烏干達(dá)Albert湖凹陷北部沉積特征及油氣成藏模式

陳經(jīng)覃, 邱春光

中海石油國(guó)際有限公司，北京 100028

0 引言

2006年至今，大西洋兩岸的桑托斯盆地、下剛果盆地和寬扎盆地在鹽下裂陷期地層中相繼發(fā)現(xiàn)多個(gè)超大-特大型油氣田，使得大西洋兩岸深水鹽下成為油氣勘探熱點(diǎn)地區(qū)[1]。由于西非深水鹽下勘探程度低以及鹽下地震成像品質(zhì)差，嚴(yán)重制約了該區(qū)油氣勘探。東非內(nèi)陸Albert湖凹陷是世界上最年輕的生烴裂谷，地震資料品質(zhì)好，油氣勘探程度高，是開(kāi)展非洲地區(qū)裂陷期地層油氣成藏研究的理想之地。隨著2010年中國(guó)海油進(jìn)入烏干達(dá)區(qū)塊，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)Albert湖凹陷構(gòu)造演化[2-3]、沉積充填[3-5]和油氣成藏特征[6-9]開(kāi)展了大量研究，蔡文杰等[10]、孫和風(fēng)等[7]認(rèn)為北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶是Albert湖凹陷最重要的勘探潛力區(qū)，但鮮有學(xué)者對(duì)構(gòu)造調(diào)節(jié)帶內(nèi)部的沉積特征差異進(jìn)行研究。筆者利用地震、鉆井、測(cè)井和孢粉等資料，開(kāi)展對(duì)北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶內(nèi)部沉積特征的研究，分析其油氣成藏模式，有利于深化裂谷油氣成藏認(rèn)識(shí)，以期有效指導(dǎo)西非鹽下裂陷期地層油氣勘探。

1 盆地結(jié)構(gòu)

Albert湖凹陷位于東非裂谷系西支北段Albertine地塹內(nèi)，烏干達(dá)與剛果(金)接壤處(圖1)。Albert湖凹陷面積8 850 km2，走向NE-SW向，凹陷大部分被湖水覆蓋(圖1)，最大水深58 m。Albert湖凹陷由兩條相向傾斜的基底主干斷層控制，呈雙斷地塹結(jié)構(gòu)，東西兩條主干斷層斷距大，落差達(dá)6 000 m，斷面平直，傾角約60°[9]。凹陷中部湖區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，內(nèi)部斷層欠發(fā)育，地層產(chǎn)狀呈水平或近于水平，無(wú)中央凸起。凹陷北區(qū)東側(cè)邊界斷層F1斷距向北變小、消失，西側(cè)邊界斷層F2轉(zhuǎn)換成兩條大斷裂(圖1)，由此形成西深東淺的半地塹結(jié)構(gòu)。半地塹的緩坡(即北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶)斷裂十分發(fā)育，斷層陡，多數(shù)斷層兩盤(pán)地層厚度沒(méi)有明顯變化，為晚期斷層(圖2)。主要由NE-SW向及近乎S-N向兩組斷層相交形成斷塊圈閉。Albert湖凹陷經(jīng)歷了從初始裂陷期、強(qiáng)裂陷期和裂陷后期的一個(gè)完整旋回的Ⅰ期裂陷演化，目前處于第Ⅱ期裂陷的初始期。

圖1 Albertine地塹構(gòu)造單元(油田位置據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)Fig.1 Tectonic units of Albertine graben

圖2 北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶東西向區(qū)域地震剖面圖(測(cè)線位置見(jiàn)圖1)Fig.2 Regional seismic profiles in E--W direction of northern accommodation zone

