塞內(nèi)加爾盆地北部次盆白堊系烴源巖地球化學(xué)特征及分布

李越哲 殷 杰 王振奇

（長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

0 引 言

塞內(nèi)加爾盆地是現(xiàn)今除巴西以外沿大西洋邊緣開(kāi)發(fā)的最大油氣系統(tǒng)[1‐3］，目前進(jìn)行了2 次較大規(guī)模的油氣勘探[4］，隨著勘探成果的不斷擴(kuò)大[5‐6］，該盆地已成為非洲西北海域新興的油氣盆地，具有巨大的勘探潛力。

塞內(nèi)加爾盆地是在泛大陸解體期間形成的被動(dòng)大陸邊緣擴(kuò)張盆地[7‐8］，陸架總體呈“南陡北緩”地貌特征[9‐14］，根據(jù)前人及鉆探公司勘探實(shí)踐證實(shí)，該盆地主要有3 個(gè)沉積單元存在油氣潛力[15‐16］，即與晚侏羅世烴源巖相關(guān)的侏羅系—下白堊統(tǒng)的碳酸鹽巖儲(chǔ)集帶、下白堊統(tǒng)及上白堊統(tǒng)的硅質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)集帶以及新生代的碳酸鹽和硅質(zhì)碎屑混合沉積，其中白堊系油氣藏是盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最重 要 的 油 氣 藏[17‐18］。

研究區(qū)大部分區(qū)域處于未開(kāi)發(fā)階段，隨著油氣勘探的逐步深入，盆地內(nèi)烴源巖識(shí)別與分布越來(lái)越受到重視，需要對(duì)白堊系主力烴源巖層系進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，為后續(xù)建立油氣成藏模式奠定理論基礎(chǔ)。前人主要針對(duì)塞內(nèi)加爾盆地上白堊統(tǒng)烴源巖進(jìn)行了研究，而缺乏對(duì)北部次盆上、下白堊統(tǒng)烴源巖特征進(jìn)行差異對(duì)比、分布預(yù)測(cè)及綜合分析。本文基于塞內(nèi)加爾盆地北部次盆白堊系2 套烴源巖的地質(zhì)、地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)資料，系統(tǒng)研究了上、下白堊統(tǒng)烴源巖特征，并結(jié)合烴源巖測(cè)井相、地震相，對(duì)北部次盆主力烴源巖層的分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，為西非北段海上油氣勘探增儲(chǔ)和戰(zhàn)略選區(qū)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塞內(nèi)加爾盆地位于北緯10°50′～22°50′、西經(jīng)17°30′～13°30′的范圍內(nèi)，是西非海岸最大的中新生代盆地[19］。盆地以大型轉(zhuǎn)換斷層為界，由北向南依次分為毛里塔尼亞次盆、北部次盆和卡薩芒斯次盆（圖1），目前北部次盆是油氣產(chǎn)出的重點(diǎn)區(qū)域，也是本次研究區(qū)。

圖1 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆位置及井位Fig. 1 Location and well locations of Northern Sub-basin in Senegal Basin

北部次盆是早二疊世時(shí)期伴隨北大西洋裂開(kāi)而形成的典型被動(dòng)大陸邊緣盆地，同時(shí)也是在二疊系—三疊系裂谷體系上發(fā)育的中生界至新近系盆地。塞內(nèi)加爾盆地的構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了裂陷期、過(guò)渡期及漂移期3 個(gè)階段[20‐21］，其中本次研究的目的層白堊系A(chǔ)lbian 期屬于漂移期的中、早期，Cenomanian、Turonian 期屬于漂移期的中期，此時(shí)期盆地內(nèi)大部分地區(qū)發(fā)生了海侵（圖2）。

圖2 塞內(nèi)加爾盆地地層綜合柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)[4]修改）Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of Senegal Basin (modified from reference [4])

從三疊紀(jì)至今，塞內(nèi)加爾盆地沉積物厚度平均為1 500 m[22］。受地塹控制，塞內(nèi)加爾盆地裂陷初期發(fā)育河流?三角洲?湖泊沉積體系，裂陷后期由于物源供給較少，研究區(qū)發(fā)育了巨厚的局限鹽巖沉積，一直持續(xù)到中侏羅世。從中侏羅世開(kāi)始，塞內(nèi)加爾盆地進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣階段，早白堊世Albian期由于北部次盆陸源供給充沛，碳酸鹽巖發(fā)育面積不大，巖性以三角洲相的砂巖、海相暗色泥巖為主；晚白堊世Cenomanian?Turonian 期海平面相對(duì)上升，陸源供給相對(duì)Albian 時(shí)期較為匱乏，陸架邊緣三角洲的面積向物源方向收斂，北部次盆陸架邊緣以西多發(fā)育粉砂質(zhì)泥巖及暗色泥頁(yè)巖，以淺海及濁積扇沉積為主，為烴源巖提供良好的發(fā)育條件。

