北非特提斯域油氣地質(zhì)特征及勘探方向

赫鵬飛，周航輝

（中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029）

北非特提斯域即現(xiàn)今非洲撒哈拉沙漠以北的廣闊區(qū)域，為岡瓦納大陸北面與歐亞大陸南邊的寬闊中生代海相沉積帶。歸納該地區(qū)油氣富集特點(diǎn)，最顯著的是所有大型含油氣盆地均位于在岡瓦納大陸古-中-新生代的大陸架上，并呈近平行大陸邊緣的條帶狀分布，由邊緣向陸核，盆地富油性程度逐漸變差[1-3]。對北非地區(qū)含油氣盆地地質(zhì)演化特征進(jìn)行分析后，不難發(fā)現(xiàn)，北非地區(qū)含油氣盆地的生、儲、蓋條件和圈、運(yùn)、保過程受到特提斯洋的開裂、擴(kuò)張、萎縮和閉合過程控制。大洋拉張階段盆地接受沉積，生、儲、蓋條件逐漸形成，大洋閉合階段盆被地?cái)D壓剝蝕改造，圈、運(yùn)、保條件逐漸形成。特提斯洋的演化為岡瓦納大陸古-中-新生代的大陸架上形成大型含油氣盆地提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和成藏環(huán)境。

1 構(gòu)造演化特征

北非地區(qū)沉積盆地的形成與新古特提斯洋的開裂和持續(xù)擴(kuò)張作用密切相關(guān)。在泛非大陸基底上，寒武紀(jì)以來的巨厚沉積物先后經(jīng)歷了早古生代古特提斯洋裂谷裂陷演化、晚古生代抬升剝蝕、中生代新特提斯洋裂谷裂陷演化和新生代反轉(zhuǎn)隆升等“兩裂兩壓”構(gòu)造演化過程（見表1），形成的多期疊合盆地呈現(xiàn)出“南北分帶、東西分塊”的構(gòu)造格局，沉積物沿襲原始沉積狀態(tài)，由北向南減薄的呈楔狀分布[1，2]。

1.1 古特提斯洋裂谷裂陷階段

穩(wěn)定陸塊階段為寒武紀(jì)至早石炭世，此階段是古特提斯洋開裂并持續(xù)擴(kuò)張的時期。寒武紀(jì)潘諾西亞大陸分裂，古特提斯洋從中間開始形成，北非地區(qū)進(jìn)入古特提斯被動大陸邊緣沉積發(fā)育階段。奧陶紀(jì)早期繼承性發(fā)育被動大陸邊緣沉積。奧陶紀(jì)晚期，氣候進(jìn)入了地球上最寒冷的時期之一，北非地區(qū)位于的岡瓦那大陸南部發(fā)育了大規(guī)模冰川沉積。隨著志留紀(jì)早期間冰期的到來，全球氣候變暖使晚奧陶世冰蓋融化，海平面上升，北非地區(qū)發(fā)生大規(guī)模海侵，在奧陶系冰川碎屑巖之上沉積了北非地區(qū)最重要的下志留統(tǒng)海相熱液頁巖烴源巖，該套烴源巖的分布和豐度是北非西部地區(qū)油氣成藏的主控因素。

表1 北非地區(qū)構(gòu)造演化特征

志留紀(jì)晚期古特提斯洋更為擴(kuò)張，北非地區(qū)沉降作用強(qiáng)烈，形成北傾的被動斜坡邊緣。泥盆紀(jì)古特提斯洋持續(xù)擴(kuò)張，海平面上升，導(dǎo)致北非地區(qū)大范圍沉積了半深海頁巖、粉砂巖和灰?guī)r。這一時期受超級地幔柱事件影響，造成了缺氧環(huán)境，從而形成了北非地區(qū)上泥盆統(tǒng)黑色頁巖，其分布范圍與下志留統(tǒng)烴源巖大致相當(dāng)，但成熟度略低。石炭紀(jì)早期，岡瓦納大陸西北部與勞倫大陸碰撞，古特提斯洋西半部開始閉合，北非地區(qū)西部開始露出海面成為陸地，其余地區(qū)保持被動大陸邊緣沉積[4-6]。

1.2 抬升剝蝕階段

抬升剝蝕階段為晚石炭世至二疊紀(jì)，此階段是古特提斯洋萎縮閉合期即海西構(gòu)造運(yùn)動時期。晚石炭世持續(xù)向北漂移的岡瓦納大陸和勞亞大陸發(fā)生碰撞形成潘基亞大陸，碰撞在二疊紀(jì)達(dá)到最強(qiáng)烈，古特提斯洋被動陸緣演化史至此結(jié)束。受強(qiáng)烈碰撞擠壓運(yùn)動影響，北非西北部發(fā)生強(qiáng)烈抬升，大范圍變?yōu)殛懴喑练e環(huán)境，大型基底斷層產(chǎn)生走滑運(yùn)動，并形成隆起、褶皺和沉積間斷，北非地區(qū)古生代盆地分化以及構(gòu)造分區(qū)基本定型。海西構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈擠壓侵蝕作用，極大地破壞了古生代地層的生烴作用，但同時也為圈閉及油氣生成、運(yùn)移通道的構(gòu)建創(chuàng)造了條件，在一定程度上可以說海西構(gòu)造不整合面控制了北非地區(qū)古生代油氣藏的形成和分布[3]。

