Muglad盆地Kaikang槽西斜坡沉积演化及其油气地质意义

洪 亮，陈彬滔，刘雄志，惠学智，房乃珍，苏玉平

（1.中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州730020；2.中国石油长庆油田分公司第七采油厂，西安710021）

0 引言

Muglad盆地位于苏丹和南苏丹两国交界处，是中非裂谷系的重要组成部分［1］。盆地内蕴含着丰富的油气资源，一直是中外学者及大型石油公司关注的焦点［2-9］。Muglad盆地的油气勘探始于1975年，Chevron公司与原苏丹政府首次在Kaikang槽隆起带获得了油气发现，从而开启了该盆地的勘探序幕。中国石油天然气集团公司于1995年正式介入Muglad盆地的油气勘探，已历经20多年，发现其产油区主要集中于Kaikang槽隆起区和Bamboo-Unity凹陷两侧［9-10］，Kaikang槽西斜坡区虽然已被多口探井证实富含油气资源［3，11-12］，但尚未取得重大的勘探发现。前人关于Kaikang槽西斜坡区的研究多侧重于精细构造圈闭解释，缺乏深入的地质成因分析。地震解释成果与钻探结果表明，西斜坡区发育多期构造活动，所形成的断裂系统较为复杂，多层系含油，油气成藏的主控因素尚未厘清。

通过精细构造解释和构造运动期次分析，沉积相和沉积演化研究，提出Kaikang槽西斜坡区发育2套含油气系统，明确沉积演化对烃源岩分布、圈闭形成、油气运移路径等方面的控制作用，以期为Kaikang槽西斜坡区的油气勘探提供指导。

1 区域地质概况

Muglad盆地在区域构造上属于非洲板块中部的中非巨型走滑断裂带的端部（图1），其构造演化与非洲板块（尤其是中非剪切带）的演化紧密相关，为典型的被动裂谷盆地［5，7，9，13］。盆地总体上呈“北宽南窄”的琵琶状，北西方向终止于中非剪切带，南东方向收敛于非洲板块内部，为白垩纪伸展裂陷盆地（或称大陆内裂谷盆地），面积约为11.2万km2。盆地内的第1区块、第2区块和第4区块均位于中南部，整体上具有“两凹一隆”和“两断阶两斜坡”的构造格局，分别为Kaikang凹陷、Keilak-Bamboo-Unity凹陷和Neem-Shelungo-Heglig隆起，Kaikang东断阶带、Kaikang西断阶带、东部斜坡带和西部斜坡带。

研究区位于Kaikang槽西斜坡区，面积约为2 500 km2，经历了早白垩世、晚白垩世及古近纪—新近纪早期共3次大型裂陷活动和坳陷活动［5-6，14-15］，形成了3套沉积旋回：①AG组裂陷沉积和Bentiu-Aradeiba组坳陷沉积；②Zarqa-Ghazal-Baraka裂陷沉积和Amal组坳陷沉积；③Nayil-Tendi组裂陷沉积和Adok—第四系坳陷沉积。第Ⅰ裂陷期沉积的AG 组是研究区唯一的一套烃源岩［3，11］，与上覆的Bentiu组砂岩储层和Aradeiba组泥岩盖层共同构成了一套完整的生储盖组合。因此，Bentiu组砂岩成为全区最为重要的产油层。

截至2018年，研究区共钻探井26口，其中出油井12口，探井成功率接近50%，三维覆盖面积约290 km2，全区基本实现了2 km×2 km测网密度的二维覆盖。地震剖面精细解释和钻探结果证实，研究区发育多期构造活动，所形成的断裂系统较为复杂，多层系含油，油气差异聚集特征明显。因此，通过改变了前期多侧重于寻找构造圈闭的做法，而选择过斜坡区的典型地震剖面，开展精细构造解释和沉积演化分析，从而进一步研究构造运动控制下的沉积演化对主力产油层系、烃源岩分布、圈闭形成和油气运移等的影响，以进一步加快该斜坡潜力区的油气勘探步伐。

2 构造运动与沉积演化特征

以Kaikang槽西斜坡区地震资料精细解释为基础，结合区域构造与沉积背景［13］、钻井资料以及地震相分析成果，恢复了该西斜坡区的沉积演化过程，并将其划分为3个演化阶段：早白垩世的第Ⅰ裂陷-坳陷阶段，晚白垩世—古新世的第Ⅱ裂陷-坳陷阶段，始新世—全新世的第Ⅲ裂陷-坳陷阶段。

