蘇丹Muglad盆地Fula凹陷白堊紀斷陷期沉積模式

吳冬，朱筱敏，李志，蘇永地，劉英輝，張夢瑜，宋儉峰，劉愛香，陳相亦，趙東娜

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院；3.中國石油勘探開發(fā)研究院；4.中國海洋石油上海分公司；5.殼牌中國勘探與生產(chǎn)有限公司）

蘇丹Muglad盆地Fula凹陷白堊紀斷陷期沉積模式

吳冬1,2，朱筱敏1,2，李志3，蘇永地3，劉英輝4，張夢瑜1,2，宋儉峰1,2，劉愛香3，陳相亦1,2，趙東娜5

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院；3.中國石油勘探開發(fā)研究院；4.中國海洋石油上海分公司；5.殼牌中國勘探與生產(chǎn)有限公司）

基于巖石學(xué)、測井相、地震相和砂巖時空分布研究，對蘇丹Muglad盆地Fula凹陷白堊紀斷陷沉積體系分布進行預(yù)測，建立兩期斷陷沉積模式。Fula凹陷白堊紀發(fā)育兩期斷陷8個三級層序，識別出辮狀河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊和濁積扇等5種沉積相。Fula凹陷西部陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲—曲流河三角洲相，東部斷階帶發(fā)育辮狀河三角洲—曲流河三角洲相，凹陷中央發(fā)育湖泊和濁積扇相。比較兩期斷陷沉積模式認為：早白堊世Abu Gabra組沉積期斷陷活動強烈，沉積體系分布受同沉積斷層影響較大，沉積物搬運堆積存在優(yōu)勢通道和有利地區(qū)，晚白堊世Darfur群沉積期斷陷作用減弱，沉積體系分布受同沉積斷層影響較小，沉積物廣泛分布。圖7表1參10

斷陷湖盆；沉積相；沉積模式；蘇丹；Fula凹陷；Muglad盆地

0 引言

Muglad盆地Fula凹陷白堊系自下而上沉積了Abu Gabra組、Bentiu組和Darfur群。目前Fula凹陷油氣勘探開發(fā)層位主要是Bentiu組，且大多為構(gòu)造圈閉油氣藏[1-3]，Abu Gabra組為本區(qū)主力烴源巖，Bentiu組為儲集層，Darfur群Aradeiba組為蓋層[4-6]。目前對Fula凹陷深部Abu Gabra組和淺層Darfur群沉積相分布及模式研究較少，本文基于多種資料分析，建立Muglad盆地Fula凹陷白堊紀被動裂谷盆地不同期次斷陷沉積模式。

1 研究區(qū)概況

Fula凹陷總體呈近南北向長條狀展布，西側(cè)為控凹斷層，東側(cè)為Fula東斷層，東北部地層逐漸上超、尖滅，東南部為槽狀負向構(gòu)造，西南以Kaikang北斷裂為界。根據(jù)凹陷結(jié)構(gòu)和斷裂特征，F(xiàn)ula凹陷可劃分為西南部斷階緩坡帶、南部次凹、西部陡坡帶、中央斷裂帶、東部斜坡帶、北部次凹和東北部斷階緩坡帶等7個構(gòu)造單元（見圖1）。

白堊紀至今，F(xiàn)ula凹陷共經(jīng)歷了3次斷陷，第1次為早白堊世Abu Gabra組沉積期，第2次為晚白堊世Darfur群沉積期，第3次為漸新世—中新世Nayil—Tendi組沉積期。前兩期斷陷作用較為強烈，第3期較弱，主要對前兩期構(gòu)造進行了一定改造[7-9]。Abu Gabra組發(fā)育厚層湖相烴源巖，Darfur群自下而上發(fā)育Aradeiba組泥巖蓋層，Zarqa組和Ghazal組砂巖儲集層（見圖1）。

