非洲Muglad多旋回陸內(nèi)被動(dòng)裂谷盆地演化及其控油氣作用*

張光亞 黃彤飛 劉計(jì)國(guó) 余朝華 趙巖 劉愛香 客偉利 王彥奇

1. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院，北京 1000832. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

盆地演化通常伴隨區(qū)域構(gòu)造環(huán)境，特別是區(qū)域熱-構(gòu)造機(jī)制的演化而同步發(fā)生，并且該演化過程通常具有明顯的階段性(湯良杰等, 2001; 何登發(fā)等, 2004; 金之鈞, 2005; 張光亞等, 2008)。位于非洲中部的Muglad盆地屬于典型的陸內(nèi)被動(dòng)裂谷盆地(圖1)；自早白堊世以來，受岡瓦納大陸裂解和周緣板塊演化的影響，盆地經(jīng)歷了三期裂谷演化階段(Genik, 1993; 魏永佩, 1999; Mohamedetal., 2001; 竇立榮, 2003; 魏永佩和劉池陽, 2003; 童曉光等, 2004; 潘校華等, 2005; 田作基等, 2005; 竇立榮等, 2006a, b; 黃彤飛等, 2017; 張光亞等, 2018)。盡管Muglad盆地各演化階段相繼發(fā)生，且所處的熱-構(gòu)造體制以及盆地類型性質(zhì)并沒有發(fā)生截然的變化，但三期伸展應(yīng)力場(chǎng)的來源、大小、方向及對(duì)盆地的影響各不相同，不同于跨越多個(gè)熱-構(gòu)造機(jī)制變革期的疊合盆地。Muglad盆地屬于新的疊合盆地類型，可采用疊合盆地的研究方法(湯良杰等, 2001; 金之鈞, 2005)，通過劃分關(guān)鍵構(gòu)造期、恢復(fù)關(guān)鍵構(gòu)造期原型盆地，研究此類經(jīng)歷多個(gè)構(gòu)造演化階段的多旋回盆地。我國(guó)特殊的地質(zhì)背景決定了我國(guó)缺少形成陸內(nèi)被動(dòng)裂谷盆地的條件，致使地質(zhì)學(xué)家對(duì)該類盆地的研究較為缺乏。

多期裂谷的疊加作用因晚期斷裂活動(dòng)溝通了盆地深部的油源、造成原生油氣藏的調(diào)整和破壞、進(jìn)而影響了油氣的分布，例如在處于同一構(gòu)造域、經(jīng)歷了晚白堊世和古近紀(jì)2期裂谷斷裂活動(dòng)的西非尼日爾Termit盆地中發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在晚期裂谷活動(dòng)強(qiáng)烈的Araga地塹、Dinga斷階帶和Fanna轉(zhuǎn)換帶(周立宏等, 2017)，而且還可以形成多套成藏組合，渤海灣盆地多期斷陷使得探明儲(chǔ)量主要分布在以孔店組和沙四段的下部成藏組合、沙二段和沙三段上部為主的中部成藏組合以及東營(yíng)組-新近系的上部成藏組合(趙文智和池英柳, 2000; 楊菊蘭等, 2008)。

受資料詳實(shí)程度和研究認(rèn)識(shí)程度的制約，以往沒有從多旋回疊合盆地的角度研究Muglad裂谷盆地的形成演化及其控油作用。隨著勘探程度提高、難度加大，開展關(guān)鍵時(shí)期原型盆地恢復(fù)和不同時(shí)期原型盆地疊加方式的研究，以明確盆地油氣分布規(guī)律變得尤為迫切。因此，本文從關(guān)鍵構(gòu)造期劃分、關(guān)鍵構(gòu)造期原型盆地恢復(fù)、不同構(gòu)造期盆地和裂谷作用的疊加方式及對(duì)油氣生成、運(yùn)聚的影響四個(gè)方面入手，研究多期疊加型被動(dòng)裂谷盆地的演化。

1 地質(zhì)背景

Muglad盆地位于非洲中部，橫跨蘇丹-南蘇丹兩國(guó)，面積超過12萬平方千米，最大沉積厚度超過15km，是發(fā)育在前寒武系結(jié)晶基底之上的大型陸內(nèi)被動(dòng)裂谷盆地。它屬于中-西非裂谷系，緊鄰中非斷裂帶(中非剪切帶)。Muglad盆地主體由一系列凸起和凹陷組成，主構(gòu)造線方向?yàn)镹W-SE，與NE-SW走向的中非剪切帶近于垂直(圖 1)。

1.1 結(jié)晶基底與泛非運(yùn)動(dòng)

