東尼日爾盆地Tenere坳陷上白堊統(tǒng)海相烴源巖評(píng)價(jià)及勘探潛力

劉 邦，潘校華，萬侖坤，毛鳳軍，劉計(jì)國，程頂勝

(中國石油勘探開發(fā)研究院)

東尼日爾盆地Tenere坳陷上白堊統(tǒng)海相烴源巖評(píng)價(jià)及勘探潛力

劉 邦，潘校華，萬侖坤，毛鳳軍，劉計(jì)國，程頂勝

(中國石油勘探開發(fā)研究院)

東尼日爾盆地是中西非裂谷系中典型的中—新生代裂谷盆地。Tenere坳陷位于盆地西北部，包括西部凹陷、東Ⅰ凹陷和東Ⅱ凹陷。對(duì)Saha-1井上白堊統(tǒng)巖屑樣品的分析揭示，干酪根顯微組分以不發(fā)熒光或弱熒光的無定形體為主，巖石抽提物中C29甾烷優(yōu)勢(shì)明顯，說明該井上白堊統(tǒng)泥巖有機(jī)質(zhì)輸入以陸源植物為主。巖石熱解分析表明上白堊統(tǒng)Yogou組泥巖大多數(shù)為中等—好烴源巖，有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2-Ⅲ型為主，Donga組泥巖大部分為差—中等烴源巖，以Ⅲ型為主；巖石熱解峰溫指示烴源巖成熟門限深度為2300 m左右。生烴史模擬顯示，Saha-1井Yogou組泥巖尚未開始生烴，Donga組在白堊紀(jì)末期開始生烴，下部已進(jìn)入生氣階段。綜合研究認(rèn)為Tenere坳陷的西部凹陷勘探潛力較大，而東Ⅰ凹陷和東Ⅱ凹陷潛力有限。

東尼日爾盆地；Tenere坳陷；上白堊統(tǒng)；海相地層；烴源巖評(píng)價(jià)；勘探潛力

1 概 況

東尼日爾盆地位于尼日爾東部，屬西非裂谷系的北延部分，為一典型的中—新生代裂谷盆地，它包括 Termit、Tefidet、Tenere、Grein、Kafra 等五個(gè)坳陷（圖1），總面積近 13×104km2。

圖1 東尼日爾盆地Tenere坳陷Yogou組頂面構(gòu)造圖

Tenere坳陷位于盆地西北部，南北長約300km，東西寬約50～80km，面積近2×104km2。自2008年勘探以來，在盆地南部的Termit坳陷已取得了一系列重大油氣發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了其良好的勘探潛力，但在Tenere坳陷仍未獲規(guī)模發(fā)現(xiàn)，其油氣資源潛力有待系統(tǒng)評(píng)價(jià)。此外，東尼日爾盆地形成于早白堊世南大西洋張裂的構(gòu)造背景，早白堊世地層沉積于陸相沉積環(huán)境。微古生物學(xué)和地球化學(xué)研究表明該盆地在晚白堊世發(fā)生過大規(guī)模海侵［1］，但到目前為止，還未見對(duì)東尼日爾盆地海相烴源巖研究的系統(tǒng)報(bào)道。本文以位于Tenere坳陷的一口預(yù)探井——Saha-1井的鉆井取心巖屑樣品為研究對(duì)象，利用干酪根顯微組分定量分析、巖石熱解（Rock-Eval）、色譜-質(zhì)譜、單井生烴史模擬等研究手段，探討該區(qū)上白堊統(tǒng)海相烴源巖的有機(jī)質(zhì)來源、豐度、類型、成熟度及生烴史，并在此研究基礎(chǔ)上對(duì)各凹陷進(jìn)行勘探潛力評(píng)價(jià)。

2 區(qū)域地質(zhì)

東尼日爾盆地發(fā)育于前泛非期變質(zhì)帶基底之上，走向呈NW—SE，呈長條形。地震、鉆井、測(cè)井和古生物等資料顯示，盆內(nèi)地層從老到新主要有下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、古近系、新近系（圖2）。盆地在早白堊世發(fā)生初始裂陷作用，形成一系列NW—SE向斷層。

圖2 東尼日爾盆地綜合地層柱狀圖

下白堊統(tǒng)在靠近邊界斷層一側(cè)沉積厚度最大（可達(dá)2 500 m），以陸相沉積為主，沉積相由粗粒扇三角洲和水下扇過渡至細(xì)粒三角洲和湖相。晚白堊世，盆地構(gòu)造活動(dòng)較弱，以熱沉降為主，盆地沉降中心位于Termit坳陷Dinga凹陷的中部。

