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  中国石油勘探  2024, Vol. 29 Issue (2): 83-97  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.007
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引用本文 

马洪, 杜业波, 王利, 王兆明, 王林, 胡杰, 高华华, 王玉华, 高思敏. 中非裂谷系走滑盆地构造演化及其控油作用——以乍得Doseo盆地为例[J]. 中国石油勘探, 2024, 29(2): 83-97. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.007.
Ma Hong, Du Yebo, Wang Li, Wang Zhaoming, Wang Lin, Hu Jie, Gao Huahua, Wang Yuhua, Gao Simin. Tectonic evolution and the controlling effect on hydrocarbon accumulation in strike-slip basin in the Central African Rift system: a case study of Doseo Basin in Chad[J]. China Petroleum Exploration, 2024, 29(2): 83-97. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.007.

基金项目

中国石油天然气集团公司基础性前瞻性科技专项“海外油气地质新理论资源评价新技术与超前选区研究”(2023ZZ07);中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“海外复杂裂谷盆地精细勘探关键技术研究”(2021DJ3103)

第一作者简介

马洪(1978-),男,山东莱阳人,博士,2007年毕业于中国地质大学(北京),高级工程师,现主要从事石油地质综合研究及油气勘探方面的工作。地址:北京市西城区阜成门北大街6号-1国投大厦D座,邮政编码:100034。E-mail:mahong@cnpcint.com

文章历史

收稿日期:2023-10-04
修改日期:2024-03-10
中非裂谷系走滑盆地构造演化及其控油作用——以乍得Doseo盆地为例
马洪1, 杜业波2, 王利2, 王兆明2, 王林1, 胡杰1, 高华华1, 王玉华1, 高思敏1     
1. 中国石油国际勘探开发有限公司;
2. 中国石油勘探开发研究院
摘要: 近年来,乍得Doseo盆地油气勘探相继获得重要发现,已成为中国石油海外油气勘探的重点盆地之一。文章在前人研究的基础上,利用中国石油在Doseo盆地的最新钻完井和地震资料,对Doseo盆地构造演化特征和油气成藏的基本条件进行系统分析,明确了下一步有利勘探领域。Doseo盆地主要经历了早白垩世早期断陷期(Mangara组沉积期)、早白垩世中期断坳过渡期(Kedeni组沉积期)、早白垩世晚期—第四纪坳陷期(Doba组沉积期—第四纪)3个演化阶段,发育了下白垩统Doba组、Kedeni组和Mangara组3套有利烃源岩,其中以Kedeni组湖相暗色泥岩为主力烃源岩,其有机质类型好、成熟度高,厚度大,分布广。盆地发育下白垩统多套储盖组合,受多期构造活动影响,构造圈闭类型多样,形成自生自储、下生上储及上生下储3类成藏组合。通过对盆地构造演化及其对油气控制作用分析,认为Doseo盆地下步有利勘探领域主要是盆地北部陡坡带和南部缓坡带及盆地早期沉积的Mangara组新层系。
关键词: Doseo盆地    下白垩统    构造演化    成藏条件    成藏模式    勘探潜力    
Tectonic evolution and the controlling effect on hydrocarbon accumulation in strike-slip basin in the Central African Rift system: a case study of Doseo Basin in Chad
Ma Hong1 , Du Yebo2 , Wang Li2 , Wang Zhaoming2 , Wang Lin1 , Hu Jie1 , Gao Huahua1 , Wang Yuhua1 , Gao Simin1     
1. China National Oil and Gas Exploration and Development Co., Ltd.;
2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development
Abstract: In recent years, major discoveries have successively been made in Doseo Basin in Chad, and it has grown to be one of the key basins for overseas petroleum exploration of CNPC. On the basis of previous studies, the latest CNPC well drilling/completion and seismic data are used to systematically analyze the tectonic evolution characteristics and basic conditions for hydrocarbon accumulation in Doseo Basin, which support to identify the favorable exploration fields in the near future. The study results show that Doseo Basin experienced three main stages of tectonic evolution, namely the rift stage in the Early Cretaceous (deposition period of Mangara Formation), fault-depression transition in the middle stage of the Early Cretaceous (deposition period of Kedeni Formation), and depression in the late stage of the Early Cretaceous-Quaternary (deposition period of Doba Formation-Quaternary). As a result, three sets of favorable source rocks were deposited, including the Lower Cretaceous Doba Formation, Kedeni Formation and Mangara Formation. Among them, the lacustrine dark mudstone in Kedeni Formation served as the main source rock, with good organic matter type, high maturity, large thickness and wide distribution area. Multi-set reservoir-cap rock assemblages were developed in the Lower Cretaceous, and multi-type structural traps were formed influenced by multi-stage tectonic activities, developing three types of hydrocarbon accumulation combinations, including self-generation and self-storage type, lower source rock and upper reservoir type, and upper source rock and lower reservoir type. The analysis of the tectonic evolution and the controlling effect on hydrocarbon accumulation indicates that the future favorable exploration fields in Doseo Basin mainly include the northern steep slope zone, the southern gentle slope zone and new strata in the early deposited Mangara Formation.
Key words: Doseo Basin    Lower Cretaceous    tectonic evolution    hydrocarbon accumulation conditions    hydrocarbon accumulation pattern    exploration potential    
0 引言

