墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组油气成藏条件及有利勘探方向*

卢景美 李爱山 黄兴文 严 杰 张 量 赵晨露 张 彪 孔国英 王 丹

（中海油研究总院有限责任公司 北京 100028）

近10年，墨西哥湾深水区一直保持着40%～50%的高勘探成功率［1］。随着宽方位和全方位地震采集、盐下成像处理和深水沉积储层评价等勘探技术的进步［2-5］，墨西哥湾深水区油气储量增长势头强劲，尤以盐下的古新统—始新统Wilcox组深水浊积砂岩储量的增长最为迅速。Wilcox组为墨西哥湾西部沿岸陆上重要的含油气层系，已发现约8 495×108m3的天然气储量。钻探证实，在墨西哥湾美国深水区和墨西哥北部的深水区均发育Wilcox组成藏组合，美国深水区Wilcox组勘探程度较墨西哥北部深水区高。笔者基于墨西哥湾北部深水盐盆地震、钻井等资料，分析Wilcox组油气成藏条件和成藏主控因素，总结油气分布和成藏规律，预测有利勘探方向，以期为研究区的目标评价和井位优选提供地质依据。

图1 墨西哥湾北部深水盐盆位置Fig.1 Location of deep water northern Gulf of Mexico salt basin

1 区域地质概况

墨西哥湾盆地是三叠纪—侏罗纪北美板块、南美板块和非洲板块分离而形成的被动大陆边缘盆地，现位于北美克拉通南部边缘［6-7］，其中水深大于400 m的深水区盐盆面积约41×104km2，主体位于美国，仅西南角位于墨西哥。墨西哥湾盆地经历了三叠纪至早侏罗世的裂谷发育阶段、中侏罗世的过渡阶段、晚侏罗世至早白垩世的漂移阶段和晚白垩世至新近纪的热沉降阶段等4个重要的演化阶段。晚侏罗世，受中大西洋打开影响，墨西哥湾盆地陆壳减薄，于卡丹板块以弗罗里达州南部的热点为支点向南部开始了逆时针旋转，海底扩张导致连续的盐盆一分为二。早白垩世，南部盐盆随于卡丹板块逆时针漂移到墨西哥的坎佩切湾位置［8-9］。北部盐盆即墨西哥湾北部深水盐盆是本文的研究区（图1）。

三叠系至下侏罗统地堑沉积了红层和火山岩，以Eagle Mills陆源碎屑沉积地层为主，夹侵入玄武岩。中侏罗世末随着地壳减薄，海水侵入墨西哥湾盆地，在局限环境下发育厚层的蒸发岩系［10］（图2），其中Louann盐岩厚度大于2 km［11］。上侏罗统为一套富含藻类的泥岩、泥灰岩和灰岩［12］，主要受当时干旱环境、局限海环境和初始海侵的多重影响，富藻泥岩和泥灰岩为深水区的主力烃源岩。白垩系广泛发育碳酸盐岩台地和深海泥沉积［13］。晚白垩世至古近纪的腊拉米造山运动为墨西哥湾深水区提供了大量的碎屑物质［14］，由日奥格兰德河、科罗拉多休斯顿水系和密西西比河在盆地西部和北部长期稳定地供应碎屑物质，其中古新统至更新统发育碎屑岩沉积。Wilcox组即为古新统—下始新统墨西哥湾盆地广泛发育的一套有利储层，陆架区为三角洲沉积，陆坡和深水盆地发育水道、深水扇和深海泥。

图2 墨西哥湾北部深水盐盆地层柱状图（据文献［10］修改）Fig.2 Generalized stratigraphic framework of deep water gulf of Mexico salt basin（modified from reference［10］）

2 油气成藏条件

2.1 烃源条件

环墨西哥湾的北部陆上、墨西哥湾东部、墨西哥湾南部浅水区和陆上均有钻井证实上侏罗统提塘阶的海相泥岩和泥灰岩为墨西哥湾海域的主力烃源岩［15］。墨西哥湾南部盐盆坎佩切湾钻井揭示上侏罗统堤塘阶海相灰色—黑色泥灰岩和粒泥灰岩为主力烃源岩，总有机碳含量（TOC）为1.01%～15.6%（平均4.19%），氢指数（IH）为397～818 mg／g（平均678 mg／g），干酪根为I—II1型，烃源岩平均厚度为110 m；次要烃源岩是上白垩统土伦阶的海相泥岩［16］。