2 烴源巖地球化學(xué)特征

塞內(nèi)加爾北部次盆白堊紀(jì)廣泛發(fā)育海相地層，從巖性上來(lái)看，Albian 期北部次盆主要發(fā)育中?細(xì)砂巖及泥巖，Cenomanian?Turonian 期北部次盆發(fā)育粉砂巖及泥頁(yè)巖。

塞內(nèi)加爾北部次盆樣品測(cè)試數(shù)據(jù)揭示，研究區(qū)白堊系所發(fā)育的2 套海相烴源巖分別為下白堊統(tǒng)Albian 階烴源巖和上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonnian階烴源巖。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度及干酪根類(lèi)型

2.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

塞內(nèi)加爾北部次盆下白堊統(tǒng)Albian 階海相烴源巖豐度較高，其中w（TOC）為1%~2%的比例約為25%，大于2%的比例約為22%（圖3），氫指數(shù)（IH）為200～350 mg/g。

圖3 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆白堊系烴源巖w(TOC)Fig. 3 w(TOC) of Cretaceous source rocks in Northern Sub-basin of Senegal Basin

北部次盆南部Y 井下白堊統(tǒng)Albian 階海相烴源巖w（TOC）為1.0%～4.0%，平均為2%，有機(jī)質(zhì)豐度高，烴源巖S1+S2平均值為9.4 mg/g，生烴潛力較好（圖4）；北部次盆北部的L 井鉆遇了下白堊統(tǒng)Albian 階半深海相烴源巖，為中?好烴源巖，w（TOC）為0.6%～2.0%，烴源巖S1+S2平均值為3.3 mg/g，生烴潛力較好。

圖4 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆白堊系烴源巖S1+S2與w（TOC）關(guān)系Fig. 4 Relationship between S1+S2 and w（TOC） of Northern Sub-basin in Senegal Basin

上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階烴源巖是次盆中廣泛分布的一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，北部次盆w（TOC）大于2%的比例約為28%（圖3）。，烴源巖S1+S2平均值為6.8 mg/g，生烴潛力較好（圖4）。北部次盆南部Y 井上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian階烴源巖w（TOC）平均為2%，烴源巖S1+S2平均值為12.1 mg/g，干酪根類(lèi)型為Ⅱ1型；北部次盆北部 鉆 遇 了 Cenomanian?Turonian 階 的 L 井，w（TOC）為1%～5%，平均值為2.95%，烴源巖S1+S2平均值為11.8 mg/g，生烴潛力較好。

2.1.2 干酪根類(lèi)型

根據(jù)北部次盆巖石熱解分析資料對(duì)其干酪根類(lèi)型進(jìn)行了劃分（圖5）。在北部次盆中，下白堊統(tǒng)Albian 階烴源巖Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根居多，Ⅲ型干酪根對(duì)應(yīng)的烴源巖取樣位置基本都在靠陸方向，明顯受到了陸源高等植物輸入的干擾；上白堊統(tǒng)的Cenomanian?Turonian 階烴源巖干酪根類(lèi)型以Ⅱ型、Ⅲ型為主，北部的L 井干酪根類(lèi)型以Ⅱ1型、Ⅱ2型為主。整體來(lái)看北部次盆烴源巖樣品呈現(xiàn)出混合型干酪根的特征。

圖5 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆各層位巖石熱解干酪根類(lèi)型劃分Fig. 5 Classification of kerogen types by rock-eval pyroly‐sis for each horizon of Northern Sub-basin in Senegal Basin

