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乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用

陈全红 赵红岩 李全 张科 阳怀忠 陈经覃 李克永 郭家铭 饶勇

陈全红, 赵红岩, 李全, 张科, 阳怀忠, 陈经覃, 李克永, 郭家铭, 饶勇. 乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用[J]. 沉积学报, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
引用本文: 陈全红, 赵红岩, 李全, 张科, 阳怀忠, 陈经覃, 李克永, 郭家铭, 饶勇. 乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用[J]. 沉积学报, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
CHEN QuanHong, ZHAO HongYan, LI Quan, ZHANG Ke, YANG HuaiZhong, CHEN JingTan, LI KeYong, GUO JiaMing, RAO Yong. Cretaceous Sedimentary Filling Evolution and Its Control on Hydrocarbon Accumulation in Doseo Basin, Chad[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
Citation: CHEN QuanHong, ZHAO HongYan, LI Quan, ZHANG Ke, YANG HuaiZhong, CHEN JingTan, LI KeYong, GUO JiaMing, RAO Yong. Cretaceous Sedimentary Filling Evolution and Its Control on Hydrocarbon Accumulation in Doseo Basin, Chad[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136

乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
基金项目: 

中海油十四五重大科技项目 KJGG20220902

详细信息
    作者简介:

    陈全红,男,1975年出生,博士,高级工程师,沉积储层综合研究,E-mail: 529568@qq.com

  • 中图分类号: P512.2

Cretaceous Sedimentary Filling Evolution and Its Control on Hydrocarbon Accumulation in Doseo Basin, Chad

Funds: 

CNOOC's 14th Five Year Plan Major Science and Technology Projects, No.KJ GG20220902 KJGG20220902

  • 摘要: 通过综合分析地震及钻井资料,阐述了Doseo盆地的区域地质特征、盆地结构及沉积体系特征,确定了Doseo盆地幕式裂谷演化过程及反转改造特征。重点分析了Doseo盆地自早白垩世以来的沉积充填演化特征,认为盆地经历了早白垩世Neocomian-Barremian期的张性断陷、Aptian-Albian期的走滑—拉分断陷及晚白垩世—新近纪的广覆式坳陷三个发育阶段,形成了明显的下部断陷、上部广覆式坳陷的双层沉积充填结构,但盆地以早白垩世的张性及走滑—拉分断陷沉积充填为主,形成了广泛分布的湖相烃源岩及水下扇、三角洲前缘沉积储层,是盆地的主要勘探目标。Doseo盆地湖相沉积地层主要发育在早白垩世的张性及走滑—拉分断陷阶段,而且是一个快速湖泛过程,广泛发育退覆式三角洲沉积。早白垩世晚期在北部撒哈拉地台挤压作用下湖盆快速抬升消亡,晚白垩世—新近纪充填了河流相的粗碎屑沉积,在断陷活动中盆地缺乏旋回性湖相地层的发育过程。Doseo盆地下白垩统整体表现为“北部水下扇”、“南部短轴浅水三角洲”及“东北部长轴深水三角洲”的沉积体系分布格局。在构造—沉积作用的共同控制下,Doseo盆地陡坡带近岸水下扇及缓坡带三角前缘发育较好的储盖组合,是油气勘探较有利的沉积相带,已经发现了多个油气藏。同时盆地后期的构造反转也为陡坡带水下扇砂体及中部湖底扇沉积等岩性圈闭目标成藏提供了机会,是盆地主要的新勘探领域。
  • 图  1  Doseo盆地构造分区简图(a);南北向构造—地层结构剖面(b);盆地沉积—充填综合柱状图(c)

    Figure  1.  Map of the tectonic units in the Doseo Basin (a) with the location of the south to north oriented structural⁃stratigraphic section (b) and a comprehensive histogram of the sedimentary filling (c)

    Fig.1

    图  2  Doseo盆地盆地结构及各构造单元沉积充填特征

    Figure  2.  Basin structure and sedimentary⁃filling feature of Doseo Basin

    Fig.2

    图  3  Doseo盆地南北物源碎屑组分特征(盆地及钻井位置见图1,8)

    (a)北物源碎屑组分三角图;(b)南物源碎屑组分三角图;(c)非洲地质简图

    Figure  3.  North⁃south provenance clastic component delta of Doseo Basin (see basin and well locations in Fig.1 and Fig.8)

    (a) north provenance clastic component; (b) south provenance clastic component; (c) geological map of Africa

    图  4  Doseo盆地下白垩统沉积体系发育模式示意图

    Figure  4.  Sedimentary system development model of the Lower Cretaceous in Doseo Basin

    Fig.4

    图  5  Doseo盆地下白垩统主要沉积序列

    (a)浅水三角洲前缘沉积序列(SN⁃1井);(b)深水三角洲沉积序列(A⁃8井);(c)水下扇沉积序列(A⁃2井);(d)湖底扇沉积序列(A⁃9井)

    Figure  5.  Main sedimentary sequences of Lower Cretaceous in Doseo Basin

    Fig5

    图  6  Doseo盆地下白垩统三角洲沉积体系地震反射特征(剖面位置见图8)

    Figure  6.  Seismic reflection characteristics of deltaic systems from the Lower Cretaceous, Doseo Basin (see seismic section in Fig.8)

    Fig.6

    图  7  Doseo盆地下白垩统水下扇及湖底扇沉积体系地震反射特征(剖面位置见图8)

    Figure  7.  Seismic reflection characteristics of the Lower Cretaceous underwater fan and sublacustrine fan sedimentary system, Doseo Basin (see seismic section in Fig.8)

