崔 哿，金愛民，鄔長武，丁 鋒，史丹妮

(1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

裂谷盆地是重要的含油氣盆地類型之一，在世界油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域占有重要地位。東非裂谷系是新生代發(fā)育形成的拉張體系，其獨特的構(gòu)造演化歷程得到了眾多地質(zhì)學(xué)家的長期關(guān)注。近年來，該區(qū)油氣勘探接連獲得重大突破，尤其是英國圖洛公司于2006年在西支阿爾伯特盆地試獲高產(chǎn)油氣流，被列為是2006年全球油氣十大發(fā)現(xiàn)之一，至2017年初，阿爾伯特盆地發(fā)現(xiàn)油氣田18個，儲量達1 435.37 MMbbl(1 MMbbl=1.369 9×105t)[1]。值得注意的是，盡管東非裂谷系已取得了重要的油氣發(fā)現(xiàn)，但目前勘探工作僅集中在烏干達、肯尼亞境內(nèi)一側(cè)，其余地區(qū)幾乎沒有相關(guān)鉆井作業(yè)，其整體勘探程度仍然較低，有必要根據(jù)現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)對該區(qū)油氣分布規(guī)律進行總結(jié)。

本文在分析地質(zhì)、地震資料及井資料基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)今取得的勘探研究成果，從東非裂谷西支阿爾伯特盆地的形成演化、構(gòu)造和沉積地層特征入手，對其石油地質(zhì)特征進行論述，研究其油氣成藏模式與富集條件，以期為該區(qū)下一步的油氣勘探評價工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東非裂谷系位于東非陸內(nèi)地區(qū)，涉及烏干達、剛果民主共和國、坦桑尼亞和肯尼亞等多個國家(圖1)。裂谷的走向和分布受多個克拉通和新生代地幔柱共同影響，環(huán)繞坦桑尼亞克拉通沿構(gòu)造薄弱帶發(fā)育為東、西兩支。東支北側(cè)在新生代地幔柱作用下成為紅海—亞丁灣—阿法爾三叉谷在東非內(nèi)陸的延伸，南側(cè)受肯尼亞地幔柱和坦桑尼亞克拉通的共同控制，整體近N-S向發(fā)育；西支主要沿坦桑尼亞克拉通和剛果克拉通之間的褶皺帶分布，在多條NW-SE向剪切帶作用下形成一系列的張性裂谷或張剪性裂谷，走向由北向南發(fā)生NE-SW向、N-S向及NW-SE向轉(zhuǎn)換。其中，東支鄰近地幔柱，火山作用強烈，裂谷內(nèi)多見火山巖沉積；而西支斷陷作用更為強烈，發(fā)育阿爾伯特湖、愛德華湖、喬治湖、坦噶尼喀湖及馬拉維湖等一系列深湖。東非裂谷系的形成演化可分為卡魯裂谷期(晚石炭世—早三疊世)、新特提斯洋裂谷期(晚侏羅世—早白堊世)、亞丁灣裂谷期(始新世—中新世)及東非裂谷期(中新世至今)4個階段[2-6]。其中，在西支南部的坦噶尼喀、魯夸及馬拉維地塹保存有較多中生代和古生代卡魯期內(nèi)陸凹陷地層，亞丁灣裂谷作用主要發(fā)生在東支裂谷系內(nèi)，而東非裂谷期在各地塹中均有沉積地層，分布最為廣泛[7-8]，故將前3期統(tǒng)稱為前裂谷階段，第四期為裂谷階段。

圖1 東非裂谷系分布[2-4]

2 盆地構(gòu)造—沉積演化

阿爾伯特盆地是位于東非裂谷西支北段的新生代裂谷盆地，屬于阿爾伯特地塹(其余分別為瑞諾坎普次盆、塞姆利基次盆、帕克維奇次盆和愛德華—喬治次盆)，長約570 km，寬約50 km，面積約2.6×104km2。從地震剖面來看湖盆中可能含有前裂谷階段的沉積，但尚未得到確切的鉆井證實(早期認(rèn)為在Waki-B井鉆遇的侏羅系頁巖現(xiàn)已證實為中新統(tǒng)地層[9])，而現(xiàn)階段油氣發(fā)現(xiàn)均集中在東非裂谷期地層，故本文將以盆地裂谷階段為主進行分析和探討。

