引用本文
胡滨, 贾屾, 邱春光, 陈经覃, 饶溯. 东非裂谷Kerio盆地石油地质特征与勘探潜力[J].中国地质调查, 2019,6(1): 26-33.
HU Bin, JIA Shen, QIU Chunguang, CHEN Jingtan, RAO Su. Petroleum geological characteristics and exploration potential of Kerio Basin in East African Rift System[J].Geological Survey of China, 2019,6(1): 26-33.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2019.01.04
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东非裂谷Kerio盆地石油地质特征与勘探潜力
胡滨, 贾屾, 邱春光, 陈经覃, 饶溯
中海油研究总院有限责任公司,北京 100028

第一作者简介:胡滨(1978—),男,高级工程师,长期从事海外区块勘探综合研究与新项目评价。Email: hubin4@cnooc.com.cn。

收稿日期: 2018-05-07
基金资助: “十三五”国家科技重大专项“非洲重点区油气勘探潜力综合评价(编号: 2017ZX05032-002)”和“海外重点盆地地球物理勘探关键技术攻关与应用(编号: 2017ZX05032-003)”项目联合资助
摘要

东非裂谷东支的South Lokichar盆地于2012年获得勘探突破,成为研究和勘探的热点地区。但近年来周边盆地勘探效果不佳,有待深入分析。Kerio盆地紧邻South Lokichar盆地,勘探程度低,国内在此地的研究处于空白区。基于最新地震地质综合研究成果,阐述其石油地质特征和勘探潜力。结果表明: Kerio盆地为主动裂谷,呈西陡东缓的半地堑结构; 发育渐新世以来的5套沉积地层,最大沉积厚度可达6 500 m; 存在一套被证实的烃源岩,生烃指标好,但厚度仅20 m; 发育河流和三角洲相砂岩,孔渗物性好。盆地可划分为4个凹陷和5个构造圈闭带。中部缓坡带和东部反转构造带为盆地的有利勘探区带,可能存在2种成藏模式。盆地具有一定勘探潜力,烃源岩是最主要的地质风险。

关键词: 东非裂谷; Kerio盆地; 石油地质特征; 勘探潜力; 烃源岩
中图分类号:TE132.1;TE121.1 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2019)01-0026-08
Petroleum geological characteristics and exploration potential of Kerio Basin in East African Rift System
HU Bin, JIA Shen, QIU Chunguang, CHEN Jingtan, RAO Su
CNOOC Research Institute Ltd., Beijing100028, China
Abstract

Since the oil and gas exploration breakthrough has been made in South Lokichar Basin of eastern East African Rift System (EARS) in 2012, the EARS has become a hot spot for research and exploration. However, there were barely good exploration results in peripheral basins, which is worthy to be analyzed deeply. Kerio Basin is adjacent to South Lokichar Basin with lower exploration degree, and there were few domestic researches and achievements in this area. Based on the latest seismic and geological integrated achievements, the petroleum geological characteristics and exploration potential of the basin were expounded. The results show that Kerio Basin is an active rift and half graben with steep slope in the west and gentle slope in the east. Five sedimentary sequences in the basin from Oligocene were developed and the maximum thickness of total deposit is about 6 500 meters. A good source rock was confirmed, but the thickness is about 20 meters. Fluvial and deltaic sandstones with good porosity and permeability were also developed in the basin. The basin can be divided into four sags and five structure zones. The central gentle slope zone and the eastern structural inversion zone are the favorable zones for oil and gas prospecting with two possible hydrocarbon accumulation models. The basin is confirmed to have certain exploration potential, while source rock is the main geological risk in the exploration.