2.1 第Ⅰ期裂陷-坳陷作用

早白垩世，受西冈瓦那板块解体和南大西洋与中大西洋开启的影响，中非剪切带附近发生了强烈的裂陷作用，形成了一系列裂谷盆地，其中包括Muglad盆地［14］。在这一区域构造背景下，Kaikang槽西斜坡区于早白垩世（AG组沉积时期）发生了强烈沉降作用，早期的沉降主要受西倾的控洼正断层影响，形成了一系列的半地堑［图 2（a）］，晚期（Bentiu组沉积时期）以整体下沉为特征［图2（b）］，并与早期沉降共同构成第Ⅰ裂陷-坳陷沉积旋回。

AG组沉积早期，西斜坡区发生强烈沉降，西倾的NWW—SEE走向控洼断层控制着多个半地堑，各半地堑均具有相对独立的沉积中心和沉积体系，整体以半深湖—深湖亚相的静水沉积为主，但陡坡带发育近源扇三角洲，缓坡带发育正常三角洲［图2（a）］。AG组沉积晚期，断裂活动强度减弱，整体处于湖平面高位期，西部物源供给增多，形成了由西向东逐渐进积的三角洲沉积［图2（a）］。

Bentiu组沉积时期盆地整体下沉，湖盆汇水区已靠近Kaikang槽，西斜坡区整体地层厚度稳定，为辫状河沉积［图2（b）］。Aradeiba组沉积时期，西斜坡区仍处于构造沉寂期，基本无断裂活动，湖平面再次上升，但西部物源供给数量明显小于AG组沉积晚期，三角洲沉积仅由西向东推进至Haraz地区，Haraz以东地区沉积了一套横向连续、垂向厚度约300 m 的湖相泥岩［图 2（b）］。

2.2 第Ⅱ期裂陷-坳陷作用

晚白垩世，受南大西洋开启的影响，中非裂谷系发生剪切运动，Kaikang槽西斜坡区于晚白垩世（Zarqa-Baraka组沉积时期）发生强烈断陷。第Ⅰ期裂陷期作用形成的西倾正断层此时发生再次活动并产生东倾调节正断层，并且东部区域还发育了一系列断至基底的东倾正断层，形成了Kaikang槽西断阶带的雏形［图2（c）］。古新世（Amal组沉积时期），裂陷作用几乎完全停止，转而发生整体沉降。

Zarqa组沉积早期，Haraz以东地区的早期形成的断裂发生二次活动并产生了一系列的伴生断层，形成了近NW—SE走向展布的条带状构造，地势较低，其上沉积了一套泛滥平原亚相沉积物，随着地貌低地逐渐被填平补齐，中后期形成了西高东低的古地貌特征，发育由西向东进积的三角洲沉积［图 2（c）］。

Amal组沉积时期，盆地整体发生沉降，西斜坡区整体上沉积厚度较为稳定，无明显的汇水中心，沉积特征类似于第Ⅰ坳陷期的Bentiu组，沉积的大套砂岩在横向上分布稳定［图2（d）］。

图2 Kaikang槽西斜坡区沉积演化剖面（剖面位置见图1）Fig.2 Sedimentary evolution profile of the west slope of Kaikang trough

2.3 第Ⅲ期裂陷-坳陷作用

始新统Nayil组沉积时期，Muglad盆地发生了第Ⅲ期裂陷作用，此期裂陷作用在一定程度上受红海开启和东非裂谷作用的远程控制。Kaikang槽西斜坡Haraz以东地区的早期正断层于始新世开始再次活动；Haraz以西地区则处于构造沉寂的斜坡环境。渐新世末期（Tendi组沉积时期），Kaikang槽西斜坡进入强烈裂陷期，Haraz以东地区的早期正断层持续活动，并发育大量与早期正断层平行且断至基底的东倾正断层，使得断裂分布更为密集；Haraz以西地区的第Ⅱ期裂陷作用形成的正断层也于此时期发生再次活动，与此同时还伴生了大量的东倾或西倾的正断层［图2（e）］。经历始新世—中新世的第Ⅲ期强烈裂陷作用之后，整个Kaikang槽西斜坡区的构造格局已基本定型，随后盆地发生整体沉降，转为坳陷作用。

Nayil组沉积早期，受第Ⅲ期裂陷作用的影响，Kaikang槽西斜坡区再次恢复成为湖相沉积环境，汇水中心位于研究区以东的Kaikang槽一带，西部物源持续向东推进，导致整个西斜坡区沉积了一套“砂多泥少”的三角洲沉积；Nayil组沉积晚期，湖平面快速上升，Kaikang槽西斜坡区逐渐变为广阔的湖相沉积环境，整个西斜坡区广泛发育滨浅湖相泥岩［图 2（e）］。

