乍得Doseo走滑反转盆地油气成藏特征和勘探发现

2022-05-12窦立荣肖坤叶杜业波王利张新顺程顶胜胡瑛

石油勘探与开发 2022年2期

窦立荣，肖坤叶，杜业波，王利，张新顺，程顶胜，胡瑛

（1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2. 中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034）

1 研究背景

中非剪切带是刚果克拉通与努比亚克拉通之间的泛非活动带，长达4 000 km，是一个巨大的岩石圈转换剪切带[1]，其内部发育了一系列中、新生代裂谷盆地（见图1），其中位于乍得南部的有 Doba、Doseo、Salamat等3个盆地，亦称为“南乍得盆地”[2]。截至2009年，Doba盆地勘探开发程度最高，已发现以Kome为代表的多个大中型油田；Doseo盆地勘探程度次之，仅有二维地震，测网平均密度3 km×4 km，12口钻井获 5个油气发现，但发现储量规模不足以商业开发；Salamat盆地勘探程度最低，乍得境内还没有钻井[2-4]。

图1 中西非裂谷系沉积盆地分布图（据文献[3, 12]修改）

Doseo盆地位于中非剪切带中段，宽70～100 km，长550 km，面积4.5×104km2。有关该盆地的油气地质研究很少，仍停留在20世纪90年代[2-3]。前人认为Doseo盆地上白垩统不发育，导致其缺少区域盖层[2,5]，而下白垩统以泥岩为主，缺少有效的储集层，与Doba盆地地层有明显不同[6-11]，因而认为该区油气潜力不大。2007年中国石油天然气集团公司获得乍得H区块独资作业权后，开始集中在Bongor盆地进行油气勘探开发[12]。2011年在Bongor投入商业开发后，启动了西Doba和Doseo区块的石油地质研究和勘探工作，2014年在Doseo部署钻探了Ximenia-1井，下白垩统Kedeni组钻遇油层53 m，试油自喷轻质原油663 m3/d，气4×104m3/d，原油相对密度0.79～0.86，黏度0.9～3.0 mPa·s，倾点 24～30 ℃，气油比 21～35，酸值 0.04～0.08 mg/g。拉开了 Doseo区块的勘探序幕，之后在区块东部连续发现多个含油气构造，突破了该区“缺储少盖”的传统认识，提升了区块的勘探潜力。本文基于前人采集的资料和近年新采集的大量地震和钻井新资料，重新对Doseo盆地的油气地质特征进行梳理，并结合该区的勘探实践，系统分析油气成藏条件与富集规律，为下步勘探指明方向，也为中非裂谷系的油气勘探提供新的思路。

2 构造特征

Doseo盆地是在前寒武系结晶基底之上发育的中新生代先走滑-伸展、后挤压抬升的反转裂谷盆地[2,8,13]，经历了早期伸展、晚期构造反转的演化史[9-17]；40～50 km的走滑位移叠加后期的反转，使得盆地构造和沉积地层特征较为复杂[2,18]。

Doseo盆地呈北东东—南西西向狭长型展布，由半地堑、地堑组成，整体呈现北断南超的结构特点。由西部、中部、Kedeni、K南等 4个凸起组成的中央隆起带将盆地分为南北两个坳陷带，北部坳陷带具南北双断构造格局，南部坳陷带南缘发育南部斜坡带，具北断南超构造格局（见图2、图3）[5,19]。

图2 Doseo盆地构造单元划分图

图3 Doseo盆地区域地震剖面（剖面位置见图2）

Doseo盆地经历了早白垩世强烈走滑伸展、晚白垩世较弱伸展两期裂谷发育阶段，古近纪的伸展作用不明显，总体呈坳陷特征[20-25]。区域地震剖面上可以划分出两大套构造层，下构造层为基底之上和区域不整合面之间的白垩纪地层，最厚超8 000 m，整套地层上下一致挤压变形，在边界断层上盘形成同心挤压背斜构造，在缓坡带不整合之下的地层顶部受到削蚀，盆地总体的缩短率达到 10%～27%，在其内的下白垩统Mangara群顶部局部发育不整合面，前人认为的圣通挤压反转事件在盆地内表现得不太显著或不明显[22-23]。古近纪盆地发生强烈反转剥蚀，地震地层对比表明在距今40 Ma左右盆地的剥蚀厚度达到800～1 000 m，与乍得Bongor盆地的抬升剥蚀量接近[22]。上构造层为区域不整合面之上的新生代地层，全区厚度不大，地层疏松，受边界断层控制弱。内部还有一个局部不整合面至平行不整合面，下部地层受边界断层继承性活动影响，最大厚度发育在边界断层下降盘，厚度为50～200 m；上部地层厚0～150 m，全盆地分布。

