藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷構(gòu)造演化及烴源巖發(fā)育特征＊

孔令武 張樹林 段曉夢 方 勇

（中海油研究總院 北京 100028）

藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷構(gòu)造演化及烴源巖發(fā)育特征＊

孔令武 張樹林 段曉夢 方 勇

（中海油研究總院 北京 100028）

對藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷構(gòu)造演化特征進(jìn)行了分析，重新厘定了構(gòu)造演化階段，并對主力烴源巖發(fā)育特征及油氣來源進(jìn)行了深入分析。研究表明：喀土穆凹陷的形成與演化受控于中非剪切帶的活動，該凹陷經(jīng)歷了裂陷Ⅰ期、裂陷Ⅱ期及拗陷期等構(gòu)造演化階段。早白堊世裂陷Ⅰ期的強(qiáng)裂陷作用是湖相烴源巖發(fā)育的主要時期，綜合烴源巖地化指標(biāo)及油－源對比分析認(rèn)為Abu Jinn組烴源巖為喀土穆凹陷的主力烴源巖。喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖與穆格萊德盆地Abu Gabra組主力烴源巖沉積環(huán)境類似，為弱氧化－弱還原的沉積環(huán)境，且水體較淡。不同構(gòu)造位置處Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和甾烷分布差別較大。Abu Jinn組烴源巖熱演化程度主要受埋藏深度的控制，但火山活動促進(jìn)了Abu Jinn組烴源巖的熱演化，烴源巖成熟度受火成巖影響范圍約為火成巖上下200 m范圍。

藍(lán)尼羅河盆地；喀土穆凹陷；構(gòu)造演化；烴源巖；沉積環(huán)境；有機(jī)質(zhì)類型；熱演化

非洲油氣資源豐富，是世界油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)。非洲大陸中部發(fā)育一條橫貫東西的中非剪切帶，沿該剪切帶發(fā)育一系列成因類似的中、新生代陸內(nèi)裂谷盆地，大部分裂谷盆地已獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)，如穆格萊德（Muglad）盆地、邁盧特（Melut）盆地等，其中穆格萊德盆地已發(fā)現(xiàn)原油的可采儲量為3．2×108m3，邁盧特盆地為2．85×108m3［1］。但與其成因類似且相鄰的藍(lán)尼羅河（Blue Nile）盆地至今仍無重大油氣發(fā)現(xiàn)，該盆地勘探程度很低，有10口探井，僅在盆地南部獲得2個天然氣發(fā)現(xiàn)，盆地油氣勘探現(xiàn)處于停滯狀態(tài)。烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量和發(fā)育規(guī)模決定了一個盆地的勘探潛力和勘探方向，因此，對于低勘探程度的藍(lán)尼羅河盆地來說，首要任務(wù)是明確烴源巖的發(fā)育特征。然而，截至目前，前人對藍(lán)尼羅河盆地?zé)N源巖發(fā)育特征的研究甚少，嚴(yán)重制約了對該盆地勘探潛力的研究。本次研究主要針對優(yōu)選出的藍(lán)尼羅河盆地中沉積規(guī)模較大的喀土穆（Khartoum）凹陷，對該凹陷的構(gòu)造演化特征進(jìn)行了分析，重新厘定了構(gòu)造演化階段，并對主力烴源巖發(fā)育特征及油氣來源進(jìn)行了較為全面、深入的分析，以便更深入地認(rèn)識該凹陷的勘探潛力，指導(dǎo)凹陷的未來勘探。

1 區(qū)域概況

藍(lán)尼羅河盆地位于蘇丹境內(nèi)，地表?xiàng)l件為沼澤或草地，面積約7．5×104km2。喀土穆凹陷位于藍(lán)尼羅河盆地北部，處在中非剪切帶的南部，南北長約60 km，東西寬約35 km，面積約2 100 km2（圖1）。截至目前，喀土穆凹陷勘探程度很低，僅進(jìn)行了二維地震勘探，共鉆探井6口，其中2口井測試產(chǎn)油氣，2口井為油氣顯示井，2口井為干井?；诂F(xiàn)有二維地震資料解釋成果，認(rèn)為喀土穆凹陷為“東斷西超”的箕狀斷陷，可進(jìn)一步細(xì)分為3個構(gòu)造單元，分別為東部半地塹、中部低凸起和西部半地塹（圖2）。