2 地層特征

與東非裂谷系東支不同，Albertine地塹所在的西支火山活動(dòng)弱，Albert湖凹陷鉆井均未鉆遇火成巖。凹陷基底為前寒武系變質(zhì)巖，由片麻巖、片巖、石英巖和花崗巖組成[11-12]，頂部風(fēng)化殼的厚度約40 m。沉積蓋層開(kāi)始發(fā)育于晚中新世，在剛果(金)一側(cè)凹陷中心最大沉積厚度5 000 m[13]，向東北方向地層厚度快速減薄，在北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶平均厚度僅700 m(圖2)。北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶沉積地層具有明顯的三分性(圖3)，中新統(tǒng)為砂巖與泥巖互層，厚度約200～300 m，目前的油氣發(fā)現(xiàn)均位于該層段內(nèi)；上新統(tǒng)—更新統(tǒng)以泥巖沉積為主，厚度400～600 m，為盆地內(nèi)區(qū)域性蓋層；全新統(tǒng)以砂巖沉積為主，厚度約50～70 m。

圖3 Albert湖凹陷綜合地層柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of Lake Albert sag

3 沉積演化

與海相沉積不同，湖相沉積對(duì)氣候和可容納空間的變化更敏感，另外，當(dāng)河水注入量大時(shí)，湖平面上升和沉積物輸入量增加，而當(dāng)河水注入量小時(shí)，湖平面下降和沉積物輸入量減小[14]。Bohacs et al.[14]將湖泊充填模式分為3種類(lèi)型：過(guò)充填湖泊、平衡充填湖泊和欠充填湖泊。本文僅研究中-上中新統(tǒng)主力儲(chǔ)層段，Albert湖凹陷未見(jiàn)石膏、鹽巖沉積，且地震反射剖面上前積特征不明顯(圖4)，推測(cè)中新世Albert湖屬于平衡充填湖泊。根據(jù)巖相組合與孢粉豐度對(duì)研究區(qū)地層進(jìn)行層序劃分，共識(shí)別出4個(gè)三級(jí)層序(圖5)。北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶以沿長(zhǎng)軸方向的緩坡三角洲沉積為主，兩側(cè)發(fā)育沿短軸方向的沖積扇-扇三角洲沉積體系，中中新世與晚中新世沉積相的展布存在較大差異。

圖4 北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶典型地震剖面圖(剖面位置見(jiàn)圖7)Fig.4 Typical seismic profiles of northern accommodation zone

圖5 北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶A--1井層序劃分圖Fig.5 Well A--1 sequence division of northern accommodation zone

3.1 中中新世

中中新世早期S1層序，Albert湖凹陷斷裂帶開(kāi)始活動(dòng)，在主斷層的下降盤(pán)，形成沖積扇-淺水沼澤沉積體系，在起伏的盆地基底上(圖4)，沉積了雜色泥巖和含礫粗砂巖，砂巖泥質(zhì)含量高(圖6)。S1層序藻類(lèi)和孢粉含量低，僅A-1井及周邊鉆井的藻類(lèi)含量較高，其中季節(jié)性水體中生長(zhǎng)的空星藻Coelastrum含量與穩(wěn)定水體葡萄藻Botryoccus和流動(dòng)水體盤(pán)星藻Pediastrum含量相近，顯示該時(shí)期湖泊范圍小，水體淺。

中中新世中晚期S2和S3層序，進(jìn)一步拉張下陷，湖水?dāng)U張至北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶，西部物源充足，發(fā)育曲流河-三角洲沉積體系(圖7a)。該地區(qū)坡度小，湖水振蕩頻繁，曲流河與三角洲平原分流河道發(fā)育，河道垂向上表現(xiàn)為正粒序，具有二元結(jié)構(gòu)，底部為含礫砂巖，之上為中細(xì)砂巖，可見(jiàn)斜層理和交錯(cuò)層理；上部為泥質(zhì)粉砂巖，平行層理較為發(fā)育。C-1井藻類(lèi)含量少，蕨類(lèi)孢子含量多，以曲流河沉積環(huán)境為主，S2砂地比高達(dá)64%；A-1井S2層序與S1層序相比，空星藻含量顯著降低，葡萄藻含量增加，且蕨類(lèi)孢子含量有所增加，水生、沼生蕨類(lèi)孢子Laevigatosporites屬和土生和附生蕨類(lèi)孢子Cyathidites較豐富。S3層序葡萄藻含量減少，盤(pán)星藻含量增加，蕨類(lèi)孢子含量顯著增加，表明該時(shí)期氣候濕潤(rùn)，降水量增大，河流的徑流量增加，湖泊范圍擴(kuò)大。A-1井為三角洲平原沉積，泥巖沉積增加，砂地比降至43%，單個(gè)河道砂體厚度0.5～1.5 m，以多期河道疊加為主，最大的疊置河道砂巖厚度12 m。研究區(qū)西部河道沉積在測(cè)井曲線上以箱形和鐘形為主(圖6)，地震剖面上呈弱振幅、中-高頻、不連續(xù)地震反射特征(圖4)。

