乍得Doseo走滑反轉(zhuǎn)盆地油氣成藏特征和勘探發(fā)現(xiàn)

竇立榮，肖坤葉，杜業(yè)波，王利，張新順，程頂勝，胡瑛

（1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國(guó)石油國(guó)際勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100034）

1 研究背景

中非剪切帶是剛果克拉通與努比亞克拉通之間的泛非活動(dòng)帶，長(zhǎng)達(dá)4 000 km，是一個(gè)巨大的巖石圈轉(zhuǎn)換剪切帶[1]，其內(nèi)部發(fā)育了一系列中、新生代裂谷盆地（見(jiàn)圖1），其中位于乍得南部的有 Doba、Doseo、Salamat等3個(gè)盆地，亦稱為“南乍得盆地”[2]。截至2009年，Doba盆地勘探開(kāi)發(fā)程度最高，已發(fā)現(xiàn)以Kome為代表的多個(gè)大中型油田；Doseo盆地勘探程度次之，僅有二維地震，測(cè)網(wǎng)平均密度3 km×4 km，12口鉆井獲 5個(gè)油氣發(fā)現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量規(guī)模不足以商業(yè)開(kāi)發(fā)；Salamat盆地勘探程度最低，乍得境內(nèi)還沒(méi)有鉆井[2-4]。

圖1 中西非裂谷系沉積盆地分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[3, 12]修改）

Doseo盆地位于中非剪切帶中段，寬70～100 km，長(zhǎng)550 km，面積4.5×104km2。有關(guān)該盆地的油氣地質(zhì)研究很少，仍停留在20世紀(jì)90年代[2-3]。前人認(rèn)為Doseo盆地上白堊統(tǒng)不發(fā)育，導(dǎo)致其缺少區(qū)域蓋層[2,5]，而下白堊統(tǒng)以泥巖為主，缺少有效的儲(chǔ)集層，與Doba盆地地層有明顯不同[6-11]，因而認(rèn)為該區(qū)油氣潛力不大。2007年中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司獲得乍得H區(qū)塊獨(dú)資作業(yè)權(quán)后，開(kāi)始集中在Bongor盆地進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)[12]。2011年在Bongor投入商業(yè)開(kāi)發(fā)后，啟動(dòng)了西Doba和Doseo區(qū)塊的石油地質(zhì)研究和勘探工作，2014年在Doseo部署鉆探了Ximenia-1井，下白堊統(tǒng)Kedeni組鉆遇油層53 m，試油自噴輕質(zhì)原油663 m3/d，氣4×104m3/d，原油相對(duì)密度0.79～0.86，黏度0.9～3.0 mPa·s，傾點(diǎn) 24～30 ℃，氣油比 21～35，酸值 0.04～0.08 mg/g。拉開(kāi)了 Doseo區(qū)塊的勘探序幕，之后在區(qū)塊東部連續(xù)發(fā)現(xiàn)多個(gè)含油氣構(gòu)造，突破了該區(qū)“缺儲(chǔ)少蓋”的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，提升了區(qū)塊的勘探潛力。本文基于前人采集的資料和近年新采集的大量地震和鉆井新資料，重新對(duì)Doseo盆地的油氣地質(zhì)特征進(jìn)行梳理，并結(jié)合該區(qū)的勘探實(shí)踐，系統(tǒng)分析油氣成藏條件與富集規(guī)律，為下步勘探指明方向，也為中非裂谷系的油氣勘探提供新的思路。

2 構(gòu)造特征

Doseo盆地是在前寒武系結(jié)晶基底之上發(fā)育的中新生代先走滑-伸展、后擠壓抬升的反轉(zhuǎn)裂谷盆地[2,8,13]，經(jīng)歷了早期伸展、晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的演化史[9-17]；40～50 km的走滑位移疊加后期的反轉(zhuǎn)，使得盆地構(gòu)造和沉積地層特征較為復(fù)雜[2,18]。

