康洪全

(中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 北京 100028)

下剛果盆地位于西非陸緣中段，北鄰加蓬盆地，南接寬扎盆地，東部為前寒武系變質(zhì)巖基底，西部以洋殼為界，面積約15.7×104km2，其中海域面積約13.0×104km2，由北向南橫跨加蓬、剛果(布)、剛果(金)和安哥拉等4個(gè)國(guó)家(圖1)。截至2019年底，下剛果盆地共有244個(gè)油氣發(fā)現(xiàn)(其中陸上42個(gè)，海上202個(gè))，預(yù)探井成功率為37.9%，油氣可采儲(chǔ)量為63.36×108m3，是僅次于尼日爾三角洲盆地的西非海域第二大油氣富集區(qū)。

圖1 下剛果盆地地理位置圖Fig .1 Geographic location map of Lower Congo basin

20世紀(jì)中葉，下剛果盆地的油氣勘探主要集中在盆地陸上和淺水區(qū)，所發(fā)現(xiàn)的油氣主要來(lái)自裂谷期的巴雷姆階湖相烴源巖，該套烴源巖也被認(rèn)為是盆地的主力烴源巖；而發(fā)育在鹽上的漂移期海相烴源巖被認(rèn)為是次要烴源巖，并未受到重視。自20世紀(jì)80年代以后，該盆地深水區(qū)油氣勘探結(jié)果表明鹽上眾多油氣田的油氣來(lái)自于鹽上漂移期上白堊統(tǒng)土倫階Madingo海相烴源巖。據(jù)IHS數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果[1]，該盆地已有32.5×108m3油當(dāng)量的油氣來(lái)自Madingo海相烴源巖，占盆地已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量的51%，且以大中型油田為主，因此鹽上Madingo海相烴源巖逐漸被重點(diǎn)關(guān)注。

近幾年，國(guó)內(nèi)有關(guān)專家學(xué)者在海相烴源巖油氣源對(duì)比的基礎(chǔ)上，采用有機(jī)地球化學(xué)和分子地球化學(xué)、有機(jī)巖石學(xué)的分析方法，較為系統(tǒng)地研究了下剛果盆地Madingo海相烴源巖的地球化學(xué)特征[2-4]，初步劃分了該套烴源巖的成因類型，但對(duì)于該套烴源巖發(fā)育的控制因素、發(fā)育模式以及對(duì)油氣成藏的控制作用等方面還缺乏系統(tǒng)的研究[5-8]。本文在對(duì)下剛果盆地Madingo海相烴源巖成因類型進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，采用微觀沉積學(xué)研究方法，從古地理環(huán)境、陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給、古生產(chǎn)力、保存條件等方面入手，對(duì)該套海相烴源巖發(fā)育的控制因素開(kāi)展了研究，明確了優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育的主控因素，并在烴源巖對(duì)油氣成藏的控制作用方面進(jìn)行了探討。

1 地質(zhì)背景

下剛果盆地是白堊紀(jì)以來(lái)典型的含鹽被動(dòng)大陸邊緣盆地，其形成演化與中生代以來(lái)岡瓦納大陸的解體及大西洋的擴(kuò)張有關(guān)。該盆地構(gòu)造演化和沉積充填可劃分為3個(gè)階段，即早白堊世尼歐克姆期至早阿普特期的陸內(nèi)裂谷階段、中—晚阿普特期的過(guò)渡階段和阿爾比期至今的漂移階段[9-18]。與此相對(duì)應(yīng)，該盆地發(fā)育下部裂谷層序、中部過(guò)渡層序和上部漂移層序等3套沉積層序，其中下部裂谷層序主要發(fā)育陸相的河流、三角洲和湖泊相沉積體系；中部過(guò)渡層序主要為一套蒸發(fā)巖沉積；上部漂移層序早期主要發(fā)育海相碳酸鹽巖，中晚期以泥巖沉積為主，中間夾深水濁積砂巖的海相碎屑巖(圖2)。

圖2 下剛果盆地地層柱狀圖(據(jù)IHS數(shù)據(jù)庫(kù)，有修改)Fig .2 Stratigraphy chart of Lower Congo basin(modified from IHS database)

勘探證實(shí)，下剛果盆地漂移期發(fā)育3套海相烴源巖，分別為上白堊統(tǒng)塞諾曼階Likouala組烴源巖、上白堊統(tǒng)土倫階Madingo組烴源巖和漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)Paloukou組烴源巖，其中Madingo組烴源巖生烴潛力最高，是盆地漂移期的主力烴源巖，以泥巖和灰質(zhì)泥巖為主，TOC值為 1.3%～4.3%(平均2.3%)，S2值為3.3～26.3 mg/g(平均10.2 mg/g)，IH值為256～550 mg/g(平均388 mg/g)，干酪根類型主要為Ⅱ1型[4]。

