胡濱，邱春光，張世鑫，賈屾，饒溯

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東非裂谷Turkana盆地石油地質(zhì)特征與勘探潛力

胡濱，邱春光，張世鑫，賈屾，饒溯

（中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028）

東非裂谷東支South Lokichar盆地石油地質(zhì)勘探獲得突破，使該區(qū)成為研究和勘探石油的熱點(diǎn)地區(qū)。Turkana盆地為裂谷東支鄰近South Lokichar盆地中面積最大的盆地，勘探程度低。最新地震地質(zhì)綜合研究成果闡述了其石油地質(zhì)特征和勘探潛力。Turkana盆地為主動(dòng)裂谷，受控于兩期火山活動(dòng)，發(fā)育中新世以來的3套沉積地層，最大厚度可達(dá)7 000m。鉆井揭示的上新統(tǒng)烴源巖指標(biāo)較好，厚度約50m，推測(cè)發(fā)育中新統(tǒng)烴源巖。發(fā)育河流和三角洲相砂巖，孔滲物性好。北部凸起帶和中部凸起帶為有利勘探區(qū)帶。烴源是盆地勘探最主要的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

石油； Turkana盆地；勘探潛力；東非裂谷

東非裂谷（East African Rift System，簡(jiǎn)寫作EARS）位于非洲東部陸上，南北長(zhǎng)約3 500km，東西寬50~300km，在平面上分為東西兩支[1]。東支自北向南經(jīng)過埃塞俄比亞、肯尼亞和坦桑尼亞，可分為北、中、南三段，共17個(gè)盆地（圖1），總面積11×104km2。北段包括Afar、Rift Valley、Chew Bahir、Omo等4個(gè)盆地；中段包括Turkana、Kerio、Tukwel、North Lokichar、South Lokichar等5個(gè)盆地；南段包括Kerio Valley、Suguta、Magadi、Nyanza、Utimbere、Speke、Eyasi和Manyara等8個(gè)盆地。

2012年以來，由Tullow（圖洛）和Africa Oil（非洲石油）公司組成的作業(yè)團(tuán)體在面積僅有2 180km2的東支South Lokichar盆地取得油氣勘探突破。據(jù)作業(yè)者Tullow公司公布，盆地已發(fā)現(xiàn)８?jìng)€(gè)油田，合計(jì)2C可采儲(chǔ)量5.6×108bbl[2]，使該區(qū)成為研究和勘探的熱點(diǎn)地區(qū)。然而多年來，在裂谷東支的其他盆地再無油氣勘探突破，其原因值得深入研究。

Turkana盆地位于South Lokichar盆地東北部（圖1），是鄰近South Lokichar盆地中面積最大的盆地，目前勘探程度低（圖2）。該盆地國際上相關(guān)研究較少，而國內(nèi)處于研究空白區(qū)。基于最新地震地質(zhì)綜合研究成果，與已獲得油氣勘探突破的South Lokichar盆地進(jìn)行類比，對(duì)Turkana盆地的石油地質(zhì)特征進(jìn)行解剖，闡述其油氣勘探潛力和前景，這對(duì)該地區(qū)未來油氣勘探評(píng)價(jià)具有重要意義。

圖1 東非裂谷東支各盆地位置圖

圖2 Turkana盆地二維地震測(cè)網(wǎng)圖

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東非裂谷全貌的形成受到了元古代造山帶的影響[3]。早元古代（2 100～1 800Ma）Eburnian造山帶控制了西支南段的走向。中晚元古代（1400～900Ma）Kibarian造山帶控制了西支中段的走向，晚元古代（600Ma）Katangian的造山帶控制了東支走向。漸新世開始，受到Afar地幔柱活動(dòng)（約31Ma），促使東非裂谷系整體進(jìn)入新生代裂谷演化階段，阿拉伯板塊從非洲板塊分離，形成紅海-亞丁灣-東非裂谷系三叉裂谷[4,5]。東非裂谷系是其中的夭折支[6]，并逐步演化成現(xiàn)今的陸內(nèi)裂谷盆地群。

