东尼日尔盆地群上白垩统Donga组沉积体系及勘探潜力

The Sedimentary System and Hydrocarbon Potential of Upper Cretaceous Donga Formation, East Niger Basin Group

摘要

东尼日尔盆地群属于西非裂谷系.基于地震、钻井、井壁取心和地球化学分析数据等资料，针对下组合新层系Donga组，从沉积体系分析入手，探讨其成藏组合和勘探潜力.Donga组为晚白垩世海侵背景下发育的一套正旋回沉积层序，下粗-中上部细，顶部发育薄层碳酸盐岩.该层序在东尼日尔盆地群跨多个盆地广泛发育和连续沉积，预示着晚白垩世盆地群形成了暂时统一盆地.海侵事件显著影响了晚白垩世的沉积体系，控制了其含油气系统发育和油气成藏.Donga组广泛沉积的泥岩为有效烃源岩和盖层.Donga组主要发育侧向对接供烃“上生下储”和“自生自储”成藏模式.储层是Donga组成藏主控因素，盆地群埋藏适中、近物源的北部和东南部边缘相带储层发育，具备较好勘探潜力.

关键词

东尼日尔 / Termit盆地 / 上白垩统 / 沉积体系 / 油气潜力 / Donga组 / 石油地质

Key words

Eastern Niger / Termit basin / Upper Cretaceous / sedimentary system / hydrocarbon potential / Donga Formation / petroleum geology

近些年，东尼日尔盆地群勘探成效显著，发现多个亿吨级油田群（图1a和1b，窦立荣等，2022）.在晚白垩世全球高海平面时期，东尼日尔盆地群遭受海侵，西部和北部与大西洋和新特提斯洋连通，形成撒哈拉海道（Guiraud et al.，2001， 2005；汤戈等， 2015；毛凤军等，2016；图1c），该时期Donga组中上部沉积了巨厚的泥岩，被证实为Termit盆地的有效烃源岩（图2；吕明胜等，2012；Wan et al.，2014； Liu et al.，2019；程顶胜等，2020；Dou et al.，2022）. Termit盆地（尼日尔境内）主力成藏是古近系Sokor1组（吕明胜等，2012；周立宏等，2017），乍得湖盆地（乍得境内，属于Termit盆地南延部分）上白垩统为主力成藏组合（黄先雄等，2008），Tenere和Grein盆地古近系剥蚀严重（刘邦等，2012），也以上白垩统为主力成藏组合.目前东尼日尔盆地群钻遇或钻穿Donga组的井有20余口，成功率约15%，在Kafra盆地、Termit盆地东缘和乍得湖地区的Donga组有商业油气流发现，以稀油为主，部分井试油获高产（折合日产超千桶）.工业油气流的发现证实了Donga组具备成藏条件，低成功率也反映其勘探的难度大.目前尚未见关于东尼日尔盆地群Donga组研究的文献报道.Donga组作为一个新的、可供勘探的潜力层系，很有必要开展深入研究，本文从东尼日尔盆地群Donga组沉积层序研究入手，通过分析该时期盆地的充填演化异同和油气地质条件，探讨其勘探潜力和勘探方向.

1 地质概况

东尼日尔盆地群位于尼日尔东南部，属于中西非裂谷系的西支（图1），是发育于前寒武纪-侏罗纪基底之上的中、新生代裂谷盆地，包括Termit、Tenere、Tefidet、Grein、Bilma、Kafra、乍得湖等盆地（Genik，1992；刘邦等，2011；图1a）. 总体上，盆地群经历了两期裂谷和两期坳陷，早白垩世裂谷阶段，随着冈瓦纳大陆解体及大西洋和印度洋的开启，非洲-阿拉伯板块内部处于NE-SW向伸展应力环境，东尼日尔盆地群发育一系列NW-SE向断层，与基底构造薄弱带的走向一致，发生强烈的裂谷作用，形成一系列地堑和半地堑.晚白垩世以坳陷作用为主，遭受海侵，三冬阶晚期挤压构造运动使盆地整体抬升，区域上白垩统地层遭受不同程度的剥蚀，形成了区域不整合面，其特征与南海北部盆地陆相-海相演化类似，推测其在凹陷部位也发育水下扇体（王家豪等，2022；张青林等，2022）.其中Termit盆地保留相对完整，只在盆地边缘有少量剥蚀，其它盆地上白垩统和古近系普遍遭受较大程度的剥蚀.古近纪裂谷发育于非洲-阿拉伯板块内大规模伸展活动构造背景，区域伸展应力方向为NEE-SWW向或近W-E向，表现为斜向伸展作用.新近纪-第四纪以热沉降为主，发育河流及冲积平原沉积体系，地层展布不受早期断层控制（Genik，1992， 1993；万仑坤等，2012；图1）.