Doseo盆地呈北東東—南西西向狹長(zhǎng)型展布，由半地塹、地塹組成，整體呈現(xiàn)北斷南超的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由西部、中部、Kedeni、K南等 4個(gè)凸起組成的中央隆起帶將盆地分為南北兩個(gè)坳陷帶，北部坳陷帶具南北雙斷構(gòu)造格局，南部坳陷帶南緣發(fā)育南部斜坡帶，具北斷南超構(gòu)造格局（見(jiàn)圖2、圖3）[5,19]。

圖2 Doseo盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

圖3 Doseo盆地區(qū)域地震剖面（剖面位置見(jiàn)圖2）

Doseo盆地經(jīng)歷了早白堊世強(qiáng)烈走滑伸展、晚白堊世較弱伸展兩期裂谷發(fā)育階段，古近紀(jì)的伸展作用不明顯，總體呈坳陷特征[20-25]。區(qū)域地震剖面上可以劃分出兩大套構(gòu)造層，下構(gòu)造層為基底之上和區(qū)域不整合面之間的白堊紀(jì)地層，最厚超8 000 m，整套地層上下一致擠壓變形，在邊界斷層上盤形成同心擠壓背斜構(gòu)造，在緩坡帶不整合之下的地層頂部受到削蝕，盆地總體的縮短率達(dá)到 10%～27%，在其內(nèi)的下白堊統(tǒng)Mangara群頂部局部發(fā)育不整合面，前人認(rèn)為的圣通擠壓反轉(zhuǎn)事件在盆地內(nèi)表現(xiàn)得不太顯著或不明顯[22-23]。古近紀(jì)盆地發(fā)生強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)剝蝕，地震地層對(duì)比表明在距今40 Ma左右盆地的剝蝕厚度達(dá)到800～1 000 m，與乍得Bongor盆地的抬升剝蝕量接近[22]。上構(gòu)造層為區(qū)域不整合面之上的新生代地層，全區(qū)厚度不大，地層疏松，受邊界斷層控制弱。內(nèi)部還有一個(gè)局部不整合面至平行不整合面，下部地層受邊界斷層繼承性活動(dòng)影響，最大厚度發(fā)育在邊界斷層下降盤，厚度為50～200 m；上部地層厚0～150 m，全盆地分布。

3 地層與沉積特征

3.1 地層特征

Doseo盆地發(fā)育下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、新生界共3套沉積地層[26]，以早白堊世沉積為主，基底暫無(wú)井鉆遇，推測(cè)基底與中西非裂谷系其他裂谷類似，為泛非運(yùn)動(dòng)中形成的岡瓦納大陸結(jié)晶基底[5]（見(jiàn)圖4）。Kapok-1井1 265～2 915 m井段孢粉和介形蟲等古生物分析證實(shí)，地層主要為下白堊統(tǒng)，發(fā)育淡水藻類盤星藻和淡水介形蟲Cypridea，反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為淡水—微咸水。下白堊統(tǒng)自下而上進(jìn)一步劃分為Mangara群、Kedeni、Doba和 Koumra組，可劃分為兩個(gè)旋回，Mangara群為湖盆裂陷早期完整的水進(jìn)-水退旋回，發(fā)育湖泊—三角洲相砂泥沉積，厚度為 1～3 km，上部砂地比約 45%～60%，下部暫無(wú)井鉆穿；Kedeni、Doba和Koumra組組成裂陷平穩(wěn)期水進(jìn)-水退旋回，其中Kedeni組為低位-水侵體系域湖相泥巖夾辮狀河三角洲-扇三角洲砂體沉積，厚度600～1 200 m，上段砂地比約40%～55%，下段砂地比約30%～45%。Doba、Koumra組為高位體系域湖泊-河流-三角洲相砂巖夾泥巖沉積，Doba組厚度 400～700 m，砂地比約20%～35%，Koumra組厚度 300～600 m，砂地比約45%～60%。晚白堊世為河流-湖泊相沉積，厚度500～1 100 m，砂地比約55%～70%，下部可劃分出Kome組，以湖泊-三角洲相砂體為主。新生代古近紀(jì)為濱淺湖-三角洲沉積，第四紀(jì)以濱淺湖-沖積平原沉積為主，殘余厚度250～450 m，為弱固結(jié)砂質(zhì)沉積。

