0 前言
生物气藏是由大量生物气聚集而形成的天然气藏。生物气储量占世界天然气储量的20%以上。意大利、哥伦比亚、加拿大、墨西哥湾、美国、俄罗斯等国家和地区都广泛分布着大量的生物气田[1]。2000年以来，环孟加拉湾和东地中海等地区多个大型生物气田的发现使得生物气勘探备受关注，已成为全球天然气勘探的热点之一，因此开展生物气藏相关研究具有很强的现实意义。国内外众多学者针对生物气的形成机制、成因类型、成藏特征、分布规律以及勘探方向等开展了大量的研究工作[2-9]。其中，杨松岭等[2]认为生物气勘探方向应集中在具有大型物源基础的被动大陆边缘盆地外带深水区、具有大型水下扇的残余洋盆地、前陆盆地的前渊区、冻土地区的克拉通盆地内坳陷区。鲁银涛等[9]分析了孟加拉湾东北部上新统深水生物气成藏系统，指出“泥包砂”的沉积结构有利于孟加拉扇发育自生自储自封堵的生物气藏，宽缓的背斜构造提高了富砂质结构单元中生物气的聚集程度。前人的研究多集中在被动大陆边缘盆地和前陆盆地，对增生楔内生物气藏的成藏条件、富集规律以及主控因素方面的研究涉及较少。本文以南美北部巴巴多斯增生楔为靶区，深入解剖典型生物气藏的地质条件，明确巴巴多斯海域生物气成藏模式和富集规律，指出有利勘探方向。
1 区域地质概况
巴巴多斯增生楔位于南美北部，总面积约9.7×104 km2，全部位于海域（图1a），水深主要介于1 000~3 000 m。盆地的油气勘探始于19世纪70年代。20世纪初，在特立尼达东北部海域钻探多口探井，结果多为干井，油气勘探始终处于低迷期。2016年，盆地进入勘探活跃期，勘探目标为上新统和中新统碎屑岩，油气类型主要为生物气。截至目前，盆地内已发现可采天然气储量2 463×108 m3（引自IHS数据库，下同）。
与大西洋西岸的被动陆缘盆地相比，巴巴多斯增生楔位于加勒比板块东向活动的挤压前缘，受加勒比板块对大西洋板块的仰冲作用影响，构造变形强烈。研究区整体经历了早期拉张、后期挤压两种应力背景，主要经历了3个构造演化阶段，包括裂陷期（侏罗纪—早白垩世）、被动陆缘期（早白垩世—古新世）和碰撞改造期（始新世—现今）（图1b）。
裂陷期 晚侏罗世，随着中大西洋的开启，南美洲东北缘海岸盆地进入裂陷期。该时期巴巴多斯海域发育陆内裂谷，地层充填以陆相河流沉积为主。
被动陆缘期 早白垩世，南美、北美板块的裂离开启了古加勒比海的洋壳扩张，南美洲北部海岸盆地进入被动陆缘期（图2）。巴巴多斯海域开始沉积海相地层。
碰撞改造期 古新世以来，加勒比板块抵达南美、北美板块之间。随着加勒比板块的楔入，阿韦斯火山岛弧开始活动，多巴哥弧前盆地和巴巴多斯增生楔初具雏形，以海相泥岩沉积为主，局部发育近源的火山岛弧碎屑沉积。渐新世大西洋板块后撤，阿韦斯火山岛弧停止活动，多巴哥弧前盆地抬升并拓宽，增生楔向东继续推进，局部遭受剥蚀。早—中中新世末，大西洋板块后撤减弱，小安的列斯岛弧形成，多巴哥盆地与格林纳达海槽分隔，形成独立的弧前盆地；增生楔在强烈的挤压作用下，迅速大规模抬升，进入主要活动期（图2）。
2 构造单元划分与特征
受加勒比板块东向持续挤压的影响，巴巴多斯增生楔构造东西分带，构造活动西早东晚，自西向东可以划分为西部坳陷带、中部隆起带和东部冲断带（图3）。