Tendi组沉积早期对应着第Ⅲ裂陷期，Haraz以西地区因正断层活动而产生了一定的可容纳空间，在此基础上沉积了一套泛滥平原沉积物。受湖平面上升的影响，Tendi组的三角洲沉积具有退积特征，Haraz以东的第Ⅲ裂陷期形成的正断层具有显著的断裂坡折特征，控制着局部砂体的富集。Tendi组沉积晚期，湖水快速上升，研究区再次形成了广阔的湖相沉积环境［图 2（f）］。

Kaikang槽西斜坡区经历的3期裂陷-坳陷作用的动力学机制存在差异性，而且每期构造活动控制的沉积特征也存在一定的差异。其中，第Ⅰ裂陷-坳陷期的断裂以南西倾向为主，产生了一系列半地堑构造特征和局部深水环境，为斜坡区发育原地烃源岩提供了便利条件；第Ⅱ裂陷-坳陷期，前期形成的断裂再次活动，派生出北东倾向的新断层，对沉积的控制作用较弱，但形成了Bentiu组构造圈闭的雏形；第Ⅲ裂陷-坳陷期主要发育北东倾向的新断层，该期的构造活动强度较大，对沉积作用的控制作用明显，且与油气生排烃高峰期相匹配，为有利的油气垂向运移通道。

3 油气地质意义

3.1 沉积演化与主力含油气系统

钻井的岩心分析资料和试油资料显示，泥岩盖层是控制研究区油气富集层位的关键因素。受上述3期构造运动的影响，研究区仅发育2套区域上稳定分布的厚层泥岩盖层，分别为Aradeiba组和Nayil组。据此，可划分出2套主力含油气系统，一套为下部的Aradeiba组泥岩盖层-Bentiu组砂岩储层组合，另一套为上部的Nayil组泥岩盖层-Nayil组砂岩储层组合。除此之外，研究区还发育两套次级的含油气系统，一套为Zarqa-Baraka组内部的砂泥岩薄互层型含油气系统，一套为AG组烃源岩内部的含油气系统，次级含油气系统的划分标志为发育局部盖层和相对薄层砂岩储层。统计结果显示，当Aradeiba组泥岩厚度＞180 m且控圈断层未将其完全错断时，Bentiu组砂岩储层即可成藏；当Nayil组上段泥岩厚度＞150 m且控圈断层未将其完全错断时，Nayil下段砂岩储层即可成藏。因此，根据泥岩盖层的厚度和平面展布情况，结合地震剖面断距解释成果，可确定上部含油气系统和下部含油气系统的有利勘探区带。总体而言，主力含油气系统的勘探以寻找构造圈闭为主，其中，下部主力含油气系统以发育原生构造油藏为主，而上部主力含油气系统以发育次生构造油藏为主，二者在平面上具有一定的互补性；次级含油气系统的勘探以寻找构造-岩性圈闭为主，油藏规模较小，产量较低。

3.2 第Ⅰ期裂陷-坳陷作用控制斜坡区原地烃源岩的展布范围

第Ⅰ期裂陷-坳陷作用导致研究区的西倾正断层在平面上呈雁列式排列，并形成了一系列半地堑构造［图 3（a），4（a）］，此类半地堑构造的内部具有强振幅地震反射特征［图4（a）］，该套强反射轴所对应的地层已被多口钻井钻遇，经井-震标定证实其为大套湖相暗色泥岩。有机地球化学分析结果表明，该套湖相泥岩的TOC值为0.3%～2.8%，平均值为1.2%，属于良好—优质烃源岩［图 4（b）］。并且，研究区钻至半地堑内部的几口井均在AG组获得工业油流，进一步证实了斜坡区半地堑内部的AG组原地烃源岩具备较大的生烃潜力。研究区所有获得工业油流的钻井均紧邻AG组半地堑内部的烃源岩发育区［图3（a）］，可以推断西斜坡区的油气以垂向运移为主，具有生烃凹陷控藏的特征，油气侧向运移距离有限。多期构造活动导致控洼正断层持续活动，形成了良好的垂向运移通道，进而促使油气优先沿控洼断层向上运移。

图3 Kaikang槽西斜坡区油气成藏条件叠合图Fig.3 Superposition of petroleum accumulation conditions in the west slope of Kaikang trough

