塞內加爾盆地演化過程與巖性油氣藏勘探前景

李恒萱，溫志新，宋成鵬，劉祚冬，季天愚，沈一平，耿 珂

（中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

0 引言

近十年來，塞內加爾盆地深水區取得了一系列重大油氣發現，同時，隨著油氣風險勘探的重點向被動大陸邊緣盆地深水轉移［1］，西非被動大陸邊緣盆地可能成為勘探熱點地區。根據中國石油2020 年資源評價結果，中大西洋兩岸被動大陸邊緣盆地待發現石油資源量超過14×108bbl（1 bbl≈0.137 t），待發現天然氣資源量超過55 Tcf（1 Tcf=283.17×108m3），勘探潛力巨大。

塞內加爾盆地油氣勘探始于20 世紀50 年代，可劃分為2 個勘探階段：第1 階段（1959—2000年）勘探目標集中在陸架和淺水區，油氣發現規模較小，油氣發現有12 個，可采儲量共0.38×108bbl，最大油氣發現為1970 年獲得的卡薩芒斯次盆淺海區Dome Gea，可采儲量0.15×108bbl；第2 階段（2001 年至今）勘探目標集中在深水—超深水區，油氣發現有22 個，可采儲量共105.95×108bbl，平均可采儲量超過5.04×108bbl。2014 年Cairn 公司在中部次盆深水區先后發現FAN 1 和Sangomar 等2 個億桶級油氣藏，2015 年Kosmos 公司在超深水區獲得Ahmeyim/Guembeul 發現，可采儲量28.56×108bbl 為盆地內目前最大油氣發現［2］。統計發現99%的2P可采儲量位于盆地內深水區（水深大于200 m），油氣發現主要集中在毛里塔尼亞、中部次盆海域和陸上地區［2］。盆地目前勘探程度低，處于風險勘探階段，具有良好的勘探前景。

國內外學者已對中大西洋含鹽坳陷型被動大陸邊緣盆地成盆演化［3-4］、盆地構造和沉積特征［1，5-8］，以及油氣分布規律［8-10］進行過研究，但對于原型盆地疊加演化對成藏模式的控制以及未來勘探方向的研究尚且不足?；诎鍓K構造理論，利用地震、地質等資料，分析塞內加爾盆地結構及沉積充填特征，并結合盆地內已發現大油氣田解剖，探討油氣成藏規律，明確不同次盆有利成藏組合，以期為超前選區和新項目評價提供參考。

1 地質概況

塞內加爾盆地（Senegal Basin，又稱MSGBC）位于中大西洋非洲西北海岸，分布于西撒哈拉、毛里塔尼亞、塞內加爾、岡比亞、幾內亞比紹、幾內亞6 個國家的陸上及海域（圖1）。盆地北部以Cape Blanc斷裂與塔爾法亞盆地分隔，南部以幾內亞斷裂帶為界，東西向轉換斷裂將盆地自北向南依次劃分為3個次盆［5，9］：毛里塔尼亞次盆、中部次盆及卡薩芒斯次盆。盆地總面積約91.3×104km2，其中海域面積為60.2×104km2［11］，49%為深水（水深大于200 m）。

圖1 塞內加爾盆地位置和勘探現狀（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Location and exploration status（a）and stratigraphic column（b）of Senegal Basin

盆地發育的裂谷層系較薄，且埋藏深，以陸相及湖相砂泥巖沉積為主，目前僅在塞內加爾南部陸上有鉆井鉆遇［9］。中三疊世以來，洋盆持續擴張，局限海環境發育澙湖相鹽巖和碳酸鹽巖，鹽構造活動持續整個沉積期［7，9］。中侏羅世早期開始，盆地內廣泛發生海侵，在早期發育的碳酸鹽巖臺地邊緣陡坡處，三角洲—深水重力流沉積體系發育，盆地內深水濁積砂體發育。晚白堊紀土倫期海侵范圍最大［8］，盆地內廣泛沉積富有機質頁巖。白堊紀末期，盆地開始進入海退旋回［8］。古近紀以來，阿爾卑斯造山運動導致盆地整體受擠壓應力，陸架邊緣廣泛發生隆起和構造反轉［8-9］，新近紀Cape Verde 半島火山活動強烈。

