吴冬，朱筱敏，李志，苏永地，刘英辉，张梦瑜，宋俭峰，刘爱香，陈相亦，赵东娜

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室；2.中国石油大学（北京）地球科学学院；3.中国石油勘探开发研究院；4.中国海洋石油上海分公司；5.壳牌中国勘探与生产有限公司）

苏丹Muglad盆地Fula凹陷白垩纪断陷期沉积模式

吴冬1,2，朱筱敏1,2，李志3，苏永地3，刘英辉4，张梦瑜1,2，宋俭峰1,2，刘爱香3，陈相亦1,2，赵东娜5

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室；2.中国石油大学（北京）地球科学学院；3.中国石油勘探开发研究院；4.中国海洋石油上海分公司；5.壳牌中国勘探与生产有限公司）

基于岩石学、测井相、地震相和砂岩时空分布研究，对苏丹Muglad盆地Fula凹陷白垩纪断陷沉积体系分布进行预测，建立两期断陷沉积模式。Fula凹陷白垩纪发育两期断陷8个三级层序，识别出辫状河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊和浊积扇等5种沉积相。Fula凹陷西部陡坡带主要发育扇三角洲—曲流河三角洲相，东部断阶带发育辫状河三角洲—曲流河三角洲相，凹陷中央发育湖泊和浊积扇相。比较两期断陷沉积模式认为：早白垩世Abu Gabra组沉积期断陷活动强烈，沉积体系分布受同沉积断层影响较大，沉积物搬运堆积存在优势通道和有利地区，晚白垩世Darfur群沉积期断陷作用减弱，沉积体系分布受同沉积断层影响较小，沉积物广泛分布。图7表1参10

断陷湖盆；沉积相；沉积模式；苏丹；Fula凹陷；Muglad盆地

0 引言

Muglad盆地Fula凹陷白垩系自下而上沉积了Abu Gabra组、Bentiu组和Darfur群。目前Fula凹陷油气勘探开发层位主要是Bentiu组，且大多为构造圈闭油气藏[1-3]，Abu Gabra组为本区主力烃源岩，Bentiu组为储集层，Darfur群Aradeiba组为盖层[4-6]。目前对Fula凹陷深部Abu Gabra组和浅层Darfur群沉积相分布及模式研究较少，本文基于多种资料分析，建立Muglad盆地Fula凹陷白垩纪被动裂谷盆地不同期次断陷沉积模式。

1 研究区概况

Fula凹陷总体呈近南北向长条状展布，西侧为控凹断层，东侧为Fula东断层，东北部地层逐渐上超、尖灭，东南部为槽状负向构造，西南以Kaikang北断裂为界。根据凹陷结构和断裂特征，Fula凹陷可划分为西南部断阶缓坡带、南部次凹、西部陡坡带、中央断裂带、东部斜坡带、北部次凹和东北部断阶缓坡带等7个构造单元（见图1）。

白垩纪至今，Fula凹陷共经历了3次断陷，第1次为早白垩世Abu Gabra组沉积期，第2次为晚白垩世Darfur群沉积期，第3次为渐新世—中新世Nayil—Tendi组沉积期。前两期断陷作用较为强烈，第3期较弱，主要对前两期构造进行了一定改造[7-9]。Abu Gabra组发育厚层湖相烃源岩，Darfur群自下而上发育Aradeiba组泥岩盖层，Zarqa组和Ghazal组砂岩储集层（见图1）。

图1 Fula凹陷构造位置与白垩系沉积层序特征（据文献[1]修改）

2 三级层序划分及沉积可容纳空间特征

本次研究通过测井层序边界和地震层序边界划分，并结合地震剖面对比，较为准确地识别出研究区层序边界所对应的层序地层界面，最终建立层序地层格架。Abu Gabra组和Darfur群共可划分为2个二级层序，8个三级层序，其中Abu Gabra组可划分为5个三级层序，自下而上分别为SQa1、SQa2、SQa3、SQa4和SQa5；Darfur群可划分为3个三级层序，自下而上分别为SQd1、SQd2、SQd3（见图1）。Baraka组在本区剥蚀严重，从井或地震资料上均难以与Ghazal组区分开，因此合并到SQd3。

