歐加登盆地多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下的傳遞式油氣運(yùn)移模式

李軍生，張曉磊,湯文芝

(1.協(xié)鑫集團(tuán)有限公司保利協(xié)鑫天然氣集團(tuán)控股有限公司，北京 100010； 2.北京協(xié)鑫石油天然氣投資咨詢有限公司，北京 100010； 3.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

油氣運(yùn)移、聚集成藏研究難度大，且對于油氣勘探方向有重要的指導(dǎo)意義。油氣運(yùn)移發(fā)生在數(shù)百萬年或上億年前，其過程難以恢復(fù)和模擬，且不同盆地由于地質(zhì)活動(dòng)及埋藏條件差異造成不同的油氣運(yùn)移聚集模式的差異性。前人關(guān)于油氣運(yùn)移的研究可追溯到北宋時(shí)期，科學(xué)家沈括為提出油氣運(yùn)移概念的歷史第一人[1]；2000年張厚福、金之鈞[2]梳理了油氣運(yùn)移的研究現(xiàn)狀，認(rèn)為油氣運(yùn)移研究應(yīng)綜合多學(xué)科信息，重視地球化學(xué)研究，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，緊密結(jié)合實(shí)際，使研究成果指導(dǎo)勘探實(shí)踐；2008年高長海、查明[3]在對不整合空間結(jié)構(gòu)特征研究基礎(chǔ)上，提出了油氣沿不整合運(yùn)移的通道類型；2009年康德江[4]研究了碎屑巖中油氣初次運(yùn)移輸導(dǎo)體系分類及特征，認(rèn)為碎屑巖油氣初次運(yùn)移輸導(dǎo)體系分為3類；2011年羅義等[5]研究了淺層油氣輸導(dǎo)方式與成藏模式，通過對已知油氣藏分析，認(rèn)為淺層存在3種油氣輸導(dǎo)模式，即斷層輸導(dǎo)型、源儲對接型和混合型；2012年高劍波、吳景富等[6]對鄂爾多斯盆地低滲致密砂巖油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)類型及其運(yùn)聚特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)裂縫簡單型、裂縫-砂體復(fù)合型、裂縫-不整合面復(fù)合型和砂巖簡單型等4種運(yùn)聚模式。隨著技術(shù)進(jìn)步、錄取資料增加，勘探研究者建立不同盆地的油氣運(yùn)移模式[7-9]，用以指導(dǎo)油氣勘探。

歐加登盆地位于埃塞俄比亞東南部地區(qū)，在埃塞境內(nèi)面積約35×104km2，該盆地勘探始于20世紀(jì)40年代，分別于1973、1974年發(fā)現(xiàn)了Calub及Hilala油氣田。此后，多家公司在此進(jìn)行了幾十年的勘探研究，未獲得突破。歐加登盆地勘探程度較低，2013年中國協(xié)鑫集團(tuán)在該盆地開展勘探工作，經(jīng)4a多的勘探實(shí)踐證明，該盆地油氣資源豐富，從下至上發(fā)育Basement、Calub、Adigrat、M.Hamanlei、U.Hamanlei、Gorrahei等多套含油氣層系，這些含油氣層系聚集成藏的烴源巖及運(yùn)移聚集方式尚不明確，一直制約著歐加登盆地的勘探進(jìn)程。因此，有必要對該盆地開展油氣運(yùn)移模式的研究。該研究結(jié)合歐加登盆地區(qū)域構(gòu)造背景，利用大量的地震資料解釋成果，在分析盆地形成與構(gòu)造演化基礎(chǔ)上，明確盆地的斷裂特征，結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)資料對烴源巖及氣源進(jìn)行分析，建立歐加登盆地多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制下的傳遞式油氣運(yùn)移模式。

