乌干达Albert湖凹陷北部沉积特征及油气成藏模式

2022-06-06陈经覃邱春光

世界地质 2022年1期

陈经覃, 邱春光

中海石油国际有限公司，北京 100028

0 引言

2006年至今，大西洋两岸的桑托斯盆地、下刚果盆地和宽扎盆地在盐下裂陷期地层中相继发现多个超大-特大型油气田，使得大西洋两岸深水盐下成为油气勘探热点地区[1]。由于西非深水盐下勘探程度低以及盐下地震成像品质差，严重制约了该区油气勘探。东非内陆Albert湖凹陷是世界上最年轻的生烃裂谷，地震资料品质好，油气勘探程度高，是开展非洲地区裂陷期地层油气成藏研究的理想之地。随着2010年中国海油进入乌干达区块，国内学者对Albert湖凹陷构造演化[2-3]、沉积充填[3-5]和油气成藏特征[6-9]开展了大量研究，蔡文杰等[10]、孙和风等[7]认为北部构造调节带是Albert湖凹陷最重要的勘探潜力区，但鲜有学者对构造调节带内部的沉积特征差异进行研究。笔者利用地震、钻井、测井和孢粉等资料，开展对北部构造调节带内部沉积特征的研究，分析其油气成藏模式，有利于深化裂谷油气成藏认识，以期有效指导西非盐下裂陷期地层油气勘探。

1 盆地结构

Albert湖凹陷位于东非裂谷系西支北段Albertine地堑内，乌干达与刚果(金)接壤处(图1)。Albert湖凹陷面积8 850 km2，走向NE-SW向，凹陷大部分被湖水覆盖(图1)，最大水深58 m。Albert湖凹陷由两条相向倾斜的基底主干断层控制，呈双断地堑结构，东西两条主干断层断距大，落差达6 000 m，断面平直，倾角约60°[9]。凹陷中部湖区构造简单，内部断层欠发育，地层产状呈水平或近于水平，无中央凸起。凹陷北区东侧边界断层F1断距向北变小、消失，西侧边界断层F2转换成两条大断裂(图1)，由此形成西深东浅的半地堑结构。半地堑的缓坡(即北部构造调节带)断裂十分发育，断层陡，多数断层两盘地层厚度没有明显变化，为晚期断层(图2)。主要由NE-SW向及近乎S-N向两组断层相交形成断块圈闭。Albert湖凹陷经历了从初始裂陷期、强裂陷期和裂陷后期的一个完整旋回的Ⅰ期裂陷演化，目前处于第Ⅱ期裂陷的初始期。

图1 Albertine地堑构造单元(油田位置据文献[7]修改)Fig.1 Tectonic units of Albertine graben

图2 北部构造调节带东西向区域地震剖面图(测线位置见图1)Fig.2 Regional seismic profiles in E--W direction of northern accommodation zone

2 地层特征

与东非裂谷系东支不同，Albertine地堑所在的西支火山活动弱，Albert湖凹陷钻井均未钻遇火成岩。凹陷基底为前寒武系变质岩，由片麻岩、片岩、石英岩和花岗岩组成[11-12]，顶部风化壳的厚度约40 m。沉积盖层开始发育于晚中新世，在刚果(金)一侧凹陷中心最大沉积厚度5 000 m[13]，向东北方向地层厚度快速减薄，在北部构造调节带平均厚度仅700 m(图2)。北部构造调节带沉积地层具有明显的三分性(图3)，中新统为砂岩与泥岩互层，厚度约200～300 m，目前的油气发现均位于该层段内；上新统—更新统以泥岩沉积为主，厚度400～600 m，为盆地内区域性盖层；全新统以砂岩沉积为主，厚度约50～70 m。

图3 Albert湖凹陷综合地层柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Lake Albert sag