2.1 盆地形成演化

根據(jù)前人研究，阿爾伯特盆地東非裂谷期的形成演化可具體分為以下3個階段：(1)中新世中期—上新世早期，此階段以傾滑斷層和陡直的邊界斷層為標(biāo)志，處于剛果克拉通與坦桑尼亞克拉通之間構(gòu)造薄弱帶的阿爾伯特盆地在大規(guī)模區(qū)域伸展作用下初具雛形，早期以河流相砂巖沉積為主，隨著沉降進一步加劇，水體變深，為湖相泥頁巖沉積提供了充足空間，控制形成了盆地最重要的烴源巖；(2)上新世早期—更新世早期，裂陷作用加強，阿爾伯特湖盆與南部愛德華湖盆相連形成奧博洛卡古湖泊，呈“狹長”的裂谷形態(tài)，在構(gòu)造活動與氣候變化影響下，湖面升降頻繁，砂泥巖互層形成良好的儲蓋匹配；(3)更新世至今，盆地南部的魯文佐治山隆起，將奧博洛卡古湖泊分隔為阿爾伯特湖和愛德華湖，逐步形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局[5,10]。

2.2 構(gòu)造特征

阿爾伯特盆地為兼具左旋走滑作用的近W-E向伸展地塹，兩側(cè)為傾角70°～80°的高角度邊界斷層，走向近于平行，在NE-SW方向延伸。西側(cè)邊界下盤抬升明顯，出露前寒武系變質(zhì)巖基底，東側(cè)相較而言更為平緩，受剪切作用錯斷為南北兩支，在疊覆相交、南北兩端尖滅處多發(fā)育轉(zhuǎn)換斜坡。根據(jù)上述區(qū)域斷層展布情況，結(jié)合基底結(jié)構(gòu)及地層厚度等，可將阿爾伯特盆地劃分為西部陡斷帶、東部陡斷帶、東部斷階帶，含南、北2個沉積凹陷，其間以中部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶相隔，南、北兩端各有一條構(gòu)造調(diào)節(jié)帶界定盆地范圍(圖2)。盆地受構(gòu)造調(diào)節(jié)作用明顯，由北向南結(jié)構(gòu)樣式發(fā)生變化。北端呈西斷東超的半地塹形態(tài)，多被近N-S向、NNE-SSW向斷層切割，斷塊、斷鼻十分發(fā)育；沿盆地軸向至北部凹陷，東側(cè)邊界斷層斷距增大，呈全地塹形態(tài)，是盆地主體結(jié)構(gòu)樣式；中部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶是南、北凹陷分隔區(qū)，東側(cè)斷階帶基底之上沉積地層明顯減薄；盆地南部基底下陷較北部深，上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)地層南部厚于北部，但其上地層則相反，反映出受魯文佐治山隆升事件影響，盆地整體北傾，沉積中心由南向北遷移；盆地南端剪切作用強烈，從地震剖面可觀察到花狀構(gòu)造較為發(fā)育，高角度正斷層將其分割為多級斷階[11-12]。

2.3 地層沉積特征

阿爾伯特盆地形成以來整體沉降速率較快，地層最厚達6 km，以河流—(扇)三角洲—湖泊沉積體系為主。對應(yīng)其裂谷期構(gòu)造演化階段，主要沉積3套地層(圖3)：(1)東非裂谷期第一階段層序。中中新統(tǒng)—上中新統(tǒng)河流—湖泊相沉積覆于風(fēng)化沉積層或基底之上，由下到上可分為Kisegi組、Kasande組、Kakara組和Oluka組。此時盆地處于溫暖潮濕環(huán)境，在河流相砂巖之上沉積了富有機質(zhì)頁巖，形成重要的烴源巖，沉積中心位于南部東側(cè)邊界斷層之下。(2)東非裂谷期第二階段層序。由上新統(tǒng)Nyaburogo組和Nyakabingo組—更新統(tǒng)河流—三角洲相砂巖、湖相頁巖組成。盆地伸展作用進一步增強，發(fā)育了從阿爾伯特湖延伸至愛德華湖的古湖泊奧博洛卡，在較干旱環(huán)境下沿盆地邊緣沉積河流—三角洲相砂巖，湖盆中心以湖底扇砂巖和濁積巖為主。(3)東非裂谷期第三階段層序。主要由更新統(tǒng)—全新統(tǒng)Katorogo組、Nyabusosi組和Rwebishengo組河流—三角洲—湖相沉積物組成。這一階段魯文佐治山隆升，將奧博洛卡古湖泊一分為二，阿爾伯特盆地南部發(fā)生了明顯的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，沉積中心向北遷移。