2.2 成熟度及生烴史

利用盆地模擬軟件，結(jié)合剝蝕量計(jì)算結(jié)果及所搜集層位數(shù)據(jù)、古水深、沉積水界面溫度、古熱流等數(shù)據(jù)，得出次盆內(nèi)烴源巖的成熟度演化。距今83 Ma 時(shí)，Albian 期地層發(fā)生輕微抬升，北部次盆陸架邊緣南部的Y 井所處地層埋深較大，Turonian階上部烴源巖在埋深3 000 m 時(shí)進(jìn)入生烴門(mén)限，對(duì)應(yīng)時(shí)代為距今50 Ma。隨著埋深的增加，烴源巖成熟度不斷升高，距今26 Ma 時(shí)大量生成液態(tài)石油。Cenomanian 階烴源巖在埋深約3 300 m 時(shí)進(jìn)入生烴門(mén)限，對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)間為65 Ma。烴源巖熱演化程度主要受控于烴源巖層段的埋藏深度，根據(jù)鏡質(zhì)體反射率Ro、熱解烴S2與深度的關(guān)系分析認(rèn)為，塞內(nèi)加爾盆地白堊系烴源巖埋深約3 000 m 時(shí)有機(jī)質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入生烴門(mén)限，即Ro達(dá)到了0.5%；在埋深約3 500 m 時(shí)，進(jìn)入生油高峰。

2.3 生物標(biāo)志化合物

北部次盆的南部 Y 井的 Albian 階、Cenomanian?Turonian 階有機(jī)分子地球化學(xué)特征（圖6）表明，2 套白堊系烴源巖姥植比均大于1，且C31升藿烷至C35升藿烷在峰度上呈逐漸遞減，并未明顯觀察到C35升藿烷富集。2 組參數(shù)顯示，Y 井白堊系烴源巖均發(fā)育于弱還原環(huán)境。同時(shí)伽馬蠟烷峰度明顯偏低，這與姥植比、升藿烷分布特征相應(yīng)對(duì)，表明烴源巖形成時(shí)期水體未形成明顯分層，從而并不具備有機(jī)質(zhì)良好保存條件。但Y 井的TIC 圖（總離子流譜圖）顯示正構(gòu)烷烴主峰碳數(shù)明顯偏低，有顯著的“前峰”型特征，同時(shí)C27規(guī)則甾烷相對(duì)于C28、C29規(guī)則甾烷明顯富集，呈不規(guī)則“L”狀，這2 種現(xiàn)象均表明Y 井白堊系烴源巖生源構(gòu)成主要由藻類(lèi)貢獻(xiàn)，陸源有機(jī)質(zhì)供給極少。綜合來(lái)看，Albian 階、Cenomanian?Turonian 階2 套烴源巖發(fā)育時(shí)期水體雖然呈弱還原環(huán)境，但是具有藻類(lèi)貢獻(xiàn)為主的高有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力。

圖6 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆南部Y井烴源巖生物標(biāo)志化合物GC/MS質(zhì)譜Fig. 6 GC/MS mass spectra of biomarker compounds in source rock of Well Y in south of Northern Sub-basin in Senegal Basin

2.4 北部次盆烴源巖差異

塞內(nèi)加爾盆地北部次盆發(fā)育下白堊統(tǒng)Albian 階和上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階共2 套海相烴源巖，但是這2 套烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度和干酪根類(lèi)型在北部次盆南北部具有一定差異。以達(dá)喀爾（Dakar）為界，北部次盆北部的2 套烴源巖豐度較低，同時(shí)生烴潛力也不高，例如Ca 井和Ga 井，2套烴源巖的w（TOC）平均值為0.5%，IH平均值小于100 mg/g；而北部次盆南部的Y 井和L 井，2 套烴源巖的w（TOC）普遍大于1%，有不少樣品超過(guò)2%，IH平均值大于300 mg/g。

塞內(nèi)加爾盆地的北部次盆南部下白堊統(tǒng)Albian階和上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階烴源巖干酪根類(lèi)型普遍以Ⅱ1型為主，少數(shù)達(dá)到了Ⅰ型；而北部次盆北部的2 套烴源巖干酪根類(lèi)型以Ⅱ2—Ⅲ型為主。

北部次盆南北部烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和干酪根類(lèi)型分布的差異，主要是由于南北部的沉積環(huán)境不同而形成的。受幾內(nèi)亞高原的隆升作用影響，早白堊世北部次盆南部發(fā)生了差異抬升，發(fā)育近南北向展布的大型正斷層，斷層上升盤(pán)緩慢抬升，加之物源供應(yīng)很弱，水體較淺，適于碳酸鹽巖的生長(zhǎng)和發(fā)育，因此形成以正斷層為邊界的寬闊碳酸鹽巖臺(tái)地，正斷層的下降盤(pán)由于水體深，加上碳酸鹽巖臺(tái)地阻擋了沉積物的供給，主要以泥巖沉積為主，陸源沉積物供給貧乏（圖7（a））；北部次盆北部構(gòu)造活動(dòng)較弱，僅后期在陸架坡折位置發(fā)育次生正斷層，基本不發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地，斷層下降盤(pán)的沉積物直接受到塞內(nèi)加爾古水系的影響，陸源貢獻(xiàn)很大（圖7（b））。所以受構(gòu)造、沉積的共同作用，大陸架的“南寬北窄”直接控制了烴源巖的生源構(gòu)成，造成了烴源巖質(zhì)量的差異（圖7（c））。