3.3 第Ⅱ期裂陷-坳陷作用控制下部主力含油气系统圈闭的形成

第Ⅱ期裂陷-坳陷作用导致早期形成的控洼正断层再次活动，并产生一系列反向调节正断层，这些活动的正断层通常由基底延伸至Zarqa—Baraka组，反向调节断层通常向下延伸至Bentiu组，少数延伸至AG 组。统计结果显示［图3（b）～（d）］，本期形成的正断层的断距通常介于50～100 m，未完全错断断层两盘的下部含油系统的Aradeiba组盖层（其厚度通常大于180 m），进而形成了大量断距适中、对接条件较好的反向断块，为有利的勘探目标［参见图2（b）］。下部主力含油气系统的主要储集层段Bentiu组的构造（反向断块）圈闭与本期形成的断裂体系展布的叠合图反映了Bentiu组的构造圈闭形成主要受控于本期的断层活动。

3.4 第Ⅲ期裂陷-坳陷作用与主力生排烃期匹配

图5 Kaikang槽西斜坡区AG组埋藏史及烃源岩热演化史Fig.5 Burial history and thermal evolution history of hydrocarbon source rocks ofAG Formation in the west slope of Kaikang trough

图6 Kaikang槽西斜坡区成藏模式Ⅰ：上部与下部含油气系统盖层条件良好，下部含油气系统盖层未被晚期断层完全错断，油气于Bentiu组圈闭聚集成藏；Ⅱ：上部与下部含油气系统盖层条件良好，下部含油气系统盖层被晚期断层错断，但上部含油气系统盖层未被错断，侧向对接条件良好，油气于Nayil组圈闭聚集成藏；Ⅲ：下部含油气系统盖层条件差，但上部含油气系统盖层条件良好且未被完全错断，油气于Nayil组圈闭聚集成藏；Ⅳ：下部与上部含油气系统盖层条件良好，但均被晚期断层完全错断，侧向对接条件差，油气散失，成藏概率低；Ⅴ：下部与上部含油气系统盖层条件差，油气散失；Ⅵ：下部含油气系统盖层条件良好，但第Ⅲ裂谷期断层不活动，无垂向疏导能力Fig.6 Accumulation model of oil and gas in the west slope of Kaikang trough

热成熟度模拟和排烃模拟结果（图5）表明，斜坡区的AG组原地烃源岩于Amal组沉积时期开始进入生油高峰，于Nayil组沉积时期开始大量排烃，因此，第Ⅲ期裂陷-坳陷作用再次活动的控洼断裂和断至AG组的新断层控制着油气的垂向运移。2套区域盖层（上部的Nayil组上段和下部的Aradeiba组）及砂岩与泥岩侧向对接情况共同控制了油气富集的层位（图3、图6）。在2套区域盖层发育程度均较差或对接条件不好的区域，AG组原地烃源岩生成的原油沿本期活动断裂向上运移散失，通常无法聚集成藏。在下部主力含油气系统中，如果Aradeiba组盖层发育良好且侧向对接条件有利的区域，油气优先在下部的Bentiu组储层中聚集成藏；在下部主力含油气系统中，如果盖层条件欠佳或侧向对接条件不利，但是上部主力含油气系统中的Nayil组盖层条件良好且侧向对接条件有利的区域，油气可长距离垂向运移至Nayil组下段砂岩储层中聚集成藏。因此，Kaikang槽西斜坡区的油气富集模式主要表现为“断层-盖层共同控藏”和“多层系差异聚集”的特征（图 3、图 6）。

4 结论

（1）Muglad盆地Kaikang槽西斜坡区经历了3期构造演化，分别为早白垩世第Ⅰ期裂陷-坳陷作用、晚白垩世—古新世的第Ⅱ期裂陷-坳陷作用和始新世—全新世的第Ⅲ期裂陷-坳陷作用。这3期构造运动造就了不同的沉积响应特征，控制着各时期三角洲、近岸水下扇、河流、泛滥平原及湖泊相沉积体系的空间分布。

（2）Kaikang槽西斜坡区早白垩世—古近纪的构造运动和沉积演化形成了2套主力含油气系统，一套为Nayil组上段湖相泥岩盖层与Nayil组下段三角洲相砂岩储层所构成的上部含油气系统，一套为Aradeiba组湖相泥岩盖层与Bentiu组河流相砂岩储层所构成的下部主力含油气系统，为勘探有利区。

（3）早白垩世的第Ⅰ期裂陷-坳陷作用控制了斜坡区的原地烃源岩的展布范围，晚白垩世的第Ⅱ期裂陷-坳陷作用控制了下部主力含油气系统的圈闭形成，古近纪的第Ⅲ期裂陷-坳陷作用使得控洼断裂再次活动，且其产生的断至AG组的新断裂控制着油气的垂向运移通道。上述3期构造活动造就了Kaikang槽西斜坡区“断层-盖层共同控藏、多层系差异聚集”的油气富集模式。