引用本文
赵伟, 韩文明, 胡滨. 东非裂谷Tanganyika地堑石油地质特征和勘探潜力分析[J].中国地质调查, 2016,3(1): 14-19.
ZHAO Wei, HAN Wenming, HU Bin. Geological conditions and exploration potential of Tanganyika Basin in East Africa Rift Valley[J].Geological Survey of China, 2016,3(1): 14-19.
  
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东非裂谷Tanganyika地堑石油地质特征和勘探潜力分析
赵伟, 韩文明, 胡滨
中海油研究总院,北京 100028

第一作者简介: 赵伟(1982—),男,博士,工程师,主要从事海外石油勘探工作。Email: zhaowei9@cnooc.com.cn。

收稿日期: 2015-09-10
基金资助: 十二五国家科技重大专项“非洲、中东重点勘探区油气地质、评价及关键技术研究(编号: 20118ZX05030-003)”项目资助
摘要

随着东非裂谷乌干达区块的勘探获得重大突破,与之石油地质条件相似的Tanganyika地堑的勘探潜力受到了人们的重视。Tanganyika地堑地处东非,属于东非裂谷西支的中段,是典型陆内裂谷盆地,主要沉积中新世以来的地层,现仍大部分被湖水覆盖,湖盆水体较深。盆地整体分为2个次盆,呈三隆夹两凹的构造格局。盆地目前勘探程度较低,根据现有资料推测,盆地地层埋深较大,深洼区中新统地层发育成熟烃源岩,具有较大的生烃潜力和生烃规模; 陆内盆地物源相对充足,储盖组合条件较好; 应力复杂,能够形成大量多种类型构造及构造-地层圈闭; 各种成藏条件匹配关系较好,有利于油气聚集成藏。综合分析认为,盆地具有较大勘探潜力,其中盆地转换带是最有利的油气勘探区。

关键词: 东非裂谷; Tanganyika地堑; 地质特征; 油气勘探潜力
中图分类号:TE132 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2016)01-0014-06
Geological conditions and exploration potential of Tanganyika Basin in East Africa Rift Valley
ZHAO Wei, HAN Wenming, HU Bin
CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China
Abstract

With the great breakthrough of the exploration for oil and gas in Uganda block of East Africa Rift Valley, more attentions are paid to Tanganyika Graben exploration potential as its petroleum geological conditions is similar to Uganda block. Tanganyika Graben locates in East Africa and is the middle part of western branch of East Africa Rift Valley. It is a typical continental rift basin filled by sediments from Later Miocene and currently covered by Lake Tanganyika which is a deep fresh lake. The entire graben can be divided into two sub-basins and takes on the structure framework of two depressions surrounded by three uplifts. Although it is a low exploration basin, it can be inferred that the mature source rock should insisted in the deep area and has relatively large potential and scale. As an inland lake, the provenance is relatively sufficient so the reservoir and seal condition is good enough. Since the multi-stages tectonic alternation, the structural traps can be found in a large amount. In conclusion, most of the conditions are tend to form effective reservoirs and there is a large potential for exploration. The transformation zone of basin is the best area for petroleum accumulation.

Keyword: East Africa Rift Valley; Tanganyika Graben; geological conditions; exploration potential for oil and gas
0 引言

东非裂谷是典型陆内裂谷体系, 长期以来受到地质学家的重视, 完成了大量基础研究。近年来, 随着东非乌干达和肯尼亚的油气勘探相继获得重大突破, 东非裂谷又开始成为世界各大石油公司关注的焦点[1, 2, 3]。Tanganyika地堑位于东非裂谷的西支中段, 其地质特征与已经获得重大油气发现的Albertine地堑较为相似, 因此其勘探潜力也开始为人们所重视, 目前已经有油气公司在此作业, 但目前总体勘探程度很低, 且尚未有油气发现。本文通过对该盆地成藏条件的分析和与Albertine地堑的类比, 综合研究盆地的油气勘探潜力和勘探前景, 这对该地区下一步的油气勘探评价具有重要意义。

1 盆地概况

Tanganyika地堑处于东非裂谷的西支中段, 盆地面积为3.5万km2, 长约700 km, 宽约70 km(图1(a), (b))。目前大部分被Tanganyika湖覆盖, 湖泊面积约3.2万km2, 湖泊长约650 km, 宽约70 km, 湖水深度北部最深为1 330 m, 南部可达到1 470 m(图1(c)), 是目前世界第二深淡水湖, 湖平面海拔约773 m[4, 5]。

图 1 Tanganyika地堑位置及其湖深示意图Fig.1 Sketch map of location of Tanganyika Graben and its Lake water depth