東非裂谷東支的演化極為復(fù)雜，由多期裂谷疊置，包括二疊-三疊紀(jì)裂谷、白堊紀(jì)裂谷及新生代裂谷[7]。一般如不作特殊說明，專指新生代裂谷。裂谷東支是世界上最年輕的主動(dòng)裂谷盆地群[8]，經(jīng)歷了整個(gè)東非裂谷的各個(gè)構(gòu)造演化階段，受Afar和肯尼亞地幔柱的影響較大[9]，不同盆地的演化差異大。主要發(fā)育兩期裂谷，西早東晚。第一期裂谷：South Lokichar[10]和Kerio Valley盆地為裂谷沉降中心，主要發(fā)育漸新統(tǒng)-中中新統(tǒng)地層[11]，厚度可達(dá)6 000m，中中新世之后盆地整體抬升，沉積厚度小。同時(shí)，Kerio、North Lokichar等盆地初步發(fā)育。第二期裂谷：晚中新世之后，沉降中心由South Lokichar盆地向東向北遷移，Kerio、North Lokichar和Turkana盆地沉積厚度大，可達(dá)6 000m。同時(shí)，Omo和Chew Bahir等盆地形成。因此，Turkana盆地是主動(dòng)裂谷盆地，主要發(fā)育第二期裂谷。

2 盆地概況

2.1 基本情況

Turkana盆地位于東非裂谷東支中部，South Lokichar盆地東北部（圖1）。盆地為南北走向，長(zhǎng)約180km，寬45km，面積約6 800km2，整體呈不對(duì)稱的地塹結(jié)構(gòu)，最大沉積厚度約7 000m，主體位于Turkana湖上。湖長(zhǎng)約248km，寬約16~32km，面積約6 400km2，平均水深30m，最深處109m，水位和水面積不定，唯一的長(zhǎng)年支流是湖北部Omo河。Turkana湖無出口，為咸水湖，藍(lán)藻繁盛。

圖3 Turkana與South Lokichar盆地地層柱狀圖

2.2 勘探現(xiàn)狀

Turkana盆地的勘探程度低，采集了高分辨率重力資料，可用于大型斷裂與構(gòu)造帶識(shí)別[12]。盆地內(nèi)在上世紀(jì)80~90年代采集了6批二維地震測(cè)線190條，總長(zhǎng)度3 380m（圖2）。測(cè)網(wǎng)不規(guī)則，陸上測(cè)網(wǎng)密、湖區(qū)測(cè)網(wǎng)稀，測(cè)網(wǎng)密度1.5km×1.5km~15km×18km。地震資料主頻約15Hz，頻帶寬10~30Hz，整體品質(zhì)較差，表現(xiàn)為信噪比、同相軸連續(xù)性和地震波組特征較差。盆地內(nèi)鉆有兩口干井，即1992年鉆探Es-1井和2015年鉆探的En-1井。