乍得共和国(简称乍得)位于非洲中部地区,境内油气资源较为丰富[1],其油气勘探始于20世纪60年代,西方国际大油公司经过多年勘探认为,乍得境内油气资源潜力不大,先后退出。2007年中国石油天然气集团公司(简称中国石油)获得乍得项目H区块独资作业权,在Bongor盆地取得了一系列重大油气发现,并建年产能超过500×104t油当量,为国家能源安全战略做出应有贡献。同时,中国石油在乍得Doseo盆地拥有两个勘探区块,主要位于该盆地的中东部。近10年来,中国石油陆续在Doseo盆地投入勘探工作量并深化石油地质研究,取得了一系列勘探发现。前人基于早期的钻井和地震资料,对Doseo盆地的构造演化、沉积体系及成藏条件已做过部分研究[2-5],但受基础资料限制,研究认识程度相对较低,成藏条件分析及数据支持不够深入,成藏模式总结不完善,有利勘探领域不够明确。近3年来,中国石油进一步加大Doseo盆地勘探区块的工作量投入,相继发现了一个亿吨级和两个五千万吨级的规模储量区,打开了油气勘探新局面。本文依托近两年Doseo盆地最新地震和钻井资料,在前人研究的基础上,通过大量基础数据的分析与支撑,进一步剖析了Doseo盆地构造演化特征及其对油气成藏的控制作用,总结盆地油气成藏模式,并指出有利勘探领域,力争为后续油气勘探部署及再获重大突破指明方向,也为中西非裂谷盆地油气地质理论认识提升夯实基础。

1 区域地质概况

Doseo盆地位于乍得南部,构造上处于中非剪切带中段,整体呈北东—南西向狭长展布的构造格局,勘探面积约为4.81×104km2,与西侧Doba盆地、东侧Salamat盆地共同组成“南乍得盆地群”[3, 5]。Doseo盆地主体具有隆凹相间的构造格局,自西向东依次发育西部坳陷、西部隆起、中部坳陷和东部隆起四个一级构造单元(图 1)。中国石油探区主要位于盆地中东部,勘探面积约为1.2×104km2(包含Salamat盆地,面积约为5000km2),构造单元由北向南可划分为北部陡坡带、Kibea凹陷、中央低凸起带、Kedeni凹陷和南部缓坡带五个构造单元(图 1)。受北部边界断层分段发育影响,北部陡坡带自西向东发育Ximenia构造带、Kibea构造带和Celtis断阶带3个次级构造单元;中央低凸起带为凹中隆,南北两侧分别为Kibea凹陷和Kedeni凹陷;南部缓坡带为一个向南抬升的单斜构造。

图 1 Doseo盆地地理位置及构造区划图 Fig. 1 Geographical location of Doseo Basin and division of structural units

Doseo盆地基底为前寒武系花岗岩,上覆沉积地层自下而上分别发育下白垩统Mangara组、Kedeni组、Doba组和Koumra组,上白垩统K2L组、K2U组及古近系—新近系。下白垩统为盆地内主要勘探目的层系。其中,Mangara组为盆地断陷期沉积地层,厚度为1000~3500m;Kedeni组为盆地断坳过渡期沉积地层,厚度为700~1500m,Doba组、Koumra组为坳陷期沉积地层,厚度分别为350~800m、250~650m(图 2)。

图 2 Doseo盆地沉积地层综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive column of sedimentary strata in Doseo Basin

Doseo盆地主要发育下白垩统有利生储盖组合,以Kedeni组下生上储成藏组合为主,其次为该组自生自储成藏组合,可见Doba组下生上储成藏组合,偶见Kedeni组底部和Mangara组顶部上生下储成藏组合,推测Mangara组内部发育自生自储及下生上储成藏组合。