3 地层与沉积特征

3.1 地层特征

Doseo盆地发育下白垩统、上白垩统、新生界共3套沉积地层[26]，以早白垩世沉积为主，基底暂无井钻遇，推测基底与中西非裂谷系其他裂谷类似，为泛非运动中形成的冈瓦纳大陆结晶基底[5]（见图4）。Kapok-1井1 265～2 915 m井段孢粉和介形虫等古生物分析证实，地层主要为下白垩统，发育淡水藻类盘星藻和淡水介形虫Cypridea，反映当时的沉积环境为淡水—微咸水。下白垩统自下而上进一步划分为Mangara群、Kedeni、Doba和 Koumra组，可划分为两个旋回，Mangara群为湖盆裂陷早期完整的水进-水退旋回，发育湖泊—三角洲相砂泥沉积，厚度为 1～3 km，上部砂地比约 45%～60%，下部暂无井钻穿；Kedeni、Doba和Koumra组组成裂陷平稳期水进-水退旋回，其中Kedeni组为低位-水侵体系域湖相泥岩夹辫状河三角洲-扇三角洲砂体沉积，厚度600～1 200 m，上段砂地比约40%～55%，下段砂地比约30%～45%。Doba、Koumra组为高位体系域湖泊-河流-三角洲相砂岩夹泥岩沉积，Doba组厚度 400～700 m，砂地比约20%～35%，Koumra组厚度 300～600 m，砂地比约45%～60%。晚白垩世为河流-湖泊相沉积，厚度500～1 100 m，砂地比约55%～70%，下部可划分出Kome组，以湖泊-三角洲相砂体为主。新生代古近纪为滨浅湖-三角洲沉积，第四纪以滨浅湖-冲积平原沉积为主，残余厚度250～450 m，为弱固结砂质沉积。

图4 Doseo盆地地层柱状图（Rt—电阻率；GR—自然伽马）

3.2 沉积特征

Doseo盆地沉积演化与盆地构造演化相对应，早白垩世早期为裂陷期水进旋回，早白垩世晚期至晚白垩世为拗陷期加积-水退旋回，晚白垩世末期—古新世为挤压反转抬升剥蚀，至新近纪—第四纪为盆地消亡期，发育河流—冲积平原沉积[26-27]。早白垩世为裂陷湖盆沉积，以分选较好的中—细粒石英砂岩为主，沉积物源相对较远，以湖相扇三角洲-三角洲砂体为主。坳陷南北两侧双向供源，南缘以三角洲、辫状河三角洲沉积为主，三角洲砂体规模较大，向盆内延伸较远；北缘以扇三角洲-辫状河三角洲为主，局部发育三角洲，砂体规模较南缘偏小，单砂体厚度较大。向坳陷中心过渡为半深湖—深湖相沉积，夹少量浊积砂、远砂坝砂体沉积（见图5）。早白垩世早期砂体呈退积旋回，湖盆扩大加深，中期三角洲砂体多期加积，形成本区主力储油层系，后期砂体进积，砂岩厚度增大，粒度加粗。

图5 Doseo盆地下白垩统沉积相图

4 含油气系统

4.1 烃源岩

Doseo盆地下白垩统包含多套湖相烃源岩，Doba组、Kedeni组和Mangara群均在坳陷内发育优质烃源岩，在坳陷边缘部分逐渐相变为砂地比高的地层[28-31]。烃源岩的厚度在坳陷不同位置差异较大，在坳陷中心Doba组、Kedeni组烃源岩厚度分别可达400 m和800 m；Mangara群未钻穿，地震推测坳陷中心的泥岩厚度在500 m以上。Ximenia-1井和Kapok-1井钻井泥岩岩屑系统分析数据见表1，Kedeni组泥质烃源岩为盆地主力烃源岩，TOC平均值为3.8%，HI均值760 mg/g，为优质烃源岩，Doba组烃源岩有机质类型为Ⅱ2-Ⅱ1型，Kedeni和Mangara群则为Ⅰ型，总体上烃源岩以生油为主（见图6）。