1 多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及斷裂特征

歐加登盆地在大地構(gòu)造上處于非洲板塊的東北角，北鄰阿拉伯板塊，東鄰印度板塊，現(xiàn)今東非地區(qū)的構(gòu)造格局及盆地分布是非洲板塊與周邊板塊不斷分離這一宏觀背景下逐步演化形成的。通過對東非沿岸各盆地構(gòu)造演化、沉積充填等分析認(rèn)為，歐加登盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了Karroo裂谷、坳陷和被動(dòng)大陸邊緣三大階段，盆地內(nèi)沉積充填物的發(fā)育程度與分布規(guī)律明顯受控于三大構(gòu)造演化階段，依次充填了二疊紀(jì)—三疊紀(jì)Karroo裂谷陸相沉積層序、侏羅紀(jì)—早白堊世坳陷沉積層序以及晚白堊世—新近紀(jì)被動(dòng)大陸邊緣海相沉積層序。歐加登盆地為Karroo期裂谷基礎(chǔ)之上多期構(gòu)造疊合形成的盆地，沉積蓋層具有二元或三元結(jié)構(gòu)，Karroo期裂谷為該盆地的基礎(chǔ)和主體，發(fā)育湖泊、沖積扇及辮狀河三角洲等沉積，孕育了多套主力碎屑巖儲層及湖相暗色生烴源巖，成為勘探的主力生儲蓋組合。坳陷階段，在半干旱—干旱沉積環(huán)境下發(fā)育了大量海相碳酸鹽巖儲層，同時(shí)膏鹽與之互層發(fā)育，成為勘探另一主力生儲蓋組合。該階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較弱，以層間斷裂為主，保存條件較好。盆地裂谷—坳陷階段繼承性好，對油氣的運(yùn)聚和保存具有建設(shè)性意義。

歐加登盆地構(gòu)造演化歷經(jīng)三大階段，發(fā)育3期次斷裂，分別為Karroo期、坳陷期及被動(dòng)大陸邊緣期。根據(jù)斷裂形成機(jī)制，主要有張裂型和走滑型2類。Karroo期斷裂受Karroo熱柱影響，盆地發(fā)生北西—南東向強(qiáng)烈伸展作用，產(chǎn)生一系列北東向?yàn)橹鞯膹埿愿呓嵌日龜鄬樱撈跀鄬有纬稍?、產(chǎn)狀陡傾、斷距大(最大為1 700 m)、平面延伸距離長(最長可達(dá)141 km)，不僅塑造構(gòu)造和控制沉積發(fā)育，同時(shí)也為油氣運(yùn)移提供了良好的垂向通道。該期斷層在Karroo早期活動(dòng)強(qiáng)烈，晚期活動(dòng)減弱，多在Bokh組、Gumburo組地層消亡，少數(shù)斷層活動(dòng)可貫穿Karroo期進(jìn)入坳陷階段(圖1)。

坳陷期構(gòu)造活動(dòng)弱，以穩(wěn)定沉降和沉積為主，斷裂少部分為Karroo期斷裂的延續(xù)，多數(shù)為坳陷階段的層間斷裂，斷距規(guī)模和延伸距離較小，對沉積控制作用弱；被動(dòng)大陸邊緣斷裂多為發(fā)育在晚白堊世的走滑斷裂，少數(shù)為活化了Karroo期斷層形成的，在剖面上斷距較小，對沉積沒有控制作用。3期斷裂在盆地范圍內(nèi)均有發(fā)育，可成為良好的油氣運(yùn)移垂向通道[10-11]，但3期斷裂在剖面上多數(shù)互不連通，如圖1所示。造成歐加登盆地淺部儲層的油氣運(yùn)移通道認(rèn)識不清，淺部油氣藏常因不存在連通的垂向通道而被忽略。

圖1 盆地中部二維地震剖面斷裂特征

2 烴源巖特征

Karroo期強(qiáng)烈伸展裂陷活動(dòng)為歐加登盆地提供了優(yōu)越的生烴環(huán)境，沉積了一套廣泛分布的湖相暗色泥巖，中侏羅世和早白堊世海侵形成的海盆發(fā)育了富含有機(jī)質(zhì)的海相碳酸鹽巖及廣海陸棚相泥(頁)巖。有機(jī)地球化學(xué)研究結(jié)果證實(shí)，歐加登盆地縱向上發(fā)育多套烴源巖，自下而上為三疊系Bokh組湖相暗色泥巖、侏羅系Hamanlei群(以Mid-Hamanlei組、Up-Hamanlei組為主)海相碳酸鹽巖和Uarandab組海相泥頁巖。

