巴基斯坦印度扇近海盆地油氣地質(zhì)條件分析

劉金萍，王改云，簡(jiǎn)曉玲，胡小強(qiáng)，杜 民，成 古

(1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075；3.廣東省地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；4.中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510275)

0 引 言

印度扇是世界第二大深水扇(Clift et al.,2002；江凱禧等，2016)，位于巴基斯坦專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的上印度扇及其相鄰的淺水陸棚區(qū)(即印度扇近海盆地)的勘探潛力備受關(guān)注，該區(qū)尚處于勘探早期，除淺水陸架區(qū)鉆獲天然氣外，油氣勘探并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，諸多研究也因缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難以開(kāi)展。利用多道二維地震及有限的鉆井等各類地質(zhì)資料，綜合分析印度扇近海盆地的油氣地質(zhì)條件及含油氣系統(tǒng)特征，為該區(qū)后續(xù)油氣勘探提供基礎(chǔ)支撐。

1 地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

巴基斯坦海域西部為發(fā)育于歐亞板塊之上的馬克蘭增生楔，東部為發(fā)育于印度板塊之上的印度扇近海盆地。巴基斯坦印度扇近海盆地指位于巴基斯坦海域默里海嶺與印巴邊界之間的新生代裂谷型被動(dòng)大陸邊緣盆地，該盆地可劃分為3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，自西向東依次為默里脊、派肯坳陷(含派肯凹陷和索拉什特拉凸起)及拉客西米隆起，呈兩隆夾一坳的構(gòu)造格局(圖1)，除涵蓋上印度扇近海區(qū)域外，其東北部還包括印度河三角洲部分區(qū)域。

圖1 印度扇近海盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐质疽鈭DFig.1 Schematic diagram of tectonic division in the offshore Indus Basin

印度扇近海盆地的勘探受到諸多油氣公司的關(guān)注，但至今尚未取得商業(yè)性發(fā)現(xiàn)(龔建明等，2019)。目前有鉆井14口，僅其中1口井(Pakcan-1井)在陸架區(qū)鉆遇天然氣，但未達(dá)到工業(yè)開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)，最新的Kekra-1井于2019年完鉆，也未鉆遇好的油氣顯示，鉆探失利的主要原因是烴源巖不落實(shí)，儲(chǔ)集條件較差。

綜合研究認(rèn)為，印度扇近海盆地經(jīng)歷了3個(gè)主要構(gòu)造演化階段：晚白堊世末期—早古新世的裂陷階段、古新—始新世的熱沉降階段、漸新世—第四紀(jì)的新構(gòu)造沉降階段。漸新世—第四紀(jì)新構(gòu)造期，隨著印度板塊向北移動(dòng)并遠(yuǎn)離留尼汪島地幔熱點(diǎn)，印度扇近海盆地快速沉降，來(lái)自印度河的大量碎屑物質(zhì)輸入，致漸新世以來(lái)堆積了近萬(wàn)米的巨厚沉積物(Clift et al.,2001；Carmichael,et al.,2009；王改云等，2021)。

1.2 地層

鉆井資料揭示了研究區(qū)地層發(fā)育情況：位于盆地主體部位的Pak-G2-1井鉆遇發(fā)育于海山上的始新統(tǒng)碳酸鹽沉積，厚310 m(未鉆穿)；位于陸架區(qū)的Karachi South A-1井鉆遇的漸新統(tǒng)厚約1 213 m，巖性以灰?guī)r為主，見(jiàn)泥灰?guī)r和鈣質(zhì)頁(yè)巖夾層及鈣質(zhì)砂巖條帶；Indus Marine B-1井鉆遇中新統(tǒng)，最大厚度為3 300 m(未鉆穿)，巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖夾煤層?；诙S地震資料及鉆井資料，對(duì)印度扇近海盆地進(jìn)行了構(gòu)造地層綜合解釋，根據(jù)地震反射特征初步識(shí)別出7個(gè)地震反射界面，自下而上分別為Tg、T4、T3、T2-2、T2-1、T2、T1。通過(guò)區(qū)域井震資料的對(duì)比(Calvès et al.,2008；Khan et al.,2016)，認(rèn)為上述地震反射界面分別對(duì)應(yīng)古新—始新統(tǒng)底界(基底)、漸新統(tǒng)底界、中新統(tǒng)下層底界、中新統(tǒng)中層底界、中新統(tǒng)上層底界、上新統(tǒng)底界以及更新—全新統(tǒng)底界(圖2)。

