胡 濱， 賈 屾， 邱春光， 陳經(jīng)覃， 饒 溯

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

東非裂谷發(fā)育世界上最年輕的裂谷盆地群[1]，其勘探潛力被長期爭論[2-4]。由Tullow和Africa Oil公司組成的作業(yè)團體于2012年在面積僅有2 180 km2的South Lokichar盆地取得油氣勘探突破[3]。據(jù)作業(yè)者Tullow公司公布，盆地已發(fā)現(xiàn)8個油田，合計2C可采儲量9.2×107m3[5]，使該區(qū)成為研究和勘探的熱點地區(qū)。然而,近年來在周邊盆地勘探效果不佳，進一步開展深入研究對未來油氣勘探評價具有重要意義。

Kerio盆地緊鄰South Lokichar盆地，目前勘探程度低，國際上相關(guān)研究較少，也是中國的研究空白區(qū)。本文基于最新地震地質(zhì)綜合研究成果，與已獲得油氣勘探突破的South Lokichar盆地進行類比，對Kerio盆地的石油地質(zhì)特征進行解析，闡述其油氣勘探潛力和前景。

1 研究區(qū)概況

東非裂谷(East African Rift System，簡寫為EARS)位于非洲東部陸上，南北全長約3 500 km，寬50～300 km，在平面上分為東、西2支。裂谷東支自北向南經(jīng)過埃塞俄比亞、肯尼亞和坦桑尼亞等國家(圖1)，可分為北、中、南3段，共17個盆地。

圖1 東非裂谷東支沉積盆地分布示意圖Fig.1 Sedimentary basins location of the Eastern Branch of EARS

新元古代造山帶控制了裂谷東支的走向[6]。漸新世開始，受到阿爾法(Afar)地幔柱活動影響(約31 Ma)，東非裂谷系整體進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?！獊喍场獤|非裂谷系三叉裂谷[7-8]。東非裂谷系是其中的夭折支[9]，并逐步演化成現(xiàn)今的陸內(nèi)裂谷盆地群。Kerio盆地即是發(fā)育在東非裂谷東支中的一個沉積盆地。

2 盆地概況

裂谷東支受阿爾法和肯尼亞地幔柱的影響較大[10]，不同盆地的演化差異大，主要發(fā)育2期裂谷，西早東晚。

第一期裂谷(圖2(a))，South Lokichar[11]和Kerio Valley盆地為裂谷沉降中心，主要發(fā)育漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)地層[12]，厚度可達6 000 m，中中新世之后盆地整體抬升，沉積厚度小，同時，Kerio、North Lokichar等盆地初步發(fā)育； 第二期裂谷(圖2(b))，上新世之后，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6 000 m，同時，Omo和Chew Bahir等盆地形成。

2.1 勘探現(xiàn)狀

Kerio盆地位于東非裂谷東支中部，South Lokichar盆地東側(cè)(圖1)，SN走向，長約88 km，寬約36 km，面積約2 600 km2。該盆地采集了高分辨率重力資料，可用于大型斷裂與構(gòu)造帶的識別[13]。

(a) 漸新世—中新世 (b) 上新世—全新世

圖2 東非裂谷東支裂谷發(fā)育示意圖Fig.2 Rift development maps of the Eastern Branch of EARS

20世紀(jì)80年代采集了54條二維地震測線，總長度約2 080 km，測網(wǎng)密度0.7 km×0.9 km～2.5 km×4.5 km。地震資料主頻10～17 Hz，頻帶寬8～50 Hz，信噪比、同相軸連續(xù)性和地震波組特征整體中等，深層較差。盆地內(nèi)鉆有2口干井，分別為2014年鉆探的K-1井和2015年鉆探的E-1井。

2.2 沉積充填

鉆井揭示了Kerio盆地漸新世以來發(fā)育的5套沉積地層，即漸新統(tǒng)、下中新統(tǒng)、中上中新統(tǒng)、下上新統(tǒng)和上上新統(tǒng)—更新統(tǒng)(表1，圖3(a))。各地層之間為整合沉積，界面呈較強連續(xù)強反射特征。盆地的最大沉積總厚度約6 500 m，整體南薄北厚，漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)的地層厚度南北基本相當(dāng)，但上新統(tǒng)—更新統(tǒng)地層在盆地北部明顯加厚(圖3(a))，這與控制盆地沉積的火山事件有關(guān)。

表1 Kerio與South Lokichar盆地沉積地層Tab.1 Comprehensive columns of Kerio Basin and South Lokichar Basin

Kerio盆地經(jīng)歷的2期劇烈火山事件控制了2個沉積旋回[14]: ①漸新世—中中新世，火山活動較劇烈，K-1和E-1井均揭示了這套火成巖(約10.0 Ma)。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。②中新世末期(約5.1 Ma)，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，鉆井揭示為灰黑色泥巖與凝灰?guī)r互層，地層厚度約90 m。隨后湖泊變淺，以三角洲相和河流相沉積為主，鉆井揭示的厚度為1 500～1 800 m。

