欧加登盆地多期构造运动控制下的传递式油气运移模式

李军生，张晓磊,汤文芝

(1.协鑫集团有限公司保利协鑫天然气集团控股有限公司，北京 100010； 2.北京协鑫石油天然气投资咨询有限公司，北京 100010； 3.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

油气运移、聚集成藏研究难度大，且对于油气勘探方向有重要的指导意义。油气运移发生在数百万年或上亿年前，其过程难以恢复和模拟，且不同盆地由于地质活动及埋藏条件差异造成不同的油气运移聚集模式的差异性。前人关于油气运移的研究可追溯到北宋时期，科学家沈括为提出油气运移概念的历史第一人[1]；2000年张厚福、金之钧[2]梳理了油气运移的研究现状，认为油气运移研究应综合多学科信息，重视地球化学研究，加强基础理论研究，紧密结合实际，使研究成果指导勘探实践；2008年高长海、查明[3]在对不整合空间结构特征研究基础上，提出了油气沿不整合运移的通道类型；2009年康德江[4]研究了碎屑岩中油气初次运移输导体系分类及特征，认为碎屑岩油气初次运移输导体系分为3类；2011年罗义等[5]研究了浅层油气输导方式与成藏模式，通过对已知油气藏分析，认为浅层存在3种油气输导模式，即断层输导型、源储对接型和混合型；2012年高剑波、吴景富等[6]对鄂尔多斯盆地低渗致密砂岩油气输导系统类型及其运聚特征进行研究，发现裂缝简单型、裂缝-砂体复合型、裂缝-不整合面复合型和砂岩简单型等4种运聚模式。随着技术进步、录取资料增加，勘探研究者建立不同盆地的油气运移模式[7-9]，用以指导油气勘探。

欧加登盆地位于埃塞俄比亚东南部地区，在埃塞境内面积约35×104km2，该盆地勘探始于20世纪40年代，分别于1973、1974年发现了Calub及Hilala油气田。此后，多家公司在此进行了几十年的勘探研究，未获得突破。欧加登盆地勘探程度较低，2013年中国协鑫集团在该盆地开展勘探工作，经4a多的勘探实践证明，该盆地油气资源丰富，从下至上发育Basement、Calub、Adigrat、M.Hamanlei、U.Hamanlei、Gorrahei等多套含油气层系，这些含油气层系聚集成藏的烃源岩及运移聚集方式尚不明确，一直制约着欧加登盆地的勘探进程。因此，有必要对该盆地开展油气运移模式的研究。该研究结合欧加登盆地区域构造背景，利用大量的地震资料解释成果，在分析盆地形成与构造演化基础上，明确盆地的断裂特征，结合有机地球化学资料对烃源岩及气源进行分析，建立欧加登盆地多期构造运动控制下的传递式油气运移模式。

1 多期构造运动及断裂特征

欧加登盆地在大地构造上处于非洲板块的东北角，北邻阿拉伯板块，东邻印度板块，现今东非地区的构造格局及盆地分布是非洲板块与周边板块不断分离这一宏观背景下逐步演化形成的。通过对东非沿岸各盆地构造演化、沉积充填等分析认为，欧加登盆地构造演化经历了Karroo裂谷、坳陷和被动大陆边缘三大阶段，盆地内沉积充填物的发育程度与分布规律明显受控于三大构造演化阶段，依次充填了二叠纪—三叠纪Karroo裂谷陆相沉积层序、侏罗纪—早白垩世坳陷沉积层序以及晚白垩世—新近纪被动大陆边缘海相沉积层序。欧加登盆地为Karroo期裂谷基础之上多期构造叠合形成的盆地，沉积盖层具有二元或三元结构，Karroo期裂谷为该盆地的基础和主体，发育湖泊、冲积扇及辫状河三角洲等沉积，孕育了多套主力碎屑岩储层及湖相暗色生烃源岩，成为勘探的主力生储盖组合。坳陷阶段，在半干旱—干旱沉积环境下发育了大量海相碳酸盐岩储层，同时膏盐与之互层发育，成为勘探另一主力生储盖组合。该阶段，构造运动较弱，以层间断裂为主，保存条件较好。盆地裂谷—坳陷阶段继承性好，对油气的运聚和保存具有建设性意义。