Keyword: East African Rift System (EARS); Kerio Basin; petroleum geological characteristics; exploration potential; source rock
0 引言

东非裂谷发育世界上最年轻的裂谷盆地群[1], 其勘探潜力被长期争论[2, 3, 4]。由Tullow和Africa Oil公司组成的作业团体于2012年在面积仅有2 180 km2的South Lokichar盆地取得油气勘探突破[3]。据作业者Tullow公司公布, 盆地已发现8个油田, 合计2C可采储量9.2× 107 m3[5], 使该区成为研究和勘探的热点地区。然而, 近年来在周边盆地勘探效果不佳, 进一步开展深入研究对未来油气勘探评价具有重要意义。

Kerio盆地紧邻South Lokichar盆地, 目前勘探程度低, 国际上相关研究较少, 也是中国的研究空白区。本文基于最新地震地质综合研究成果, 与已获得油气勘探突破的South Lokichar盆地进行类比, 对Kerio盆地的石油地质特征进行解析, 阐述其油气勘探潜力和前景。

1 研究区概况

东非裂谷(East African Rift System, 简写为EARS)位于非洲东部陆上, 南北全长约3 500 km, 宽50~300 km, 在平面上分为东、西2支。裂谷东支自北向南经过埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚等国家(图1), 可分为北、中、南3段, 共17个盆地。

图1 东非裂谷东支沉积盆地分布示意图Fig.1 Sedimentary basins location of the Eastern Branch of EARS

新元古代造山带控制了裂谷东支的走向[6]。渐新世开始, 受到阿尔法(Afar)地幔柱活动影响(约31 Ma), 东非裂谷系整体进入新生代裂谷演化阶段, 阿拉伯板块从非洲板块分离, 形成红海— 亚丁湾— 东非裂谷系三叉裂谷[7, 8]。东非裂谷系是其中的夭折支[9], 并逐步演化成现今的陆内裂谷盆地群。Kerio盆地即是发育在东非裂谷东支中的一个沉积盆地。

2 盆地概况

裂谷东支受阿尔法和肯尼亚地幔柱的影响较大[10], 不同盆地的演化差异大, 主要发育2期裂谷, 西早东晚。

第一期裂谷(图2(a)), South Lokichar[11]和Kerio Valley盆地为裂谷沉降中心, 主要发育渐新统— 中新统地层[12], 厚度可达6 000 m, 中中新世之后盆地整体抬升, 沉积厚度小, 同时, Kerio、North Lokichar等盆地初步发育; 第二期裂谷(图2(b)), 上新世之后, 沉降中心由South Lokichar盆地向东向北迁移, Kerio、North Lokichar和Turkana盆地沉积厚度大, 可达6 000 m, 同时, Omo和Chew Bahir等盆地形成。

图2 东非裂谷东支裂谷发育示意图Fig.2 Rift development maps of the Eastern Branch of EARS

2.1 勘探现状

Kerio盆地位于东非裂谷东支中部, South Lokichar盆地东侧(图1), SN走向, 长约88 km, 宽约36 km, 面积约2 600 km2。该盆地采集了高分辨率重力资料, 可用于大型断裂与构造带的识别[13]。

20世纪80年代采集了54条二维地震测线, 总长度约2 080 km, 测网密度0.7 km× 0.9 km~2.5 km× 4.5 km。地震资料主频10~17 Hz, 频带宽8~50 Hz, 信噪比、同相轴连续性和地震波组特征整体中等, 深层较差。盆地内钻有2口干井, 分别为2014年钻探的K-1井和2015年钻探的E-1井。

2.2 沉积充填

钻井揭示了Kerio盆地渐新世以来发育的5套沉积地层, 即渐新统、下中新统、中上中新统、下上新统和上上新统— 更新统(表1, 图3(a))。各地层之间为整合沉积, 界面呈较强连续强反射特征。盆地的最大沉积总厚度约6 500 m, 整体南薄北厚, 渐新统— 中新统的地层厚度南北基本相当, 但上新统— 更新统地层在盆地北部明显加厚(图3(a)), 这与控制盆地沉积的火山事件有关。

表1 Kerio与South Lokichar盆地沉积地层 Tab.1 Comprehensive columns of Kerio Basin and South Lokichar Basin

图3 Kerio盆地基底等t0图和地质剖面图Fig.3 Basement time structural map and geological sections of Kerio Basin

Kerio盆地经历的2期剧烈火山事件控制了2个沉积旋回[14]: ①渐新世— 中中新世, 火山活动较剧烈, K-1和E-1井均揭示了这套火成岩(约10.0 Ma)。盆地局部地区沉积薄层河流相砂岩。晚中新世, 裂谷逐渐拉开, 早期以河流相沉积为主, 后期湖泊开始出现, 发育三角洲相与滨浅湖相沉积。②中新世末期(约5.1 Ma), 又发生剧烈的火山事件, 在盆地北部形成沉降中心, 发育中深湖相沉积, 钻井揭示为灰黑色泥岩与凝灰岩互层, 地层厚度约90 m。随后湖泊变浅, 以三角洲相和河流相沉积为主, 钻井揭示的厚度为1 500~1 800 m。

