东非裂谷Kerio盆地石油地质特征与勘探潜力

胡 滨， 贾 屾， 邱春光， 陈经覃， 饶 溯

(中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

0 引言

东非裂谷发育世界上最年轻的裂谷盆地群[1]，其勘探潜力被长期争论[2-4]。由Tullow和Africa Oil公司组成的作业团体于2012年在面积仅有2 180 km2的South Lokichar盆地取得油气勘探突破[3]。据作业者Tullow公司公布，盆地已发现8个油田，合计2C可采储量9.2×107m3[5]，使该区成为研究和勘探的热点地区。然而,近年来在周边盆地勘探效果不佳，进一步开展深入研究对未来油气勘探评价具有重要意义。

Kerio盆地紧邻South Lokichar盆地，目前勘探程度低，国际上相关研究较少，也是中国的研究空白区。本文基于最新地震地质综合研究成果，与已获得油气勘探突破的South Lokichar盆地进行类比，对Kerio盆地的石油地质特征进行解析，阐述其油气勘探潜力和前景。

1 研究区概况

东非裂谷(East African Rift System，简写为EARS)位于非洲东部陆上，南北全长约3 500 km，宽50～300 km，在平面上分为东、西2支。裂谷东支自北向南经过埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚等国家(图1)，可分为北、中、南3段，共17个盆地。

图1 东非裂谷东支沉积盆地分布示意图Fig.1 Sedimentary basins location of the Eastern Branch of EARS

新元古代造山带控制了裂谷东支的走向[6]。渐新世开始，受到阿尔法(Afar)地幔柱活动影响(约31 Ma)，东非裂谷系整体进入新生代裂谷演化阶段，阿拉伯板块从非洲板块分离，形成红海—亚丁湾—东非裂谷系三叉裂谷[7-8]。东非裂谷系是其中的夭折支[9]，并逐步演化成现今的陆内裂谷盆地群。Kerio盆地即是发育在东非裂谷东支中的一个沉积盆地。

2 盆地概况

裂谷东支受阿尔法和肯尼亚地幔柱的影响较大[10]，不同盆地的演化差异大，主要发育2期裂谷，西早东晚。

第一期裂谷(图2(a))，South Lokichar[11]和Kerio Valley盆地为裂谷沉降中心，主要发育渐新统—中新统地层[12]，厚度可达6 000 m，中中新世之后盆地整体抬升，沉积厚度小，同时，Kerio、North Lokichar等盆地初步发育； 第二期裂谷(图2(b))，上新世之后，沉降中心由South Lokichar盆地向东向北迁移，Kerio、North Lokichar和Turkana盆地沉积厚度大，可达6 000 m，同时，Omo和Chew Bahir等盆地形成。

2.1 勘探现状

Kerio盆地位于东非裂谷东支中部，South Lokichar盆地东侧(图1)，SN走向，长约88 km，宽约36 km，面积约2 600 km2。该盆地采集了高分辨率重力资料，可用于大型断裂与构造带的识别[13]。

(a) 渐新世—中新世 (b) 上新世—全新世

图2 东非裂谷东支裂谷发育示意图Fig.2 Rift development maps of the Eastern Branch of EARS

20世纪80年代采集了54条二维地震测线，总长度约2 080 km，测网密度0.7 km×0.9 km～2.5 km×4.5 km。地震资料主频10～17 Hz，频带宽8～50 Hz，信噪比、同相轴连续性和地震波组特征整体中等，深层较差。盆地内钻有2口干井，分别为2014年钻探的K-1井和2015年钻探的E-1井。

2.2 沉积充填

钻井揭示了Kerio盆地渐新世以来发育的5套沉积地层，即渐新统、下中新统、中上中新统、下上新统和上上新统—更新统(表1，图3(a))。各地层之间为整合沉积，界面呈较强连续强反射特征。盆地的最大沉积总厚度约6 500 m，整体南薄北厚，渐新统—中新统的地层厚度南北基本相当，但上新统—更新统地层在盆地北部明显加厚(图3(a))，这与控制盆地沉积的火山事件有关。

表1 Kerio与South Lokichar盆地沉积地层Tab.1 Comprehensive columns of Kerio Basin and South Lokichar Basin