    Fig.7

    图  8  Doseo盆地白垩纪主要构造演化阶段沉积相图

    (a)压扭坳陷期沉积相图(晚白垩世);(b)走滑—拉分断陷期沉积相图(Aptian⁃Albian期);(c)张性断陷期沉积相图(Neocomian⁃Barremian期)

    Figure  8.  Sedimentary facies map of the main structural evolution stages from the Cretaceous in Doseo Basin

    Fig.8

    图  9  Doseo盆地白垩系沉积相演化及沉积充填模式

    Figure  9.  Sedimentary facies evolution and filling model of the Cretaceous in Doseo Basin

    Fig.9

    表  1  Doseo盆地主要沉积体系类型及特征

    类型沉积位置岩性特征沉积构造特征测井曲线特征地震相特征沉积序列及沉积组合
    河流南部断阶斜坡带以厚层中—粗砂岩 为主,底部见砾石槽状、板状交错 层理,底部发育 冲刷面叠置的箱状曲线呈中—弱振幅,中—差连续性、亚平行 反射特征冲刷面之上,向上变细的沉积序列,二元结构 不明显
    三角洲浅水三角洲南部断阶斜坡带以厚层含砾粗砂岩、中—粗砂岩为主平行层理、板状、 槽状交错层理, 波状层理及 沙纹交错层理叠置的钟状及箱状曲线,很少见倒立的钟状曲线形态呈楔状,丘状,顺物源为“S”型前积结构,内部可见 双向下超特征主要形成前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原的向上变粗的反粒序
    深水三角洲东北部陡坡带厚层含砾中—细、粗砂岩,底部与灰黑色纹层状泥岩冲刷接触平行层理、板状、槽状交错层理,接触泥岩呈纹层状倒立的钟状、叠置的钟状及箱状曲线形态呈楔状,具“S”型 前积结构主要为三角洲前缘河口坝沉积,呈向上变粗的 反粒序
    深水重力流水下扇陡坡带灰色块状细砂夹少量中—粗砂岩块状层理,水平层理,鲍马序列, 泥岩撕裂屑,包卷层理,变形层理内扇及中扇为中高幅复合齿化指状及钟状曲线;外扇主要为低幅齿状曲线形态呈楔状及透镜状的中强振幅杂乱 反射特征主要为内扇—中扇—外扇的向上变细的正粒序
    湖底扇盆地中部多为混杂堆积的含砾中—细砂岩或粉—细砂岩,见红色泥岩夹层夹于泥岩中,呈现“冻结沉积”的特征;见泥岩撕裂屑中—低幅指形或 小型钟状形态呈丘状或发散状反射特征呈加积的正旋回 沉积序列
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-09
  • 修回日期:  2021-10-07
  • 录用日期:  2021-11-15
  • 网络出版日期:  2021-11-15
  • 刊出日期:  2023-06-10

目录

    乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
      基金项目:

      中海油十四五重大科技项目 KJGG20220902

      作者简介:

      陈全红,男,1975年出生,博士,高级工程师,沉积储层综合研究,E-mail: 529568@qq.com

    • 中图分类号: P512.2

    摘要: 通过综合分析地震及钻井资料,阐述了Doseo盆地的区域地质特征、盆地结构及沉积体系特征,确定了Doseo盆地幕式裂谷演化过程及反转改造特征。重点分析了Doseo盆地自早白垩世以来的沉积充填演化特征,认为盆地经历了早白垩世Neocomian-Barremian期的张性断陷、Aptian-Albian期的走滑—拉分断陷及晚白垩世—新近纪的广覆式坳陷三个发育阶段,形成了明显的下部断陷、上部广覆式坳陷的双层沉积充填结构,但盆地以早白垩世的张性及走滑—拉分断陷沉积充填为主,形成了广泛分布的湖相烃源岩及水下扇、三角洲前缘沉积储层,是盆地的主要勘探目标。Doseo盆地湖相沉积地层主要发育在早白垩世的张性及走滑—拉分断陷阶段,而且是一个快速湖泛过程,广泛发育退覆式三角洲沉积。早白垩世晚期在北部撒哈拉地台挤压作用下湖盆快速抬升消亡,晚白垩世—新近纪充填了河流相的粗碎屑沉积,在断陷活动中盆地缺乏旋回性湖相地层的发育过程。Doseo盆地下白垩统整体表现为“北部水下扇”、“南部短轴浅水三角洲”及“东北部长轴深水三角洲”的沉积体系分布格局。在构造—沉积作用的共同控制下,Doseo盆地陡坡带近岸水下扇及缓坡带三角前缘发育较好的储盖组合,是油气勘探较有利的沉积相带,已经发现了多个油气藏。同时盆地后期的构造反转也为陡坡带水下扇砂体及中部湖底扇沉积等岩性圈闭目标成藏提供了机会,是盆地主要的新勘探领域。

