苏丹Muglad 盆地Fula 凹陷Jake 地区白垩系层序地层及沉积演化特征

陈 诚，朱怡翔，李顺明，石军辉，韩如冰

（1.中海油研究总院有限责任公司，北京100028；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油尼罗河有限公司，苏丹）

非洲东部发育大量的裂陷盆地，其内部因含有大量的油气而在近年来引起广泛关注。 Jake油田位于苏丹最大的裂谷盆地Muglad盆地内，其白垩系储层自2005年正式投入开发以来，以其成本低（每桶发现成本不足1 ＄），产量高（日产近20 000 桶），品质好（以稀油为主）而受到了高度重视。 目前Jake油田主力产区集中在西南部构造高部位，而东部具有油气显示的新井说明构造低部位存在获得工业油流的潜力。 目前，Muglad盆地已有层序地层、沉积体系、沉积和成藏模式的大量研究成果［1-5］，但主要区域为Fula凹陷的下白垩统Abu Gabra组，而对整个白垩系的层序地层分析和沉积体系研究尚不充分，油气富集规律认识不清， 阻碍了发现新区块的步伐。本次研究，一方面结合岩心、测井和三维地震资料，明确Jake地区的层序地层结构；另一方面，在高精度层序格架内进行沉积体系研究， 通过研究Fula凹陷西北部的边界断层， 厘清Jake地区断裂活动对沉积体系发育的影响。 建立该地区的沉积体系和沉积模式，不仅可为开发井网的布置和调整提供可靠的依据，为进一步的勘探开发提供研究基础，对于有利区块的预测也具有重要的借鉴意义。

1 研究区概况及构造特征

Fula凹陷位于Muglad盆地内，为北北西-南南东走向的被动裂谷盆地， 凹陷内部划分为7个构造单元［5］。 Jake地区位于Fula凹陷西北缘的北部次凹内部，西邻边界断层带，面积约为187 km2（图1），其白垩系自下而上沉积了AbuGabra组、Bentiu组和Darfur群 （图2）。 Abu Gabra时期构造活动活跃，Bentiu和Darfur时期构造相对稳定， 为盆地拗陷期， 而到Darfur群晚-末期，构造活动重新活跃［6-7］，在Jake地区形成“两断一坳”的3期构造层。

图1 研究区位置

图2 Jake地区西部陡坡带构造剖面（剖面位置见图1）

早白垩世非洲-南美泛大陆裂开［8］，强烈的断陷作用使盆地可容空间迅速增大，随着大量沉积物近源卸载，后期可容空间逐渐减小；到早白垩世晚期，构造相对稳定，断陷盆地转化为拗陷盆地；伴随着原始大西洋的扩张， 晚白垩世盆地构造重新活跃，中非大断裂的走滑作用对Muglad盆地发生强烈改造，形成第二期裂陷构造层。

2 地层格架的建立

本文应用陆相层序地层学理论和方法，根据岩性的不同、测井曲线的回返幅度差和地震同相轴振幅和连续性的差异，按照“分级控制，旋回对比”的思路， 参考Muglad盆地已有层序地层划分方案，建立研究区不同级次的层序地层格架。

2.1 地层发育特征

Muglad盆地白垩系为一套陆源碎屑沉积，最大厚度15 000 m，发育在前寒武系变质岩基底上［9］。 下白垩统AbuGabra组以砂泥互层为主， 下部为一套中-粗粒灰白色碎屑岩夹棕红色、 棕灰色和灰色泥岩；中部为浅-深灰色、棕色泥岩夹灰白色砂岩；上部岩性变粗，砂岩较为发育，为灰白色砂岩、粉砂岩和灰色泥岩互层， 局部为厚层砂岩夹薄层泥岩，偶见煤线。 下白垩统Bentiu组发育灰绿色、灰色砂岩和褐色泥岩，局部含砾，砂岩粒度变化大，主要为厚层砂岩夹薄层粉砂岩。 上白垩统Darfur群以还原环境下发育的灰色泥岩、砂质泥岩和粉砂岩为主。

2.2 二级层序界面的识别

二级层序划分的依据是二级幕式构造旋回［10］。

Muglad盆地白垩系可划分出两个构造幕，下白垩统为一完整的构造幕， 包括早期断陷阶段和晚期拗陷阶段； 上白垩统属于第二幕的早期断陷阶段，与上覆古新统Amal组共同构成一个完整的构造幕［11-12］。本次识别出SB1～SB8共8个层序界面。构造幕边界SB0、SB7 和SB8 及其内部断-拗转换面SB4界线明显，以此作为区域二级层序的边界（图3）。