Kerio盆地经历的2期剧烈火山事件控制了2个沉积旋回[14]: ①渐新世—中中新世，火山活动较剧烈，K-1和E-1井均揭示了这套火成岩(约10.0 Ma)。盆地局部地区沉积薄层河流相砂岩。晚中新世，裂谷逐渐拉开，早期以河流相沉积为主，后期湖泊开始出现，发育三角洲相与滨浅湖相沉积。②中新世末期(约5.1 Ma)，又发生剧烈的火山事件，在盆地北部形成沉降中心，发育中深湖相沉积，钻井揭示为灰黑色泥岩与凝灰岩互层，地层厚度约90 m。随后湖泊变浅，以三角洲相和河流相沉积为主，钻井揭示的厚度为1 500～1 800 m。

(a) 地质剖面图 (b) 基底等t0图

图3 Kerio盆地基底等t0图和地质剖面图Fig.3 Basement time structural map and geological sections of Kerio Basin

2.3 断裂特征

Kerio盆地呈西陡东缓的半地堑结构，发育4条一级断层，即F1、F2、F3和F4(图3(b))，均为东倾的正断层。F1为控制盆地的边界断层(图3(a))，呈SN或NE—SW走向，延伸长度超过100 km(研究区范围内)。F1南部是Kerio盆地与South Lokichar盆地分割的断层，呈NW—SE走向(图3(b))。F4为邻近F1边界断层的一条断距很大(可达1 000 m)的断层(图3(a)中BB′测线)，与F1断层走向基本相同，呈SN或NE—SW走向，延伸长度约21 km，断层两端的断距迅速减小。F3为控制盆地结构并且持续活动的深大断裂(图3(b))，与F1断层走向基本相同，呈SN或NE—SW走向，延伸长度约63 km(研究区范围内)，南部断距迅速减小，并与F2断层相交。F2断距较小，为NW—SE走向，延伸长度约18 km，北部与F1相交，南部与F3相交。

2.4 盆地结构

Kerio盆地由4条一级断裂分割为4个凹陷(图3(b))，即北凹陷、西凹陷、东凹陷和南凹陷。其中北凹陷、西凹陷和南凹陷受控于F1边界断层，而东凹陷则受控于F3断层。北凹陷与西凹陷由北部凸起带分割，南凹陷与西凹陷由F2断层分割。

(1)北凹陷(图3(a)中AA′测线)： 无明显的半地堑结构，面积约90 km2(研究区范围内)，断层非常发育，沉积中心位于北凹陷的北部，沉积地层最大厚度可达6 000 m。

(2)西凹陷(图3(a)中BB′测线)： 呈半地堑结构，近SN走向，面积约180 km2，凹陷内断裂较发育，地层厚度最大约6 000 m。

(3)东凹陷(图3(a)中BB′测线)： 呈西断东超的半地堑结构，近SN走向，面积约280 km2，断裂非常发育，中新世以来的断裂更为发育，断层间距仅约200 m。地层厚度最大约6 500 m，是上新世以来的沉积中心。

(4)南凹陷(图3(a)中DD′测线)： 呈半地堑结构，近SN走向，西陡东缓，面积约50 km2，凹陷内部断裂不发育，地层厚度最大约4 800 m，以渐新统至中新统为主，上新统以上的地层薄。

3 石油地质条件

3.1 烃源条件

3.1.1 烃源岩指标

Kerio盆地存在1套被证实的烃源岩(图4(a))和2套潜在烃源岩。上新统底部烃源岩(证实)由E-1井揭示，岩性为凝灰岩与灰黑色泥岩互层，厚度约90 m，其中灰黑色泥岩厚度仅为20 m，但生烃指标好。有机碳(TOC)含量为0.83%～3.83%，平均值约2.83%，氢指数(HI)值为403～687 mg/g，平均值约500 mg/g，为I型(腐泥型)干酪根，Tmax为445～449 ℃，显示已成熟。该套烃源岩为湖泊相沉积，在地震剖面上表现为低频连续强振幅反射特征，反射横向较稳定，主要分布在盆地中北部，面积约800 km2。