圖2 東非阿爾伯特盆地構(gòu)造單元劃分

圖3 東非阿爾伯特盆地地層綜合柱狀圖[1]

3 盆地石油地質(zhì)特征

3.1 烴源巖

阿爾伯特盆地發(fā)育初期，周緣河流水系豐富，為其帶來充足的物源，溫潤潮濕的熱帶氣候十分適宜陸生動植物、淡水藻類等大面積繁殖[13]，在沉積物快速保存的缺氧環(huán)境下形成富有機質(zhì)湖相頁巖。上中新統(tǒng)傾油型湖相頁巖是盆地主要烴源巖，在盆地北部凹陷鄰近區(qū)、西南部KF油田等多處鉆遇，鉆井揭示其高豐度段厚達430m，屬Ⅰ-Ⅱ型干酪根，總有機碳含量(TOC)最高達到9.80%，平均4.02%[14]，屬好—極好烴源巖。次要烴源巖為下上新統(tǒng)湖相頁巖，Ng-2井于控盆斷層下降盤鉆遇，TOC可達1.30%～1.65%，屬Ⅲ型干酪根[15]，烴源品質(zhì)較好。

圖4 東非阿爾伯特盆地中部模擬埋藏史和成熟度

盆地一維模擬顯示，盆地自形成以來下陷速度非?？?，沉積厚度大(圖4)。中新世以來的快速沉降與沉積和裂谷作用形成的高熱流值，促使烴源巖迅速成熟生烴。上中新統(tǒng)頁巖成熟度Ro介于0.7%～0.85%，正處于生烴高峰期；Ng-2井鉆遇的下上新統(tǒng)頁巖因處于西側(cè)盆緣處，埋深淺，仍處于未成熟階段，推測在凹陷深部達到成熟。盆地整體沉降幅度不統(tǒng)一，中心近西部一側(cè)沉積層厚度大、成熟度偏高，在深部產(chǎn)生大量油氣保證整個盆地含油氣系統(tǒng)的供烴和成藏。

3.2 儲集層

晚中新世—上新世期間，盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶處河流三角洲體系十分發(fā)育，沿裂谷陡崖方向分布多個放射狀扇三角洲(圖5)，由于埋深淺、壓實較弱，形成孔隙發(fā)育、物性較好的碎屑巖儲層。盆地主要儲層為上上新統(tǒng)砂巖，在北部構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，該套儲層以垂向疊置河道砂為主，埋深約400～650 m，單層厚度10 m左右，最厚可達20 m，孔隙度20%～45%，滲透率介于(1 200～2 000)×10-3μm2，最高可達40 000×10-3μm2，屬儲集條件極好的高孔滲儲層[16]。其次為上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)儲層，在盆地東部邊緣包含金菲舍(Kingfisher)、恩哥薩(Ngassa)等在內(nèi)的多個油田中均有鉆遇，孔隙度為15%～30%，滲透率(100～1000)×10-3μm2，屬中高孔滲儲層，埋藏較深(介于1 000～2 500 m)，物性不及上上新統(tǒng)砂巖。

圖5 東非阿爾伯特盆地晚中新世—上新世沉積模式

除上述主要富油氣儲層外，破碎基底屬潛在儲集層。裂谷盆地演化過程中裂谷肩不斷隆升，暴露的基底巖石在風(fēng)化淋濾作用下可形成品質(zhì)較好的基巖儲層[17]。阿爾伯特盆地東部陡斷帶的發(fā)育對形成基巖油氣藏十分有利，現(xiàn)已在Mputa-1、Nzizi-2井鉆遇的花崗質(zhì)基底中見有油氣顯示。