上白堊統(tǒng)自下而上可劃分為Donga、Yogou和Madama三個(gè)組。其中，Donga組下部主要發(fā)育砂巖，向上砂質(zhì)含量較少，泥質(zhì)含量增多，中上部為灰色—黑色泥巖與粉砂巖、細(xì)砂巖互層。Yogou組以灰色—黑色厚層泥巖為主，在頂部發(fā)育中—細(xì)粒砂巖層，該組地層厚度介于300～1700m之間。Madama組為盆地廣泛分布的厚層河流相砂巖，頂和底部夾少量泥質(zhì)砂巖薄層（含煤線），該組地層厚度介于300～1500 m之間。

古近紀(jì)，盆地再次發(fā)生裂陷作用，該時(shí)期主要沉積陸相地層，沉積中心位于Termit坳陷Dinga斷階帶靠近Dinga凹陷一側(cè)。根據(jù)巖性組合特征，Tenere坳陷古近系可劃分為Sokor1和Sokor2組。Sokor1組在巖性上表現(xiàn)為砂泥巖互層，沉積相包括河流相、三角洲相、湖相等，厚度為300～900m。Sokor2組以湖相泥巖為主，上部夾薄層砂巖。新近系巖性主要為河流相和沖積平原相砂礫巖。

Tenere坳陷具有明顯的東西分帶、南北分塊的構(gòu)造特征，可劃分為西部凹陷、東Ⅰ凹陷和東Ⅱ凹陷三個(gè)構(gòu)造單元。其中Saha-1井位于Tenere坳陷的西部凹陷（圖1），取樣范圍包括上白堊統(tǒng)Yogou組和Donga組。

3 烴源巖地球化學(xué)

3.1 有機(jī)質(zhì)來源

Saha-1井上白堊統(tǒng)泥巖巖屑樣品微體古生物鑒定結(jié)果顯示，樣品中含有海相鈣質(zhì)超微、介形蟲、溝鞭藻、有孔蟲等化石，地球化學(xué)特征表現(xiàn)為具有高豐度的伽馬蠟烷、β-胡蘿卜烷，且指示海相沉積環(huán)境的標(biāo)志物——甲藻甾烷豐富［1］。以上微體古生物分布和地球化學(xué)特征均表明晚白堊世地層沉積于海相環(huán)境。

Saha-1井泥巖樣品的干酪根顯微組分定量分析顯示，類脂組在部分樣品中常見，主要為樹脂體、碎屑類質(zhì)體，少量為孢子體，未見藻類體；鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組在部分樣品中常見，各種顯微組分基本見到；干酪根顯微組分以無定形體為主，多數(shù)樣品為不發(fā)熒光或弱熒光強(qiáng)度的無定形體，少量樣品有中等和強(qiáng)熒光強(qiáng)度的無定形體（表1）。前人研究表明，在干酪根的未成熟—低成熟階段，不同類型無定形體熒光光性存在差異。其中藻類無定形體具有中等—強(qiáng)熒光強(qiáng)度，而腐殖無定形體基本不發(fā)熒光或具弱熒光強(qiáng)度［2-3］。因Saha-1井上白堊統(tǒng)泥巖樣品的有機(jī)質(zhì)成熟度總體為低—中等（具體論證在下文中給出），故可確定主要樣品的前身為陸生植物來源的腐殖型有機(jī)質(zhì)。

前人研究表明，C27甾烷主要來源于藻類等低等水生植物，C29甾烷則主要源于陸源高等植物，C28甾烷在各種母質(zhì)中均有分布［4-5］。Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品抽提物在C27—C28—C29規(guī)則甾烷三角圖中絕大部分表現(xiàn)為C29甾烷優(yōu)勢(shì)（圖3）；在m/z 217質(zhì)量色譜圖上，ααα-20R 甾烷 C27、C28、C29呈反“L”型分布（圖4），相對(duì)含量表現(xiàn)為C29＞C27＞C28，以上特征均反映出以陸源植物為主的母質(zhì)輸入特點(diǎn)，與干酪根顯微組分定量分析結(jié)果一致。

表1 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品干酪根有機(jī)組分定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品抽提物C27—C28—C29 甾烷分布圖

圖4 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品抽提物m/z=217質(zhì)量色譜圖

3.2 有機(jī)質(zhì)豐度

Saha-1井上白堊統(tǒng)Yogou組泥巖樣品有機(jī)碳豐度（TOC）在0.35%～3.52%之間，平均為1.2%，產(chǎn)烴潛量（S1+S2）為0.3～14.99 mg/g，平均為2.97 mg/g；Donga組泥巖樣品的有機(jī)碳豐度在0.21%～1.92%之間，平均為0.54%，產(chǎn)烴潛量（S1+S2）為0.14～6.69mg/g，平均為0.62mg/g（表2）。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［6］，Yogou組泥巖樣品介于差—最好烴源巖，大多數(shù)為中等—好烴源巖，Donga組泥巖樣品除個(gè)別為好烴源巖外，大部分為差—中等烴源巖。