圖4 Doseo盆地地層柱狀圖（Rt—電阻率；GR—自然伽馬）

3.2 沉積特征

Doseo盆地沉積演化與盆地構(gòu)造演化相對(duì)應(yīng)，早白堊世早期為裂陷期水進(jìn)旋回，早白堊世晚期至晚白堊世為拗陷期加積-水退旋回，晚白堊世末期—古新世為擠壓反轉(zhuǎn)抬升剝蝕，至新近紀(jì)—第四紀(jì)為盆地消亡期，發(fā)育河流—沖積平原沉積[26-27]。早白堊世為裂陷湖盆沉積，以分選較好的中—細(xì)粒石英砂巖為主，沉積物源相對(duì)較遠(yuǎn)，以湖相扇三角洲-三角洲砂體為主。坳陷南北兩側(cè)雙向供源，南緣以三角洲、辮狀河三角洲沉積為主，三角洲砂體規(guī)模較大，向盆內(nèi)延伸較遠(yuǎn)；北緣以扇三角洲-辮狀河三角洲為主，局部發(fā)育三角洲，砂體規(guī)模較南緣偏小，單砂體厚度較大。向坳陷中心過(guò)渡為半深湖—深湖相沉積，夾少量濁積砂、遠(yuǎn)砂壩砂體沉積（見(jiàn)圖5）。早白堊世早期砂體呈退積旋回，湖盆擴(kuò)大加深，中期三角洲砂體多期加積，形成本區(qū)主力儲(chǔ)油層系，后期砂體進(jìn)積，砂巖厚度增大，粒度加粗。

圖5 Doseo盆地下白堊統(tǒng)沉積相圖

4 含油氣系統(tǒng)

4.1 烴源巖

Doseo盆地下白堊統(tǒng)包含多套湖相烴源巖，Doba組、Kedeni組和Mangara群均在坳陷內(nèi)發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，在坳陷邊緣部分逐漸相變?yōu)樯暗乇雀叩牡貙覽28-31]。烴源巖的厚度在坳陷不同位置差異較大，在坳陷中心Doba組、Kedeni組烴源巖厚度分別可達(dá)400 m和800 m；Mangara群未鉆穿，地震推測(cè)坳陷中心的泥巖厚度在500 m以上。Ximenia-1井和Kapok-1井鉆井泥巖巖屑系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，Kedeni組泥質(zhì)烴源巖為盆地主力烴源巖，TOC平均值為3.8%，HI均值760 mg/g，為優(yōu)質(zhì)烴源巖，Doba組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅱ1型，Kedeni和Mangara群則為Ⅰ型，總體上烴源巖以生油為主（見(jiàn)圖6）。

表1 Doseo盆地完鉆井烴源巖分析數(shù)據(jù)