2 盆地演化及沉積充填特征

中大西洋東西兩岸共軛型被動大陸邊緣盆地是隨著中三疊世以來潘基亞超大陸解體、大西洋持續擴張而形成，主要經歷了中三疊世裂陷期陸內裂谷、晚三疊世—早侏羅世過渡期陸間裂谷和中侏羅世至今漂移期被動陸緣3 個演化階段（圖2）［1-2］。中大西洋東岸西北非一側從摩洛哥北部向南延伸到幾內亞高原南部的幾內亞斷裂帶，地層沉積特征具有明顯的相似性。

圖2 板塊構造演化與原型盆地分布（據文獻［1］修改）Fig.2 Plate tectonic evolution and distribution of prototype basin

（1）中三疊世陸內裂谷（裂陷期）。中三疊世開始，非洲板塊與北部勞俄-歐亞（勞亞）板塊逐漸分離，由于地幔深部物質熔融上涌形成熱點，巖石圈受熱抬升、陸殼減薄，形成由北向南展開的拉張斷陷活動，最終形成近SN 向張性斷裂，發育狹長的裂谷帶，裂谷層系不發育，沉積充填受三疊紀相對干旱氣候的影響，主要發育河流—沖積扇等紅色沉積體系［9，12］。

（2）晚三疊世—早侏羅世陸間裂谷（過渡期）。中大西洋裂谷作用開始于晚三疊世，受新特提斯洋開啟作用的影響，中大西洋由北向南逐漸打開并形成陸間裂谷。利用重磁、地震等數據對中大西洋板塊演化的重建結果顯示，洋殼最早出現時期為辛涅繆爾期（約190 Ma）［3］。裂谷的走向與西北非邊緣的古海西褶皺帶走向近乎平行，呈近北東—南西向，洋殼導致地溫梯度明顯升高，同時，位于赤道附近的氣候炎熱，同裂谷期主要發育厚層的蒸發巖相，地震揭示卡薩芒斯次盆的同裂谷蒸發巖段厚度最高達2 000 m，主要由鹽和硬石膏蓋組成；在中部和毛里塔尼亞次盆，蒸發巖段厚度也能達2 000 m，下部晚三疊世碎屑巖段厚度推測與卡薩芒斯次盆相似（參見圖1）［5，13-14］。除卡薩芒斯和毛里塔尼亞次盆少數鹽構造外，其余鉆井尚未鉆遇裂陷期地層，但地震資料已經證實該層段蒸發巖經歷了廣泛的鹽運動，鹽底辟侵入上覆白堊系和中新統［9］。

（3）中侏羅世至今被動陸緣（漂移期）。中侏羅世潘基亞大陸裂解，伴隨中大西洋海底不斷擴張，帶動兩側盆地進入漂移期被動大陸邊緣演化階段，漂移期層序剖面厚度自東向西增大，盆地幾內亞比紹地區沉積中心的漂移期地層厚度約12 000 m。

中侏羅世—早白堊世，從北部葡萄牙到南部幾內亞比紹的沉積碳酸鹽巖臺地在NE—SW 向延伸超過6 000 km，向南增厚變寬，盆地內碳酸鹽巖臺地厚度為2 300～3 200 m（參見圖1）［2，9］。

早白堊世晚期碳酸鹽巖臺地建造范圍減小，僅在盆地中部近海部分沉積，三角洲深水沉積體系發育，盆地內經歷完整的海侵-海退旋回沉積［1-2］。早白堊世—晚白堊世，受赤道大西洋（Equatorial Atlantic）打開的影響，中大西洋古環流改變并影響深盆的沉積體系，遠離洋中脊的大陸邊緣發生熱沉降；受全球海平面上升的影響，盆地內廣泛沉積海侵層序。瓦蘭今階碳酸鹽巖臺地被淹沒，上覆阿爾布階進積三角洲碎屑巖沉積，土倫期盆地內廣泛沉積的黑色瀝青質頁巖，標志該時期為白堊紀最大海侵期，厚度為50～150 m，為盆地內的主要烴源巖［8-9］。