圖7 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆沉積模式及烴源巖構(gòu)成Fig. 7 Sedimentary pattern and source rock composition of Northern Sub-basin in Senegal Basin

3 烴源巖分布預(yù)測(cè)

3.1 預(yù)測(cè)方法

3.1.1 有機(jī)碳法

本次研究采用Passey 等提出的ΔlogR法[23‐26］，以K 井為例，首先將電阻率與聲波時(shí)差進(jìn)行疊合，其中將電阻率坐標(biāo)設(shè)置為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，然后設(shè)一個(gè)電阻率對(duì)數(shù)刻度對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差154 μs/m。當(dāng)2 條曲線重合或者平行時(shí)，記錄該處電阻率與聲波時(shí)差值，設(shè)其為R基與Δt基，但非烴源巖中也含有部分有機(jī)碳，為減小誤差，需在計(jì)算結(jié)果加上非烴源巖基準(zhǔn)有機(jī)碳含量即w（TOC）補(bǔ)。由聲波時(shí)差、電阻率疊加計(jì)算ΔlgR的方程為：

式中：R——測(cè)井儀器實(shí)測(cè)電阻率，Ω·m；R基——非烴源巖對(duì)應(yīng)于線值時(shí)的電阻率，Ω·m；Δt——實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，μs/m；Δt基——平均聲波時(shí)差，μs/m；Ro——鏡質(zhì)體反射率，%；w(TOC)——總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w(TOC)補(bǔ)——非烴源巖基準(zhǔn)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；0.005 9——每一個(gè)電阻率刻度所對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差（154 μs/m）的比值。

3.1.2 地震法

結(jié)合北部次盆地震相特征，本次研究共統(tǒng)計(jì)下白堊統(tǒng)Albian 階15 口井、上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階12 口井的暗色泥巖發(fā)育情況，對(duì)白堊系A(chǔ)lbian 階和Cenomanian?Turonian 階的烴源巖分布進(jìn)行了地震相分析。

基于已有的二維地震資料，將關(guān)鍵井與地震剖面相結(jié)合[27‐29］，對(duì)單井的巖性組合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與劃分，將單井剖面劃分為3 種組合（圖8）：厚泥巖夾薄層灰?guī)r型，泥地比為[75%，100%），此類(lèi)模型泥巖含量高，縱向分布連續(xù)，為優(yōu)質(zhì)烴源巖地震響應(yīng)模式；厚泥巖夾薄層砂巖型，泥地比為[50%，75%），此類(lèi)型泥質(zhì)含量較高，但單層泥巖縱向上連續(xù)性不如上類(lèi)組合，泥巖厚度變薄，但同樣為較優(yōu)質(zhì)的烴源巖地震響應(yīng)模型；第3 種是厚灰?guī)r夾薄泥巖型，泥地比為[25%，50%），泥地比較低，單層泥巖厚度與泥巖總厚度較薄。

圖8 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆烴源巖測(cè)井響應(yīng)組合特征Fig. 8 Logging response characteristics of source rocks for single well of Northern Sub-basin in Senegal Basin

根據(jù)北部次盆內(nèi)實(shí)測(cè)井的地震剖面所對(duì)應(yīng)烴源巖發(fā)育段的對(duì)比（圖9（a）、（b））可以看出，厚泥巖夾薄層灰?guī)r型，在地震響應(yīng)上體現(xiàn)出中?高頻率，振幅能量較強(qiáng)，并且各同相軸具有較好的連續(xù)性，多為平行?亞平行反射結(jié)構(gòu)；厚泥巖夾薄層砂巖型表現(xiàn)出中?高頻率、振幅以中?強(qiáng)振幅為主，連續(xù)性較好，為亞平行反射結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)少量雜亂反射結(jié)構(gòu)；厚灰?guī)r夾薄泥巖型，下部為大量灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，上部中薄層石灰?guī)r夾泥巖，此類(lèi)巖性組合在地震響應(yīng)上較弱同時(shí)雜亂，相比之前2 種類(lèi)型連續(xù)性差。