3 沉积演化

与海相沉积不同，湖相沉积对气候和可容纳空间的变化更敏感，另外，当河水注入量大时，湖平面上升和沉积物输入量增加，而当河水注入量小时，湖平面下降和沉积物输入量减小[14]。Bohacs et al.[14]将湖泊充填模式分为3种类型：过充填湖泊、平衡充填湖泊和欠充填湖泊。本文仅研究中-上中新统主力储层段，Albert湖凹陷未见石膏、盐岩沉积，且地震反射剖面上前积特征不明显(图4)，推测中新世Albert湖属于平衡充填湖泊。根据岩相组合与孢粉丰度对研究区地层进行层序划分，共识别出4个三级层序(图5)。北部构造调节带以沿长轴方向的缓坡三角洲沉积为主，两侧发育沿短轴方向的冲积扇-扇三角洲沉积体系，中中新世与晚中新世沉积相的展布存在较大差异。

图4 北部构造调节带典型地震剖面图(剖面位置见图7)Fig.4 Typical seismic profiles of northern accommodation zone

图5 北部构造调节带A--1井层序划分图Fig.5 Well A--1 sequence division of northern accommodation zone

3.1 中中新世

中中新世早期S1层序，Albert湖凹陷断裂带开始活动，在主断层的下降盘，形成冲积扇-浅水沼泽沉积体系，在起伏的盆地基底上(图4)，沉积了杂色泥岩和含砾粗砂岩，砂岩泥质含量高(图6)。S1层序藻类和孢粉含量低，仅A-1井及周边钻井的藻类含量较高，其中季节性水体中生长的空星藻Coelastrum含量与稳定水体葡萄藻Botryoccus和流动水体盘星藻Pediastrum含量相近，显示该时期湖泊范围小，水体浅。

中中新世中晚期S2和S3层序，进一步拉张下陷，湖水扩张至北部构造调节带，西部物源充足，发育曲流河-三角洲沉积体系(图7a)。该地区坡度小，湖水振荡频繁，曲流河与三角洲平原分流河道发育，河道垂向上表现为正粒序，具有二元结构，底部为含砾砂岩，之上为中细砂岩，可见斜层理和交错层理；上部为泥质粉砂岩，平行层理较为发育。C-1井藻类含量少，蕨类孢子含量多，以曲流河沉积环境为主，S2砂地比高达64%；A-1井S2层序与S1层序相比，空星藻含量显著降低，葡萄藻含量增加，且蕨类孢子含量有所增加，水生、沼生蕨类孢子Laevigatosporites属和土生和附生蕨类孢子Cyathidites较丰富。S3层序葡萄藻含量减少，盘星藻含量增加，蕨类孢子含量显著增加，表明该时期气候湿润，降水量增大，河流的径流量增加，湖泊范围扩大。A-1井为三角洲平原沉积，泥岩沉积增加，砂地比降至43%，单个河道砂体厚度0.5～1.5 m，以多期河道叠加为主，最大的叠置河道砂岩厚度12 m。研究区西部河道沉积在测井曲线上以箱形和钟形为主(图6)，地震剖面上呈弱振幅、中-高频、不连续地震反射特征(图4)。

东部以季节性洪水为主，发育冲积扇-扇三角洲沉积体系。H-1井邻近物源区，发育冲积扇，由于母岩以片岩和片麻岩为主，风化壳中高岭石含量高，泥石流沉积中泥质含量高，砂地比36%，砂岩粒度较粗，测井曲线上呈锯齿状箱形和钟形(图6)。I-1井与A-1井相比，藻类含量少，尤其是缺少盘星藻，水生、沼生蕨类孢子Laevigatosporites属和土生和附生蕨类孢子Cyathidites较丰富，以扇三角洲平原沉积为主，S2层序上部为滨浅湖沉积，S3层序上部夹煤层，部分砂岩可能来自于西部曲流河-三角洲沉积体系，砂岩厚度小，砂地比仅为29%，测井曲线上呈钟形。I-1井东部沉积体在地震剖面上呈弱振幅、中-高频和较连续地震反射特征，连续性好于西部(图4)。

