Океанология, 2020, T. 60, № 2, стр. 293-301

Глубоководные окраины Бразилии являются основным перспективным регионом, В мире за последние 15 лет открыто 62 гигантских нефтяных и 78 газовых месторождений, из которых 25 открыто в Бразилии [7]. Все бразильские гигантские скопления углеводородов последних лет были открыты исключительно в глубоководных районах на континентальном склоне в бассейнах Сантос, Кампос и Эспирито Санто, особенно, в подсолевых карбонатных отложениях апта.

Всего в Бразилии 38 осадочных бассейнов на суше и в акватории, однако, только бассейны Сантос и Кампос обеспечивают 88% всей добываемой нефти и газа страны. В этих бассейнах идет интенсивная разработка месторождений углеводородов в глубоководной части Атлантики, на континентальном склоне в пределах глубин 400– 3000 м, особенно в подсолевых образованиях в районе распространения полигона мощной толщи соленосных отложений апта, которая имеет ограниченное распространение (рис. 1). Анализ геологического строения, тектоники и нефтегазоносности этих трех основных бассейнов: Сантос, Кампос и Эспирито Санто позволит выяснить природу столь масштабного скопления углеводородов в этих подсолевых отложениях.

Рис. 1.

Схематическая карта размещения бассейнов Сантос, Кампос и Эспирито Санто. Рисунок взят из интернета: www.Petroleum geology of Brazil’s continental margin. 1 – полигон распространения аптской соли, 2 – условные границы бассейнов.

В пределах континентальной окраины Бразилии выделяется одиннадцать осадочных нефтегазоносных бассейнов, протягивающихся вдоль береговой линии и захватывающих как сушу, так и шельфовые районы [1].

Бассейн Сантос отделен на юге от бассейна Пелотас крупным выступом фундамента Флорианополис, на севере ограничен поднятием Кабо Фрио от бассейна Кампос, на западе ограничивается одноименной флексурой Сантос на суше и, наконец, на востоке, по существу, огромная часть бассейна покрыта как мелководными, так и глубоководными водами Атлантического океана. Бассейн Кампос расположен севернее бассейна Сантос за поднятием Кабо Фрио, на севере отделяется от бассейна Эсирито Санто выступом фундамента Виктория, на западе ограничивается разломом Кампос и флексурой, а на востоке целиком покрыт водами Атлантики. Бассейн Эспирито Санто находится севернее бассейна Кампос за поднятием Виктория, на севере отделен от бассейна Байя поднятием Абралхос, на западе отделен от того же бассейна Байя поперечным сводом Итакари и на востоке тоже полностью покрыт водами Атлантического океана (рис. 1).

Эти осадочные бассейны сложены мощной толщей пород мезозойско-кайнозойского возраста. В целом палеозойские отложения не играют сколько-нибудь существенной роли в строении осадочных бассейнов Бразилии (рис. 2). Общая мощность осадочного чехла в этих бассейнах 15–20 км [6].

Рис. 2.

Сводный схематический стратиграфический разрез континентальной окраины на юго-востоке Бразилии. 1 – известняк, 2 – доломит, 3 – песчаник, 4 – глинистый сланец, 5 – материнские породы, 6 – соль, 7 – вулканические породы, 8 – фундамент.

История геологического развития этих осадочных бассейнов, приуроченных к континентальной окраине Бразилии, во многом идентична, поскольку они возникли при распаде древнего материка Гондваны на Южно-Американский и Африканский континенты около 150 млн лет назад, в ранне меловое время. Оставшиеся с того времени (апт-альб) грабены и полуграбены, часть из которых оказалась в составе африканской, а другая в составе южно-американской окраины, в процессе позднеэоценовой активизации трансформировалась в систему прогибов и впадин, в которых накапливались большие массы осадков, сносившихся с края шельфа, При эрозии эпиплатформенных орогенных сооружений, выросших в краевой части этих континентов, мобилизовывался терригенный, кластический и глинистый материал, который мутьевыми и другими градационными потоками перемещался вниз по склону, заполняя отдельные впадины и прогибы. Благодаря действию этих потоков в них сформировались толщи турбидитов и других отложений гравитационного генезиса, зачастую характеризующиеся прекрасными коллекторскими свойствами. Именно в этих отложениях были открыты на склоне крупные залежи углеводородов на месторождениях Марлим, Ронкадор, Албакоре и других (табл. 1, 2 )