(a) 早上新世 (b) 中晚中新世 (c) 早中新世

图4Kerio盆地沉积相图
Fig.4SedimentaryfaciesofKerioBasin

South Lokichar盆地证实发育下中新统优质湖相烃源岩，地震剖面上呈中高频连续强反射的特征。Kerio盆地的钻井均靠近边界断层，未钻遇优质烃源岩。地震反射特征的对比研究推测，在Kerio盆地深洼区的中上中新统和下中新统发育湖相烃源岩： ①中上中新统烃源岩(推测)主要分布在盆地中南部(图4(b))，地层最大厚度约400 m，湖泊相地层分布范围的面积约600 km2； ②下中新统烃源岩(推测)主要分布在盆地南部(图4(c))，地层最大厚度约400 m，湖泊相地层分布范围面积约450 km2。

3.1.2 火山活动对烃源岩的影响

裂谷东支各盆地受火山活动影响均较大。火山活动对烃源岩的形成演化存在正反2个方面的作用。

有利于烃源岩的方面： ①火山和热液给湖盆水生生物带来大量营养，利于藻类繁盛,同时使湖水含盐度增高，形成还原环境，有利于藻类物质的保存[15]； ②与火山热液伴生的烃源岩过渡金属含量高，过渡金属的催化作用可以降低有机质中的C-C、C-S、C-O键活化能，催化有机质降解成烃和CO2； ③火山烘烤促进干酪根热演化，裂谷东支地温梯度可达4.2 ℃/100 m[16]，在一定程度上降低了生烃门限，弥补了烃源层时代新的不足。

不利于烃源岩的方面： ①火山灰不仅能释放铁、氮和磷等营养物质，也会释放铜和锌等有害物质，浓度过高会严重抑制浮游生物的生长； ②对于水体有限的湖泊，近距离火山喷发还会释放大量氯化氢、氯气等有毒气体，并大幅提升水温、降低pH值，从而造成生物大规模死亡[17]。

3.1.3 盆地模拟

使用Trinity软件针对Kerio盆地的3套烃源岩进行盆地模拟。

(1)烃源岩地层厚度取值： 上新统烃源岩参考E-1井实钻值90 m，中上中新统与下中新统烃源岩则对比Kerio盆地与South Lokichar盆地的烃源岩层段的地震反射特征，推测厚度为400 m。

(2)TOC含量和HI取值： 上新统烃源岩参考E-1井实钻的平均值，TOC含量取2.83%，HI取500 mg/g。South Lokichar盆地L-1钻遇的下中新统烃源岩TOC含量平均为4.5%，HI平均值440 mg/g，露头样品TOC含量平均为3.6%，HI平均值580 mg/g。因为South Lokichar盆地揭示的下中新统烃源岩TOC含量很高，而Kerio盆地内的中上中新统和下中新统烃源岩仅为推测，因此Kerio盆地模拟的TOC含量选取3%(小于South Lokichar盆地的井实钻值)，HI值选取500 mg/g。

(3)地温梯度取值： 选取South Lokichar盆地钻井揭示的平均地温梯度值，即4.2 ℃/100 m。

(4)烃源岩埋深： 依据各烃源岩层段的地震解释层位。

盆地模拟结果显示，盆地内1 500 m深度即可进入生烃门限(Ro=0.7%)，3套烃源岩合计生油量约98亿桶，排油量23.4亿桶。其中，下中新统烃源岩成熟度较高，成熟烃源岩面积约130 km2，生油量约42亿桶，排油量约8.6亿桶； 中上中新统烃源岩成熟度较低，成熟烃源岩面积约160 km2，生油量约52亿桶，排油量约12.4亿桶； 上新统底部烃源岩埋藏浅，成熟度低，仅在北部小范围区域成熟，生油量约4亿桶，排油量2.4亿桶。

3.2 储层条件

South Lokichar盆地的钻探结果显示储层条件较好[18]，但在盆地边界断层附近发育冲积扇相地层，因砂岩致密导致有效储层薄。例如距离边界断层较近的T-1井揭示目的层段以冲积扇相沉积为主，油层净厚度仅为15 m； 而相对远离边界断层的T-2井则揭示目的层段以河流和三角洲相沉积为主，油层净厚度为70 m，孔隙度23%～29%，渗透率达0.1～3 μm2。

Kerio盆地具有相似的储层发育特征。K-1井揭示中上中新统和上新统2套储盖组合。储层以河流和三角洲相沉积为主，砂地比为40%～47%，单砂层厚度可达20 m，储集物性较好。但渐新统距离边界断层仅1 km(图3(a)中BB′测线)，以冲积扇—扇三角洲相沉积为主，储层物性较差。