1.3 新特提斯洋裂谷裂陷階段

裂谷裂陷階段為三疊紀(jì)至古新世，此階段是新特提斯洋開裂并持續(xù)擴(kuò)張的時期。三疊紀(jì)至早侏羅世潘基亞大陸不斷裂解，新特提斯洋在中間不斷形成與擴(kuò)張，此時北非地區(qū)在持續(xù)的拉張作用下進(jìn)入了新一輪裂谷與被動大陸邊緣盆地演化階段。此時北非板塊已漂移到赤道附近，全球海平面也正處于整體較低水平，淺水和炎熱的環(huán)境導(dǎo)致該北非大范圍三疊系巨厚蒸發(fā)鹽巖發(fā)育，成為該區(qū)域古生界油氣藏的重要蓋層。蓋層條件并不是該地區(qū)油氣成藏的主控因素，但大型油氣藏的發(fā)育往往與優(yōu)質(zhì)區(qū)域性蓋層相匹配，可以間接認(rèn)為區(qū)域性蓋層的分布控制著區(qū)域大型油氣田分布。

晚侏羅世至早白堊世，非洲與南美板塊分離，中央大西洋開始分裂，北非地方同期發(fā)育裂谷活動，佩杰拉盆地、錫爾特盆地及下埃及盆地依次從北非中部開裂形成，海水沿裂谷南下沉積了上侏羅海相泥質(zhì)烴源巖，同期三角洲相砂巖、淺海相砂巖兼有發(fā)育。晚白堊世至早古新世是中生代盆地的主要裂谷階段，構(gòu)造拉張強(qiáng)烈，大量正斷層發(fā)育，形成了北西-南東向的塹壘構(gòu)造。此時期新特提斯洋發(fā)生大規(guī)模海侵，海水沿佩杰拉盆地和錫爾特盆地一直侵入到西沙漠盆地西北部，形成缺氧水體快速沉積充填的上白堊統(tǒng)海相頁巖，發(fā)育成北非地區(qū)中生代最主要的烴源巖，該套烴源巖的豐度和范圍控制了富油氣帶的質(zhì)量和規(guī)模，是北非地區(qū)中東部地區(qū)油氣成藏的主控因素。古新世大規(guī)模海侵覆蓋了北非中東部，沉積了巨厚的碳酸鹽巖[3，6，7]。

1.4 反轉(zhuǎn)隆升階段

反轉(zhuǎn)隆升階段為漸新世至今，此階段是古特提斯洋萎縮閉合期即阿爾卑斯構(gòu)造運(yùn)動時期。漸新世伴隨著新特提斯洋逐漸關(guān)閉，非洲板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞并褶皺隆升，裂谷作用停止，北非環(huán)地中海地區(qū)擠壓形成阿特拉斯造山帶和敘利亞褶皺弧，斷塊、背斜等有利含油構(gòu)造發(fā)育。東非張裂系統(tǒng)此時也進(jìn)入主構(gòu)造時期，受此影響北非與歐洲板塊產(chǎn)生右旋剪切相對運(yùn)動，并形成的局部拉張活動，當(dāng)今陸海格局成型。中新世時，北非中東部已演化為陸相沉積，上新世之后沉積很薄或缺失，此時期地層遭受抬升剝蝕'發(fā)育河流相、三角洲相沉積，碎屑巖儲層發(fā)育[1，4]。

2 油氣地質(zhì)特征

2.1 古生代油氣地質(zhì)特征

古生代盆地受古特提斯洋形成時東西向拉張開裂影響呈東西向排列，并在新特提斯洋閉合所產(chǎn)生的褶皺弧后呈扇形分布（見圖1）。西部地區(qū)（阿爾及利亞、利比亞）和東部地區(qū)（埃及）古生代油氣藏均為古特提斯洋關(guān)閉（海西構(gòu)造運(yùn)動）所產(chǎn)生的不整合油氣藏，但受海西運(yùn)動作用時間和程度不同的影響，其構(gòu)造特征油氣藏特征截然不同。受特提斯洋由西向東逐漸閉合影響，北非地區(qū)西部作為板塊碰撞的前沿，擠壓破碎嚴(yán)重，東部地區(qū)作為擠壓緩沖區(qū)，隆升明顯，后期剝蝕嚴(yán)重，北非地區(qū)受海西運(yùn)動影響的剝蝕程度整體呈由西向東增強(qiáng)趨勢[8]。