晚白堊世坎潘階期至今為海退期，馬斯特里赫特期沉積厚層砂巖和砂泥巖互層，歐洲-非洲板塊匯聚導致北非大陸邊緣盆地受到擠壓應力，造成盆地反轉，白堊系頂部發育大范圍區域不整合，即森諾曼不整合，在Dakar 以南邊緣可以觀測到600 km分布［8］。古近系以來，隨著全球海平面的快速下降，盆地內陸源碎屑沉積增多，河流—三角洲—深水重力流沉積體系發育，在碳酸鹽巖臺地邊緣陡岸的前緣深水區發育海底扇，早期陸間裂谷形成的大量鹽巖受上覆沉積作用發生強烈活動，盆地內發育與鹽構造相關的多種圈閉類型［15］。

3 盆地結構特征

塞內加爾盆地經歷了陸內裂谷、陸間裂谷和被動大陸邊緣3 個演化階段，受北東—南西向斷裂控制成盆，整體呈“寬陸架、陡陸坡”的構造格局。地層沉積西厚東薄，下部裂谷層序埋藏深，相對不發育，目前盆地內尚無鉆井鉆遇；上部漂移期沉積時間長，海相坳陷層序沉積厚度大，陸架邊緣上白堊系被嚴重剝蝕，陸上中—新生代地層發育較薄。

盆地結構以三疊紀含鹽過渡層系為界，垂向上可分為鹽下構造、鹽構造和鹽上構造。鹽巖下部屬于陸內裂谷階段，由于中生代盆地整體受拉張作用影響，裂谷受相對平緩的邊界斷裂控制，形成寬且淺的斷陷盆地，呈壘塹構造特征（圖3）。同時，由于中三疊世古氣候干旱，斷陷盆地內主要沉積河流、沖積扇等陸相沉積充填［1］。過渡期蒸發巖層受差異壓實作用影響，形成鹽底辟上侵上覆白堊系和古近系（圖3），鹽上發育鹽巖構造相關的滾動背斜等構造，毛里塔尼亞和卡薩芒斯2 個次盆內發育南北向延伸的與鹽相關的構造圈閉及巖性-構造圈閉類型。鹽巖之上為被動陸緣漂移期沉積，具有坳陷特征，整體沉積厚度大，推測可能原因［1］：①從中侏羅世進入坳陷期，沉積時間長；②位于赤道附近，漂移期早期碳酸鹽巖建造速度快。受洋脊持續擴張和鏟狀正斷層重力滑動影響，陸坡處地層受擠壓作用，形成逆沖構造，中部次盆達喀爾半島（Dakar）火山活動強烈。

圖3 塞內加爾盆地地層剖面Fig.3 Stratigraphic profile of Senegal Basin

4 油氣成藏規律

塞內加爾盆地內發育塞諾曼—土倫階海相黑灰色富有機質頁巖，為主要烴源巖。在毛里塔尼亞和中部次盆，有機質類型以Ⅱ型、Ⅲ型為主，生烴潛量為3～21 mg/g，TOC值為3%～10%，厚度最高達380 m；卡薩芒斯次盆內主要為瀝青質頁巖，有機質類型以Ⅱ型為主，TOC值為7%～10%，生烴潛量為5～75 mg/g，沉積厚度為330～490 m［2］。

