南蘇丹Melut盆地Ruman潛山構(gòu)造演化及其對油氣成藏的控制作用

薛 羅，馬 輪，史忠生，趙艷軍，陳彬滔，史江龍，王 磊

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅蘭州 730020；2.中油國際尼羅河公司，蘇丹喀土穆10687）

南蘇丹Melut 盆地是中非重要的含油氣盆地，中國石油于2000 年進(jìn)入并主導(dǎo)該區(qū)的勘探工作。在盆地北部，針對Yabus-Adar 組主力儲(chǔ)蓋組合，先后發(fā)現(xiàn)了Palogue 和Moleeta 等億噸級(jí)油田［1-2］，有效地支撐了中國石油“海外大慶”的建設(shè)。但經(jīng)過十多年的勘探，主力產(chǎn)層剩余構(gòu)造圈閉逐漸減少、面積變小，勘探工作須向新區(qū)、新層系、新類型轉(zhuǎn)移。而北部地區(qū)唯一尚未開展規(guī)?？碧降腞uman 地區(qū)則是潛在的增儲(chǔ)上產(chǎn)區(qū)域，目前該區(qū)Ruman 潛山在多套層系發(fā)現(xiàn)稠油油藏，且油藏類型多樣，與區(qū)域“厚層砂巖（Yabus 組）+區(qū)域泥巖（Adar 組）”主力儲(chǔ)蓋組合不同［3］，油氣的形成與分布明顯受Ruman 潛山構(gòu)造演化影響［4］，成藏規(guī)律復(fù)雜，前人尚未針對該區(qū)的構(gòu)造演化與油氣成藏關(guān)系開展研究；而中外多個(gè)盆地的油氣勘探也證實(shí)潛山的構(gòu)造演化與其周緣的油氣成藏密切相關(guān)［5-7］。因此，筆者利用平衡剖面技術(shù)，通過Ruman 潛山構(gòu)造演化恢復(fù)，結(jié)合烴源巖生排烴史，系統(tǒng)分析潛山構(gòu)造演化對不同沉積時(shí)期油藏的控制作用，以期為研究區(qū)下步油氣勘探提供地質(zhì)理論依據(jù)，同時(shí)對于Melut 盆地南部遭受多期構(gòu)造抬升的廣大低勘探程度區(qū)也具有一定的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

南蘇丹Melut 盆地是在中非剪切帶右旋走滑應(yīng)力背景下形成的中新生代陸內(nèi)被動(dòng)裂谷盆地，面積約為3.3×104km2［8-9］，是中非陸內(nèi)裂谷盆地中的第二大沉積盆地［1，10-11］。其具有“五坳兩隆”的構(gòu)造格局，包括北部坳陷、東部坳陷、中部坳陷、西部坳陷、南部坳陷、Adar 隆起和中央隆起；同時(shí)北部坳陷又發(fā)育Jamous 凹陷、Moleeta 凹陷及Ruman 凹陷共3 個(gè)構(gòu)造單元（圖1a，1b）。Melut 盆地主要烴源巖為下白堊統(tǒng)Renk 組，有機(jī)質(zhì)豐度為0.62%～2.92%，生烴潛量（S1+S2）最高達(dá)19.53 mg/g；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主，少量為Ⅰ型干酪根［1］；鏡質(zhì)組反射率（Ro）普遍大于0.5%，坳陷中心處Ro值超過2.0%，為一套高豐度、高成熟度的優(yōu)質(zhì)烴源巖。烴源巖生排烴史模擬結(jié)果表明，Ruman 凹陷從晚白堊世（距今103 Ma）開始生烴，有機(jī)質(zhì)生油強(qiáng)度最高可達(dá)320 mg/g，在白堊紀(jì)末期（距今86 Ma）開始排烴，而在始新世區(qū)域蓋層Adar組沉積時(shí)期（距今50 Ma）進(jìn)入大規(guī)模排烴階段，并持續(xù)至今，為Ruman 凹陷的油氣成藏提供了豐富的資源基礎(chǔ)［12］。同時(shí)，自白堊紀(jì)以來盆地沉積了4 套儲(chǔ)蓋組合，分別為下白堊統(tǒng)Gayger+Renk 組、上白堊統(tǒng)Galhak 組、古近系Samma/Yabus+Adar組、新近系Jimidi+Miadol組。

