多瑟歐盆地?zé)N源巖發(fā)育特征及勘探建議

張 懿，李俊良，鄭求根，胡 琴

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）海洋學(xué)院，北京 100028；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南?？?570100）

非洲地區(qū)油氣資源十分豐富，20世紀50年代獲油氣突破以來，陸續(xù)在北非、西非發(fā)現(xiàn)并建成大型油氣田。進入21世紀以來，西非鹽下構(gòu)造和東非地區(qū)再次掀起勘探熱潮，獲取有利區(qū)塊的難度越來越大。非洲大陸中部地區(qū)發(fā)育一條橫貫東西、長約2 000 km 的中非剪切帶，沿該剪切帶發(fā)育一系列中生代裂谷盆地和走滑-拉分盆地［1-6］。這些盆地中-新生代地層厚度普遍超過5 000 m，目前勘探程度和油氣發(fā)現(xiàn)差異較大?？碧匠潭鹊颓矣蜌獾刭|(zhì)條件好的盆地必將成為以后油氣儲量發(fā)現(xiàn)區(qū)。位于中非剪切帶東緣南蘇丹境內(nèi)的穆格萊德（Muglad）盆地和中西部的邦戈（Bongor）盆地及多巴（Doba）盆地生儲油條件良好［7-12］，石油資源豐富，是所在國最重要的產(chǎn)油區(qū)。與穆格萊德盆地相距300 km，與多巴盆地、邦戈盆地相鄰并具有相似地質(zhì)背景的多瑟歐（Doseo）盆地，勘探程度較低，一直未獲商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)。外國學(xué)者對中非剪切帶的基礎(chǔ)地質(zhì)開展過研究工作［3-6］，中國眾多學(xué)者對穆格萊德盆地、邦戈盆地開展了大量的基礎(chǔ)地質(zhì)與石油地質(zhì)研究工作［7-9，11-12］；相比較而言，多瑟歐盆地開展的研究較少，至今尚未進行過較為系統(tǒng)的研究［1-2，13-14］。為此，筆者利用收集到的少量鉆井、測井及地震資料，對多瑟歐盆地早白堊世烴源巖開展較為系統(tǒng)的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及勘探現(xiàn)狀

1.1 盆地概況

多瑟歐盆地為典型的走滑-拉分盆地，主要位于非洲中部的乍得共和國境內(nèi)，南部一小部分延伸到中非共和國，面積達4.81×104km2，西鄰多巴盆地，東臨塞拉邁特（Salamat）盆地。該盆地為NEE—SWW 走向的菱形盆地，主要凹陷區(qū)長度約為500 km，最寬處約為80 km，北面受產(chǎn)狀較陡的Borogop斷裂控制，南面受北掉的斷階帶控制。

1.2 地球物理勘探現(xiàn)狀

20世紀50—60年代，Conoco公司作為最早的外國公司在該盆地開展勘探工作；60—70 年代，Shell和Chevron 公司開展了地震勘探工作；同時，Esso 和Exxon 公司等更多的外國公司陸續(xù)進入。截至2013年，多瑟歐盆地共采集了面積為1.2×104km2的二維地震資料，大部分地區(qū)測網(wǎng)密度為12 km×13 km，部分區(qū)域無地震測線。

1.3 鉆探及油氣發(fā)現(xiàn)概況

20 世紀70 年代末，Conoco 公司在該盆地鉆探3口井（1 口油氣顯示井、2 口油氣發(fā)現(xiàn)井）。80 年代，Esso 公司陸續(xù)鉆探6 口井，發(fā)現(xiàn)了M，Ns 和Kb 共3個油氣區(qū)。2002 年，Esso 公司在盆地南部鉆探2 口井，其中1 口為油氣顯示井，1 口為干井。該盆地共鉆探12 口井，其中6 口井為油氣井、5 口井為油氣顯示井、1 口井為干井，其中3 口井的測試日產(chǎn)油量超過280.00 t/d（表1）。

表1 多瑟歐盆地已鉆井基本信息統(tǒng)計Table1 Basic information statistics of drilled wells in Doseo Basin