圖4 Turkana盆地上新統(tǒng)沉積相圖

2.3 沉積充填

Turkana盆地內(nèi)發(fā)育中新世以來的3套沉積地層，即上中新統(tǒng)、上新統(tǒng)和更新統(tǒng)-全新統(tǒng)（圖3）。

地層年代由已鉆井標(biāo)定確定，各地層之間為整合沉積，界面呈較強(qiáng)連續(xù)強(qiáng)反射特征。Turkana地區(qū)現(xiàn)今地表大面積被火山巖覆蓋，盆地曾經(jīng)歷的兩期劇烈的火山事件，控制了兩個(gè)沉積旋回[13]。中新世火山活動(dòng)較劇烈，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，地表被火山巖大面積覆蓋，巖性以玄武巖、流紋巖及凝灰?guī)r等噴發(fā)巖為主，Es-1井揭示了這套火成巖（約10.0Ma）（圖3）。此時(shí)盆地局部地區(qū)沉積薄層河流相砂巖。晚中新世，裂谷逐漸拉開，早期以河流相沉積為主，后期湖泊開始出現(xiàn)，發(fā)育三角洲相與濱淺湖相沉積。中新世末期（約5.1Ma），又發(fā)生劇烈的火山事件，在盆地北部形成沉降中心，發(fā)育中深湖相沉積，鉆井揭示約50m的泥巖。上新世中期之后，Turkana湖西部和北部地區(qū)抬升，發(fā)育河流-三角洲沉積（圖4），以砂巖為主，孔滲物性較好，靠近湖西邊界斷層地區(qū)（En-1井區(qū)）發(fā)育扇三角洲沉積（圖4），砂巖孔滲物性較差。

2.4 斷裂特征

Turkana盆地發(fā)育4條一級(jí)斷層，即F1、F2、F3和F4（圖5左圖），均為東傾向的正斷層。盆地邊界斷層由多條斷層相接而成，在盆地北部為F1、在盆地南部為F4（圖5右圖）。F1呈南北或北東-南西走向，延伸長(zhǎng)度超過150km（研究區(qū)范圍內(nèi)）。F4呈北西-南東走向，延伸長(zhǎng)度超過50km。F2為盆地北部控制盆地格局的二臺(tái)階斷層，地層發(fā)育特征與裂谷西支Albertine盆地相似[14]。F3位于盆地南部，為控制盆地陸地與湖的邊界斷層，但落實(shí)程度低，為3條二維地震測(cè)線和重力資料識(shí)別，其南部與F4邊界斷層相接（圖5左圖）。

圖5 Turkana盆地基底深度圖（左圖）和地質(zhì)剖面圖（右圖）

2.5 盆地結(jié)構(gòu)

Turkana盆地主要發(fā)育3個(gè)凹陷（北凹陷、中凹陷和南凹陷）和中央火山帶（圖5左圖）。其中北凹陷受控于F1和F2斷層，呈半地塹結(jié)構(gòu)（圖5右圖中AA’測(cè)線），面積約90km2（研究區(qū)范圍內(nèi)），沉積地層最大厚度可達(dá)7 000m，中新統(tǒng)厚度薄，上新世以來的地層明顯加厚；中凹陷（圖5右圖中CC’測(cè)線）無明顯半地塹結(jié)構(gòu)，面積約80km2，地層厚度最大約5 500m；南凹陷西淺東深的不對(duì)稱地塹結(jié)構(gòu)（圖5右圖中DD’測(cè)線），面積約100km2，地層厚度最大約5 000m，中新統(tǒng)地層相對(duì)厚。南部湖上盆地沉積地層厚度?。ㄐ∮? 000m）。中央火山帶發(fā)育火山，局部出露湖面，地層厚度較?。▓D5左圖）。

3 石油地質(zhì)特征

3.1 烴源巖

3.1.1 烴源指標(biāo)

Turkana盆地存在一套證實(shí)的烴源巖和一套潛在烴源巖。上新統(tǒng)底部烴源巖（證實(shí)）：Es-1揭示厚度約50m的泥巖，TOC值1.1%~4.9%，平均2.2%，HI值153~247mg/g，II2型干酪根，Tmax值435~440℃，處于低成熟階段（圖6）。沉積相分析認(rèn)為該套泥巖為濱湖相，推測(cè)向沉積中心方向發(fā)育中深湖相泥巖沉積，并且烴源巖指標(biāo)可能變好。

圖6 Turkana盆地?zé)N源巖熱解參數(shù)

根據(jù)區(qū)域沉積環(huán)境演化，Turkana湖在晚中新世之后一直為東支的沉積中心，而北凹陷是Turkana盆地的沉積中心（圖5），結(jié)合上新統(tǒng)底部烴源巖的地震反射特征對(duì)比分析，推測(cè)在北凹陷的上中新統(tǒng)發(fā)育也發(fā)育湖相烴源巖（圖3）。