2 構(gòu)造演化特征

喀土穆凹陷為藍(lán)尼羅河盆地沉積規(guī)模較大的次級構(gòu)造單元，其形成與演化受控于中非剪切帶的活動［2－5］，經(jīng)歷了早白堊世裂陷Ⅰ期、晚白堊世裂陷Ⅱ期和古近紀(jì)—新近紀(jì)拗陷期等構(gòu)造演化階段（圖3、4），其中裂陷Ⅰ期構(gòu)造活動最為強(qiáng)烈，裂陷Ⅱ期構(gòu)造活動較弱。

圖1 喀土穆凹陷位置Fig．1 Location of Khartoum sag

圖2 喀土穆凹陷構(gòu)造單元劃分Fig．2 Structure belt of Khartoum sag

圖3 喀土穆凹陷綜合柱狀圖Fig．3 Stratigraphic chart of Khartoum sag

圖4 喀土穆凹陷構(gòu)造單元及構(gòu)造演化階段（剖面位置見圖2）Fig．4 Tectonic evolution stages and structural units of Khartoum sag（see Fig．2 for location）

1）裂陷Ⅰ期。早白堊世，中非剪切帶強(qiáng)烈的右旋走滑作用誘發(fā)藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷發(fā)生強(qiáng)烈的裂陷作用［2］。該時期構(gòu)造活動強(qiáng)烈，主要以塊斷作用為主，發(fā)育NW—SE向斷裂系統(tǒng)，形成了壘塹相間的構(gòu)造格局。該時期沉積充填主要受NW—SE向同沉積斷層控制，橫向上地層厚度變化大，越靠近同沉積斷裂，地層越發(fā)育（圖4）；縱向上斷層斷距呈“下大上小”特征，表明構(gòu)造活動強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢。受構(gòu)造活動強(qiáng)度變化的控制，沉積相由下向上呈現(xiàn)明顯的差異：下部地層為下白堊統(tǒng)Abu Jinn組，以泥巖為主，其沉積相主要為湖相；上部地層為下白堊統(tǒng)Sawagir組，以砂巖為主，其沉積相主要為河流、三角洲相。地層巖性垂向上呈“下細(xì)上粗”的特征（圖5）。

2）裂陷Ⅱ期。晚白堊世，中非剪切帶斷裂右旋走滑作用逐漸減弱［6］，藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷的裂陷作用變?nèi)?，斷裂活動較裂陷Ⅰ期明顯減弱，盆地沉降速率變小，沉積地層厚度變小，但橫向上變化不大（圖4）。構(gòu)造活動強(qiáng)度依然表現(xiàn)為逐漸減弱的變化趨勢，縱向上控制了沉積相演化，下部地層為上白堊統(tǒng)Hebeika組，以泥巖為主，其沉積相主要為湖相；上部地層為上白堊統(tǒng)Mansur組，以砂巖為主，其沉積相主要為河流、三角洲相。地層巖性垂向上也呈“下細(xì)上粗”的特征（圖5）。

圖5 喀土穆凹陷A－1和S－6井連井剖面Fig．5 Well cross section of Well A－1and Well S－6in Khartoum sag

3）拗陷期（古近紀(jì)—新近紀(jì)）。中非剪切帶的活動基本停止，該階段盆地主要以熱沉降為主，構(gòu)造相對比較穩(wěn)定，斷裂不發(fā)育（圖4）。地層厚度在橫向上基本呈等厚分布，拗陷期沉積相縱向上變化不明顯，以粗碎屑砂巖沉積為主，夾薄層泥巖，其沉積相主要為河流、三角洲相，由下到上依次發(fā)育Essari組、Gezira組和 Wadmedani組（圖5）。

3 烴源巖發(fā)育特征

3．1 強(qiáng)裂陷作用階段是湖相烴源巖發(fā)育的主要時期

從上述構(gòu)造演化特征分析可知，藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷每一裂陷期的構(gòu)造活動均具有逐漸減弱的變化規(guī)律。按照構(gòu)造活動強(qiáng)度，可將該凹陷裂陷期細(xì)分為2個階段 分別為早期的強(qiáng)裂陷作用階段和晚期的弱裂陷作用階段。強(qiáng)裂陷作用階段，該凹陷構(gòu)造活動強(qiáng)烈，斷層斷距大，沉降速率大于沉積速率，湖盆處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，控制了中深湖相的發(fā)育，是湖相烴源巖發(fā)育的主要時期。