    English Abstract

    陈全红, 赵红岩, 李全, 张科, 阳怀忠, 陈经覃, 李克永, 郭家铭, 饶勇. 乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用[J]. 沉积学报, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
    引用本文: 陈全红, 赵红岩, 李全, 张科, 阳怀忠, 陈经覃, 李克永, 郭家铭, 饶勇. 乍得Doseo盆地白垩纪沉积充填演化及对油气成藏的控制作用[J]. 沉积学报, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
    CHEN QuanHong, ZHAO HongYan, LI Quan, ZHANG Ke, YANG HuaiZhong, CHEN JingTan, LI KeYong, GUO JiaMing, RAO Yong. Cretaceous Sedimentary Filling Evolution and Its Control on Hydrocarbon Accumulation in Doseo Basin, Chad[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
    Citation: CHEN QuanHong, ZHAO HongYan, LI Quan, ZHANG Ke, YANG HuaiZhong, CHEN JingTan, LI KeYong, GUO JiaMing, RAO Yong. Cretaceous Sedimentary Filling Evolution and Its Control on Hydrocarbon Accumulation in Doseo Basin, Chad[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2023, 41(3): 919-931. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.136
      • Doseo盆地是中非剪切带重要的含油气盆地,具有较好的油气地质条件,也是近年来油气勘探的热点地区之一。盆地油气勘探始于20世纪70年代,Conoco、Exxon和Cliveden等多家石油公司先后对盆地进行了勘探,钻探探井12口,仅获得6个油气发现,发现可采储量仅为62.7 MMboe,盆地勘探程度较低。近年来中国石油及多家外国石油公司加大了在中非裂谷盆地的勘探力度,在乍得的Bongor、Doba、苏丹的Muglad等盆地的油气储量增长迅速,探明石油储量发现增长超过35×108 t[1],储量增长超过10倍,并建有原油外输管道,年产值近千万亿元,预示着中非裂谷盆地具有广阔的勘探前景。2019年,中国石油在Doseo盆地风险勘探获得重大突破,发现了多个有利含油气区带,揭示盆地勘探潜力巨大,是以后中非裂谷盆地新的储量增长点。

        近年来,前人对中非裂谷盆地的研究主要集中在储量增长较快的Bongor、Doba、Melut及Muglad等盆地,对Doseo盆地的研究相当薄弱,国内学者对地层、沉积体系、盆地结构及构造特征做过一些研究工作[25],但是受地震及钻井资料限制,不同学者对盆地沉积充填结构及沉积环境的认识还有较大的分歧,刘为付[4]、Zhang et al.[5]倾向于认为该盆地南北构造带均为三角洲沉积,对盆地陡坡带是否发育水下扇,东北部长轴是否发育三角洲沉积,鲜有学者从盆地沉积特征、充填模式及沉积演化规律等方面给出明确的认识。

        为了落实Doseo盆地的油气勘探潜力,本文通过盆地内的钻井、地震资料,对该盆地的构造、沉积充填演化史进行了深入分析,综合分析了盆地构造格局、沉积演化及沉积相发育特征,建立了盆地沉积模式,对进一步认识该盆地的勘探潜力具有重要的理论与现实意义。

      • Doseo盆地位于非洲乍得的南部,是中非剪切带在伸展、走滑扭动及区域拉张应力背景下形成的裂谷盆地。它与东部的Selamat盆地、西部的Doba盆地及Bongor盆地的构造应力场背景一致,均属于中非剪切带中段的中—新生代后期强反转的陆内裂谷盆地[68]。Doseo盆地为不对称的“北断南超”的箕状断陷盆地,北部为中非剪切带内的区域走滑断裂,南部为断阶带,东部以中非剪切带区域走滑隆起与Selamat盆地相接,西南部以后期反转隆起带与Doba盆地相邻,盆地整体呈为SW—NE向展布,长480 km,宽70~110 km,面积可达5.2×104 km2图1)。

        图  1  Doseo盆地构造分区简图(a);南北向构造—地层结构剖面(b);盆地沉积—充填综合柱状图(c)

        Figure 1.  Map of the tectonic units in the Doseo Basin (a) with the location of the south to north oriented structural⁃stratigraphic section (b) and a comprehensive histogram of the sedimentary filling (c)

      • Doseo盆地基底为元古界结晶岩—变质岩,其上沉积盖层开始发育于早白垩世,厚度可达7 000 m,其中东部坳陷是盆地白垩系最主要的沉积和沉降中心,白垩系厚度可达6 500 m(图1b)。向盆地东南,地层厚度逐渐减薄,但厚度仍可达4 000~5 000 m。受中非剪切带控制,盆地演化具有拉张和右旋走滑剪切双重应力控制的特征,后期经历挤压反转,主要经历了早白垩世Neocomian-Barremian期张性伸展断陷、Aptian-Albian期的走滑—拉分断陷、晚白垩世压扭—坳陷期及古近纪—新近纪的广覆式坳陷沉积充填作用,形成了明显的下部两期继承性叠加断陷、上部广覆式坳陷的双层沉积充填结构。

        依据不整合界面和地震波组特征,Doseo盆地可划分出3套构造层:下部为张性伸展与走滑拉分断陷构造层、中部为压扭—反转构造层、上部为广覆式坳陷构造层(图1c)。这些构造层反映了Doseo盆地的形成及充填过程经历了复杂的多级断陷、沉积充填及构造改造过程,但盆地以早白垩世继承性的张性伸展、走滑—拉分断陷沉积为主体,发育湖泊—三角洲及水下扇沉积,厚度占整个盆地充填厚度的80%,也是盆地优质湖相烃源岩发育的主要层系。晚白垩世早期,非洲板块与欧洲板块碰撞挤压作用是盆地中部压扭反转构造层形成的主要应力作用[910],压扭呈“西强东弱”特征,整体西部抬升强烈,促使Doseo盆地和Doba盆地分离,沉积中心发生迁移,呈中东部厚西部薄的特征,其中中东部上白垩统厚500~1 500 m,平均为800 m,西部这套地层多小于600 m,沉积呈下细上粗,表明晚期压扭作用增强。晚白垩世中—晚期,非洲板块与欧洲板块碰撞挤压进一步加剧,Doseo盆地发生整体抬升,上白垩统遭受剥蚀、西部Borogop隆起构造带快速形成,地震剖面可见明显的不整合接触关系,盆地构造基本定型。古近纪末,中非剪切带活动逐渐减弱直到停止,盆地未发生明显的构造活动,断裂活动不发育,盆地进入填平补齐阶段,以河流相含砾粗砂岩沉积为主,沉积厚度较薄,其中盆地东部为200~1 000 m,西部多不足200 m。