3.3 蓋層及保存條件

阿爾伯特盆地以砂泥巖交互形成的層間蓋層為主，湖盆高位域期間形成的細粒湖相泥巖作為區(qū)域蓋層。對已發(fā)現(xiàn)油田進行分析，在砂巖層上下多發(fā)育有良好湖相泥巖，認(rèn)為在裂谷演化期間，隨湖面頻繁變化形成的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)在垂向上儲蓋組合匹配良好；側(cè)向上以斷層和對盤巖性遮擋為主，同時烴類運移過程中在生物降解作用下形成的上傾方向瀝青塞也可有效封堵。

3.4 圈閉條件

盆地主要發(fā)育斷塊、斷背斜等構(gòu)造圈閉。在裂谷伸展過程中形成一系列正斷層，塹壘相間的構(gòu)造樣式使得斷塊、斷背斜及斷鼻等十分發(fā)育，幾乎所有的已發(fā)現(xiàn)油田均為斷塊油氣藏，同生斷裂形成的滾動背斜圈閉也是潛在有利目標(biāo)。在湖盆深處或陡坡帶等濁積砂體發(fā)育處，可形成相關(guān)的巖性圈閉或構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉。

4 油氣成藏模式與富集條件

4.1 油氣成藏模式

在明確阿爾伯特盆地構(gòu)造—沉積特征和石油地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，建立了“凹陷供烴、側(cè)向與垂向復(fù)合運移、下生上儲”油氣成藏模式(圖6)。自盆地形成以來，垂向上形成了良好的生儲蓋組合：中新世—上新世早期廣泛發(fā)育的富有機質(zhì)湖相頁巖，在裂谷快速沉降和高熱流值影響下，于盆地深凹處成熟生烴；盆緣的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶、邊界陡斷帶均是沉積物輸入控制區(qū)，發(fā)育河流—(扇)三角洲沉積體系，優(yōu)質(zhì)砂體疊置在早期湖相沉積物之上；盆地發(fā)育過程中多受氣候、水系調(diào)整、構(gòu)造活動等影響，湖面變化頻繁形成砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，高位域期間的大套湖相泥巖為較好的區(qū)域蓋層。強烈的斷陷作用與剪切作用形成大量斷層，與砂巖夾層共同構(gòu)成油氣運移的重要通道，油氣交替向有利儲層充注。斷層控制的斷塊、斷背斜是主要的圈閉類型。

4.2 油氣富集條件

4.2.1 垂向上形成多套成藏組合

阿爾伯特盆地廣泛分布深湖相富有機質(zhì)泥頁巖，與其間的砂巖夾層形成良好的生儲蓋匹配。根據(jù)目前油氣發(fā)現(xiàn)情況，盆地有以下主力成藏組合：

上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)成藏組合于金菲舍油田證實。該油田位于盆地東側(cè)邊界斷層上盤的金菲舍斷背斜構(gòu)造上，油田區(qū)的大型鞍狀構(gòu)造將其分為南、北兩部分，三向傾伏的上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)河道砂儲層被多個小斷距高角度斷層切割，在SW向與沿邊界斷層抬升的結(jié)晶基底相接，形成上傾封堵；垂向上層間泥頁巖將其分隔為3個厚度10～30 m的含油砂層，橫向展布超過4 km；上中新統(tǒng)湖相頁巖為主要烴源巖，目前正處于生烴高峰期，蓋層為同期形成的上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)泥頁巖夾層[18]。

上上新統(tǒng)成藏組合，除金菲舍油田外在其他發(fā)現(xiàn)區(qū)均有發(fā)育。由下上新統(tǒng)富有機質(zhì)頁巖供烴，形成斷背斜、斷塊2類構(gòu)造圈閉。沿盆緣陡斷帶一側(cè)分布的油田，幾乎均為由邊界斷層側(cè)向封堵形成的斷背斜圈閉，主力儲層為垂直盆地長軸發(fā)育的扇三角洲砂巖，遠源沉積物供應(yīng)充足、邊界斷層深大下切谷對其形成具有重要意義[19]，其自身發(fā)育的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)形成了良好的儲蓋配置。盆地北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶上的油田群主要為斷塊圈閉，河流三角洲砂巖儲集體多層疊置，在密集斷裂作用下相互連通形成大型油氣藏，蓋層主要為其上的更新統(tǒng)泥頁巖。