SQa1—SQa5沉积期（第1断陷期），Fula凹陷构造作用强烈，可容纳空间较大、沉积厚度较大，尤其是SQa2和SQa4沉积期，凹陷中央地区长期处于欠补偿状态，湖相泥岩发育，成为本区主力烃源岩；SQd1—SQd3沉积期（第2断陷期），Fula凹陷构造活动减弱，地形变缓，可容纳空间变小，相应地，不同三级层序沉积地层厚度减薄。两个断陷期构造演化存在较大差异，控制了三级层序格架内部可容纳空间变化和沉积充填过程，也决定了两期断陷沉积模式的差异。

3 沉积充填和沉积体系分布特征

3.1 沉积相类型

3.1.1 岩石学特征

从Abu Gabra组和Darfur群岩心和镜下薄片资料中可识别出4类沉积相，分别为辫状河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲和湖相。

辫状河三角洲沉积相岩性以深灰色泥岩、灰色粉砂岩、棕色中—粗砂岩和细砾岩为代表，总体为向上变细的间断性正韵律，可见楔状交错层理和冲刷面（见图2a），正韵律指示水道沉积，反韵律指示河口坝沉积，复合韵律代表水道对河口坝的冲刷，砂岩段间泥岩保存较差，反映河道改道频繁。辫状河三角洲沉积颗粒分选中等—好，磨圆略差，以次棱—次圆状为主（见图2b），粒间孔隙较大，黏土矿物含量低。

曲流河三角洲沉积相岩性主要为粉砂岩和砂岩，发育楔状交错层理、斜层理或平行层理（见图2c），岩石镜下薄片观察发现，颗粒磨圆、分选中等—好，多为点接触，黏土矿物含量低，孔隙度较高，说明沉积物经受了长时间的反复淘洗（见图2d）；砾石含量低，砾石呈次棱—次圆状、分选中等，成熟度较高。水道冲刷面之下的泥岩保存良好，说明水道稳定。

图2 研究区岩心和薄片照片

扇三角洲沉积相岩性以砾岩、砂砾岩和泥岩为主。扇三角洲前缘砾岩颗粒分选中等—好，以次圆状为主（见图2e），颗粒支撑，呈一定程度定向性，反映了牵引流特征；泥岩撕裂屑指示快速近源堆积；泥岩多为灰绿色或浅灰色。扇三角洲与辫状河三角洲类似，水道频繁改道，冲蚀底部泥岩。镜下观察发现扇三角洲前缘水道沉积颗粒分选中等—好，磨圆性较差，颗粒间杂基含量低，孔隙度大于20%，水道间泥质含量增大，阻塞孔隙，泥质分布显层状特征（见图2f、2g）。

湖相沉积主要分布于Fula凹陷北部次凹和南部次凹，包括滨浅湖和半深湖—深湖亚相。湖相沉积以泥岩为主，泥岩颜色随深度增大而加深，从灰色逐渐变为深灰色和黑色（见图2h），发育水平层理。岩性序列主要表现为大段厚层泥岩夹薄层砂岩，砂岩形成于三角洲、重力流和滩坝沉积环境中。

3.1.2 测井相识别

利用自然伽马、声波时差、自然电位等多种测井曲线，在研究区进行测井相识别，共识别出箱形、钟形、漏斗形、指形和复合形等5种测井相。

曲流河三角洲前缘水下分流河道岩性为大套纯砂岩或夹薄层泥岩，测井曲线为低自然伽马、低声波时差的箱形或齿化箱形（见图3a），随顶部泥质含量增大，测井曲线相应变为钟形，反映水流能量向上逐渐减弱。

辫状河三角洲前缘水下分流河道测井曲线多为钟形或齿化钟形，反映了水动力向上减弱过程，多个钟形叠加代表了水下分流河道的改道迁移。河口坝底部为泥岩，顶部为砂岩，自然伽马曲线呈漏斗或陀螺状（见图3b）。辫状河三角洲前缘水道密布，河口坝经常被水下分流河道冲蚀，残余坝体与河道砂砾叠加。