非洲陸塊是岡瓦納大陸的主要組成部分。前寒武紀(jì)末泛非造山運(yùn)動(dòng)過程中，一系列陸塊的拼合形成岡瓦納大陸，同時(shí)也形成了岡瓦納大陸統(tǒng)一的陸殼基底(Hoffman, 1991; 1999; Rogersetal., 1995; Smith, 1999; Scotese, 2006)。眾所周知，大陸碰撞造山作用是延續(xù)上千萬年的構(gòu)造事件。超大陸聚合需要多個(gè)陸塊之間的一系列大陸碰撞事件來完成。這樣看來，岡瓦納大陸聚合的泛非造山運(yùn)動(dòng)持續(xù)1億多年(Rogersetal., 1995)，也就不奇怪了。剛果陸塊與南、北Rodinia 之間的大洋的關(guān)閉是穿時(shí)的。最早的碰撞事件發(fā)生在莫桑比克航道的南端，時(shí)間為800～750Ma (Stern, 1994; Scotese, 2006)。隨后，莫桑比克-Hijiaz洋從南(莫桑比克)向北(埃及, 蘇丹、南蘇丹)逐漸關(guān)閉。剛果古陸與北Rodinia之間碰撞事件的最后一幕于發(fā)生于阿拉伯與埃及-蘇丹-南蘇丹之間，發(fā)生的時(shí)間為ca. 600Ma。Hijiaz島弧在此過程中被嚴(yán)重破壞(Stern, 1994, 2002)。剛果古陸南緣的Pharusian-Adamastor洋比較寬(>5500km)，消減-閉合的時(shí)間也比較長(zhǎng)。剛果古陸與南Rodinia最終碰撞縫合可能延續(xù)至寒武紀(jì)初期(Scotese, 2006)。Muglad盆地位于蘇丹和南蘇丹境內(nèi)，前寒武紀(jì)結(jié)晶基底形成于泛非運(yùn)動(dòng)過程中。阿拉伯與埃及-蘇丹-南蘇丹之間的ca. 600Ma前的碰撞造山作用，對(duì)Muglad盆地的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底的形成影響最大。根據(jù)野外露頭和鉆井資料，Muglad盆地白堊系-第四系直接不整合于前寒武紀(jì)基底之上，缺失寒武系-侏羅系。根據(jù)露頭、鉆井和地震資料，前寒武系的巖性主要為花崗巖和片麻巖、片巖，見少量石英巖和動(dòng)力變質(zhì)的糜棱巖(魏永佩和劉池陽, 2003; 潘校華等, 2005; 竇立榮等, 2006a)。

圖2 非洲不同時(shí)代裂谷分布圖(據(jù)Winn et al., 1993; Guiraud et al., 2005改繪)Fig.2 Paleozoic, Mesozoic and Cenozoic rifts in Africa (modified after Winn et al., 1993; Guiraud et al., 2005)

1.2 Muglad裂谷盆地與非洲的三期裂谷

非洲發(fā)育三期裂谷，分別為古生代、中生代和新生代裂谷(圖2)(Winnetal., 1993; Guiraudetal., 2005)。各期裂谷分布走向均有不同，是岡瓦納大陸裂解過程的記錄。Muglad盆地經(jīng)歷了中生代和新生代裂谷作用。

古生代裂谷在非洲南部和中部比較發(fā)育，北非發(fā)育較少。

中生代裂谷分布廣泛，特別是在非洲中部和西部尤為發(fā)育，形成中非裂谷系和西非裂谷系。Muglad盆地是中非裂谷系中最大的一個(gè)裂谷盆地，中生代裂谷作用發(fā)生于白堊紀(jì)，可以劃分出早白堊世和晚白堊世2個(gè)斷(裂)陷期。非洲中生代裂谷發(fā)育時(shí)代主要為侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)；白堊紀(jì)為中生代裂谷作用高峰期。在非洲與馬達(dá)加斯加之間可能存在三疊紀(jì)的裂谷作用。

新生代裂谷集中于非洲東部，形成東非裂谷系，由東、西2條大型裂谷帶組成，是世界上延伸最長(zhǎng)的新生代裂谷帶。新生代裂谷作用波及到中非裂谷帶的東北段(包括Muglad盆地及其東北側(cè)的中非裂谷盆地)和非洲北部的錫爾特盆地，造成這些地區(qū)中生代裂谷的復(fù)活。東非裂谷帶與紅海裂谷、亞丁灣裂谷構(gòu)成一個(gè)完整的大型新生代三岔裂谷系。Muglad盆地的新生代裂谷作用在盆地東部的Kaikang坳陷最明顯，發(fā)生于古近紀(jì)中-晚期至新近紀(jì)早-中期，是盆地的第三個(gè)斷(裂)陷期。

2 地層系統(tǒng)、構(gòu)造層劃分和成藏組合

2.1 地層系統(tǒng)

Muglad盆地是發(fā)育于前寒武系結(jié)晶基底之上的中-新生代裂谷盆地。白堊系-新生界直接不整合于前寒武系之上，缺失寒武系-侏羅系(表1)。前寒武系結(jié)晶基底就是其盆地基底，形成于泛非構(gòu)造旋回，主要由花崗巖和片麻巖組成。

Muglad盆地的白堊系自下而上由Abu Gabra(簡(jiǎn)稱AG)組、Bentiu組和Darfur群組成。

AG組屬于下白堊統(tǒng)，為盆地第一斷陷期沉積。勘探界將其自上而下劃分為5個(gè)巖性段，分別是：AG1～AG5。AG5段巖性以粗砂巖、含礫砂巖為主，為初始斷陷期沖積扇-洪積扇沉積物；AG4段巖性以泥巖夾砂巖為主，發(fā)育于湖盆擴(kuò)大、水體加深時(shí)期；AG3段巖性以砂巖夾泥巖為主，發(fā)育于湖水衰退期；AG2段巖性為砂泥巖互層，發(fā)育于水體變深、較為安靜的環(huán)境；AG1段巖性為砂巖夾泥巖，發(fā)育于湖水衰退時(shí)期。AG組的泥巖為Muglad盆地最重要的烴源巖。油源對(duì)比資料顯示，目前盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)的油氣絕大多數(shù)由該套源巖供烴。AG組與下伏的前寒武系結(jié)晶基底呈區(qū)域角度不整合接觸。

表1 Muglad盆地地層表

Table 1 Stratigraphic chart of the Muglad Basin

圖3 Muglad盆地4條代表性地震剖面，顯示斷裂和盆地結(jié)構(gòu)特征(相應(yīng)的構(gòu)造剖面見圖4)圖3-圖7剖面位置見圖1Fig.3 Four typical seismic profiles showing the fault features and the structure framework of Muglad Basin (see the respective structural profiles in Fig.4.)The profile locations in Fig.3-Fig.7 are all shown in Fig.1

圖4 Muglad盆地4條代表性構(gòu)造剖面(相應(yīng)的地震剖面見圖3)Fig.4 Four typical structural profiles of the Muglad Basin (see the respective seismic profiles in Fig.3)