      • 受三期构造演化阶段的控制,Doseo盆地是一个受伸展、走滑—拉分及挤压压扭综合应力系统影响及改造的复杂断陷裂谷盆地。底部的伸展、走滑—拉分断陷期地层展示盆地整体走向为北东—南西向,盆地南北两侧均发育早期NEE—SWW及WE向正断裂,并在边界断裂控制下产生了箕状地堑式裂谷形态。沉积充填特征表明,盆地东部坳陷面积为最大,超过10 000 km2,沉积厚度超过7 000 m,西部坳陷面积仅5 000 km2,沉积厚度为5 000~6 000 m,但从北东至南西,盆地箕状地堑式形态特征变化不大。

        中非裂谷盆地是由发育在非洲超级冈瓦纳古大陆内不稳定小板块之间的扭动断裂带的断陷盆地。早白垩世以来,在区域不同时期、不同构造应力背景下,Doseo盆地主要表现为以不同方式构造叠加及后期反转改造的综合盆地结构面貌特征。盆地现今的构造形态主要形成于晚白垩世,并定型于古近纪[11]。Guiraud et al.[12]认为在早白垩世早期(Neocomian-Barremian期),受北美—欧洲板块向北运动及南大西洋打开的影响,非洲泛大陆开始解体,其中东北非地块(撒哈拉克拉通)和中南非地块(刚果克拉通)开始沿北东及南西走向分裂,Doseo盆地开始沿早期活化的中非剪切断裂带发生强烈伸展断陷作用。早白垩世Aptian-Albian期,非洲板块和南美板块开始快速分离,诱发中南非地块沿中非剪切带强烈右旋走滑运动,走滑位移量达50 km,在强烈的扭张应力背景下,中非剪切带沿弯曲部位发生强烈扭张作用,地壳迅速减薄,在走滑断裂带的右阶弯曲部位产生拉张分力和走滑分力,形成Doseo盆地和Selamat盆地。此时期在拉张应力下,盆地继承了早期沿边界大型走滑断裂的张性箕状断陷特征,并发育因走滑作用形成的近东西向花状构造[13]。晚白垩世早期,随着中非剪切带走滑作用变弱,Doseo盆地扭张作用变弱。中—晚期非洲板块与欧洲板块碰撞,在区域压扭应力背景下,盆地北部形成了反转挤压构造及逆断层,盆地构造格局基本形成,同时还造成了Doseo盆地与Doba盆地及Salamat盆地的离散及隔断。

        通过对钻井资料及最新地震资料研究分析,认为盆地主体构造为狭长箕状断陷,断裂十分发育,具有“南北分带、东西分块”的构造格局。盆地构造单元可划分为“两隆夹一坳”,即北部隆起、中部Doseo坳陷及南部隆起,其中中部坳陷为盆地下白垩统沉积的主体,可依次划分为南部断阶缓坡带、东部凹陷及西部凹陷、北部反转陡坡带或陡坡带这3个次级构造带(图2),其中北部陡坡带主要发育反转挤压背斜构造,南部缓坡断阶带主要为断块构造。

        图  2  Doseo盆地盆地结构及各构造单元沉积充填特征

        Figure 2.  Basin structure and sedimentary⁃filling feature of Doseo Basin

      • 白垩纪时,周缘三个微板块(克拉通)的活动影响和控制着Doseo盆地的形成及碎屑物质分散(图3),形成了盆地南、北影响范围不同的“源—汇体系”及差异的碎屑组分、沉积体系分布格局。

        图  3  Doseo盆地南北物源碎屑组分特征(盆地及钻井位置见图1,8)

        Figure 3.  North⁃south provenance clastic component delta of Doseo Basin (see basin and well locations in Fig.1 and Fig.8)

        白垩纪时,Doseo盆地物源主要受北部撒哈拉克拉通及南部刚果克拉通的影响,其中盆地北部陡坡带主要受来自撒哈拉克拉通物源的影响,邻近的Bongor盆地钻井揭示基底主要为元古代结晶岩及变质岩,岩性主要为变质花岗岩、花岗闪长质片麻岩等[14]。在Doseo盆地内,白垩系碎屑岩主要为长石砂岩,其中石英、长石及岩屑颗粒含量分别为40%~65%、20%~35%、15%~25%,与Bongor盆地均表现为长石含量较高的特征,反映物源与撒哈拉元古界具有亲缘性。另外,碎屑岩岩屑主要为喷发岩和火山岩岩屑,其次为石英岩岩屑,主要呈次棱角状—次圆状,分选中等—较差,结构成熟度较低,表明白垩系北部陡坡带物源具有近源快速沉积及受邻近火山活动影响的特点(图3)。

        Doseo盆地南物源主要来自刚果卡拉通太古界及元古界地层。盆地南部的Carnot地区,白垩系露头揭示古水流为自南向北[15],岩性主要为石英砂岩。盆地内的A-8井也揭示以石英砂岩为主,其中石英、长石及岩屑颗粒平均含量为81.7%,10.7%及7.6%(图3)。岩屑以火成岩岩屑为主,其次为变质岩岩屑,沉积岩屑(而非盆地内)输入的贡献较小。这说明在盆地东北部的长轴部位,虽处于区域陡坡带断裂下盘,但来自南部物源影响已达到A-8井一带,形成了在盆地东北部沉积特征明显不同的深水三角洲沉积。

      • 利用古生物、钻井及地震资料,结合区域地质背景,对Doseo盆地白垩系沉积体系进行了综合分析,识别出沉积类型包括河流、东北部深水三角洲、南部缓坡带浅水三角洲、陡坡带水下扇、湖底扇及湖泊沉积(图4表1)。钻井岩心上见淡水介形虫及鱼化石,表明湖盆未受到海侵影响,以陆相沉积为主。盆地沉积体系分布受边界断裂及古地貌特征控制而出现分异特征,其中陡坡带水下扇、断阶斜坡带三角洲前缘及湖盆中部的湖底扇沉积是本区主要沉积相类型,也是研究的重点。