盆地共獲得5個油氣發(fā)現(xiàn)，儲量規(guī)模小，單個發(fā)現(xiàn)原油可采儲量為8.40×104～644.14×104t，天然氣可采儲量為7.08×108～1 076.05×108m3，累積可采儲量為877.80×104t油當量，無任何商業(yè)價值。

2 構(gòu)造演化與沉積特征

侏羅紀晚期—白堊紀早期，非洲大陸與南美洲大陸開始分離，對非洲大陸內(nèi)部產(chǎn)生了多種剪切和拉張作用，中非剪切帶就是其產(chǎn)物之一。

盆地基底主要為泛非運動形成的花崗巖、片巖和片麻巖。從早白堊世至今，盆地的沉積環(huán)境均為陸相沉積。受沉積和后期改造的共同控制，地層整體上呈東厚西薄的特征。西部地區(qū)地層厚度約為3 000 m，局部超過5 000 m，但分布比較局限；東部地區(qū)地層厚度整體較大，最厚處達7 500 m。

多瑟歐盆地經(jīng)歷了前裂陷期、扭張期、壓扭期和拗陷期共4期構(gòu)造演化［1-2］。

前裂陷期 前裂谷期地層沒有井鉆遇，可能為早白堊世或更老的中生代地層，厚度約為500 m，巖性以砂巖為主，夾少量泥巖［10］。

扭張期 早白堊世，盆地在張扭應(yīng)力作用下，沿NNW—SSE 向伸展，形成了控制盆地北部邊界的Borogop 斷裂。該斷裂的走向為NEE—SWW，傾角較大。同時右旋走滑作用在盆地內(nèi)形成一系列雁列狀的NW—SE走向的北掉正斷層。在這些斷層控制下發(fā)育了一系列半地塹結(jié)構(gòu)斷陷槽。盆地沉積了厚度約為500～6 500 m 的早白堊世湖相地層，分布廣泛，巖性以泥頁巖為主。該時期也是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要發(fā)育期。在巴列姆晚期—阿普第早期，盆地邊緣以粗碎屑為主，主要為河流及沖積扇沉積。阿普第中期—阿爾比早期，主要為湖相沉積，以泥頁巖為主，夾少量的砂巖。阿爾比中、晚期的沉積環(huán)境主要為河流-湖相沉積，鉆井揭示為一套粉砂巖。雖然目前井上還沒有鉆遇湖相的泥頁巖沉積，但結(jié)合過井地震剖面，推測盆地中央凹陷帶的深洼區(qū)發(fā)育湖相的泥頁巖沉積，可形成良好的局部蓋層。從地震解釋的結(jié)果來看，下白堊統(tǒng)在盆地內(nèi)廣泛發(fā)育，地層厚度為500～6 500 m，普遍大于2 500 m，整體上呈現(xiàn)東厚西薄特征。中央凹陷帶東部地區(qū)地層厚度普遍大于5 000 m。盆地雖然經(jīng)歷了晚白堊世的壓扭作用，但下白堊統(tǒng)剝蝕量相對較小。同時，該時期沉降中心和沉積中心基本一致。因此，通過地層厚度的分布特征可以推測，早白堊世沉積中心位于盆地的東部地區(qū)。

壓扭期 晚白堊世早期，中非剪切帶的走滑作用變?nèi)?。晚白堊世末期，非洲板塊與歐洲板塊發(fā)生碰撞，使得多瑟歐盆地發(fā)生壓扭作用，盆地西部遭受強烈改造，地層剝蝕強烈，發(fā)育大型正花狀構(gòu)造；盆地東部壓扭作用相對較弱。壓扭期地層為晚白堊世Cenomanian-Campanian 期形成的以河流相為主的沉積物，發(fā)育一套以砂巖為主的向上變粗的反旋回沉積序列，底部夾薄層的泥巖。地層厚度為0～2 500 m，平均厚度為600 m，呈東厚西薄的特征，推測當時的沉降和沉積中心可能也位于東部地區(qū)。東部地區(qū)地層厚度普遍大于1 000 m，西部地區(qū)沉積地層較薄，主要是由于后期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，地層遭受剝蝕。

