一、区域地质背景
西加拿大盆地是一个NW－SE走向的古生代克拉通边缘盆地，东边以加拿大地盾为界，西边以加拿大西部造山带为界，北部延伸到西北特区进入北极圈，南面直达美国蒙大拿州与威利斯顿盆地汇合(图6－2)。
西加拿大盆地的地层分布反映了其构造发育的两个重要阶段:①中泥盆世－中侏罗世的裂谷－漂移阶段;②晚侏罗世－始新世的前陆盆地发育时期。盆地的基底为元古宙火成岩和变质岩以及下古生界残余沉积物。下古生界地层在艾伯塔不是重要的油气勘探目的层，但在威利斯顿盆地由于地层发育较全而含有丰富的油气资源。
早－中泥盆世的拉张事件形成了西加拿大盆地的雏形，即NE—SW向的板内裂谷体系(Elk Point Rift)，具有特征的裂陷期、以陆相红层和蒸发岩为主、分布范围有限的地层层系。盆地基底隆起如西艾伯塔洋脊(West Alberta Ridge)、塔斯里纳隆起(TathlinaHigh)、和平河穹隆(Peace River Arch)以及规模巨大的碳酸盐岩生物障壁礁复合体(Presquile Barrier)，形成相对封闭的沉积体系，仅在西北部有点礁发育(图6－2)。在经历了区域性不整合之后，盆地中的地层发育经历了四个完整的碳酸盐岩/泥岩沉积旋回，即形成了Beaverhill Lake、Woodbend、Winterburn和Wabamun群(图6－3)。在这个裂谷充填阶段，盆地基底隆起逐渐被超覆，进而演化为被动大陆边缘的开阔海相环境。在经历泥盆纪末期沉积间断之后，密西西比亚纪早期发生了大规模的海侵，以碳酸盐岩沉积为主，形成一系列向西推进的碳酸盐岩堤坝。在晚密西西比世—二叠纪时期，和平河穹隆古隆起瓦解，在碳酸盐岩为主的大陆边缘形成了一系列碎屑岩沉积。三叠系—侏罗系地层以碎屑岩沉积为主，并且存在剥蚀性不整合接触。上侏罗统及其上覆地层主要为前陆盆地沉积。由于西加拿大造山带的形成，沉积物主要分布在一个NW—SE向的海槽之中，西北部与海相通。伴随着哥伦比亚和拉拉米运动，盆地中形成了五套粗碎屑岩沉积。盆地在始新世达到最大埋藏后抬升回返，海退方向为西北部北极圈的麦肯齐三角洲—碧福海。
图6－2 早－中泥盆世岩相古地理图展示西加拿大盆地的雏形(据《西加盆地图册》，内部资料)
在上述区域地质背景条件下，西加拿大盆地的油气生储盖组合主要分布在中泥盆统－上白垩统地层(图6－3，图6－4)。
二、艾伯塔油砂矿形成的石油地质条件
图6－4是艾伯塔油砂矿地区古生界以上的地层柱状图。白垩系地层明显与老地层呈角度不整合。从早古生代到侏罗纪，本区沉积物以海相碳酸盐岩、碎屑岩、泥盆系礁体和蒸发岩为主。而在侏罗纪末期，哥伦比亚科迪勒拉造山带的形成使本区隆升，开始在英属哥伦比亚省东南部和艾伯塔省接受上侏罗统顶部和下白垩统陆相沉积。造山运动的主要区域逐渐由南向北迁移，从而在上侏罗统/下白垩统沉积了数套煤系地层，形成一个NW－SE走向、深而窄的前陆盆地。早白垩世时期沉积基准面的显著降低导致上侏罗统－泥盆系地层的大面积缺失，从而在不整合面之上沉积了下白垩统Cadomin/Gething/Mannville组砂岩和砾岩地层。这些高渗透层成为盆地深部流体向上运移的重要通道。Mannville组沉积以三角洲、河流相和沼泽相为主，而下伏古生界碳酸盐岩高地控制了当时的地表水系分布和沼泽植物生长。
图6－3 西加拿大盆地泥盆系地层分布(据加拿大联邦地质调查局内部资料)
图6－4 艾伯塔油砂矿地区古生界以上的地层柱状图(据Gant，1989)