欧加登盆地构造演化历经三大阶段，发育3期次断裂，分别为Karroo期、坳陷期及被动大陆边缘期。根据断裂形成机制，主要有张裂型和走滑型2类。Karroo期断裂受Karroo热柱影响，盆地发生北西—南东向强烈伸展作用，产生一系列北东向为主的张性高角度正断层，该期断层形成早、产状陡倾、断距大(最大为1 700 m)、平面延伸距离长(最长可达141 km)，不仅塑造构造和控制沉积发育，同时也为油气运移提供了良好的垂向通道。该期断层在Karroo早期活动强烈，晚期活动减弱，多在Bokh组、Gumburo组地层消亡，少数断层活动可贯穿Karroo期进入坳陷阶段(图1)。

坳陷期构造活动弱，以稳定沉降和沉积为主，断裂少部分为Karroo期断裂的延续，多数为坳陷阶段的层间断裂，断距规模和延伸距离较小，对沉积控制作用弱；被动大陆边缘断裂多为发育在晚白垩世的走滑断裂，少数为活化了Karroo期断层形成的，在剖面上断距较小，对沉积没有控制作用。3期断裂在盆地范围内均有发育，可成为良好的油气运移垂向通道[10-11]，但3期断裂在剖面上多数互不连通，如图1所示。造成欧加登盆地浅部储层的油气运移通道认识不清，浅部油气藏常因不存在连通的垂向通道而被忽略。

图1 盆地中部二维地震剖面断裂特征

2 烃源岩特征

Karroo期强烈伸展裂陷活动为欧加登盆地提供了优越的生烃环境，沉积了一套广泛分布的湖相暗色泥岩，中侏罗世和早白垩世海侵形成的海盆发育了富含有机质的海相碳酸盐岩及广海陆棚相泥(页)岩。有机地球化学研究结果证实，欧加登盆地纵向上发育多套烃源岩，自下而上为三叠系Bokh组湖相暗色泥岩、侏罗系Hamanlei群(以Mid-Hamanlei组、Up-Hamanlei组为主)海相碳酸盐岩和Uarandab组海相泥页岩。

这4套烃源岩在盆地范围内分布面积达13×104km2以上，其中，Bokh组烃源岩厚度大，西部凹陷西南次凹厚度最大达1 900 m，东北次凹厚度最大达1 000 m，中央低凸起单井的TOC平均为0.22%～0.84%，达到差—中等烃源岩标准，推测洼陷区(洼陷边部Hilala-6单井揭示Bokh组TOC明显增加)达到好烃源岩标准，有机质类型以ⅡA—ⅡB为主，生成油气，主体处于高成熟—过成熟阶段，是盆地最主要的湖相烃源岩；Uarandab组为次要烃源岩，厚度一般在100 m左右，最大厚度为160 m，TOC平均为1.83%，达到好烃源岩标准，有机质类型以ⅡA—Ⅰ为主，倾油型，热演化程度低，仅深洼部位进入生油主带，围绕该套潜力烃源岩的勘探工作尚未展开。Up-Hamanlei组烃源岩TOC平均为0.65%，达到中等烃源岩标准，有机质类型以ⅡA—ⅡB为主，生成油气，成熟度稍高于Uarandab 组，凹陷内烃源岩大多成熟，为次要烃源岩；Mid-Hamanlei组TOC平均为0.42%，仅达到差烃源岩标准，有机质类型以ⅡA—Ⅰ为主，倾油型，成熟度稍高于Up-Hamanlei组，同样为次要烃源岩。由此可见，欧加登盆地发育以Bokh组为主、成熟度较高的多套中等—好烃源岩，奠定了盆地形成大油气田的物质基础。

3 天然气气源分析

甲烷碳同位素组成(δ13C1)和烃源岩热演化程度(Ro)之间的关系是进行气源对比的重要手段之一，从Stahl等1975年提出利用δ13C1-Ro关系追索气源岩的方法开始，在随后Schoell(1983年)、戴金星(1987年)等建立δ13C1-Ro关系模型。应用上述模型对欧加登盆地天然气的成熟度进行了预测(表1)，其烃源岩的Ro值为1.10%～1.62%，属于高成熟阶段。