Bentiu組包括下白堊統(tǒng)頂部-上白堊統(tǒng)底部，為盆地第一坳陷期沉積。其巖性主要為大套砂巖，屬辮狀河沉積。Bentiu組砂巖是Muglad盆地重要的儲(chǔ)集層。該組與下伏的AG組呈角度不整合、平行不整合接觸關(guān)系。

Darfur群屬于上白堊統(tǒng)，為盆地第二斷陷期沉積，自下而上分為Aradeiba組、Zarqa組、Ghazal組和Baraka組。Aradeiba組巖性主要為灰-紅色的砂質(zhì)泥巖，是盆地重要的區(qū)域性蓋層。Zarqa組為淺灰色泥巖與灰黃色砂巖-粉砂巖互層。Ghazal組巖性與Zarqa組相似。Baraka組主要由灰黃色砂巖夾灰色泥巖構(gòu)成。Darfur群與下伏Bentiu組呈平行不整合和整合接觸關(guān)系，局部見角度不整合接觸關(guān)系。

Amal組屬于古新統(tǒng)，為盆地第二坳陷期沉積。該組巖性為灰色-黃色塊狀砂巖，屬辮狀河沉積。Amal組與下伏Darfur群呈角度不整合至平行不整合接觸，沉積中心為整合接觸。

Nayil組-Tendi組包括始新統(tǒng)-中新統(tǒng)中部地層，為盆地第三斷陷期沉積。兩個(gè)組的巖性也相似，為灰色-深灰色塊狀泥質(zhì)巖和砂巖。這套地層分布不穩(wěn)定，在盆地北部的Sufyan凹陷沉積厚度薄到缺失，而在Kaikang坳陷沉積厚度相對(duì)較大。Nayil組與下伏的Amal組呈角度不整合至平行不整合接觸，局部為整合接觸。

Adok組-Zeraf組為第三坳陷期。其中，Adok組屬于中新統(tǒng)上部，Zeraf組屬于上新統(tǒng)。兩者巖性相似，均為大套砂巖。其分布不穩(wěn)定。在盆地北部的凹陷沉積厚度薄乃至缺失，而在Kaikang坳陷沉積厚度相對(duì)較大。Adok組與下伏的Tendi組呈角度不整合至平行不整合關(guān)系。

第四系為成巖性逐漸變差的粗碎屑巖以及未成巖的砂、泥/土，巖性與Zeraf組逐漸過渡，兩者的接觸關(guān)系為整合-平行不整合。

2.2 構(gòu)造層劃分

前人將Muglad盆地劃分為7套構(gòu)造層：前寒武紀(jì)結(jié)晶基底構(gòu)造層，白堊系A(chǔ)G構(gòu)造層、 Bentiu構(gòu)造層、Darfur構(gòu)造層, 古新統(tǒng)Amal構(gòu)造層, 始新統(tǒng)Nayil-中新統(tǒng)Tendi 構(gòu)造層, 中新統(tǒng)-上新統(tǒng)Adok-Zeraf-第四系構(gòu)造層(Genik, 1993; 童曉光等, 2004)。這一構(gòu)造層劃分方案最大的特點(diǎn)是將每一個(gè)斷-坳旋回的斷陷期沉積和坳陷期沉積分別視作一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造層；其次是將第三斷坳旋回的坳陷期沉積和后裂谷期沉積(第四系)合并，沒有劃分開。我們認(rèn)為：(1)同一斷-坳旋回的沉積應(yīng)該劃歸一個(gè)構(gòu)造層；(2)第四系(Zeraf組之上的地層)是后裂谷期的沉積，雖然很薄，但是代表一個(gè)完全不同的構(gòu)造階段，應(yīng)當(dāng)劃歸一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造層——后裂谷期構(gòu)造層。這樣，將Muglad盆地的地層劃分為5個(gè)構(gòu)造層，分別是：盆地基底構(gòu)造層(前白堊系)、第一斷-坳旋回構(gòu)造層(AG組-Bentiu組)、第二斷-坳旋回構(gòu)造層(Dafur群-Amal組)、第三斷-坳旋回構(gòu)造層(Nayil-Zeraf組)和后裂谷期構(gòu)造層(第四系)(表1)。

2.3 成藏組合

根據(jù)Muglad盆地目前的勘探目的層系與成藏要素的不同，自下而上，可劃分出下、中、上三套成藏組合。其中，下組合以下白堊統(tǒng)AG組泥巖為烴源巖，AG組內(nèi)部薄層砂體為儲(chǔ)集層，AG組泥巖為蓋層，儲(chǔ)蓋關(guān)系為自生自儲(chǔ)自蓋型；中組合以下白堊統(tǒng)AG組泥巖為烴源巖，Bentiu組砂巖為儲(chǔ)集層，Aradeiba組泥巖為區(qū)域蓋層，儲(chǔ)蓋關(guān)系為正常型；上組合以下白堊統(tǒng)AG組泥巖為烴源巖，Zarqa組、Ghazal組、Baraka組以及Amal組內(nèi)部砂巖為儲(chǔ)集層，Zarqa組、Ghazal組、Baraka組以及Nayil組內(nèi)部泥巖為直接蓋層，儲(chǔ)蓋關(guān)系為正常型。

3 Muglad盆地的斷裂和結(jié)構(gòu)特征

Muglad盆地是一個(gè)白堊紀(jì)-新生代的裂谷盆地，形成演化嚴(yán)格受斷裂控制。主干斷裂主要為基底卷入平直斷面正斷層，少量弧形斷面正斷層；盆地剖面結(jié)構(gòu)以塹壘構(gòu)造為特征(圖3)。