圖1 Fula凹陷構(gòu)造位置與白堊系沉積層序特征（據(jù)文獻[1]修改）

2 三級層序劃分及沉積可容納空間特征

本次研究通過測井層序邊界和地震層序邊界劃分，并結(jié)合地震剖面對比，較為準確地識別出研究區(qū)層序邊界所對應(yīng)的層序地層界面，最終建立層序地層格架。Abu Gabra組和Darfur群共可劃分為2個二級層序，8個三級層序，其中Abu Gabra組可劃分為5個三級層序，自下而上分別為SQa1、SQa2、SQa3、SQa4和SQa5；Darfur群可劃分為3個三級層序，自下而上分別為SQd1、SQd2、SQd3（見圖1）。Baraka組在本區(qū)剝蝕嚴重，從井或地震資料上均難以與Ghazal組區(qū)分開，因此合并到SQd3。

SQa1—SQa5沉積期（第1斷陷期），F(xiàn)ula凹陷構(gòu)造作用強烈，可容納空間較大、沉積厚度較大，尤其是SQa2和SQa4沉積期，凹陷中央地區(qū)長期處于欠補償狀態(tài)，湖相泥巖發(fā)育，成為本區(qū)主力烴源巖；SQd1—SQd3沉積期（第2斷陷期），F(xiàn)ula凹陷構(gòu)造活動減弱，地形變緩，可容納空間變小，相應(yīng)地，不同三級層序沉積地層厚度減薄。兩個斷陷期構(gòu)造演化存在較大差異，控制了三級層序格架內(nèi)部可容納空間變化和沉積充填過程，也決定了兩期斷陷沉積模式的差異。

3 沉積充填和沉積體系分布特征

3.1 沉積相類型

3.1.1 巖石學(xué)特征

從Abu Gabra組和Darfur群巖心和鏡下薄片資料中可識別出4類沉積相，分別為辮狀河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲和湖相。

辮狀河三角洲沉積相巖性以深灰色泥巖、灰色粉砂巖、棕色中—粗砂巖和細礫巖為代表，總體為向上變細的間斷性正韻律，可見楔狀交錯層理和沖刷面（見圖2a），正韻律指示水道沉積，反韻律指示河口壩沉積，復(fù)合韻律代表水道對河口壩的沖刷，砂巖段間泥巖保存較差，反映河道改道頻繁。辮狀河三角洲沉積顆粒分選中等—好，磨圓略差，以次棱—次圓狀為主（見圖2b），粒間孔隙較大，黏土礦物含量低。

曲流河三角洲沉積相巖性主要為粉砂巖和砂巖，發(fā)育楔狀交錯層理、斜層理或平行層理（見圖2c），巖石鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，顆粒磨圓、分選中等—好，多為點接觸，黏土礦物含量低，孔隙度較高，說明沉積物經(jīng)受了長時間的反復(fù)淘洗（見圖2d）；礫石含量低，礫石呈次棱—次圓狀、分選中等，成熟度較高。水道沖刷面之下的泥巖保存良好，說明水道穩(wěn)定。

圖2 研究區(qū)巖心和薄片照片

扇三角洲沉積相巖性以礫巖、砂礫巖和泥巖為主。扇三角洲前緣礫巖顆粒分選中等—好，以次圓狀為主（見圖2e），顆粒支撐，呈一定程度定向性，反映了牽引流特征；泥巖撕裂屑指示快速近源堆積；泥巖多為灰綠色或淺灰色。扇三角洲與辮狀河三角洲類似，水道頻繁改道，沖蝕底部泥巖。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)扇三角洲前緣水道沉積顆粒分選中等—好，磨圓性較差，顆粒間雜基含量低，孔隙度大于20%，水道間泥質(zhì)含量增大，阻塞孔隙，泥質(zhì)分布顯層狀特征（見圖2f、2g）。

湖相沉積主要分布于Fula凹陷北部次凹和南部次凹，包括濱淺湖和半深湖—深湖亞相。湖相沉積以泥巖為主，泥巖顏色隨深度增大而加深，從灰色逐漸變?yōu)樯罨疑秃谏ㄒ妶D2h），發(fā)育水平層理。巖性序列主要表現(xiàn)為大段厚層泥巖夾薄層砂巖，砂巖形成于三角洲、重力流和灘壩沉積環(huán)境中。