(a) 地質(zhì)剖面圖 (b) 基底等t0圖

圖3 Kerio盆地基底等t0圖和地質(zhì)剖面圖Fig.3 Basement time structural map and geological sections of Kerio Basin

2.3 斷裂特征

Kerio盆地呈西陡東緩的半地塹結(jié)構(gòu)，發(fā)育4條一級斷層，即F1、F2、F3和F4(圖3(b))，均為東傾的正斷層。F1為控制盆地的邊界斷層(圖3(a))，呈SN或NE—SW走向，延伸長度超過100 km(研究區(qū)范圍內(nèi))。F1南部是Kerio盆地與South Lokichar盆地分割的斷層，呈NW—SE走向(圖3(b))。F4為鄰近F1邊界斷層的一條斷距很大(可達1 000 m)的斷層(圖3(a)中BB′測線)，與F1斷層走向基本相同，呈SN或NE—SW走向，延伸長度約21 km，斷層兩端的斷距迅速減小。F3為控制盆地結(jié)構(gòu)并且持續(xù)活動的深大斷裂(圖3(b))，與F1斷層走向基本相同，呈SN或NE—SW走向，延伸長度約63 km(研究區(qū)范圍內(nèi))，南部斷距迅速減小，并與F2斷層相交。F2斷距較小，為NW—SE走向，延伸長度約18 km，北部與F1相交，南部與F3相交。

2.4 盆地結(jié)構(gòu)

Kerio盆地由4條一級斷裂分割為4個凹陷(圖3(b))，即北凹陷、西凹陷、東凹陷和南凹陷。其中北凹陷、西凹陷和南凹陷受控于F1邊界斷層，而東凹陷則受控于F3斷層。北凹陷與西凹陷由北部凸起帶分割，南凹陷與西凹陷由F2斷層分割。

(1)北凹陷(圖3(a)中AA′測線)： 無明顯的半地塹結(jié)構(gòu)，面積約90 km2(研究區(qū)范圍內(nèi))，斷層非常發(fā)育，沉積中心位于北凹陷的北部，沉積地層最大厚度可達6 000 m。

(2)西凹陷(圖3(a)中BB′測線)： 呈半地塹結(jié)構(gòu)，近SN走向，面積約180 km2，凹陷內(nèi)斷裂較發(fā)育，地層厚度最大約6 000 m。

(3)東凹陷(圖3(a)中BB′測線)： 呈西斷東超的半地塹結(jié)構(gòu)，近SN走向，面積約280 km2，斷裂非常發(fā)育，中新世以來的斷裂更為發(fā)育，斷層間距僅約200 m。地層厚度最大約6 500 m，是上新世以來的沉積中心。

(4)南凹陷(圖3(a)中DD′測線)： 呈半地塹結(jié)構(gòu)，近SN走向，西陡東緩，面積約50 km2，凹陷內(nèi)部斷裂不發(fā)育，地層厚度最大約4 800 m，以漸新統(tǒng)至中新統(tǒng)為主，上新統(tǒng)以上的地層薄。

3 石油地質(zhì)條件

3.1 烴源條件

3.1.1 烴源巖指標(biāo)

Kerio盆地存在1套被證實的烴源巖(圖4(a))和2套潛在烴源巖。上新統(tǒng)底部烴源巖(證實)由E-1井揭示，巖性為凝灰?guī)r與灰黑色泥巖互層，厚度約90 m，其中灰黑色泥巖厚度僅為20 m，但生烴指標(biāo)好。有機碳(TOC)含量為0.83%～3.83%，平均值約2.83%，氫指數(shù)(HI)值為403～687 mg/g，平均值約500 mg/g，為I型(腐泥型)干酪根，Tmax為445～449 ℃，顯示已成熟。該套烴源巖為湖泊相沉積，在地震剖面上表現(xiàn)為低頻連續(xù)強振幅反射特征，反射橫向較穩(wěn)定，主要分布在盆地中北部，面積約800 km2。

(a) 早上新世 (b) 中晚中新世 (c) 早中新世

圖4Kerio盆地沉積相圖
Fig.4SedimentaryfaciesofKerioBasin

South Lokichar盆地證實發(fā)育下中新統(tǒng)優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖，地震剖面上呈中高頻連續(xù)強反射的特征。Kerio盆地的鉆井均靠近邊界斷層，未鉆遇優(yōu)質(zhì)烴源巖。地震反射特征的對比研究推測，在Kerio盆地深洼區(qū)的中上中新統(tǒng)和下中新統(tǒng)發(fā)育湖相烴源巖： ①中上中新統(tǒng)烴源巖(推測)主要分布在盆地中南部(圖4(b))，地層最大厚度約400 m，湖泊相地層分布范圍的面積約600 km2； ②下中新統(tǒng)烴源巖(推測)主要分布在盆地南部(圖4(c))，地層最大厚度約400 m，湖泊相地層分布范圍面積約450 km2。