剖面上可見(jiàn)古新—始新世熱沉降階段在德干火山基底之上發(fā)育的碳酸鹽巖臺(tái)地，同期的深海沉積充填于其間的構(gòu)造低部位(圖3)。漸新世以來(lái)，地層分布穩(wěn)定、少有地層缺失，各地震反射界面較為連續(xù)，斷裂多分布于上新統(tǒng)、第四系，且斷距較小，下部地層少有斷層發(fā)育。

2 油氣地質(zhì)條件

圖2 印度扇近海盆地地震資料解釋剖面 Fig.2 Interpretation profile of seismic data in the offshore Indus Basin

圖3 印度扇近海盆地碳酸鹽巖臺(tái)地解釋剖面 Fig.3 Carbonate platform interpretation section of the offshore Indus Basin

2.1 烴源巖條件

印度扇近海盆地包括淺水陸棚區(qū)以及深水區(qū)(1 500～2 800 m)，淺水陸棚區(qū)鉆井較多，但盆地主體所在的深水區(qū)鉆井稀少，且僅有的3口深水探井并未完整揭露凹陷的下部地層。印度扇淺水陸棚區(qū)的鉆井揭示，該區(qū)的主要烴源巖可能有白堊紀(jì)、古新—始新世以及中新世的泥頁(yè)巖，暫未有鉆井證實(shí)存在漸新世烴源巖。

江凱禧等(2016)利用印度扇深水區(qū)及淺水陸棚區(qū)的地震、測(cè)井、巖芯、地球化學(xué)等資料，深入研究了印度扇深水區(qū)古新—始新世烴源巖特征，認(rèn)為古新—始新世烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅱ型-Ⅲ型干酪根為主，為混合型生源母質(zhì)，空間分布廣、厚度大，具有一定的生烴潛力，推測(cè)該套烴源巖應(yīng)為印度扇近海盆地的主力烴源巖層系。由于離陸源區(qū)較遠(yuǎn)，陸相有機(jī)質(zhì)輸入會(huì)有一定程度的減弱，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度受沉積期古海洋生產(chǎn)力的影響較大。

陸架區(qū)鉆探的Pakcan-1井在中新統(tǒng)2 725～3 090 m深度鉆遇較厚泥巖，wTOC在0.55%～3.24%之間，Ro在0.6%～0.9%之間，證實(shí)該區(qū)域中新世烴源巖條件較好，在該套烴源巖之上的砂巖中也檢測(cè)到少量天然氣。結(jié)合地層發(fā)育特征，推測(cè)印度扇近海盆地的主要烴源巖應(yīng)為古新—始新世和中新世的泥頁(yè)巖。

2.2 儲(chǔ)層和蓋層

2.2.1 儲(chǔ)層條件 研究認(rèn)為印度扇盆地儲(chǔ)集層可能有2套，即中新統(tǒng)和上更新統(tǒng)河道與席狀砂巖、古近系生物礁碳酸鹽巖。

鉆井資料顯示，Anne-1井鉆遇中新統(tǒng)下層砂巖儲(chǔ)層，該套砂巖儲(chǔ)層位于盆地西緣臨近默里脊的泥底辟形成的大型背斜中。Pakcan-1井與Pak-G2-1井中新統(tǒng)發(fā)育多套扇三角洲-水下扇碎屑巖儲(chǔ)層，砂巖分選較差，砂巖單層厚度多為10～20 m，孔隙度多為18%～25%，滲透率多為0.1～0.5 μm2(唐志遠(yuǎn)等，2018)。Pak-G2-1井揭示的位于基底德干火成巖之上的碳酸鹽巖孔隙度>20%，表明古新—始新統(tǒng)碳酸鹽巖或淺灘灰?guī)r也可能為研究區(qū)較好的儲(chǔ)集層。