2 Madingo組烴源巖地球化學(xué)特征及成因類型

下剛果盆地上白堊統(tǒng)土倫階Madingo組烴源巖雖然沉積于海洋環(huán)境，但有機(jī)質(zhì)生源輸入具有明顯的二元性，即除了海洋低等水生生物輸入之外，陸生高等植物生源也普遍存在。國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者通過(guò)研究海相烴源巖形成環(huán)境與有機(jī)巖石學(xué)和分子地球化學(xué)特征的耦合關(guān)系，以顯微組分組成為主，輔之以生物標(biāo)志化合物參數(shù)，將大陸邊緣盆地海相烴源巖劃分為3種成因類型[19-25]，即以陸源高等植物輸入為主的海相陸源型、以海洋藻類等低等水生生源輸入為主的海相內(nèi)源型以及兩者兼有的混合生源型。

下剛果盆地?zé)N源巖和原油的有機(jī)巖石學(xué)和分子地球化學(xué)特征研究表明，Madingo組烴源巖主要包括海相內(nèi)源型和海相混合生源型兩種成因類型。其中，Madingo組海相內(nèi)源型烴源巖以海洋水生生物輸入為主，主要分布在盆地超深水區(qū)，具體的地球化學(xué)特征為：顯微組分以腐泥組為主；穩(wěn)定碳同位素相對(duì)較輕，δ13C飽和烴<-28.5‰，δ13C芳香烴<-28.0‰(圖3)；C27甾烷含量明顯高于C29甾烷含量(圖4)，基本未檢出或少量檢出奧利烷，檢出較豐富的三環(huán)萜烷。而Madingo組海相混合生源型烴源巖生源貢獻(xiàn)既有高等植物，又有低等水生生物，主要分布在盆地陸坡中段，具體的地球化學(xué)特征為：δ13C飽和烴>-28.5‰，δ13C芳香烴>-28.0‰(圖3)；奧利烷指數(shù)介于0.05～0.18，C27甾烷含量稍低于C29甾烷含量(圖4)。

圖3 下剛果盆地海相烴源巖碳同位素分布特征Fig .3 Carbon isotopes distribution characteristics of marine source rocks in Lower Congo basin

圖4 下剛果盆地海相混源型(a和b)和內(nèi)源型(c和d)烴源巖質(zhì)量色譜圖Fig .4 Mass chromatogrammarine map of marine mixed type (a & b)and endogenous type (c & d)source rocks in Lower Congo basin

3 Madingo組烴源巖發(fā)育控制因素

下剛果盆地上白堊統(tǒng)土倫階Madingo組烴源巖主要為海相內(nèi)源型和海相混合生源型兩種成因類型，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于這兩種成因類型的海相烴源巖的形成條件、發(fā)育控制因素和分布規(guī)律都不清楚。本次研究發(fā)現(xiàn)，該盆地Madingo組烴源巖發(fā)育主要受古地理環(huán)境、陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給、古生產(chǎn)力和保存條件等4個(gè)基本要素的控制，它們之間具有一定的時(shí)空關(guān)聯(lián)性。

3.1 古地理環(huán)境

古地理環(huán)境是指烴源巖沉積期的古地貌、古氣候、古水深等環(huán)境條件，對(duì)海相烴源巖的發(fā)育具有決定性的影響。板塊構(gòu)造重建表明[20]，晚白堊世土倫—三冬期西非和南美板塊尚未完全分離，加之南部威爾維斯火山脊的阻擋，西非中段整體處于半封閉的局限海灣環(huán)境(圖5)。而下剛果盆地此時(shí)則位于這個(gè)大型局限海灣東側(cè)的陸架之上，除了具有區(qū)域性的局限海灣環(huán)境背景外，其中南部在Madingo組沉積時(shí)期還具有陸架內(nèi)洼槽沉積背景。從圖6所示的下剛果盆地Madingo組地層厚度圖可以看出，該盆地中南部存在Madingo組沉積中心，Madingo組沉積時(shí)期盆地中南部存在陸架內(nèi)洼槽的古構(gòu)造背景，這種沉積古地貌容易導(dǎo)致水體環(huán)境相對(duì)封閉，形成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集和水生生物繁盛，同時(shí)也為細(xì)粒沉積物的堆積與有機(jī)質(zhì)的保存創(chuàng)造了良好的條件，這與中東中生界優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育時(shí)期的陸架內(nèi)洼槽沉積古地理背景相似。