鉆井揭示喀土穆凹陷發(fā)育2套烴源巖，分別為早白堊世裂陷Ⅰ期的Abu Jinn組和晚白堊世裂陷Ⅱ期的Hebeika組，2套烴源巖均發(fā)育在強(qiáng)裂陷作用階段（圖4）。凹陷內(nèi)多口井揭示Abu Jinn組和Hebeika組均有火山巖發(fā)育（圖5），說明2套烴源巖沉積時期裂陷作用強(qiáng)烈。與其成因相似的相鄰盆地穆格萊德盆地和邁盧特盆地的勘探實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)，早白堊世強(qiáng)裂陷作用階段是優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖發(fā)育的主要時期，該時期發(fā)育湖相烴源巖為盆地的主力烴源巖，烴源巖干酪根類型主要為Ⅰ型、Ⅱ1型，TOC為1%～5%，平均約為2%，IH為300～500 mg／g［7－9］。

鉆井揭示喀土穆凹陷下白堊統(tǒng)Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高、類型較好，A－1井Abu Jinn組烴源巖TOC 為0．32%～2．83%，平均為1．5%，IH為90～635 mg／g，平均為261 mg／g，為中等—好的烴源巖（圖6）。從S－6井Abu Jinn組烴源巖飽和烴氣相色譜圖（圖7）來看，正構(gòu)烷烴碳數(shù)主要分布在nC12—nC36，表明烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，以腐泥型為主，生油能力較大。油－源對比分析表明，S－6井Sawagir組原油和Abu Jinn組烴源巖甾烷分布特征類似，均為“L”型（圖8），且Sawagir組原油和Abu Jinn組烴源巖抽提物的族組成也類似，以正構(gòu)烷烴組分為主，含量達(dá)60%～70%，說明Sawagir組油氣與Abu Jinn組烴源巖具有很好的親緣關(guān)系，因此推測凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要來源于Abu Jinn組烴源巖。

綜合烴源巖地化指標(biāo)及油－源對比分析，認(rèn)為下白堊統(tǒng)Abu Jinn組烴源巖為喀土穆凹陷的主力烴源巖。結(jié)合S－6和A－1等井烴源巖分析及過井地震剖面特征，Abu Jinn組烴源巖在不同構(gòu)造位置的發(fā)育規(guī)模具有明顯差異。在東部半地塹和西部半地塹的洼陷區(qū)烴源巖較為發(fā)育，預(yù)測好的烴源巖厚度超過200 m，在地震剖面上表現(xiàn)為1套中強(qiáng)振幅、中頻、中連續(xù)性的反射特征，為典型的密集反射段，為富含有機(jī)質(zhì)的泥巖類沉積物的地震反射特征，這與相鄰的邁盧特盆地下白堊統(tǒng)烴源巖地震反射特征相類似；而在斜坡地區(qū)，隨著Abu Jinn組地層變薄，烴源巖厚度也隨之變薄，橫向連續(xù)性變差，烴源巖在地震上表現(xiàn)為弱振幅、中高頻率、低連續(xù)性的反射特征。因此，東部半地塹和西部半地塹的洼陷區(qū)是喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖發(fā)育的有利區(qū)。

圖6 喀土穆凹陷A－1井Abu Jinn組烴源巖地化指標(biāo)剖面Fig．6 Abu Jinn source rock geochemical section of Well A－1in Khartoum sag

圖7 喀土穆凹陷S－6井烴源巖抽提物飽和烴氣相色譜Fig．7 Saturated hydrocarbon chromatogram extracted from source rock of Well S－6in Khartoum sag

圖8 喀土穆凹陷S－6井Sawagir組原油和Abu Jinn組烴源巖甾烷分布對比圖Fig．8 Sterane distribution contrast diagram between Sawagir oil and Abu Jinn source rock of Well S－6in Khartoum sag

由于晚白堊世裂陷Ⅱ期的Hebeika組烴源巖埋藏較淺，成熟度低，對油氣成藏沒有貢獻(xiàn)，在此不作贅述。

3．2 Abu Jinn組烴源巖形成于弱氧化－弱還原環(huán)境

烴源巖中的一些生物標(biāo)志化合物對烴源巖的沉積環(huán)境具有指示意義。Pr／Ph值可以用來表征母質(zhì)沉積時的氧化還原位，在生油窗內(nèi)，高Pr／Ph值（大于3．0）指示氧化條件下陸源有機(jī)質(zhì)的輸入，低Pr／Ph值（小于0．6）代表缺氧環(huán)境通常是鹽湖環(huán)境條件。伽馬蠟烷是萜烷系列生物標(biāo)志化合物之一，被認(rèn)為是來源于四膜蟲醇，并廣泛存在于現(xiàn)代沉積物中的三萜烷類。它是鹽湖沉積環(huán)境或水體分層的標(biāo)志，淡水環(huán)境中一般含量很低，隨著水體鹽度升高而增加。通常使用伽馬蠟烷指數(shù)，即伽馬蠟烷與αβC30藿烷的比值，進(jìn)行比較分析［10－11］。