表1 Doseo盆地完钻井烃源岩分析数据

图6 Doseo盆地烃源岩有机质丰度图

平面上，坳陷北部沉积中心烃源岩成熟度最高，该区域 Doba组源岩Ro值为0.45%～0.75%，为低成熟—成熟阶段，Kedeni组Ro值为 0.75%～1.20%，为成熟—高成熟阶段，Mangara群Ro值为1.2%～2.0%，为高成熟—生气阶段（见表1）。烃源岩成熟度由坳陷中心向坳陷边缘逐渐降低，在坳陷东部中央低凸起带Kapok-1井仅Kedeni组下段和Mangara群源岩为成熟阶段。钻柱测试地温数据换算得到盆地的现今地温梯度为30 ℃/km，而根据磷灰石裂变径迹和镜质体反射率推算的古地温梯度只有20 ℃/km。现今生油门限深度为1 800～2 200 m。油源对比发现，目前已发现原油和烃源岩样品都处于生油窗内（见图7），但油藏原油成熟度生标参数高于已钻遇的烃源岩成熟度，部分钻井试油见湿气，推断目前发现的原油来自凹陷深部或未钻遇的深层烃源岩[17]。

图7 Doseo盆地烃源岩有机质类型图

4.2 储集层

Doseo盆地Doba组、Kedeni组和Mangara群湖泊-三角洲体系沉积发育的多套砂岩可作为本区有效储集层，目前在 Kedeni组砂岩发现的储量最多，埋深为1 500～3 000 m，以辫状河三角洲/曲流河三角洲沉积为主，单砂层厚度为5～20 m，岩性以细砂岩和粉砂岩为主，岩石类型以石英砂岩和长石石英砂岩为主，主要矿物是石英，常见含量不定的长石和岩屑（见图8）。坳陷东部和南部的Kedeni组储集层孔隙类型以原生粒间孔和次生溶蚀孔为主。下白垩统主力储集层段孔隙度为 11%～16%，渗透率为（80～2 000）×10-3μm2，储集层物性以中孔、中—高渗为主，孔隙度与渗透率正相关性强。成岩作用以压实作用、胶结作用为主，主要处于早成岩晚期阶段；靠近坳陷沉积中心的Kedeni组砂岩埋深大，可达中成岩早期，颗粒呈点-线接触，可见铁白云石，石英次生加大边，其伊/蒙混层中蒙脱石占比10%～30%，Ro值为0.9%～1.0%。而在北部斜坡带，Kedeni组主要发育扇三角洲砂岩，储集层分选差，结构成熟度低，砂岩中长石和岩屑含量较高，虽然长石等颗粒容易溶蚀，但溶蚀孔隙易被方解石和高岭石等矿物充填，导致孔隙度低、孔隙连通性差。

图8 Doseo盆地Kedeni组储集层岩性分类图

Doba组储集层主要发育在上部，目前已有油层发现，其岩性与Kedeni组相似，压实作用较弱，原生孔发育，储集层物性好于Kedeni组。Mangara群储集层多发育于 Mangara群上段，岩性以中砂岩为主，压实作用强，储集层物性较Kedeni组变差。

4.3 成藏组合

Doseo盆地上白垩统以砂岩为主，缺乏有效的区域盖层，已发现的成藏组合均位于下白垩统。下白垩统Doba组在盆地中央和北部为大套较纯的泥岩层，厚度可达到数百米，而在东部和南部等靠近盆地边缘地区，变为砂泥岩互层，盖层条件逐渐变差。因此Doba组只能局部形成油气藏。Kedeni组暗色泥岩发育，单层厚度大，局部层段有欠压实和异常高压现象，可作为区域盖层。盆地东部Kedeni组发育大段稳定的泥岩层；北部Kedeni组泥地比高达80%，单层泥岩厚度也可达百米；在盆地东南等靠近边缘地区，单层泥岩厚度仍可达10～40 m，是重要的区域盖层。钻井揭示的Mangara群上段泥岩单层厚度相对较薄，可以形成局部盖层。