圖5 中南大西洋晚白堊世土倫期水深圖(據(jù)文獻(xiàn)[26]，有修改)Fig .5 Late Cretaceous Turonian water depth map of middle to south Atlantic(modified from reference [26])

圖6 下剛果盆地Madingo組地層厚度圖Fig .6 Isopach map of Madingo Formation in Lower Congo basin

阿爾比期以來(lái)，由于洋中脊擴(kuò)張與洋殼生成，下剛果盆地陸架受到擠壓抬升，導(dǎo)致下部鹽層發(fā)生不均勻底辟作用；至Madingo組沉積時(shí)期，陸架內(nèi)洼槽受到鹽巖底辟活動(dòng)的影響，形成了規(guī)模不等的底辟構(gòu)造和鹽控微盆，這種陸架內(nèi)洼槽背景下形成的鹽底辟構(gòu)造和鹽控微盆對(duì)Madingo組海相烴源巖的沉積厚度和品質(zhì)也具有明顯的控制作用。鉆井揭示，處于規(guī)模較大鹽微盆中的AM-1井Madingo組烴源巖厚度超過(guò)500 m，且有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC平均值達(dá)到4.1%；位于較淺鹽微盆中的M-1井和MH-1井Madingo組烴源巖厚度分別為300 m和250 m，有機(jī)質(zhì)豐度有所降低，TOC平均值分別為2.4%和2.3%；而處于鹽底辟構(gòu)造頂部的TM-1井和TM-4井Madingo組烴源巖厚度不足30 m，有機(jī)質(zhì)豐度明顯變低，TOC平均值僅為1.2%(圖7、8)。

圖7 下剛果盆地Madingo組地層連井對(duì)比圖Fig .7 Well correlation of Madingo Formation in Lower Congo basin

圖8 下剛果盆地Madingo組沉積時(shí)期鹽底辟活動(dòng)控制古地貌Fig .8 Salt diaper activity controls palaeogeomorphology of Madingo deposition period in Lower Congo basin

Paloukou組沉積時(shí)期(古近紀(jì))，西非板塊與南美板塊徹底分離而形成典型的開(kāi)闊海環(huán)境，下剛果盆地陸架內(nèi)洼陷也逐漸被剛果扇沉積物充滿，陸源輸入的顯著增加也帶來(lái)大量的溶解氧，不利于有機(jī)質(zhì)的保存，因此該時(shí)期沉積的Paloukou組海相烴源巖品質(zhì)則明顯變差。

由此可見(jiàn)，海相烴源巖發(fā)育的古地理背景與湖相烴源巖具有相似性，封閉局限的古地理環(huán)境對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育具有明顯的控制作用。

3.2 陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給

下剛果盆地在Madingo組沉積時(shí)期屬于局限沉積環(huán)境，大洋上升流難以到達(dá)。同時(shí)，該時(shí)期處于盆地構(gòu)造演化的熱沉降中期，構(gòu)造活動(dòng)較為平靜，缺乏大范圍的火山熱液供給，造成低等水生生物勃發(fā)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很可能來(lái)自于盆外陸源輸入。為此，從黏土礦物含量分析入手，在陸源供給強(qiáng)度和陸源供給方式兩個(gè)方面研究了陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入特征。