Doseo盆地整体勘探程度相对较低,截至目前累计完钻探井近50口,主要集中在中国石油探区,盆地内累计发现石油地质储量近2×108t,展现了较大的勘探潜力。

2 盆地构造演化特征

Doseo盆地是在区域板块构造活动的基础上,受走滑剪切、反转改造而成的被动裂谷盆地[6-10],主要经历了早白垩世早期断陷期(Mangara组沉积期)、早白垩世中期断坳过渡期(Kedeni组沉积期)、早白垩世晚期—第四纪坳陷期(Doba组沉积期—第四纪)3个演化阶段(图 3)。

图 3 Doseo盆地构造演化示意图(剖面位置见图 1 Fig. 3 Schematic diagram of tectonic evolution of Doseo Basin (section location is in Fig. 1)
2.1 早白垩世早期断陷期(Mangara组沉积期)

早白垩世初期,南大西洋自南向北开始逐渐张开(图 4a),受非洲与南美洲裂解分离影响,中非岩石圈开始活化 [6-14],中非剪切带遭受近南北向拉张作用力发生伸展,导致Doseo盆地发生断陷,形成裂谷盆地雏形。该时期,盆地东部主要发育受南北拉张伸展应力影响而形成的南倾基底伸展断裂系统(图 5),其中盆地北部边界断层F1是一级控盆断层,盆地内部F2至F4为一系列同期衍生的二级控凹断层(图 5)。由北向南分别发育Celtis、Kibea和Kedeni等3个受断层控制的北断南超型箕状断陷,整体表现为北深南浅。从区内主要断裂系统呈北东东—南西西向至东—西向近平行展布的特征分析也表明,伸展主应力为近南北向。而在盆地中部,由于靠近盆地沉降中心,断陷结构发生相应变化,多个箕状断陷转变为南北双断型的中央断陷,在研究区西部东南缘发育北倾基底的伸展断层F5,也证实了研究区西部具有南北双断结构。该时期为Doseo盆地断陷期,Mangara组以粗粒沉积为主,根据地震资料推测其沉积厚度为1000~3500m,沉积中心厚度可达4000m以上。

图 4 早白垩世以来冈瓦纳大陆解体过程演化示意图(据文献[13]修改) Fig. 4 Schematic diagram of the disintegration process of Gondwana land since the Early Cretaceous (modified after reference [13])
图 5 Doseo盆地受构造运动影响断裂发育示意图 Fig. 5 Schematic diagram of fault development in Doseo Basin influenced by tectonic movements
2.2 早白垩世中期断坳过渡期(Kedeni组沉积期)

早白垩世中期,由于南大西洋向北逐渐扩张至赤道附近,赤道南大西洋开始发育 [7, 10-12, 15]。受中大西洋和南大西洋扩张速率和方向差异影响,赤道南大西洋以右旋剪切拉张形式张开[10-14],即西非和东北非地块相对于南美洲板块向右运动,中非裂谷盆地群构造应力场由早白垩世早期近南北向伸展转变为早白垩世中期近东西向右旋张扭走滑剪切。盆地内Kedeni组沉积期正处于伸展构造向走滑应力场转变的过渡期,断层F1至F4仍然处于活动期,对Kedeni组沉积仍然有控制作用,但盆地东部北断南超箕状断陷的形态已基本消失;断陷期发育的多个相互分隔的断陷湖盆则连通成一个湖盆,盆地范围显著扩大;盆地右旋张扭走滑断裂体系开始发育。Doseo盆地此时为Kedeni组填平补齐沉积时期,具有断坳过渡特征。

2.3 早白垩世晚期—第四纪坳陷期(Doba组沉积期—第四纪)

早白垩世晚期,赤道南大西洋持续剪切拉张(图 4b[13-14],受中非剪切带走滑构造应力场影响 [3, 6-10],Doseo盆地南北向断陷生长停止,盆地进入坳陷期,发育继承性活动的右旋张扭走滑断裂和两期反转构造。

2.3.1 继承性活动的右旋张扭走滑断裂(Doba组—Koumra组沉积期)