3.1.2 火山活動(dòng)對(duì)烴源巖的影響

火山活動(dòng)對(duì)Turkana盆地演化和沉積影響較大，對(duì)烴源巖的形成演化存在正反兩個(gè)方面的作用。有利于烴源巖的方面：①火山和熱液給湖盆水生生物帶來大量營(yíng)養(yǎng)，利于藻類繁盛。同時(shí)使湖水含鹽度增高，形成還原環(huán)境，有利于藻類物質(zhì)的保存[15]；②與火山熱液伴生的烴源巖過渡金屬含量高，過渡金屬的催化作用可以降低有機(jī)質(zhì)中的C-C、C-S、C-O鍵活化能，催化有機(jī)質(zhì)降解成烴和CO2；③火山烘烤促進(jìn)干酪根熱演化，裂谷東支地溫梯度可達(dá)4.2℃/100m[16]，在一定程度上降低生烴門限。

不利于烴源巖的方面：①火山灰不僅能釋放鐵、氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也會(huì)釋放銅和鋅等有害物質(zhì)，濃度過高會(huì)嚴(yán)重抑制浮游生物的生長(zhǎng)；②對(duì)于水體有限的湖泊，近距離火山噴發(fā)還會(huì)釋放大量氯化氫、氯氣等有毒氣體，并大幅提升水溫、降低pH值，從而造成生物大規(guī)模死亡[17]。

3.1.3 盆地模擬

針對(duì)以上兩套烴源巖進(jìn)行盆地模擬。上新統(tǒng)烴源巖的TOC、HI和厚度等參考Es-1井實(shí)鉆結(jié)果，上中新統(tǒng)烴源巖厚度根據(jù)地震剖面推測(cè)選取300m，TOC和HI參考South Lokichar盆地參數(shù)，TOC值選取3%，HI值選取500mg/g。盆地模擬結(jié)果顯示在2 000m深度（約1 500ms）時(shí)烴源巖即可成熟（Ro=0.7%），盆地北部的烴源巖演化程度高，南部略低，排油量約120×108m3，比South Lokichar盆地略大，為潛在的富生烴盆地。

3.2 儲(chǔ)層

鉆井揭示Turkana盆地發(fā)育中上中新統(tǒng)和上新統(tǒng)兩套儲(chǔ)蓋組合。Es-1井揭示中上中新統(tǒng)和上新統(tǒng)以河流相砂巖為主，儲(chǔ)層較發(fā)育，砂巖孔隙度20%~35%，物性與South Lokichar盆地相似[18,19]。En-1井揭示靠近盆地邊界的地層以沖積扇為主（圖4），物性較差，推測(cè)向湖盆方向漸變?yōu)槿侵蕹练e，具備較好的儲(chǔ)蓋組合。根據(jù)地震相分析，盆地多數(shù)地區(qū)發(fā)育河流和三角洲相沉積，具有較好的儲(chǔ)蓋組合。

3.3 圈閉

Turkana盆地?cái)嗔演^發(fā)育，形成多種斷層相關(guān)類型的圈閉，圈閉面積10~80km2。并且發(fā)育與巖漿底辟相關(guān)的圈閉，受地震資料品質(zhì)限制，識(shí)別難度大。

4 勘探潛力與成藏模式

盆模結(jié)果顯示油氣運(yùn)移主體方向是從盆地凹陷區(qū)向構(gòu)造高部位運(yùn)移。綜合分析認(rèn)為北部凸起帶與中部凸起帶為有利區(qū)勘探區(qū)帶。

