加蓬海岸盆地处于西非被动大陆边缘, 是由南美板块与非洲板块分离形成的典型被动陆缘盆地, 是西非被动陆缘盆地群中仅次于尼日尔三角洲盆地、下刚果盆地的第三大富油气盆地, 盆地面积为12.8×10⁴km², 由非洲陆地部分延伸进入大西洋, 陆地面积为4.0×10⁴km², 海上面积为8.8×10⁴km²。美国地质调查局(USGS)在2012年以含油气系统为评价单元的油气评价中, 泛加蓬地区(包括加蓬海岸盆地、里约穆尼奥盆地、杜阿拉盆地)待发现石油可采资源量为15437×10⁶bbl、天然气可采资源量为34961×10⁹ft³、凝析油可采资源量为1352×10⁶bbl, 合计为22615×10⁶bbl^[1], 具有较大的勘探潜力。

前人对加蓬海岸盆地构造演化、沉积特征、油藏特征进行了大量研究工作^[2-9], 但是缺乏对油气成藏组合特征的研究, 对盆地资源潜力的认识缺乏量化数据。本文通过加蓬海岸盆地已发现油气田数据、结合石油地质特征, 以储层为核心划分了油气成藏组合, 总结了各成藏组合油气成藏特征, 并通过蒙特卡洛模拟对各个成藏组合进行了油气资源潜力评价, 最后运用地质—资源双风险评估法, 结合油气成藏特征, 优选出有利探区。

加蓬海岸盆地的形成与冈瓦纳古陆裂解、大西洋的裂开与海底扩张作用有关, 经历了裂谷前期、同裂谷期、过渡期和漂移期4个构造演化阶段^[7-9], 划分为北加蓬次盆、南加蓬次盆、内次盆, 兰巴雷内隆起4个次级构造单元(图 1)。地层沉积开始于晚侏罗世并持续至今, 全盆范围广泛分布的下白垩统Ezanga组蒸发盐岩将地层划分为盐下层系、盐岩层以及盐上层系。盐下层系为同裂谷期盆地内沉积的河流相、湖泊相碎屑岩, 发育同裂谷期盆地断裂活动形成的地堑和半地堑、掀斜断块等构造^[4]; 盐上层系沉积于盆地漂移期, 表现为一个向海进积的沉积序列, 层系下部为封闭的浅海环境, 在浅海陆架上沉积了向海进积的台地相碳酸盐岩, 向上变为广海环境, 沉积了受古奥古河物源供给、向海进积的三角洲相碎屑岩, 并在三角洲末端发育多期浊积扇^[10-11]。盐上主要发育受晚白垩世盐岩层构造运动影响而形成的底辟、盐丘以及伴生的断层、背斜等构造^[12](图 2)。

图 1

图 1 加蓬海岸盆地构造单元划分示意图

图 2

图 2 加蓬海岸盆地构造剖面图(剖面位置见图 1) (据文献[13]修改)

盐下层系下白垩统Melania组深湖相页岩是主力烃源岩, 有机质丰度高, 目前处于生气窗^[14]; 下白垩统Dentale组与Gamba组砂岩是盐下层系主力储层, 与上覆盐岩层形成良好的储盖组合。盐上层系发育两套主力烃源岩:下白垩统Madiela组海相页岩与上白垩统Azile组深海相页岩, 目前处于生油高峰期^[14-15]; 上白垩统Anguille组浊积岩与Batanga组碎屑岩为盐上层系主力储层, 与储层上覆的层间页岩以及新近系页岩层形成储盖组合(图 3)。

图 3

图 3 加蓬海岸盆地地层柱状图

截至2016年, 加蓬海岸盆地已发现185个油气田, 探明和控制油气当量为5629.9×10⁶bbl, 石油发现占到总储量的83.7%。南加蓬次盆和北加蓬次盆油气发现分别占到总储量的53.9%和46.0%, 内次盆油气发现极少, 仅占0.1%;主要含油气层系为下白垩统阿普特阶、上白垩统康尼亚克阶—圣通阶、上白垩统马斯特里特赫阶3个层系, 分别占到全盆地总储量的45.8%、19.3%和20.0%^[13]。空间上, 油气分布表现为“南次盆盐下, 北次盆盐上”的油气分布特征(图 4)。

图 4

图 4 加蓬海岸盆地油气层系分布图[13]

本文依据以储层为核心的划分原则, 采用Allen等^[16]和Doust^[17]对于油气成藏组合的定义进行划分, 即:油气成藏组合是从属于同一个油气系统的, 且同时具有相近储层、圈闭类型、沉积环境的一系列油气藏或远景圈闭。