圖9 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆單井烴源巖響應(yīng)特征井震對(duì)比Fig. 9 Logging response characteristics of source rocks for single well in Northern Sub-basin

為直觀地預(yù)測(cè)烴源巖橫向分布，選取部分過(guò)北部次盆地震測(cè)線進(jìn)行綜合分析。A—A′剖面（圖10，位置見(jiàn)圖1）穿過(guò)Y 井附近，是位于達(dá)喀爾南部的東西向地震剖面，東部陸架地震相為中振幅、中頻、較連續(xù)、前積反射，下伏地層地震相表現(xiàn)為中?弱振幅、中低頻、較連續(xù)，亞平行?雜亂反射；陸架坡折帶處遇大型正斷層，地震相向西逐漸過(guò)渡為中強(qiáng)振幅、中頻、較連續(xù)、亞平行反射，Y 井鉆遇顯示Albian 階下部巖性為細(xì)砂巖與暗色泥巖互層，w（TOC）普遍小于0.5%，上部巖性以暗色泥巖夾薄層粉砂巖為主，w（TOC）平均值為1.5%；Cenomanian?Turonian 階巖性則以暗色泥巖、灰質(zhì)泥巖為主；陸架斜坡下部地震相主要為反映半深海沉積的中?強(qiáng)振幅、中?高頻、連續(xù)、平行反射。

圖10 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆Albian階、Cenomanian-Turonian階地震剖面Fig. 10 Seismic section of Albian and Cenomanian-Turonian stages in Northern Sub-basin of Senegal Basin

3.2 烴源巖分布預(yù)測(cè)

綜合塞內(nèi)加爾北部次盆地測(cè)井及地震方法，對(duì)白堊系烴源巖分布進(jìn)行預(yù)測(cè)（圖11）。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，研究區(qū)下白堊統(tǒng)Albian 烴源巖總體呈現(xiàn)北厚南薄、西厚東薄的特點(diǎn)（圖11（a）），主要分布在次盆北部陸架邊緣D1 井、L 井附近，南部凹陷Y井附近的 陸架邊緣緩坡帶深水沉積區(qū)域；上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階烴源巖總體依然呈西厚東薄、北厚南薄的分布特征（圖11（b）），烴源巖主要分布在次盆北部陸架邊緣D1 井、L 井附近，中南部Y 井附近，但南部J 井烴源巖基本不發(fā)育，結(jié)合沉積相平面展布，發(fā)現(xiàn)此時(shí)期該井附近發(fā)育厚層碳酸鹽巖。北部次盆下白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階烴源巖厚度整體小于上白堊統(tǒng)Albian 烴源巖厚度，但其烴源巖豐度及干酪根類(lèi)型優(yōu)于Albian 階烴源巖?？傮w來(lái)說(shuō)，塞內(nèi)加爾北部次盆白堊系A(chǔ)lbian 階、Cenomanian?Turonian 階海相烴源巖均為研究區(qū)主力烴源巖，通過(guò)對(duì)研究區(qū)2 套主力烴源巖的地化評(píng)價(jià)和平面展布的預(yù)測(cè)，為塞內(nèi)加爾北部次盆已發(fā)現(xiàn)油氣藏的成藏機(jī)制研究提供基礎(chǔ)支撐，為研究區(qū)下一步勘探方向的優(yōu)選提供思路。

圖11 塞內(nèi)加爾盆地北部次盆有效烴源巖厚度分布預(yù)測(cè)Fig. 11 Prediction of effective source rock thickness distribution in Northern Sub-basin of Senegal Basin

4 結(jié) 論

（1）塞內(nèi)加爾北部次盆下白堊統(tǒng)Albian 階烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較好，干酪根類(lèi)型以Ⅱ型為主，烴源巖基本處于成熟階段；上白堊統(tǒng)Cenomanian?Turonian 階烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，干酪根類(lèi)型以Ⅱ、Ⅲ型為主，普遍處于低成熟階段。

（2）北部次盆白堊統(tǒng)烴源巖整體呈現(xiàn)北厚南薄、西厚東薄的特點(diǎn)，次盆北部烴源巖主要發(fā)育在陸架邊緣D1 井、L 井附近，南部主要發(fā)育在緩坡帶的深水區(qū)域。

（3）北部次盆白堊系A(chǔ)lbian 階、Cenomanian?Turonian 階海相烴源巖為研究區(qū)主力烴源巖。下白堊統(tǒng)Albian 階烴源巖相對(duì)厚度更大、連續(xù)性更好。