Ruman 凹陷位于Melut 盆地北部坳陷最西端，面積約為500 km2，為西斷東超的箕狀凹陷，包括西部陡坡帶、中央洼陷帶、東部斜坡帶和Ruman 潛山共4 個(gè)區(qū)帶（圖1c），Ruman 潛山位于凹陷東部斜坡帶東側(cè)。目前油氣發(fā)現(xiàn)分布在Ruman 潛山及東部斜坡帶；基巖、Gayger 組、Galhak 組、Yabus 組 及Jimidi 組均有稠油油藏發(fā)現(xiàn)，其沿不整合分布，與Ruman潛山的構(gòu)造演化密切相關(guān)。

圖1 Melut盆地Ruman凹陷區(qū)域構(gòu)造位置及區(qū)帶劃分Fig.1 Location and play division of Ruman Sag in Melut Basin

2 構(gòu)造演化特征

2.1 地震反射特征

Ruman 潛山發(fā)育超覆不整合和削截不整合（圖2）。一般而言，不整合是區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)及海（湖）平面升降等局部構(gòu)造作用的結(jié)果，對于研究區(qū)沉積層序劃分和構(gòu)造演化具有重要意義［13-14］。

圖2 Ruman潛山地震反射特征（剖面位置見圖1c）Fig.2 Seismic reflection characteristics of Ruman buried hill（See Fig.1c for profile position）

Ruman地區(qū)的超覆不整合發(fā)育于晚白堊紀(jì)Galhak 組沉積時(shí)期。Galhak 組在地震剖面上是一套典型的楔形地層，Galhak 組底面為一套較為連續(xù)的地震強(qiáng)反射軸，內(nèi)部地震反射軸大部分上超于Galhak組底面，表現(xiàn)為一系列上傾尖滅現(xiàn)象，由此可見，Galhak 組底面不整合主要是由沉積作用造成的，也反映出白堊紀(jì)Ruman 潛山發(fā)生了構(gòu)造抬升。而該區(qū)的削截不整合主要表現(xiàn)為古近系與白堊系地層削截終止于新近系Jimidi組底面，有高角度不整合、微角度不整合，Jimidi 組底面是大型不整合，其地震反射特征整體表現(xiàn)為不連續(xù)弱反射，局部發(fā)育地震強(qiáng)反射振幅。這種削截不整合是典型的構(gòu)造不整合，反映出在Jimidi組沉積之前，該區(qū)發(fā)生了較大規(guī)模的抬升，導(dǎo)致白堊系與古近系遭受不同程度剝蝕。而對于地層剝蝕厚度恢復(fù)、不同沉積時(shí)期潛山坡度刻畫，則需對Ruman 潛山的構(gòu)造演化進(jìn)行定量分析。

2.2 地層剝蝕厚度恢復(fù)

平衡剖面技術(shù)是目前較好的定量研究構(gòu)造演化的方法［15-16］，而該技術(shù)應(yīng)用的核心參數(shù)之一為地層剝蝕厚度［17］。地層剝蝕厚度恢復(fù)方法眾多，應(yīng)用比較廣的有泥巖聲波時(shí)差法［18］、磷灰石裂變徑跡法［19］、鏡質(zhì)組反射率法、地層厚度趨勢法［20］和波動(dòng)分析法［21］等。但這些方法都有各自的適用性且對基礎(chǔ)資料的要求存在較大差異，其中泥巖聲波時(shí)差法及地層厚度趨勢法僅需要原始測井及地震數(shù)據(jù)即可，計(jì)算準(zhǔn)確性也較高。

結(jié)合實(shí)際資料，采用泥巖聲波時(shí)差法對Ruman潛山頂面古近系的地層剝蝕厚度進(jìn)行恢復(fù)。在聲波時(shí)差曲線上，不整合特征明顯，Jimidi 組底上覆及下伏地層的聲波時(shí)差曲線趨勢差異大，具有“兩段性”特征。將聲波時(shí)差取自然對數(shù)值，擬合不整合之下深度-聲波時(shí)差關(guān)系曲線的回歸方程，將該區(qū)地表聲波時(shí)差650 μs/m 取自然對數(shù)（6.47 μs/m），代入回歸方程，計(jì)算剝蝕前古地表埋深，其與不整合的埋深差值即為剝蝕厚度。利用該方法對研究區(qū)的典型井進(jìn)行古近系地層剝蝕厚度恢復(fù)，結(jié)果顯示，Ruman 潛山頂部地層在古近紀(jì)末期剝蝕范圍廣，古近系地層剝蝕厚度均在百米以上，例如RC-1和RN-2 井古近系地層剝蝕厚度分別為157 和179 m（圖3）。