西部坳陷带 发育中新统—第四系，厚度为3~5 km（图3b）。局部受中新世东南向挤压作用影响，形成洼中隆、逆冲断层和底辟相关构造，发育断背斜和反向断层遮挡断块圈闭。
中部隆起带 以NE—SW向逆冲断层为主，断层之间发育多期小型洼陷，地层厚度为2~3 km。中新世以来，受自西向东的区域挤压应力影响，中部隆起带形成大量泥底辟，局部泥底辟沿断层上涌至地表，发育了大量泥底辟遮挡型圈闭，至今仍未定型。
东部冲断带 受上新世末期以来的强烈挤压作用影响，中新统—上新统发生构造变形并形成一系列逆冲断层，发育断块和断背斜圈闭。第四系厚度较小。
3 生物气成藏特征及模式
目前，巴巴多斯增生楔内共钻探15口预探井，获得7个天然气藏，可采储量累计2 463×108 m3，分别于更新统、上新统、中新统获得可采储量283×108 m3、 1 189×108 m3、991×108 m3；油气发现主要集中于西部坳陷带内。通过对西部坳陷带已发现天然气藏和中部隆起带失利井解剖，明确生物气成藏特征及主控因素。
3.1 中新统—上新统发育厚层海相泥岩，晚中新世末到现今处于生物气窗
3.2 中新世以来发育大型水道和水道-朵叶复合体沉积，储层条件有利
晚白垩世加勒比板块挤压前缘抵达南美西北缘，形成火山岛弧和造山带，为增生楔内沉积充填提供了充足的陆源碎屑。从中新世至更新世，巴巴多斯增生楔始终位于深水环境，在古Orinoco河输送下，发育水道复合体、水道-堤岸复合体、水道-朵叶复合体以及朵叶等多个沉积类型（图5）。从水道复合体、水道-堤岸复合体、水道-朵叶复合体到朵叶，总体上表现为重力流能量逐渐降低、沉积物粒度逐渐变细、砂地比逐渐降低的趋势。
水道复合体宽约6.5 km，厚度最大可达200 m；地震剖面上水道复合体具有下切特征，外形呈“U”形，内部具有充填结构，表现为强振幅、中频、中等—断续反射特征。砂岩主要发育在水道复合体轴部，水道侧翼可见滑塌体，推测以泥岩沉积为主，地震相表现为弱振幅、杂乱-乱岗状反射。
朵叶具有席状外形，宽度约为13 km，厚度约为50 m；地震相表现为强振幅、中高频、平行连续反射特征，一般位于最远端，该部位重力流能量低，粒度极细，水道不发育，一般以单层席状砂沉积为主[27]。
受古Orinoco河迁移控制，砂体规模具有早期北厚南薄、晚期南厚北薄的特征。以上新统和更新统为例，分别统计北部、南部的砂岩厚度分布频率（图7）：上新统北部深水扇砂岩更为发育，砂体单层厚度为8~63 m（平均值为21 m），砂地比为20%~30%；南部深水扇砂体单层厚度为3~27 m（平均值为11 m），砂地比为10%~15%。更新统北部扇体砂岩欠发育，砂体单层厚度为8~12 m（平均值为10 m），砂地比为5%~10%；南部扇体砂体单层厚度为3~34 m（平均值为12 m），砂地比为15%~20%。
深水扇砂体的展布主要受控于物源和构造古地貌。在西部坳陷带，重力流沿构造控制的负地形轴向搬运，主要分布于大型凹陷中。中部隆起带和东部冲断带泥底辟较为发育，限制了重力流向深海搬运沉积物，深水扇局限展布于小型洼陷中（图8）。