盆地內還發育多套次要烴源巖：①下白堊統瓦蘭今階石灰巖、阿普特—阿爾布階頁巖，有機質類型為Ⅲ型，以生氣為主，TOC值為1%～3%，在卡薩芒斯次盆內最高達3.4%；②上白堊統森諾曼—馬斯特里赫特階頁巖以Ⅱ型為主，部分含Ⅳ型，TOC值為0.9%～4.0%，生烴潛量為2～5 mg/g。深海鉆探井DSDP367 和DSDP368（分別距離塞內加爾首都Dakar 西南370 km和北西520 km）也證實了阿爾布階和塞諾曼—土倫階頁巖烴源巖生烴潛力［2］。③古近系烴源巖具有一定的生烴潛力，但目前尚未成熟。同時塞內加爾境內陸上鉆井Diana Malari-1 和Kolda-1 鉆遇志留系黑灰色富有機質Buda 頁巖，厚度為41 m，地化分析測試TOC值為1.0%～5.5%，可能在侏羅世—白堊紀開始生烴，由于埋深大，現今可能過成熟［5，16-17］。盆地內已探明的2 個主要生油區：①毛里塔尼亞次盆至中部次盆北段；②卡薩芒斯次盆至幾內亞比紹海域。阿爾布階烴源巖大約在晚始新世開始生油，土倫階和森諾曼階烴源巖在中新世開始生油，白堊紀烴源巖生油深度為1 000～3 000 m［9］。在Cape Verde 毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆鹽底辟發育帶，火山作用和漂移期鹽底辟活動導致地溫梯度升高，對烴源巖成熟度影響大，烴源巖生油深度變淺。

4.1 中部次盆

中部次盆從塞內加爾河向南延伸到岡比亞河，盆地內主要沉積中生界，古生界僅在塞內加爾東南部陸上和相鄰盆地有露頭發現。截至目前，中部次盆內油氣發現數量最多，2014 年，英國凱恩石油公司（Cairn Energy）獲FAN 1和Sangomar 深水大油氣發現并證實盆地深水—超深水區阿爾布階深水扇、三角洲油氣富集，勘探取得重大突破；2015 年科斯莫司能源公司（Kosmos Energy Ltd.）在中部次盆超深水區獲得Ahmeyim/Guembeul 發現，為盆地內目前最大油氣發現，油氣主要集中在背斜之上的下塞諾曼階濁積扇砂體。據IHS 數據統計，截至目前，中部次盆海域獲得油氣發現10 個，油氣可采儲量97.95×108bbl，均未進入開發。

（1）下白堊統成藏組合

FAN 1 和Sangomar 發現均位于塞內加爾海域，水深分別為1 437 m 和1 150 m，石油可采儲量分別為0.75×108bbl 和0.48×108bbl，天然氣可采儲量分別為0.06 Tcf 和0.82 Tcf［11］。

主要烴源巖為土倫階海相頁巖，有機質類型為Ⅱ型，生烴潛量為3.5～21.0 mg/g，TOC值為1.2%～4.5%，最大厚度達350 m，于古新世達到成熟，新近紀開始大量生烴［5，18］。早白堊世盆地內物源充足，陸架邊緣三角洲沉積不斷向海進積，陸坡處形成三角洲體系［19］，坳陷后期三角洲砂體沿碳酸鹽巖臺地邊緣陡坡處易發生垮塌，并向盆底推進，深水重力流砂體發育［20-21］，三角洲與濁積扇沉積體系表現出明顯“源-匯”關系［22-23］。FAN 1 主要儲層為深水區低幅度構造帶的下白堊統濁積扇砂體組合；晚白堊世森諾曼期不整合作用導致上侏羅統—下白堊統碳酸鹽巖臺地抬升并發生巖溶［24-25］，形成淺海相水道充填砂巖儲層；Sangomar 主要儲層為陸架邊緣阿爾布階三角洲砂體，儲層厚度平均為50 m，孔隙度為24%［5］。上白堊統圣通階和下白堊統阿爾布階泥巖與上傾斷層形成封閉作用，形成巖性圈閉（FAN 1）和構造-不整合圈閉（Sangomar）（圖4）［18，26］。油氣主要通過2 種方式運聚：①沿塞諾曼或阿爾布階砂巖儲層運移，形成砂巖側向尖滅油氣藏；②沿上傾斷層垂向運移到白堊系砂巖儲層，形成巖性-構造油氣藏。

圖4 塞內加爾盆地深水區濁積砂體地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.4 Seismic section of turbidite sand bodies in deep-water area of Senegal Basin