2.3 断裂特征

Kerio盆地呈西陡东缓的半地堑结构, 发育4条一级断层, 即F1、F2、F3和F4(图3(b)), 均为东倾的正断层。F1为控制盆地的边界断层(图3(a)), 呈SN或NE— SW走向, 延伸长度超过100 km(研究区范围内)。F1南部是Kerio盆地与South Lokichar盆地分割的断层, 呈NW— SE走向(图3(b))。F4为邻近F1边界断层的一条断距很大(可达1 000 m)的断层(图3(a)中BB'测线), 与F1断层走向基本相同, 呈SN或NE— SW走向, 延伸长度约21 km, 断层两端的断距迅速减小。F3为控制盆地结构并且持续活动的深大断裂(图3(b)), 与F1断层走向基本相同, 呈SN或NE— SW走向, 延伸长度约63 km(研究区范围内), 南部断距迅速减小, 并与F2断层相交。F2断距较小, 为NW— SE走向, 延伸长度约18 km, 北部与F1相交, 南部与F3相交。

2.4 盆地结构

Kerio盆地由4条一级断裂分割为4个凹陷(图3(b)), 即北凹陷、西凹陷、东凹陷和南凹陷。其中北凹陷、西凹陷和南凹陷受控于F1边界断层, 而东凹陷则受控于F3断层。北凹陷与西凹陷由北部凸起带分割, 南凹陷与西凹陷由F2断层分割。

(1)北凹陷(图3(a)中AA'测线): 无明显的半地堑结构, 面积约90 km2(研究区范围内), 断层非常发育, 沉积中心位于北凹陷的北部, 沉积地层最大厚度可达6 000 m。

(2)西凹陷(图3(a)中BB'测线): 呈半地堑结构, 近SN走向, 面积约180 km2, 凹陷内断裂较发育, 地层厚度最大约6 000 m。

(3)东凹陷(图3(a)中BB'测线): 呈西断东超的半地堑结构, 近SN走向, 面积约280 km2, 断裂非常发育, 中新世以来的断裂更为发育, 断层间距仅约200 m。地层厚度最大约6 500 m, 是上新世以来的沉积中心。

(4)南凹陷(图3(a)中DD'测线): 呈半地堑结构, 近SN走向, 西陡东缓, 面积约50 km2, 凹陷内部断裂不发育, 地层厚度最大约4 800 m, 以渐新统至中新统为主, 上新统以上的地层薄。

3 石油地质条件
3.1 烃源条件

3.1.1 烃源岩指标

Kerio盆地存在1套被证实的烃源岩(图4(a))和2套潜在烃源岩。上新统底部烃源岩(证实)由E-1井揭示, 岩性为凝灰岩与灰黑色泥岩互层, 厚度约90 m, 其中灰黑色泥岩厚度仅为20 m, 但生烃指标好。有机碳(TOC)含量为0.83%~3.83%, 平均值约2.83%, 氢指数(HI)值为403~687 mg/g, 平均值约500 mg/g, 为I型(腐泥型)干酪根, Tmax为445~449 ℃, 显示已成熟。该套烃源岩为湖泊相沉积, 在地震剖面上表现为低频连续强振幅反射特征, 反射横向较稳定, 主要分布在盆地中北部, 面积约800 km2。

图4 Kerio盆地沉积相图Fig.4 Sedimentary facies of Kerio Basin

South Lokichar盆地证实发育下中新统优质湖相烃源岩, 地震剖面上呈中高频连续强反射的特征。Kerio盆地的钻井均靠近边界断层, 未钻遇优质烃源岩。地震反射特征的对比研究推测, 在Kerio盆地深洼区的中上中新统和下中新统发育湖相烃源岩: ①中上中新统烃源岩(推测)主要分布在盆地中南部(图4(b)), 地层最大厚度约400 m, 湖泊相地层分布范围的面积约600 km2; ②下中新统烃源岩(推测)主要分布在盆地南部(图4(c)), 地层最大厚度约400 m, 湖泊相地层分布范围面积约450 km2。