Termit盆地是东尼日尔盆地群最大的沉积和含油气盆地，地层保留最全（毛凤军等，2016，2019；袁圣强等，2018；图1b）.其主要沉积地层包括白垩系、古近系、新近系和第四系（图2）.白垩系的下白垩统以陆相沉积为主，沉积相包括粗粒扇三角洲、水下扇、三角洲和湖相；上白垩统从下到上发育Donga、Yogou和Madama组.其中，Donga组下部主要发育砂岩，向上变细，Yogou组中下部以灰-黑色厚层泥页岩为主，向上变粗，Madama 组为盆地广泛分布的厚层河流相砂岩，顶、底部夹少量泥质砂岩薄层（含煤线）；古近系包括Sokor 1和 Sokor 2组，Sokor 1组为砂泥岩互层，Sokor 2组以湖相泥岩为主，上部夹薄层砂岩；新近系和第四系岩性主要为河流相和冲积平原相砂砾岩（刘邦等，2011；汤戈等，2015）.Sokor 1组作为Termit盆地主要的勘探层系勘探程度较高，Yogou组上部作为次要勘探层系也具有较高勘探程度，且因为上覆Madama大套砂岩，缺乏区域盖层，潜力有限.Donga组作为潜在新层系，发育了区域盖层、烃源岩和储层，是未来油气勘探重要和现实的接替领域.

2 盆地群上白垩统时空展布特征

2.1　盆地结构

晚白垩世Donga组和Yogou组时期，东尼日尔盆地群处于坳陷期，受控于早白垩世构造、盆地、规模和物源供给等差异，形成了各盆地的构造样式和沉积充填样式（图3）.

Grein盆地位于盆地群北部，为一个东断西超的箕状断陷盆地（图1a，图3a）.其西侧发育系列东倾小断层，形成宽缓斜坡带，盆地东侧则发育西倾边界大断裂，形成陡坡带，临近大断裂处地层沉积厚度最大，向西逐渐减薄直至尖灭.区域上，晚白垩世大规模海侵使得现存Grein盆地远离物源，以细粒沉积为主，这点得到了钻井证实，钻井揭示Donga组以厚层泥岩为主.

Tenere盆地位于盆地群西北部，位于Grein和Termit盆地之间（图1a），总体为双断结构.其西侧发育双断式凹陷，东侧发育被断层复杂化的西倾箕状凹陷，“两凹”中部发育凸起带.东西次凹地层厚度相差不大，中央凸起带地层明显减薄，反映了古地貌对地层充填的控制作用（图3b）.同样，在Donga组沉积期，现今Tenere盆地区远离Hogor、Tibesti两大隆起物源区，钻井揭示Donga组以厚层泥岩夹薄层砂岩为主.

Termit盆地位于盆地群东南部，是东尼日尔盆地群最大的沉积盆地（图1a）.Termit盆地东西两侧均发育呈断阶结构的断裂斜坡，是典型的洼-堑式双断盆地（图3c）.Termit盆地西侧远离物源，相对缺乏物源供给，Donga组以深灰色泥岩及薄层碳酸盐岩沉积为主；东南部临近Darfur隆起，碎屑物质供应足，Donga组砂岩较发育.乍得湖盆地构造上为Termit盆地南延部分，结构类似（图3d），其西侧远离物源，以泥岩沉积为主，东侧紧邻Darfur隆起，物源供给充分，Donga组砂体较发育，岩性组合呈下粗上细的特征.