        图  4  Doseo盆地下白垩统沉积体系发育模式示意图

        Figure 4.  Sedimentary system development model of the Lower Cretaceous in Doseo Basin

        表 1  Doseo盆地主要沉积体系类型及特征

        类型沉积位置岩性特征沉积构造特征测井曲线特征地震相特征沉积序列及沉积组合
        河流南部断阶斜坡带以厚层中—粗砂岩 为主,底部见砾石槽状、板状交错 层理,底部发育 冲刷面叠置的箱状曲线呈中—弱振幅,中—差连续性、亚平行 反射特征冲刷面之上,向上变细的沉积序列,二元结构 不明显
        三角洲浅水三角洲南部断阶斜坡带以厚层含砾粗砂岩、中—粗砂岩为主平行层理、板状、 槽状交错层理, 波状层理及 沙纹交错层理叠置的钟状及箱状曲线,很少见倒立的钟状曲线形态呈楔状,丘状,顺物源为“S”型前积结构,内部可见 双向下超特征主要形成前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原的向上变粗的反粒序
        深水三角洲东北部陡坡带厚层含砾中—细、粗砂岩,底部与灰黑色纹层状泥岩冲刷接触平行层理、板状、槽状交错层理,接触泥岩呈纹层状倒立的钟状、叠置的钟状及箱状曲线形态呈楔状,具“S”型 前积结构主要为三角洲前缘河口坝沉积,呈向上变粗的 反粒序
        深水重力流水下扇陡坡带灰色块状细砂夹少量中—粗砂岩块状层理,水平层理,鲍马序列, 泥岩撕裂屑,包卷层理,变形层理内扇及中扇为中高幅复合齿化指状及钟状曲线;外扇主要为低幅齿状曲线形态呈楔状及透镜状的中强振幅杂乱 反射特征主要为内扇—中扇—外扇的向上变细的正粒序
        湖底扇盆地中部多为混杂堆积的含砾中—细砂岩或粉—细砂岩,见红色泥岩夹层夹于泥岩中,呈现“冻结沉积”的特征;见泥岩撕裂屑中—低幅指形或 小型钟状形态呈丘状或发散状反射特征呈加积的正旋回 沉积序列
      • Doseo盆地河流沉积体系主要发育在南部断阶斜坡带,该区沉积时地形坡度较大,以近源辫状河为主,砂岩以中—粗为主,河道底部见砾石,以较高含量的牵引与跳跃组分为主。钻井剖面上揭示多为相互叠置的厚层箱状河道与砂坝砂体,垂向序列表现出槽状交错层理与板状交错层理相互交替的“砂包泥”特征,连通性好,是盆地南部斜坡中下部坡折带附近三角洲沉积的主要供源通道。

      • Doseo盆地白垩系三角洲沉积体系主要包括南部断阶斜坡带浅水三角洲及东北部深水三角洲,钻井目前未揭示扇三角洲沉积,其中浅水三角洲主要发育在盆地南部断阶斜坡带及东北部,岩性以含砾粗砂岩、中—粗砂岩为主,跳跃和悬浮组分相对较高,以分流河道和水下分流河道沉积为主,河口坝沉积较少,受不断湖泛的影响,垂向上表现为多期叠置而成的正旋回型退覆三角洲沉积特征(图5)。在地震剖面上,三角洲不同部位的地震反射结构明显不同,其中顶积层多表现为中—弱振幅、中—低连续性、平行—亚平行反射特征;前积层是三角洲沉积主体,多下超于湖相泥岩之上,表明砂质沉积物集中,河流补给强。由于泥岩增多,前积层波阻抗变强,在顺物源方向,地震反射表现为中—强振幅、中—差连续性的“S”型前积反射特征,而在垂直物源方向,地震反射表现为丘状,内部可见双向下超特征[16]图6);底积层以弱振幅、低—差连续性反射特征为主,主要是前三角洲厚层泥岩沉积,内部反射界面不明显[16],局部可见短轴状强反射的湖底扇砂岩透镜体。在坡形较缓的滨岸带,三角洲体系由于河流推进迅速,卸砂作用强,前积结构明显,通常见顶积层与前积层,底积层不明显。平面上,浅水三角洲体系以叠加的三角洲朵状复合体为主,其展布方式受到同生断层、构造调节带及走滑断裂的控制,主要呈叠加斜列状入湖展布形态。

        图  5  Doseo盆地下白垩统主要沉积序列

        Figure 5.  Main sedimentary sequences of Lower Cretaceous in Doseo Basin

        图  6  Doseo盆地下白垩统三角洲沉积体系地震反射特征(剖面位置见图8)

        Figure 6.  Seismic reflection characteristics of deltaic systems from the Lower Cretaceous, Doseo Basin (see seismic section in Fig.8)