受赤道南大西洋右旋剪切张开影响,中非剪切带于早白垩世晚期由近南北向伸展转变为近东西向右旋张扭剪切,从而导致Doseo盆地开始发育右旋张扭走滑断裂体系(图 5)。受F1主剪切断层右旋走滑活动控制,F2至F5断层均转变为右旋张扭剪切断层,其中F2、F3为R剪切断层(里德尔同向剪切断层,与主剪切带相交角度一般为10°~30°,相交的锐角角顶指向本盘位移方向),F4、F5为P剪切断层(与R剪切断层相对于主剪切带的位置大致对称,剪切方向也与主剪切带一致,锐角角顶指向对盘位移方向)。盆内可见大量北西—南东向至北西西—南东东向张剪性断层,少量北东—南西向逆断层呈锐角斜交于F1至F5主干剪切断层,从而构成了Doseo盆地右旋张扭走滑断裂体系(图 5),其自早白垩世中晚期开始发育后一直持续到晚白垩世晚期,期间仅被晚白垩世早期反转事件短暂中断。

2.3.2 晚白垩世早期右旋压扭反转构造(K2L组沉积期)

晚白垩世早期,受南新特提斯洋开始向北俯冲消减影响,非洲—阿拉伯板块与欧亚大陆汇聚导致北非东部边缘上白垩统内部发育区域不整合和一系列褶皱带[16-18]。此时,赤道南大西洋右旋剪切拉张仍在持续进行[10-16],在非洲—阿拉伯板块与欧亚大陆汇聚和中非剪切带自身右旋走滑的共同作用下,Doseo盆地发生右旋压扭反转,广泛发育区域不整合及相关褶皱变形构造,盆地因强烈褶皱变形发育雁行状北东—南西向鼻隆(图 5),主要分布在盆地东部的北部陡坡带和中央低凸起带周围。此后,非洲—阿拉伯板块与欧亚大陆汇聚减弱(可能与南新特提斯洋俯冲角度增大有关)[13-18],中非剪切带转为右旋张扭走滑,导致Doseo盆地发育一系列以北西—南东向为主的走滑断裂,并切割了前期因褶皱变形而发育的雁行状鼻隆(图 5)。这一时期主要沉积了以中—粗粒为主的K2L组,在地震剖面上可见明显的削截和不整合接触。

2.3.3 晚白垩世末期强挤压反转构造(K2U组沉积期)

晚白垩世末期,中大西洋和南大西洋连通为整体大洋(图 4c),差异化扩张消失,赤道南大西洋的扩张不再影响中非剪切带的活动[7, 10, 12-15]。由于非洲—阿拉伯板块与欧亚大陆汇聚进一步增强,受此影响,Doseo盆地发生强烈抬升剥蚀和再次挤压变形,形成了白垩系顶界区域构造不整合,并导致前期反转构造叠加呈近东西向构造形态,盆地构造格局基本定型。这一时期主要沉积了以粗粒为主的K2U组,在地震剖面上表现为白垩系顶面明显的角度不整合。此后,盆地进入消亡期,沉积了古近系、新近系和第四系。

3 构造演化控油作用分析

Doseo盆地断陷期主要为早白垩世早期基底伸展构造发育时期,发育近东西向的伸展断层和北断南超向的多个箕状断陷;以Mangara组粗粒沉积充填为主,发育了多套粗粒沉积储层,因钻井未揭示,推测储层物性较好,有利于油气的聚集成藏。断坳过渡期具有伸展向右旋张扭转变过渡的特征,此时盆内右旋张扭走滑断裂体系初具雏形且断陷期发育的多个箕状断陷连通成一个整体湖盆;以Kedeni组粗细相间的砂泥岩互层沉积充填为主,发育多套有利成藏组合,为目前盆地内主要含油气层系,该时期受走滑断裂体系发育影响,保存条件成为影响油气成藏的主要控制因素。坳陷期以发育继承性活动的右旋张扭走滑断裂和两期反转构造为特征,湖盆沉积厚度不断增大,以Doba组—第四系沉积充填为主,受构造活动影响,Doba组局部发育有利成藏组合,在靠近坳陷中心区Doba组局部发育有利储层,且受断层活动影响相对较小,易于油气聚集成藏。Doba组上覆的沉积地层由于埋深较浅,受断层活动影响较大,目前均无油气发现。

Doseo盆地经历多期构造演化运动,对烃源岩和储层的发育及分布、圈闭形成与保存、油气的运移聚集等成藏条件影响大。断裂体系的发育虽然为油气运移聚集提供了有利输导体系,但也不利于油气藏的形成与保存,因此,通过分析盆地构造演化对油气的控制作用,研究油气成藏条件及其成藏模式,指导下步勘探部署,是当前Doseo盆地勘探的重中之重。

3.1 烃源岩分析

勘探实践表明,Doseo盆地内主要发育下白垩统Doba组、Kedeni组和Mangara组3套烃源岩。其中,以Kedeni组沉积的湖相暗色泥岩为盆地主力烃源岩,Doba组局部发育的湖相暗色泥岩和Mangara组上段发育的薄层灰黑色—黑色泥岩为次要烃源岩[4]