3.3 有機(jī)質(zhì)類型

在熱解峰溫（Tmax）與氫指數(shù)（IH）交匯圖（圖5）上，Saha-1井上白堊統(tǒng)Yogou組除了少數(shù)樣品落在Ⅰ和Ⅱ1干酪根范圍，大多數(shù)樣品落在Ⅱ2—Ⅲ型范圍內(nèi)；Donga組除少部分落在Ⅱ2型范圍，大部分分布在Ⅲ型范圍內(nèi)，表明Yogou組樣品有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2—Ⅲ型為主，Donga組以Ⅲ型為主。總之，上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品有機(jī)質(zhì)主要為Ⅱ2—Ⅲ型，與干酪根類型指數(shù)所指示的主要干酪根類型結(jié)果一致（表1）。

圖5 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖Tmax—IH關(guān)系圖

3.4 有機(jī)質(zhì)成熟度

熱解峰溫（Tmax）是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度的常用指標(biāo)。巖石的Tmax隨熱演化程度的增加而增大。一般認(rèn)為，Tmax＜435℃對(duì)應(yīng)于未成熟階段，Tmax值介于 435～440℃之間為低成熟階段，介于440～450℃之間為成熟階段，介于450～580℃之間為高成熟階段，Tmax＞580℃對(duì)應(yīng)于過成熟階段［6-8］。從圖5可以看出，Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖樣品在深度2300m左右所對(duì)應(yīng)的Tmax約為435℃，表明其成熟門限深度為2300m左右。此外，絕大部分樣品Tmax值小于450℃，表明上白堊統(tǒng)泥巖樣品有機(jī)質(zhì)成熟度總體為低—中等。

表2 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)表

4 生烴史

本次研究利用PetroMod1D軟件對(duì)Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖進(jìn)行生烴史恢復(fù)。因東尼日爾盆地與蘇丹Muglad和Melut盆地同位于中西非裂谷系（圖1），具有相似的構(gòu)造演化史和熱史，故古熱流值參考了前人對(duì)蘇丹兩個(gè)盆地的研究成果［9-10］。模擬結(jié)果顯示現(xiàn)今地溫與實(shí)測(cè)地溫有較好的一致性（圖6），表明該古熱流史是合理的。由于Saha-1井上白堊統(tǒng)泥巖與北海盆地（North Sea Basin）的主要烴源巖——上侏羅統(tǒng)基末利階（Kimmeridge）海相頁巖在有機(jī)質(zhì)類型和沉積環(huán)境方面具有較好的相似性，故模擬時(shí)采用了前人對(duì)該組烴源巖研究所得出的生烴動(dòng)力學(xué)模型［11］。模擬結(jié)果顯示Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖烴源巖的成熟門限深度約為2 320 m（圖7），與巖石熱解峰溫（Tmax）所指示的深度值接近一致，表明該生烴動(dòng)力學(xué)方程對(duì)于該井的生烴史模擬是適用的，且模擬出的生烴史與實(shí)際情況基本相符。

圖6 Saha-1井模擬地溫與今地溫對(duì)比圖

模擬結(jié)果表明（圖7），Saha-1井上白堊統(tǒng)Yogou組尚未開始生烴；Donga組中下部現(xiàn)今已成熟，從白堊紀(jì)末期開始生烴，下部已進(jìn)入生氣階段。前已述及，該井Yogou組有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型相對(duì)較好，但仍處于未成熟階段；Donga組由于有機(jī)質(zhì)豐度較低，且以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主，故其對(duì)油氣生成的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

圖7 Saha-1井上白堊統(tǒng)海相泥巖生烴史模擬

5 勘探潛力評(píng)價(jià)

油－巖對(duì)比研究表明，東尼日爾盆地南部Termit坳陷的主要原油源于上白堊統(tǒng)海相泥巖，在垂向上發(fā)育三套成藏組合，分別為下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、古近系成藏組合。鉆井結(jié)果顯示，在Tenere坳陷，Sokor2組湖相泥巖厚度較小，且沉積晚、埋藏淺，在大部分區(qū)域未進(jìn)入成巖階段，不能作為有效的區(qū)域蓋層，故古近系成藏組合潛力較小。Termit坳陷已鉆井顯示，下白堊統(tǒng)湖相泥巖中有機(jī)質(zhì)類型較差，以Ⅲ型為主，生烴潛力較小。鉆井揭示Tenere坳陷的Yogou組上部為砂泥巖互層，且砂巖物性較好，中下部連續(xù)泥巖段為該盆地的主力烴源巖段，故上白堊統(tǒng)Yogou組可構(gòu)成有利的自儲(chǔ)自蓋組合。