        Doseo盆地白垩系深水三角洲沉积体系主要分布在盆地东北部A-8井至A-7井一带,以及和Salamat盆地相交的陡坡带,该区域由于紧邻强烈活动的盆地北部边界走滑断裂,在断裂的右阶弯曲部位容易产生拉张分力和走滑分力,造成局部发生沉降作用,形成逐渐抬升的斜坡,南部物源带来的大量碎屑物质,容易沿该区域走滑断裂注入陡坡带深湖区,快速卸载,形成了盆地东北角“纺锤形”长轴深水三角洲。钻井揭示主要为河口坝沉积,岩性以石英砂岩为主,其中石英组分含量可达80%~90%,与南部K-1和SN-1井揭示碎屑组分一致,但明显区别于北部陡坡带其他钻井(以长石砂岩为主),表明A-8井至A-7井一带物源主要来自南部刚果克拉通。A-8井岩心揭示河口坝沉积厚度较大,进积序列保存较好,与下部纹层状黑色泥岩呈冲刷接触,发育强水流条件下形成的平行层理、板状交错层理、槽状交错层理等单向水流层理类型,具有牵引流的动能特征,为洪水期河流沿长轴向深湖区快速推进沉积的结果(图5)。自然伽马(GR)测井曲线多表现为倒立的钟状、叠置的钟状及箱状。该深水三角洲沉积特征与中国鄂尔多斯盆地吴起县白豹地区[1718]、渤海湾盆地东营凹陷[19]以及辽河西部凹陷的深水三角洲类似,均表现为厚层含砾中—细、粗砂岩直接与半深湖、深湖沉积的灰黑色纹层状泥岩、粉砂质泥岩冲刷接触。

      • Doseo盆地白垩系水下扇沉积体系主要为冲积扇及河流等外部物源体系补给的近岸水下扇沉积,主要沿盆地北部陡坡带边界断层下盘分布,是一种以重力流占主导地位的深水浊积扇体[20]。扇体在地震剖面上呈楔状及透镜状的中强振幅杂乱反射(图7),下覆及前方地层表现为中—强振幅、中—高连续,平行及亚平行地震反射结构,多为深水、静水环境中湖相泥岩沉积。Doseo盆地近岸水下扇可划分内扇、中扇及外扇三个相单元,垂向上呈现向上变细的正粒序,其中内扇及中扇主体相为辫状水道,GR曲线呈中高幅齿化指状及钟状特征,岩性多为混杂堆积的含砾中—细砂岩,砾石直径为2~5 cm,底部发育冲刷面,碎屑组分分选较差,呈棱角状—次棱状,杂基以泥质为主,表现出物源充足、高能快速堆积的沉积特征(图5)。沿水下扇辫状水道推进方向,岩性逐渐变细,到中扇的中—前端逐渐为含砾中—细砂岩或粉细砂岩,内部夹杂干旱气候下洪水带来的红色泥岩夹层,局部含揉动状泥岩撕裂块,可见碎屑脉、包卷层理及火焰构造等。另外,辫状水道间微相也是水下扇主要组成部分,为溢出辫状水道间的细粒沉积组分,多发育于中扇,GR曲线表现为低幅齿状,以细砂、泥质粉—细砂岩与暗色泥岩为主,见液化成因的碎屑脉及砂岩条带。水下扇外扇沉积能量最弱,岩性多表现为外扇与深水的过渡沉积,以粉砂岩与粉砂质泥岩互层为主。

        图  7  Doseo盆地下白垩统水下扇及湖底扇沉积体系地震反射特征(剖面位置见图8)

        Figure 7.  Seismic reflection characteristics of the Lower Cretaceous underwater fan and sublacustrine fan sedimentary system, Doseo Basin (see seismic section in Fig.8)

      • Doseo盆地白垩系湖底扇主要分布在断阶斜坡带一侧,发育受控于深水区的坡折带,为三角洲前缘重力流快速堆积于底积层及深湖区厚层泥岩中形成的浊积扇体[2123]。湖底扇岩性主要为灰色块状细砂岩及少量中—粗砂岩,内部可见泥岩撕裂屑,整体呈“透镜状”,其上下围岩均为灰黑色—深灰色,纹层状泥质,反映为低能静水环境,沉积特征呈砂质碎屑流的“冻结沉积”特征。地震相为丘状或发散状反射特征(图7)。GR曲线呈中—低幅指形或小型钟形,和三角洲前缘砂体相比,其测井曲线幅度降低,具有明显的齿化—微齿化特征,反映水动力强度变化频繁、粒序混杂及泥质含量变高的沉积特征(图5)。

      • 早白垩世Neocomian早期,Doseo盆地处于快速南北向张性断陷沉降阶段,发育南西西—北北东向正断裂,受边界断裂控制形成近东—西向“北陡南缓”的箕状断陷。此时期沉积中心位于盆地东部,厚度可达4 000 m,向西部厚度减薄,多为1 000~2 000 m。受强烈断层活动的影响,此时期物源补给充分,沉积粒度较粗,盆地西部以冲积扇和河流沉积体系回填沉积为主,湖相沉积主要分布在盆地东部,以浅湖—半深湖沉积为主,沿湖盆边缘主要为三角洲沉积,不发育水下扇及湖底扇沉积。

        早白垩世Neocomian晚期—Barremian期,随着南北向张性伸展的继续,沉积范围扩大,沉积中心逐渐向西扩张,沉积厚度介于500~1 000 m。盆地自东向西开始形成狭长的张性断陷湖盆,水体变深,沿边界断裂开始发育深湖及水下扇沉积,南部断阶斜坡带主要发育河流—三角洲沉积,呈连片朵叶状向盆地内部快速延伸,仅局部地区可见三角洲前缘滑塌形成的湖底扇沉积。盆地东北部发育沿盆地长轴陡坡带边缘迅速进入深湖的深水三角洲沉积(图8),钻井揭示河口坝沉积发育,多为反粒序的含砾粗砂岩及细砂岩,单砂体厚度多为10~30 m。

        图  8  Doseo盆地白垩纪主要构造演化阶段沉积相图

        Figure 8.  Sedimentary facies map of the main structural evolution stages from the Cretaceous in Doseo Basin

      • 早白垩世Aptian-Albian期,随着非洲板块和南美板块快速分离,区域动力学背景发生改变,中南非地块和东北非地块南北向拉张开始转变为右旋走滑运动,盆地开始形成东、西两个沉积中心,其中东部沉积厚度大,介于1 000~1 500 m,西部沉积厚度较薄多为500~1 000 m。