图6 北部构造调节带连井对比图Fig.6 Wells correlation of northern accommodation zone

3.2 晚中新世

晚中新世S4层序随着边界断层强烈活动，湖盆范围不断扩大，河流-三角洲体系向北东方向退却(图7b)。C-1井S4层序下部分流河道砂体厚度>20 m(图6)，但砂岩粒度明显小于中中新统砂岩，以细砂岩为主。C-1井藻类与孢粉含量未变，仍处于三角洲平原沉积环境。A-1井以三角洲前缘的薄层细砂岩与泥岩互层为主，单砂层厚度减小，砂地比26%(图6)。A-1井葡萄藻含量和盘星藻含量均有所增加，但蕨类孢子含量快速下降，表明研究区大部分为湖泊覆盖。测井曲线上呈钟形和漏斗形，地震剖面上呈中振幅、中-低频、连续反射特征(图4)。

东部冲积扇-扇三角洲沉积体系范围缩小，向湖延伸不远。I-1井葡萄藻和盘星藻含量均显著增加，水生、沼生蕨类孢子Laevigatosporites属增加，而土生和附生蕨类孢子Cyathidites缺失，I-1井为滨浅湖沉积环境，且砂岩不发育。地震反射特征为弱-中振幅、中-低频、不连续，变为中-强振幅、连续反射的浅湖地震相。H-1井为扇三角洲前缘沉积，河口坝细砂岩分选好，水下分流河道细-粗粒砂岩分选差，见岩屑砾石，测井曲线上呈齿状箱型，显示多期水下分流河道的叠加，S4层序砂岩厚，砂地比47%。东部地震剖面上呈中振幅、中-高频和连续反射特征，其连续性仍好于西部(图4)。

图7 Albert湖凹陷中中新世(a)和晚中新世(b)沉积相图Fig.7 Sedimentary facies of Lake Albert sag in Middle Miocene (a) and Late Miocene (b)

4 油气成藏模式

通过油源对比表明，目前发现的油气藏均来自中-上中新统深湖-半深湖相烃源岩(图3)，有机质类型以藻类和菌类为主，TOC值为3.1%～9.8%，平均值6.0%，HI值为392～555 mg/g，TOC平均值为469 mg/g TOC。地化分析显示，这套烃源岩生烃门限为2 550 m，生烃高峰3 500 m，现今正处于生排烃高峰[9]。A油田油藏埋深约700 m，地面原油密度0.863～0.888 g/cm3, C油田油藏埋深400 m，地面原油密度0.924～0.946 g/cm3，生物降解程度低，显示了研究区晚期成藏的特点。

北部构造调节带成藏条件优越，油气十分丰富，占盆地已发现储量的80%，东部和西部均发育厚度达300 m的前三角洲-浅湖泥岩盖层，使油气以侧向运移为主，散失量小。Albert湖凹陷砂岩储层物性好，三角洲平原分流河道孔隙度一般为30%～40%，最高可达45%，渗透率一般在2 000 mD以上，最高达40 000 mD[5]。全新世裂陷末期凹陷周缘抬升，引起北部构造调节带地层大角度倾斜，地层倾角平均值3.1°，加之生烃区内部断层欠发育，地层产状呈水平或近于水平，油气向短轴方向运移不畅，油气优先且高效地沿长轴方向的三角洲砂体向其高部位运移，形成旁生侧储的运移模式(图8)。

构造调节带内部油气分布存在较大差异，西部A、B、C、D油田储量占整体调节带的82%，油气分布于S3层序和S4层序，C1井油层厚度43 m。除了其构造圈闭面积大，断距大，圈闭闭合幅度高的构造原因外，沉积特征的差异也是重要的因素。构造调节带西部河流-三角洲沉积体系砂体发育，且延伸距离远(约70 km)，直接与深湖相烃源岩连通，成为油气优势运移区，而东部冲积扇-扇三角洲沉积体系延伸距离短，油气难以向其大规模供烃，少量油气来自西部供给，油气发现仅占整体调节带的18%，J油田邻近南部生烃区(图1)，S1～S4层序皆钻遇优质砂岩储层，仅在S1层序揭示油层，其他层序为水层，表明构造调节带内部油气富集的差异也受沉积作用的控制。