這4套烴源巖在盆地范圍內(nèi)分布面積達(dá)13×104km2以上，其中，Bokh組烴源巖厚度大，西部凹陷西南次凹厚度最大達(dá)1 900 m，東北次凹厚度最大達(dá)1 000 m，中央低凸起單井的TOC平均為0.22%～0.84%，達(dá)到差—中等烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，推測洼陷區(qū)(洼陷邊部Hilala-6單井揭示Bokh組TOC明顯增加)達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型以ⅡA—ⅡB為主，生成油氣，主體處于高成熟—過成熟階段，是盆地最主要的湖相烴源巖；Uarandab組為次要烴源巖，厚度一般在100 m左右，最大厚度為160 m，TOC平均為1.83%，達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型以ⅡA—Ⅰ為主，傾油型，熱演化程度低，僅深洼部位進(jìn)入生油主帶，圍繞該套潛力烴源巖的勘探工作尚未展開。Up-Hamanlei組烴源巖TOC平均為0.65%，達(dá)到中等烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型以ⅡA—ⅡB為主，生成油氣，成熟度稍高于Uarandab 組，凹陷內(nèi)烴源巖大多成熟，為次要烴源巖；Mid-Hamanlei組TOC平均為0.42%，僅達(dá)到差烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型以ⅡA—Ⅰ為主，傾油型，成熟度稍高于Up-Hamanlei組，同樣為次要烴源巖。由此可見，歐加登盆地發(fā)育以Bokh組為主、成熟度較高的多套中等—好烴源巖，奠定了盆地形成大油氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 天然氣氣源分析

甲烷碳同位素組成(δ13C1)和烴源巖熱演化程度(Ro)之間的關(guān)系是進(jìn)行氣源對比的重要手段之一，從Stahl等1975年提出利用δ13C1-Ro關(guān)系追索氣源巖的方法開始，在隨后Schoell(1983年)、戴金星(1987年)等建立δ13C1-Ro關(guān)系模型。應(yīng)用上述模型對歐加登盆地天然氣的成熟度進(jìn)行了預(yù)測(表1)，其烴源巖的Ro值為1.10%～1.62%，屬于高成熟階段。

表1 歐加登盆地天然氣成熟度計(jì)算結(jié)果

H-4井Bokh組地球化學(xué)綜合研究表明，Bokh組烴源巖Ro為1.20%～2.00%，與天然氣成熟度一致，表明天然氣源自于Bokh組。

由圖2天然氣伴生的凝析油輕烴母源參數(shù)(C7三類異構(gòu)體)圖版可知，Hilala組2個(gè)凝析油藏都來自湖相烴源巖。由上文分析可知，Bokh組烴源巖是歐加登盆地主力湖相烴源巖，證明天然氣與Bokh組湖相源巖有關(guān)，也就是說Bokh組烴源巖為歐加登盆地縱向上多層系提供了氣源。

C-11鉆探及測試結(jié)果表明，在深層Calub組發(fā)現(xiàn)天然氣外，在中、淺部地層也發(fā)現(xiàn)了油氣，尤其在Gorrahei組800 m附近發(fā)現(xiàn)了來自Bokh組的天然氣藏，地層測試獲得日產(chǎn)天然氣為6 500 m3/d的工業(yè)氣流。但Gorrahei組儲層發(fā)育在600～900 m，Bokh組烴源巖埋深接近4000 m，兩者產(chǎn)氣儲層縱向距離大，深層生成的油氣如何運(yùn)移到淺層成藏，有必要進(jìn)行深入研究。