利用Tellus与IHS资料数据库^{[13, 15]}, 综合前人对油源对比以及油气系统等方面的研究^[19-23], 首先确定源储匹配关系, 将盆地划分为盐下含油气系统与盐上复合含油气系统(图 5)。盐下含油气系统Melania组烃源岩生成的油气全部充注于盐下地层的储层内, 且并未穿越盐岩层进入盐上层系, 盐下层系中的烃源岩、储层、盖层构成了盐下Melania组含油气系统; 而盐上烃源岩、储层、盖层等要素也独立于盐下层系^[24], 构成了盐上复合含油气系统。然后, 在各油气系统内部根据各储层的油气成藏特征差距划分了6个成藏组合(表 1)。

图 5

图 5 加蓬海岸盆地含油气系统平面位置图(烃源岩分布范围据文献[18]修改) Ⅰ—盐上复合含油气系统; Ⅱ—盐下含油气系统

表 1

表 1 加蓬海岸盆地油气成藏组合划分与已发现油气储量表(储量数据来自文献[13]) 含油气系统 成藏组合 烃源岩 储层 沉积相 已发现油气藏个数 探明和控制储量/ 106bbl 盐上复合含油气系统 始新统—渐新统河道砂岩 Azile组、 Madiela组 Mandrove组 河流 41 171.6 Animba组 Ozouri组 康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩 Azile组、 Madiela组 Pointe Clairette组 浊积扇 48 1205.5 Anguille组 马斯特里特赫阶碎屑岩 Madiela组 Batanga组 潮汐水道、浊积扇 20 1126.0 阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩 Madiela组 Cap Lopez组 浅海陆棚 17 292.0 Madiela组 盐下含油气系统 阿普特阶砂岩 Melania组 Gamba组 三角洲、河流 45 2580.6 Dentale组 贝利阿斯阶砂岩 Melania组 基底砂岩 冲积扇—辫状河 14 254.2

表 1 加蓬海岸盆地油气成藏组合划分与已发现油气储量表(储量数据来自文献[13])

盐下含油气系统内发育3套储层, 包括基底砂岩、Dentale组与Gamba组砂岩, 根据油气藏分布、储盖组合、圈闭类型、储层沉积等划分为贝利阿斯阶砂岩成藏组合与阿普特阶砂岩成藏组合。

贝利阿斯阶砂岩成藏组合储集层系为基底砂岩, 目前发现油气藏位于南加蓬次盆最北部, 油气来源于Melania组烃源岩, 生成的油气沿同裂谷期形成的近南北向断裂运移, 进入圈闭内受到Kissenda组页岩封闭聚集成藏, 形成上生下储的模式, 成藏组合内圈闭类型全部为构造圈闭^[18]。储层为冲积扇相—辫状河相的粗碎屑岩, 由钙质胶结的砂岩与富含黏土矿物的胶结致密的角砾岩层组成, 储层物性相对较差。目前勘探程度较低, 具有良好的勘探潜力。

阿普特阶砂岩成藏组合位于南加蓬次盆中部, 油气田主要分布于Melania组烃源岩生烃灶周边, 生成的油气沿断裂向上运移至Dentale组与Gamba组砂岩储层内^[2], 在生烃灶周缘及凸起部位聚集成藏, 形成下生上储的模式, Ezanga组盐岩层封盖性良好, 成藏条件优越。Dentale组与Gamba组储层同为河流相—三角洲相细砂岩, 为不整合接触关系, 砂体最大厚度为50m, 最大孔隙度为30%, 最大渗透率为5000mD^[2], 以构造—地层复合圈闭为主^[13], 目前在该组合发现了盆地内最大的油田拉比—康佳油田, 是盆地内主要勘探目标。

盐上含油层系有:Madiela组、Cap lopez组、Anguille组、Pointe Clairette组、Batanga组、Ozouri组、Animba组、Mandrove组8层砂岩储层, 由储层的油气来源、储集类型、沉积类型、油气藏分布等的差异, 划分为阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩、康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩、马斯特里赫特阶碎屑岩、始新统—渐新统河道砂岩4个成藏组合。其中阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩成藏组合与马斯特里赫特阶碎屑岩成藏组合中油气都来自于Madiela组烃源岩。而康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩成藏组合、始新统—渐新统河道砂岩成藏组合的油气具有混源特征, 油气来自于Madiela组烃源岩与Azlie组烃源岩^{[13, 19]}。

阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩成藏组合油气分布于南加蓬次盆北部的近海区域。该区域靠近Madiela组烃源岩灶, Madiela组顶部烃源岩生成的油气短距离运移进入直接接触的Madiela组中部与Cap Lopez底部砂岩的构造圈闭内聚集成藏, 为自生自储与下生上储模式, Azile组海相页岩为区域性盖层。阿尔布阶—赛诺曼阶储层为浅海陆棚环境下形成的碎屑岩, 孔隙度为24%。同时储层底部发育有物性良好的碳酸盐岩储层, 具有一定勘探价值。

马斯特里赫特阶碎屑岩成藏组合位于Madiela组烃源岩灶内, 油气沿盐构造隆升刺穿产生的破裂带向上运移进入Batanga组储层中聚集。油气分布局限于奥古河三角洲以南至恩科姆断层区域内, 该区带属于盐构造中部盐刺穿区^[25], 形成了由盐底辟、盐隆升等伴生的构造圈闭和构造—地层复合圈闭^[10], 同时上覆古近系页岩层为油气封盖提供了有利条件。储层为潮汐水道与浊积扇碎屑岩复合体, 南部为潮汐水道沉积相, 向北变为浊积扇沉积。

康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩成藏组合油气分布于北加蓬次盆奥古河三角洲及其以北的海域范围内。由Madiela组与Azile组生成的油气沿盐构造形成的断裂通道, 向上运移至盐构造顶部及侧翼的Pointe Clairette组与Anguille组储层中, 受到层间页岩及古近系页岩的封闭聚集成藏。Pointe Clairette组与Anguille组同为浊积砂岩储层, Pointe Clairette组浊积扇发育于Anguille组浊积扇南部, 在垂向上局部发生叠覆, 最大厚度为100m, 最大孔隙度为30%, 渗透率为700mD^[2]。

始新统—渐新统河道砂岩成藏组合中Ozouri组、Animba组、Mandrove组为水退背景形成的河流相砂岩储层, 储层物性好, 储层内都未发生胶结作用, 孔隙度达20%~30%, 渗透率最高达1000mD^[24]。由于分布于北加蓬次盆海域北部, 距离生烃中心较远, 层位浅, 受盐运动影响小, 目前油气发现较少。油气可能运移路径为:油气沿高幅度盐底辟构造向上运移至古近系, 后沿始新统不整合面进行侧向运移, 进入受断层错断封闭而形成的构造—地层复合圈闭中聚集成藏。

盐下成藏组合具有陆相储层、盐岩封盖、断裂沟通源储的特征。盆地内陆湖盆时期沉积的浊积扇相、河流相砂岩构成了盐下成藏组合的储层, 在早白垩世同裂谷期裂谷作用下形成的断层和断裂带为盐下Melania组烃源岩生成的油气运移提供通道^[26]。同裂谷期断层的形成以及在随后阿普特期短暂隆升造成的地层剥蚀^[4], 共同构成了盐下成藏组合的构造圈闭与构造—地层复合圈闭。自晚白垩世开始, 盐下烃源岩Melania组进入生油高峰^[14], 生成的油气沿断层运移充注进入砂岩储层内, 受到上覆盐岩层封盖, 在圈闭内油气聚集成藏。而盐岩层良好的塑性和封闭性, 使盐下油气藏没有受到后期盐构造运动的影响破坏, 得以聚集保存(图 6)。

图 6

图 6 加蓬海岸盆地盐下层系油气成藏组合成藏模式图(据文献[15]修改)

盐上成藏组合具有海相储层、盐构造控藏、盐运动沟通源储的特征。盆地在漂移期海洋环境下沉积的浅海砂岩、潮汐水道砂岩、浊积扇碎屑岩组成了盐上成藏组合的主要储层类型。自晚白垩世开始并持续至今的盐构造运动使Ezanga组蒸发盐岩局部发生隆升, 一方面中—低幅度的盐构造使上覆地层变形, 在盐构造顶部与侧翼形成断层、背斜等圈闭; 另一方面幅度较高的盐构造刺穿地层而伴生的断层为油气向上运移进入储层提供了运移通道。盐上Madiela组与Azile组烃源岩在新近纪进入生油高峰, 大量生烃并持续至今^[19], 生烃期晚于圈闭形成时期, 为油气成藏提供了有利条件。烃源岩生成的油气沿盐构造形成的破裂带向上运移, 进入上部的圈闭内聚集成藏, 盐底辟构造侧面对储层在上倾方向形成遮挡, 古近系、新近系页岩作为盖层对油气进行封盖(图 7)。