作為嚴(yán)格受斷裂控制的中-新生代裂谷盆地，Muglad盆地?cái)嗔旬惓０l(fā)育。斷裂走向以NW-SE向?yàn)橹?，其次是NE-SW向，少量近N-S向和E-W向(圖1)。正斷層是Muglad盆地?cái)嗔褬?gòu)造的基本特征，見一些反轉(zhuǎn)構(gòu)造。主控?cái)鄬佣酁榛拙砣胄推街睌嗝妫虼藬鄩K發(fā)育，正斷層相關(guān)褶皺不發(fā)育。反轉(zhuǎn)構(gòu)造可以形成斷展褶皺(圖3、圖4)。

根據(jù)斷層斷開的地層、斷距變化、生長(zhǎng)地層、不整合以及斷層相關(guān)褶皺發(fā)育情況分析，Muglad盆地發(fā)育3個(gè)斷裂/正斷層活動(dòng)高峰期和3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)。三個(gè)斷裂活動(dòng)高峰期構(gòu)成Muglad盆地的三個(gè)斷陷期，分別是早白堊世AG期、晚白堊世Darfur期、始新世-中新世Nayil-Tendi期。每一斷陷期之后往往都伴隨一期較弱的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，分別發(fā)生于早白堊世末-晚白堊世初、晚白堊世末-古新世、新近紀(jì)晚期-第四紀(jì)初。構(gòu)造反轉(zhuǎn)期的構(gòu)造變形主要是早期形成的正斷層反轉(zhuǎn)為逆斷層，少量新生逆斷層以及逆斷層相關(guān)的褶皺變形。反轉(zhuǎn)斷層和新生的逆斷層在接下來的斷陷期會(huì)再次(負(fù))反轉(zhuǎn)為正斷層。第一斷陷期(第一個(gè)斷裂活動(dòng)高峰期)的斷裂活動(dòng)遍布全盆地，這也是盆地形成期。第二斷陷期(第二個(gè)斷裂活動(dòng)高峰期)的斷裂活動(dòng)中心已經(jīng)開始東移，同時(shí)中-西部仍有較明顯的斷裂活動(dòng)。第三斷陷期(第三個(gè)斷裂活動(dòng)高峰期)的斷裂活動(dòng)中心東移至Kaikang坳陷一帶，盆地中-西部的斷裂活動(dòng)(斷陷作用)微弱(圖5、圖6、圖7)。

圖5 Sufyan凹陷A-A’剖面平衡恢復(fù)/構(gòu)造演化剖面Fig.5 The balanced cross section of the Sufyan Sag (the A-A’ profile cross the Sufyan Sag)

圖6 Fula凹陷平衡剖面(B-B’剖面)Fig.6 The balanced cross section of the Fula Sag (the B-B’ profile cross the Fula Sag)

Muglad盆地以塹-壘構(gòu)造為基本剖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。既發(fā)育地塹(如Sufyan凹陷)(圖3和圖4的A-A’剖面、圖5)，也有半地塹(如Fula凹陷)(圖3和圖4的B-B’和C-C’剖面、圖6)。多期裂谷作用疊加又可以形成疊合-復(fù)合地塹(如Kaikang坳陷)(圖3和圖4的D-D’剖面、圖7)。隆起和凸起多由地壘形成。這也是其基本構(gòu)造變形樣式。由于主控?cái)嗔鸦旧隙际腔拙砣胄推街睌嗝嬲龜鄬?，所以Muglad盆地以斷塊構(gòu)造為變形特征，斷層相關(guān)褶皺不甚發(fā)育。剖面構(gòu)造組合特征為多米諾構(gòu)造或臺(tái)階狀構(gòu)造，局部發(fā)育正斷層斷彎褶皺和逆斷層(反轉(zhuǎn)斷層)斷展褶皺。

4 原型盆地及其疊合類型

4.1 關(guān)鍵地質(zhì)歷史時(shí)期原型盆地分析

Muglad盆地作為一個(gè)大型裂谷盆地，原型盆地受裂谷作用及其相關(guān)的斷裂活動(dòng)控制。裂谷作用及其相關(guān)的斷裂活動(dòng)不僅控制了盆地的幾何形態(tài)，同時(shí)控制著盆地及其不同構(gòu)造部位在不同構(gòu)造演化階段的性質(zhì)和沉積充填特征。

Muglad盆地的構(gòu)造類型是裂谷盆地。盆地形成演化過程可以劃分為三個(gè)裂谷旋回，每個(gè)旋回由2個(gè)階段組成：早期為斷裂控制的斷陷階段，形成狹義的裂谷盆地；晚期為較大范圍的熱沉降階段，形成上覆于裂谷之上的坳陷盆地。第一和第二裂谷旋回代表中-西非中生代裂谷作用；第三裂谷旋回是東非新生代裂谷作用在Muglad盆地的疊加。

圖7 Kaikang坳陷平衡剖面(過Kaikang南凹陷的D-D’剖面)Fig.7 The balanced cross section of the Kaikang Depression (the D-D’ profile cross the Southern Kaikang Sag)

圖8 Muglad盆地AG組沉積時(shí)期原型盆地Fig.8 Muglad proto-type basin at the deposition time of the AG Formation

圖9 Muglad盆地Darfur群沉積時(shí)期原型盆地Fig.9 Muglad proto-type basin at the deposition time of the Darfur Group

圖10 Muglad盆地典型凹(坳)陷沉降曲線(上)與沉降速率(下)Fig.10 The subsidence curve (upper) and rate (lower) of the typical sags or depressions of the Muglad Basin