Kedeni组烃源岩可分为Kedeni组上段和下段两套烃源岩,以下段的湖相暗色泥岩最为有利。断坳过渡期湖水水体不断扩大,以填平补齐沉积为主,虽然基底断裂和控盆断裂仍在持续活动,但受多个箕状断陷连通成盆影响,整体沉积环境较为稳定,半深湖相的暗色泥岩在盆地内大面积发育,形成了盆地内的主力烃源岩。钻井资料揭示,盆地内Kedeni组下段有效烃源岩累计厚度最大可达440m,平均有效厚度为170m,有机质类型以Ⅰ型为主,偶见Ⅱ1型;有机碳含量高,主要为2%~6%,平均为4.8%;有机质成熟度主要为0.7%~1.3%,属于成熟—高成熟阶段。在靠近中央坳陷沉降中心位置,有效烃源岩厚度大、有机碳含量高,有机质成熟度达到高成熟阶段;在盆地边缘位置,烃源岩为低成熟阶段(图 6)。Kedeni组上段有效烃源岩累计厚度最大可达220m,平均有效厚度为110m,有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主;有机碳含量较高,主要为1%~4%,平均为2.3%;有机质成熟度主要为0.5%~1.0%,属于成熟阶段。通过钻井资料开展盆地模拟结果显示,Kedeni组有机碳含量大于2%,累计厚度大于50m,有效烃源岩分布面积达4150km2,其平均生烃潜量达18.6mg/g,排烃强度最大可达400×104t/km2;综合评价为好烃源岩,靠近盆地边缘部位烃源岩有机碳含量较低、生烃潜力较差(图 7)。

图 6 Doseo盆地有机质类型划分图 Fig. 6 Classification of organic matter types in Doseo Basin
图 7 Doseo盆地Kedeni组TOC大于2%烃源岩厚度平面分布图 Fig. 7 Thickness contour of Kedeni Formation source rock with TOC of greater than 2% in Doseo Basin

Doba组烃源岩主要发育在下段,此时盆地进入坳陷期,发育继承性右旋张扭走滑断裂体系,盆地整体发育厚度较大的暗色泥岩,但受控凹断裂影响,暗色泥岩的分布差别较大。中国石油探区钻井资料揭示,盆地内Doba组有效烃源岩厚度最大可达近400m;主要分布在坳陷中心位置,平均有效厚度超过100m,有机质类型以Ⅱ型干酪根为主(图 6),有机碳含量为0.2%~4%,平均为2.8%;有机质成熟度为0.3%~0.6%,属于低成熟—成熟阶段,综合评价为较差—中等烃源岩。Mangara组为盆地断陷期的沉积地层,受基底伸展断裂和控盆断裂影响,以粗粒充填沉积为主,推测Mangara组内部可能局部发育暗色泥岩,但目前区内钻井仅揭示Mangara组上部以砂岩沉积为主。根据钻井揭示的资料统计,Mangara组暗色泥岩累计厚度最大超过100m;有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主(图 6);有机碳含量主要为1.5%~6.0%,平均为4.5%;有机质成熟度为0.8%~1.5%,属于成熟—过成熟阶段,综合评价为好烃源岩。