以湖中间为界, 该湖分属4个国家, 东侧为坦桑尼亚, 北侧为布隆迪, 西南侧为赞比亚, 西侧为刚果(金)共和国。

盆地内较大规模的地震采集活动共有3次, 分别为1983— 1984年、1997年和2012年。1983— 1984年采集的区域二维地震测线测网很稀, 但地震成像质量较好, 基本覆盖整个盆地, 可以用于盆地结构及地层发育研究; 1997年采集的二维地震测线主要用于湖底调查, 成像目的层极浅, 对于油气勘探作用不大; 2012年Beach Energy公司采集处理了一批二维地震测线, 主要覆盖盆地南部坦桑尼亚一侧的Tanganyika湖南区块, 成像质量较好。

Amoco公司于1986年在Tanganyika湖北部陆上(布隆迪国家境内)钻了2口探井, 即Ruzizi-1和Buringa-1, 均未见油气显示。2口井均钻遇中新统以来的各时期地层, 推测整个湖盆内中新统以来的地层应广泛分布。Ruzizi-1和Buringa-1井钻遇大套砂岩, 局部夹薄层泥岩, Ruzizi-1钻至花岗岩基底完钻。

2 构造沉积演化史

Tanganyika地堑属于东非裂谷的西支中段, 于约14 Ma前的中中新世时期开始发育, 其盆地演化与北侧的Albertine盆地类似(图2)[6, 7]。在距今14~8 Ma的中中新世, 为裂谷演化初期阶段, 表现为局限裂谷盆地, 裂谷两侧的边界断层不十分发育, 多个小型凹陷被相互分割, 形成局限洼地, 周边物源供给不充分, 形成欠补偿盆地, 沉积物以泥质为主, 湖水稳定, 形成长期持续的还原环境, 有利于有机质的生成和保存, 推测是主要的烃源岩发育时期。湖盆边部有少量近物源输入, 形成规模较小的三角洲和扇三角洲沉积体。

图 2 Tanganyika地堑演化模式Fig.2 Evolution model of Tanganyika Graben

从8 Ma至今, 进入主裂谷期, 边界断层发育, 两侧裂谷间持续隆升, 盆地内各个凹陷相连形成大的湖盆, 水体深度增加, 沉积充填强烈, 内部构造也开始发育, 是整个盆地演化最活跃的阶段。两侧的侧向物源和轴向物源携带大量粗碎屑物质注入湖盆, 水体深度迅速加大的同时, 在湖盆周缘分布的三角洲和扇三角洲沉积体规模也明显增大。尤其是在裂谷的调节带和裂谷两端, 可以形成大型的河流-三角洲沉积体系, 砂质沉积分布广泛, 可以形成大面积分布的有效储层。湖盆深洼区受外来物源影响较小, 主要为前三角洲和深湖-半深湖沉积环境, 发育泥质为主的沉积地层, 夹少量薄层砂岩。

与Albertine地堑不同的是, Tanganyika地堑演化程度相对较低, 所处演化阶段较早, 目前仍然处在裂谷范围较大的时期。

3 盆地构造特征

目前Tanganyika地堑整体呈三隆夹两凹的构造格局, 即包括北部隆起带、北部凹陷带(北次盆)、中部隆起带(中部调节带)、南部凹陷带(南次盆)和南部隆起带(图3)。这种构造格局是受上述拉张应力和剪切应力双因素控制作用的结果。

图 3 Tanganyika地堑盆地结构图Fig.3 Sketch map of basin structure in Tanganyika Graben

(1)北部隆起带。包括多个次级构造单元, 结构复杂, 断裂主要呈NE— SW走向或近NS走向, 北部隆起带最大沉积厚度小于1 500 m。

(2)北部凹陷带(北次盆)。呈不对称的双断结构, 拉张应力控制盆地的边界, 以及盆地整体沉积和构造格局, 局部被剪切应力形成的构造调节带分割和复杂化。该调节带走向与TRM剪切带方向一致。凹陷带中部被调节带所分割, 沉积地层整体较厚, 最大可达4 500 m, 凹陷带南部受隆升作用, 沉积厚度迅速减薄, 最大约为2 000 m。

(3)中部隆起带。受TRM剪切带的剪切应力影响, 形成较大规模的构造调节带, 沉积中心转换, 主要呈单断结构, 最大沉积厚度可达2 800 m, 调节带南部沉积厚度小于500 m。

(4)南部凹陷带(南次盆)。呈不对称的双断结构, 在2组应力协同作用下, 东侧表现出明显的台阶式向东逐步迁移的特点, 西侧表现出主干断裂分支分叉等特点。中部的隆起幅度比北次盆低, 最大沉积厚度可达4 200 m, 受控于西部大断层。