圖11 早白堊世以來三期裂谷發(fā)育時(shí)期的板塊重建中西非裂谷系盆地第一裂谷期(早白堊世)(a)、第二裂谷期(晚白堊世)(b)及第三裂谷期(新近紀(jì))(c)古構(gòu)造背景重建；中西非裂谷系盆地群的位置和形態(tài)參考Genik (1993); 古構(gòu)造事件及推測(cè)的應(yīng)力方向參考文獻(xiàn)(Fairhead and Binks, 1991; Genik, 1993; Keller et al., 2006; 張藝瓊等, 2015); 古板塊位置參考Binks and Fairhead (1992)Fig.11 The paleo-global tectonics in the three rifting stages of the Muglad since Early Cretaceous(a),(b) and (c) are showing the restoration of Paleotectonics at the first rifting period (Early Cretaceous), the second rifting period (Late Cretaceous) and the third rifting period (Neogene) of the Central and Western Africa rifts, respectively (Fairhead and Binks,1991; Binks and Fairhead, 1992; Genik, 1993; Keller et al., 2006; Zhang et al., 2015)

第一裂谷作用旋回發(fā)生于早白堊世-晚白堊世初期。AG組是該旋回?cái)嘞蓦A段的沉積記錄，AG組沉積時(shí)期的盆地構(gòu)造類型屬于狹義的裂谷盆地;Bentiu組是該旋回坳陷階段的沉積記錄，Bentiu組沉積時(shí)期的盆地構(gòu)造類型屬于坳陷盆地。該旋回是中-西非中生代裂谷作用的早期階段，代表中-西非裂谷作用的起始，裂谷作用遍布整個(gè)Muglad盆地。裂谷作用形成NE-SW和NW-SE走向兩組正斷層，以后者為主。受兩組正斷層控制，形成多個(gè)NE-SW和NW-SE走向的地塹和半地塹，控制著多個(gè)沉降中心(圖8)。每個(gè)沉降中心由內(nèi)向外依次沉積了深湖-半深湖相-淺湖相-三角洲相建造。該旋回深湖-半深湖相暗色泥巖是Muglad盆地的主力烴源巖，從而形成了Muglad盆地的多個(gè)生烴中心。

第二裂谷旋回發(fā)生于晚白堊世-古新世。Darfur群是該旋回?cái)嘞蓦A段的沉積記錄，其沉積時(shí)期的盆地構(gòu)造類型為狹義的裂谷盆地;Amal組是該旋回坳陷階段的沉積記錄，其沉積時(shí)期的構(gòu)造類型為坳陷盆地。該旋回是中-西非裂谷作用的晚期階段，代表中-西非中生代裂谷作用的結(jié)束，裂谷作用與第一旋回的裂谷作用具有一定的繼承性，裂谷作用強(qiáng)度有所減弱。斷裂基本上都是早期斷裂的復(fù)活，盆地輪廓與第一旋回基本一致，地塹、半地塹也繼承性發(fā)育。最明顯的變化是，盆地沉積中心總體東移至Kaikang坳陷，其它地區(qū)沉降幅度和沉降速率明顯放緩，水體變淺，粗碎屑比例加大(圖9)。

第三裂谷旋回發(fā)生于始新世-上新世。該旋回代表東非新生代裂谷作用波及到Muglad盆地，裂谷作用主要發(fā)生于東部的Kaikang坳陷，該地區(qū)也是盆地新生代最大的沉降中心。在Kaikang坳陷，Nayil組-Tendi組是該旋回?cái)嘞蓦A段的沉積記錄，為狹義裂谷盆地沉積；Adok組-第四系是該旋回坳陷階段的沉積記錄，是熱沉降階段坳陷盆地沉積。其它地區(qū)裂谷作用很弱，仍為坳陷盆地性質(zhì)。該旋回盆地的沉積范圍明顯加大。

4.2 疊合裂谷盆地類型

盆地沉降與沉積充填特征研究結(jié)果顯示，三期裂谷作用在盆地各凹陷的發(fā)育程度具有明顯的差異。依據(jù)裂谷作用的不同發(fā)育程度，我們將Muglad盆地的凹陷劃分為三類——早斷型、繼承型以及活動(dòng)型。

早斷型凹陷：該類型凹陷在第一裂谷演化旋回階段發(fā)生強(qiáng)烈沉降和沉積充填，而第二、三裂谷演化發(fā)育程度弱，以Sufyan凹陷最為典型(圖3和圖4的A-A’剖面、圖5)。Sufyan凹陷現(xiàn)今的殘余結(jié)構(gòu)主要由第一裂谷旋回期的AG組和Bentiu組構(gòu)成；第二裂谷旋回期沉積的地層厚度明顯減??；第三裂谷期沉積的地層在凹陷現(xiàn)今殘余地層厚度中比重甚微。根據(jù)該凹陷中心鉆井?dāng)?shù)據(jù)，Sufyan凹陷第一期裂谷期沉降量約占該凹陷三期總沉降量的75.54%，沉積充填厚度占該總充填的80.3%；早斷型凹陷的沉降速率顯示出“較強(qiáng)-弱-更弱”的特征(圖10)。

繼承型凹陷：該類型凹陷在第一、二裂谷演化旋回階段均發(fā)生了較大的沉降，第三裂谷演化旋回階段則相對(duì)較弱，以Fula凹陷、Unity-Bamboo凹陷最為典型(圖3和圖4的B-B’剖面、圖6)。Fula凹陷現(xiàn)今的殘余結(jié)構(gòu)主要由第一、二裂谷旋回期地層構(gòu)成，盡管第二裂谷旋回期沉積的地層厚度減薄，但其厚度仍然較大。相比早斷型凹陷，其第三裂谷期沉積的地層(Nayil組+Tendi組)在凹陷現(xiàn)今地層充填中比重有所增加。根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)，F(xiàn)ula凹陷AG組、Bentiu組、Darfur群以及Amal組沉積時(shí)期的總沉降量分別為4598.18m、339.25m、547.4m、99.81m，各占總沉降量的78%、6%、9%與2%，而第三裂谷作用旋回沉降量?jī)H占5%；繼承性凹陷的沉降速率顯示出“強(qiáng)-較強(qiáng)-弱”的特征(圖10)。