与Doba组、Kedeni组和Mangara群相对应，Doseo盆地内形成上、中、下3套有利储盖组合。考虑到Kedeni组和Mangara群为坳陷主要烃源岩，且Kedeni组内泥岩最稳定，因此以Kedeni组内储盖层为主的中组合是坳陷主力成藏组合。盆地中心的Mangara群埋深过大，储集层条件差，因此下组合可能在靠近盆地边缘的地区有效，以自生自储为主。受到盖层条件影响，以Doba组为主的上组合主要在靠近盆地中心的局部发育，以下生上储组合为主。

5 油气富集区带

Doseo盆地以正断层和走滑断层为主，受后期反转作用，局部发育逆断层。构造样式多样，包括典型的负花状构造、挤压背斜、断鼻和复杂断块等，形成了多种类型构造圈闭，为油气聚集创造了良好的圈闭条件。Doseo盆地油藏零星发现始于1978年，直到近年才陆续有较大发现，受勘探程度的影响，现有油气发现主要集中于坳陷东北部，绝大部分已发现油藏为背斜或断背斜油藏，具有复式油气藏的特点，多套油水系统、油气层跨度大，但油气柱高度多小于100 m。

5.1 陡坡油气富集带

比利牛斯期强烈反转构造运动使得 Doseo盆地陡坡带沿控坳断裂带发育了一系列背斜和断背斜构造圈闭。这些圈闭既靠近生烃中心，又靠近输导断裂，成为油气运移非常有利的地区。Doseo盆地陡坡带下白垩统储集层以扇三角洲砂体为主，伴有重力流沉积，储集条件与横向连续性均不稳定，因此储集层条件成为该有利区带油气成藏主控因素。已完钻 4口井均有油气发现，油层多分布于Kedeni组，少量在Doba组，油层埋深1 200～2 600 m，Kedeni组以正常原油为主，偶含气，原油相对密度为0.71～0.92；Doba组原油相对密度为0.96（见图9）。

图9 北部陡坡带典型油藏剖面图

5.2 中央低凸起油气富集带

坳陷东部的中央低凸起的形成与早白垩世晚期的走滑构造有关，后期经历一定程度的反转挤压，使得原有构造再改造，发育一系列断块、断鼻和断背斜圈闭（见图10）。Kedeni组已发现多个纵向跨度较大的油藏。中央低凸起是盆地内油气运移的指向区，同时靠近东侧的长轴物源区，发育较为稳定的辫状河三角洲，具有较好的储集层条件。多个水进期形成的湖相泥岩使得该区盖层条件也比较优越。由于多期构造运动叠加，使得该区断裂发育，油水关系复杂，油藏之间几乎没有统一的油水界面，因此该区油气成藏受到断裂-盖层组合控制较强。已发现Kapok油田的油层主要在Kedeni组，少量在Doba组及Mangara群；油层埋深1 400～2 700 m，Kedeni组及Mangara群以正常原油为主，偶含气，原油相对密度为0.79～0.90；Doba组原油相对密度为0.95。

图10 中央低凸起带典型油藏剖面图

5.3 缓坡潜在油气富集带

Doseo盆地南部缓坡带发育一系列的断鼻和断块圈闭，这些圈闭在油气运移条件上比较有利。但是地层砂地比逐渐变高，烃源岩质量和成熟度均有所变差[19]，因此油源和盖层条件是成藏主控因素，结合邻区Mangara群烃源岩及岩性情况，推测下组合 Mangara群有较好的成藏组合，可形成自生自储型油藏。目前该区勘探较少，仅有 1口老井发现大量的死油，说明该区具有良好的潜力，是潜在的油气成藏区带。

综上所述，受控于构造发育特征及油气成藏条件，Doseo盆地不同区带油气成藏也具有一定差异，中央低凸起带油气最为富集，以断背斜、断块圈闭成藏为主；陡坡带次之，以背斜、断背斜圈闭成藏为主；南部缓坡带是潜力富集区，为油气侧向运移至断鼻、断块圈闭成藏为主，断层侧向封堵性及封盖条件为其成藏主控因素（见图11）。