圖6 Doseo盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)豐度圖

平面上，坳陷北部沉積中心烴源巖成熟度最高，該區(qū)域 Doba組源巖Ro值為0.45%～0.75%，為低成熟—成熟階段，Kedeni組Ro值為 0.75%～1.20%，為成熟—高成熟階段，Mangara群Ro值為1.2%～2.0%，為高成熟—生氣階段（見(jiàn)表1）。烴源巖成熟度由坳陷中心向坳陷邊緣逐漸降低，在坳陷東部中央低凸起帶Kapok-1井僅Kedeni組下段和Mangara群源巖為成熟階段。鉆柱測(cè)試地溫?cái)?shù)據(jù)換算得到盆地的現(xiàn)今地溫梯度為30 ℃/km，而根據(jù)磷灰石裂變徑跡和鏡質(zhì)體反射率推算的古地溫梯度只有20 ℃/km?，F(xiàn)今生油門限深度為1 800～2 200 m。油源對(duì)比發(fā)現(xiàn)，目前已發(fā)現(xiàn)原油和烴源巖樣品都處于生油窗內(nèi)（見(jiàn)圖7），但油藏原油成熟度生標(biāo)參數(shù)高于已鉆遇的烴源巖成熟度，部分鉆井試油見(jiàn)濕氣，推斷目前發(fā)現(xiàn)的原油來(lái)自凹陷深部或未鉆遇的深層烴源巖[17]。

圖7 Doseo盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)類型圖

4.2 儲(chǔ)集層

Doseo盆地Doba組、Kedeni組和Mangara群湖泊-三角洲體系沉積發(fā)育的多套砂巖可作為本區(qū)有效儲(chǔ)集層，目前在 Kedeni組砂巖發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量最多，埋深為1 500～3 000 m，以辮狀河三角洲/曲流河三角洲沉積為主，單砂層厚度為5～20 m，巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，巖石類型以石英砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖為主，主要礦物是石英，常見(jiàn)含量不定的長(zhǎng)石和巖屑（見(jiàn)圖8）。坳陷東部和南部的Kedeni組儲(chǔ)集層孔隙類型以原生粒間孔和次生溶蝕孔為主。下白堊統(tǒng)主力儲(chǔ)集層段孔隙度為 11%～16%，滲透率為（80～2 000）×10-3μm2，儲(chǔ)集層物性以中孔、中—高滲為主，孔隙度與滲透率正相關(guān)性強(qiáng)。成巖作用以壓實(shí)作用、膠結(jié)作用為主，主要處于早成巖晚期階段；靠近坳陷沉積中心的Kedeni組砂巖埋深大，可達(dá)中成巖早期，顆粒呈點(diǎn)-線接觸，可見(jiàn)鐵白云石，石英次生加大邊，其伊/蒙混層中蒙脫石占比10%～30%，Ro值為0.9%～1.0%。而在北部斜坡帶，Kedeni組主要發(fā)育扇三角洲砂巖，儲(chǔ)集層分選差，結(jié)構(gòu)成熟度低，砂巖中長(zhǎng)石和巖屑含量較高，雖然長(zhǎng)石等顆粒容易溶蝕，但溶蝕孔隙易被方解石和高嶺石等礦物充填，導(dǎo)致孔隙度低、孔隙連通性差。

圖8 Doseo盆地Kedeni組儲(chǔ)集層巖性分類圖

Doba組儲(chǔ)集層主要發(fā)育在上部，目前已有油層發(fā)現(xiàn)，其巖性與Kedeni組相似，壓實(shí)作用較弱，原生孔發(fā)育，儲(chǔ)集層物性好于Kedeni組。Mangara群儲(chǔ)集層多發(fā)育于 Mangara群上段，巖性以中砂巖為主，壓實(shí)作用強(qiáng)，儲(chǔ)集層物性較Kedeni組變差。

4.3 成藏組合

Doseo盆地上白堊統(tǒng)以砂巖為主，缺乏有效的區(qū)域蓋層，已發(fā)現(xiàn)的成藏組合均位于下白堊統(tǒng)。下白堊統(tǒng)Doba組在盆地中央和北部為大套較純的泥巖層，厚度可達(dá)到數(shù)百米，而在東部和南部等靠近盆地邊緣地區(qū)，變?yōu)樯澳鄮r互層，蓋層條件逐漸變差。因此Doba組只能局部形成油氣藏。Kedeni組暗色泥巖發(fā)育，單層厚度大，局部層段有欠壓實(shí)和異常高壓現(xiàn)象，可作為區(qū)域蓋層。盆地東部Kedeni組發(fā)育大段穩(wěn)定的泥巖層；北部Kedeni組泥地比高達(dá)80%，單層泥巖厚度也可達(dá)百米；在盆地東南等靠近邊緣地區(qū)，單層泥巖厚度仍可達(dá)10～40 m，是重要的區(qū)域蓋層。鉆井揭示的Mangara群上段泥巖單層厚度相對(duì)較薄，可以形成局部蓋層。