黏土礦物在古氣候中的相關(guān)研究表明[27-30]，黏土礦物是陸源供給的細(xì)粒物質(zhì)，是有機(jī)質(zhì)沉淀的重要載體，可以根據(jù)黏土礦物含量的組合變化推測(cè)其沉積時(shí)期的氣候環(huán)境，進(jìn)而重建古環(huán)境，揭示氣候環(huán)境演變規(guī)律及埋藏成巖作用過(guò)程中的溫度和水介質(zhì)條件。黏土礦物包含高嶺石、蒙脫石、綠泥石、伊利石和伊蒙混層等，其中伊利石是堿性水介質(zhì)背景下細(xì)粒沉積物沉淀的產(chǎn)物，伊蒙混層是干旱氣候背景常見(jiàn)的黏土礦物，而高嶺石主要是在溫暖濕潤(rùn)的氣候條件下由長(zhǎng)石在酸性介質(zhì)作用下經(jīng)過(guò)淋濾作用形成的。埋藏成巖作用過(guò)程中黏土礦物的轉(zhuǎn)化主要取決于溫度和孔隙水的性質(zhì)，轉(zhuǎn)化類型主要有兩種，即蒙脫石在富鉀的堿性水介質(zhì)中轉(zhuǎn)化成伊利石以及高嶺石在富鐵鎂離子的堿性環(huán)境中轉(zhuǎn)化成綠泥石。由于泥巖組成顆粒以黏土級(jí)—粉砂級(jí)為主，粒徑小，孔隙不發(fā)育，黏土礦物轉(zhuǎn)化的物理空間狹窄，限制了埋藏階段的結(jié)晶生長(zhǎng)，因此泥巖中的黏土礦物主要為陸源沉積成因，其含量能夠較好地反映沉積時(shí)的古氣候條件，其中高嶺石是富含硅酸鹽的火成巖和變質(zhì)巖化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，其含量可以作為細(xì)粒沉積物陸源輸入強(qiáng)弱的判識(shí)指標(biāo)。另外，細(xì)粒沉積物中的Al2O3主要來(lái)自黏土礦物，而TiO2為穩(wěn)定的常量元素，不因搬運(yùn)距離、水體環(huán)境和后期成巖作用而發(fā)生較大的變化，可以很好地反映陸源供給，因此Al2O3/TiO2值越高，反映陸源黏土礦物的輸入越強(qiáng)。盡管細(xì)粒沉積物中陸源碎屑顆粒的含量有限，但碎屑顆粒的排列方式、大小與磨圓情況能夠清晰地揭示陸源供給方式與強(qiáng)度，再結(jié)合古溝谷、古地貌的綜合分析，能夠進(jìn)一步揭示陸源供給狀態(tài)對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素輸入與有機(jī)質(zhì)保存條件的影響[31]。

陸源供給強(qiáng)度研究發(fā)現(xiàn)，陸源間歇性供給最有利于下剛果盆地形成優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖9)。Sendji組和Likouala組沉積時(shí)期，黏土礦物中高嶺石含量較低，Al2O3/TiO2值為穩(wěn)定的低值，反映陸源欠供給狀態(tài)，海洋水體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏，不利于海洋浮游生物的發(fā)育；Madingo組優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積時(shí)期，高嶺石為高值波動(dòng)段，Al2O3/TiO2值明顯升高并有一定波動(dòng)，反映出間歇性陸源供給的特點(diǎn)，有利于海洋浮游生物對(duì)陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，為海相內(nèi)源型烴源巖的成烴母質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；到了Paloukou組沉積時(shí)期，高嶺石含量為高值穩(wěn)定段，Al2O3/TiO2值整體較高，反映出陸源過(guò)供給的狀態(tài)，不僅不利于海洋浮游生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，而且也對(duì)有機(jī)質(zhì)濃度進(jìn)行了大量稀釋，不利于富有機(jī)質(zhì)的聚集，這與此時(shí)剛果河向盆地內(nèi)大量輸入陸源碎屑的沉積背景相一致。

陸源供給方式研究發(fā)現(xiàn)，懸浮供給方式最有利于下剛果盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)的富集，形成優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖9)。M-1井的巖屑薄片分析表明，Sendji組中部無(wú)長(zhǎng)英質(zhì)顆粒，發(fā)育大量的鮞粒，反映此時(shí)期無(wú)陸源輸入；Sendji組上部和Likouala組長(zhǎng)英質(zhì)顆粒較少，零星分布，分選磨圓較好，反映陸源遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，為懸浮供給方式；Madingo優(yōu)質(zhì)烴源巖段長(zhǎng)英質(zhì)顆粒均勻分布，分選磨圓好，有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)殼體完整，反映水動(dòng)力條件弱，為懸浮供給方式；上部的Paloukou組碎屑顆粒大小混雜，分選差，水動(dòng)力強(qiáng)，以底流(重力流)方式供給為主，為陸源過(guò)供給。

圖9 下剛果盆地M-1井黏土礦物、常量元素與典型薄片F(xiàn)ig .9 Clay mineral,major element and typical thin section of Well M-1 in Lower Congo basin

3.3 古生產(chǎn)力

古生產(chǎn)力條件是烴源巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，高品質(zhì)的烴源巖通常與高的古生產(chǎn)力水平密不可分，高的生產(chǎn)力條件不僅能夠提供烴源巖直接的成烴母質(zhì)，而且有利于形成還原條件，從而有利于有機(jī)質(zhì)的保存。影響有機(jī)質(zhì)富集的生物因素包括表層水的生物生產(chǎn)力和微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的生物化學(xué)降解作用，而且初始生產(chǎn)力的變化對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集起著關(guān)鍵性作用，其中營(yíng)養(yǎng)元素含量與古生物記錄是常用的古海洋生產(chǎn)力指標(biāo)[32]。