钻井揭示新近系储层为细砂岩，局部见中粗砂岩，岩石类型为长石石英砂岩和岩屑石英砂岩，中等分选，次棱角—次圆状，弱—中等胶结。中新统—更新统44个样品的储层物性统计表明：更新统储层埋深介于666~2 114 m，孔隙度为24%~36%，平均值为30%，渗透率为(45~5 469)×10-3 mm2，平均值为793 ×10-3 mm2，为高孔高渗储层；上新统储层埋深介于1 184~2 215 m，孔隙度为21%~36%，平均值为29%，渗透率为(198~1 744) ×10-3 mm2，平均值为619 ×10-3 mm2，为高孔高渗储层；中新统埋深介于2 684~4 444 m，孔隙度为13%~26%，平均值为20%，渗透率为(26~834) ×10-3 mm2，平均值为329 ×10-3 mm2，为中孔中渗储层（图9）。新近系储层孔隙度普遍大于15%，渗透率普遍大于50 ×10-3 mm2，储层质量较好。
3.3 早期高幅构造圈闭有利于生物气快速聚集，成藏条件有利
中新世以来，受加勒比板块挤压影响，研究区发育两种断裂类型：NE—SW走向逆冲断裂，NW—SE走向正断裂。NE—SW走向的逆冲断裂与增生楔形成过程中的区域挤压应力相关，多形成大型高幅断背斜圈闭。NW—SE走向的拉张型断裂是区域挤压强度差异所产生的调节性阶梯状正断层，多形成小型低幅反向正断层遮挡断块圈闭，断距整体较小，活动较弱。与此相对应，研究区主要发育两类生物气藏（图10）。
（1）中新统大型高幅断背斜型生物气藏
B-1气藏位于巴巴多斯增生楔西部坳陷带，水深为1 911 m，完钻于上中新统。该气藏揭示上新统和中新统两套气层，下上新统气层厚度累计60 m，上中新统气层厚度累计44 m，为层状边水气藏（图10a），可采储量为425×108 m3。该气藏圈闭类型为断背斜，受区域挤压应力影响，圈闭形成于中新世，地层隆升幅度大，上新统、中新统圈闭幅度分别为230 m、300 m。储层沉积相类型为水道-朵叶复合体，孔隙度介于19%~28%，渗透率介于(292~534) ×10-3 mm2，气层段流度最大为2 710 ×10-3 mm2/(mPa·s)。该气藏临近生烃灶，中新统烃源岩自晚中新世开始排烃，现今仍处于有利生物气窗，大型断裂沟通烃源岩和中新统—上新统储层，圈闭处于生物气汇聚有利区，长期接受供烃，近源成藏。
（2）上新统反向正断层遮挡型生物气藏
B-2气藏位于巴巴多斯增生楔西部坳陷带，水深为2 102 m，完钻于上新统。该气藏揭示上上新统和下上新统两套气层（图10b），上上新统气层厚度累计39 m，下上新统气层厚度累计33 m，可采储量为198×108 m3。该气藏圈闭类型为调节型反向正断层遮挡断块圈闭，圈闭形成于上新世，地层隆升幅度小，上上新统、下上新统圈闭幅度分别仅为100 m、55 m。储层沉积相类型为水道-朵叶复合体，孔隙度介于23%~32%，渗透率介于(175~1 391) ×10-3 mm2，气层段流度最大为3 452 ×10-3 mm2/(mPa·s)。该气藏临近生烃灶，中新统和上新统烃源岩处于有利生物气窗，断层沟通中新统—上新统烃源岩和上新统储层。由于圈闭于上新世末期形成，且圈闭幅度仅50~100 m，并未处于生物气有利汇聚区，因此充注效率低且时间短，储量规模有限。
基于已发现气田数据的统计分析，圈闭幅度与气柱高度、储量丰度呈正相关（图11）。统计结果表明：圈闭幅度大于200 m的气藏储量丰度大于40 ×108 m3/km2，气柱高度大于200 m，部分发现井揭示气柱高度大于圈闭幅度，表现为构造-岩性油气藏；圈闭幅度小于100 m的气藏储量丰度多小于20 ×108 m3/km2，气柱高度多介于50~100 m。据此分析，研究区大型断背斜或背斜多形成于晚中新世，圈闭幅度高，接受油气充注时间长，生物气高效聚集成藏；小型反向正断层遮挡断块圈闭多形成于上新世末期—更新世，接受油气充注时间短，且圈闭幅度低，充注效率低，气藏储量规模有限，储量丰度较低。