白垩系底界面SB0对应的是下白垩统与前寒武系的角度不整合面，为Muglad盆地规模最大的不整合面之一。 界面之下主要发育花岗片麻岩，界面之上发育砂砾岩。SB4是AbuGabra组与Bentiu组的分界面，为第一构造幕断-拗转换的界面。 岩心上，下伏AbuGabra组顶部砂泥岩与界面之上的Bentiu厚层砂岩呈突变接触。 测井曲线上，界面之下伽马值中等、电阻率中等，整体呈漏斗状；界面之上测井曲线为齿化的箱形，伽马值小，电阻率值大，界面上下可识别出曲线的突变。 地震剖面上，同相轴由亚平行-低振幅变为平行-高振幅的反射。 SB7是Bentiu组和Darfur群的界面， 是上白垩统Cenomanian阶［11-14］与Turonian阶之间的不整合面， 受米兰科维奇旋回周期控制， 在Cenomanian中期和末期分别发生两次全球性海平面快速下降［15］，基准面短暂大幅度降低，形成一套区域不整合面，不整合面上部气温迅速回升，形成一套稳定泥岩段，测井曲线由下至上回返明显，地震剖面由中振幅-较连续-平行反射变为强振幅-好连续-平行反射。SB8是白垩系Darfur群和古近系Amal组的分界，为一基准面下降所形成区域不整合面，界面之下的砂泥岩与界面之上的砂砾岩突变接触。 测井曲线上表现为向上伽马值减小，电阻率值增大。 在地震剖面上表现为由亚平行-低振幅向上变为平行-高振幅反射。

图3 层序地层综合分析

2.3 三级层序界面的识别

陆相盆地三级层序是反映湖平面变化的层序地层基本单元。 三级层序界面对应的是可容空间与物源供给关系发生明显转化的时期，一般表现为不整合面或由进积向退积转变的整合面［16］。 Abu Gabra组和Bentiu组内部地层连续沉积，无明显不整合面， 但在退积层序变为进积层序的转换处岩性整体逐渐变粗； 对应测井曲线伽马值由高变低，电阻率由小变大；地震剖面反射轴连续性变好，振幅由中等变强。 以此为依据在Abu Gabra组和Bentiu组内分别划分出SB1、SB2、SB3、SB5和SB6五个三级层序界面。

2.4 层序划分

在层序边界SB0～SB8的控制下，Jake地区白垩系至古近系可划分为下白垩统（SQS1）和上白垩统（SQS2）两个二级层序。SQS1由下至上进一步划分为SQ1～SQ7七个三级层序，其中AbuGabra组可划分为4个三级层序SQ1～SQ4，Bentiu组可划分为3个三级层序SQ5～SQ7（图3）。

3 沉积相类型及特征

Jake地区目前共有37口井， 其中取心井4口，主要分布在西部构造高部位，岩心和测井资料能识别岩性、构造和沉积特征来判断相类型，而三维地震资料能显示沉积体分布和地貌特征［17］。 本文利用岩心、测井和三维地震资料，结合地震沉积学方法［18］，研究Jake地区早白垩世沉积相类型及其分布规律。

3.1 扇三角洲

AbuGabra中下部主要发育扇三角洲［19］，岩性主要为黄色-灰色砂砾岩，泥质含量高，重力流搬运，分选磨圆差（图4a），可见下粗上细的粒序层理，测井曲线呈钟形（图5a），顺物源地震剖面表现为中振幅-不连续反射或呈前积反射， 厚度可达200～300 m，由西向东厚度骤然减薄，在扇三角洲远端地震同相轴变为强振幅-平行反射， 表明扇三角洲相转变为湖相沉积。

3.2 水下扇

与三角洲相比，水下扇为深水环境沉积，泥岩更深（图4b、4c），由下至上多为正旋回［20］（图5a）。 研究区水下扇岩性为灰色含砾粗砂岩和深灰色-黑色泥岩，重力流沉积为主，粗细粒混杂，分选和磨圆差（图4d）。 沉积构造主要为块状、平行层理，可见变形构造。 AbuGabra组沉积时，地层受到牵引作用影响，在西部大断裂附近沉积坡度较陡，而该时期基准面降低，沉积物冲出山口后并不立即发散，而是沿斜坡发育条带状下切谷向沉积中心迁移，在平缓处发散形成扇体［21-22］。 地震振幅切片显示，Jake地区北部发育一条下切谷，而南部发育多条，说明南部物源供给更为充分。 下切谷内主要发育砂砾岩，可作为油气的优势运移通道。

