1. 引言
东非裂谷系是世界上最大的新生代裂谷群,也是全球陆上时代最新的裂谷盆地 [1] 。东非裂谷系分为东、西两支,东非裂谷东支有多个盆地,Kerio盆地是其中之一(图1)。该盆地的油气勘探始于上世纪80年代,1992年钻探第一口井,不具有商业性,从此勘探陷入停滞;2007年,随着东非裂谷西支乌干达Albert湖盆油气勘探的成功,多家石油公司逐渐重视对东非裂谷东支的勘探。Kerio盆地临近South Lokichar盆地,South Lokichar盆地2012年取得突破,目前已有8个油田发现,可采储量约6亿桶。Kerio盆地面积与South Lokichar盆地相似,构造特征也相似。前人研究认为Kerio盆地石油地质条件同South Lokichar盆地相似,具有较大的勘探潜力 [2] [3] [4] ,但是盆地内已钻两口探井,均未取得发现。由于勘探程度较低,其勘探潜力如何尚不清晰。因此,有必要针对该盆地的勘探潜力进行详细分析。本文通过地震、钻井以及分析化验资料的综合分析,对Kerio盆地石油地质条件进行详细分析,并进一步优选有利勘探区带。
2. 区域地质概况
东非裂谷东支从北自南经过埃塞俄比亚、肯尼亚、坦桑尼亚等国家,总面积约110,000 km2。东非裂谷东支由多个盆地组成,各盆地相对孤立,盆地间被凸起相隔。东非裂谷东支演化极其复杂,由多期裂谷叠置,包括二叠-三叠纪裂谷、白垩纪裂谷及新生代裂谷 [5] [6] ,此次主要探讨新生代裂谷。渐新世(约31 Ma) Afar地幔柱隆起导致东非三叉裂谷形成 [7] [8] [9] 。该区域火山活动频繁,期次多,地表多被火山岩覆盖,北部老,南部新,埃塞俄比亚境内大面积覆盖始新世-渐新世火山岩,肯尼亚、坦桑尼亚境内大面积分布中新世以来的火山岩,强烈的火山活动为东非裂谷东支的形成提供源动力 [10] [11] [12] [13] 。
Kerio盆地位于东非裂谷东支中部,South Lokichar盆地东侧,呈南北走向,面积约2600 km2。Kerio 凹陷目前已有两口钻井:K-1井(2014年钻探)及Epir-1井(2015年钻探),均为干井。Kerio盆地形成演化
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Figure 1. Distribution of basins in the eastern branch of East African rift system
图1. 东非裂谷东支盆地分布图
主要是受火山事件的控制,呈幕式拉张,此地区主要发生两期火山事件:渐新世及中晚中新世 [14] [15] 。渐新世31 Ma,Afar地幔柱隆升,此时Kerio盆地开始拉张。中晚中新世15~10 Ma,肯尼亚北部发生剧烈的火山活动,在E-1井揭示中上中新统发育约300 m厚度的火山岩,北部Turkana,Chew Bahir等盆地中上中新统也发育巨厚的火山岩,厚度可达1000 m。在火山活动的作用下,盆地继续拉张,断裂发育。除此之外,一些小的火山事件也可促进盆地的拉张。
3. 盆地结构和地层发育
该盆地断裂体系复杂,总体呈西陡东缓的半地堑结构,发育3条一级断裂,均为东倾。其中F1断层为控盆断层,长度约100 km,平面上呈“S”形;F2断层位于盆地东部,延伸长度约63 km,走向同F1断层相似,断层断距可达1000 m以上;F3断层延伸长度约18 km,北部与F1断层相交,呈NW-SE走向,断距约600 m。除此之外,盆地还发育多条次级断层。
在3条一级断裂控制下,形成了三个主要的凹陷:北凹、南凹和东凹。北凹受控于F1及F2断层,最大沉积厚度约6000 m,发育渐新世以来的地层。南凹受控于F1及F3断层,地层厚度约4800 m,以渐新世至中新世地层为主,上新世以来的地层薄。东凹受控于F2断层,小型断裂很发育,这些断裂多形成于上新世,地层厚度约6700 m,上新统以来的地层沉积厚度大(图2)。
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Figure 2. Kerio basin structural map
图2. Kerio盆地结构图
4. 基本石油地质条件
4.1. 烃源条件