圖3 單井泥巖聲波時(shí)差法恢復(fù)古近系地層剝蝕厚度Fig.3 Recovery of stratum erosion thickness by single well mudstone acoustic transit time method

對于白堊系利用泥巖聲波時(shí)差法難以恢復(fù)地層剝蝕厚度。在泥巖聲波時(shí)差曲線上，如RN-2 井Jimidi 組底不整合之下的聲波時(shí)差曲線連續(xù)，不存在明顯的間斷特征，而事實(shí)上Galhak 組頂部為Yabus 組，中間缺失Samma 組和Melut 組，反映出在白堊系Galhak 組沉積時(shí)期，該區(qū)地層剝蝕厚度較小，導(dǎo)致在聲波時(shí)差曲線上特征不明顯。相對泥巖聲波時(shí)差法，地層厚度趨勢法的應(yīng)用范圍較廣，其原理為地層在一定產(chǎn)狀下，由盆地中心向盆地邊緣按一定趨勢逐漸減薄直至尖滅為0。因此，以Ruman潛山頂為剝蝕原點(diǎn)，利用距離Ruman 潛山剝蝕原點(diǎn)一定距離的未剝蝕地層的厚度變化趨勢來確定剝蝕區(qū)白堊系沉積厚度是可行的。

采用地層厚度趨勢法定量恢復(fù)Galhak 組厚度，結(jié)果顯示，當(dāng)Galhak組地層厚度為0時(shí)，其與潛山頂面剝蝕原點(diǎn)的距離為135 m，表明在Galhak 組沉積時(shí)期潛山頂面曾發(fā)生小范圍的暴露，沒有沉積Galhak 組（圖4a）；而下白堊統(tǒng)Gayger 組地層厚度恢復(fù)結(jié)果顯示，在潛山頂面Gayger 組原始地層厚度約為19 m，但現(xiàn)今無Gayger 組，應(yīng)為晚白堊世潛山抬升暴露造成的（圖4b）。

圖4 地層厚度趨勢法恢復(fù)古近系地層剝蝕厚度Fig.4 Recovery of Paleogene stratum erosion thickness by stratigraphic thickness trend method

2.3 構(gòu)造演化階段劃分

在對區(qū)域構(gòu)造演化分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地層剝蝕厚度參數(shù)，應(yīng)用平衡剖面技術(shù)對Ruman 潛山所在的Ruman 凹陷進(jìn)行構(gòu)造演化恢復(fù)。通過對Ruman凹陷的構(gòu)造演化分析，進(jìn)而明確Ruman 潛山的構(gòu)造演化過程。從區(qū)域構(gòu)造環(huán)境來看，Ruman 凹陷與所處的北部坳陷一樣，都經(jīng)歷了“三裂一拗”的構(gòu)造演化階段（圖5）。

圖5 Ruman凹陷構(gòu)造演化史（剖面位置見圖1b）Fig.5 Tectonic evolution history of Ruman Sag（see Fig.1b for profile position）

裂陷Ⅰ幕為盆地初始裂陷期，形成了凹陷最重要的Renk組烴源巖，同時(shí)Ruman潛山位于水下未暴露，潛山頂部有Gayger 組和Renk 組厚度約為40 m的沉積。

裂陷Ⅱ幕初期為Galhak 組沉積時(shí)期，凹陷裂陷強(qiáng)度大，潛山坡度由11°快速變?yōu)?2°，最大沉降量為1 300 m，伸展率達(dá)4.2%（表1），使得Ruman 潛山在Galhak 組沉積時(shí)期發(fā)生翹傾抬升，潛山露出水面。通過古地貌恢復(fù)，在Galhak 組沉積時(shí)期，潛山暴露范圍僅有幾個(gè)平方公里，局部物源供應(yīng)微弱；但西北長軸區(qū)域物源供應(yīng)充足，平行于潛山走向沉積了多套灘壩砂，上傾尖滅巖性體非常發(fā)育，圍繞潛山形成一系列地層-巖性圈閉［4，22］。Melut 組和Samma 組沉積時(shí)期，潛山持續(xù)暴露，直到裂陷Ⅱ幕晚期，潛山再次位于水下，頂部沉積Yabus 組，同時(shí)形成Gayger 組不整合圈閉、基巖潛山風(fēng)化殼裂縫圈閉。