3.3 辫状河三角洲

研究区辫状河三角洲在平面上呈扇状展开（图5b），发育三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三种亚相。 三角洲平原以大型分流河道为主，岩性为黄色、灰色和淡棕色粉-细砂岩、中砂岩和粗砂岩，分选中等-好，次圆状-圆状，局部钙质含量高，发育低角度槽状和板状交错层理（图4e）、脉状交错层理、平行层理（图4f）。 河道底部常见砾石滞留沉积（图4g），可达1 m厚，偶见河道下切。 储集岩厚度6～22 m不等，在河道末端厚度约为2 m。 测井曲线呈现出钟形或略呈箱形。

图4 Jake地区典型沉积构造

图5 扇三角洲-水下扇与辫状河三角洲单井相特征

三角洲前缘主要发育水下分流河道和河口坝。水下分流河道为平原分流河道水下的延伸， 发育中-粗砂岩，常含泥砾（图4h），粒度较平原分流河道细，发育于弱氧化-还原环境，岩性呈黄绿-灰绿色（图4i）。河口坝主要发育灰色细砂岩和粗砂岩，也发育黏土岩和钙质砂岩，生物扰动强烈，偶见植物根系。 沉积构造主要为块状、平行层理和低角度交错层理（图4j），存在变形和生物扰动构造。河口坝沉积多表现出向上变粗的趋势， 在顶部可见砾石散布。由于河道分叉和改道，河口坝表现出移动、合并和侧向相变等特点。 自然电位呈箱形或漏斗状。

前三角洲为灰色厚层泥岩和页岩， 厚度1～10 m，偶尔被硅化，可见小波纹层理（图4k），局部出现灰色粉砂与泥岩互层沉积和小型灰岩结，可见虫孔构造（图4l）。 分选较好，自然电位呈指状或齿状（图5b）。

3.4 湖相

湖相沉积分布广泛，由灰色、棕红色和深灰色厚层层状脆性页岩和块状泥岩组成，具变形和生物扰动构造。沉积厚度3～150 m不等。湖相沉积自然伽马值明显升高，自然伽马和电阻率值偏近基线。

3.5 辫状河

辫状河主要发育河道和泛滥平原沉积。 河道岩性为浅灰色、浅棕色中-细砂岩和中-粗砂岩，底部见滞留沉积砾岩。 中等分选，差-中等磨圆。 具有槽状和板状等大型交错层理及平行层理、块状层理和变形层理构造。 单河道厚度3～14 m。 河道偶尔会发生叠置，叠置河道厚度约25～100 m。 测井曲线呈箱状或略呈钟形，多为正韵律。

泛滥平原由浅到中灰色、 灰红色和红棕色、近块状或块状钙质页岩、生物扰动页岩、粉砂岩和泥岩组成，厚度2～14 m，由薄砂层和粉砂岩、泥岩互层形成，呈现脉状层理。 薄层砂体内部缺乏沉积构造，生物扰动较强。 测井曲线上呈低幅指状或平直状。

3.6 曲流河

与Bentiu组下部典型辫状河沉积相比， 中部河道规模小，未见明显河道下切，泥质含量高，呈现“泥包砂”的沉积特征，泛滥平原发育且细粒沉积分布范围广。 判断辫状河上部逐渐演化为曲流河。 在这种沉积背景下，可识别出河道、堤岸、废弃河道和泛滥平原沉积。

河道中主要发育点坝沉积， 以灰色-浅褐色中砂岩和粗砂岩为主，分选中等，次棱角-次圆，砂体向上变细，沉积厚度5～19 m，侧积面主要为泥质砂岩。

堤岸亚相可分为天然堤和决口扇。 天然堤为灰色块状泥岩和页岩， 具脉状层理和小波纹层理，可见生物扰动。 受周期性变化的河流卸载影响，细粒沉积物中偶见薄层砂岩，泥岩、粉砂岩和细砂岩交替沉积，砂岩厚1～3 m。 决口扇主要为灰色-浅褐色的中砂岩，分选好，粒度较细，且从主要河道向决口扇边缘逐渐减小，具小波纹层理，常与天然堤伴生，厚度2～4 m。 测井曲线呈指状，存在反韵律。

