东非裂谷Turkana盆地石油地质特征与勘探潜力

胡滨，邱春光，张世鑫，贾屾，饶溯



东非裂谷Turkana盆地石油地质特征与勘探潜力

胡滨，邱春光，张世鑫，贾屾，饶溯

（中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）

东非裂谷东支South Lokichar盆地石油地质勘探获得突破，使该区成为研究和勘探石油的热点地区。Turkana盆地为裂谷东支邻近South Lokichar盆地中面积最大的盆地，勘探程度低。最新地震地质综合研究成果阐述了其石油地质特征和勘探潜力。Turkana盆地为主动裂谷，受控于两期火山活动，发育中新世以来的3套沉积地层，最大厚度可达7 000m。钻井揭示的上新统烃源岩指标较好，厚度约50m，推测发育中新统烃源岩。发育河流和三角洲相砂岩，孔渗物性好。北部凸起带和中部凸起带为有利勘探区带。烃源是盆地勘探最主要的地质风险。

石油； Turkana盆地；勘探潜力；东非裂谷

东非裂谷（East African Rift System，简写作EARS）位于非洲东部陆上，南北长约3 500km，东西宽50~300km，在平面上分为东西两支[1]。东支自北向南经过埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚，可分为北、中、南三段，共17个盆地（图1），总面积11×104km2。北段包括Afar、Rift Valley、Chew Bahir、Omo等4个盆地；中段包括Turkana、Kerio、Tukwel、North Lokichar、South Lokichar等5个盆地；南段包括Kerio Valley、Suguta、Magadi、Nyanza、Utimbere、Speke、Eyasi和Manyara等8个盆地。

2012年以来，由Tullow（图洛）和Africa Oil（非洲石油）公司组成的作业团体在面积仅有2 180km2的东支South Lokichar盆地取得油气勘探突破。据作业者Tullow公司公布，盆地已发现８个油田，合计2C可采储量5.6×108bbl[2]，使该区成为研究和勘探的热点地区。然而多年来，在裂谷东支的其他盆地再无油气勘探突破，其原因值得深入研究。

Turkana盆地位于South Lokichar盆地东北部（图1），是邻近South Lokichar盆地中面积最大的盆地，目前勘探程度低（图2）。该盆地国际上相关研究较少，而国内处于研究空白区。基于最新地震地质综合研究成果，与已获得油气勘探突破的South Lokichar盆地进行类比，对Turkana盆地的石油地质特征进行解剖，阐述其油气勘探潜力和前景，这对该地区未来油气勘探评价具有重要意义。

图1 东非裂谷东支各盆地位置图

图2 Turkana盆地二维地震测网图

1 区域地质概况

东非裂谷全貌的形成受到了元古代造山带的影响[3]。早元古代（2 100～1 800Ma）Eburnian造山带控制了西支南段的走向。中晚元古代（1400～900Ma）Kibarian造山带控制了西支中段的走向，晚元古代（600Ma）Katangian的造山带控制了东支走向。渐新世开始，受到Afar地幔柱活动（约31Ma），促使东非裂谷系整体进入新生代裂谷演化阶段，阿拉伯板块从非洲板块分离，形成红海-亚丁湾-东非裂谷系三叉裂谷[4,5]。东非裂谷系是其中的夭折支[6]，并逐步演化成现今的陆内裂谷盆地群。

东非裂谷东支的演化极为复杂，由多期裂谷叠置，包括二叠-三叠纪裂谷、白垩纪裂谷及新生代裂谷[7]。一般如不作特殊说明，专指新生代裂谷。裂谷东支是世界上最年轻的主动裂谷盆地群[8]，经历了整个东非裂谷的各个构造演化阶段，受Afar和肯尼亚地幔柱的影响较大[9]，不同盆地的演化差异大。主要发育两期裂谷，西早东晚。第一期裂谷：South Lokichar[10]和Kerio Valley盆地为裂谷沉降中心，主要发育渐新统-中中新统地层[11]，厚度可达6 000m，中中新世之后盆地整体抬升，沉积厚度小。同时，Kerio、North Lokichar等盆地初步发育。第二期裂谷：晚中新世之后，沉降中心由South Lokichar盆地向东向北迁移，Kerio、North Lokichar和Turkana盆地沉积厚度大，可达6 000m。同时，Omo和Chew Bahir等盆地形成。因此，Turkana盆地是主动裂谷盆地，主要发育第二期裂谷。

2 盆地概况

2.1 基本情况

Turkana盆地位于东非裂谷东支中部，South Lokichar盆地东北部（图1）。盆地为南北走向，长约180km，宽45km，面积约6 800km2，整体呈不对称的地堑结构，最大沉积厚度约7 000m，主体位于Turkana湖上。湖长约248km，宽约16~32km，面积约6 400km2，平均水深30m，最深处109m，水位和水面积不定，唯一的长年支流是湖北部Omo河。Turkana湖无出口，为咸水湖，蓝藻繁盛。