3.1.2 測井相識別

利用自然伽馬、聲波時差、自然電位等多種測井曲線，在研究區(qū)進行測井相識別，共識別出箱形、鐘形、漏斗形、指形和復(fù)合形等5種測井相。

曲流河三角洲前緣水下分流河道巖性為大套純砂巖或夾薄層泥巖，測井曲線為低自然伽馬、低聲波時差的箱形或齒化箱形（見圖3a），隨頂部泥質(zhì)含量增大，測井曲線相應(yīng)變?yōu)殓娦?，反映水流能量向上逐漸減弱。

辮狀河三角洲前緣水下分流河道測井曲線多為鐘形或齒化鐘形，反映了水動力向上減弱過程，多個鐘形疊加代表了水下分流河道的改道遷移。河口壩底部為泥巖，頂部為砂巖，自然伽馬曲線呈漏斗或陀螺狀（見圖3b）。辮狀河三角洲前緣水道密布，河口壩經(jīng)常被水下分流河道沖蝕，殘余壩體與河道砂礫疊加。

湖相環(huán)境發(fā)育粉細砂巖和泥巖，測井曲線多為指形，指形頻繁出現(xiàn)指示濱淺湖環(huán)境中砂泥巖間互沉積（見圖3c），如不頻繁則指示半深湖—深湖環(huán)境。

扇三角洲前緣自然伽馬相對高值，齒化嚴重，指示了雜基支撐的砂泥巖混雜堆積，測井曲線形態(tài)以齒化箱形為主，亦可見鐘形或齒化鐘形，漏斗形和復(fù)合形十分少見（見圖3d）。

3.1.3 地震相識別

根據(jù)地震相參數(shù)組合特征，在Abu Gabra組和Darfur群內(nèi)部8個三級層序內(nèi)識別出席狀平行—亞平行、前積、丘狀、楔狀充填、雜亂等多種地震相類型（見圖4）。高頻、中—高振幅、連續(xù)性好的平行席狀地震相地層厚度相對穩(wěn)定，反映前三角洲或湖相沉積，鉆井揭示其巖性主要為灰黑色、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及灰色砂巖。中—低頻、中振幅、中連續(xù)性的亞平行波狀地震相反映三角洲平原沉積，巖性主要為灰色泥巖、粉砂巖、砂巖及砂礫巖。中—高頻、中振幅、中連續(xù)性的前積反射地震相通常反映三角洲前緣沉積，研究區(qū)主要為S型、低角度斜交、疊瓦狀前積，巖性主要為棕色泥巖，灰色泥巖，灰色粉砂巖、砂巖以及砂礫巖。中頻、中振幅、中連續(xù)性的楔狀反射地震相指示三角洲前緣沉積，分布于凹陷東側(cè)。中—高頻、變振幅的下切-充填地震相可能是水下侵蝕河道遷移的地震響應(yīng)，多見于研究區(qū)SQa1和SQa2層序，分布極為有限。研究區(qū)中頻、中振幅丘狀和透鏡狀地震相大多指示三角洲沉積或濁積巖，該地震相多集中在SQa5及SQa4層序內(nèi)。鄰近控凹斷裂的雜亂地震相多指示扇三角洲沉積，斷階帶和深部層位（如SQa1）大規(guī)模雜亂地震相則不具沉積意義。

3.2 沉積相平面分布

將巖心和鏡下觀察與測井資料相互標定，用測井解釋成果標定地震相，將地震相轉(zhuǎn)化為沉積相從而確定各三級層序內(nèi)沉積相分布特征。

3.2.1 Abu Gabra組

Fula凹陷Abu Gabra組經(jīng)歷了初始斷陷階段、初次沉降階段、短暫抬升階段、劇烈沉降階段和短暫回返階段，形成了5個三級層序。

研究區(qū)SQa1層序資料極少，從鉆遇井來看巖相組合為棕褐色、紅色泥巖和砂巖互層，反映氧化暴露的沉積環(huán)境，推測發(fā)育沖積平原或扇三角洲—淺湖相。