喀土穆凹陷下白堊統(tǒng)的Abu Jinn組烴源巖Pr／Ph值為0．82～1．83，伽馬蠟烷指數(shù)較低，為0．15～0．33（圖9）。區(qū)域?qū)Ρ妊芯勘砻鳎ν聊掳枷菹掳讏捉y(tǒng)Abu Jinn組主力烴源巖與穆格萊德盆地下白堊統(tǒng)Abu Gabra組主力烴源巖具有相似的構(gòu)造演化特征。羅小平 等［12］對穆格萊德盆地薩加隆起原油研究認(rèn)為，Abu Gabra組烴源巖形成于弱氧化－弱還原的沉積環(huán)境，且水體較淡，其生成的原油的Pr／Ph值為1～2，伽馬蠟烷指數(shù)較低在0．25～0．48之間。結(jié)合喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖的Pr／Ph值、伽馬蠟烷指數(shù)以及與相鄰穆格萊德盆地的對比研究，推測喀土穆凹陷下白堊統(tǒng)Abu Jinn組烴源巖沉積時期為弱氧化－弱還原的沉積環(huán)境，且水體較淡。

圖9 喀土穆凹陷S－6井Abu Jinn組烴源巖和原油萜烷分布對比圖Fig．9 Terpane distribution contrast diagram between Abu Jinn source rock and oil of Well S－6in Khartoum sag

3．3 Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型具有明顯的非均一性

烴源巖有機(jī)質(zhì)類型是決定其生烴能力的另一個重要指標(biāo)，不同干酪根類型的烴源巖，其生烴能力相差很大。對于喀土穆凹陷來說，不同構(gòu)造位置的烴源巖表現(xiàn)為不同的有機(jī)質(zhì)類型，越靠近沉積凹陷的中心，烴源巖類型越好。從干酪根類型和規(guī)則甾烷分布特征來看，喀土穆凹陷不同地區(qū)的Abu Jinn組烴源巖存在明顯的差異。A－1井鉆遇的Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2、Ⅲ型（圖10），該套烴源巖的C27、C28、C29甾烷分布形態(tài)為“V”型（圖11），即C27＞C28＜C29，C29甾烷的含量相對較高，反映烴源巖有機(jī)質(zhì)具有陸源高等植物的輸入特征。S－6井鉆遇的 Abu Jinn組烴源巖類型為Ⅱ1型，C27、C28、C29甾烷分布為 “L”型（圖12），即 C27＞C28＞C29，C27甾烷含量很高，反映烴源巖有機(jī)質(zhì)主要來源于低等湖相藻類。上述2口井烴源巖類型差異的主要原因是兩者的構(gòu)造位置不同，S－6井位于洼陷，更靠近沉積中心（圖2、4），受陸源碎屑影響較小，有機(jī)質(zhì)來源主要為湖相低等藻類；而A－1井位于西部半地塹的斜坡區(qū)，受陸源碎屑影響較大，有機(jī)質(zhì)來源受陸源高等植物輸入的影響。因此，東部半地塹和西部半地塹的洼陷區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型為主，是優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的有利區(qū)。

圖10 喀土穆凹陷A－1井Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型Fig．10 Abu Jinn source rock orgnic type of Well A－1 in Khartoum sag

圖11 喀土穆凹陷A－1井Abu Jinn組原油甾烷分布Fig．11 Abu Jinn oil sterane distribution of Well A－1 in Khartoum sag

圖12 喀土穆凹陷S－6井Abu Jinn組烴源巖甾烷分布Fig．12 Abu Jinn Source rock sterane distribution of Well S－6in Khartoum sag

3．4 火山活動促進(jìn)了Abu Jinn組烴源巖的熱演化

勘探實(shí)踐證明，只有成熟烴源巖分布區(qū)才有較高的油氣勘探成功率，因此烴源巖成熟度也是決定油氣勘探成敗的關(guān)鍵因素。研究表明，喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖的鏡質(zhì)體反射率（Ro）值主要受埋藏深度控制，Ro為0．7%時烴源巖進(jìn)入成熟階段，對應(yīng)的埋藏深度為2 650 m（圖13），東部半地塹和西部半地塹的洼陷區(qū)烴源巖已經(jīng)進(jìn)入生油階段。

