断砂耦合对阿尔伯特凹陷北部转换带油气富集的控制作用*

孙和风 彭文绪 姜 雪

(1. 中海石油乌干达有限公司 北京 100027； 2. 中海油研究总院 北京 100028)

断砂耦合对阿尔伯特凹陷北部转换带油气富集的控制作用*

孙和风1彭文绪1姜 雪2

(1. 中海石油乌干达有限公司 北京 100027； 2. 中海油研究总院 北京 100028)

孙和风,彭文绪,姜雪.断砂耦合对阿尔伯特凹陷北部转换带油气富集的控制作用[J].中国海上油气，2016,28(5)：30-37.

Sun Hefeng,Peng Wenxu,Jiang Xue.Fault-sand coupling controlling effect on hydrocarbon enrichment in the northern transfer zone of Albert sag[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):30-37.

阿尔伯特凹陷北部转换带是典型的伸展盆地构造转换带。根据转换带断裂系统、圈闭群、储集层等特征分析，将阿尔伯特凹陷北部转换带划分为封堵型、半封堵型、弱封堵型和散失型等4类主要断砂耦合形式。结合转换带含氮化合物、高度充满度等特征,分析了断层-砂体-盖层耦合对转换带油气运聚方向和富集层位的控制作用，结果表明该地区平面上有NE和NEE向2个油气优势运移方向，纵向上油气优先聚集在S5油组，北部转换带沿油气优势运移方向的F3断层控制带是下阶段滚动勘探重点的有利区带。

阿尔伯特凹陷；北部转换带；断砂耦合；油气富集；优势运移方向

伸展盆地构造转换带常是油气聚集的有利区带[1-6]，油气田往往发育在裂陷盆地主干正断层之间的构造转换带部位，构造转换带对油气运聚、储集层展布以及圈闭的形成都有显著的控制作用[4,7]。1990年C.K.Morley[1]等根据北海盆地、苏伊士盆地转换带与油田分布间的关系，预测东非裂谷系转换带具有良好的勘探前景。2008年处于裂谷带西支北段的阿尔伯特凹陷北部转换带油气勘探获得突破，2008—2011年陆续发现了10个油气田，这是近些年来全球最重要的油气发现之一，基本证实了Morley等的预测。然而，2012年阿尔伯特凹陷南部转换带钻探遭遇了失利，表明不同转换带油气分布极度不均，油气富集规律复杂。目前东非裂谷系尚有大量未勘探的转换带[1,8]，因此深入剖析阿尔伯特凹陷北部转换带油气富集特征，对于深化该地区勘探，进而提高勘探效益具有重要参考意义。

1 区域地质背景

东非大裂谷西支北部由3段构成[9]，各段之间形成了横向构造转换带，其中中段阿尔伯特凹陷北部与北段Pakwach凹陷之间即为北部转换带(图1)。

图1 阿尔伯特凹陷区域位置

阿尔伯特凹陷是发育于非洲克拉通之上的典型大陆裂谷盆地[1,9-10]，受拉张和走滑双重作用，其形成、演化受东非裂谷控制。中新世开始，阿尔伯特凹陷发生强烈的板内裂陷作用[9]，呈NW—SE向伸展；上新世末期，伴随左旋走滑扭动活动[8]，凹陷南部有火山岩侵入及喷发；更新世以后凹陷主要呈近E—W向伸展，伸展速率约为2.0 mm/a[11](图2)。该凹陷边界断层为平直、陡倾正断层，呈NE走向，剖面上为典型的地堑特征，沉积中心靠近凹陷西部一侧[9]，沉积厚度大于5 000 m，基底之上依次发育新近系中新统、上新统和第四系[9-10]，可能发育侏罗系—白垩系[9]。

图2 阿尔伯特凹陷综合柱状图

北部转换带往西邻近凹陷深部烃源岩发育区，已钻遇上中新统和下上新统2套烃源岩，其中上中新统烃源岩段母质是I—II型干酪根，有机碳含量平均可达4.02%，高丰度段厚度可达430 m，是一套极好湖相烃源岩，现今该套烃源岩正处于生排烃高峰期，也构成了北部转换带区域盖层。由于北部转换带往NE向整体抬升，斜坡背景下断块圈闭连片成带分布，因此该地区是湖区油气主要富集区，已发现10个中新统油气田，形成了北部油田群，油气分布于上中新统河流—三角洲砂岩储集层[12]，可划分为S1～S5等油组(图3)。