如前所述，Saha-1井上白堊統(tǒng)Yogou組海相泥巖大多數(shù)為中等—好烴源巖，有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2—Ⅲ為主；Donga組泥巖有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，大部分為差—中等烴源巖，以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主，生烴潛力較差。巖石Tmax指示生烴門限深度在2300 m左右。Tenere坳陷地震資料解釋結(jié)果（圖8）顯示，東Ⅰ凹陷和東Ⅱ凹陷基底埋藏較淺，沉積地層厚度較小，雖然上白堊統(tǒng)Donga組已進(jìn)入生烴門限，但因其生烴潛力較差，故這兩個(gè)凹陷的勘探潛力有限；與前兩個(gè)凹陷不同的是，西部凹陷基底埋深和沉積地層厚度均較大，上白堊統(tǒng)海相泥巖大部分已進(jìn)入生烴階段，生成的油氣可沿凹陷東西兩側(cè)活動(dòng)斷層和上覆厚層Madama組砂巖輸導(dǎo)層運(yùn)移至構(gòu)造高部位聚集，在具備良好的儲(chǔ)蓋組合和圈閉條件下，該凹陷為Tenere坳陷最具勘探潛力的凹陷。

圖8 Tenere坳陷W—E向構(gòu)造解釋剖面

6 結(jié) 論

（1）干酪根顯微組分定量分析和巖石抽提物C27—C28—C29甾烷分布特征顯示，Saha-1井上白堊統(tǒng)海相烴源巖有機(jī)質(zhì)輸入以陸源植物為主。

（2）巖石熱解分析表明，上白堊統(tǒng)Yogou組大多數(shù)為中等—好烴源巖，有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2—Ⅲ型為主；Donga組泥巖大部分為差—中等烴源巖，以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主。巖石熱解峰溫（Tmax）指示上白堊統(tǒng)烴源巖成熟門限深度為2300m左右。

（3）生烴史模擬顯示，Saha-1井上白堊統(tǒng)Yogou組泥巖尚未開始生烴，Donga組中下部現(xiàn)今已成熟，從白堊紀(jì)末期開始生烴，下部已進(jìn)入生氣階段。

（4）基于烴源巖評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合地震解釋綜合研究，認(rèn)為Tenere坳陷的西部凹陷勘探潛力較大，而東Ⅰ凹陷和東Ⅱ凹陷勘探潛力有限。

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Evaluation and Exploration Potential of Upper Cretaceous Marine Source Rocks in Tenere Depression,Eastern Niger Basin

Liu Bang,Pan Xiaohua,Wan Lunkun,Mao Fengjun,Liu Jiguo,Cheng Dingsheng

Eastern Niger Basin is a typical Mesozoic-Cenozoic intracontinental rift basin of the Central-Western African rift system.The Tenere Depression,located in the northwestern part of the basin,includes the Western Sag,EasternⅠ Sag and EasternⅡSag.Analysis of mudstone cuttings from Well Saha-1 has revealed that kerogen macerals are dominated by amorphinite without or with weak fluorescence and C29regular sterane are predominant in rock extracts.On these characteristics,it is suggested that the organic matter of the Upper Cretaceous mudstones mainly derived from terrigenous plants.Rock-Eval pyrolysis data reveals that the Upper Cretaceous Yogou mudstone generally is moderate to good hydrocarbon source rock with predominant TypeⅡ2to TypeⅢof kerogen while the Donga mudstone is mainly poor to moderate source rocks with TypeⅢof kerogen.TheTmaxvalues indicate that the depth of hydrocarbon-generating threshold is about 2300m.Thermal-burial history modeling implies that of Yogou mudstone(Well Saha-1)is not mature.Donga mudstone has reached the oil-generating threshold at the end of Cretaceous and the lower part of Donga is in gas-generating stage.By integrated study,it is suggested that better potential for hydrocarbon exploration exists in Western Sag compared with that in the EasternⅠ Sag and EasternⅡ Sag.

Upper Cretaceous;Marine strata;Source rock Evaluation;Exploration potential;Tenere Depression;Eastern Niger Basin

TE112.115

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.01.005

1672-9854(2012)-01-0029-06

2011-07-11；改回日期：2011-09-09

本文受“十一五”國家科技重大專項(xiàng)之課題“海外重點(diǎn)裂谷盆地油氣成藏規(guī)律及目標(biāo)優(yōu)選”（編號(hào)：2008ZX05029-001）資助

劉邦：1983年生?，F(xiàn)為中國石油勘探開發(fā)研究院博士研究生，從事石油地質(zhì)和油氣分布規(guī)律研究。通訊地址：100083北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)；電話：(010)83595250

趙國憲

Liu Bang：male,Ph.D.degree in progress at PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development.Add:20 Xueyuan Rd.,Beijing,100083,China.