(5)南部隆起带。地层向东北方向翘倾, 剪切应力明显占据主导, 形成一系列雁列式断裂。地层逐渐减薄, 厚度一般小于1 500 m。

4 油气成藏条件

Tanganyika地堑目前勘探程度很低, 通过对现有资料的分析以及与Albertine盆地的类比研究认为, 盆地基本石油地质条件较好, 具备较大的生烃潜力: 盆地深洼区发育一定规模的成熟烃源岩; 湖盆两侧发育一系列三角洲及扇三角洲沉积体系, 能够作为有效储层, 储盖条件较好; 盆地构造应力复杂, 断层十分发育, 能够形成较多的构造圈闭。

4.1 烃源条件

Tanganyika地堑没有井钻遇烃源岩, 周边也没有可供参考的露头资料, 根据有限的地震、油苗等资料, 结合盆地演化过程以及与Albertine盆地的类比, 认为在中新世, 可能发育优质的湖相烃源岩, 且已进入生烃门限。

在盆地北部刚果(金)、布隆迪和坦桑尼亚境内有部分油苗、焦油球和油膜的报道。据报道, 油膜是在一次较大级别地震后沿断裂出现的, 推测深部地层生油, 在断层活动期沿张开的断层向上运移至地表, 在湖面上形成油膜。

根据IHS数据库统计分析, 认为中新统烃源岩的干酪根类型为Ⅰ 型, TOC为0.4%~2.1%, HI最大为601 mgHC/gTOC。Tellus数据库(2010)在盆地的北次盆预测中新世烃源岩生烃面积约2 400 km2, 生烃门限为3 000 m; 南次盆生烃面积约为2 200 km2, 生烃门限为3 200 m。

Tanganyika湖现代沉积物中也含有大量有机质, 在0~200 m水深范围内, 随着湖水深度的增加, 有机碳含量明显增大, 当水深大于150 m时, 有机碳含量达到约5%。平面分布上也呈类似规律, 靠近湖盆中心位置TOC含量增大, 可以超过4%, 其有机质丰度高、生烃潜力大。

从盆地演化历程来看, 现代沉积与古沉积环境具有很大的相似性, 因此预测Tanganyika地堑中新世时期可能发育类似现今湖底的倾油型优质湖相烃源岩。

4.2 储盖条件

Tanganyika地堑北部2口钻井(Ruzizi-1和Buringa-1)均钻遇了大套的中新统砂岩地层, 夹少量薄层泥岩, 但没有发现油气。2口井均位于陆上, 靠近物源区, 因此砂岩较为发育, 泥岩较少, 没有形成较好的储盖组合。但这并不能真正反映整个湖盆的储层发育情况和储盖组合条件, 湖盆主体区没有钻井, 地层发育情况没有直接揭示。根据沉积体系的平面变化, 向湖盆内部砂岩含量减少, 泥质含量增多, 可能形成有效的储盖组合。

根据前人认识, Tanganyika地堑属于S型构造样式盆地, 其物源体系供给可分为4种[8, 9, 10, 11]: ①侧向缓坡沉积体系(hinged margin depositional system), 由于地势平缓, 水系相对发育, 易形成扇三角洲或河流三角洲等沉积体系; ②陡坡沉积体系(escapement margin depositional system), 即边界大断层的上升盘, 由于多陡崖, 易形成重力流沉积类型, 如滑塌沉积或一些近岸水下扇等沉积类型; ③轴向沉积体系(axial margin depositional system), 主要分布于湖盆轴向头尾部分, 沿轴向往往是汇水集中的地区, 水系十分发达, 易形成辫状河三角洲沉积体系, 在河口近岸往往易形成河口坝或远砂坝等沉积体; ④转换带或调节带沉积体系(accommodation zone margin deposition system), 转换带或调节带往往连接着2个不同倾向的边界大断层, 构造位置较高, 在盆地内呈凸起, 因此在这个构造上通常粗碎屑物质不是很发育, 可能会存在一些滩坝沉积。

对于Tanganyika地堑来说, 由于整个盆地呈现为狭长裂谷盆地, 因此在盆地主体区, 轴向物源影响较小, 侧向物源应是提供有效储层的主要物质来源。从现今水系发育的情况来看, 盆地两侧的河流体系较为发育, 从多个入口分别注入湖盆, 可以形成一系列的(扇)三角洲沉积体系。结合地震剖面, 河流入湖的位置, 恰好对应一些盆内的低洼部位, 是有利的汇入区。同时, 由于盆地正处于典型裂谷期演化阶段, 盆地形态自形成至今具有较好的继承性。因此, 综合推测现今河流注入位置应是自盆地形成以来的(扇)三角洲沉积体系主要发育区, 根据物源性质和物源强度不同, 可以形成一系列规模不等的(扇)三角洲沉积。