3.2 储盖组合分析

Doseo盆地早白垩世经历了断陷期、断坳过渡期、坳陷期3个演化阶段,在下白垩统发育多套有利储盖组合(图 8),以Mangara组上部、Kedeni组和Doba组为主(图 2)。其中,有利储层主要为断坳过渡期沉积的三角洲前缘砂岩及坳陷期沉积的滨浅湖砂岩,有利盖层主要为断坳过渡期沉积的前三角洲泥岩和坳陷期沉积的半深湖—深湖相泥岩(图 8ab)。盆地内Doba组有利储层物性相对较好,孔隙度主要介于12%~36%,平均为22%;渗透率主要介于100~3200mD,平均为1160mD;储层以中—高孔、中—高渗为主(图 9)。Doba组泥岩单层有效厚度主要为5~12m,靠近坳陷中心部位单层有效厚度逐渐增大,局部可达20~30m,均可作为该组油气成藏的局部有效盖层。Kedeni组发育盆地的主力成藏组合,沉积地层以河流三角洲和滨浅湖砂泥岩互层为主(图 8),储层物性较好,孔隙度主要介于10%~28%,平均为18%;渗透率介于50~2400mD,平均为480mD;储层以中孔、中渗为主(图 9)。Kedeni组上、下两段均发育区域性的暗色泥岩,可作为有利储层的有效盖层。其中,上段泥岩单层厚度相对较小,主要介于10~15m,下段单层厚度为20~60m,靠近盆地坳陷部位,暗色泥岩单层厚度逐渐变大。在南部缓坡带盆地边缘,Kedeni组仍可发育较为稳定的泥岩,虽厚度减薄,但局部仍可有效封盖;但在东部盆地边缘,该组泥岩为暗红色,推测Kedeni组盖层封闭性差。钻井资料揭示Mangara组储层整体物性较差,由于其埋深相对较大,成岩作用较强,孔隙度主要介于8%~20%,平均为13%;渗透率主要介于20~1200mD,平均为100mD;储层以中—低孔、中—低渗为主(图 9)。Mangara组上覆Kedeni组底部暗色泥岩盖层,单层厚度为10~25m,在盆地坳陷部位,暗色泥岩单层厚度可达50m以上,在盆地中央坳陷区Mangara组上部也发育单层厚度相对较大的泥岩,可作为局部有效盖层。利用地震资料,结合沉积相及钻井资料分析,对中国石油探区下白垩统沉积储层进行综合评价认为,盆地东部地区整体储层较发育,靠近断陷沉降中心储层不发育(图 8)。

图 8 Doseo盆地中东部下白垩统沉积相平面分布及有利储层综合评价图 Fig. 8 Sedimentary facies map of the Lower Cretaceous and comprehensive evaluation results of favorable reservoirs in the central-eastern Doseo Basin
图 9 Doseo盆地孔隙度与渗透率关系图 Fig. 9 Relationship between porosity and permeability in Doseo Basin
3.3 圈闭与保存条件分析

Doseo盆地受中非剪切走滑构造影响,经历多期构造活动,形成多期次的断裂系统,发育多种类型的构造圈闭。钻井已证实的构造圈闭主要有背斜、断背斜、断鼻、断块等类型。早白垩世中晚期—晚白垩世初期右旋张扭走滑构造活动是盆地内圈闭形成的主要时期,也是油气生成、运移和聚集的关键期[8-10]。受整体右旋张扭走滑构造影响(图 1),该时期盆地东部隆起区发育一系列北北西向雁列式构造圈闭,沿中央低凸起带南北两侧呈鱼刺骨状分布,在盆地中部坳陷和西部地区,主要发育北北东向并排平行的受断层控制的构造圈闭。晚白垩世的两期挤压构造反转活动,是Doseo盆地油气成藏的主要时期,在盆地中东部地区发育以Kedeni组为主要目的层系、Doba组为次要目的层系的成藏组合,在中部坳陷靠近沉降中心处局部发育以Doba组为主要目的层系的成藏组合。右旋张扭走滑构造形成的拉张断层作为油气有利运移通道,便于油气运聚成藏,而挤压构造反转运动形成的压扭断层对早期油气成藏起破坏作用,不利于油气藏的保存,因此断层封闭性是盆地油气成藏保存条件是否有利的主要影响因素。无论是受拉张作用形成的正断层还是受挤压作用形成的逆断层,断层封闭性取决于断层两侧对接岩层排替压力的大小,当断层两侧为砂岩与泥岩对接时,岩层排替压力相对较大,断层封闭性相对较好,有利于油气保存。反之,当断层两侧为砂岩与砂岩对接时,岩层排替压力相对较小,断层封闭性相对较差,不利于油气保存[19-26]。盆地内隆起区Doba组沉积岩性以砂岩为主,且受构造挤压反转影响断层断面倾角较小、埋深小,断面压力和岩层排替压力小,不利于油气保存;靠近盆地坳陷区,该组下段局部泥岩发育,单层厚度较大,侧向封堵性较上部好,有利于油气保存。在中国石油探区中央低凸起带西部和北部陡坡带近坳地区,Doba组下段发现断块油气藏,也证实了这一认识。在盆地隆起区Kedeni组主要发育三角洲和滨浅湖的砂泥岩互层沉积,断层两侧砂泥岩对接的概率较大,且该组断层倾角相对较大、埋深大,断层两侧岩层排替压力较大,有利于油气保存,靠近坳陷区该组主要以半深湖—深湖相沉积为主,保存条件相对更好。Mangara组上部砂岩与Kedeni组底部泥岩在断层两侧对接时,断层封闭性较好,在盆地隆起区Mangara组储层物性相对较好,油气易于保存成藏。Doseo盆地内反向断块在Kedeni组和Mangara组顶部多有油气发现,也证实了这一观点。