2.2.2 蓋層條件 上新—更新統(tǒng)的印度扇近海盆地發(fā)育規(guī)模較大的河道-天然堤體系，Carmichael等(2009)根據(jù)地震反射特征對(duì)其進(jìn)行了識(shí)別和刻畫(huà)，認(rèn)為河道-天然堤體系中的河道砂與席狀砂是區(qū)內(nèi)潛在的有利儲(chǔ)層(圖4)。漸新—更新統(tǒng)河道均較發(fā)育，垂向河道遷移和疊加特征明顯。東北方向的印度河為印度扇近海盆地提供了豐富的物源。在形成規(guī)模巨大的河道-堤壩沉積體系的同時(shí)，因多期河道的發(fā)育、侵蝕、沖刷，全區(qū)缺少連續(xù)分布的泥巖蓋層，但局部泥巖蓋層較發(fā)育，特別是中新統(tǒng)中上部厚度較大的泥巖層廣泛分布，可作為區(qū)域蓋層。

2.3 圈閉特征

印度扇近海盆地圈閉主要包括基底火山上部的碳酸鹽巖圈閉、披覆于基底火山之上的背斜圈閉、基底火山側(cè)向遮擋形成的地層圈閉、默里海脊東南側(cè)地層上超尖滅形成的地層圈閉、中新統(tǒng)下切河道砂體形成的巖性圈閉等(圖5)，在地震剖面上均易于識(shí)別，可見(jiàn)研究區(qū)的圈閉條件較落實(shí)。

圖4 印度扇近海盆地上新—更新統(tǒng)河道體系分布示意圖(據(jù)Carmichael et al.,2009修編)Fig. 4 Distribution diagram of Upper Pliocene-Pleistocene channel system in the offshore Indus Basin(modified from Carmichael et al.,2009)

圖5 印度扇近海盆地地震剖面上識(shí)別出的多種類型圈閉(a)、(b) 地震解釋剖面圖；(c)、(d) 不同圈團(tuán)類型示意圖Fig. 5 Multiple types of traps identified in seismic profiles of the offshore Indus Basin (a),(b) Seismic interpretation sections;(c),(d) Schematic diagrams of different trap types

3 綜合分析

3.1 烴源巖

圖6 烴源巖熱演化史與埋藏史綜合剖面圖Fig.6 Comprehensive profile of thermal evolution history and burial history of source rocks

預(yù)測(cè)研究區(qū)發(fā)育古新—始新世、漸新世(可能的)和早中新世烴源巖，地震資料顯示這3套烴源巖具有一定的厚度。地溫梯度研究表明，受基底地殼類型影響，印度扇近海盆地具有3種類型地溫梯度，分別是陸殼型地溫梯度4～5 ℃/100 m，過(guò)渡帶型地溫梯度3～4 ℃/100 m，洋殼型地溫梯度2～3 ℃/100 m(江凱禧等，2016)。印度扇近海盆地呈相對(duì)較高的陸殼型地溫梯度，烴源巖后期生烴演化相對(duì)要早。研究區(qū)烴源巖熱演化史的模擬結(jié)果(圖6)顯示：區(qū)內(nèi)漸新世末期開(kāi)始快速埋深，古新—始新世烴源巖、漸新世早期的烴源巖(可能的)熱演化程度快速增加，進(jìn)入生排烴窗?，F(xiàn)今，古新—始新世烴源巖處于過(guò)成熟階段(Ro>2.0%)，漸新世烴源巖(可能的)處于高—過(guò)成熟階段(Ro為1.3%～2.0%，底部Ro>2.0%)，中新世早期的烴源巖處于生油窗內(nèi)的成熟階段(Ro>0.7%)。僅從熱演化程度來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)的3套烴源巖應(yīng)具有一定的生油氣能力。

3.2 含油氣系統(tǒng)

研究區(qū)儲(chǔ)層主要為古新—始新統(tǒng)碳酸鹽巖和中新—上新統(tǒng)河道砂巖。古新—始新統(tǒng)碳酸鹽巖主要發(fā)育在德干火成巖基底之上；在中新世中—晚期，河流-三角洲相發(fā)育，因此中新—上新統(tǒng)河道砂巖儲(chǔ)層發(fā)育較廣。這2套儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性均較好，為油氣聚集提供了較有利的儲(chǔ)集條件。