SQa2—SQa4層序經(jīng)歷了湖侵—湖退—湖侵過程，沉積面貌主體變化不大，Jake區(qū)扇三角洲亞相隨湖面下降由前緣轉(zhuǎn)為平原，至SQa4再次變?yōu)榍熬?，并在前端發(fā)育重力流沉積（見圖5a）。Keyi區(qū)扇三角洲規(guī)模很小。Moga區(qū)和Baleela區(qū)供源持續(xù)穩(wěn)定，早期發(fā)育辮狀河三角洲，SQa4沉積期轉(zhuǎn)為曲流河三角洲，扇體范圍變化不大，井上砂地比較為穩(wěn)定。Fula區(qū)供源不足，持續(xù)發(fā)育湖相泥巖和灘壩砂體沉積。研究證實在湖平面上升期，較穩(wěn)定構(gòu)造背景下形成的緩坡地形有利于湖盆邊緣濱淺湖相的廣泛發(fā)育，灘壩砂體在平面上展布面積較大，常呈較寬條帶狀，平行岸線分布。

SQa5沉積期湖平面再次下降，西部扇三角洲進積，Keyi區(qū)巖心可見槽狀交錯層理；Fula區(qū)東北部發(fā)育新的物源（見圖5b），自東往西進積，并與同樣進積的Baleela曲流河三角洲合并，在前緣滑塌形成Fula西區(qū)滑塌濁積體。SQa5沉積末期，東部Moga曲流河三角洲和Fula—Baleela辮狀河—曲流河三角洲扇體相互疊置，相邊界很難嚴格區(qū)分開，至Darfur群沉積期東部扇體全部連成一片。

圖3 典型沉積相測井響應(yīng)（GR—自然伽馬；SP—自然電位；RXO—沖洗帶電阻率；RLLs—淺側(cè)向電阻率；RLLd—深側(cè)向電阻率；Δt—聲波時差；RILD—電導(dǎo)率）

3.2.2 Darfur群

由于資料有限，前人對Darfur群的沉積學(xué)研究很少。Darfur群為本區(qū)第2期斷陷沉積，發(fā)育斷陷湖盆（扇）三角洲—湖泊沉積體系[10]，同時由于斷陷作用減弱，同沉積斷裂對沉積層序控制并不明顯。分析認為，SQd2與SQd3均為基底沉降緩慢的斷陷沉積，三角洲分布范圍廣，湖相沉積范圍小。

SQd1（Aradeiba組）沉積期湖平面上升，發(fā)育厚層紅色或灰綠色泥巖，揭示淺水湖盆在缺少物源供給情況下持續(xù)緩慢發(fā)育的過程。泥巖中普遍夾1～3段薄層砂巖，單砂層厚數(shù)米，發(fā)育層位相對固定，可對比。結(jié)合巖心資料、現(xiàn)代鄱陽湖淺水三角洲沉積模式，認為SQd1沉積期西部斷裂處發(fā)育小規(guī)模薄層扇三角洲砂體，東部發(fā)育曲流河三角洲（見圖6a）。

圖4 Fula凹陷Abu Gabra組和Darfur群典型地震相

圖5 Fula凹陷Abu Gabra組沉積相平面分布

SQd2層序（Zarqa組）沉積特征相對簡單，湖平面下降，全區(qū)發(fā)育曲流河三角洲前緣砂泥巖，不同地區(qū)各井砂泥巖測井響應(yīng)具有可比性，指示多個演化過程相似的扇體同時存在（見圖6b），凹陷西部為兩個獨立扇體，而東部Moga—Fula—Baleela曲流河三角洲疊加連片，廣泛分布（見圖6b）。

SQd3層序（Ghazal組+Barak組）沉積面貌與SQd2類似，湖平面上升致使砂體規(guī)模減小，扇體退積萎縮，至SQd3沉積末期才開始新的進積。

圖6 Fula凹陷Darfur群沉積相平面分布

4 兩期斷陷沉積模式

陸相斷陷盆地沉積體系演化與構(gòu)造作用密切相關(guān)。Abu Gabra組和Darfur群均沉積于Fula凹陷斷陷階段，均發(fā)育斷陷湖盆常見的扇三角洲、曲流河三角洲、辮狀河三角洲和湖泊相沉積體系，不同之處在于Abu Gabra組平均厚度為4 500 m，約為Darfur群平均厚度（790 m）的6倍，占全部沉積地層厚度的68%，基本奠定了Fula凹陷構(gòu)造形態(tài)，可見第1斷陷期沉降幅度之大。第2斷陷期構(gòu)造活動較弱，更多地是對第1斷陷期構(gòu)造的繼承和改造。