活動(dòng)型凹陷：該類型凹陷三期斷坳演化均較為發(fā)育，與前兩種類型相比，第三斷坳演化對(duì)凹陷的影響明顯增加，以Kaikang坳陷最為典型(圖3和圖4之D-D’剖面，圖7)。三期裂谷旋回沉積的各套地層在Kaikang坳陷現(xiàn)今的殘余結(jié)構(gòu)組成的比例中均較大。盡管第一裂谷旋回期沉積的地層厚度比重最大，但相比早斷型凹陷和繼承型凹陷，其第三裂谷期沉積的地層在凹陷現(xiàn)今地層充填中比重明顯增加，反映出該類型的坳(凹)陷第三裂谷旋回期依舊十分活躍。根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)，Kaikang坳陷第一裂谷旋回期、第二裂谷旋回期和第三裂谷旋回期的總沉降量分別為7133.29m、5971.31m、1434.4m，各占總沉降量的49%、41%與10%；活動(dòng)型凹陷的沉降速率顯示出“強(qiáng)-較強(qiáng)-較強(qiáng)”的特征(圖10)。

5 Muglad盆地形成演化過程分析

Muglad盆地內(nèi)部及周緣沒有明顯的巖漿火山活動(dòng)(Mchargueetal., 1992; Kelleretal., 2006)，符合被動(dòng)裂谷盆地模型(McKenzie, 1978; Binks and Fairhead, 1992)。與主動(dòng)裂谷盆地伸展斷陷的動(dòng)力來源不同的是，區(qū)域構(gòu)造事件產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)是被動(dòng)裂谷盆地演化的主要?jiǎng)恿碓?Fairhead and Binks, 1991; Fairhead, 1992; Genik, 1993; 魏永佩和劉池陽, 2003; 童曉光等, 2004; 竇立榮等, 2006a)。

Muglad盆地的演化過程可劃分為三個(gè)階段：前白堊紀(jì)盆地形成之前的前裂谷期，白堊紀(jì)-新近紀(jì)同裂谷期以及第四紀(jì)后裂谷期。根據(jù)裂谷作用的階段性，同裂谷期又可以進(jìn)一步劃分為三個(gè)裂谷旋回，形成三期裂谷。三期裂谷的疊加方式具體表現(xiàn)為主干斷裂三期活動(dòng)強(qiáng)度的差異，該差異主要受三期伸展應(yīng)力場(chǎng)來源、大小、持續(xù)時(shí)間，特別是不同期次的伸展應(yīng)力場(chǎng)方向與先存斷裂走向夾角的大小等因素的影響(Mcclayetal., 2005; Morley, 2010; Cortietal., 2013; Brune, 2014; 童亨茂等, 2018)。

5.1 前裂谷期

距今約為550～130百萬年。非洲大陸是由許多穩(wěn)定克拉通陸核和活動(dòng)帶在晚前寒武紀(jì)泛非運(yùn)動(dòng)中拼合的結(jié)果。此后的幾次具有全球意義的造山運(yùn)動(dòng)對(duì)非洲大陸的影響微弱，褶皺山系僅見于大陸南北兩端(熊利平等, 2005)。此時(shí)期為地臺(tái)演化階段，構(gòu)造穩(wěn)定；長(zhǎng)期隆起剝蝕，僅局部地區(qū)可能有陸相碎屑巖沉積(魏永佩和劉池陽, 2003; 熊利平等, 2005; 張藝瓊等, 2015)。

5.2 裂谷期

該階段從早白堊世至新近紀(jì)。根據(jù)此階段盆地所處的區(qū)域構(gòu)造事件、應(yīng)力場(chǎng)性質(zhì)以及沉降特征的不同，可將其進(jìn)一步劃分出三大關(guān)鍵構(gòu)造期——早白堊世巴姆雷期-晚白堊世土倫期；晚白堊世康尼亞克期-古新世以及始新世-上新世，分別對(duì)應(yīng)該盆地第一裂谷旋回、第二裂谷旋回和第三裂谷旋回。

5.2.1 第一裂谷旋回

早白堊世巴姆雷期-晚白堊世土倫期是Muglad盆地的第一裂谷旋回，其沉積記錄是AG組-Bentiu組。當(dāng)時(shí)為大西洋分段張開的初期，是中非剪切帶活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)期(圖 11a)。中非剪切帶所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)在剛果克拉通東側(cè)的活動(dòng)帶位置由剪切應(yīng)力向伸展應(yīng)力的轉(zhuǎn)化，形成強(qiáng)烈的伸展應(yīng)力場(chǎng)。Muglad盆地長(zhǎng)軸方向與該應(yīng)力場(chǎng)方向近垂直，巨大的伸展分量導(dǎo)致了該盆地的形成及強(qiáng)烈快速的基底沉降與沉積充填，使得盆地進(jìn)入第一裂谷演化階段。

該階段主要受岡瓦納大陸裂解、大西洋分段張開事件的影響(圖11a)(Fairhead and Binks, 1991; Fairhead, 1992; Guiraud and Maurin, 1992; Genik, 1993)。由于早白堊世早期中大西洋裂開的速度比南大西洋速度快(Genik, 1993; 魏永佩和劉池陽, 2003)，自南向北，非洲大陸受到不同大小的構(gòu)造應(yīng)力。這種南北應(yīng)力的差異導(dǎo)致穩(wěn)定克拉通之間的構(gòu)造薄弱帶首先發(fā)生破裂、走滑錯(cuò)動(dòng)，從而在剛果克拉通與撒哈拉克拉通之間形成了中非剪切斷裂帶。當(dāng)剪切運(yùn)動(dòng)向北東方向延伸出剛果克拉通、不再受剛果克拉通的限制，此時(shí)基底性質(zhì)發(fā)生變化，由克拉通之間狹窄的區(qū)帶轉(zhuǎn)變?yōu)閷掗煹膮^(qū)域，這種基底性質(zhì)的改變導(dǎo)致了剪切斷裂帶端部由剪切應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換為伸展應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致了斷裂帶端部的Muglad盆地、Bongor盆地以及斷裂帶內(nèi)部的Salamat盆地、Doseo盆地以及Doba盆地的形成。裂谷后期隨著伸展應(yīng)力的釋放，盆地性質(zhì)由裂谷斷陷逐漸轉(zhuǎn)換為熱沉降坳陷。在早白堊世阿普特期，盆地完全進(jìn)入了以整體熱沉降為特征的坳陷期。