與Doba組、Kedeni組和Mangara群相對(duì)應(yīng)，Doseo盆地內(nèi)形成上、中、下3套有利儲(chǔ)蓋組合?？紤]到Kedeni組和Mangara群為坳陷主要烴源巖，且Kedeni組內(nèi)泥巖最穩(wěn)定，因此以Kedeni組內(nèi)儲(chǔ)蓋層為主的中組合是坳陷主力成藏組合。盆地中心的Mangara群埋深過(guò)大，儲(chǔ)集層條件差，因此下組合可能在靠近盆地邊緣的地區(qū)有效，以自生自儲(chǔ)為主。受到蓋層條件影響，以Doba組為主的上組合主要在靠近盆地中心的局部發(fā)育，以下生上儲(chǔ)組合為主。

5 油氣富集區(qū)帶

Doseo盆地以正斷層和走滑斷層為主，受后期反轉(zhuǎn)作用，局部發(fā)育逆斷層。構(gòu)造樣式多樣，包括典型的負(fù)花狀構(gòu)造、擠壓背斜、斷鼻和復(fù)雜斷塊等，形成了多種類型構(gòu)造圈閉，為油氣聚集創(chuàng)造了良好的圈閉條件。Doseo盆地油藏零星發(fā)現(xiàn)始于1978年，直到近年才陸續(xù)有較大發(fā)現(xiàn)，受勘探程度的影響，現(xiàn)有油氣發(fā)現(xiàn)主要集中于坳陷東北部，絕大部分已發(fā)現(xiàn)油藏為背斜或斷背斜油藏，具有復(fù)式油氣藏的特點(diǎn)，多套油水系統(tǒng)、油氣層跨度大，但油氣柱高度多小于100 m。

5.1 陡坡油氣富集帶

比利牛斯期強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得 Doseo盆地陡坡帶沿控坳斷裂帶發(fā)育了一系列背斜和斷背斜構(gòu)造圈閉。這些圈閉既靠近生烴中心，又靠近輸導(dǎo)斷裂，成為油氣運(yùn)移非常有利的地區(qū)。Doseo盆地陡坡帶下白堊統(tǒng)儲(chǔ)集層以扇三角洲砂體為主，伴有重力流沉積，儲(chǔ)集條件與橫向連續(xù)性均不穩(wěn)定，因此儲(chǔ)集層條件成為該有利區(qū)帶油氣成藏主控因素。已完鉆 4口井均有油氣發(fā)現(xiàn)，油層多分布于Kedeni組，少量在Doba組，油層埋深1 200～2 600 m，Kedeni組以正常原油為主，偶含氣，原油相對(duì)密度為0.71～0.92；Doba組原油相對(duì)密度為0.96（見(jiàn)圖9）。