3.1.2 火山活动对烃源岩的影响

裂谷东支各盆地受火山活动影响均较大。火山活动对烃源岩的形成演化存在正反2个方面的作用。

有利于烃源岩的方面: ①火山和热液给湖盆水生生物带来大量营养, 利于藻类繁盛, 同时使湖水含盐度增高, 形成还原环境, 有利于藻类物质的保存[15]; ②与火山热液伴生的烃源岩过渡金属含量高, 过渡金属的催化作用可以降低有机质中的C-C、C-S、C-O键活化能, 催化有机质降解成烃和CO2; ③火山烘烤促进干酪根热演化, 裂谷东支地温梯度可达4.2 ℃/100 m[16], 在一定程度上降低了生烃门限, 弥补了烃源层时代新的不足。

不利于烃源岩的方面: ①火山灰不仅能释放铁、氮和磷等营养物质, 也会释放铜和锌等有害物质, 浓度过高会严重抑制浮游生物的生长; ②对于水体有限的湖泊, 近距离火山喷发还会释放大量氯化氢、氯气等有毒气体, 并大幅提升水温、降低pH值, 从而造成生物大规模死亡[17]。

3.1.3 盆地模拟

使用Trinity软件针对Kerio盆地的3套烃源岩进行盆地模拟。

(1)烃源岩地层厚度取值: 上新统烃源岩参考E-1井实钻值90 m, 中上中新统与下中新统烃源岩则对比Kerio盆地与South Lokichar盆地的烃源岩层段的地震反射特征, 推测厚度为400 m。

(2)TOC含量和HI取值: 上新统烃源岩参考E-1井实钻的平均值, TOC含量取2.83%, HI取500 mg/g。South Lokichar盆地L-1钻遇的下中新统烃源岩TOC含量平均为4.5%, HI平均值440 mg/g, 露头样品TOC含量平均为3.6%, HI平均值580 mg/g。因为South Lokichar盆地揭示的下中新统烃源岩TOC含量很高, 而Kerio盆地内的中上中新统和下中新统烃源岩仅为推测, 因此Kerio盆地模拟的TOC含量选取3%(小于South Lokichar盆地的井实钻值), HI值选取500 mg/g。

(3)地温梯度取值: 选取South Lokichar盆地钻井揭示的平均地温梯度值, 即4.2 ℃/100 m。

(4)烃源岩埋深: 依据各烃源岩层段的地震解释层位。

盆地模拟结果显示, 盆地内1 500 m深度即可进入生烃门限(Ro=0.7%), 3套烃源岩合计生油量约98亿桶, 排油量23.4亿桶。其中, 下中新统烃源岩成熟度较高, 成熟烃源岩面积约130 km2, 生油量约42亿桶, 排油量约8.6亿桶; 中上中新统烃源岩成熟度较低, 成熟烃源岩面积约160 km2, 生油量约52亿桶, 排油量约12.4亿桶; 上新统底部烃源岩埋藏浅, 成熟度低, 仅在北部小范围区域成熟, 生油量约4亿桶, 排油量2.4亿桶。

3.2 储层条件

South Lokichar盆地的钻探结果显示储层条件较好[18], 但在盆地边界断层附近发育冲积扇相地层, 因砂岩致密导致有效储层薄。例如距离边界断层较近的T-1井揭示目的层段以冲积扇相沉积为主, 油层净厚度仅为15 m; 而相对远离边界断层的T-2井则揭示目的层段以河流和三角洲相沉积为主, 油层净厚度为70 m, 孔隙度23%~29%, 渗透率达0.1~3 μ m2。

Kerio盆地具有相似的储层发育特征。K-1井揭示中上中新统和上新统2套储盖组合。储层以河流和三角洲相沉积为主, 砂地比为40%~47%, 单砂层厚度可达20 m, 储集物性较好。但渐新统距离边界断层仅1 km(图3(a)中BB'测线), 以冲积扇— 扇三角洲相沉积为主, 储层物性较差。