В то же время, при распаде суперматерика Гондваны (апт-альб) между континентами образовались огромные котловины. При этом краевые части континентов с течением времени превратились в крупные озера. Спустя миллионы лет в этих озерах стали накапливаться осадки, обогащенные органическим материалом, переносимыми реками в южном направлении. В то время как континенты дрейфовали друг от друга, органический материал откладывался и накапливался уже в новом пространстве, покрытым солеными водами, образовавшегося Атлантического океана. В аридные периоды времени соленые воды Атлантики испарялись и превращались в эвапориты (галит, ангидрит, карнелит и другие), покрывая толщу осадков, богатых органическим веществом. Толща соли мощностью до 2000 м и более, образованная в этих палео-озерах, надежно перекрывает осадки с накопившимися в них органическими породами. В течение миллионов лет под воздействием термохимических процессов этот органический материал преобразовался в углеводороды (нефть, газ). Мощность соли как флюидоупора меняется от бассейна к бассейну и имеет ограниченное распространение (рис. 1). Самая широкая часть поверхности солевого полигона до 400 км находится в бассейне Сантос. Распространяясь к северу, в 300 км от береговой линии, широта солевого полигона уменьшается до 100 м в бассейне Серджипи–Алагоас.

Еще на ранних этапах изучения зон, переходных от континента к океану, было установлено существование на пассивных окраинах двух систем линейных прогибов [2]: системы внутренних прогибов, прослеживаемых в полосе прибрежной равнины и мелководного шельфа, и системы прогибов внешних, которые протягиваются вдоль нижней половины континентального склона и прилегающих районов подножия. Прогибы первого типа – это грабены и полуграбены рифтового заложения, заполненные наиболее древними осадочными комплексами (по крайней мере, нижняя и средняя части разреза). Наоборот, внешние прогибы имеют более молодое заполнение и отвечают этапу развития собственной окраины материка. На континентальных склонах Бразилии в диапазоне глубин океана от 400 до 2500 м в последнее время были открыты гигантские месторождения нефти, как Лула с запасами 1.2 млрд т, Либра более 1.8 млрд т и другие (табл. № 1, 2), (рис. 3, 4) [7]. Углеводороды сосредоточены в надсолевых отложениях двух продуктивных комплексов, имеющих альб-туронский и сантон-миоценовый возраст, а также в подсолевых отложениях баррем-апта. Что касается надсолевых образований, то это толщи цикличного переслаивания песчаников, алевритов и глин, для большей части которых характерна градационная слоистость, что является свидетельством их гравитационного, турбидитового генезиса [1]. Данные бурения и геофизики указывают на то, что в верхней части континентального склона и особенно при приближении к краю шельфовой зоны разрез этих отложений становится глинистым. Из него совершенно выпадают породы, обладающие хорошими коллекторскими свойствами. Таким образом, становится очевидным, что вмещающие надсолевые отложения на континентальных склонах имеют глубоководный генезис и образуются в результате действия гравитационных процессов, которые активируются только на участках со значительными уклонами морского дна. Среди них главную роль играют оползни, зерновые и турбидитовые (мутьевые) потоки. Подобная картина наблюдается на континентальных склонах Западной Африки. Вот почему в пределах материковой отмели Бразилии, включающий шельф и прибрежную равнину, где поисково-разведочные работы ведутся уже много десятилетий, было обнаружено лишь множество мелких и незначительных по запасам залежей нефти и газа. Толщи турбидитов в глубоководной части атлантической окраины Южной Америки в районе Бразилии (в бассейнах Сантос, Кампос, Серджипи Алагоас и др.) покрывают огромные площади. Сложенный ими продуктивный комплекс имеет 155 м мощности и включает породы, являющиеся прекрасными коллекторами. Так пористость олигоцен-миоценовых песчаников турбидитового генезиса достигает 25% при проницаемости до 2–3 дарси. Открытые на континентальном склоне Бразилии месторождения являются многопластовыми (от 6 до 8 продуктивных горизонтов). Породы, играющие роль флюидоупоров (покрышек), обычно в надсолевых отложениях образованы глинами, хотя в некоторых случаях встречаются эвапориты, а в качестве материнских пород рассматриваются глинистые отложения сенонского возраста, которые обогащены органическим веществом с высокой степенью зрелости. В надсолевых отложениях немалую роль играют также известняки альб-туронского возраста, где сосредоточены крупные скопления углеводородов, особенно в глубоководных районах.