圖12 Muglad盆地三類凹陷縱向成藏組合差異Fig.12 Diversity of vertical plays in the Muglad Basin

5.2.2 第二裂谷旋回

晚白堊世康尼亞克期-古新世是Muglad盆地的第二裂谷旋回，其沉積記錄是Darfur群-Amal組。當(dāng)時(shí)為中非剪切帶活動(dòng)的后期，印度板塊快速北移的時(shí)期。土倫期之后，南大西洋與非洲板塊完全分離，此后大西洋活動(dòng)對(duì)中非剪切帶與非洲板塊的影響不再明顯(竇立榮等, 2006a)(圖 11b)。印度洋在晚白堊世早期快速張開，在非洲中部形成了自東向西減弱、近NE-SW向伸展應(yīng)力場(chǎng)(Binks and Fairhead, 1992; Guiraud and Maurin, 1992; Maurin and Guiraud, 1993；孫海濤等, 2010; 李江海等, 2014)。在該伸展應(yīng)力背景下，Muglad盆地在康尼亞克期進(jìn)入了第二裂谷期。盆地各凹陷長(zhǎng)軸方向與該應(yīng)力場(chǎng)方向夾角的不同導(dǎo)致了各凹陷伸展分量大小的差異。與該應(yīng)力場(chǎng)方向近垂直的Kaikang坳陷發(fā)生了強(qiáng)烈的伸展，長(zhǎng)軸方向與其近平行的Sufyan凹陷獲得伸展分量少，表現(xiàn)為第二演化階段沉降幅度和沉積充填速度均很小，而長(zhǎng)軸方向與該應(yīng)力場(chǎng)方向夾角介于上述兩類之間的凹陷，則表現(xiàn)出第二演化階段基底沉降幅度和沉積充填速度亦介于兩者之間，例如Fula凹陷沉積中心Darfur群厚度為969m，介于Sufyan凹陷沉積中心Darfur群320m與Kaikang坳陷沉積中心Darfur群5065m之間(圖1、圖10、圖11)。

Muglad盆地第二裂谷旋回末期，由于中非剪切斷裂帶逐漸由右行走滑轉(zhuǎn)為左行走滑(Binks and Fairhead, 1992; 魏永佩和劉池陽, 2003; Kelleretal., 2006)，造成了剪切帶內(nèi)部盆地發(fā)生了一定程度的反轉(zhuǎn)抬升。與此同期，歐洲板塊與非洲板塊的擠壓碰撞在非洲板塊內(nèi)部形成了近南北向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)(Genik, 1993; 潘校華等, 2005; 田作基等, 2005; 竇立榮等, 2006a; 余朝華等, 2013; 肖坤葉等, 2014)，也加劇了盆地的反轉(zhuǎn)抬升。這些事件導(dǎo)致了位于剪切帶內(nèi)部、同時(shí)長(zhǎng)軸方向與擠壓應(yīng)力方向夾角大的Sufyan凹陷發(fā)生了擠壓反轉(zhuǎn)，而對(duì)長(zhǎng)軸方向與擠壓方向夾角較小、且遠(yuǎn)離剪切帶的Kaikang坳陷影響較小。

在古近紀(jì)古新世時(shí)(～65Ma)，印度板塊完全脫離了非洲塞舌爾群島(黃寶春等, 2010)，非洲板塊伸展活動(dòng)減弱，盆地內(nèi)部不再發(fā)生明顯地差異沉降，盆地在古新世進(jìn)入了第二坳陷期。

5.2.3 第三裂谷旋回

始新世-上新世是Muglad盆地的第三裂谷旋回，其沉積記錄是Nayil組-Tendi組-Adok組-Zeraf組。這一地質(zhì)歷史時(shí)期，紅海裂谷張開(圖11c)。該構(gòu)造事件在非洲板塊內(nèi)部形成了自東向西減弱、近NE-SW向的伸展應(yīng)力場(chǎng)(Binks and Fairhead, 1992; 孫海濤等, 2010; 李江海等, 2014)，導(dǎo)致中非剪切帶東部盆地正斷層活動(dòng)和斷塊翹傾作用(魏永佩和劉池陽, 2003; 竇立榮等, 2006a)。受該應(yīng)力場(chǎng)的影響，盆地于始新世早期進(jìn)入第三裂谷期。隨著該伸展應(yīng)力的釋放，盆地由伸展斷陷逐漸轉(zhuǎn)換為熱沉降，并于中新世塞拉瓦萊期完全進(jìn)入了整體坳陷期，接受了Adok組-Zeraf組沉積。

與第二裂谷旋回不同的是，此裂谷旋回作用在Muglad盆地的伸展量減小，具體表現(xiàn)為Sufyan凹陷沉降與沉積充填同比第二演化階段更小，凹陷對(duì)該演化階段響應(yīng)記錄十分微弱。同樣地Fula凹陷和Kaikang坳陷在該演化階段的沉降與沉積充填同比第二演化階段幅度和速率均明顯減小。