Kerio盆地推测发育3套湖相烃源岩,包括上新统底部、中上中新统及下中新统烃源岩。上新统底部烃源岩主要分布在盆地中北部,E-1井钻遇该套烃源岩,其岩性为凝灰岩与灰黑色泥岩互层,厚度约90 m,其中灰黑色泥岩为优质烃源岩,厚度约20 m。该套烃源岩与火山岩伴生,指示了其形成与火山事件有关。火山活动促进盆地拉张,形成半深湖-深湖相沉积环境,沉积灰黑色泥岩,但中新世早期火山活动较弱,盆地拉张持续时间较短,导致该套烃源岩厚度较薄。该套烃源岩生烃指标好,TOC:0.83%~3.84%,平均2.83%,HI:403~687 mg/g,Tmax:445℃~449℃,为I型干酪根(图3)。平面上该套湖相泥岩主要分布在盆地中北部(图4)。该套烃源岩埋深约1500m,盆地地温梯度约为4.7℃/100 m,盆地模拟该套烃源岩处于低成熟阶段,有效烃源灶面积约142 km2,由于成熟度较低且厚度较薄,该套烃源岩生烃量小。
第二套烃源岩为中上中新统烃源岩,钻井未揭示,主要根据地震相特征推测。在地震剖面上该套烃源岩表现为低频连续强反射特征,与South Lokichar盆地主力烃源岩地震反射特征类似。厚度约400 m。平面上该套烃源岩主要分布在盆地中南部(图5)。盆地模拟该套烃源源处于低熟-成熟阶段,有效生烃灶面积约330 km2,生烃量约52亿桶油,排烃量约12.4亿桶油,生烃潜力较大。
第三套烃源岩为下中新统烃源岩,埋深较大,钻井未钻遇,但盆地西侧存在该套烃源岩露头,该露头位于South Lokichar盆地和Kerio盆地之间,生烃指标好,TOC平均为3.59%,HI平均为580 mg/g,I/II干酪根为主,Ro > 0.5%。在地震剖面上该套烃源岩同样表现为低频连续强反射特征,厚度约400 m。
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Figure 3. Source rock type analysis map of shale samples from drillings in Kerio Basin
图3. Kerio盆地钻井泥岩样品烃源岩类型分析图
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Figure 4. Sedimentary facies map of early Pliocene, Kerio basin
图4. Kerio盆地早上新世沉积相图
根据地震相特征推测该套烃源岩主要分布在凹陷南部(图6)。盆地模拟该套烃源岩处于成熟-高成熟阶段,有效生烃灶面积约370 km2,生烃量约42亿桶油,拍烃量约8.6亿桶油,生烃潜力较大。
中上中新统烃源岩以及下中新统烃源岩厚度较大,成熟度较高,生烃潜力大,为盆地内主力烃源岩。上新统底部烃源岩厚度薄,成熟度低,供烃能力较小。
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Figure 5. Sedimentary facies map of early and middle Miocene, Kerio basin
图5. Kerio盆地中上中新世沉积相图
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Figure 6. Sedimentary facies map of early Miocene, Kerio basin
图6. Kerio盆地早中新世沉积相图
4.2. 储盖条件
Kerio盆地中新统-上新统为主要目的层,砂体以河流相、三角洲相、扇三角洲相以及冲积扇相为主。
中新统靠近西部边界断层处发育扇三角洲相及冲积扇相,缓坡带发育河流相及三角洲相,沉积中心位于盆地中南部。上新统西部边界断层处发育扇三角洲相,缓坡带发育三角洲相,沉积中心位于盆地中北部(图4~6)。
冲积扇为山区的水流携带碎屑物质流出山口时,地形坡度急剧变缓,流速骤减,碎屑物质大量堆积,形成的扇状堆积体。扇三角洲相是由冲积扇提供物源,主要发育于水下的扇状沉积体。冲积扇进入稳定水体后形成扇三角洲,因此其发育在一定程度上受到水流和波浪的改造作用 [16] 。地质作用的不同造成二者砂体的特征有较大差异。在Kerio盆地,冲积扇紧邻物源区,坡度大,靠近边界断层处形成厚层的砂砾岩堆积,分选磨圆差,泥质含量高,平均可达30%以上,杂基支撑,储集物性差,为非有效储层。扇三角洲相离物源区稍远,并且经过湖水反复淘洗和改造,泥质含量大为降低,钻井揭示泥质含量4%~117%,平均约9%,从而储层得到明显改善,形成了一定规模的有效储层。该套砂体分选中等,呈次棱角-次圆状,含砂率约35%,储集物性较好,孔隙度15%~27%,平均22.8%;渗透率50~208 mD,平均120 mD。河流相含砂率约40%,孔隙度22%~29%,平均27.2%;渗透率180~580 mD,平均450 mD。