（2）上白堊統成藏組合

2015 年Kosmos 公司在中部次盆超深水區先后發現Ahmeyim/Guembeul 大氣田、Bir Allah 氣田，之后又有Terange 氣田（2016 年）和Yakaar 氣田（2017 年）發現。油氣發現集中在上白堊統塞諾曼階濁積水道和濁積扇復合砂體，是盆地內最重要的儲層，上白堊統儲層已發現2 P 可采儲量超89.85×108bbl，以天然氣和凝析油為主。

Ahmeyim 氣田為塞內加爾盆地目前最大油氣發現，水深為2 710 m，目前尚未開發，天然氣可采儲量為16.2 Tcf。主要烴源巖為下白堊統頁巖，有機質類型以Ⅱ型、Ⅲ型為主，生烴潛量為2～7 mg/g，TOC值為1.0%～2.7%；次要烴源巖上白堊統塞諾曼—土倫階海相頁巖，有機質類型為Ⅱ型，生烴潛量為3～21 mg/g，TOC值為1.2%～4.5%，在古新世達到成熟，新近紀開始大量生烴［11］。晚白堊世—中新世盆地陸坡邊緣和深水區廣泛發育濁積砂體，晚白堊世濁積扇砂體在地震相上表現為中—強振幅、弱連續性（圖4）。中部次盆內油氣發現富集于上白堊統深水濁積砂體，儲層凈厚度達107 m，孔隙度為10%～30%［5］。上白堊統和層間泥巖與上傾斷層形成封閉作用，形成構造-地層圈閉。圣通期—早中新世盆地受構造擠壓作用，導致裂谷期斷層活動作為油氣垂向運移通道，至構造高部位，形成背斜構造油氣藏（圖5）。

圖5 塞內加爾盆地中部次盆油氣成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation model of Middle sub-basin，Senegal Basin

4.2 毛里塔尼亞次盆

毛里塔尼亞次盆從摩洛哥南部向南延伸到塞內加爾河北部。盆地內油氣發現包括：Chinguetti油田（2001 年）、Banda 氣田（2002 年）和Tiof 油田（2003 年），主力層位為中新統濁積砂巖，Pelican 氣田（2004 年）發現證實了盆地內上白堊統砂巖勘探潛力大。盆地內油氣發現目前均尚未投入開發。

盆地內已證實烴源巖為塞諾曼-土倫階富有機質頁巖，在毛里塔尼亞次盆內干酪根以Ⅱ型為主，TOC值為7.0%～10.0%，生烴潛量為3.5～21.0 mg/g，在古新世開始生烴，目前仍處于生油窗［2］，該套烴源巖對陸架碳酸鹽巖儲層具有重要意義。盆地深水區發育中新統濁積砂巖主要儲層和上白堊統砂巖次要儲層，其中，中新統儲層以濁積砂巖為主，最大厚度為114 m，孔隙度為24%［11］。這2 套儲層均為重力流沉積體系［27］，物源主要來自陸架三角洲，地震相表現為中—強振幅、中等連續性（圖6）。由于蒸發鹽巖具有較強可塑性［11］，三疊系—早侏羅系沉積期鹽巖受后期構造作用而發生變形，形成鹽底辟構造侵入中新統深水濁積砂巖儲層，同時可作為油氣運移的良好通道［28］。例如，Chinguetti 油田圈閉類型為鹽巖受構造作用變形，刺穿上覆地層并形成側向封堵和斷層側向遮擋，形成與鹽相關的構造-巖性圈閉［16］［圖7（圈閉1）］，同時對上白堊統濁積砂巖側向封堵，形成鹽下圈閉［圖7（圈閉7）］。由于盆地內斷層不發育，缺乏油氣運移通道，同時晚白堊世烴源巖的成熟度是盆地內形成大型油氣田的主要風險。

圖6 塞內加爾盆地毛里塔尼亞次盆鹽底辟發育區地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.6 Seismic profile of salt diapirs in Mauritania sub-basin，Senegal Basin