4 油气成藏模式

受断裂发育期次及活动时间影响,Doseo盆地油、气、水层的关系比较复杂,大部分油气藏的充满度不高,平均约30%,这也导致了盆地内油气成藏的多样性。钻井揭示,盆地内主要发育近源自生自储,侧向、垂向运移的下生上储和近源上生下储3种成藏模式。

4.1 自生自储型

自生自储型油气成藏模式是油气生成后垂向或侧向短距离运移就近成藏。Doseo盆地Doba组和Kedeni组沉积环境相对较稳定,局部发育自生自储型油气藏。通过地震资料构造解释分析认为,Mangara组为盆地断陷期沉积,以粗粒充填沉积为主,厚度大,在有利烃源岩发育区生成的油气可就近上、下排替运移聚集成藏,推测Mangara组内部可能发育自生自储型油气藏(图 10)。

图 10 Doseo盆地油气成藏模式图(剖面位置见图 1 Fig. 10 Hydrocarbon accumulation pattern in Doseo Basin (section location is in Fig. 1)
4.2 下生上储型

下生上储型油气成藏模式是油气生成后沿断层或储层物性较好的输导体系向上运移聚集成藏。在Doseo盆地内,该成藏模式主要发育Kedeni组。钻井资料揭示,Kedeni组以河流三角洲相与湖泊相中细粒沉积物多期次垂向叠加为主,岩性以中—细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩为主。该类成藏模式中烃源岩以断坳过渡期沉积的湖相暗色泥岩为主,即盆地内Kedeni组优质烃源岩(以该组下段为主);储层以三角洲前缘和滨浅湖沉积的砂岩为主,即Kedeni组中上部砂岩和局部Doba组下段砂岩,油气沿断层垂向和侧向运移至有利储层中聚集成藏;盖层主要为Kedeni组中上部暗色泥岩,靠近坳陷中心部位,则以Doba组暗色泥岩为局部有效盖层。下生上储型油气成藏模式为盆地内的主力成藏模式,在盆地北部陡坡带、南部缓坡带和东部中央低凸起带的Kedeni组发现的油气均以该类油气成藏模式为主。在东部中央低凸起带西侧及中部坳陷周边,由于Kedeni组埋藏相对较深,Kedeni组中上部的优质烃源岩生成的油气可运移至Doba组下段局部发育的有利储层中聚集成藏,盖层主要为Doba组中上段暗色泥岩。盆地内超过90%的油气储量来自下生上储型油气藏(图 10)。

4.3 上生下储型

上生下储型油气成藏模式主要发育在盆地Mangara组上部,推测其油气来源于上覆Kedeni组底部的厚层暗色泥岩,在下伏紧邻Mangara组储层物性较好的情况下,就近形成上生下储型油气成藏组合,该类成藏组合在盆地东部中央低凸起带和南部缓坡带构造低部位均有发育。由于盆地内钻遇Mangara组的钻井仅揭示该组顶部或上部,因此不排除油气来源于该组中下部暗色泥岩的可能,且可能在上部形成下生上储型油气藏(图 10)。

5 勘探潜力分析

目前Doseo盆地的钻井主要集中在中东部地区中国石油拥有的勘探区块,2021—2023年中国石油加大勘探工作量部署,多口探井获得高产油流,落实石油地质储量超1.5×108t,为后续的开发建产夯实了资源基础。虽然随着区块内勘探程度的不断提高,盆地中东部地区构造圈闭的面积和数量日益减少,规模储量发现的难度越来越大,但通过对盆地整体研究分析认为,Doseo盆地仍具有较大的勘探潜力。埋藏较深的Mangara组沉积厚度大,盆地内探井钻遇较少,但在该组顶部多有发现,勘探潜力已初显;盆地北部陡坡带和南部缓坡带与东部地区中央低凸起带中浅层勘探程度相比,勘探程度低,目前局部已有油气发现,但仍未形成规模场面,是下步油气规模增储的有利领域。