東部以季節(jié)性洪水為主，發(fā)育沖積扇-扇三角洲沉積體系。H-1井鄰近物源區(qū)，發(fā)育沖積扇，由于母巖以片巖和片麻巖為主，風(fēng)化殼中高嶺石含量高，泥石流沉積中泥質(zhì)含量高，砂地比36%，砂巖粒度較粗，測(cè)井曲線上呈鋸齒狀箱形和鐘形(圖6)。I-1井與A-1井相比，藻類(lèi)含量少，尤其是缺少盤(pán)星藻，水生、沼生蕨類(lèi)孢子Laevigatosporites屬和土生和附生蕨類(lèi)孢子Cyathidites較豐富，以扇三角洲平原沉積為主，S2層序上部為濱淺湖沉積，S3層序上部夾煤層，部分砂巖可能來(lái)自于西部曲流河-三角洲沉積體系，砂巖厚度小，砂地比僅為29%，測(cè)井曲線上呈鐘形。I-1井東部沉積體在地震剖面上呈弱振幅、中-高頻和較連續(xù)地震反射特征，連續(xù)性好于西部(圖4)。

圖6 北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶連井對(duì)比圖Fig.6 Wells correlation of northern accommodation zone

3.2 晚中新世

晚中新世S4層序隨著邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，湖盆范圍不斷擴(kuò)大，河流-三角洲體系向北東方向退卻(圖7b)。C-1井S4層序下部分流河道砂體厚度>20 m(圖6)，但砂巖粒度明顯小于中中新統(tǒng)砂巖，以細(xì)砂巖為主。C-1井藻類(lèi)與孢粉含量未變，仍處于三角洲平原沉積環(huán)境。A-1井以三角洲前緣的薄層細(xì)砂巖與泥巖互層為主，單砂層厚度減小，砂地比26%(圖6)。A-1井葡萄藻含量和盤(pán)星藻含量均有所增加，但蕨類(lèi)孢子含量快速下降，表明研究區(qū)大部分為湖泊覆蓋。測(cè)井曲線上呈鐘形和漏斗形，地震剖面上呈中振幅、中-低頻、連續(xù)反射特征(圖4)。

東部沖積扇-扇三角洲沉積體系范圍縮小，向湖延伸不遠(yuǎn)。I-1井葡萄藻和盤(pán)星藻含量均顯著增加，水生、沼生蕨類(lèi)孢子Laevigatosporites屬增加，而土生和附生蕨類(lèi)孢子Cyathidites缺失，I-1井為濱淺湖沉積環(huán)境，且砂巖不發(fā)育。地震反射特征為弱-中振幅、中-低頻、不連續(xù)，變?yōu)橹?強(qiáng)振幅、連續(xù)反射的淺湖地震相。H-1井為扇三角洲前緣沉積，河口壩細(xì)砂巖分選好，水下分流河道細(xì)-粗粒砂巖分選差，見(jiàn)巖屑礫石，測(cè)井曲線上呈齒狀箱型，顯示多期水下分流河道的疊加，S4層序砂巖厚，砂地比47%。東部地震剖面上呈中振幅、中-高頻和連續(xù)反射特征，其連續(xù)性仍好于西部(圖4)。

圖7 Albert湖凹陷中中新世(a)和晚中新世(b)沉積相圖Fig.7 Sedimentary facies of Lake Albert sag in Middle Miocene (a) and Late Miocene (b)