漸新世末期—中新世早期，古新—始新世烴源巖和漸新世烴源巖(可能的)開(kāi)始進(jìn)入生烴門限，研究區(qū)含油氣系統(tǒng)開(kāi)始油氣的生成→運(yùn)移→聚集，此時(shí)生成的油氣可以在始新世時(shí)期形成于基底火成巖之上的碳酸鹽巖圈閉、披覆于基底火山之上的背斜圈閉、基底火山側(cè)向遮擋形成的地層圈閉等處聚集成藏。

中新世中—晚期，由于河道發(fā)育，區(qū)內(nèi)形成了諸多地層圈閉和巖性圈閉，至中新世末期，古新—始新世烴源巖和漸新世烴源巖(可能的)處于高—過(guò)成熟階段，中新世早期烴源巖處于生油窗內(nèi)的成熟階段，其生成的油氣能夠在有利的地層和巖性圈閉中聚集成藏。

至現(xiàn)今，烴源巖的生排烴過(guò)程仍在持續(xù)，油氣能夠通過(guò)優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道運(yùn)移至古新—始新統(tǒng)和中-上新統(tǒng)的有利圈閉中聚集成藏。研究區(qū)上新統(tǒng)—第四系缺少區(qū)域蓋層，僅能依靠古新—中新統(tǒng)內(nèi)部的局部蓋層及中新統(tǒng)中—上層的區(qū)域蓋層對(duì)已聚集的油氣進(jìn)行封蓋，因此，綜合考慮認(rèn)為研究區(qū)含油氣系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)期為中新世末期(圖7)。

3.3 油氣成藏預(yù)測(cè)模式

印度扇近海盆地在中新統(tǒng)和漸新統(tǒng)存在聚集生物成因和熱成因天然氣的可能。印度河物源區(qū)向近海盆地輸送了大量沉積物，且中新世沉積速率較快，易形成大量濁積沉積，多條斷至基底的深大斷裂為油氣運(yùn)移提供了良好通道，中新統(tǒng)中—上層廣泛發(fā)育的區(qū)域蓋層為油氣藏發(fā)育提供了較好的條件(圖8)。

綜上，研究區(qū)具備基本的油氣地質(zhì)條件和時(shí)空配置關(guān)系，但盆地?zé)N源巖條件尚未探明，包括烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度、分布范圍和厚度及層系等，均需進(jìn)一步獲取實(shí)測(cè)資料來(lái)證實(shí)，目前較難客觀地評(píng)價(jià)研究區(qū)的油氣資源潛力。

4 結(jié) 論

(1)印度扇近海盆地發(fā)育巨厚的新生代地層，烴源巖主要為古新—始新世暗色泥巖，儲(chǔ)層主要為中新統(tǒng)和上更新統(tǒng)河道和席狀砂巖、古近系生物礁碳酸鹽巖，圈閉主要為基底火山上部的碳酸鹽巖圈閉、披覆于基底火山之上的背斜圈閉、基底火山側(cè)向遮擋形成的地層圈閉、默里海脊東南側(cè)地層上超尖滅形成的地層圈閉、中新統(tǒng)下切河道砂體形成的巖性圈閉等。

圖7 含油氣系統(tǒng)事件圖Fig.7 Event diagram of petroliferous system

圖8 巴基斯坦印度扇近海盆地油氣成藏預(yù)測(cè)模式圖1-火成巖；2-三角洲砂巖;3-碳酸鹽巖；4-水下河道砂巖；5-泥巖；6-氣藏Fig. 8 Prediction model of hydrocarbon accumulation of the offshore Indus Basin,Pakistan

(2)印度扇近海盆地具備基本的油氣地質(zhì)條件和時(shí)空配置關(guān)系，含油氣系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)期為中新世末期，但盆地?zé)N源巖條件尚未探明，需進(jìn)一步勘探以查明盆地油氣勘探潛力。