圖7 塞內加爾盆地中部次盆—毛里塔尼亞次盆深水區油氣成藏模式Fig.7 Hydrocarbon accumulation model of Middle sub-basin and Mauritania sub-basin，Senegal Basin

4.3 卡薩芒斯次盆

卡薩芒斯次盆從岡比亞南部向南延伸到幾內亞比紹，盆地內發育南北向延伸的鹽底辟構造帶。盆地內目前油氣發現集中在淺水區，Oryx Petroleum公司在盆地內鹽底辟構造帶先后發現Dome Flore（1967年）和Dome Gea（1971年）油田，2P 可采儲量分別為0.1×108bbl 和0.15×108bbl；Copetao 公司在CM-5 井2 786 m 漸新統鮞粒狀灰巖中獲重油發現（原油API值為10°）、馬斯特里赫特階儲層中獲輕質油發現（API值為34°），發現儲量規模均較小。2004 年Premier 石油公司Sinapa 油田的發現證實了下白堊統阿爾布階砂巖具有較大油氣勘探潛力，2P 可采儲量為0.14×108bbl，其中石油2P 可采儲量為0.13×108bbl［11］。

目前，已證實的烴源巖為塞諾曼-土倫階頁巖，Ⅱ型干酪根，TOC值為5.35%～8.72%，生烴潛量為660～683 mg/g。上白堊統馬斯特里赫特階海相三角洲和淺海陸相濁積砂體為主要儲集層系，厚度為100～1 700 m，且變化范圍大，孔隙度為13%～35%；漸新統儲層主要為碳酸鹽巖地層，以含有孔蟲的細?；規r為主，孔隙度大于50%，平均厚度超過50 m［29］。裂谷期鹽巖層具有流動性，受后期構造作用而變形，刺穿上覆地層形成側向封堵，在上覆馬斯特里赫特階砂巖儲層中易形成輕質油油藏［圖7（圈閉7）］；沿鹽底辟繼續向上運移，在鹽底辟頂部形成背斜或鹽遮擋型油氣藏［圖7（圈閉3）］。

5 結論

（1）塞內加爾盆地是伴隨中生代潘基亞超大陸的解體、中大西洋持續擴張而形成的。盆地經歷了陸內裂谷（中三疊世）、陸間裂谷（晚三疊世至早侏羅世）和被動陸緣（中侏羅世至今）3 個原型盆地階段疊加發展而來，分別為陸相、過渡相及海相沉積體系。盆地構造和充填沉積有差異，下部裂谷層系不發育，中部陸間裂谷鹽巖發育，上部坳陷層序沉積厚度大，為“含鹽坳陷型”被動陸緣盆地。

（2）盆地結構及沉積特征垂向上以三疊紀含鹽過渡層系為界，可分為鹽下裂谷層系、鹽巖層和鹽上坳陷層系。盆地結構-沉積體系決定了其油氣成藏特征，已發現油氣主要來源于鹽上坳陷層系，主要發育塞諾曼—土倫階和阿普特—阿爾布階海相頁巖烴源巖，在晚始新世至中新世開始生烴。中部次盆阿爾布階濁積扇和碳酸鹽巖臺地上的三角洲砂體，形成巖性圈閉和構造-不整合圈閉；超深水區發育上白堊統深水重力流濁積砂體，下部成熟的油氣沿斷層向上運移，形成海底扇油氣藏；鹽底辟對油氣運移和側向封堵均產生影響，毛里塔尼亞和卡薩芒斯次盆鹽底辟發育帶多形成與鹽巖相關的中新統濁積砂巖成藏組合。

（3）“含鹽坳陷型”被動陸緣盆地深水目前整體勘探程度較低，油氣勘探鉆井集中在中部次盆鹽上坳陷層系，隨著勘探范圍的不斷拓展，毛里塔尼亞、卡薩芒斯次盆將會有更多海底扇油氣藏發現，同時，處于深水范圍的侏羅系—下白堊統碳酸鹽巖礁灘體可能成為下一步碳酸鹽巖油氣藏發現的熱點。