5.3 后裂谷期

從上新世以來，盆地構(gòu)造活動(dòng)趨于停止，進(jìn)入了準(zhǔn)平原化階段。

6 關(guān)于不同疊合裂谷盆地類型對(duì)油氣的控制作用的討論

三期裂谷作用在盆地范圍內(nèi)發(fā)育與疊合的時(shí)空差異對(duì)油氣成藏條件及其分布具有重要控制作用。

6.1 不同類型凹陷縱向上主力成藏組合的差異

早斷型凹陷：以第一斷坳演化為主要演化階段，此后兩期斷坳演化微弱，并缺少構(gòu)成中、上成藏組合的地質(zhì)條件。該類凹陷主力成藏組合為下組合，其儲(chǔ)蓋配置關(guān)系為AG組自生自儲(chǔ)自蓋，主力產(chǎn)油層系為AG組內(nèi)部薄層砂體，比如Sufyan凹陷目前發(fā)現(xiàn)的油氣均位于該組合(圖 12)。

繼承型凹陷：第一、第二斷坳演化都具有重要影響，但第三斷坳演化微弱、缺乏構(gòu)成上部成藏組合條件。該類凹陷可發(fā)育下組合和中組合兩套成藏組合，但主力成藏組合為中部組合，其生儲(chǔ)蓋配置關(guān)系為AG組烴源巖提供油源、Bentiu組辮狀河砂體作為儲(chǔ)層以及Darfur群的Aradeiba組泥巖提供蓋層。Bentiu組為主力產(chǎn)油層系，占目前油氣探明儲(chǔ)量的85%左右，F(xiàn)ula凹陷該組合占目前探明儲(chǔ)量的82%(圖12)。

活動(dòng)型凹陷：三期斷坳演化均具有重要影響，與前兩者相比，第三斷坳演化發(fā)育完整。此類凹陷可發(fā)育三套成藏組合。第三斷陷期活動(dòng)的斷裂溝通了深部油源，使得油氣在淺層的上部成藏組合聚集成藏。目前該類型凹陷發(fā)現(xiàn)的油氣主要集中在上部和中部成藏組合，在Hilba地區(qū)上部組合發(fā)現(xiàn)的油氣約占46%，中部組合發(fā)現(xiàn)的油氣約占38%(圖 12)。

6.2 不同疊合類型油氣成藏模式

早斷型凹陷的主力成藏組合為下組合，油氣主要為斷層相關(guān)的構(gòu)造型和巖性地層型油氣藏，主要分布在斷陷緩坡及中央斷裂構(gòu)造帶及三角洲前緣-前三角洲相帶。繼承型凹陷的主力成藏組合為中組合，油氣主要受斷裂帶控制?；顒?dòng)型凹陷的主力成藏組合為上組合和中組合，油氣主要沿長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的斷裂帶和晚期活動(dòng)的斷裂帶分布。

7 結(jié)論

(1) Muglad盆地自中生代以來的演化過程可劃分為三大構(gòu)造階段，分別對(duì)應(yīng)盆地第一裂谷斷陷期(早白堊世-晚白堊世初期)、第二裂谷斷陷期(晚白堊世-古新世)和第三裂谷斷陷期(始新世-上新世)。

(2)依據(jù)三期裂谷作用在各凹陷的發(fā)育程度差異及構(gòu)造沉降和沉積充填過程的不同，將各凹陷裂谷疊加方式劃分為早斷型、繼承型與活動(dòng)型。其中早斷型凹陷以Sufyan凹陷最為典型，繼承型凹陷以Fula凹陷最具代表，而活動(dòng)型則以Kaikang坳陷最為典型。

(3)造成各凹陷裂谷作用疊加方式不同的主要因素為三期裂谷作用的應(yīng)力場(chǎng)來源、大小、方向，特別是各凹陷長(zhǎng)軸方向與應(yīng)力場(chǎng)方向夾角大小的差異。第一裂谷作用期的應(yīng)力場(chǎng)來源主要為由中非剪切帶剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)換的伸展應(yīng)力，該應(yīng)力誘導(dǎo)了盆地的形成；第二裂谷作用期的應(yīng)力場(chǎng)來源主要為印度板塊快速北移在非洲板塊內(nèi)部形成了自東向西減弱、近NE-SW向伸展應(yīng)力場(chǎng)，該伸展應(yīng)力與各凹陷長(zhǎng)軸不同夾角的差異導(dǎo)致了各凹陷第二裂谷作用發(fā)育程度的差異；第三裂谷作用主要是紅海裂谷的形成在非洲板塊內(nèi)部形成了自東向西減弱、近NE-SW向的伸展應(yīng)力場(chǎng)。

(4)三期裂谷作用在盆地范圍內(nèi)發(fā)育與疊合的時(shí)空差異對(duì)油氣分布具有重要控制作用。在各凹陷縱向上主力成藏組合的差異方面，早斷型凹陷的主力成藏組合為AG組自生自儲(chǔ)自蓋型的下組合，繼承型凹陷的主力成藏組合為中組合，而活動(dòng)型凹陷則以上組合和中組合為主。在平面分布方面，早斷型凹陷的主力成藏組合AG組油氣主要為斷層相關(guān)的構(gòu)造型和巖性地層型油氣藏，主要分布在斷陷緩坡及中央斷裂構(gòu)造帶及三角洲前緣-前三角洲相帶；繼承型凹陷的主力成藏組合為中組合，主要受斷裂帶控制；活動(dòng)型凹陷主力成藏組合為上組合和中組合，主要受繼承性斷裂和晚期斷裂帶控制。

致謝本文寫作過程中引用了中國(guó)石油集團(tuán)重大科技專項(xiàng)“海外重點(diǎn)戰(zhàn)略大區(qū)勘探技術(shù)研究與應(yīng)用”之《蘇丹Muglad盆地精細(xì)勘探領(lǐng)域評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選》的大量研究成果及中國(guó)石油國(guó)際勘探開發(fā)有限公司有關(guān)資料；李曰俊教授與于炳松教授兩位評(píng)審專家提出了許多建設(shè)性意見與詳細(xì)的修改建議；編輯部作出了辛勤的工作；在此一并致謝！