1) 營(yíng)養(yǎng)元素含量。

海洋生物的分布和豐度會(huì)受到參與生物化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素的控制，這些營(yíng)養(yǎng)元素被稱為限制性營(yíng)養(yǎng)元素，如C、N、O、Si、P、Ba、Fe等。不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)原始生產(chǎn)力的反應(yīng)程度有所不同，其中P元素是生物生息繁衍的必須營(yíng)養(yǎng)元素，且參與生物的大部分新陳代謝活動(dòng)。海水中P元素的分布明顯受生物作用控制，生物遺體中所含的P元素隨著生物體一起沉積，并主要以有機(jī)磷的形式轉(zhuǎn)移到沉積物中，隨后大多數(shù)P元素通過(guò)有機(jī)質(zhì)的再礦化作用從沉積物中釋放出來(lái)。磷酸鹽礦物是鑒別具有高有機(jī)質(zhì)產(chǎn)率的指標(biāo)之一，也是現(xiàn)代海洋河口灣上升流區(qū)富含有機(jī)質(zhì)層段的重要標(biāo)志之一[33]，因此P元素含量或P/Al值是常用的古海洋生產(chǎn)力指標(biāo)。

如圖10所示，下剛果盆地M-1井中P元素在各套地層中變化較大，介于0.17～4.76 mg/g，平均值為1.34 mg/g。其中，Madingo組 P元素含量最高，介于0.61～4.76 mg/g，平均值為2.11 mg/g；而Paloukou組、Likouala組、Sendji組上段和Sendji組下段P元素含量均較低，平均值分別為1.01、0.54、0.92和0.70 mg/g。該井各套地層中P/Al值分布與P元素含量分布相似，其中Madingo組P/Al值最高，介于0.01～0.11，平均值為0.05；而Paloukou組、Likouala組、Sendji組上段和Sendji組下段P/Al值均較低，平均值分別為0.01、0.01、0.02和0.03。此外，從圖10中還可以看出，M-1井Madingo組P元素含量和P/Al值具有明顯的兩分特征，即以3 830 m深度為界，上下兩段均具有先增加后減小的變化趨勢(shì)，這與間歇性陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給的特點(diǎn)相一致。

圖10 下剛果盆地M-1井古生產(chǎn)力特征Fig .10 Element geochemistry characteristics of Well M-1 in Lower Congo basin

2) 古生物記錄。

作為海洋中有機(jī)質(zhì)的生產(chǎn)者和消耗者，古生物記錄是古海洋生產(chǎn)力的真實(shí)反映，主要原生生物種類的演化序列就是生物進(jìn)化對(duì)大洋化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)條件的記錄。例如，古生代類似顆石藻的微體化石的零星發(fā)現(xiàn)，表明當(dāng)時(shí)存在一個(gè)長(zhǎng)期的大洋營(yíng)養(yǎng)元素和生產(chǎn)力水平不斷上升的趨勢(shì)；而中生代以來(lái)隨著遠(yuǎn)洋環(huán)境浮游生物的繁盛，標(biāo)志著古海洋生產(chǎn)力的總體上升[34]。

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，下剛果盆地Sendji組下段礦物成分以碳酸鹽礦物為主，含有較多的鮞粒等自生顆粒及少量陸源碎屑顆粒，分選較差，呈次棱角狀，指示該沉積時(shí)期水體較淺，水動(dòng)力條件強(qiáng)，未見(jiàn)微體古生物存在，反映古生產(chǎn)力很低。Sendji組上段礦物成分包含碳酸鹽礦物、黏土礦物和長(zhǎng)英質(zhì)礦物等，含有較多的陸源碎屑顆粒，自生顆粒較少，局部可見(jiàn)破碎的有孔蟲(chóng)化石，反映古生產(chǎn)力較低。Likouala組礦物成分以黏土礦物為主，含有較多的陸源碎屑顆粒，粒徑較小，以黏土級(jí)—粉砂級(jí)為主，同時(shí)有孔蟲(chóng)等微體古生物較發(fā)育，化石保存較好，反映具有一定的古生產(chǎn)力。Madingo組礦物成分以黏土礦物為主，可見(jiàn)大量的黏土廣泛存在，微體古生物十分發(fā)育，反映古生產(chǎn)力高，包括有孔蟲(chóng)和放射蟲(chóng)等，其中有孔蟲(chóng)殼體完整，呈球形、橢球形、花生狀等多種形態(tài)，大小不一，直徑介于50～150 μm，浮游有孔蟲(chóng)和底棲有孔蟲(chóng)均大量發(fā)育，但底棲有孔蟲(chóng)相對(duì)較多；放射蟲(chóng)殼體形態(tài)較為單一，以球形為主，大小不一，直徑介于20～50 μm(圖11)。而Paloukou組含有大量的陸源碎屑顆粒，分選較差，呈次棱角狀-次圓狀，指示沉積時(shí)期水動(dòng)力條件強(qiáng)，加之過(guò)供給陸源輸入導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度較低，不利于古生物的生長(zhǎng)、發(fā)育和保存，因此在鏡下未見(jiàn)微體古生物的存在。