图3 阿尔伯特凹陷北部转换带油田(左)及油气层(右)分布

北部转换带以断块为主的圈闭类型决定了已发现的油气基本上都为断块油气藏，仅在局部发育地层超覆油气藏和岩性上倾尖灭油气藏。受地层超覆影响而形成的复合油气藏多发育在转换带NE向构造高部位，如D油田1、4井区；受地震资料限制，D油田5井区构造高部位圈闭未落实，可能也存在地层超覆。岩性上倾尖灭油气藏发育在G-3和H-5等局部井区。

2 断砂耦合特征

2.1 断裂系统及圈闭群特征

北部转换带发育在F1和F2控凹断层之间，2条控凹断层相向倾斜，F1断层由NE向转为NNE向，F2断层沿NE向逐渐倾没，构成了盆地北部侧边界。由于侧边界部位F1断层更为活跃，因而在两断层之间形成了近于往东抬升的斜坡带，在北部转换带整体呈消减式转换斜坡。北部转换带主要发育4组断裂(图4)，分别为NEE或NE向、近SN向、近EW向和NW向，以NEE或NE向为主。NEE或NE向断裂可分为继承性断层和晚期断层。继承性NEE或NE向断层断距较大，继承性发育，下切至基底，延伸长，为控圈断层，主要有F3～F6断层，控制圈闭分布，以伸展作用为主，伴随张扭作用，其中F6与F3断层也呈相向倾斜，构成次一级的消减变换。晚期NEE或NE向断层为次级断层，多发育在上中新统及以上地层中，断距较小。近SN向断裂主要分布在转换带东部，可能构成了凹陷的东部边界。近EW向和NW向断裂次级断层较少，为块体内部断层，对块体分割性较弱。

注：F断距为S5油组断距，HS4～S5砂组、HS5砂组分别为S4～S5、S5砂组厚度。

图4 阿尔伯特凹陷北部转换带断裂系统(S5砂组顶面)

Fig .4 Fault system in the northern transfer zone of Albert sag(top of S5 sand group)

北部转换带各块体多为断块构造，受控于同一主干断层的断块具有平面上成带分布、剖面上堑垒相间的特征，整体可分为以下3个圈闭群：

1) G-H-I-J油田圈闭群(图3)，分布在受F5和F6断层夹持的三角形块体内,被次级断层复杂化，地层整体呈北东高南西低的特点。其中，J油田圈闭较小，G油田和H油田圈闭呈垒块，I油田为夹持在两垒块之间的地堑断块。

2) 沿F4主干断层分布的A-B-C-D油田圈闭群(图3)，断层将其分割为5个大小不等圈闭，依次往NE方向抬升，地层向SW向倾斜(图5)。其中，A油田和B油田圈闭是受NE向或NEE向断层夹持的楔形断块；C油田圈闭为转换带最大的圈闭，整体呈半背斜特征；D油田在构造低部位为断块圈闭，在构造高部位局部形成构造-地层超覆复合圈闭。

3) E-F油田圈闭群(图3)，受F4 和F5断层夹持，位于上述2个油田圈闭群之间，其中F油田在东部构造高部位也具有超覆特征。

图5 阿尔伯特凹陷北部转换带SW—NE向剖面图(剖面位置见图3)

2.2 储集层展布

相向倾斜正断层带控制的转换带对河流注入、流出凹陷的位置和方向有重要影响，河流常常沿着凹陷端部发育的侧向变换断层或沿着主干边界断层尖灭处发育的消减变换带流入与流出[4]。在北部转换带，现今主要水系沿F2断层尖灭处的消减变换带由NEE往SWW方向流入湖区，沿F1断层尖灭处流出(图6)。