        此阶段早期断层活动强烈,火山活动比较强烈,钻井揭示发育火山侵入岩,说明地壳断陷显著,盆地已进入快速断陷阶段,湖泊快速扩张。盆地北部陡坡控盆断裂一侧急剧沉降,湖岸较陡,形成大量受间歇性洪水物源影响的近岸水下扇沉积,与半深湖相暗色泥岩互相叠置;盆地南缘断阶带则在缓坡背景下继续发育由断层控制的河流—浅水三角洲体系,沉积相带连续分布,向北逐渐过渡为半深湖及深湖沉积;盆地东北部此时期继承性发育深水三角洲沉积,但是随着水体快速加深,三角洲整体呈退积序列,粒度逐渐变细。

        此阶段晚期随着中大西洋快速打开,湖泊沉积范围不断扩大,盆地北部陡坡带水下扇发育数量及规模均变大。钻井揭示水下扇以中扇辫状水道沉积为主,岩性主要为杂基支撑的含砾中、细砂岩,发育水下递变层理、滑塌变形、包卷层理及冲刷面,局部可见碎屑脉、火焰状构造、泥质撕裂及泥砾。此时期盆地东北部及南部,快速堆积的冲积扇—河流沉积体系快速向盆地边缘退缩,三角洲沉积体系逐渐在缓坡带占据主导地位(图7)。后期随着区域右行走滑运动强度减弱,湖盆萎缩,冲积扇及三角洲沉积从盆缘断裂一侧快速向湖盆中部推进,但受后期抬升剥蚀的影响(剥蚀厚度可达300~500 m),多数钻井揭示这套进积式三角洲沉积地层多遭剥蚀。

      • 此阶段大西洋持续扩张速率迅速减小,随着东非裂谷及红海裂谷的逐渐活动,区域右行剪切挤压应力增强,Doseo盆地断陷沉降减弱,沉积范围开始扩大,但沉积中心逐渐南移至盆地中西部一带。盆地开始进入缓慢坳陷阶段,古地貌已明显趋于平缓,呈南高东低的“喇叭状”,盆地向东开口,湖泊大面积萎缩,趋于消失,主要发育河流相粗碎屑沉积,厚度介于500~1 500 m(图8)。

        晚白垩世桑顿期,在非洲板块与欧洲板块碰撞的影响下,形成南北向挤压应力,盆地西部陡坡带开始反转隆升,形成北东—南西向挤压反转背斜,盆地开始与Doba盆地分离。随后在隆坳构造格局下,古近系及新近系发育过补偿冲积—河流充填体系,并一直持续到现今,造成下白垩统之上地层缺失区域盖层。

      • 从上述沉积演化可以看到,早白垩世时,Doseo盆地处于伸展及走滑—拉分双重构造应力背景下,但以伸展应力为主,盆地发生强烈沉降,水体急剧加深,湖相沉积主要发育在伸展阶段晚期及走滑—拉分断陷期层序中,下白垩统之上几乎全是河流相粗碎屑沉积,因此,Doseo盆地是一个过补偿的箕状断陷盆地。湖盆在早白垩世Neocomian晚期—Barremian期迅速产生,至Albian期达到鼎盛,到早白垩世晚期时便迅速消亡,是一个湖盆扩张、水体变深、碎屑物质供应增加以及晚期被迅速填平补齐的过程。其中南部断阶斜坡带主要发育退覆三角洲砂体,并在斜坡前缘及盆地中心发育多期次、复杂叠置的湖底扇砂体;北部陡坡带发育冲积扇直接入湖形成的水下扇,砂体呈带状—舌状向湖盆中心延伸。受构造演化控制,不同沉积体系在盆地断陷活动中缺乏旋回性沉积充填过程,盆地从产生到消亡为渐进式进积堆积过程(图9),整体为向上变粗的地层层序。因此,这种盆地演化发育的特点就决定了伸入深湖区的近岸水下扇、三角前缘是盆地下白垩统的有利储集相带。目前,盆地已发现油气也主要分布在这两个相带中,占油气发现90%以上。钻井揭示这些相带储集砂体发育,物性较好,砂岩储层直接伸入湖相泥岩中,具有较好的油气运聚及盖层条件,发育构造圈闭和构造背景上的岩性圈闭,勘探潜力较大。

        图  9  Doseo盆地白垩系沉积相演化及沉积充填模式

        Figure 9.  Sedimentary facies evolution and filling model of the Cretaceous in Doseo Basin

      • Doseo盆地下白垩统沉积充填整体呈“北陡南缓”的狭长“窄湖盆”特征。受这种构造格局的影响,盆地整体表现为“北部水下扇”、“南部短轴浅水三角洲”及“东北部长轴深水三角洲”的沉积体系展布格局。已钻井证实在盆地的不同构造带发育不同类型的储集相砂体及烃源岩类型。盆地沉积体系分布特征决定了Doseo盆地下白垩统陡坡带近岸水下扇及缓坡带三角前缘发育较好的储盖组合,临近这些沉积砂体的优质深湖相烃源岩提供了丰富的油气资源,为各类储集相砂体提供了最大的成藏机会,是油气勘探较有利的沉积相带,已经发现了多个油气藏。同时,盆地后期的构造反转也为水下扇及湖底扇等岩性圈闭目标成藏提供了机会,可能是盆地一个主要的新勘探领域。