下白垩统沉积时碎屑的物源分别来自西边的科迪勒拉造山带和东边的前寒武纪加拿大地盾。如图6－5所示，在上、下Mannville组非海相沉积物形成时，有浅海相半咸水沉积物分隔(Cant，1989)。其中，古生代高地之一的和平河后来形成了重油圈闭。科迪勒拉造山带的多期抬升为快速下沉的前陆盆地提供了丰富的陆源碎屑。
图6－5 Mannville组沉积时的岩相古地理图(据Cant，1989)
在Mannville组非海相沉积之后，在北冰洋和墨西哥湾之间形成了一个海槽，在现今艾伯塔地区广布浅水陆表海沉积。晚白垩世和古近－新近纪时期科迪勒拉构造运动(拉拉米运动)继续向前陆盆地提供丰富的陆源碎屑，并随后遭受剥蚀。拉拉米运动中逆掩断层带的形成为前陆盆地提供了巨大的沉积物负荷，构造挤压同时也为盆地中的流体向东运移提供了动力。
大部分稠油资源分布在Athabasca-Wabasca，ColdLake和PeaceRiver等三个油砂矿(图6－6)，覆盖大约75000km2。另外，在Lloydminster等重油油田还含有丰富的重油资源。根据艾伯塔省能源委员会(AEUB，1998)的估算，艾伯塔油砂沥青的原始储量为2698×108m3(16980亿桶)。其中有近4500亿桶在下伏古生界碳酸盐岩中(碳酸盐“三角地带”)。这些古生界碳酸盐岩中的沥青与下白垩统Mannville组砂岩中的沥青化学组成相同，加上二者之间的接触关系(图6－7，图6－8)，表明二者可能具有相同的成因(Proctor等，1984;Gallup，1974)。艾伯塔省能源委员会(AEUB，1998)认为艾伯塔常规油探明储量为24.9×108m3，而重油探明储量为2698×108m3，说明常规油只占重油储量1%左右。需要指出的是，加上在这些油砂和重油形成过程中通过地层剥蚀和生物降解氧化所消耗掉的油气，艾伯塔油砂矿的原始油气资源量应该更加壮观。
图6－6 艾伯塔油砂矿分布示意图(据Proctor等，1983)
图6－7 沥青储集于下白垩统松散砂岩和古生界碳酸盐岩中(据Proctor等，1983)
图6－8 艾伯塔油砂矿区域性地下水动力分布和盐层垮塌关系(据Page，1974)
艾伯塔油砂沥青的API重度较低，一般在6～18之间，往往与储层埋深和地层水矿化度有关(Jardine，1974)。油砂本身基本没有成岩，具有很高的孔隙度和渗透率。在白垩系底部不整合面上砂体的分布主要受河流－三角洲展布和古生界碳酸盐岩地形影响(图6－4)。下伏泥盆系盐层溶解可以导致上覆油砂层局部增厚(图6－5～图6－7)。图6－9展示下白垩统Mannville组油砂与下伏角度不整合以下侏罗—泥盆系地层之间的接触关系。
图6－9 艾伯塔油砂矿下白垩统地层对比关系图(据Jardine，1974)
Saskatchewan省在相同层位也含有大量重油(API＜19度)。原始原油储量为37×106m3(White，1974)。它们与艾伯塔油砂沥青在地质层位分布和化学组成上的相似性，说明它们很可能来源于相同的源岩。
根据加拿大联邦地调局多年的工作(Fowler和Brooks，1987;Brooks等，1988;Creaney等，1992;Fowler，1999，2000)，这些油气最有可能来源于泥盆系—密西西比亚系的Exshaw组(图6－10)。
图6－10 落基山前Juri溪泥盆系最顶部至密西西比亚系Exshaw组烃源岩标准剖面