研究表明，上中新统沉积期北部转换带各砂组物源可能有些变化，但大的物源方向应与现今Nile河较为一致[12]，河流相—三角洲相—湖泊相沉积依次呈NE—SW向分布。C油田北区及D油田构造区以曲流河沉积为主，局部含有较多粗砂岩，以河道、边滩砂岩为主要储集层；C油田中南部及F-G-I-H油田构造区处于河湖过渡带，储集体以河道为主，同时也发育河口坝等沉积；B油田中南部及A油田构造区位于转换带近湖区，整体处于三角洲前缘相带，储集层为分流河道、河口坝等砂体。

图6 阿尔伯特凹陷北部转换带现今沉积展布

纵向上，北部转换带中新统含油层段砂组发育多期沉积旋回。S1～S2砂组砂岩含量最低，约为22.7%;S3砂组砂岩含量最高，达68.1%；S4和S5砂组砂岩含量分别为46.6%、36.0%，可见从S3至S5砂组沉积期该区域处于水进阶段。S5砂组沉积以后，由于该区域仍处于水进期，直到中新世末达到最大湖泛，因此在整个转换带地区沉积了几十到几百米厚度不等的湖相泥岩，形成了区域性盖层，为油气富集起到了重要作用。此外，各砂组层段储集层物性都较好，S1～S2、S3、S4和S5砂组平均孔隙度分别为26.3%、28.5%、31.6%和28.1%。平面上H油田含油层段平均孔隙度最低，为20.1%，渗透率大多数在100 mD以下；其他油田含油层段平均孔隙度在27.3%～32.6%之间，渗透率大于125 mD，也表明转换带储集层良好的孔渗条件有利于油气横向输导。

2.3 断砂耦合形式

北部转换带F、I、G等油田区的断层断距、砂体并置关系表明，当断距小于60 m时，S3～S5砂组砂岩对接概率随断层断距增加而减小(图7)，对接砂体主要为S3～S4砂组；高砂岩含量、断距小时对接概率大，对接概率大小取决于断距和砂组砂层厚度，断距为25 m时断层对盘泥岩遮挡的砂层明显大于断距为5 m时的断层(图8)。顺向断层和反向断层有明显差别，顺向正断层下降盘砂体常对接于上升盘砂体，而反向断层上升盘砂体多直接对接于厚层泥岩盖层。研究表明，叠置砂体之间的连通程度随砂岩含量增高而增高，砂岩含量为15%～27%时叠置砂体连通程度开始显著增加，砂岩含量达到50%～62%时叠置砂体间基本完全连通[13]。北部转换带含油层段各砂组砂岩含量为22%～68%，S3砂组最高，说明S3～S5砂组叠置砂体大部分为连通到完全连通，主要靠断层和对盘岩性遮挡。

图7 阿尔伯特凹陷北部转换带I油田区S3～S5砂组砂岩对接概率与断距关系

图8 阿尔伯特凹陷北部转换带典型井岩性并置图

分析认为，F4断层作为高部位遮挡断层封堵了A-B-C油田带S1～S5砂组油气，断层-砂体-盖层耦合具有一定规律性(图9)。A油田区泥岩盖层厚度最大，泥岩厚度远大于断距和油层段厚度，断距平均值83 m，S3～S5砂组总地层厚度101.6 m，断层断穿了大部分S3～S5砂组，S4～S5砂组为泥岩侧向封堵，S3砂组有一定的泥岩涂抹封堵；B油田区F4断层断距往构造高部位增加，但整体小于S4～S5砂组层段厚度，S5砂组和S4砂组上部为泥岩侧向封堵模式，S4砂组下部及以下层段为泥岩涂抹封堵；C油田区F4断层在构造高部位C-1至C-2井区能断穿S4～S5砂组层段，但在构造低部位断距甚至小于S5砂组层段厚度，此时泥岩涂抹封堵可能起主要作用。因此，该油田带往NE方向，S5砂组层段除C-1等井区以北都为岩性侧向封堵，S3～S4砂组依次由岩性侧向封堵向泥岩涂抹封堵过渡。