5.1 深层Mangara组

从盆地内已发现油气的勘探层系分析来看,深层Mangara组有望是下步油气勘探的潜力区。该组沉积时期为盆地形成初期的断陷期,地层沉积时间较长(超过20Ma)、沉积厚度大(1000~3500m),具备油气早期成藏的基本条件。由于晚白垩世构造活动形成的断裂系统主要影响Kedeni组—Doba组的沉积构造形态,对早期Mangara组影响小,且Mangara组内部断裂发育相对较少,控圈断裂活动周期相对较短,早期沉积形成的油气藏不容易受到破坏。目前在Mangara组顶部已有油气发现,虽然储层物性相对较差,但由于沉积早期形成的油气藏其储层已被充填,后期的沉积压实作用对已充填的储层影响不大,在保存条件较好的情况下,油气藏不会遭受破坏[27-30]。从地震剖面分析来看,Mangara组中上部局部发育一套强反射轴(图 11),研究分析认为该套强反射轴应为细粒沉积物,推测该组内部局部发育有利烃源岩,且Mangara组已识别出多个构造圈闭,有望成为盆地后续勘探的潜力区。此外国内渤海湾盆地形成于断陷沉积期的孔店组,松辽盆地形成于断陷沉积期的沙河子组、营城组均有可观的油气发现,且实现了商业开发,这些勘探实践均证实了在盆地形成早期的断陷期沉积地层中大多存在早期油气成藏,是油气勘探的重点领域[31-34]

图 11 Doseo盆地Mangara组地震解释剖面(剖面位置见图 1 Fig. 11 Seismic interpretation profile of Mangara Formation in Doseo Basin (section location is in Fig. 1)
5.2 北部陡坡带和南部缓坡带

盆地北部陡坡带勘探面积约为2000km2,完钻探井7口,均获成功,有利储层是构造低部位油气成藏的主控因素,保存条件是构造高部位(邻近边界断裂)油气成藏的主控因素。钻井证实其构造低部位临近盆地生油坳陷中心,Kedeni组下部发育半深湖—深湖暗色泥岩,可作为有利烃源岩;Kedeni组上部和Doba组发育滨浅湖砂岩、构造高部位发育扇三角洲砂岩,综合评价为Ⅱ、Ⅲ类有利储层(图 8d),具备油气成藏的有利条件,估算有利勘探面积约为1400km2。盆地南部缓坡带勘探面积为1300km2,完钻探井5口,成功4口,盖层条件是该区油气成藏的主控因素。钻井证实,在构造较高部位,Kedeni组虽然埋藏较浅,但发育局部盖层,油气仍可有效成藏(如KS1油藏);在构造低部位,邻近生烃坳陷,盖层更加发育,以I类有利储层为主(图 8d),Kedeni组和Doba组均可作为勘探目的层,估算有利勘探面积约为900km2,是后续勘探增储的接替区。

此外,盆地内目前发现的油气藏均为构造油气藏,构造—岩性和岩性油气藏均未实现突破。国内多个盆地的勘探实践证实,在断陷盆地斜坡带和近坳近凹区,易发育构造—岩性、岩性和地层—岩性等类型的圈闭[35-39],乍得境内Bongor盆地北部斜坡带经过多年勘探,构造圈闭所剩无几,但在Baobab地区通过开发兼探,发现了Baobab N岩性油气藏[40-41],这也进一步增强了Doseo盆地岩性圈闭油气勘探的信心,北部陡坡带和南部缓坡带构造低部位均邻近盆地坳陷区,具备发育构造—岩性和岩性油气藏的地质条件,是下步油气勘探规模增储的主要有利区。

6 结论

(1)乍得Doseo盆地主要经历了断陷期、断坳过渡期和坳陷期3个构造演化阶段,控制了盆地内油气生成与分布。其中,断陷期为盆地早期油气成藏期,Mangara组可能发育自生自储型油气成藏模式;断坳过渡期发育多套油气成藏组合,以下生上储型油气成藏模式为主,Kedeni组为盆地内主要目的层系;坳陷期局部发育有利成藏组合。

(2)盆地内主要发育下白垩统Doba组、Kedeni组和Mangara组3套有利烃源岩,以Kedeni组为主力烃源岩,其有机质类型以I型干酪根为主,成熟度介于0.7%~1.3%,有效烃源岩平均厚度为110m,分布面积超过4000km2,平均生烃潜量达18.6mg/g,生烃条件优越。

(3)受盆地张扭走滑及两期构造反转影响,构造圈闭类型多样,且断裂系统十分发育,断层封闭的有效性是盆地内构造圈闭能否成藏的主控因素。

(4)Doseo盆地断陷期具备油气早期成藏的基本条件,深层Mangara组沉积厚度大,受走滑张扭等构造活动影响相对较小,保存条件相对有利,是下步勘探的重点领域。北部陡坡带和南部缓坡带勘探程度相对较低,勘探证实油气成藏条件较好,是后续勘探规模增储的主要接替区。

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