此外，風(fēng)化基底儲層與深部中新統(tǒng)烴源巖是形成基底油氣藏潛在的構(gòu)造成藏組合。

4.2.2 優(yōu)質(zhì)砂體與垂向斷層控制油氣有效運移

阿爾伯特盆地的油氣充注系統(tǒng)以沿砂體側(cè)向和斷裂垂向交替運移為主。分布在地塹深部的上中新統(tǒng)和下上新統(tǒng)富有機質(zhì)頁巖均已成熟生烴，晚上新世及之后油氣開始沿著斷層與砂體運移到盆緣砂巖儲層聚集成藏，圈閉形成于中新世—第四紀(jì)。盆地強烈的斷裂作用和垂向上砂泥巖頻繁互層的結(jié)構(gòu)，為油氣運移提供了廣泛的輸導(dǎo)體系。陡斷帶一側(cè)油氣藏鄰近生烴凹陷，油氣經(jīng)短距離橫向運移，沿斷層聚集至構(gòu)造高部位即可成藏；北部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶油田群則相距較遠，需進行長距離大范圍運移，已發(fā)現(xiàn)的油田距離成熟烴源巖的橫向垂直距離最遠可達70 km左右[20]。

圖6 東非阿爾伯特盆地油氣成藏模式

4.2.3 斷層控制的構(gòu)造圈閉是油氣聚集的主要場所

目前油氣發(fā)現(xiàn)全部為與斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉，其中斷塊圈閉12個，含油氣1 046.73 MMbbl，約占已發(fā)現(xiàn)儲量的三分之二，其余為斷背斜圈閉[1]。盆地發(fā)育過程中，受區(qū)域應(yīng)力場影響產(chǎn)生近東西向伸展，同時在左旋剪切作用下，局部地區(qū)受到擠壓和強烈的塊斷作用，在盆地周緣形成大量斷塊、斷背斜和斷鼻構(gòu)造，成為烴類聚集的有利場所。

5 結(jié)論

(1)阿爾伯特盆地東非裂谷期形成演化分為3個階段：中—晚中新世，盆地雛形初現(xiàn)，沉積的富有機質(zhì)深湖相泥巖為盆地重要烴源巖；晚中新世—晚上新世，斷裂作用進一步加劇，河流—三角洲相砂巖為高品質(zhì)儲層，隨著奧博洛卡古湖泊形成，沉積了一套較厚湖相泥巖區(qū)域蓋層；晚上新世至今，魯文佐治山隆起使得盆地北傾，形成現(xiàn)今格局。

(2)整個東非裂谷系的發(fā)育受克拉通和地幔柱影響，阿爾伯特盆地除受到較強烈的近E-W向拉張作用，受克拉通走向影響剪切作用較為強烈，分布構(gòu)造調(diào)節(jié)帶、斷階帶、盆緣陡斷帶及湖盆深凹多個構(gòu)造單元，盆地內(nèi)豐富的構(gòu)造樣式形成一系列有利圈閉。盆地東部構(gòu)造調(diào)節(jié)帶、盆緣陡斷帶及斷階帶是目前油氣發(fā)現(xiàn)主要區(qū)帶，以斷塊、斷背斜油氣藏為主；推測湖盆深凹一帶存在與濁積砂體相關(guān)的巖性圈閉。

(3)結(jié)合典型油氣田剖析，總結(jié)阿爾伯特盆地成藏模式為“凹陷供烴、側(cè)向與垂向復(fù)合運移、下生上儲”?；诖?，其油氣富集主要條件是：生儲蓋匹配良好，垂向上形成上中新統(tǒng)—下上新統(tǒng)、上上新統(tǒng)等多套成藏組合，優(yōu)質(zhì)砂體與垂向斷層控制油氣沿側(cè)向和垂向交替有效運移，斷層控制發(fā)育的構(gòu)造圈閉提供了油氣聚集的有利場所。