2.2　单井相特征

Donga组形成于海侵初期到中期，受控于盆地结构、海侵与物源供给体系，物源供给东强西弱，砂体分布东厚西薄.盆地群东北部及西部物源供给相对不足，以富泥质沉积为主.图4是Termit盆地T N-1D井Donga组单井相，Donga组可进一步分为DS1、DS2和DS3段，纵向岩性组合呈“粗-细-粗”次级旋回，反映了受构造运动和物源体系控制的相对海平面变化规律.DS1段为海侵初期沉积，相对海平面较低，Darfur隆起物源影响范围大，Termit盆地东部斜坡带以DS1“砂包泥”为特征，录井揭示以中粗粒砂岩为主，泥岩多为灰色、深灰色，测井曲线呈“高幅或中高幅的箱形”“钟形”及“漏斗形”特征，发育三角洲水下分支河道和河口坝等沉积微相.DS2段海侵逐渐加强，相对海平面升高，Darfur隆起物源退积，岩性组合呈现“泥包砂”特征.录井显示泥岩以深灰色为主，偶见薄层粉-细砂岩，测井曲线整体呈“低幅齿形”特征，发育滨岸临滨相-滨外亚相的陆棚相沉积.DS3段受区域构造反转影响（李美俊等，2018），相对海平面降低，DS3段薄层砂岩沉积增加，砂岩以灰色粉-细砂岩为主，泥岩为灰色、深灰色，钙质胶结较为严重.测井曲线呈现“中高幅漏斗形”、“低幅漏斗形”和“中低幅指形”特征，为三角洲前缘河口坝、远砂坝和席状砂等微相沉积.

2.3　连井特征

本文选取了2条跨盆地连井对比剖面，一条经过Grein盆地、Tenere盆地、Termit盆地西缘和南缘（图5），另一条经过Termit盆地东北部、东缘和乍得湖盆地南缘（图6）.从连井剖面上可以看出，Donga组岩相的时空分布特征比较一致，总体以巨厚泥岩沉积为特征.起始于Grein盆地到Termit盆地西缘的连井Donga组总体砂地比较低，多数不超过5%，另一条Termit盆地东缘到乍得湖盆地南缘的连井Donga组砂地比相对较高，多数超过15%.跨盆地群连井对比发现各盆地Donga组的层序和岩相特征具有一致性，反映该期坳陷期的区域性和海侵事件的广泛性.

时间序列上Donga组具有明显的继承性的三分性.在DS1时期，测井曲线以齿化基线、漏斗型为主，局部可见箱状、钟形，有较高的砂地比.DS1后期到DS2时期，测井曲线特征发生了明显变化，以轻微齿化基线为主，岩相表现为巨厚的泥岩，局部可见极少量的薄层粉砂岩（图5）.进入DS3时期，测井曲线以齿化基线为主，但局部的漏斗形、钟形，以及小型箱状均有发育，体现为砂地比较之DS2有所增高，此外，还可见碳酸盐岩地层的发育（图5，6）.

在Termit盆地，Donga组的时空分布遵循了上文所阐述的垂向演变规律，但其东缘和西缘又有着明显的差异，在DS1时期，东缘的砂地比明显高于西缘，测井曲线表现为更多、更大型的漏斗、箱状特征（图6）；DS2时期，东西差异不大，共同反映了区域海侵的主导作用；DS3时期，东缘的砂地比明显高于西缘.

2.4　储层特征

Termit盆地钻井揭示的Donga组储层以粉砂岩为主，岩性性偏细，且整体埋深较大，储集物性偏差.从T N-1D井DS1段顶部3 227 m处井壁取心镜下薄片可以看出（图7），其储层发育粒间孔、粒间溶孔，物性一般，孔隙度12%~24%，渗透率一般为22~109.9 mD，为中孔中低渗储层，试油获得折合日产170桶.

Donga组上部DS3段发育薄层“灰岩段-泥岩段”韵律层序，普遍含灰质，可能影响储层物性. 从Dw N-1井DS3段4 049 m处井壁取心镜下薄片可以看出，发育生屑，以有孔虫为主，多数较完整（图8a1，8a2），壳体和充填物均为钙质（图8b1，8b2），生屑之间为灰泥充填，可见少量溶蚀成因的裂缝、次生孔发育（图8a1，8a2），孔隙不发育.

乍得湖盆地Sed-1井在Donga组发现优质油藏，砂岩厚度大、物性好，孔隙度一般为15%~25%，渗透率一般为50.36~140.08 mD，为中孔中渗储层，原生孔隙与次生孔隙发育，试油折合日产超千桶.