3.1.2 火山活動對烴源巖的影響

裂谷東支各盆地受火山活動影響均較大?；鹕交顒訉N源巖的形成演化存在正反2個方面的作用。

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養(yǎng)，利于藻類繁盛,同時使湖水含鹽度增高，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質(zhì)中的C-C、C-S、C-O鍵活化能，催化有機質(zhì)降解成烴和CO2； ③火山烘烤促進干酪根熱演化，裂谷東支地溫梯度可達4.2 ℃/100 m[16]，在一定程度上降低了生烴門限，彌補了烴源層時代新的不足。

不利于烴源巖的方面： ①火山灰不僅能釋放鐵、氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)，也會釋放銅和鋅等有害物質(zhì)，濃度過高會嚴(yán)重抑制浮游生物的生長； ②對于水體有限的湖泊，近距離火山噴發(fā)還會釋放大量氯化氫、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

使用Trinity軟件針對Kerio盆地的3套烴源巖進行盆地模擬。

(1)烴源巖地層厚度取值： 上新統(tǒng)烴源巖參考E-1井實鉆值90 m，中上中新統(tǒng)與下中新統(tǒng)烴源巖則對比Kerio盆地與South Lokichar盆地的烴源巖層段的地震反射特征，推測厚度為400 m。

(2)TOC含量和HI取值： 上新統(tǒng)烴源巖參考E-1井實鉆的平均值，TOC含量取2.83%，HI取500 mg/g。South Lokichar盆地L-1鉆遇的下中新統(tǒng)烴源巖TOC含量平均為4.5%，HI平均值440 mg/g，露頭樣品TOC含量平均為3.6%，HI平均值580 mg/g。因為South Lokichar盆地揭示的下中新統(tǒng)烴源巖TOC含量很高，而Kerio盆地內(nèi)的中上中新統(tǒng)和下中新統(tǒng)烴源巖僅為推測，因此Kerio盆地模擬的TOC含量選取3%(小于South Lokichar盆地的井實鉆值)，HI值選取500 mg/g。

(3)地溫梯度取值： 選取South Lokichar盆地鉆井揭示的平均地溫梯度值，即4.2 ℃/100 m。

(4)烴源巖埋深： 依據(jù)各烴源巖層段的地震解釋層位。

盆地模擬結(jié)果顯示，盆地內(nèi)1 500 m深度即可進入生烴門限(Ro=0.7%)，3套烴源巖合計生油量約98億桶，排油量23.4億桶。其中，下中新統(tǒng)烴源巖成熟度較高，成熟烴源巖面積約130 km2，生油量約42億桶，排油量約8.6億桶； 中上中新統(tǒng)烴源巖成熟度較低，成熟烴源巖面積約160 km2，生油量約52億桶，排油量約12.4億桶； 上新統(tǒng)底部烴源巖埋藏淺，成熟度低，僅在北部小范圍區(qū)域成熟，生油量約4億桶，排油量2.4億桶。

3.2 儲層條件

South Lokichar盆地的鉆探結(jié)果顯示儲層條件較好[18]，但在盆地邊界斷層附近發(fā)育沖積扇相地層，因砂巖致密導(dǎo)致有效儲層薄。例如距離邊界斷層較近的T-1井揭示目的層段以沖積扇相沉積為主，油層凈厚度僅為15 m； 而相對遠離邊界斷層的T-2井則揭示目的層段以河流和三角洲相沉積為主，油層凈厚度為70 m，孔隙度23%～29%，滲透率達0.1～3 μm2。

Kerio盆地具有相似的儲層發(fā)育特征。K-1井揭示中上中新統(tǒng)和上新統(tǒng)2套儲蓋組合。儲層以河流和三角洲相沉積為主，砂地比為40%～47%，單砂層厚度可達20 m，儲集物性較好。但漸新統(tǒng)距離邊界斷層僅1 km(圖3(a)中BB′測線)，以沖積扇—扇三角洲相沉積為主，儲層物性較差。