表1 欧加登盆地天然气成熟度计算结果

H-4井Bokh组地球化学综合研究表明，Bokh组烃源岩Ro为1.20%～2.00%，与天然气成熟度一致，表明天然气源自于Bokh组。

由图2天然气伴生的凝析油轻烃母源参数(C7三类异构体)图版可知，Hilala组2个凝析油藏都来自湖相烃源岩。由上文分析可知，Bokh组烃源岩是欧加登盆地主力湖相烃源岩，证明天然气与Bokh组湖相源岩有关，也就是说Bokh组烃源岩为欧加登盆地纵向上多层系提供了气源。

C-11钻探及测试结果表明，在深层Calub组发现天然气外，在中、浅部地层也发现了油气，尤其在Gorrahei组800 m附近发现了来自Bokh组的天然气藏，地层测试获得日产天然气为6 500 m3/d的工业气流。但Gorrahei组储层发育在600～900 m，Bokh组烃源岩埋深接近4000 m，两者产气储层纵向距离大，深层生成的油气如何运移到浅层成藏，有必要进行深入研究。

图2 欧加登盆地凝析油轻烃母源参数图版

4 传递式油气运移模式

盆地内油气运移的路径主要有3种：①各时期发育的渗透性地层，尤其是各层段内的储层，是油气运移的良好通道；②油气沿着不整合面[12]运移；③通过断层[13]运移。前两者主要为油气的横向运移通道，后者则为油气垂向运移通道[14]。

根据前文分析可知，区内构造运动主要分为3个期次：二叠纪—三叠纪的裂谷阶段、侏罗纪—白垩纪早期的坳陷阶段和白垩纪晚期—古近纪的被动大陆边缘阶段。构造运动强度逐渐减弱。由图1、3可以看出，不同时期的构造运动发育不同的断裂体系，纵向上发育的断裂多数互不连通。通过对盆地构造及油气分布特征的分析，建立欧加登盆地油气跨时代、多层系传递式的油气运移聚集模式(图4)。图中，D层为主力生油气层，其中，生成的油气一部分通过渗透层运移到C层的高部位圈闭中聚集成藏，一部分沿断层F1、F2、F3向上运移到E层，一部分可以在E层中聚集成藏，另一部分通过E层中的渗透层横向运移，并经过断层F4、F5向上运移到F、G层，并在这2层中的有利圈闭中聚集成藏。油气在运移的过程中，由下向上，经多次变向运移到了上部油气层[15]。

图3 欧加登盆地二维地震剖面

图4 欧加登盆地油气传递式运移聚集模式

该研究成果在勘探部署中得到验证。完钻多口勘探井深层发现油气，在600～900 m中、浅部层系也见到良好的油气显示，证实油气传递式运聚模式的正确性，显示其重要的指导意义，为欧加登盆地浅部气藏勘探提供技术保障。

5 结 论

(1) 欧加登盆地为多期构造叠合形成的盆地，历经三大构造演化阶段，发育3期次断裂，分别为Karroo期、坳陷期及被动大陆边缘期等断裂。Karroo期断裂产状陡倾、形成早、断距大，控制构造和沉积发育，其他两期断裂断距小，多为层间断裂，对构造和沉积的发育不起控制作用。3期断裂在盆地内普遍发育，成为良好的油气垂向运移通道，但平面上互不连通。

(2) Karroo期强烈伸展裂陷活动为欧加登盆地提供了优越的生烃环境，沉积了一套广泛分布的湖相暗色泥岩，中侏罗世和早白垩世海侵形成的海盆发育了富含有机质的海相碳酸盐岩及广海陆棚相泥(页)岩。有机地球化学资料证实，欧加登盆地发育以Bokh组为主，发育成熟度较高的多套中等—好烃源岩，是欧加登盆地主力气源地层，为上部气藏形成提供了气源条件。

(3) 根据盆地多期构造、烃源岩及油气分布特征，建立欧加登盆地跨时代、多层系的传递式油气运移模式。互不连通的3期断裂提供油气运移的垂向通道，渗透性好的地层提供油气横向运移通道，断裂与渗透性地层相互配合，生成的油气逐步从古生代传递到中生代，由深至浅聚集成藏，形成现今欧加登盆地纵向上多层系油气分布的格局。