第1斷陷期研究區(qū)快速沉降，西部控凹斷裂活動頻繁、劇烈，形成了Jake沖積扇及扇三角洲，物源供給方向自西往東，在北部次凹堆積形成厚層扇三角洲砂體，巖心觀察可見液化脈構(gòu)造；同樣位于陡坡帶的Keyi區(qū)扇三角洲規(guī)模較小，其南部Fula南斷裂活動較晚，造成該區(qū)扇體規(guī)模在第2斷陷期后期逐漸增大；東北部斷階緩坡帶早期發(fā)育辮狀河三角洲，后期相變?yōu)榍骱尤侵?；東部斜坡帶沉積過程相對復(fù)雜，早期缺少物源供給，在斷階帶淺水區(qū)正斷層下盤發(fā)育灘壩砂，后期發(fā)育自東往西供給的物源，發(fā)育辮狀河三角洲（AG1段），至Darfur群沉積期發(fā)育曲流河三角洲；Baleela辮狀河三角洲—曲流河三角洲主體位于工區(qū)外，砂體順Fula凹陷東南部長軸向溝槽北部推進，形成扇體；湖盆中央主要發(fā)育濱淺湖—半深湖沉積體系，也發(fā)育濁積扇，濁積扇的形成與扇三角洲、辮狀河三角洲和曲流河三角洲的進積關(guān)系密切（見圖7a、7b）。

第2斷陷期研究區(qū)沉降速率減小，西部控凹斷層處Jake和Keyi扇三角洲逐漸過渡為曲流河三角洲。隨沉降中心南遷，Jake三角洲扇體略有減小，Keyi三角洲則略有增大；Abu Gabra組沉積末期，東部Fula和Baleela三角洲扇體已經(jīng)疊加連片，混源堆積，至Darfur群沉積期，東部三角洲全部連片，砂體厚度較薄，分布范圍較廣；Aradeiba組沉積于淺水環(huán)境，沉降速率較低，決定了可容納空間較小，沉積速率很低，決定了凹陷內(nèi)持續(xù)緩慢發(fā)育淺湖相灰綠色或雜色泥巖，淺水湖盆趨于干涸時，四周物源進積，砂體延伸至湖盆中央；Zarqa組和Ghazal組沉積期全區(qū)為曲流河三角洲相，三角洲砂體分布廣、延伸遠，被湖相泥巖分隔（見圖7c）。Darfur群沉積時凹陷水體很淺，構(gòu)造活動較弱，不利于重力流形成；東、西物源形成的三角洲各自連片，持續(xù)進積，在凹陷中軸匯聚，導(dǎo)致濱淺湖面積縮小，灘壩沉積空間隨之減?。ㄒ妶D7c，表1）。

圖7 Fula凹陷斷陷沉積模式

表1 Fula凹陷兩期斷陷構(gòu)造-沉積特征對比

總之，陸相斷陷湖盆沉積體分布受兩個重要因素控制：斷層活動和沉積物流，其對凹陷內(nèi)沉積的影響決定了斷陷沉積模式（見表1）。Abu Gabra組沉積時Fula凹陷斷陷作用極其強烈，多級同沉積斷層發(fā)育，本次研究將凹陷西部和東部控凹斷裂定義為一級斷層，凹陷內(nèi)部切穿基底的同沉積斷裂定義為二級斷層，規(guī)模較小不足以切穿基底的斷層定義為三級或四級斷層。一級或二級斷層控制了凹陷構(gòu)造格局，其強烈活動為沉積物充填提供了充足的可容納空間，對沉積物形成與發(fā)育起到了關(guān)鍵作用，在凹陷陡坡帶和緩坡帶形成了不同類型三角洲，在中央深凹帶沉積了深湖相泥巖。三級或四級斷層調(diào)整了沉積物流（如河流、重力流等）的走向，其差異活動在凹陷內(nèi)形成了多個優(yōu)勢匯水區(qū)，沉積物流總是優(yōu)先在匯水區(qū)沉積（見圖7a），三、四級斷層對沉積物的平面分布和砂體的匯聚具有重要影響。Darfur群沉積時本區(qū)斷陷作用減弱，一、二級同沉積斷層仍在活動，但生長指數(shù)降低，形成的可容納空間較小，砂礫巖粒度變細，泥巖形成于淺水環(huán)境，多為灰色或雜色，三、四級同沉積斷層幾乎停止活動，沉積物流對沉積分布的影響凸顯，加之古地貌相對平坦，為沉積物均勻廣布提供了條件。