圖9 北部陡坡帶典型油藏剖面圖

5.2 中央低凸起油氣富集帶

坳陷東部的中央低凸起的形成與早白堊世晚期的走滑構(gòu)造有關(guān)，后期經(jīng)歷一定程度的反轉(zhuǎn)擠壓，使得原有構(gòu)造再改造，發(fā)育一系列斷塊、斷鼻和斷背斜圈閉（見(jiàn)圖10）。Kedeni組已發(fā)現(xiàn)多個(gè)縱向跨度較大的油藏。中央低凸起是盆地內(nèi)油氣運(yùn)移的指向區(qū)，同時(shí)靠近東側(cè)的長(zhǎng)軸物源區(qū)，發(fā)育較為穩(wěn)定的辮狀河三角洲，具有較好的儲(chǔ)集層條件。多個(gè)水進(jìn)期形成的湖相泥巖使得該區(qū)蓋層條件也比較優(yōu)越。由于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加，使得該區(qū)斷裂發(fā)育，油水關(guān)系復(fù)雜，油藏之間幾乎沒(méi)有統(tǒng)一的油水界面，因此該區(qū)油氣成藏受到斷裂-蓋層組合控制較強(qiáng)。已發(fā)現(xiàn)Kapok油田的油層主要在Kedeni組，少量在Doba組及Mangara群；油層埋深1 400～2 700 m，Kedeni組及Mangara群以正常原油為主，偶含氣，原油相對(duì)密度為0.79～0.90；Doba組原油相對(duì)密度為0.95。

圖10 中央低凸起帶典型油藏剖面圖

5.3 緩坡潛在油氣富集帶

Doseo盆地南部緩坡帶發(fā)育一系列的斷鼻和斷塊圈閉，這些圈閉在油氣運(yùn)移條件上比較有利。但是地層砂地比逐漸變高，烴源巖質(zhì)量和成熟度均有所變差[19]，因此油源和蓋層條件是成藏主控因素，結(jié)合鄰區(qū)Mangara群烴源巖及巖性情況，推測(cè)下組合 Mangara群有較好的成藏組合，可形成自生自儲(chǔ)型油藏。目前該區(qū)勘探較少，僅有 1口老井發(fā)現(xiàn)大量的死油，說(shuō)明該區(qū)具有良好的潛力，是潛在的油氣成藏區(qū)帶。

綜上所述，受控于構(gòu)造發(fā)育特征及油氣成藏條件，Doseo盆地不同區(qū)帶油氣成藏也具有一定差異，中央低凸起帶油氣最為富集，以斷背斜、斷塊圈閉成藏為主；陡坡帶次之，以背斜、斷背斜圈閉成藏為主；南部緩坡帶是潛力富集區(qū)，為油氣側(cè)向運(yùn)移至斷鼻、斷塊圈閉成藏為主，斷層側(cè)向封堵性及封蓋條件為其成藏主控因素（見(jiàn)圖11）。

圖11 Doseo盆地油氣成藏模式圖

6 結(jié)論

Doseo盆地經(jīng)歷了早白堊世強(qiáng)烈走滑伸展、晚白堊世—古新世弱伸展和始新世（距今約40 Ma）的擠壓反轉(zhuǎn)剝蝕階段，古近紀(jì)裂谷不發(fā)育。盆地內(nèi)發(fā)育下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)和新生界 3套沉積地層，以早白堊世湖泊-辮狀河三角洲/扇三角洲沉積為主。

下白堊統(tǒng)深湖相泥巖發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，有機(jī)質(zhì)豐度高—極高，烴源巖現(xiàn)今生油門限在1 800～2 200 m，目前已發(fā)現(xiàn)的油藏原油成熟度高于已鉆遇的烴源巖成熟度，可能凹陷深部或未鉆遇的深層烴源巖是目前已發(fā)現(xiàn)油藏的烴源巖。

盆地東部和南部Kedeni組發(fā)育的辮狀河三角洲砂巖可形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，以Kedeni組為主的中組合是坳陷內(nèi)最主要的成藏組合，油氣資源最為富集。

盆地內(nèi)已證實(shí)兩個(gè)富油氣區(qū)帶，北部陡坡構(gòu)造帶以背斜/斷背斜圈閉為主，成藏主控因素為儲(chǔ)集條件；中央低凸起以斷塊/斷背斜為有利構(gòu)造帶，成藏主控因素為斷-蓋配置關(guān)系。另外，南部緩坡帶為潛在油氣富集區(qū)，成藏主要風(fēng)險(xiǎn)是油源和蓋層條件，下組合Mangara群是其潛力勘探層系。