Рис. 3.

Схематическая карта размещения нефтяных и газовых месторождении бассейна Сантос. Составлена авторами по материалам [8, 9, 16]. 1 – месторождения нефти, 2 – месторождения газа, 3 – профильный разрез рис. 5, 4 – изобаты глубин моря, в м. Цифры на карте названия месторождений: 1 – Атланта, 2 – Олива, 3 – Тамбуата, 4 – Уругуа, 5 – Тамбау, 6 – Карапиа, 7 – Пирапитанга, 8 – Мексилхао, 9 – Коркодаво, 10 – Парати, 11 – Иара, 12 – Тьюпи, 13 – Юпитер, 14 – Гуара, 15 – Кариока, 16 – Пао де Акукук, 17 – Канамба, 18 – Бем-те-Ви, 19 – Лагоста, 20 – Мерлуза, 21 – Тубарао, 22 – Эстрела до мар, 23 – Корал, 24 – Каравела, 25 – Каравела Сул, 26 – Пиракука, 27 – Сапинхоа, 28 – Каркара, 29 – Биакуа, 30 – Сул де Лула, 31 – Ареа де Ирасема, 32 – Кампо де Сепиа, 33 – Флорим, 34 – Кампо де Итару, 35 ‒ Бузиос, 36 – Либра, 37 – Барбиго, 38 – Суруру, 39 – Франко, 40 – Сагитеро.

Рис. 4.

Схематическая карта размещения месторождений углеводородов бассейна Кампос. Составлена авторами по материалам [1, 4, 5, 11, 13, 15]. 1 – изобаты глубин моря, в м., 2 – месторождения углеводородов. Цифры на карте названия месторождений: 1 – Марлим Сул, 2 – Марлим Е, 3 – Марлим, 4 – Барракуда, 5 – Албакоре Е, 6 – Албакоре, 7 – IRjs-436, 8 –Фраде, 9 – Ронкадор, 10 – Малхадо, 11 – Биджупира, 12 – Каратинга, 13 – Маримба, 14 – Бикудо, 15 – Папа-Терра, 16 – Ксерелете, 17 – Гуараджуба, 18 – Бадежа, 19 – Карапеба, 20 – Вермелхо, 21 – Ваху, 22 – Катуа, 23 – Абалоне, 24 – Остра, 25 – Наутилус, 26 – Пирамбу, 27 – Арганаута (С,Ю,З), 28 – Франка, 29 – Кашелоте, 30 – Джубарте, 31 – Азул, 32 – Манганго, 33 – Саксдреу, 34 – Итаипу.

Подсолевые глубоководные аптские (в бассейне Сантос–апт-барремские) отложения в Бразилии, по существу, являются уникальными в Мире. В них открыты в последнее десятилетие гигантские скопления углеводородов, которые почти удвоили запасы страны по нефти и по газу, доведя общие ресурсы соответственно до более 3 млрд т и 4.7 трлн м³.

Бурением скважин на эти отложения установлено, что аптская солевая толща имеет автохтонное происхождение. Эта толща соли перекрывается более молодыми надсолевыми породами, которые в свою очередь перекрываются мобильными аллохтонными солями. Соляной диапиризм представляет собой активную силу в бассейнах на окраинах Бразилии.

Материнские породы в подсолевых отложениях представлены формацией Итапема (баррем-апт) мощностью от несколько сот метров, состоят из известняков (calciditites) и черных глинистых сланцев, образованных в палео-озерах Лагоа Фейа (толща Писаррас), в бассейне Сантос. Органически обогащенные сланцы являются основными материнскими породами. Эта формация коррелируется с формацией Кокейрос в бассейнах Сантос, Кампос и Эспирито-Санто. Коллекторами в подсолевых отложениях являются формация Барра Велла, мощностью 300–350 м, состоят из известняков со строматолитами и слоистыми микробиалитами (laminated microbialites). Известняки частично доломитизированы, возраст формации верхний баррем-апт, они распространены в бассейне Сантос. Эти же известняки коррелируются с формацией Масви в бассейне Кампос, возраст формации апт.