墨西哥湾北部深水盐盆揭示侏罗系烃源岩的钻井较少，中部仅有2口井钻遇侏罗系，侏罗系被盐株上拱到浅层古近系中，其埋藏浅于区域中生界。GB754-1井和EW922-1井相距377 km，均钻遇了上侏罗统提塘阶，电性特征具有很好的对比关系，为高伽马和高电阻率特征［17］，实测TOC为1.7%～13.0%（平均6.5%），IH为500～650 mg／g，TOC大于5%的层段厚度达93 m以上。东部水域临近弗罗里达州的多口钻井也钻遇了上侏罗统牛津阶和提塘阶，证实海相富含藻类的泥岩和泥灰岩为优质烃源岩，实测TOC为2.2%～5.3%，IH平均值为425 mg／g，TOC大于5%的层段厚度减薄（为1～19 m）。西南部墨西哥水域无钻井揭示侏罗系烃源岩。

取自美国中部水域和墨西哥水域不同位置（海底油苗、盐上油藏和盐下油藏）的流体样品分析表明，这些油样具有相同的C27、C28和C29单芳甾类化合物和相似的三芳甾类化合物，来自同一套上侏罗统的烃源岩［18-19］。此外，饱和烃标志化合物分析表明油源来自海相还原环境，沉积环境盐度较低，表明烃源岩是在中侏罗世Louann盐岩沉积之后的海进期形成。

研究表明，上侏罗统烃源岩在墨西哥湾北部深水盐盆广泛分布，埋深从8 000 m到上万米，局部被盐株形成的盐微盆分割。深水盐盆异地盐蓬比较发育，厚度为2 000～5 000 m，厚度随水深增加而增加。受厚层异地盐蓬（盐岩为热的良导体）的影响，深水区烃源岩热演化程度普遍降低。美国中、东部水域上侏罗统烃源岩在上新世（2.3 Ma）以后进入生烃高峰，现今大部分烃源岩处于生油高峰阶段；美国西部水域烃源岩较中东部排烃早，约在渐新世—中新世进入生烃高峰期，目前烃源岩Ro大于1.2%；墨西哥水域上侏罗统烃源岩Ro为0.8%～2.0%，Perdido褶皱带上侏罗统烃源岩埋藏相对较浅，目前处于生油阶段，褶皱带两侧上侏罗统烃源岩成熟度较高，目前处于生湿气阶段。

图3 墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组砂岩储层特征Fig.3 Reservoir characteriistics of Wilcox Formation sandstone in deep water Gulf of Mexico salt basin

2.2 储层和盖层条件

墨西哥湾盆地Wilcox组陆上为河流、三角洲和陆架沉积，碎屑物质沿陆架区大型切谷输送到深水区，形成深水扇沉积，向东部深水区延伸约300～400 km，远端的细粒黏土沉积面积约9×104km2［20-22］。

墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组厚度为1 500～2 000 m，中间被20～300 m厚的泥岩分为上Wilcox组和下Wilcox组，其中上Wilcox组为深水区的主力储层，富含砂岩（砂地比为40%～70%）。仅西南部Perdido褶皱带有1口钻井揭示了完整的Wilcox组，其余钻井一般都揭示上Wilcox组和部分下Wilcox组［19］。上Wilcox组埋深西浅东深，西部Perdido褶皱带埋深为1 600～4 500 m，中东部埋深为5 000～7 000 m（均为泥线以下深度）。

Wilcox组储层为极细粒到细粒长石质岩屑砂岩和岩屑砂岩，岩屑成分以变质岩和沉积岩为主［23］，分选中—差，磨圆次棱—次圆状。上Wilcox组为细粒到极细粒砂岩，分选中—差，为深水扇的水道化朵叶和远端朵叶的复合沉积，砂岩单层最大厚度8～31 m，泥质和岩屑含量高导致其储层渗透性差，其中西部盐盆上Wilcox组渗透率为0.08～800.00 mD（平均90 mD），中东部盐盆上Wilcox组渗透率为0.01～100 mD（平均10 mD），如图3a所示。尽管中东部上Wilcox组埋藏深，但由于上覆厚层盐蓬的导热降温作用，成岩作用较弱，残余原生粒间孔发育，其孔隙度保存较好（图3b）。上Wilcox组胶结物中见石英次生加大和自生黏土矿物，西部盐盆上Wilcox组孔隙度13%～30%（平均23%），中东部盐盆上Wilcox组孔隙度10%～25%（平均19%）。下Wilcox组为水道和远端朵叶沉积，埋藏更深，储层物性比上Wilcox组差，平均孔隙度15%，渗透率1 m D。