图9 阿尔伯特凹陷北部转换带沿F4断层断层-砂体-盖层耦合关系

根据断距、砂组厚度及区域泥岩厚度特征，北部转换带断砂耦合形式可划分为以下4类：①封堵型(H盖层>F断距>HS1～S5砂组)，此时各砂体都直接为对盘泥岩遮挡，封堵条件好，S1～S5砂组都含油，S3～S5砂组常具有统一的油水系统，顶部形成较大高度的气藏(图10a)，如C油田C-2井区；②半封堵型(H盖层>F断距>HS4～S5砂组)，断层断距较大，局部地区断距大于S3～S5砂组厚度，S4～S5砂组多直接对接于上盘泥岩，S3油组对接于上盘泥岩或S5砂组，此时S3～S5砂组常具有多油水系统(图10b)，如I油田区；③弱封堵型(H盖层>HS4～S5砂组>F断距)，此时断层较小，S3～S5砂组与对盘砂体对接概率较大，断层封堵较弱，顶部S5砂组与上盘形成统一油藏(图10c)，如G油田区；④散失型(F断距>HS4～S5砂组>H盖层)，断层断距大，盖层相对较薄，S3～S5砂组直接与对盘盖层上部砂体对接，油气直接通过上盘砂体散失(图10d)，主要分布在盖层较薄区，如E油田部分井区。

注：H盖层为N1o组泥岩厚度；F断距为S5砂组断距；HS1～S5砂组、HS4～S5砂组分别为S1～S5、S4～S5砂组厚度。

图10 阿尔伯特凹陷北部转换带断砂耦合形式

Fig .10 Fault-sand coupling types in the northern transfer zone of Albert sag

3 对油气富集的控制作用

3.1 控制油气运聚方向

来自同一生烃中心的原油在储层中运移时，地质色层效应引起的原油化学组成发生明显变化，原油中的极性组分会被储层岩石选择性吸附，随着运移距离的增加，极性化合物的组成会发生增加或减小[14],如原油中的中性含氮化合物(咔唑类化合物)具有弱极性，绝对总量随着原油运移距离的增加而减小，屏蔽型烷基咔唑/暴露型烷基咔唑(如1-/4-甲基咔唑)随着原油运移距离的增加而增加。北部转换带距离生烃主洼较近，因此应选取对较短运移距离相对敏感的咔唑总量、1-/4-甲基咔唑、1,8-/2,7-二甲基咔唑等参数对油气运移进行示踪。

随着运移距离的增加，原油中含氮化合物总量有降低的趋势。如图11所示，B油田原油含氮化合物含量最高，说明其离油源最近；含氮化合物总量沿NE方向降低，C-1、D-1井含量最低，但H-1井相对较高，说明H与C、D油田是不同充注方向。1,8-二甲基咔唑具有屏蔽型结构，随着运移距离增加，与暴露型结构的2,7-二甲基咔唑的比值会相对增加；二甲基咔唑总量也沿NE方向增高，D-4、D-1井含量最高，H-1井含量低于B-1/2和C-1/2井等，但是H油田构造高于B、C等油田，油气不可能从高部位向低部位运移，也说明H与C油田来源于不同充注方向。苯并咔唑[a]与苯并咔唑[c]的比值随着原油运移距离的增加而增加，线性的苯并咔唑[a]位阻效应小，运移速率相对更快一些；苯并咔唑总量也是沿NE方向增高，D-1井含量最高，H-1井含量最低，与二甲基咔唑总量反映的运移特征类似。因此，北部转换带具有2个油气优势运移方向，一是沿NE向F4断层指向D油田；二是指向F5、F6断层夹持的NNE向油田，H油田高部位是最终归宿。

图11 阿尔伯特凹陷北部转换带油田典型井含氮化合物特征

3.2 控制油气富集层位

北部转换带油气主要分布在中中新统S1～S5砂组，其中气层主要分布在S5和S4砂组层段。以转换带最靠近湖区的A油田为中心，沿NE和NEE方向含油层位逐渐抬升，气油比逐渐降低(图3)。A油田在S1～S5砂组都含油气，且具有转换带各油田最高的气油比，平均约为53 m3/m3，而NE方向的D油田气油比最低，仅为0.98 m3/m3。往NEE方向，从G油田到E油田含油层位逐渐从S1砂组抬升至S3砂组；往NE方向，从B油田到D油田含油层位也逐渐从S1砂组抬升至S3砂组；另外，在D油田见到的转换带最浅的油气显示层段为上中新统。由此可见，油气层的分布和气油比在一定程度上反映了油气运移路径，沿油气运移方向运移距离越远，含油层位越高，天然气含量呈规律性升高或降低。