整体上看, 推测的主要目的层沉积时间较晚, 多为中新世以后的沉积, 且埋藏较浅, 基本不超过3 000 m, 大部分埋深小于2 000 m, 推测成岩作用较弱, 孔隙可以得到有效保存, 储层物性可能较好。

在Albertine盆地, 在晚第三纪末期— 第四纪, 随着构造活动逐渐减弱, 湖盆沉积范围扩大, 发育了一套良好的区域性泥岩盖层[12]。在Tanganyika地堑也可能发育这套区域性的泥岩盖层。因此, 区域性及局部展布的湖相泥岩与上述沉积砂体在纵向上可以形成多套良好的储盖组合。此外, 根据其他类似裂谷盆地的勘探经验, 湖盆发育的(扇)三角洲沉积体系, 自身具备砂泥岩互层的特征, 在一定条件下可以形成有效的储盖组合。

5 盆地勘探潜力

总体来看, Tanganyika地堑作为典型的新生代裂谷盆地, 烃源基本证实且规模较大, 构造活动强烈形成多种类型的构造圈闭, 轴向和侧向物源供给充足, 能够形成大面积高质量的有效储层, 储盖条件较好; 平面上生储盖和圈闭条件匹配关系较好。因此, Tanganyika地堑具有优越的成藏条件, 值得重点关注。

根据烃源、储层和圈闭条件分析, 盆地内可能存在3种油气聚集有利构造带: 断阶带、陡坡带和中央隆起带, 对应3种不同的成藏模式。

(1)断阶带成藏模式。断阶带主要出现在中部构造调节带, 由于调节带位置构造活动强烈, 断层发育, 形成了多级断裂, 构成断阶带。油气从深洼区生成以后, 首先沿第一阶断层向高部位运移, 到达第一断阶构造圈闭首先成藏; 同时, 油气到达第一台阶后继续向高部位发生侧向运移, 到达第二阶断层, 再次发生垂向运移, 到达高部位圈闭成藏, 以此方式逐级向上运移, 形成多个油气藏(图4)。这一成藏模式生储盖匹配关系较好, 油气生成以后, 聚集成藏可能性较大。

图 4 断阶带成藏模式Fig.4 Hydrocarbon accumulation model of step-fault zone

(2)陡坡带运聚成藏模式。陡坡带运聚模式出现在主生烃灶两侧, 边界断层控制油气藏的形成, 深洼区烃源岩生成的油气可以直接沿砂体发生侧向运移, 到达盆地边界后, 受边界断层遮挡, 聚集成藏(图5)。这种类型的油气藏一般保存条件较好, 且成藏规模较大。

图 5 陡坡带运聚模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation model of steep slope zone

(3)两洼夹一隆型成藏模式。由于盆地较强烈的剪切作用, 在Tanganyika地堑北次盆存在一个中央低隆起, 低隆起两侧的深洼区均是有利的烃源岩发育区, 且已进入生烃门限, 可以大量生烃, 圈闭位于2个生烃洼陷中间, 构造位置较好, 因此, 在这一地区还可能存在另一种油气运聚模式(图6)。两侧凹陷生成的油气均可以向中间的隆起部位运移, 在低隆起顶部的圈闭中聚集成藏, 形成两侧供烃的格局。低隆起构造带烃源充足、构造发育, 成藏条件优越。其主要风险是储层可能欠发育, 因其位于湖盆中心区, 在物源供应不充分的情况下, 储层的规模和质量存在一定风险。

图 6 两洼夹一隆型成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model of middle rise with two depressions

6 主要风险与不确定性

根据目前的分析, Tanganyika地堑有较大的油气勘探潜力, 但由于该地区勘探程度仍然较低, 基础资料较少且分布不均, 对这一地区的石油地质条件分析和勘探潜力评价的认识还存在一定的不确定性及风险。

此外, 由于Tanganyika地堑为内陆湖盆, 且湖水太深, 钻探成本较高, 周边基础设施极差, 需要新建钻井船及码头等才能保证后期施工的进行, 无疑将进一步增加作业成本。再加上盆地距离海岸线较远, 陆路运输条件差, 材料的运输和油气的运输均有较大困难, 后期勘探开发的成本极高且有很大风险。

7 结论

总体看来, Tanganyika地堑存在优质的潜在烃源岩, 周边水系发育, 储盖条件较好, 油气运移和保存条件优越, 具有较好的石油地质条件和较大的勘探潜力。其中, 盆地转换带构造应力集中, 圈闭发育, 且位于高部位, 成藏条件较好, 是最有利的勘探区带。

但受资料和研究程度的限制, 当前的认识还存在一定的不确定性。同时由于自然条件和周边基础设施的制约, 未来的勘探开发成本较高, 这也是影响本地区油气勘探开发的重要因素之一。

(责任编辑: 常艳)

The authors have declared that no competing interests exist.

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