Wilcox组的直接盖层为中上始新统泥岩，厚约600～1 000 m，具有很好的封盖能力，可以封盖300～1 000 m的油柱高度；区域盖层为异地盐蓬，超深水区的盐蓬厚度为1 000～6 000 m，盖层条件好。

2.3 圈闭特征

中侏罗统Louann盐岩在晚侏罗世洋壳拉张、古新世—始新世沉积物重力负载和重力滑脱前端挤压作用力下发生拱张、底辟或刺穿、撤出和冲断等构造变形，在深水区发育2种类型的盐岩微盆，并伴随盐核、盐株、盐墙、盐蓬、盐舌和盐焊等复杂盐构造的发育，形成了有利于油气聚集和保存的盐相关构造圈闭类型，比如盐株与盐蓬遮挡鼻状圈闭、盐焊遮挡鼻状圈闭、盐拱冲断挤压圈闭、盐核背斜和龟背斜圈闭等。

大部分Wilcox组圈闭发育在盐蓬之下，其成因均与盐构造活动相关，有三面下倾型和四面下倾背斜型等2大类（图4）。三面下倾型圈闭包括：①盐体（株）侧向遮挡的构造圈闭；②盐焊接侧向遮挡的构造圈闭，进一步可分为盐焊接老地层的圈闭（盐焊两侧为同时代地层）和盐焊接新地层的圈闭（盐焊一侧为较新时代地层）；③逆断层夹持或者遮挡的断鼻和断背斜构造。四面下倾型圈闭包括：①盐核（盐拱上披覆）背斜及其被断层进一步复杂化的构造圈闭，这种圈闭是Wilcox组油藏钻探较多的圈闭类型；②受重力滑脱构造带发育影响而在深水盆地区的盐核上发育的逆冲背斜；③因盐株的撤出而导致盐体侧向遮挡型转变为由盐焊接分割的类似于盐核背斜的盐焊接遮挡型背斜圈闭；④龟背构造，发育于盐微盆内，因母盐撤出形成的地层反转构造。

Wilcox组钻探成功率较高的圈闭类型是盐核背斜和龟背构造，而三面下倾型圈闭勘探成功率较低，主要原因为盐蓬下部盐株或者盐焊的边界成像差，盐下三面下倾的圈闭准确落实比较困难，同时受盐株或者盐焊活动影响，圈闭保存条件相对较差。

图4 墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组圈闭类型Fig.4 Trap types of Wilcox Formation in deep water Gulf of Mexico salt basin

3 油气成藏主控因素

墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组成藏组合中已发现原油密度为18～43 API度，黏度在同一个构造的垂向和侧向上均有变化，说明油气的充注和成藏历史非常复杂。通过对深水盐盆区构造活动特点、盐构造演化特征、油气运移通道和Wilcox组油气成藏过程的研究，结合已钻探的30多口井的成功和失利原因分析，认为盐拱褶皱带和与盐岩活动相关的油气特色运移控制了Wilcox组油气藏的富集和分布。

3.1 盐拱褶皱带的控制作用

根据转换断层位置、地震反射特征、盐构造特征等识别出墨西哥湾深水区的初始洋壳位置呈“M”形［8］，最初的大洋中脊发育于WR区和GC区之间，呈北东向展布；之后受北西向转换断层的影响，向北西方向发育（自WR区向GB区延伸）；后受洋壳扩展应力影响，又沿北东方向在AC区发育（图5）。“M”线两侧盐构造和地层沉积特征差异较大，可分为内带和外带，向陆架区域为内带，向洋盆区域为外带。内带的母盐沉积厚度大，后期形变期次多，大部分盐岩撤出向外带方向刺穿浅层地层发育成多个盐蓬，余下的盐焊和盐株成为盐微盆边界，因此内带桶形的盐微盆较发育。外带因中侏罗统Louann母盐发生了向洋壳方向的流动，随着洋壳伸展和盐岩的流动，母盐变薄，盐岩在洋壳或者上侏罗统中形成多个丘形盐枕和盐垄，这些盐岩的古地貌形态影响上覆地层沉积，在白垩纪末基本形成了4个盐拱褶皱带的雏形，包括北东向的Perdido褶皱带、北西向的Keathley褶皱带、北东向Walker褶皱带和近东西向Atwater褶皱带（图5）。