3.3 圈闭条件

Kerio盆地断裂发育，形成5个与断层相关的构造圈闭带，即北部凸起带、西部陡坡带、中部缓坡带、东部反转带和南部斜坡带(图3(b))。北部凸起带多发育断层复杂化的背斜圈闭。西部陡坡带多发育边界大断层控制下的半背斜圈闭(图3(a)中BB′测线)。South Lokichar盆地发现的油田多为此类圈闭，但Kerio盆地已钻探的两口井也均为此类型并且失利。中部缓坡带多发育反向断层遮挡的断块圈闭(图3(a)中CC′测线)。东部反转带受局部挤压应力影响，形成洼中隆构造，发育断层复杂化背斜圈闭和垒块构造等类型圈闭(图3(a)中BB′测线)。南部斜坡带多发育反向断层遮挡的断块圈闭(图3(a)中DD′测线)。

4 勘探潜力与成藏模式

Kerio盆地可能具备较好的石油地质条件，但目前勘探尚未获得突破。盆地存在一套证实的烃源岩和两套类比South Lokichar盆地推测的烃源岩，总排油量可达23.4亿桶； 除边界断层附近外，发育物性较好的河流—三角洲相砂岩储层； 中部缓坡带、东部反转带和北部凸起带是油气运移最有利指向区(图5)，目前存在大量未钻圈闭，具备一定的勘探潜力。

图5 Kerio盆地下中新统顶面油气运移趋势图Fig.5 Hydrocarbon migration in Top Miocene in Kerio Basin

(1)中部缓坡带。构造低部位(西凹陷)呈低频连续强振幅反射特征，推测为下中新统和中上中新统成熟烃源岩，构造高部位见砂岩储层沉积，且位于优势运移方向，可在反向断层遮挡形成的圈闭中聚集成藏(图6(a))，形成旁生侧储成藏模式。

(a) 中部缓坡带 (b) 东部反转带

(2)东部反转带。构造低部位(东凹陷)推测发育中上中新统成熟烃源岩，反转带内见砂岩储层沉积特征，处于油气运移的优势方向上，油气经断裂向上运移至反转带圈闭中聚集成藏(图6(b))，为下生上储成藏模式。

(3)北部凸起带。位于北凹陷、西凹陷和东凹陷之间，存在多向供烃的可能。但依据图4(b)和图4(c)湖相烃源岩展布范围可知，在盆地北部中新统烃源岩可能不发育，而上新统烃源岩成熟度低，烃源可能不足，推测北部凸起带周边的两口钻井的失利原因为远离有效烃源灶，缺少通畅的油气运移通道。

此外，南凹陷埋深浅，烃源岩成熟度低，且西部陡坡带和南部斜坡带的圈闭规模小，勘探潜力较小。

综上可知，中部缓坡带和东部反转带为盆地的有利勘探区带。圈闭主要依靠推测的下中新统和中上中新统烃源岩供烃。

5 主要风险与存在问题

Kerio盆地受第一期火山事件影响大，晚中新世形成浅湖，可能发育烃源岩，但未证实。中新世末期第二期火山事件促使裂谷再次拉张，形成中深湖沉积环境，但此次火山事件持续时间短，导致中深湖相泥岩沉积厚度薄，虽然其生烃指标与South Lokichar盆地相似，但可能由于厚度太薄、成熟度较低，从而导致生烃量有限。

此外，目前Kerio盆地勘探程度和研究程度低，当前的认识和结论可能存在一定的不确定性。

6 结论

(1)Kerio盆地为主动裂谷，呈幕式拉张，渐新世以来发育5套沉积地层，最大沉积厚度可达6 500 m。一套被证实的烃源岩指标好，厚度薄，盆地模拟显示1 500 m深度即可进入生烃门限。盆地发育河流和三角洲相砂岩，孔渗物性好。

(2)盆地呈西陡东缓的半地堑结构，发育4条一级断层，将盆地分割为4个凹陷。盆地内断裂发育，形成5个构造圈闭带。中部缓坡带和东部反转构造带为盆地的有利勘探区带，可能形成旁生侧储、下生上储2种成藏模式。

(3)烃源岩是盆地勘探最主要的地质风险。