表1 Ruman凹陷構(gòu)造演化參數(shù)Table1 Tectonic evolution parameters of Ruman Sag

裂陷Ⅲ幕初期為Adar 組沉積時(shí)期，凹陷再次發(fā)生強(qiáng)裂陷作用，Ruman 潛山翹傾抬升，凹陷沉積區(qū)域蓋層Adar組厚層泥巖，Yabus組形成構(gòu)造-地層圈閉。而在Lau組沉積時(shí)期，凹陷繼續(xù)裂陷，潛山再次翹傾抬升，同時(shí)由于區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，Melut 盆地整體發(fā)生抬升［10］，造成Ruman 潛山的大規(guī)模暴露，先期在潛山頂部沉積的Yabus組和Adar組等地層均遭受剝蝕。

拗陷階段，Ruman 潛山構(gòu)造穩(wěn)定，整體位于水下，頂部沉積了盆地廣泛發(fā)育的Jimidi 組河流相砂巖和Miadol 組厚層泥巖，同時(shí)在Jimidi 組底不整合之上，形成受不整合影響的Jimidi 組構(gòu)造-巖性圈閉。

因此，從構(gòu)造演化來看，Ruman 潛山在晚白堊紀(jì)和晚古近紀(jì)存在2 期規(guī)模較大的翹傾抬升，潛山頂部白堊系Gager 組、Renk 組、Galhak 組和古近系Yabus 組、Adar 組均遭受剝蝕，在新近紀(jì)拗陷階段，潛山頂部沉積了Jimidi組和Miadol組儲(chǔ)蓋組合。

3 構(gòu)造演化對油氣成藏的控制作用

在潛山構(gòu)造演化史研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人對研究區(qū)油氣生排烴史的研究［12］，可重建潛山及周緣油氣成藏過程。從目前潛山及周緣的油氣發(fā)現(xiàn)情況來看，基巖、Gayger 組、Galhak 組、Yabus 組 及Jimidi 組均為潛在的勘探對象。但其發(fā)現(xiàn)的油藏類型各不相同，基巖為裂縫油藏，Gayger 組和Yabus 組為受不整合控制形成的地層不整合油藏，Galhak 組為受巖性控制形成的上傾尖滅巖性油藏，而Jimidi組為構(gòu)造-巖性油藏。研究表明，各類油藏的形成受構(gòu)造演化影響，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的成藏過程，油氣成藏關(guān)鍵時(shí)期分別為區(qū)域蓋層Adar組沉積之后（區(qū)域蓋層形成及大規(guī)模排烴階段）和Lau組沉積之后（潛山頂部暴露剝蝕，油藏受到調(diào)整改造）。

3.1 原生油藏形成階段

裂陷Ⅲ幕初期區(qū)域蓋層Adar 組沉積之后，潛山高部位Yabus組垂向及側(cè)向封堵條件好，形成構(gòu)造-地層圈閉，同時(shí)烴源巖已處于大規(guī)模排烴階段，凹陷中心Renk 組生成的油氣向上運(yùn)移至Galhak 組和Melut 組等富砂地層，進(jìn)而側(cè)向運(yùn)移至潛山高部位。因此在Adar 組沉積之后，潛山高部位Yabus 組構(gòu)造-地層圈閉油氣充注程度高，在潛山高部位發(fā)育大型構(gòu)造-地層油藏。而對于基巖，由于Galhak 組沉積時(shí)期的翹傾抬升作用，曾發(fā)生局部暴露，易形成風(fēng)化殼與基巖裂縫，同時(shí)其側(cè)向一邊與Gayger 組相鄰，一邊對接Adar 組，上覆與Yabus 組不整合接觸，因此Adar 組沉積之后，基巖與西側(cè)Gayger 組可整體成藏，基巖形成潛山風(fēng)化殼/裂縫油藏，而Gayger組為不整合油藏（圖6a）。

圖6 Ruman潛山及周緣油氣成藏演化過程Fig.6 Evolution process of hydrocarbon accumulation around Ruman buried hill

3.2 油藏調(diào)整改造階段

裂陷Ⅲ幕末期Lau 組沉積時(shí)期，Ruman 潛山大規(guī)模暴露。潛山頂部沉積的Gayger，Renk，Galhak，Yabus和Adar組均遭受不同程度剝蝕；Lau組頂面形成區(qū)域不整合，導(dǎo)致先期在潛山高部位形成的Yabus 組、Gayger 組和基巖油藏均遭受破壞，油氣向上逸散，經(jīng)構(gòu)造破壞和調(diào)整改造，以及水洗、氧化等作用，原生油藏逐漸稠化，形成地層不整合稠油油藏。而此時(shí)對于Tean 斷裂帶東斜坡潛山周緣Galhak 組地層-巖性圈閉，Ruman 凹陷中心油氣側(cè)向運(yùn)移至Tean 斷裂帶西側(cè)Galhak 組及上覆富砂地層，然后向潛山高部位運(yùn)移，難以運(yùn)移至Tean 斷裂帶東斜坡潛山低部位的Galhak 組地層-巖性圈閉，而Tean 斷裂帶附近Renk 組烴源巖尚未成熟，因此在Lau 組沉積時(shí)期，Galhak 組地層-巖性圈閉依靠原地?zé)N源巖成藏的概率很低（圖6b）。