图3 Turkana与South Lokichar盆地地层柱状图

2.2 勘探现状

Turkana盆地的勘探程度低，采集了高分辨率重力资料，可用于大型断裂与构造带识别[12]。盆地内在上世纪80~90年代采集了6批二维地震测线190条，总长度3 380m（图2）。测网不规则，陆上测网密、湖区测网稀，测网密度1.5km×1.5km~15km×18km。地震资料主频约15Hz，频带宽10~30Hz，整体品质较差，表现为信噪比、同相轴连续性和地震波组特征较差。盆地内钻有两口干井，即1992年钻探Es-1井和2015年钻探的En-1井。

图4 Turkana盆地上新统沉积相图

2.3 沉积充填

Turkana盆地内发育中新世以来的3套沉积地层，即上中新统、上新统和更新统-全新统（图3）。

地层年代由已钻井标定确定，各地层之间为整合沉积，界面呈较强连续强反射特征。Turkana地区现今地表大面积被火山岩覆盖，盆地曾经历的两期剧烈的火山事件，控制了两个沉积旋回[13]。中新世火山活动较剧烈，持续时间长，地表被火山岩大面积覆盖，岩性以玄武岩、流纹岩及凝灰岩等喷发岩为主，Es-1井揭示了这套火成岩（约10.0Ma）（图3）。此时盆地局部地区沉积薄层河流相砂岩。晚中新世，裂谷逐渐拉开，早期以河流相沉积为主，后期湖泊开始出现，发育三角洲相与滨浅湖相沉积。中新世末期（约5.1Ma），又发生剧烈的火山事件，在盆地北部形成沉降中心，发育中深湖相沉积，钻井揭示约50m的泥岩。上新世中期之后，Turkana湖西部和北部地区抬升，发育河流-三角洲沉积（图4），以砂岩为主，孔渗物性较好，靠近湖西边界断层地区（En-1井区）发育扇三角洲沉积（图4），砂岩孔渗物性较差。

2.4 断裂特征

Turkana盆地发育4条一级断层，即F1、F2、F3和F4（图5左图），均为东倾向的正断层。盆地边界断层由多条断层相接而成，在盆地北部为F1、在盆地南部为F4（图5右图）。F1呈南北或北东-南西走向，延伸长度超过150km（研究区范围内）。F4呈北西-南东走向，延伸长度超过50km。F2为盆地北部控制盆地格局的二台阶断层，地层发育特征与裂谷西支Albertine盆地相似[14]。F3位于盆地南部，为控制盆地陆地与湖的边界断层，但落实程度低，为3条二维地震测线和重力资料识别，其南部与F4边界断层相接（图5左图）。

图5 Turkana盆地基底深度图（左图）和地质剖面图（右图）

2.5 盆地结构

Turkana盆地主要发育3个凹陷（北凹陷、中凹陷和南凹陷）和中央火山带（图5左图）。其中北凹陷受控于F1和F2断层，呈半地堑结构（图5右图中AA’测线），面积约90km2（研究区范围内），沉积地层最大厚度可达7 000m，中新统厚度薄，上新世以来的地层明显加厚；中凹陷（图5右图中CC’测线）无明显半地堑结构，面积约80km2，地层厚度最大约5 500m；南凹陷西浅东深的不对称地堑结构（图5右图中DD’测线），面积约100km2，地层厚度最大约5 000m，中新统地层相对厚。南部湖上盆地沉积地层厚度薄（小于3 000m）。中央火山带发育火山，局部出露湖面，地层厚度较薄（图5左图）。

3 石油地质特征

3.1 烃源岩

3.1.1 烃源指标

Turkana盆地存在一套证实的烃源岩和一套潜在烃源岩。上新统底部烃源岩（证实）：Es-1揭示厚度约50m的泥岩，TOC值1.1%~4.9%，平均2.2%，HI值153~247mg/g，II2型干酪根，Tmax值435~440℃，处于低成熟阶段（图6）。沉积相分析认为该套泥岩为滨湖相，推测向沉积中心方向发育中深湖相泥岩沉积，并且烃源岩指标可能变好。

图6 Turkana盆地烃源岩热解参数

根据区域沉积环境演化，Turkana湖在晚中新世之后一直为东支的沉积中心，而北凹陷是Turkana盆地的沉积中心（图5），结合上新统底部烃源岩的地震反射特征对比分析，推测在北凹陷的上中新统发育也发育湖相烃源岩（图3）。

3.1.2 火山活动对烃源岩的影响

火山活动对Turkana盆地演化和沉积影响较大，对烃源岩的形成演化存在正反两个方面的作用。有利于烃源岩的方面：①火山和热液给湖盆水生生物带来大量营养，利于藻类繁盛。同时使湖水含盐度增高，形成还原环境，有利于藻类物质的保存[15]；②与火山热液伴生的烃源岩过渡金属含量高，过渡金属的催化作用可以降低有机质中的C-C、C-S、C-O键活化能，催化有机质降解成烃和CO2；③火山烘烤促进干酪根热演化，裂谷东支地温梯度可达4.2℃/100m[16]，在一定程度上降低生烃门限。

不利于烃源岩的方面：①火山灰不仅能释放铁、氮和磷等营养物质，也会释放铜和锌等有害物质，浓度过高会严重抑制浮游生物的生长；②对于水体有限的湖泊，近距离火山喷发还会释放大量氯化氢、氯气等有毒气体，并大幅提升水温、降低pH值，从而造成生物大规模死亡[17]。