有利成藏條件包括：①緊鄰北凹陷和中凹陷沉降中心，烴源巖已成熟；②具備雙向供烴的有利條件；③發(fā)育反向斷塊和斷背斜等圈閉類型（圖7）；④地震上呈現(xiàn)中強(qiáng)振幅較連續(xù)反射和弱振幅反射相間的特征，推測(cè)具備較好的儲(chǔ)層組合；⑤形成旁生側(cè)儲(chǔ)成藏模式（圖7）：凹陷生成的油氣通過砂體側(cè)向運(yùn)移至凸起帶聚集成藏。不利因素在于部分區(qū)域位于Turkana湖上，鉆探條件受到一定限制。

圖7 Turkana盆地北部凸起帶成藏模式圖（剖面位置見圖5左圖）

5 主要風(fēng)險(xiǎn)與存在問題

Turkana盆地內(nèi)Es-1和En-1井均為干井，鉆井周邊缺乏有效烴源灶是失利的主要原因，有效烴源灶及油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移方向?yàn)槌刹氐闹骺匾蛩?。Turkana盆地雖然沉積背景與South Lokichar盆地相似，其上中新統(tǒng)地層地震反射特征與South Lokichar盆地主力烴源巖下中新統(tǒng)也較相似，但這兩個(gè)盆地演化時(shí)期差別大，Turkana盆地上中新統(tǒng)烴源巖證實(shí)程度仍然很低。

此外，目前盆地勘探程度低，導(dǎo)致各方面的研究程度也較低，當(dāng)前的認(rèn)識(shí)和結(jié)論存在一定不確定性。

6 結(jié)論

1）Turkana盆地為主動(dòng)裂谷，受控于兩期火山活動(dòng)。發(fā)育中新世以來的3套沉積地層，最大沉積厚度可達(dá)7000m。鉆井揭示的上中新統(tǒng)烴源巖指標(biāo)較好，厚度約50m，推測(cè)發(fā)育上中新統(tǒng)烴源巖，盆模結(jié)果顯示盆地生烴量較大。發(fā)育河流和三角洲相砂巖，孔滲物性好。

2）盆地呈不對(duì)稱的地塹結(jié)構(gòu)，可劃為3個(gè)凹陷。盆地內(nèi)斷裂較發(fā)育，形成多種與斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉，北部凸起帶和中部凸起帶為有利勘探區(qū)帶，可能形成旁生側(cè)儲(chǔ)成藏模式。

3）烴源是盆地勘探最主要的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

4）目前盆地勘探程度低，當(dāng)前的認(rèn)識(shí)和結(jié)論存在一定不確定性。

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Petroleum Geological Features and Prospecting Potential of the Turkana Basin in the East African Rift System

HU Bin QIU Chun-guang ZHANG Shi-xin JIA Shen RAO Su

(CNOOC Research Institute Ltd., Beijing 100028)

Oil and gas exploration in the South Lokichar Basin, the East Branch of the Eastern African Rift System (EARS) makes the studied area a hot spot area for oil-gas research and exploration. The Turkana Basin is the largest basin among the basins adjacent to the South Lokichar Basin and its exploration degree is lower. This paper has a discussion on the petroleum geological features and prospecting potential of the basin based on the latest seismic and geological study results. The Turkana Basin is an active rift basin controlled by two periods of volcanic activity. Three sets of sedimentary strata with total thickness of 7000 m have been developed in the basin since the Miocene. The fluvial and deltaic sandstone with good porosity and permeability was developed in the basin. The Pliocene source rock is 50 m thick. The Miocene source rock may be developed in the basin. The northern uplift zone and the eastern uplift zone are favorable zones for oil and gas prospecting.

East African Rift System (EARS); eastern branch; Turkana Basin; petroleum geological feature; prospecting potential; source rock

2018-04-25

“十三五”國家科技重大專項(xiàng)非洲重點(diǎn)區(qū)油氣勘探潛力綜合評(píng)價(jià)（2017ZX05032-002）

胡濱（1978-），男，北京人，高級(jí)工程師，碩士，長(zhǎng)期從事海外區(qū)塊勘探綜合研究與新項(xiàng)目評(píng)價(jià)

P618.13

A

1006-0995（2019）01-0045-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.010