圖2 歐加登盆地凝析油輕烴母源參數(shù)圖版

4 傳遞式油氣運(yùn)移模式

盆地內(nèi)油氣運(yùn)移的路徑主要有3種：①各時(shí)期發(fā)育的滲透性地層，尤其是各層段內(nèi)的儲層，是油氣運(yùn)移的良好通道；②油氣沿著不整合面[12]運(yùn)移；③通過斷層[13]運(yùn)移。前兩者主要為油氣的橫向運(yùn)移通道，后者則為油氣垂向運(yùn)移通道[14]。

根據(jù)前文分析可知，區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要分為3個(gè)期次：二疊紀(jì)—三疊紀(jì)的裂谷階段、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)早期的坳陷階段和白堊紀(jì)晚期—古近紀(jì)的被動(dòng)大陸邊緣階段。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱。由圖1、3可以看出，不同時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育不同的斷裂體系，縱向上發(fā)育的斷裂多數(shù)互不連通。通過對盆地構(gòu)造及油氣分布特征的分析，建立歐加登盆地油氣跨時(shí)代、多層系傳遞式的油氣運(yùn)移聚集模式(圖4)。圖中，D層為主力生油氣層，其中，生成的油氣一部分通過滲透層運(yùn)移到C層的高部位圈閉中聚集成藏，一部分沿?cái)鄬覨1、F2、F3向上運(yùn)移到E層，一部分可以在E層中聚集成藏，另一部分通過E層中的滲透層橫向運(yùn)移，并經(jīng)過斷層F4、F5向上運(yùn)移到F、G層，并在這2層中的有利圈閉中聚集成藏。油氣在運(yùn)移的過程中，由下向上，經(jīng)多次變向運(yùn)移到了上部油氣層[15]。

圖3 歐加登盆地二維地震剖面

圖4 歐加登盆地油氣傳遞式運(yùn)移聚集模式

該研究成果在勘探部署中得到驗(yàn)證。完鉆多口勘探井深層發(fā)現(xiàn)油氣，在600～900 m中、淺部層系也見到良好的油氣顯示，證實(shí)油氣傳遞式運(yùn)聚模式的正確性，顯示其重要的指導(dǎo)意義，為歐加登盆地淺部氣藏勘探提供技術(shù)保障。

5 結(jié) 論

(1) 歐加登盆地為多期構(gòu)造疊合形成的盆地，歷經(jīng)三大構(gòu)造演化階段，發(fā)育3期次斷裂，分別為Karroo期、坳陷期及被動(dòng)大陸邊緣期等斷裂。Karroo期斷裂產(chǎn)狀陡傾、形成早、斷距大，控制構(gòu)造和沉積發(fā)育，其他兩期斷裂斷距小，多為層間斷裂，對構(gòu)造和沉積的發(fā)育不起控制作用。3期斷裂在盆地內(nèi)普遍發(fā)育，成為良好的油氣垂向運(yùn)移通道，但平面上互不連通。

(2) Karroo期強(qiáng)烈伸展裂陷活動(dòng)為歐加登盆地提供了優(yōu)越的生烴環(huán)境，沉積了一套廣泛分布的湖相暗色泥巖，中侏羅世和早白堊世海侵形成的海盆發(fā)育了富含有機(jī)質(zhì)的海相碳酸鹽巖及廣海陸棚相泥(頁)巖。有機(jī)地球化學(xué)資料證實(shí)，歐加登盆地發(fā)育以Bokh組為主，發(fā)育成熟度較高的多套中等—好烴源巖，是歐加登盆地主力氣源地層，為上部氣藏形成提供了氣源條件。

(3) 根據(jù)盆地多期構(gòu)造、烴源巖及油氣分布特征，建立歐加登盆地跨時(shí)代、多層系的傳遞式油氣運(yùn)移模式?；ゲ贿B通的3期斷裂提供油氣運(yùn)移的垂向通道，滲透性好的地層提供油氣橫向運(yùn)移通道，斷裂與滲透性地層相互配合，生成的油氣逐步從古生代傳遞到中生代，由深至淺聚集成藏，形成現(xiàn)今歐加登盆地縱向上多層系油氣分布的格局。