區(qū)域剖面圖（見圖2），北非西部地區(qū)古生代含油氣構(gòu)造以地層不整合構(gòu)造為主，伴有角度不整合構(gòu)造，已發(fā)現(xiàn)主要油氣藏集中在泥盆系淺海相、三角洲相及淺海相碎屑巖儲集層中。主要烴源巖為下志留統(tǒng)海相熱頁巖烴源巖，該烴源巖為晚奧陶世冰期以后最大規(guī)模海侵所形成滯流環(huán)境下發(fā)育的灰黑色筆石頁巖，有機(jī)碳含量為2%～17%，以Ⅰ-Ⅱ型干酪根為主，烴源巖處于成熟-高成熟階段[5，9]。受到海西運(yùn)動抬升剝蝕作用的影響，該套烴源巖在北非西部地區(qū)的廷杜夫盆地、雷甘盆地、蒂米蒙盆地、韋德邁爾盆地、古德米斯盆地和伊利茲盆地等得到保存。次要烴源巖為中、上泥盆統(tǒng)頁巖，該烴源巖為中、晚泥盆世海侵所形成的海相黑色泥巖，有機(jī)碳含量為8%～14%，干酪根類型為Ⅰ-Ⅱ型，烴源巖熱演化程度相對較低。泥盆系遭受海西運(yùn)動剝蝕的程度和范圍都大于志留系，僅在古德米斯盆地、伊利茲盆地、蒂米蒙盆地的部分區(qū)域得到保存。上三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)半封閉海環(huán)境下區(qū)域蒸發(fā)巖為主要蓋層，在古德米斯盆地、韋德邁爾盆地和蒂米蒙盆地最為發(fā)育，厚度超過1 000 m。次要蓋層為古生代砂巖層內(nèi)的灰黑色頁巖夾層。油氣充注以沿?cái)鄬哟怪毕蛏线\(yùn)移和沿地層橫向運(yùn)移為主。圈閉類型以背斜構(gòu)造圈閉為主，斷塊構(gòu)造圈閉為輔。

北非東部地區(qū)古生代含油氣構(gòu)造以角度不整合構(gòu)造為主，受海西構(gòu)造運(yùn)動剝蝕作業(yè)影響，僅在下埃及盆地西側(cè)小范圍得以保留。主要儲集層為二疊系淺海相、三角洲相碎屑巖，泥盆系、石炭系淺海相碎屑巖。主要烴源巖為侏羅系淺海相煤系灰?guī)r，有機(jī)碳含量為0.5%～64.4%，干酪根Ⅱ-Ⅲ型，目前處于低熟-成熟階段。蓋層主要為古生代砂巖層內(nèi)的灰黑色頁巖夾層、上白堊統(tǒng)廣海相頁巖和局限盆地形成的蒸發(fā)巖。油氣充注以沿?cái)鄬哟怪毕蛳乱茷橹鳎徽厦媾c砂體輸導(dǎo)為輔。圈閉類型為斷塊、斷背斜。

圖1 北非地區(qū)盆地及主要烴源巖分布

2.2 中、新生代油氣地質(zhì)特征

圖2 北非地區(qū)西-東向剖面圖

北非地區(qū)中、新代盆地演化主要受控于新特提斯洋的演化。新特提斯洋的開裂導(dǎo)致中生代盆地在北非中部打開形成；新特提斯洋的閉合導(dǎo)致大陸碰撞產(chǎn)生敘利亞褶皺弧，褶皺弧弧前凹陷構(gòu)成了新生代盆地主體。同時阿爾卑斯構(gòu)造運(yùn)動使得北非地區(qū)整體發(fā)生碰撞抬升，西部地區(qū)相對于中、東部地區(qū)抬升更為明顯，中、新生界沉積地層由西向東加厚，油氣地質(zhì)條件逐漸變好。中、東部地區(qū)靠近地中海南緣的地區(qū)延續(xù)中生代被動大陸邊緣演化，有利于生、儲、蓋組合的發(fā)育。