3.4 晚期保存条件是中部隆起带和东部冲断带生物气成藏的关键要素
背斜圈闭相对保存条件较好，有利于生物气聚集成藏。以C-1井为例，该目标为背斜圈闭，分别在上新统中部、中新统顶部和中部分别钻遇24 m、21 m和3 m的气层，获得可采储量566×108 m3。该目标圈闭于更新世后停止活动，气层上覆泥岩盖层厚约700~900 m，有利于生物气的保存。
中部隆起带广泛发育泥底辟遮挡型圈闭。上新世以来受加勒比板块挤压影响，增生楔东部广泛发育泥底辟，持续活动至今。钻至该类圈闭的预探井全部失利，晚期泥底辟的活动导致生物气藏遭到破坏。以C-2井为例，圈闭为泥底辟侧向遮挡型圈闭，该井钻遇更新统和上新统优质深水朵叶储层，失利原因主要为晚期保存条件不佳——朵叶砂体与泥底辟搭接，由海底地形可见泥底辟至今仍在活动，剧烈活动的泥底辟导致侧翼气藏被破坏（图12a）。东部冲断带广泛发育受逆冲断层遮挡所形成的断鼻构造和断背斜构造（图12b），逆冲断层至今仍在剧烈活动，导致该区带保存条件差。目前东部冲断带仅有1口钻井，以失利告终。因此，对于中部隆起带和东部冲断带，晚期活动至今的泥底辟和逆冲断层导致晚期保存条件不利，油气勘探成效差。
3.5 生物气成藏模式及有利勘探方向
目前已发现的生物气藏主要位于西部坳陷带。以上新统、中新统深水水道-朵叶砂体为主要储层，处于生物气窗范围内的中新统—上新统泥岩生成的生物气直接或通过断层向上覆砂岩短距离运聚，生物气在背斜、断背斜、断块及岩性圈闭高部位近源聚集成藏，具有自生自储或者下生上储的特征（图13）。
巴巴多斯增生楔西部坳陷带生物气成藏条件较好，是有利的勘探方向。渐新世以来沉积的巨厚层泥岩为生物气成藏提供了大量的物质基础，中新世以来构造活动所形成的充足的可容纳空间是大型水道-朵叶复合体沉积的有利场所，挤压背景下洼中隆与储层纵向配置关系好，长期处于生物气的有利汇聚区，最终可形成规模生物气藏。
4 结论
基于地震地质解释、烃源岩地球化学分析和储层物性分析，对南美北部巴巴多斯增生楔的构造-沉积演化及新生界生物气成藏条件开展了系统研究。
（1）受加勒比板块的东向持续挤压影响，巴巴多斯增生楔构造东西分带，构造活动西早东晚，自西向东依次发育西部坳陷带、中部隆起带和东部冲断带。西部坳陷带发育大型凹陷，圈闭类型主要为背斜、断背斜和断块圈闭；中部隆起带广泛发育泥底辟，圈闭类型以泥底辟遮挡型圈闭为主；东部冲断带发育系列逆冲断层，圈闭类型为断块和断背斜。
（2）巴巴多斯增生楔生物气富集规律体现在以下4个方面：西部坳陷带内厚层泥岩提供充足的生物气源；水道-朵叶复合体多发育于西部坳陷带大型凹陷中，晚期构造和储层配置关系好；早期高幅断背斜圈闭有利于生物气高效聚集成藏；晚期保存条件是生物气成藏的关键因素，稳定的构造对生物气成藏至关重要。
（3）中新统—上新统泥岩生成的生物气直接或通过断层向上覆砂岩短距离运聚，生物气成藏表现为自生自储或者下生上储成藏模式。西部坳陷带生物气成藏条件较好，是油气勘探的有利方向。