3.3 現(xiàn)今多類型稠油油藏并存

在區(qū)域拗陷階段，新近紀(jì)之后，Ruman 潛山構(gòu)造穩(wěn)定，整體位于水下，潛山頂部沉積了盆地廣泛發(fā)育的Jimidi 組河流相砂巖和Miadol 組厚層泥巖，形成Jimidi-Miadol 組儲(chǔ)蓋組合，而Jimidi 組底為區(qū)域不整合面，東側(cè)為Moleeta 凹陷邊界斷裂，均為Jimidi 組油氣成藏提供了良好的油氣運(yùn)移通道。因此，一方面東側(cè)Moleeta凹陷生成的油氣可沿大斷裂向上運(yùn)移至Jimidi組；另一方面Jimidi組下伏稠油油藏向上逸散，沿不整合運(yùn)移至Jimidi組成藏，但由于Jimidi 組整體埋深為600～700 m，埋藏淺，受水洗作用及生物降解作用影響，油藏也易變得稠化，因此Jimidi 組油藏成因?yàn)榇紊屯砥诔刹?，為受不整合、邊界斷裂及砂體展布多因素影響的構(gòu)造-巖性油藏。目前勘探發(fā)現(xiàn)Jimidi 組構(gòu)造-巖性油藏單井產(chǎn)量較高，最高日產(chǎn)原油量達(dá)數(shù)十噸，且油藏展布面積廣、勘探潛力大。

而對于Galhak 組沉積末期，已鉆井揭示Tean 斷裂帶東斜坡圍繞潛山形成地層-巖性圈閉，其儲(chǔ)層的泥巖頂板與底板厚度均在10 m 以上，封堵條件較好；且在拗陷階段，構(gòu)造穩(wěn)定，油氣成藏后不易受生物、氧化等作用影響，已發(fā)現(xiàn)的稠油油藏應(yīng)為低成熟原油運(yùn)移成藏。利用EASY%Ro模型模擬烴源巖熱演化史發(fā)現(xiàn)，對Tean 斷裂帶東斜坡地層-巖性圈閉有貢獻(xiàn)的烴源巖在距今10 Ma 進(jìn)入成熟門限，現(xiàn)今烴源巖Ro基本在0.7%之下，其生成的低成熟-未成熟原油經(jīng)垂向及側(cè)向短距離運(yùn)移至東斜坡Galhak 組地層-巖性圈閉，形成上傾尖滅地層-巖性油藏，因此Galhak 組稠油成因?yàn)樵?，且為晚期成藏。研究發(fā)現(xiàn)圍繞Ruman 潛山，在低成熟烴源巖生油窗內(nèi)Galhak 組發(fā)育多個(gè)地層-巖性圈閉，勘探面積大，是潛在的有利勘探領(lǐng)域。同時(shí)在拗陷階段，經(jīng)Lau組沉積時(shí)期調(diào)整改造的Yabus組、Gayger組和基巖油藏，現(xiàn)今均變?yōu)闅埩粜统碛陀筒?，其勘探潛力有限（圖6c）。

4 結(jié)論

Ruman 潛山構(gòu)造演化過程中經(jīng)歷了2 期規(guī)模較大的翹傾抬升。白堊紀(jì)末期Galhak 組沉積時(shí)期的翹傾抬升導(dǎo)致潛山暴露，但剝蝕范圍有限，圍繞Galhak 組底面不整合形成一系列地層-巖性圈閉；古近紀(jì)末期Adar-Lau 組沉積時(shí)期的翹傾抬升造成潛山暴露面積大、剝蝕范圍廣，潛山周緣高部位在Adar組沉積時(shí)期形成的Yabus 組、Gayger 組和基巖原生油藏被破壞，現(xiàn)今為地層不整合殘留稠油油藏；在拗陷階段形成了Galhak 組晚期成藏原生型地層-巖性稠油油藏及Jimidi 組晚期成藏次生型構(gòu)造-巖性稠油油藏，這2類油藏勘探潛力較大，是該區(qū)下一步主要的勘探方向。