拗陷期 進入新生代后，中非剪切帶活動大大減弱。多瑟歐盆地構(gòu)造活動基本停止，地層主要處于填平補齊階段。發(fā)育河流相沉積，巖性以粗粒砂巖為主。鉆井和地震資料揭示該時期地層沉積厚度薄，盆地西部沉積厚度一般小于200 m，盆地東部沉積厚度為200～500 m。

3 烴源巖發(fā)育特征

烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)。對于低勘探程度沉積盆地，烴源巖研究是基礎(chǔ)且核心的工作［15-18］。

3.1 沉積特征

中非剪切帶均廣泛發(fā)育早白堊世中-深湖相泥質(zhì)烴源巖。研究表明，多瑟歐盆地早白堊世阿普第期也廣泛發(fā)育優(yōu)質(zhì)中-深湖相傾油型泥質(zhì)烴源巖。中-深湖相沉積控制優(yōu)質(zhì)烴源巖的平面展布。

多瑟歐盆地沉積了一套由河流-三角洲-湖泊組成的白堊紀和古近紀碎屑巖地層，發(fā)育了3 套沉積地層旋回序列［14］。第1套沉積旋回序列發(fā)生在早白堊世扭張期段，包括河流-三角洲沉積的砂巖和泥巖互層、湖泊-三角洲沉積的細粒砂巖與泥巖互層。暗色泥巖為烴源巖的形成與發(fā)育提供了極佳的巖石基礎(chǔ)；第2套為晚白堊世湖泊-三角洲沉積的細粒砂巖與泥巖互層及辮狀河-三角洲厚層砂巖與泥巖互層組成的旋回；第3套為古近紀河流-三角洲砂泥巖互層及沖積平原沉積的厚層砂巖組成的旋回序列。

位于盆地東北部的Ki-1井在上、下白堊統(tǒng)不整合面發(fā)生了明顯的巖性、電性突變，界面下的自然伽馬曲線明顯增高，發(fā)育較純暗色泥巖，下白堊統(tǒng)為高位體系域的中-深湖相沉積［14］。阿普第期地震反射具有典型的中-深湖相反射特征。

在單井相分析的基礎(chǔ)上，利用地震資料研究了整個盆地早白堊世沉積相分布（圖1）。在早白堊世沿盆地長軸方向（NE-SW）發(fā)育大面積的中-深湖相沉積，近似菱形分布，從邊緣向湖中心水體加深。富含有機質(zhì)的泥頁巖在該盆地廣泛分布，越靠湖中心位置，泥頁巖越發(fā)育，有機質(zhì)含量越高。廣泛分布的中-深湖相環(huán)境為優(yōu)質(zhì)烴源巖的大面積發(fā)育提供了極佳的沉積條件。

圖1 多瑟歐盆地早白堊世扭張期沉積相分布Fig.1 Sedimentary facies distribution of torsion tension period（Early Cretaceous）in Doseo Basin

3.2 烴源巖地化特征

3.2.1 有機質(zhì)類型及豐度特征

干酪根為Ⅰ型和Ⅱ1型的湖相泥質(zhì)烴源巖，其總有機碳含量（TOC）已達到優(yōu)質(zhì)烴源巖標準［19］。位于盆地中部的B-1井揭示的早白堊世阿普第期烴源巖分為兩段（圖2）。發(fā)育于早阿普第期的下部烴源巖層TOC值為1.52%～4.63%，平均為2.45%，泥巖厚度達500 m 以上；發(fā)育于晚阿普第期的上部烴源巖層TOC值為1.54%～2.85%，平均為2.23%，泥巖厚度約為400 m。盆地北部的T-1 井揭示下部烴源巖層TOC值為0.81%～1.21%，平均達1.01%，泥巖厚度也達數(shù)百米；上部烴源巖層TOC值為1.15%～7.28%，平均高達3.51%。南部的My-1 井揭示上部烴源巖層TOC值達0.89%～3.24%，平均達1.58%。上、下部烴源巖層的氫指數(shù)（IH）為225～760 mg/g（圖3），氧指數(shù)（IO）為10～58 mg/g。不難看出，干酪根均為Ⅰ和Ⅱ1型，且以富含藻類的高氫指數(shù)傾油型為主。同時，上、下部烴源巖層的最高熱解峰溫（Tmax）為440～452 ℃，說明B-1 井阿普第期烴源巖已進入生油階段。