中、新生代含油氣盆地儲層在中部地區(qū)以白堊系淺海相碎屑巖、三疊系河流相碎屑巖為主，在東部地區(qū)以始新統(tǒng)淺海碳酸鹽巖、中新統(tǒng)淺海相灰?guī)r為主。主要烴源巖為侏羅系-白堊系海侵作用及缺氧環(huán)境下形成淺海相泥頁巖，有機(jī)碳含量為0.5%～10%，干酪根類型為Ⅱ-Ⅲ型。次要烴源巖為始新統(tǒng)淺海相頁巖和黏土質(zhì)灰?guī)r，有機(jī)碳含量為0.8%～2%，干酪根類型為Ⅱ-Ⅲ型[6，8]。兩套烴源巖均沿埃及至阿爾及利亞北部的地中海南緣分布。上白堊統(tǒng)廣海相頁巖和局限盆地形成的蒸發(fā)巖是中、新生代含油氣的主要蓋層，在北非地區(qū)除尼羅河三角洲盆地以外的區(qū)域均獲證實(shí)，次要蓋層為分布于錫爾特、佩杰拉和尼羅河三角洲盆地的古新統(tǒng)-始新統(tǒng)海相泥巖和致密灰?guī)r蓋層，對絕大部分產(chǎn)自新生界烴源巖的油氣具有封蓋作用[1]。受阿爾卑斯構(gòu)造運(yùn)動影響，北非地區(qū)斷層異常發(fā)育，垂向油氣運(yùn)移條件較好，易形成背斜及斷塊構(gòu)造圈閉。

3 有利勘探方向

北非地區(qū)擁有極其豐富的油氣資源，據(jù)IHS Markit 2017數(shù)據(jù)僅阿爾及利亞、利比亞和埃及三國累計(jì)探明油氣儲量就到達(dá)1 500億桶（油氣當(dāng)量）。并且該地區(qū)原油油質(zhì)好、油層淺、易開采，緊鄰紅海、地中海航道，地理位置極其優(yōu)越，長久以來占據(jù)全球油氣供應(yīng)的重要位置。但該地區(qū)主要含油氣盆地勘探程度高，現(xiàn)有油氣勘探開發(fā)主要圍繞老油田挖潛和邊際油田整合，剩余勘探潛力有限。通過對特提斯洋演化與北非油氣成藏的相互關(guān)系的探討和油氣地質(zhì)特征規(guī)律性總結(jié)，認(rèn)為該地區(qū)未來的勘探工作應(yīng)跳出現(xiàn)有模式，積極向著“上山”、“下水”“深層系”等領(lǐng)域擴(kuò)展。

（1）“上山”即加強(qiáng)對北非西部阿特拉斯造山帶山間盆地和其褶皺前緣山前盆地的勘探研究。北非西部古生代盆地勘探成果表明，該地區(qū)油氣田分布受控于海西構(gòu)造運(yùn)動改造后的志留紀(jì)、泥盆紀(jì)烴源巖分布，即受海西運(yùn)動影響形成的殘留海分布控制了北非西部古生代盆地油氣田分布。阿特拉斯造山帶山間盆地和其褶皺前緣的山前盆地在志留紀(jì)、泥盆紀(jì)處于海相環(huán)境且未受到海西運(yùn)動的大規(guī)模改造，有發(fā)育烴源巖的可能[10]。同時阿特拉斯造山帶的大規(guī)模演化時間較晚，主要集中于中新世-新世新特提斯洋的閉合加劇期，對古生代沉積的剝蝕破壞能力不是很強(qiáng)。以此為依據(jù)尋找阿特拉斯造山帶近東西向山間盆地和前緣帶的志留紀(jì)、泥盆紀(jì)沉積可以圈定有利生油區(qū)。

（2）“下水”即重點(diǎn)關(guān)注海蘇伊士灣海上油田勘探。蘇伊士灣演化經(jīng)歷了由南向北兩期開裂，發(fā)育了以晚白堊世和始新世生油巖為中心的油氣系統(tǒng)，油氣通過斷層等通道，運(yùn)移至前裂谷期、裂谷期和后裂谷期儲層。盆地北部單元受敘利亞褶皺弧擠壓抬升影響剝蝕嚴(yán)重，油氣成藏條件較差。盆地中、南單元受構(gòu)造運(yùn)動較小，裂谷前的晚白堊世和始新世烴源巖、裂谷期晚中新世烴源巖及北部烴源未受到強(qiáng)烈剝蝕，加上區(qū)域蓋層蒸發(fā)巖發(fā)育，可以推斷蘇伊士灣盆地中部和南部為有利成藏區(qū)。

（3）“深層系”是指加強(qiáng)北非東、西部古生界不整合面之下油氣藏對比研究，探索北非西部潛山油氣藏潛力。古生界角度不整合油氣藏分布于海西構(gòu)造運(yùn)動所形成的古生界次級含油氣系統(tǒng)中，以斷塊、斷背斜圈閉為主。因海西構(gòu)造運(yùn)動對下部古生界地層的差異剝蝕，形成的不整合面溝通了中生界與古生界多層系烴源巖與儲層，形成了由斷層、不整合面、砂體構(gòu)成的立體油氣運(yùn)移輸導(dǎo)體系，有利于油氣運(yùn)移充注并最終保存成藏。受構(gòu)造背景影響，該類型油氣藏僅分布于北非東部下埃及盆地的Faghur次盆，是該地區(qū)未來油氣勘探的主要目標(biāo)。