綜上所述，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)元素含量在各地層中的變化和古生物繁盛程度的分析，推測(cè)下剛果盆地Madingo組沉積時(shí)期古生產(chǎn)力較高。由Sendji組下段至Paloukou組，P元素含量平均值的變化為0.69 mg/g→0.89 mg/g →0.55 mg/g→2.20 mg/g→0.67 mg/g，而對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度平均值的變化為0.12%→0.79%→ 0.87%→3.20%→1.34%，說(shuō)明微古生物繁盛、古生產(chǎn)力較高的Madingo組沉積時(shí)期為該盆地提供了豐富的有機(jī)質(zhì)來(lái)源，而其他層段沉積時(shí)期P元素含量較低，有機(jī)質(zhì)來(lái)源有限，古生產(chǎn)力低，因此有機(jī)質(zhì)豐度低。

3.4 保存條件

沉積物中有機(jī)質(zhì)的保存主要取決于沉積水體氧化還原條件。古氧相是判斷水體中溶解含氧量的重要指標(biāo)，一般分為常氧相、貧氧相、厭氧非硫化相和厭氧硫化相等4種[35]。

黃鐵礦礦化度(degree of pyritization，DOP)是判斷氧化還原條件的最常用指標(biāo)[35]。由于黃鐵礦中的鐵含量與總活性鐵(即黃鐵礦中的鐵加上鹽酸溶解的鐵)含量之比(DOPT)與DOP值相接近，因此可用DOPT代替DOP。假定所有的硫元素以黃鐵礦(FeS2)的形式存在，可根據(jù)如下公式計(jì)算DOPT值，即DOPT=(55.85/64.16)×S/Fe，其中55.85和64.16分別為鐵和硫元素的原子質(zhì)量；S為所測(cè)的含硫量；Fe為樣品中總含鐵量。Raiswell和Canfield[36]定義了3種沉積環(huán)境下的DOP值特征：①在含氧環(huán)境(正常海水)中，DOP<0.42；②在無(wú)H2S的厭氧環(huán)境中，0.420.75。

注：(a)、(b)為有孔蟲(chóng)，4 060 m；(c)、(d)為有孔蟲(chóng)，4 082 m;(e)～(h)為放射蟲(chóng)，3 899 m。圖11 下剛果盆地M-1井Madingo組古生物特征Fig .11 Paleontology characteristics of Madingo Formation in Well M-1 of Lower Congo basin

此外，Ni/Co、V/Cr和U/Th等微量元素指標(biāo)也被用于古氧化還原條件的判識(shí)中[37]。Jones和 Manning[35]提出，Ni/Co>7.00為厭氧環(huán)境，Ni/Co=5.00～7.00為貧氧環(huán)境，Ni/Co<5.00為富氧環(huán)境；V/Cr>4.25為厭氧或靜海相環(huán)境，V/Cr=2.00～4.25為貧氧環(huán)境，V/Cr<2.00為富氧環(huán)境；U/Th>1.25為厭氧環(huán)境，U/Th=0.75～1.25為貧氧環(huán)境，U/Th<0.75為富氧環(huán)境。