圖2 B-1井地球化學(xué)綜合剖面圖Fig.2 Comprehensive geochemical profile of Well B-1

圖3 B-1井阿普第期烴源巖干酪根類型交會Fig.3 Cross plot of kerogen types of Aptian source rocks in Well B-1

3.2.2 烴源巖成熟度特征

地溫梯度分布特征 源自IHS數(shù)據(jù)庫的盆地現(xiàn)今地溫梯度為2.5～5.9 ℃/hm。在平面上呈現(xiàn)東西向高低相間格局。盆地東部Ns-1 井以東至盆地東部邊界、中部Mt-1 井以西80 km 范圍內(nèi)為相對高地溫梯度區(qū)；Ns-1 井與Mt-1 井之間的東部沉積中心區(qū)地溫梯度相對最低，尤其是My-1井及以北30 km 范圍內(nèi)地溫梯度為全盆地最低區(qū)。盆地古近紀以來構(gòu)造及火山活動并不很強烈，現(xiàn)今地溫梯度分布規(guī)律一定程度上反映了生排烴期的地溫梯度特征。地溫梯度分布規(guī)律與沉積厚度變化共同控制了烴源巖成熟度的高低。

生烴門限的確定 鄔立言等提出過烴源巖鏡質(zhì)組反射率（Ro）標準［20］。認為Ro值為0.5%～1.3%時烴源巖處于生油期；Bordenave 則認為Ro值為0.65%～1.3%時烴源巖處于生油期。綜合考慮鉆井揭示的烴源巖生化指標，本文較為保守地提出以0.65%作為該盆地?zé)N源巖進入生油窗的鏡質(zhì)組反射率低值臨界點；以0.75%作為烴源巖進入生烴高峰初期的臨界點；以0.85%作為利用地震資料預(yù)測有效烴源巖的門檻值。

多瑟歐盆地已發(fā)現(xiàn)原油重度為29～41°API，屬于中質(zhì)-輕質(zhì)原油，說明其烴源巖達到了較高的熱演化程度。前人研究認為，不同位置的井鉆遇的Ro值相差較大，從中部B-1 井鉆遇烴源巖的Tmax指標來看，當深度為2 200 m 時，Tmax值約為445 ℃，對應(yīng)的Ro值約為0.75%；而對南部的My-1 井來說，當深度為2 480 m 時，Ro值為0.54%。不同位置鉆井揭示的烴源巖成熟度與現(xiàn)今地溫場分布規(guī)律是一致的。

在現(xiàn)今溫度、熱史與埋藏史研究的基礎(chǔ)上，開展了烴源巖單點（Kb-1 井、My-1 井、T-1 井、B-1 井及多個虛擬井）熱演化史研究，然后結(jié)合烴源巖地化特征，開展了烴源巖成熟度、生烴強度、生排烴史與生排烴量及油氣運聚分析。模擬結(jié)果表明：盆地裂谷作用相較于多巴、邦戈盆地而言較弱，對古熱流影響不大，Ro值為0.70%的烴源巖深度多集中在2 300～3 000 m，上、下部烴源巖層分界面處于成熟-高成熟階段。

源自IHS數(shù)據(jù)庫的研究結(jié)果與本次模擬結(jié)果接近。當B-1井的深度為2 200 m時，前人認為Ro值約為0.75%，本次模擬認為當該井深度為2 300 m 時，Ro值約為0.70%；當My-1 井的深度為2 480 m 時，前人認為Ro值為0.54%，本次模擬為0.59%。