图 7

图 7 加蓬海岸盆地盐上层系油气成藏组合成藏模式图(据文献[27]修改)

本文以成藏组合为评价单元, 采用油气资源评价方法中的统计法, 具体使用美国地质调查局(USGS)2012年进行全球油气评价中所使用的蒙特卡洛模拟, 计算未来30年内加蓬海岸盆地各个成藏组合的待发现油气资源量。该方法认为待发现油气藏规模的概率分布服从对数正态分布, 待发现油气藏个数服从三角分布, 可以根据已发现油气藏规模及个数估算出待发现油气藏规模和数量的概率分布^[28]。评价流程以康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩成藏组合为例:①确定评价单元类型与划分勘探阶段。该组合已发现油藏45个、气藏4个, 属于确定型成藏组合, 结合该成藏组合的油气藏年发现个数与规模(图 8), 将勘探历程分为3个阶段:第一阶段(1955—1972年)、第二阶段(1973—1984年)、第三阶段(1985—2013年)。②确定油气藏发现规模与发现个数两组参数。该组合在第一阶段储量发现高峰, 之后的两个阶段中, 年发现油气藏个数虽然增加, 但是年发现储量规模分阶段逐渐减小, 说明该组合油气储量发现潜力有限, 因此以各阶段发现储量最高值的均值、中值的均值为基数, 确定未来30年油气藏待发现规模参数; 从油藏发现个数序列可以看出油藏发现个数较为平稳, 因此以阶段年均发现率最高值、中值、最低值为基数, 确定未来30年油气藏待发现个数参数(表 2)。③将盆地6个成藏组合未来30年待发现油气藏规模的最小值(经济下限值)、中值、最大值, 以及待发现油气藏个数的最小值、中值、最大值分别输入Crystal软件, 通过蒙特卡洛模拟进行5万次随机模拟, 最终获得各个成藏组合的待发现油气资源量的概率分布值。

图 8

图 8 加蓬海岸盆地康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩成藏组合年油气藏发现个数与油气发现储量

表 2

表 2 加蓬海岸盆地不同成藏组合模拟参数 成藏组合 待发现油藏个数 待发现油藏规模/106bbl 待发现气藏个数 待发现气藏规模/109ft3 最小值 中值 最大值 最小值 中值 最大值 最小值 中值 最大值 最小值 中值 最大值 贝利阿斯阶砂岩 17 45 72 1 11 91 — — — — — — 阿普特阶砂岩 20 30 40 1 58 420 7 11 15 6 259 750 阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩 7 14 78 1 14 78 — — — — — — 马斯特里赫特阶碎屑岩 8 24 39 1 45 159 — — — — — — 康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩 21 32 54 1 25 168 2 6 9 6 27 56 始新统—渐新统河道砂岩 20 41 63 1 9.5 28 — — — — — — 注:1×106bbl为油藏经济储量下限; 6×109ft3为气藏经济储量下限。

表 2 加蓬海岸盆地不同成藏组合模拟参数

经过软件模拟运算后, 取待发现油气资源概率分布的均值作为各油气成藏组合的待发现油气资源量, 6个成藏组合待发现油气资源量的总和即为加蓬海岸盆地未来30年的待发现油气资源量, 总量为6894×10⁶bbl, 其中石油资源量为5893×10⁶bbl, 天然气资源量为6005×10⁹ft³, 凝析油资源量为34×10⁶bbl(表 3)。

表 3

表 3 加蓬海岸盆地成藏组合待发现资源量汇总 成藏组合 待发现资源量 石油/106bbl 天然气/109ft3 凝析油/106bbl 合计/106bbl 贝利阿斯阶砂岩 920 401 0 987 阿普特阶砂岩 2243 4109 21 2928 阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩 255 136 0 278 马斯特里赫特阶碎屑岩 1156 694 0 1272 康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩 1083 534 13 1172 始新统—渐新统河道砂岩 236 131 0 258 合计 5893 6005 34 6895

表 3 加蓬海岸盆地成藏组合待发现资源量汇总

从预测勘探潜力的角度来看, 阿普特阶砂岩成藏组合待发现油气资源量最大, 占到全盆地的42.5%;康尼亚克—坎潘阶浊积岩成藏组合与上白垩统Batanga组碎屑岩复合体成藏组合待发现资源量分别位于第二、第三位, 共占到全盆地待发现资源量的35.5%, 同样具有较大的勘探潜力。