通過(guò)對(duì)下剛果盆地M-1井不同層段微量元素測(cè)試分析可知(圖12)，Sendji組下段各項(xiàng)指標(biāo)總體較低，其中DOPT值一般為0.18～0.29(平均值0.24)，U/Th為0.83～1.49(平均值1.09)，V/Cr為1.17～1.56(平均值1.42)，Ni/Co為3.13～4.20(平均值3.67)，均指示該段沉積時(shí)處于富氧環(huán)境，且鮞?；?guī)r分布較廣，水動(dòng)力條件強(qiáng)，烴源巖不發(fā)育。對(duì)于Sendji組上段，DOPT值一般為0.21～0.32(平均值0.27)，U/Th為0.37～0.94(平均值0.68)，V/Cr為1.24～3.08(平均值1.88)，Ni/Co為2.95～4.19(平均值3.64)，各項(xiàng)指標(biāo)同樣較低，指示富氧環(huán)境，同樣不利于烴源巖發(fā)育。向上過(guò)渡到Likouala組，DOPT值一般為0.23～0.36(平均值0.29)，U/Th為0.20～0.67(平均值0.47)，V/Cr為1.09～1.85(平均值1.52)，Ni/Co為2.71～4.00(平均值3.39)，各項(xiàng)指標(biāo)由早到晚均有增加的趨勢(shì)，且較Sendji組有所上升，但上升幅度較小，整體上仍為富氧環(huán)境。到了Madingo組，DOPT值一般為0.29～0.78(平均值0.52)，U/Th為0.37～1.64(平均值0.84)，V/Cr為0.94～6.96(平均值2.67)，Ni/Co為3.22～20.77(平均值7.93)，各項(xiàng)指標(biāo)急劇上升，說(shuō)明該段沉積時(shí)水體上升，水體含氧量減少，總體處于貧氧階段，利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的保存。而對(duì)于Paloukou組，DOPT值一般為0.38～0.76(平均值0.56)，U/Th為0.25～0.64(平均值0.34)，V/Cr為1.26～1.53(平均值1.42)，Ni/Co為4.00～5.55(平均值4.47)，各項(xiàng)指標(biāo)總體較低，指示為富氧環(huán)境。

圖12 下剛果盆地M-1井古氧化還原條件特征Fig .12 Characteristics of ancient redox conditions of Well M-1 in Lower Congo basin

綜合分析認(rèn)為，下剛果盆地Sendji組下段和Sendji組上段沉積時(shí)期水體整體為富氧環(huán)境，不利于優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育；Likouala組各項(xiàng)指標(biāo)指示沉積時(shí)期水體由富氧向貧氧轉(zhuǎn)變的沉積環(huán)境；Madingo組沉積時(shí)期水體氧化還原條件變化較大，整體上以貧氧和厭氧環(huán)境為主，利于優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育；Paloukou組沉積時(shí)期水體整體為富氧-貧氧的沉積環(huán)境，以富氧為主，不利于優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育。

4 Madingo組烴源巖發(fā)育模式及其對(duì)油氣成藏的控制

上述研究表明，下剛果盆地Madingo組優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育首先受控于陸架內(nèi)洼槽以及洼槽內(nèi)由于鹽底辟活動(dòng)所形成的鹽底辟構(gòu)造和鹽控微盆的古地貌環(huán)境。同時(shí)，Madingo組沉積時(shí)期古剛果河陸源供給間歇性增強(qiáng)，河流入海，在淺水陸棚和深水陸棚發(fā)育大量切谷和沖溝，由此帶來(lái)大量陸源有機(jī)質(zhì)，造成了陸架內(nèi)洼槽及其內(nèi)部鹽微盆的局部營(yíng)養(yǎng)富集，有利于低等水生生物的繁盛。此外，陸架內(nèi)洼槽的局限缺氧環(huán)境也有利于有機(jī)質(zhì)的保存，從而發(fā)育了有機(jī)質(zhì)豐度較高的海相混合生源型—海相內(nèi)源型優(yōu)質(zhì)烴源巖。也就是說(shuō)，下剛果盆地Madingo組海相烴源巖的發(fā)育模式中必須具備高的生產(chǎn)力與良好的保存條件，淺海洼槽或淺海洼陷是大陸架優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的有利場(chǎng)所，它具有陸源營(yíng)養(yǎng)組分間歇性平衡輸送、相對(duì)封閉的古地理背景等有利地質(zhì)條件(圖13)。

圖13 下剛果盆地Madingo組烴源巖發(fā)育模式圖Fig .13 Development model of Madingo source rock in Lower Congo basin

勘探證實(shí)，下剛果盆地縱向上發(fā)育多套成藏層系，油氣發(fā)現(xiàn)集中分布在3個(gè)成藏層系[1]：①深層鹽下河湖相碎屑砂巖、湖相碳酸鹽巖層系，已發(fā)現(xiàn)油氣可采儲(chǔ)量為7.64×108m3，占盆地已發(fā)現(xiàn)油氣總可采儲(chǔ)量的12%；②中層鹽上下白堊統(tǒng)阿爾比階—上白堊統(tǒng)陸架邊緣海相碳酸鹽巖、濱淺海砂巖層系，已發(fā)現(xiàn)油氣可采儲(chǔ)量為23.22×108m3，占盆地已發(fā)現(xiàn)油氣總可采儲(chǔ)量的37%；③淺層鹽上古近系—新近系深水濁積砂巖層系，已發(fā)現(xiàn)油氣可采儲(chǔ)量為32.50×108m3，占盆地已發(fā)現(xiàn)油氣總可采儲(chǔ)量的51%。其中，淺層鹽上古近系—新近系深水濁積砂巖層系的油氣主要來(lái)自Madingo組烴源巖，該層系已發(fā)現(xiàn)的油氣田集中分布在盆地深水區(qū)，圍繞著成熟烴源巖呈環(huán)狀分布，并且深水區(qū)中南部數(shù)量多且以大型油氣田為主，而深水區(qū)北部數(shù)量少且以大中型油氣田為主(圖14)。