3 石油地质条件分析和油气潜力探讨

3.1　烃源岩发育特征

通过一系列泥岩样品分析，发现T N-1D井Donga组烃源岩有机质丰度高，TOC含量平均大于1%，部分大于2%.岩石热解显示，热解生烃潜量6 mg/g以上的样品占到了58%，氢指数分布主要分布在200~600 mg/g之间，干酪根类型以II₁型为主，少量为II₂型，仅个别为III型.T _max均大于435 ℃，54%的样品分布于445~450 ℃，达到成熟阶段.从垂向上，T _max与深度存在一定的正相关，随着深度增加而增大（图9）.Donga组烃源岩分布广，厚度大，往往和粉砂互层，是一套品质较好的成熟烃源岩.石油和沉积有机质中的甾烷来自真核生物，C₂₇-C₂₈-C₂₉规则甾烷分布特征通常反映沉积有机质的生源构成，在油源研究中具有重要意义.从Termit盆地T N-1D原油m/z 217质量色谱图可以看出，原油显示明显的反“L”型，C29甾烷含量高（图10），指示陆源高等植物有机质输入占优，这与主力烃源岩Yogou组上部特征类似，也说明了晚白垩世海侵对两个组的沉积和物源供给模式产生类似影响（Wan et al.，2014；汤戈等，2015；Liu et al.，2019；程顶胜等，2020；Dou et al.，2022）. T N-1D井原油与Donga组烃源岩生物标志化合物整体对比关系良好，推测源自Donga组成熟烃源岩，微咸水，还原环境，有机质输入以陆源高等植物贡献为主，低等水生生物、藻类也具有一定贡献（图10）.

3.2　成藏组合和控制因素

根据地化分析，东尼日尔盆地群Donga组绝大部分已进入生烃门限，生烃指标良好，可作为好烃源岩；疏导体系包括断裂和不整合面；区域盖层包括Donga组与Yogou组，石油地质条件匹配好，Donga组整体埋深较大，寻找优质储集体是关键.综合生储盖关系，Donga组发育下部、上部二套成藏组合.其中，下部成藏组合以DS1段辫状河三角洲前缘砂体作为储层、DS2段海侵期厚层泥岩作为烃源岩和盖层，在盆缘可形成良好的生储盖组合.上部成藏组合以DS3段辫状河三角洲前缘亚相砂体为良好储层，其下部的Donga组和上部的Yogou组作为成熟烃源岩，Yogou组下段海侵期厚层泥岩为区域性盖层，生储盖配置良好（汤戈等，2015；周立宏等，2017）.

优质储集砂体分布、圈闭条件及古构造背景是油气能否富集成藏的关键地质要素.Donga组整体遭受了较强压实，砂体偏致密，原生孔隙损失大.目前勘探实践表明，在3 800 m以深的斜坡低部位往往发育重力流沉积体系，但其砂体较薄且物性较差，多为干层；而在埋深3 200 m以浅的斜坡中高部位，往往发育三角洲前缘亚相砂体，厚度大，物性好，已有多口高产油流井予以证实.

东尼日尔盆地群为叠合型多期裂谷盆地，古近纪的第二期裂谷作用和其后的反转活动强烈，改造并调整了白垩系油气藏，因而圈闭条件及古构造背景对白垩系油气藏的保存起到关键作用.已发现油藏均为“自生自储”型原生油藏，原油密度一般小于0.85 g/cm³，粘度小于5cp，为轻质低粘原油，油藏类型以背斜、断背斜油藏为主（图11），顺向断块、反向断块油藏发现较少，主要分布在盆地中高斜坡具有古构造背景区，形成T斜坡、S斜坡等高丰度白垩系油田.

综上所述，Donga组主要发育两类成藏模式，一类是DS1段砂体，与其上的烃源岩形成“倒置”关系，可侧向对接形成“上生下储”成藏；另一类是DS3段砂体，与下部烃源岩形成“下生上储-自生自储”模式.

3.3　Donga组油气藏特征

Donga组发现油藏集中在Termit盆地东缘、乍得湖盆地和Kafra盆地，油藏类型多样，其中反向断块、背斜等构造油气藏是主要油藏类型（图11），与Yogou组类似（袁圣强等，2018）.T N-1D井油藏为反向断块油藏，含油层位为DS1段，三角洲水下分支河道微相沉积砂体，储层物性较好，上覆盖层与侧向封堵条件优越，为自生自储型原生油藏，原油密度低.KM-1井为顺向断块油藏，含油层段为DS1段，储集体为三角洲水下分支河道沉积砂体，物性好.SD-1井为背斜油藏，是 乍得湖盆地发现的高丰度油藏，含油层位为DS3段，该段储层厚度大、储集物性优越、原油品质好，是乍得湖盆地南部白垩系油藏的主力含油层段.同时，乍得湖盆地南部火山岩发育，主要岩性为玄武岩-玄武安山岩，为晚白垩世喷发，火山岩裂缝发育，存在多个有利储集段，是潜在的油气储层，具备形成火山岩油气藏的地质条件（图11）.