3.3 圈閉條件

Kerio盆地斷裂發(fā)育，形成5個與斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉帶，即北部凸起帶、西部陡坡帶、中部緩坡帶、東部反轉(zhuǎn)帶和南部斜坡帶(圖3(b))。北部凸起帶多發(fā)育斷層復(fù)雜化的背斜圈閉。西部陡坡帶多發(fā)育邊界大斷層控制下的半背斜圈閉(圖3(a)中BB′測線)。South Lokichar盆地發(fā)現(xiàn)的油田多為此類圈閉，但Kerio盆地已鉆探的兩口井也均為此類型并且失利。中部緩坡帶多發(fā)育反向斷層遮擋的斷塊圈閉(圖3(a)中CC′測線)。東部反轉(zhuǎn)帶受局部擠壓應(yīng)力影響，形成洼中隆構(gòu)造，發(fā)育斷層復(fù)雜化背斜圈閉和壘塊構(gòu)造等類型圈閉(圖3(a)中BB′測線)。南部斜坡帶多發(fā)育反向斷層遮擋的斷塊圈閉(圖3(a)中DD′測線)。

4 勘探潛力與成藏模式

Kerio盆地可能具備較好的石油地質(zhì)條件，但目前勘探尚未獲得突破。盆地存在一套證實的烴源巖和兩套類比South Lokichar盆地推測的烴源巖，總排油量可達23.4億桶； 除邊界斷層附近外，發(fā)育物性較好的河流—三角洲相砂巖儲層； 中部緩坡帶、東部反轉(zhuǎn)帶和北部凸起帶是油氣運移最有利指向區(qū)(圖5)，目前存在大量未鉆圈閉，具備一定的勘探潛力。

圖5 Kerio盆地下中新統(tǒng)頂面油氣運移趨勢圖Fig.5 Hydrocarbon migration in Top Miocene in Kerio Basin

(1)中部緩坡帶。構(gòu)造低部位(西凹陷)呈低頻連續(xù)強振幅反射特征，推測為下中新統(tǒng)和中上中新統(tǒng)成熟烴源巖，構(gòu)造高部位見砂巖儲層沉積，且位于優(yōu)勢運移方向，可在反向斷層遮擋形成的圈閉中聚集成藏(圖6(a))，形成旁生側(cè)儲成藏模式。

(a) 中部緩坡帶 (b) 東部反轉(zhuǎn)帶

(2)東部反轉(zhuǎn)帶。構(gòu)造低部位(東凹陷)推測發(fā)育中上中新統(tǒng)成熟烴源巖，反轉(zhuǎn)帶內(nèi)見砂巖儲層沉積特征，處于油氣運移的優(yōu)勢方向上，油氣經(jīng)斷裂向上運移至反轉(zhuǎn)帶圈閉中聚集成藏(圖6(b))，為下生上儲成藏模式。

(3)北部凸起帶。位于北凹陷、西凹陷和東凹陷之間，存在多向供烴的可能。但依據(jù)圖4(b)和圖4(c)湖相烴源巖展布范圍可知，在盆地北部中新統(tǒng)烴源巖可能不發(fā)育，而上新統(tǒng)烴源巖成熟度低，烴源可能不足，推測北部凸起帶周邊的兩口鉆井的失利原因為遠離有效烴源灶，缺少通暢的油氣運移通道。

此外，南凹陷埋深淺，烴源巖成熟度低，且西部陡坡帶和南部斜坡帶的圈閉規(guī)模小，勘探潛力較小。

綜上可知，中部緩坡帶和東部反轉(zhuǎn)帶為盆地的有利勘探區(qū)帶。圈閉主要依靠推測的下中新統(tǒng)和中上中新統(tǒng)烴源巖供烴。

5 主要風(fēng)險與存在問題

Kerio盆地受第一期火山事件影響大，晚中新世形成淺湖，可能發(fā)育烴源巖，但未證實。中新世末期第二期火山事件促使裂谷再次拉張，形成中深湖沉積環(huán)境，但此次火山事件持續(xù)時間短，導(dǎo)致中深湖相泥巖沉積厚度薄，雖然其生烴指標(biāo)與South Lokichar盆地相似，但可能由于厚度太薄、成熟度較低，從而導(dǎo)致生烴量有限。

此外，目前Kerio盆地勘探程度和研究程度低，當(dāng)前的認(rèn)識和結(jié)論可能存在一定的不確定性。

6 結(jié)論

(1)Kerio盆地為主動裂谷，呈幕式拉張，漸新世以來發(fā)育5套沉積地層，最大沉積厚度可達6 500 m。一套被證實的烴源巖指標(biāo)好，厚度薄，盆地模擬顯示1 500 m深度即可進入生烴門限。盆地發(fā)育河流和三角洲相砂巖，孔滲物性好。

(2)盆地呈西陡東緩的半地塹結(jié)構(gòu)，發(fā)育4條一級斷層，將盆地分割為4個凹陷。盆地內(nèi)斷裂發(fā)育，形成5個構(gòu)造圈閉帶。中部緩坡帶和東部反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶為盆地的有利勘探區(qū)帶，可能形成旁生側(cè)儲、下生上儲2種成藏模式。

(3)烴源巖是盆地勘探最主要的地質(zhì)風(fēng)險。