4 油氣成藏模式

通過(guò)油源對(duì)比表明，目前發(fā)現(xiàn)的油氣藏均來(lái)自中-上中新統(tǒng)深湖-半深湖相烴源巖(圖3)，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以藻類(lèi)和菌類(lèi)為主，TOC值為3.1%～9.8%，平均值6.0%，HI值為392～555 mg/g，TOC平均值為469 mg/g TOC。地化分析顯示，這套烴源巖生烴門(mén)限為2 550 m，生烴高峰3 500 m，現(xiàn)今正處于生排烴高峰[9]。A油田油藏埋深約700 m，地面原油密度0.863～0.888 g/cm3, C油田油藏埋深400 m，地面原油密度0.924～0.946 g/cm3，生物降解程度低，顯示了研究區(qū)晚期成藏的特點(diǎn)。

北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶成藏條件優(yōu)越，油氣十分豐富，占盆地已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量的80%，東部和西部均發(fā)育厚度達(dá)300 m的前三角洲-淺湖泥巖蓋層，使油氣以側(cè)向運(yùn)移為主，散失量小。Albert湖凹陷砂巖儲(chǔ)層物性好，三角洲平原分流河道孔隙度一般為30%～40%，最高可達(dá)45%，滲透率一般在2 000 mD以上，最高達(dá)40 000 mD[5]。全新世裂陷末期凹陷周緣抬升，引起北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶地層大角度傾斜，地層傾角平均值3.1°，加之生烴區(qū)內(nèi)部斷層欠發(fā)育，地層產(chǎn)狀呈水平或近于水平，油氣向短軸方向運(yùn)移不暢，油氣優(yōu)先且高效地沿長(zhǎng)軸方向的三角洲砂體向其高部位運(yùn)移，形成旁生側(cè)儲(chǔ)的運(yùn)移模式(圖8)。

構(gòu)造調(diào)節(jié)帶內(nèi)部油氣分布存在較大差異，西部A、B、C、D油田儲(chǔ)量占整體調(diào)節(jié)帶的82%，油氣分布于S3層序和S4層序，C1井油層厚度43 m。除了其構(gòu)造圈閉面積大，斷距大，圈閉閉合幅度高的構(gòu)造原因外，沉積特征的差異也是重要的因素。構(gòu)造調(diào)節(jié)帶西部河流-三角洲沉積體系砂體發(fā)育，且延伸距離遠(yuǎn)(約70 km)，直接與深湖相烴源巖連通，成為油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移區(qū)，而東部沖積扇-扇三角洲沉積體系延伸距離短，油氣難以向其大規(guī)模供烴，少量油氣來(lái)自西部供給，油氣發(fā)現(xiàn)僅占整體調(diào)節(jié)帶的18%，J油田鄰近南部生烴區(qū)(圖1)，S1～S4層序皆鉆遇優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層，僅在S1層序揭示油層，其他層序?yàn)樗畬樱砻鳂?gòu)造調(diào)節(jié)帶內(nèi)部油氣富集的差異也受沉積作用的控制。

圖8 Albert湖凹陷北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶油氣成藏模式圖Fig.8 Oil accumulation model in northern accommodation zone, Lake Albert Sag

5 結(jié)論

(1)Albert湖凹陷中新世處于強(qiáng)裂陷階段，沉積環(huán)境橫向變化快，不具備淺水三角洲的發(fā)育條件。其北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶西部以沿湖盆長(zhǎng)軸方向的曲流河-三角洲沉積體系為主，三角洲規(guī)模大，坡度小，砂巖沉積體向湖延伸遠(yuǎn)。東部發(fā)育沿短軸方向的沖積扇-扇三角洲沉積體系，扇三角洲規(guī)模小，河道砂體延伸距離短。

(2)構(gòu)造調(diào)節(jié)帶西部曲流河-三角洲沉積體系砂體發(fā)育，且延伸距離遠(yuǎn)，直接與深湖相烴源巖連通，成為油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移區(qū)，而東部沖積扇-扇三角洲沉積體系延伸距離短，油氣難以向其大規(guī)模供烴，少量油氣來(lái)自西部供給，油氣發(fā)現(xiàn)占比小。