從實鉆井模擬的Ro值與深度交會圖可知，Ro值隨深度增加而增加（圖4）。二者之間的關(guān)系式為：

圖4 多瑟歐盆地Ro值與深度交會圖Fig.4 Cross plot of vitrinite reflectance Ro and burial depth in Doseo Basin

利用（1）式計算出Ro=0.65% 時的深度為2 436.9 m，Ro=0.75% 時的深度為2 715.5 m，Ro=0.85%時的深度為2 994.1 m。因此，將2 995 m 作為盆地有效烴源巖的門限深度。

3.3 地震反射特征

中外湖相烴源巖地震反射特征普遍表現(xiàn)為強振幅、低頻、中-好連續(xù)性特征［18，21］。多瑟歐盆地阿普第期上部烴源巖層在疊前時間偏移剖面上也呈強振幅、低頻、中-好連續(xù)、平行席狀反射特征（圖5），與麥盧特盆地、多巴盆地早白堊世湖相烴源巖及北部灣盆地潿西南凹陷流二段湖相烴源巖層的地震反射特征類似。下部烴源巖層地震反射特征與上部稍有差異，呈中-低頻、中連續(xù)、中振幅地震反射特征，但從上、下部烴源巖層的自然伽馬曲線看，下部烴源巖層也是高泥地比的較純泥巖層，且鉆井已證實下部烴源巖層也是優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

圖5 多瑟歐盆地早白堊世湖相泥質(zhì)烴源巖地震反射特征剖面Fig.5 Seismic reflection profile of Early Cretaceous lacustrine and argillaceous source rocks in Doseo Basin

3.4 厚度及平面分布特征

厚度 烴源巖層平均厚度大，東部凹陷中心最厚?，F(xiàn)有鉆井揭示的烴源巖層厚度最薄為528.9 m，最厚達1 570.4 m，平均厚度達938.7 m。泥地比均較高，Mt-1，B-1，T-1 等井的阿普第期泥巖非常發(fā)育，泥地比最高達96.3%；My-1 和Ns-1 井泥巖相對不太發(fā)育，但泥地比最低也達41.7%。B-1 井鉆遇阿普第期純泥巖厚度達830.2 m；T-1 井鉆遇阿普第期純泥巖厚度達918.9 m。

平面分布特征 以深度2 995 m 為門檻值，利用地震資料預(yù)測出盆地發(fā)育東部和西部2個有效生烴灶（圖6）。有效烴源巖分布廣，以發(fā)育面積大的東部有效生烴灶為主。東部有效生烴灶的有效烴源巖層毛厚度大于500 m 的分布面積高達8 993.7 km2，且東部凹陷中心部位有效烴源巖層毛厚度最大達2 977.3 m。西部有效生烴灶的有效烴源巖層毛厚度大于500 m 的面積也達501.6 km2，且西部凹陷中心部位有效烴源巖層毛厚度最大也達到1 049.6 m。整個盆地有效烴源巖層毛厚度大于100 m的總分布面積高達1.35×104km2。

圖6 多瑟歐盆地阿普第期有效烴源巖厚度等值線及有效生烴灶簡圖Fig.6 Thickness isoline of effective source rocks and sketch map of Aptian hydrocarbon generation kitchen in Doseo Basin

盆地模擬結(jié)果表明：上、下部烴源巖層界面處的Ro值大于0.85%的烴源巖分布非常廣，主要位于盆地東部，分布面積與地震預(yù)測結(jié)果相當，且越往凹陷中心烴源巖成熟度越高。東部凹陷最中心位置烴源巖已經(jīng)過熟，達到生氣階段。