废弃河道由黄色和灰色的页岩和泥岩组成，偶夹粉砂和细粒砂岩。 该沉积相代表高弯度河道改道后的废弃充填，在河道废弃时候沉积物粒度变细，主要发育水平层理，也具有生物扰动构造。

由下到上，Jake地区整体为扇三角洲-湖泊-三角洲-辫状河-曲流河-三角洲的演化过程， 湖平面先逐渐变浅， 从Bentiu组开始， 湖平面又逐渐上升（图6）。

图6 Jake地区白垩系连井沉积剖面（剖面位置见图1）

4 沉积体系分布及演化规律

Jake地区白垩系砂体平面展布具有“南富北贫”的特征。 南部地区物源较为充足，而北部物源供给匮乏，三角洲在南部砂体更为发育；水下扇在南部发育多条斜坡水道带，而北部在振幅切片中只可见一条下切谷（图7）；辫状河河道砂体在南部发育更广泛。

图7 水下扇平面分布RMS切片

白垩系AbuGabra组沉积时湖盆扩张，由一系列的海侵序列组成。 湖相和三角洲相沉积占主导地位。 SQ1构造活动强烈， 处于断陷前期快速沉降阶段，发育扇三角洲-湖泊沉积（图8a）。 SQ2构造变化频繁， 此时水体仍然较深， 发育水下扇-湖相沉积（图8b）。 SQ3湖水水位逐渐开始下降， 可容空间缩小，发育辫状河三角洲，此时砂体较SQ2更为发育，砂岩含量不断增高，泥岩、页岩含量逐渐减少，粒度整体向上变粗。SQ4可容空间进一步减小，辫状河三角洲由深水环境变为浅水环境（图8c）。

Bentiu组发育在Abu Gabra组末期的不整合面之上， 沉积从辫状河三角洲-湖相沉积突变为辫状河沉积，岩性从砂泥互层突变为大套砂岩。Bentiu组整体为湖进的一套旋回，SQ5沉积时期砂质供给增长，岩性以含砾中-粗砂岩为主，底部可识别出河道下切，河道较宽，辫状河道侧向迁移明显（图8d）；SQ6基准面上升，河道逐渐变窄，向上粒度变细，沉积物从厚层砂岩变为砂泥互层， 在顶部突变为泥岩。 河流的弯曲程度逐渐增大，泛滥平原细粒沉积广泛发育，由辫状河逐渐转变为曲流河（图8e）。SQ7沉积时湖盆快速扩大，Jake地区变为三角洲-湖相沉积，岩性为中-粗砂岩夹薄层页岩（图8f）。

图8 Jake地区白垩系沉积演化模式

Darfur群沉积早期为三叠系以来的全球海平面最高的时期［15］，湖相沉积广泛发育，早期泥岩为主，中后期基准面下降［23］，发育三角洲-湖相砂泥岩，分流河道-河口坝复合体与泥页岩频繁互层沉积。

5 结论与讨论

Muglad盆地Fula凹陷西北缘Jake地区白垩系可划分出3个二级层序，其中下白垩统又进一步分为7个三级层序， 包括Abu Gabra 组的4 个三级层和Bentiu组的3个三级层序。 研究区存在多种类型沉积相，Abu Gabra组发育扇三角洲、水下扇、辫状河三角洲和湖相沉积；Bentiu组由下至上依次发育辫状河-曲流河-三角洲-湖相沉积；Darfur群三角洲-湖泊沉积体系占主导地位。

前人认为该地区主要的储层位于Bentiu组河流-三角洲储层和AbuGabra组上部的辫状河储层中。而本次通过对Jake地区沉积体系分析，认为研究区仍然存在潜在含油有利区。一方面，Jake地区北部处于构造高部位，同时断层较为发育，能成为油气运移的优势通道， 且AbuGabra组中-下部的扇三角洲和水下扇可为油气提供有利的储集空间， 因此Jake地区北部中-下AbuGabra组存在进一步开发的潜力；另一方面，Bentiu组曲流河储层中天然堤和决口扇相的砂泥互层储层已经钻井证实存在可进行工业开采的剩余油，亦可作为今后重点关注的目标储层，加大勘探开发力度，以此来寻求油气产量的突破。