Полигон солевых отложений апта протягивается на север до бассейна Эспирито Санто. Поисково-разведочные работы в глубоководных районах бассейна Эспирито Санто распространяются до глубины воды почти 2000 м. В бассейне открыто около двух десятков месторождений. Существенная часть находится на континентальном склоне в глубоководии в надсолевых отложениях. Однако, в последние годы стали бурить и в подсолевых образованиях. Успешно открыт ряд месторождений, такие как Балейа Франка, Балейа Азул, Галфинхо и другие. Нефть в залежах этих месторождений светлая и легкая в отличие от нефтей в надсолевых отложениях. Нужно отметить, что солевая покрышка апта в бассейне Эспирито Санто уже уменьшается до 700 м. Всего в подсолевых отложениях здесь пробурено 7 месторождений [12].

На 433 месторождениях нефти и газа в стране пробурено более 30 000 скважин. На начало июля 2018 г. в подсолевых глубоководных отложениях пробурено всего 300 скважин на 14 месторождениях, в надсолевых образованиях шельфа и склона около 6000 скважин на 128 месторождениях, а на суше пробурено 23 000 скважин на 315 месторождениях [10]. Так, на суше в 76 раз больше пробуренных скважин, чем в подсолевых отложениях на склоне, и более чем в 22 раза больше месторождений, чем месторождений, пробуренных в подсолевых отложениях на склоне. Тем не менее, 48% из общей добычи углеводородов страны составляют подсолевые карбонатные отложения баррем-апта на континентальном склоне, 44% надсолевые отложения частично на склоне и на шельфе и только 8% добычи углеводородов относятся к суше.

Чтобы оценить уникальность подсолевых отложений, сопоставим крупнейшие месторождения: Либра и Ронкадор. Месторождение Либра находится в бассейне Сантос в подсолевых отложениях. Из него добывают нефти больше, чем в 5 вместе взятых крупнейших месторождениях Бразилии: Ронкадор, Албакоре, Джубарте, Марлим и Марлим Сул. Перечисленные месторождения находятся в бассейне Кампос в надсолевых отложениях. Кроме того, если пористость коллекторов надсолевых отложений порядка 15–20% – 25%, а проницаемость до 2–3 дарси, то характеристика подсолевых коллекторов гораздо значительнее – пористость порядка 30% и более, проницаемость достигает 5 дарси (табл. 3), а нефть светлая, легкая, почти без содержания серы, в отличие от тяжелых нефтей, преобладающих в надсолевых отложениях. Более того залежи подсолевых месторождений надежно защищены 2000–4100 м толщей флюидоупора, состоящий из эвапоритов, обеспечивающий определенные температурные условия для сохранения жидких углеводородов (рис. 5). В 2017 г. 80 скважин из подсолевых отложений дали половину общей бразильской добычи нефти. В качестве примера, дебит одной скважины из подсолевых отложений дает больше нефти, чем весь штат Бахия, где традиционно в добыче участвуют более 1300 скважин [8, 14].

Рис. 5.

Геологический профильный разрез бассейна Сантос. Подсолевые и надсолевые отложения [3]. Разрез на рис. 3. 1 – разломы.

Анализ более 80 крупных месторождений углеводородов, преимущественно нефтяных в глубоководной части бассейнов Сантос, Кампос и Эспирито Санто выявил тенденцию залегания этих крупных месторождений в продуктивной полосе нефтезалежей, протягивающихся в интервале глубин моря от 400 до 2500 м ( возможно и 3000 м и более) в системе внешних прогибов, которые простираются вдоль нижней половины континентального склона (рис. 3, 4). Эта полоса возможно протягивается и далее на север. Все месторождения в этой полосе по категории запасов оцениваются как крупные и гигантские. В последние 10–15 лет поисково-разведочные работы ведутся уже в под- солевых отложениях: в бассейне Сантос открыто 29 месторождений, в бассейне Кампос 21, а в бассейне Эспирито Санто – 7. Глубоководные и сверх глубоководные месторождения (глубина моря 1500–3000 м), а также бурение в подсолевые отложения апта в бассейнах Сантос, Кампос и Эспирито Санто открывают новые горизонты для Бразильской нефтегазовой индустрии.