圖14 下剛果盆地Madingo組烴源巖分布與古近系—新近系油氣發(fā)現(xiàn)分布圖Fig .14 Madingo source rock distribution and Paleogene to Neogene discoveries in Lower Congo basin

基于前文對(duì)烴源巖發(fā)育的控制因素和發(fā)育模式分析，下剛果盆地Madingo組優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育受大陸邊緣陸架內(nèi)洼槽局限環(huán)境的控制，以海相內(nèi)源型和海相混合生源型烴源巖為主。在烴源巖發(fā)育時(shí)期，盆地中南部淺水-深水陸棚區(qū)發(fā)育大型陸架內(nèi)洼槽，河流帶來(lái)大量陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成水生生物繁盛，加之陸架內(nèi)洼槽水體分層，形成缺氧環(huán)境，利于優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，因此，盆地中南部烴源巖厚度大、生烴潛力大，埋藏深、成熟度高，油氣發(fā)現(xiàn)以大型油氣田為主。

此外，Madingo組烴源巖成熟度對(duì)下剛果盆地油氣分布也起著重要的控制作用，盆地范圍內(nèi)該套烴源巖成熟度呈現(xiàn)“南高北低”的特點(diǎn)。分析認(rèn)為，剛果扇沉積中心從漸新世至中新世由盆地東南方向西北方向遷移，導(dǎo)致了鹽上地層厚度的分布差異，其中盆地中南部地層厚度主要為5 000～6 000 m，最大厚度達(dá)8 000 m，大部分烴源巖的埋藏深度大于3 000 m；而盆地北部地層厚度主要為2 500～3 500 m，局部最大厚度為4 500 m，大部分烴源巖的埋藏深度小于2 500 m。也就是說(shuō)，由南向北，該盆地鹽上地層的沉積厚度逐漸變小，烴源巖埋藏深度逐漸變淺，使得鹽上烴源巖成熟度逐漸降低，其中盆地中南部Madingo組烴源巖現(xiàn)今達(dá)到成熟—高成熟階段，而盆地北部大部分烴源巖現(xiàn)今處于未成熟—低成熟階段，僅在局部鹽微盆內(nèi)達(dá)到成熟—高成熟階段。因此，Madingo組烴源巖成熟生烴灶的展布控制了該盆地深水區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣田的環(huán)狀分布特點(diǎn)，這種“源控成藏”的認(rèn)識(shí)可有效指導(dǎo)該領(lǐng)域的下一步勘探工作。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 烴源巖和原油的有機(jī)巖石學(xué)特征和分子地球化學(xué)特征分析表明，下剛果盆地Madingo組烴源巖主要發(fā)育海相內(nèi)源型和海相混合生源型兩種成因類型，其中海相內(nèi)源型烴源巖以海洋水生生物輸入為主，主要分布在盆地的超深水區(qū)；而海相混合生源型烴源巖生源貢獻(xiàn)既有高等植物，又有低等水生生物，主要分布在盆地的陸坡中段。

2) 研究發(fā)現(xiàn)，下剛果盆地Madingo組烴源巖發(fā)育主要受古地理環(huán)境、陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給、古生產(chǎn)力和保存條件等4個(gè)基本要素的控制，其中陸架內(nèi)洼槽及其內(nèi)部鹽控微盆的局限古地理環(huán)境和陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的間歇性懸浮供給方式是Madingo組優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育的主控因素，二者確保了優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育所需要的高生產(chǎn)力和良好的保存條件。

3) 基于下剛果盆地Madingo組優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育的主控因素，建立了具有陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入的河流-陸架內(nèi)洼槽局限環(huán)境海相烴源巖發(fā)育模式，指出陸架內(nèi)洼槽是該盆地Madingo組優(yōu)質(zhì)海相烴源巖發(fā)育區(qū)，Madingo組烴源巖有效生烴灶的展布控制了該盆地古近系—新近系油氣田的差異分布，這種“源控成藏”的認(rèn)識(shí)可有效指導(dǎo)該領(lǐng)域的下一步勘探工作。