5 結(jié)論

借助巖石學(xué)、測井相、地震相分析等手段，較為全面系統(tǒng)地研究了Muglad盆地Fula凹陷白堊紀斷陷沉積體系分布，識別出辮狀河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊和濁積扇等5種相類型，建立了Fula凹陷兩期斷陷沉積模式?？傮w而言，F(xiàn)ula凹陷西部陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲—曲流河三角洲相，東部斷階帶發(fā)育辮狀河三角洲—曲流河三角洲相，凹陷中央發(fā)育湖泊和濁積扇相。比較兩期斷陷沉積模式認為：Abu Gabra組沉積期斷陷活動強烈，沉積體系分布受同沉積斷層影響較大，沉積物搬運堆積存在優(yōu)勢通道和有利地區(qū)，Darfur群沉積期斷陷作用減弱，沉積體系分布受同沉積斷層影響較小，沉積物廣泛分布。

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（編輯 黃昌武）

Depositional models in Cretaceous rift stage of Fula sag,Muglad Basin,Sudan

Wu Dong1,2,Zhu Xiaomin1,2,Li Zhi3,Su Yongdi3,Liu Yinghui4,Zhang Mengyu1,2,Song Jianfeng1,2,Liu Aixiang3,Chen Xiangyi1,2,Zhao Dongna5
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,Beijing 102249,China;2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;4.Shanghai Branch Company,China National Offshore Oil Corporation,Shanghai 200030,China;5.Shell China Exploration and Production Co.Ltd,Beijing 100004,China)

According to the study of petrology,log-phase,seismic facies,and sandstone distribution,the distribution of the Cretaceous rift sedimentary system in Fula sag of the Muglad Basin have been predicted,and the sedimentary models in two rift periods have been established.There developed eight 3rd-order sequences in the two rift periods in the Cretaceous of Fula sag,which have 5 types of sedimentary facies,namely,braided river delta,meandering river delta,fan delta,lacustrine,and turbidite fan.There mainly developed fan delta-meandering river delta facies in the west steep slope,braided river delta-meandering river delta in the east step-fault,and lacustrine and turbidite fan facies in the center of the sag respectively in the Fula sag.It is found from comparison of the depositional models in the two rift periods that,in the depositional stage of Abu Gabra Formation in early Cretaceous,the rifting activity was strong,the distribution of sedimentary system was mainly affected by syn-sedimentary faults,and there were preferential channels and areas of sediments transportation and accumulation;in the depositional stage of Darfur Group in late Cretaceous,the rifting activity weakened,the distribution of sedimentary system was less affected by syn-sedimentary faults,and the sediments were in wide distribution.

rift lake basin;sedimentary facies;depositional model;Sudan;Fula sag;Muglad Basin

國家油氣重大專項“巖性地層油氣藏沉積體系、儲集層形成機理與分布研究”（2011ZX05001-002-005）

TE122.2

A

1000-0747(2015)03-0319-09

10.11698/PED.2015.03.08

吳冬（1987-），男，江蘇揚州人，中國石油大學(xué)（北京）在讀博士研究生，主要從事層序地層學(xué)和沉積學(xué)方面研究。地址：北京市昌平區(qū)，中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，郵政編碼：102249。E-mail:lisandpw@163.com

2014-06-09

2015-03-28