压系统中；盐上常压系统不利于油气聚集、封闭和保存[4，29].

墨西哥湾盆地陆坡及深水区盐构造特别发育，主要发育在裂谷后期，一般沿断层侵入上覆地层，从而使上覆地层发育众多小盆地（见图4）.墨西哥湾盆地的盐岩对圈闭的形成和运移都有重要的控制作用.盐岩形成的构造包括盐枕、盐丘、盐底辟、龟状构造，以及以盐岩为核部的背斜等（见图4），都可能发育形成拱形或穹隆圈闭，由于受盐刺穿或逆冲褶皱作用，也可能导致上覆地层形成穹窿圈闭[9].

3 结论

（1）被动大陆边缘盆地构造环境相对稳定，为生、储、盖层发育及油气的运移和圈闭提供连续的、稳定的时间和空间.

（2）被动大陆边缘盆地裂谷期，由于存在拉张作用，出现海侵并持续扩大，并且盆地位于赤道附近，气候炎热干燥，有利于形成厚层的盐岩，为烃源岩的形成提供有利条件，从而形成良好的盖层及油气圈闭.

（3）由于存在板块的漂移，被动大陆边缘盆地从裂谷期到裂谷后期纬度发生变化，使温度、光照和盐度等条件发生变化，出现有机物的大量繁衍，为烃源岩的生成提供物源.

（4）在被动大陆边缘盆地发育和演化过程中，有利的沉积环境控制优质储层的发育.裂谷期沉积环境主要为河流、三角洲、湖泊或陆缘浅海，有利于生成碎屑岩储层；裂谷后期主要为浅海环境，有利于碳酸盐岩储层形成，由于持续拉张，裂谷边缘沉积物隆起和削蚀、陆壳收缩塌陷形成大量碎屑物质，进而形成优质储层.

（5）被动大陆边缘盆地处于持续的拉张环境，发育多期次的正断层（尤其是裂谷期），断层的形成对油气起运移通道或封堵作用，确保良好圈闭的形成.

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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；

陆雅玲

国家科技重大专项（2011ZX05028-003）

谢奋全（1987-），男，硕士研究生，主要从事沉积地质学及环境分析方面的研究.