3.5 生排烴潛力特征

盆地模擬認為，東部有效生烴灶生烴強度遠大于西部有效生烴灶，東部最大生烴強度為西部的3.2 倍，且以生油為主，生氣為輔，生烴潛力十分可觀。

同樣，東部有效生烴灶排烴強度也遠大于西部有效生烴灶，未來勘探要緊緊圍繞東部有效生烴灶展開。

3.6 生/排烴史與圈閉形成匹配特征

盆地模擬結(jié)果揭示，阿普第期烴源巖發(fā)育2 次生烴高峰和2 次排烴高峰。第1 次生烴高峰時間起始于早白堊世晚期，到晚白堊世早期達到生烴高峰；第2 次生烴高峰起始于晚白堊世早中期。隨著時間推移，生烴量呈直線上升，到古新世末期達到最高峰。第1 次排烴高峰期出現(xiàn)在晚白堊世早期；第2 次排烴期起始于晚白堊世中期，到古新世達到排烴最高峰。第2 次排烴速率遠高于第1 次，排油總量約占總排烴量的70%。

多瑟歐盆地發(fā)育拉張和壓扭2種典型的構(gòu)造樣式。早白堊世以走滑-拉張作用為主，廣泛發(fā)育與斷塊有關(guān)的構(gòu)造圈閉。晚白堊世早期，多瑟歐盆地扭張作用變?nèi)?。晚白堊世末期，非洲板塊與歐洲板塊發(fā)生碰撞，使得多瑟歐盆地發(fā)生壓扭作用，形成了一系列壓扭性構(gòu)造（如反轉(zhuǎn)背斜、正花狀構(gòu)造、逆沖斷層等）。中外勘探實踐證明，與這種構(gòu)造類型相關(guān)的圈閉是最重要的一類圈閉［22-26］。

綜上看出，阿普第期烴源巖排烴史和圈閉形成時間匹配良好，有利于油氣充注及油氣藏形成。

4 勘探建議

多瑟歐盆地發(fā)育優(yōu)質(zhì)中-深湖相烴源巖，烴源巖層厚度大，分布廣，具備十分優(yōu)越的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，該盆地勘探程度低，在4.81×104km2的可勘探區(qū)域內(nèi)，僅鉆探了12 口井，采集了測網(wǎng)稀疏的二維地震資料。該盆地可勘探面積較大。與相鄰的獲得大量油氣發(fā)現(xiàn)的多巴、邦戈盆地比較，具有相似的構(gòu)造沉積演化背景及同樣優(yōu)越的烴源巖條件。多巴盆地勘探面積為3.5×104km2，完鉆54 口探井，獲可采儲量達1.49×108t；多瑟歐盆地規(guī)模大于多巴盆地，僅鉆探12 口井，發(fā)現(xiàn)原油0.09×108t。多瑟歐盆地可以作為中國石油公司在海外開展油氣勘探的首選盆地。建議加大多瑟歐盆地地震勘探力度。多瑟歐盆地地表地形以平原為主，具備開展地震數(shù)據(jù)采集作業(yè)的有利條件，建議在盆地東部主拗區(qū)及西部壓扭區(qū)的絕大部分地區(qū)直接采集三維地震數(shù)據(jù)，以便于系統(tǒng)、深入開展多瑟歐盆地基礎(chǔ)地質(zhì)與石油地質(zhì)綜合研究，盡早獲得油氣大發(fā)現(xiàn)。

5 結(jié)論

多瑟歐盆地是一個典型的中-新生代走滑-拉分盆地。構(gòu)造演化主要包括早白堊世扭張期、晚白堊世壓扭期和新生代拗陷期。早白堊世扭張期為主力烴源巖發(fā)育期。該盆地發(fā)育十分優(yōu)越的早白堊世阿普第期中-深湖相傾油型泥質(zhì)烴源巖，厚度大，有效烴源巖分布廣，生排烴潛力巨大。有效烴源巖分布在東、西部2個有效生烴灶內(nèi)，以東部有效生烴灶為主，其烴源巖厚度及平面分布規(guī)模、地化指標、生排烴強度及生排烴量均遠優(yōu)于西部有效生烴灶。生排烴史與圈閉形成時間、垂直運移通道-斷層的發(fā)育時間匹配良好。綜合分析認為，多瑟歐盆地具有較大的勘探潛力。

符號解釋

D——烴源巖深度，m；

Ro——鏡質(zhì)組反射率，%。