3.1.3 盆地模拟

针对以上两套烃源岩进行盆地模拟。上新统烃源岩的TOC、HI和厚度等参考Es-1井实钻结果，上中新统烃源岩厚度根据地震剖面推测选取300m，TOC和HI参考South Lokichar盆地参数，TOC值选取3%，HI值选取500mg/g。盆地模拟结果显示在2 000m深度（约1 500ms）时烃源岩即可成熟（Ro=0.7%），盆地北部的烃源岩演化程度高，南部略低，排油量约120×108m3，比South Lokichar盆地略大，为潜在的富生烃盆地。

3.2 储层

钻井揭示Turkana盆地发育中上中新统和上新统两套储盖组合。Es-1井揭示中上中新统和上新统以河流相砂岩为主，储层较发育，砂岩孔隙度20%~35%，物性与South Lokichar盆地相似[18,19]。En-1井揭示靠近盆地边界的地层以冲积扇为主（图4），物性较差，推测向湖盆方向渐变为三角洲沉积，具备较好的储盖组合。根据地震相分析，盆地多数地区发育河流和三角洲相沉积，具有较好的储盖组合。

3.3 圈闭

Turkana盆地断裂较发育，形成多种断层相关类型的圈闭，圈闭面积10~80km2。并且发育与岩浆底辟相关的圈闭，受地震资料品质限制，识别难度大。

4 勘探潜力与成藏模式

盆模结果显示油气运移主体方向是从盆地凹陷区向构造高部位运移。综合分析认为北部凸起带与中部凸起带为有利区勘探区带。

有利成藏条件包括：①紧邻北凹陷和中凹陷沉降中心，烃源岩已成熟；②具备双向供烃的有利条件；③发育反向断块和断背斜等圈闭类型（图7）；④地震上呈现中强振幅较连续反射和弱振幅反射相间的特征，推测具备较好的储层组合；⑤形成旁生侧储成藏模式（图7）：凹陷生成的油气通过砂体侧向运移至凸起带聚集成藏。不利因素在于部分区域位于Turkana湖上，钻探条件受到一定限制。

图7 Turkana盆地北部凸起带成藏模式图（剖面位置见图5左图）

5 主要风险与存在问题

Turkana盆地内Es-1和En-1井均为干井，钻井周边缺乏有效烃源灶是失利的主要原因，有效烃源灶及油气优势运移方向为成藏的主控因素。Turkana盆地虽然沉积背景与South Lokichar盆地相似，其上中新统地层地震反射特征与South Lokichar盆地主力烃源岩下中新统也较相似，但这两个盆地演化时期差别大，Turkana盆地上中新统烃源岩证实程度仍然很低。

此外，目前盆地勘探程度低，导致各方面的研究程度也较低，当前的认识和结论存在一定不确定性。

6 结论

1）Turkana盆地为主动裂谷，受控于两期火山活动。发育中新世以来的3套沉积地层，最大沉积厚度可达7000m。钻井揭示的上中新统烃源岩指标较好，厚度约50m，推测发育上中新统烃源岩，盆模结果显示盆地生烃量较大。发育河流和三角洲相砂岩，孔渗物性好。

2）盆地呈不对称的地堑结构，可划为3个凹陷。盆地内断裂较发育，形成多种与断层相关的构造圈闭，北部凸起带和中部凸起带为有利勘探区带，可能形成旁生侧储成藏模式。

3）烃源是盆地勘探最主要的地质风险。

4）目前盆地勘探程度低，当前的认识和结论存在一定不确定性。

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Petroleum Geological Features and Prospecting Potential of the Turkana Basin in the East African Rift System

HU Bin QIU Chun-guang ZHANG Shi-xin JIA Shen RAO Su

(CNOOC Research Institute Ltd., Beijing 100028)

Oil and gas exploration in the South Lokichar Basin, the East Branch of the Eastern African Rift System (EARS) makes the studied area a hot spot area for oil-gas research and exploration. The Turkana Basin is the largest basin among the basins adjacent to the South Lokichar Basin and its exploration degree is lower. This paper has a discussion on the petroleum geological features and prospecting potential of the basin based on the latest seismic and geological study results. The Turkana Basin is an active rift basin controlled by two periods of volcanic activity. Three sets of sedimentary strata with total thickness of 7000 m have been developed in the basin since the Miocene. The fluvial and deltaic sandstone with good porosity and permeability was developed in the basin. The Pliocene source rock is 50 m thick. The Miocene source rock may be developed in the basin. The northern uplift zone and the eastern uplift zone are favorable zones for oil and gas prospecting.

East African Rift System (EARS); eastern branch; Turkana Basin; petroleum geological feature; prospecting potential; source rock

2018-04-25

“十三五”国家科技重大专项非洲重点区油气勘探潜力综合评价（2017ZX05032-002）

胡滨（1978-），男，北京人，高级工程师，硕士，长期从事海外区块勘探综合研究与新项目评价

P618.13

A

1006-0995（2019）01-0045-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.010