图5 墨西哥湾深水盐盆盐拱褶皱带分布Fig.5 Distribution of salt-cored fold belts in deep water Gulf of Mexico salt basin

4个盐核褶皱带位于外带上，盐岩呈现双层结构特征，上部发育厚层的盐蓬，下部母盐薄、形变弱，基本形态为盐拱，发育少量的盐株和底辟。中间Walker褶皱带和Keathley褶皱带受后期构造和沉积活动影响不大，基本保持盐核褶皱形态，Wilcox组披覆其上。Walker褶皱带盐核背斜构造发育时间较早，中上始新统部分超覆在盐核构造之上，该构造带背斜形态易于识别，勘探成功率高。Keathley盐核褶皱构造带盐岩流动时间略晚于Walker褶皱带，受上覆复杂盐蓬的影响，该构造带的盐核构造不容易识别。

Atwater褶皱带和Walker褶皱带之间的转换从GC区的Green Knoll盐底辟开始，向东部延伸约300 km，宽50 km。Atwater盐核褶皱构造活动受密西西比深水扇向洋盆推进的沉积负载挤压应力影响在中新世—上新世达到顶峰，上中新统超覆在背斜构造之上，部分构造中新统被剥蚀；该构造带发育系列盐核背斜构造，盐核受挤压应力影响，轴部变短，并沿断层向上爬升，上覆地层形成盒子状褶皱，既有对称型也有不对称型，背斜长轴方向为北东向或者东西向，与逆断层延伸方向一致。

Perdido褶皱带也是在后期受沉积负载挤压应力的改造，始新世末至渐新世末盐核挤压褶皱发育达到顶峰，中侏罗统Louann母盐在渐新世从原地撤出，在浅层地层中形成异地盐蓬，盐核褶皱在该时期遭受抬升和剥蚀，部分构造渐新统全部或者部分被剥蚀，中新统直接覆盖在始新统之上。Perdido褶皱带北东向延伸跨美国和墨西哥。在美国境内该构造带上部异地盐蓬不发育，构造容易识别，可细分为5个北东向展布的次级构造带。在墨西哥境内该构造带上部异地盐蓬比较发育，盐核褶皱构造更加复杂，且受不规则盐蓬的影响，盐下成像较差。依据盐构造特征可将Perdido褶皱带初步划分为盐核挤压褶皱带、深层逆冲带和浅层逆冲带等3个次级构造带，目前大部分钻井位于盐核挤压褶皱带上。

外带的4个褶皱带油气成藏条件非常优越，具有形成大油气田的构造背景。外带虽无钻井揭示烃源岩，但储层中的油样生物标志物分析认为是来自提塘阶烃源岩。古新统—始新统在这4个构造带上广泛分布，除了Atwater构造带外，其他3个构造带上均发育Wilcox储层。除Walker褶皱带勘探程度较高外，Keathley褶皱带和Perdido褶皱带均具有较大的勘探潜力。

3.2 与盐岩活动相关的油气运移路径

3.2.1 与盐拱相关的断裂和微裂隙成为油气垂向运移通道

在不受外力的情况下，盐岩的底辟活动容易使上覆沉积岩形成拱张断裂区，张性断层或裂隙发育。墨西哥湾盆地陆上盐盆美国路易斯安娜州地区常见这种现象，在盐底辟构造周围往往发育放射状正断层，这些断层都属于张性断裂，往往可以成为油气垂向运移的通道。

Keathley和Walker构造带盐岩形变较弱，没有发生底辟穿层作用，仅仅形成了盐拱，上部白垩系和古近系披覆在盐核之上。盐核的微弱拱张会在上覆地层发育断裂或者微裂隙，盐拱附近的烃源岩生成的油气通过微裂隙进入Wilcox组圈闭中成藏。例如，WR区的C油田为典型的盐核背斜，盐核上发育的断层以最高点为原点向背斜四周呈放射状，把背斜分割为东西两个高点（图5），进而把油气藏分割为12个断块单元，但由于上Wilcox组砂体比较发育，连通性较好，该油田为统一的油水系统。