油气藏的含烃高度充满度可以指示构造区的油气充注能力。如图12所示，北部转换带全区高度充满度较高，平均高度充满度为56%，说明整体油气充注能力较强，其中封闭断块充满度往往较高，如B-4/7，A-1/3等井区。在圈闭油气含烃高度小于70 m时，高度充满度随油气含烃高度增加而增加；当油气含烃高度大于70 m时，高度充满度变化范围较大。垂向上，S5砂组油层段高度充满度最大(平均可达71%)，S4和S3砂组油层段高度充满度逐渐降低(平均分别为52%、40%)，说明在整体充注能力较强的情况下油气优先聚集在S5砂组层段。平面上，沿NE、NEE方向高度充满度也有降低趋势，如沿NE向分布的A、B、C油田的S5砂组油层段高度充满度依次为100%、77%和49%；而且这一趋势在S3～S4砂组油层段表现得更为明显，近凹陷带的A油田等油田区高度充满度大于57%，而D油田高度充满度平均值仅为23%～14%。可见，北部转换带油气富集层位与由F4、F6两条一级断层控制的NEE和NE向2个油气优势运移方向相吻合，该地区东北部F3断层控制带应是下阶段滚动勘探的重点有利区带。

图12 阿尔伯特凹陷北部转换带主要油田高度充满度分布

4 结束语

研究表明，断层-砂体-盖层耦合研究是预测伸展盆地构造转换带有利区带的有效方法，阿尔伯特凹陷北部转换带断砂耦合形式可划分为封堵型、半封堵型、弱封堵型和散失型等4种主要类型，断砂耦合控制了该地区油气运移方向和富集层位，油气在平面上沿NE和NEE向大断层优势运移，纵向上优先聚集在S5砂组。综合分析认为，阿尔伯特凹陷北部转换带东北部是下阶段滚动勘探的重点，尤其是F3断层控制带。

[1] MORLEY C K,NELSON R A,PATTON T L,et al.Transfer zones in the East African rift system and their relevance to hydrocarbon exploration in rifts[J].AAPG Bulletin,1990,74(8):1234-1253

[2] MOUSTAFA A R.Controls on the geometry of transfer zones in the Suez rift and northwest Red Sea:implications for the structural geometry of rift systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(6):979-1002

[3] 汪望泉,窦立荣,张志伟,等.苏丹福拉凹陷转换带特征及其与油气的关系[J].石油勘探与开发,2007,34( 1):124-127. Wang Wangquan,Dou Lirong,Zhang Zhiwei,et al.Transfer zone character and its relationship to hydrocarbon in Fula Sag,Sudan[J].Petroleum Exploration and Development,2007,34(1):124-127

[4] 漆家福.裂陷盆地中的构造变换带及其石油地质意义[J].海相油气地质,2007,12(4):43-50. Qi Jiafu.Structural transfer zones and significance for hydrocarbon accumulation in rifting basins[J].Marine Origin Petroleum Geology,2007,12(4):43-50

[5] 周心怀,余一欣,魏刚,等．渤海辽东湾海域JZ25-1S转换带与油气成藏的关系[J].石油学报,2008,29(6):837-840. Zhou Xinhuai,Yu Yixin,Wei Gang,et al.Relationship between JZ25-1S transfer zone and hydrocarbon accumulation in Liaodongwan offshore of Bohai Bay Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2008,29(6):837-840

[6] 杨明慧.渤海湾盆地变换构造特征及其成藏意义[J].石油学报,2009,30(6):816-823. Yang Minghui.Transfer structure and its relation to hydrocarbon exploration in Bohai Bay Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(6):816-823