在盆地缓坡带发育大规模三角洲相沉积,其含砂率约40%,孔隙度21%~28%,平均25.2%;渗透率180~460 mD,平均350 mD。
中新统-上新统岩性组合为砂泥岩互层,内部泥岩隔层可作为盖层。单层泥岩厚度为10~40 m,平均23 m,可起到有效的封盖作用。
4.3. 圈闭条件
通过地震剖面和平面断层分布图可以看出盆地断层很发育,形成多级掀斜断块。根据圈闭发育情况,盆地主要发育三个圈闭带:西部陡坡带、北凹缓坡带及东凹凸起带。由于资料所限,未对圈闭进行详细识别。
西部陡坡带在靠近边界断层处形成一系列的滚动背斜,圈闭为断层复杂化的背斜圈闭,三面下倾,西侧靠断层遮挡,圈闭类型较好。其北部(F3断层以北)断层发育,圈闭较发育,K-1井及E-1位于构造高点;其南部(F3断层以南),构造较稳定,断层发育少,圈闭发育少缺规模较小。
北凹缓坡带位于北凹东南部,为西向东逐渐抬升的斜坡背景。圈闭靠F2断层遮挡形成断层圈闭。
东凹凸起带位于东凹中部,为后期反转的低凸起构造,断层发育,圈闭为断层复杂化的背斜圈闭(图2)。
5. 有利勘探区带优选
盆地物源供给充足,储层发育。有利勘探区带的优选以烃源岩评价为核心,将烃源灶范围与圈闭带相叠合,可见北凹缓坡带、东凹凸起带、西部陡坡带南部
紧邻生烃灶。西部陡坡带北部距离生烃灶较远,K-1井及E-1为干井,也反映出该区带生烃潜力差(图7和图8)。西部陡坡带南部圈闭不发育,勘探潜力小。
北凹缓坡带主要靠下中新统烃源岩供烃,下中新统为主要目的层,储层为三角洲砂体,圈闭为反向断层遮挡的断层圈闭。北凹缓坡带为自生自储,旁生侧储式成藏,储集层与有效烃源岩直接接触,油气沿砂体向构造高部位侧向运移,F2断层断距很大,砂泥对接以及泥岩涂抹可以形成良好的侧向封堵(图9)。
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Figure 7. Superposition diagram of lower Miocene source rock and trap zones
图7. 下中新统烃源岩与圈闭带叠合图
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Figure 8. Superposition diagram of upper and middle Miocene source rock and trap zones
图8. 中上中新统烃源岩与圈闭带叠合图
东凹凸起带主要靠中上中新统烃源岩供烃,此外在凹陷中心也可能发育较厚的上新统烃源岩,由于更新统-全新统沉积地层厚度大,中上中新统-上新统烃源岩均已成熟。东凹凸起带主要目的层为中上中新统-上新统,储层为河流-三角洲相砂体,圈闭为断层复杂化的背斜圈闭。在东凹,中上中新统-上新统烃源岩与储集体直接接触,油气沿储集体运移至构造高部位成藏。对于浅层地层,虽然烃源岩未成熟,但油气可沿着断层向浅层运移成藏。东凹凸起带可在垂向上多层系成藏(图10)。
综上所述,北凹缓坡带和东凹凸起带为有利勘探区带。
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Figure 9. Hydrocarbon accumulation pattern of the gentle slope zone in the northern sag
图9. 北凹缓坡带成藏模式图
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Figure 10. Hydrocarbon accumulation pattern of the convex zone in the eastern sag
图10. 东凹凸起带成藏模式图
6. 结论
1) Kerio盆地总体呈西陡东缓的半地堑结构,断裂体系复杂,被3条一级断裂分割为三个凹陷。
2) Kerio盆地基本石油地质条件较好。根据地震相类比分析,认为盆地发育下中新统及中上中新统两套主力烃源岩,烃源岩厚度较大,成熟度较高,生烃潜力大,为盆地内主力烃源岩。中新统-上新统为主要目的层,储层以河流相、三角洲相、扇三角洲相砂体为主,储集物性好,含砂率高,砂体中间的泥岩隔层可作为有效盖层。盆地主要发育三个圈闭带,西部陡坡带以边界断层遮挡的滚动背斜圈闭为主;北凹缓坡带为反向断层遮挡的断层圈闭;东凹凸起带为断层复杂化的背斜圈闭。
3) 根据石油地质条件的叠合分析,认为北凹缓坡带和东凹凸起带为有利勘探区带。北凹缓坡带为自生自储,旁生侧储式成藏。东凹凸起带断层较发育,断层可作为运移通道,在垂向上多层系成藏。