3.4　勘探有利区

Termit盆地是东尼日尔盆地群最重要的含油气盆地，主要成藏组合由上白垩统Yogou组烃源岩、古近系Sokor组储盖所组成，已探明多个亿吨级油田（万仑坤等，2012；窦立荣等，2022）.下组合Donga组已零星发现几个油田，勘探程度低，已探明的油气藏主要分布于埋藏浅的位置，比如Kafra盆地、Termit盆地东斜坡和乍得湖盆地.Donga组“盆缘”的成藏特征与目前的主力成藏组合所形成的富油气区带在时空上有错位分布的特征.

砂地比数据可直观的反映Donga组的物源供给特征.从Grein盆地到Termit盆地西侧，砂地比总体偏低，均低于10%，在Termit盆地西南部有所增加（图5）.Termit盆地东部的砂地比明显增高，特别是在Termit盆地东部斜坡T ME-1D井和乍得湖Sed-1井区域，Donga组砂地比大于30%（图6），均在Donga组获得了高产油流，说明储层发育是Donga组成藏的重要控制因素.晚白垩世这期海侵是影响储层发育的关键因素，控制了沉积模式.在测井曲线上，晚白垩世快速海侵事件表现为“细颈”状的细粒沉积序列，而在其顶部发育了薄层“灰岩段-泥岩段”韵律层序，这种岩相组合在野外露头也得到了验证（Pascal et al.， 1993）；此外，Donga组的普遍埋深大对于储层发育影响较大，但不同地区要具体分析.也正是因为此次区域海侵事件，晚白垩世原型盆地在东尼日尔盆地群演化序列中范围最广，并且跨越凹陷、形成了区域性的巨型盆地，极大影响了物源分布和分散体系，进而控制了相带分布和成藏（图12）.由此可以看出东尼日尔盆地群东南缘（Termit盆地东南缘）和北缘（Kafra盆地）Donga组储层发育，为潜在的勘探有利区.

以Termit盆地为例，其经过了“早白垩世断陷、晚白垩世坳陷、古近纪断陷、新近纪坳陷-弱反转”复杂的构造演化过程，形成了东西总体对称、但又有差别的构造面貌（图13a），控制了烃源岩和储盖层的发育，发育的断阶、地堑、斜坡等构造单元和单元过渡叠合部位提供了构造圈闭、岩性圈闭和复合圈闭发育的多种可能.再结合Donga期沉积面貌，发现有利于砂体发育的三角洲平原和前缘亚相、甚至滨海相带和各类构造单元存在空间上的叠置和一致性，且往往位于流体运移的优势通道或指向上（图13b）.此外，晚白垩世烃源岩的分布是区域性的.在考虑构造带发育和综合效益的基础上，选择Donga组埋藏3 200 m及以浅的区带作为未来勘探的潜力区带，潜力巨大，可以作为未来勘探新区带的优选依据.

4 结论

（1）Donga组作为东尼日尔盆地群勘探新层系，其沉积体系受控于晚白垩世海侵事件.该期海侵使得东尼日尔盆地群形成了晚白垩世暂时的统一海盆，由于快速海侵使得盆地处于饥饿沉积状态，以泥岩沉积为主，储层相对缺乏.在盆地边缘相带，比如Termit盆地东部和南部，Donga组具有较高的砂地比，可发育高产油气藏.

（2）研究发现Donga组烃源岩发育，类型好、分布广且厚度大，埋藏深度大，热演化程度高，为成熟烃源岩，推测盆地中心区域已进入生气阶段，是盆地新发现的烃源岩.其原油m/z 217质量色谱图具有明显的反“L”型特征，C29甾烷含量高，表明有机质类型以陆源输入高等植物为主，低等水生生物、藻类也具有一定贡献.

（3）Donga组发育有效的含油气系统，储层是其成藏的关键要素.本文研究认为Donga组资源潜力大，潜在圈闭类型包括构造和潜在的岩性圈闭.潜力区带主要位于东尼日尔盆地的北缘和东南缘，这些地区是前期油气勘探的非重点区带，具有勘探程度低、可勘探性高和潜力大的特点，是未来新区带勘探和新区块优选的重点区.

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基金资助

中国石油股份有限公司科学研究与技术开发项目“海外复杂裂谷盆地精细勘探关键技术研究”(2021DJ3103)