喀土穆凹陷內(nèi)多口鉆井揭示Abu Jinn組普遍發(fā)育火成巖，火成巖發(fā)育區(qū)烴源巖Ro突然變大，表明火山活動促進(jìn)了烴源巖的熱演化。A－1井揭示Abu Jinn組發(fā)育3套火成巖，累積厚度達(dá)145 m，其中2 453～2 556 m 井段火成巖的單層厚度最大，為103 m，其上下烴源巖受火成巖影響，Ro由0．60%突然增大到2．75%，推測上部烴源巖成熟度受火成巖影響厚度約為214 m，下部約為264 m（圖6、13）。綜合分析多口井的烴源巖Ro值，認(rèn)為該凹陷Abu Jinn組烴源巖成熟度受火成巖影響的范圍約為火成巖上下200 m范圍。此外，鉆井揭示該凹陷火成巖發(fā)育程度明顯受構(gòu)造位置控制，在中部低凸起尤為發(fā)育，向洼陷方向逐漸減弱，在由中部低凸起向洼陷過渡的斜坡區(qū)為中等發(fā)育，且發(fā)育傾氣型烴源巖，因此斜坡區(qū)烴源巖的熱演化要充分考慮火山活動對成熟度的影響。

圖13 喀土穆凹陷烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）與埋深關(guān)系Fig．13 Relationship between Roand buried depth of source rock in Khartoum sag

4 結(jié)論

1）藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷的形成與演化受控于中非剪切帶的活動，該凹陷經(jīng)歷了裂陷Ⅰ期、裂陷Ⅱ期及拗陷期等構(gòu)造演化階段。

2）早白堊世裂陷Ⅰ期的強(qiáng)裂陷作用是喀土穆凹陷湖相烴源巖發(fā)育的主要時期，綜合烴源巖地化指標(biāo)及油－源對比分析認(rèn)為Abu Jinn組烴源巖為喀土穆凹陷的主力烴源巖。

3）喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖與穆格萊德盆地Abu Gabra組主力烴源巖沉積環(huán)境類似，為弱氧化－弱還原的沉積環(huán)境，且水體較淡。

4）在喀土穆凹陷不同構(gòu)造位置處，Abu Jinn組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和甾烷分布差別較大，表明烴源巖有機(jī)質(zhì)來源具有明顯的差異。

5）喀土穆凹陷Abu Jinn組烴源巖熱演化程度主要受埋藏深度的控制，但火山活動促進(jìn)了Abu Jinn組烴源巖的熱演化，烴源巖成熟度受火成巖影響范圍約為火成巖上下200 m范圍。

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Tectonic evolution and characteristics of source rocks in Khartoum sag，Blue Nile basin

KONG Lingwu ZHANG Shulin DUAN Xiaomeng FANG Yong
（CNOOC Research Institute，Beijing100028，China）

Based on the structural analysis of Khartoum sag in Blue Nile basin，the tectonic evolution stages are re－divided and the characteristics of major source rocks and oil－source correlation are analyzed．The results show that the formation and evolution of Khartoum sag are controlled by tectonic activity of the Central African shear zone and the sag develops syn－rift I，syn－rift II and post－rift．The strong rift stage is the main formation period of the source rock．By the comprehensive analysis of the geochemical index of source rock and oil－source correlation，Abu Jinn source rock is considered as major source rock in Khartoum sag．The depositional environment of Abu Jinn source rock in Khartoum sag is similar to Abu Gabra source rock in Muglad basin，both are weak－oxidation and weak－reduction depositional environment with fresh water．Organic matter types and sterane distribution are different with structural positions for Abu Jinn source rock．The thermal evolution of Abu Jinn source rock is mainly controlled by burial depth，but the volcano activities promote the thermal evolution．The maturity of source rock is affected by igneous rocks and the influence scope is within 200 m of igneous rocks．

Blue Nile basin；Khartoum sag；tectonic evolution；source rock；depositional environment；organic matter type；thermal evolution

TE121

A

孔令武，張樹林，段曉夢，等．藍(lán)尼羅河盆地喀土穆凹陷構(gòu)造演化及烴源巖發(fā)育特征［J］．中國海上油氣，2017，29（5）：22－29．

KONG Lingwu，ZHANG Shulin，DUAN Xiaomeng，et al．Tectonic evolution and characteristics of source rocks in Khartoum sag，Blue Nile basin［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：22－29．

1673－1506（2017）05－0022－08

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．003

＊“十三五”國家科技重大專項(xiàng)“非洲重點(diǎn)區(qū)油氣勘探潛力綜合評價（編號：2017ZX05032－002）”部分研究成果。

孔令武，男，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事海外油氣勘探研究。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院（郵編：100028）。E－mail：konglw＠cnooc．com．cn。

2017－02－10 改回日期：2017－04－10

（編輯：馮 娜）