      • 上述盆地沉积充填特征表明,半深湖—深湖及三角洲相沉积分别在北部陡坡带和在南部断阶带持续发育,这就决定了盆地主要发育湖相泥岩和三角洲前缘分流间湾相泥岩这两种类型烃源岩,其中下白垩统湖相泥岩烃源岩为盆地的主要烃源岩。这类烃源岩主要发育在早白垩世断陷快速发育期,分布在盆地东部凹陷的陡坡带及东北部长轴深水三角洲分布区,为腐泥型泥页岩。该烃源岩沉积时气候温暖湿润,藻类勃发,有机质丰度高,钻井揭示有机质类型为Ⅰ~Ⅱ1型,TOC多大于1%,厚度可达1 000 m,其中TOC大于2%的层段厚度可达350~500 m,平均为1.21%~4.46%,氢指数平均为254~506 mg/g,S2为10.1~24.8 mg/g,为较好烃源岩[5]。该类湖相烃源岩的正构烷烃分布和丰度揭示低碳数短链正构烷烃丰度较高,(C21+C22)/(C28+C29)比值较高,可达1.9~2.1,表明烃源岩来源于低等水生有机物脂肪酸,原始生物组合中藻类等浮游生物占优势。另外,类异戊二烯烷烃中Pr/Ph为1.5,而且古生物属种类型和个体数量都比较少,反映为还原—强还原的较深水环境。

        另一类烃源岩主要在下白垩统盆地南部的湖盆边缘地带。该地区短轴三角洲—河流体系发育,河流体系带来大量陆源有机质输入,在三角洲前缘大量快速堆积及埋藏,形成了以陆源高等植物有机质为主的较高丰度烃源岩发育区,局部发育薄煤层,向深湖区可出现陆源和深湖相混合烃源岩区。该类型烃源岩品质相对变差,有机质类型为Ⅱ2~Ⅲ型,TOC多为0.5%~3.24%,平均为1.36%,局部为2.0%~3.0%。生物标志化合物明显表现出高Pr/Ph(Pr/Ph=3.2)和Tm/Ts特征,表明为偏氧化的烃源岩沉积环境。双杜松烷、C19三环萜烷、C24四环萜烷含量较高,具有C29甾烷优势,表明缓坡带烃源岩以偏氧化环境下以高等植物生源为主[5]。另外,从古生物组合上看,该烃源岩发育地层多含丰富的介形虫,鱼骨、轮藻、藻类、孢粉类及钙质超微化石等,而且属种类型和个体数量都显著比深湖相增多,说明烃源岩形成于较富氧的浅水环境,烃源岩品质和深湖相烃源岩相比明显变差。

      • 在构造—沉积作用的共同控制下,已经证实Doseo盆地发育“旁生侧储、下生上储”式源储配置关系,具有“近源—构造控制”成藏富集模式,邻近烃源岩,早于排烃期的构造圈闭是成藏的主要条件,良好盖层条件及未受后期断层破坏的构造圈闭是成藏的主控因素。受盆地构造及沉积充填演化的控制,不同构造部位圈闭类型具有明显差异,除了盆地东部凸起及南、北构造带的断背斜及断块圈闭外,在盆地西部坳陷的陡坡带发育的水下扇砂体及南部缓坡带发育的湖底扇砂体,受后期构造反转的影响,其上倾尖灭方向在反转构造带翼部尖灭,可形成上倾尖灭圈闭,这类圈闭目前已经在邻近的Bongor盆地的Baobab油田证实为有利圈闭[24]。而且,在盆地南部断阶坡折带下发育的深湖透镜状湖底扇砂体也易形成岩性圈闭。同时这些砂体不仅与优质深湖相烃源岩间互,而且大面积与其接触,具有最大的成藏机会,易于形成源内“透镜体”油气藏。勘探实践证明,强反转盆地早于烃类充注前形成的挤压反转背斜构造带是重要的勘探目标,较易形成大油田。因此,结合Doseo盆地优质烃源岩的分布特征,并和已发现油气藏成藏条件类比,可以预测围绕水下扇及湖底扇砂体发育区的反转构造带分布区,以及深湖区的透镜状湖底扇砂体是盆地新的勘探领域及可能的勘探突破口。

      • (1) Doseo盆地的构造—沉积演化经历了早白垩世Neocomian⁃Barremian期的张性断陷、Aptian⁃Albian期的走滑—拉分断陷及晚白垩世—第三纪的广覆式坳陷的沉积充填作用,形成了明显的下部断陷、上部广覆式坳陷的双层沉积充填结构。盆地构造演化受控于非洲微板块的裂解、漂移和海底扩张及中非剪切带的活动过程,与邻近的Salamat盆地及Doba盆地在构造特征及沉积演化特征方面有着极大的相似性,经历了晚白垩世Santonian期及第三纪的两次强烈构造反转。

        (2) Dosoe盆地整体为“北断南超”的狭长箕状断陷,具有“南北分带、东西分块”的构造格局,可划分为“两隆夹一坳”,北部陡坡带的反转挤压背斜、南部断阶带的断块圈闭及断背斜均为有利圈闭发育区。盆地以早白垩世的张性及走滑—拉分断陷沉积充填为主,形成了广泛分布的湖相烃源岩及水下扇、三角洲前缘沉积储层,为盆地的主要勘探目标层系。

        (3) Doseo盆地下白垩统整体表现为“北部水下扇”、“南部短轴浅水三角洲”及“东北部长轴深水三角洲”的沉积体系展布格局,为一个典型的过补偿沉积充填盆地,其中湖相地层主要发育在早白垩世的快速断陷阶段,是主要烃源岩层,向上几乎全是河流相的粗碎屑沉积,缺乏盖层。盆地特殊沉积充填特征决定了陡坡带近岸水下扇及缓坡带三角前缘区发育较好的储盖组合,是油气勘探较有利的沉积相带,构造反转带的水下扇砂体及湖底扇等岩性圈闭目标是盆地新的勘探领域。

    参考文献 (24)

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