[7] 蔡文杰,韩文明,许志刚,等.东非Lake Albert盆地构造调节带特征及其对油气成藏的控制作用[J].地质科技情报,2015,34(4):119-123. Cai Wenjie,Han Wenming,Xu Zhigang,et al.Geological character of accommodation zone and its important in controlling accumulation of oil and gas in Lake Albert basin[J].Geological Science and Technology Information,2015,34(4):119-123

[8] 温志新,童晓光,张光亚,等.东非裂谷系盆地群石油地质特征及勘探潜力[J].中国石油勘探,2012,17(4):60-65. Wen Zhixin,Tong Xiaoguang,Zhang Guangya,et al.Petroleum geology and exploration potential in East Africa rift[J].China Petroleum exploration,2012,17(4):60-65

[9] ABEINOMUGISHA D.Development of a petroleum system in a young rift basin prior to continental breakup:the Albertine graben of the East African Rift System[C]∥AAPG International Conference and Exhibition,Calgary,Alberta,Canada,2010

[10] 张兴,童晓光.艾伯特裂谷盆地含油气远景评价：极低勘探程度盆地评价实例[J].石油勘探与开发,2011,28(2):102-106. Zhang Xing,Tong Xiaoguang.Hydrocarbon prospect and evaluation of Albert rift：an example of lower exploration basin evaluation[J].Petroleum Exploration and Development,2011,28(2):102-106

[11] FERNANDES R M S,MIRANDA J M,DELVAUX D,et al.Re-evaluation of the kinematics of Victoria Block using continuous GNSS data[J].Geophysical Journal International,2013,193(1):1-10

[12] 杨小丽,胡光义,庞玉茂,等.Albert湖盆北区退积型浅水三角洲沉积及储层特征[J].中国海上油气,2015,27(5):55-61. Yang Xiaoli,Hu Guangyi,Pang Yumao,et al.Retrogradation shallow water delta sedimentary model and reservoir characteristics in north area of Albert lacustrine basin[J].China Offshore Oil and Gas,2015,27(5):55-61

[13] 罗晓容,雷裕红,张立宽,等.油气运移输导层研究及量化表征方法[J].石油学报,2012,33(3):428-437. Luo Xiaorong,Lei Yuhong,Zhang Likuan,et al.Characterization of carrier formation for hydrocarbon migration:concepts and approaches[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(3):428-437

[14] 李贤庆,侯读杰,肖贤明,等．应用含氮化合物探讨油气运移和注入方向[J].石油实验地质,2004,26(2):200-206. Li Xianqing,Hou Dujie,Xiao Xianming,et al.Study of oil migration and injection directions by nitrogen compounds[J].Petroleum Geology & Experiment,2004,26(2):200-206.

(编辑：冯 娜)

Fault-sand coupling controlling effect on hydrocarbon enrichment in the northern transfer zone of Albert sag

Sun Hefeng1Peng Wenxu1Jiang Xue2

(1.CNOOCUgandaLtd.,Beijing100027，China; 2.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

The northern Albert sag is a typical transfer zone in an extensional basin. Based on the analyses of fault system, traps and reservoir, fault-sand coupling in the northern transfer zone of Albert sag is divided into four types: sealed model, semi-sealed model, weak sealed model and leaked model. Combined with nitrogen compounds and charge degree in height, the effect of fault, sand and cap rock coupling on hydrocarbon migration and enrich layer of hydrocarbon accumulation characteristics are analyzed in the northern transfer zone. The results show that hydrocarbon migrations have NE and NEE dominant pathways and S5 layer is the preference accumulation in the longitudinal direction. The structures along dominant pathways controlled by F3 fault are main potential areas for future exploration in the northern transfer zone of Albert sag.

Albert sag; northern transfer zone; fault-sand coupling; hydrocarbon enrichment; dominant pathways

*“十二五”国家科技重大专项“非洲、中东重点勘探区油气地质评价及关键技术研究(编号：2011ZX05030-003)”部分研究成果。

孙和风，男，高级工程师，2010年毕业于中国石油大学(北京)地质资源与地质工程专业，获博士学位，主要从事油气勘探开发研究工作。地址：北京市东城区东直门外小街6号海油大厦1503室(邮编：100027)。E-mail:sunhf@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0030-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.005

TE122.1

A

2016-01-13 改回日期：2016-03-17