3.3 圈闭条件

Kerio盆地断裂发育, 形成5个与断层相关的构造圈闭带, 即北部凸起带、西部陡坡带、中部缓坡带、东部反转带和南部斜坡带(图3(b))。北部凸起带多发育断层复杂化的背斜圈闭。西部陡坡带多发育边界大断层控制下的半背斜圈闭(图3(a)中BB'测线)。South Lokichar盆地发现的油田多为此类圈闭, 但Kerio盆地已钻探的两口井也均为此类型并且失利。中部缓坡带多发育反向断层遮挡的断块圈闭(图3(a)中CC'测线)。东部反转带受局部挤压应力影响, 形成洼中隆构造, 发育断层复杂化背斜圈闭和垒块构造等类型圈闭(图3(a)中BB'测线)。南部斜坡带多发育反向断层遮挡的断块圈闭(图3(a)中DD'测线)。

4 勘探潜力与成藏模式

Kerio盆地可能具备较好的石油地质条件, 但目前勘探尚未获得突破。盆地存在一套证实的烃源岩和两套类比South Lokichar盆地推测的烃源岩, 总排油量可达23.4亿桶; 除边界断层附近外, 发育物性较好的河流— 三角洲相砂岩储层; 中部缓坡带、东部反转带和北部凸起带是油气运移最有利指向区(图5), 目前存在大量未钻圈闭, 具备一定的勘探潜力。

图5 Kerio盆地下中新统顶面油气运移趋势图Fig.5 Hydrocarbon migration in Top Miocene in Kerio Basin

(1)中部缓坡带。构造低部位(西凹陷)呈低频连续强振幅反射特征, 推测为下中新统和中上中新统成熟烃源岩, 构造高部位见砂岩储层沉积, 且位于优势运移方向, 可在反向断层遮挡形成的圈闭中聚集成藏(图6(a)), 形成旁生侧储成藏模式。

图6 Kerio盆地成藏模式图Fig.6 Accumulation models of Kerio Basin

(2)东部反转带。构造低部位(东凹陷)推测发育中上中新统成熟烃源岩, 反转带内见砂岩储层沉积特征, 处于油气运移的优势方向上, 油气经断裂向上运移至反转带圈闭中聚集成藏(图6(b)), 为下生上储成藏模式。

(3)北部凸起带。位于北凹陷、西凹陷和东凹陷之间, 存在多向供烃的可能。但依据图4(b)和图4(c)湖相烃源岩展布范围可知, 在盆地北部中新统烃源岩可能不发育, 而上新统烃源岩成熟度低, 烃源可能不足, 推测北部凸起带周边的两口钻井的失利原因为远离有效烃源灶, 缺少通畅的油气运移通道。

此外, 南凹陷埋深浅, 烃源岩成熟度低, 且西部陡坡带和南部斜坡带的圈闭规模小, 勘探潜力较小。

综上可知, 中部缓坡带和东部反转带为盆地的有利勘探区带。圈闭主要依靠推测的下中新统和中上中新统烃源岩供烃。

5 主要风险与存在问题

Kerio盆地受第一期火山事件影响大, 晚中新世形成浅湖, 可能发育烃源岩, 但未证实。中新世末期第二期火山事件促使裂谷再次拉张, 形成中深湖沉积环境, 但此次火山事件持续时间短, 导致中深湖相泥岩沉积厚度薄, 虽然其生烃指标与South Lokichar盆地相似, 但可能由于厚度太薄、成熟度较低, 从而导致生烃量有限。

此外, 目前Kerio盆地勘探程度和研究程度低, 当前的认识和结论可能存在一定的不确定性。

6 结论

(1)Kerio盆地为主动裂谷, 呈幕式拉张, 渐新世以来发育5套沉积地层, 最大沉积厚度可达6 500 m。一套被证实的烃源岩指标好, 厚度薄, 盆地模拟显示1 500 m深度即可进入生烃门限。盆地发育河流和三角洲相砂岩, 孔渗物性好。

(2)盆地呈西陡东缓的半地堑结构, 发育4条一级断层, 将盆地分割为4个凹陷。盆地内断裂发育, 形成5个构造圈闭带。中部缓坡带和东部反转构造带为盆地的有利勘探区带, 可能形成旁生侧储、下生上储2种成藏模式。

(3)烃源岩是盆地勘探最主要的地质风险。

The authors have declared that no competing interests exist.

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