Perdido和Atwater构造带分别位于日奥格兰德和密西西比两大沉积体系影响的重力滑脱构造的挤压应力区，受水平挤压应力影响，盐枕的变形不仅仅是上拱，盐岩会随着逆断层的发育挤进构造核部。与此类盐拱构造相伴随的是逆断层，有时对称发育，有时单个发育，在盐核构造顶部发育系列调节断层，逆断层作为油气垂向运移的通道。例如，Trion油田位于Perdido构造带上，为北东向展布的长轴背斜，两边受逆断层夹持，构造顶部发育放射状正断层，逆断层为油源断层。

3.2.2 油气沿盐蓬底部侧向运移

墨西哥湾深水区发育的致密厚层盐岩阻挡了油气向上部的溢散，从断裂和盐株边界垂向通道运移上来的油气会沿着盐蓬底部的渗透性地层从高势区向低势区运移，直到有盐窗的区域才会垂向溢散。因此，位于盐蓬下部低势区的Wilcox组圈闭会就近捕获油气而形成油气藏。

例如，墨西哥海域Perdido构造带的D油田位于厚达3 500 m的盐蓬下部，为被北东向两条逆断层夹持的断背斜圈闭，上Wilcox组储层紧邻盐蓬底部，盐蓬像个巨厚被子似地盖在Wilcox组之上；D油田构造区盐蓬整体南厚北薄，盐蓬厚度向构造高部位逐渐减薄，并向浅层收敛；上侏罗统烃源岩生成的油气沿着盐蓬底部地层从西南向北东方向运移，D构造位于有利的油气运移路径之上，因而在Wilcox组圈闭聚集成藏。

4 有利勘探方向

在发育Wilcox组储层的3个褶皱带中，勘探程度相对较高的为Walker褶皱带。截至2013年底，Walker褶皱带共发现了11个油田，总2P可采储量达21亿桶，单个发现平均储量约2亿桶。因其上部盐蓬叠置连片发育，盐下地震成像较好，盐核构造形成较早，容易识别和评价，因此勘探成功率较高。该褶皱带未来的有利勘探领域是三面下倾型复杂圈闭。

Keathley褶皱带初始形成时间略晚于Walker褶皱带，浅层盐蓬形态各异，盐蓬边界不规则，对于盐下成像处理带来非常大的困扰，勘探程度相对较低。该区Wilcox组深水沉积比较发育，已有钻井揭示243 m厚的油层，不规则的盐蓬下隐约可见白垩系盐拱构造，基本呈北西向展布，和盐拱初始活动具有一定的一致性。这些认识为该区落实Wilcox组圈闭提供了一定的借鉴作用，目前部分井位就是参考白垩系构造而部署的。随着盐下成像技术提高，该褶皱带的勘探潜力将会不断提升。

Perdido褶皱带在美国境内发育5个北东向展布的逆冲挤压构造带，除了近陆架方向的构造带抬升剥蚀严重外，其余4个构造带均发育盐核背斜构造，油气保存及运聚条件都很好，其中一个可采储量达4亿桶的油田已投入开发和生产。该构造带向墨西哥海域延伸的部分被渐新统负载挤压应力改造得更为复杂，可划分为南部有盐蓬区构造和北部无盐蓬区盐核褶皱带，盐蓬区构造初步划分为盐核挤压褶皱带、深层逆冲带和浅层逆冲带等3个次级构造带，其中盐核褶皱带是美国5个挤压构造带的延伸，墨西哥国家石油公司已在该构造带上钻探获得多个油气发现。与Walker褶皱带相比，墨西哥海域的Perdido褶皱带Wilcox组储层埋藏浅，储层渗透性好，更有利于开发生产。

5 结论

1）古新统—始新统Wilcox组是墨西哥湾北部深水盐盆的主力成藏组合，具有优越的成藏条件：侏罗统海相泥岩和泥灰岩为主力烃源岩，干酪根为II型，大部分处于生油阶段；Wilcox组深水扇沉积广泛发育，发育中孔低渗型储层；Wilcox组的直接盖层为中上始新统泥岩，区域盖层为异地盐蓬；发育三面下倾型和四面下倾背斜型等2大类与盐相关的构造圈闭。

2）墨西哥湾北部深水盐盆Wilcox组油气成藏和富集受Walker、Keathley和Perdido等3大盐拱褶皱带的控制；与盐拱相关的断裂和微裂隙提供了油气垂向运移通道，盐蓬底部的渗透性地层提供了油气侧向运移通道。

3）Keathley褶皱带和墨西哥海域的Perdido盐核挤压褶皱带、深层逆冲带为墨西哥北部深水盐盆下一步有利勘探区。