与美国地质调查局(USGS)的评价结果^[1]比较来看, 本文评价结果明显较低, 原因出自以下3个方面:①美国地质调查局(USGS)对加蓬海岸盆地的油气评价范围还包含了里约穆尼奥盆地、杜阿拉盆地, 而本文仅针对加蓬海岸盆地, 评价范围更单一。②本文补充了最新的勘探发现数据资料, 使评价参数选取有所差异。③本文采用油气成藏组合作为基础评价单元, 而美国地质调查局(USGS)以盐上与盐下两套层系作为评价单元, 导致计算结果差异。

基于前文对加蓬海岸盆地各石油地质要素的分析, 对各个成藏组合的储层物性、圈闭类型、储盖组合匹配、油气运移、保存等进行地质评价, 并按相对优劣进行风险概率赋值(表 4), 结合各成藏组合油气资源潜力评价结果, 应用资源—地质风险概率双因素法进行勘探有利区评价优选。将成藏组合地质风险概率分为3个等级:小于0.5为低风险, 0.50~0.75为中等风险, 大于0.75为高风险; 根据待发现油气资源量相对大小, 也将资源潜力分为3个等级, 其中小于1000×10⁶bbl为低资源潜力, (1000~2000)×10⁶bbl为中等资源潜力, 大于2000×10⁶bbl为高资源潜力。综合地质风险和资源潜力两个因素, 将成藏组合划分为Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅲ5类。应用上述方法和评估结果, 对加蓬海岸盆地6个成藏组合进行了勘探有利区资源序列排队, 共划分出Ⅰ类有利区1个, Ⅱa类有利区1个, Ⅱb类有利区2个, Ⅱc类有利区1个, Ⅲ类有利区1个(表 4)。

表 4

表 4 加蓬海岸盆地成藏组合地质风险评价和目标优选 成藏组合 待发现油气资源量/ 106bbl 地质条件概率 地质风险概率 综合优选与评价 储层物性 圈闭 运移及匹配 保存 风险 潜力 评级 贝利阿斯阶砂岩 987 0.80 0.8 0.7 0.7 0.69 中 低 Ⅱb 阿普特阶砂岩 2928 0.95 0.9 0.9 0.9 0.31 低 高 Ⅰ 阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩 278 0.80 0.8 0.8 0.7 0.64 中 低 Ⅱc 马斯特里赫特阶碎屑岩 1272 0.95 0.9 0.7 0.8 0.52 中 中 Ⅱb 康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩 1172 0.95 0.9 0.8 0.8 0.45 低 中 Ⅱa 始新统—渐新统砂岩 258 0.90 0.7 0.6 0.6 0.77 高 低 Ⅲ

表 4 加蓬海岸盆地成藏组合地质风险评价和目标优选

综合分析成藏组合资源潜力的结果及成藏要素特征, 认为阿普特阶砂岩成藏组合为最有利的勘探区, 特别是在断裂带区域的构造高部位。该区域位于Melania组生烃灶范围内, 储层储集物性良好, 位于构造高部, 有利于构造圈闭的形成和油气聚集; 另外蒸发岩作为区域性盖层, 分布连续, 封闭性非常好。此外, 康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩成藏组合可以作为次级勘探有利区, 该组合分布区域已经明确浊积体储层发育, 且受两套烃源岩Azile组和Madiela组的油源供给^[20], 落实盐构造的发育特征及圈闭位置是该区勘探的关键(图 9)。

图 9

图 9 加蓬海岸盆地勘探有利区预测图

(1) 加蓬海岸盆地含油气系统背景下以储层为核心, 将加蓬海岸盆地划分为贝利阿斯阶砂岩、阿普特阶砂岩、阿尔布阶—赛诺曼阶砂岩、马斯特里赫特阶碎屑岩、康尼亚克阶—坎潘阶浊积岩、始新统—渐新统砂岩6个油气成藏组合。

(2) 位于盐岩层下的成藏组合特征为:陆相储层、断裂沟通源储、盐岩上覆遮挡封盖; 位于盐岩层上的成藏组合特征为:海相储层、盐运动沟通源储、盐构造控藏。

(3) 加蓬海岸盆地未来30年待发现油气资源量为6895×10⁶bbl, 其中石油资源量为5893×10⁶bbl, 天然气资源量为6005×10⁹ft³, 凝析油资源量为34×10⁶bbl。应用资源—地质概率双因素风险法结合油气成藏特征, 认为阿普特阶砂岩成藏组合为最有利勘探区。