湖相环境发育粉细砂岩和泥岩，测井曲线多为指形，指形频繁出现指示滨浅湖环境中砂泥岩间互沉积（见图3c），如不频繁则指示半深湖—深湖环境。

扇三角洲前缘自然伽马相对高值，齿化严重，指示了杂基支撑的砂泥岩混杂堆积，测井曲线形态以齿化箱形为主，亦可见钟形或齿化钟形，漏斗形和复合形十分少见（见图3d）。

3.1.3 地震相识别

根据地震相参数组合特征，在Abu Gabra组和Darfur群内部8个三级层序内识别出席状平行—亚平行、前积、丘状、楔状充填、杂乱等多种地震相类型（见图4）。高频、中—高振幅、连续性好的平行席状地震相地层厚度相对稳定，反映前三角洲或湖相沉积，钻井揭示其岩性主要为灰黑色、灰色泥岩、泥质粉砂岩及灰色砂岩。中—低频、中振幅、中连续性的亚平行波状地震相反映三角洲平原沉积，岩性主要为灰色泥岩、粉砂岩、砂岩及砂砾岩。中—高频、中振幅、中连续性的前积反射地震相通常反映三角洲前缘沉积，研究区主要为S型、低角度斜交、叠瓦状前积，岩性主要为棕色泥岩，灰色泥岩，灰色粉砂岩、砂岩以及砂砾岩。中频、中振幅、中连续性的楔状反射地震相指示三角洲前缘沉积，分布于凹陷东侧。中—高频、变振幅的下切-充填地震相可能是水下侵蚀河道迁移的地震响应，多见于研究区SQa1和SQa2层序，分布极为有限。研究区中频、中振幅丘状和透镜状地震相大多指示三角洲沉积或浊积岩，该地震相多集中在SQa5及SQa4层序内。邻近控凹断裂的杂乱地震相多指示扇三角洲沉积，断阶带和深部层位（如SQa1）大规模杂乱地震相则不具沉积意义。

3.2 沉积相平面分布

将岩心和镜下观察与测井资料相互标定，用测井解释成果标定地震相，将地震相转化为沉积相从而确定各三级层序内沉积相分布特征。

3.2.1 Abu Gabra组

Fula凹陷Abu Gabra组经历了初始断陷阶段、初次沉降阶段、短暂抬升阶段、剧烈沉降阶段和短暂回返阶段，形成了5个三级层序。

研究区SQa1层序资料极少，从钻遇井来看岩相组合为棕褐色、红色泥岩和砂岩互层，反映氧化暴露的沉积环境，推测发育冲积平原或扇三角洲—浅湖相。

SQa2—SQa4层序经历了湖侵—湖退—湖侵过程，沉积面貌主体变化不大，Jake区扇三角洲亚相随湖面下降由前缘转为平原，至SQa4再次变为前缘，并在前端发育重力流沉积（见图5a）。Keyi区扇三角洲规模很小。Moga区和Baleela区供源持续稳定，早期发育辫状河三角洲，SQa4沉积期转为曲流河三角洲，扇体范围变化不大，井上砂地比较为稳定。Fula区供源不足，持续发育湖相泥岩和滩坝砂体沉积。研究证实在湖平面上升期，较稳定构造背景下形成的缓坡地形有利于湖盆边缘滨浅湖相的广泛发育，滩坝砂体在平面上展布面积较大，常呈较宽条带状，平行岸线分布。

SQa5沉积期湖平面再次下降，西部扇三角洲进积，Keyi区岩心可见槽状交错层理；Fula区东北部发育新的物源（见图5b），自东往西进积，并与同样进积的Baleela曲流河三角洲合并，在前缘滑塌形成Fula西区滑塌浊积体。SQa5沉积末期，东部Moga曲流河三角洲和Fula—Baleela辫状河—曲流河三角洲扇体相互叠置，相边界很难严格区分开，至Darfur群沉积期东部扇体全部连成一片。

图3 典型沉积相测井响应（GR—自然伽马；SP—自然电位；RXO—冲洗带电阻率；RLLs—浅侧向电阻率；RLLd—深侧向电阻率；Δt—声波时差；RILD—电导率）

3.2.2 Darfur群

由于资料有限，前人对Darfur群的沉积学研究很少。Darfur群为本区第2期断陷沉积，发育断陷湖盆（扇）三角洲—湖泊沉积体系[10]，同时由于断陷作用减弱，同沉积断裂对沉积层序控制并不明显。分析认为，SQd2与SQd3均为基底沉降缓慢的断陷沉积，三角洲分布范围广，湖相沉积范围小。

SQd1（Aradeiba组）沉积期湖平面上升，发育厚层红色或灰绿色泥岩，揭示浅水湖盆在缺少物源供给情况下持续缓慢发育的过程。泥岩中普遍夹1～3段薄层砂岩，单砂层厚数米，发育层位相对固定，可对比。结合岩心资料、现代鄱阳湖浅水三角洲沉积模式，认为SQd1沉积期西部断裂处发育小规模薄层扇三角洲砂体，东部发育曲流河三角洲（见图6a）。

图4 Fula凹陷Abu Gabra组和Darfur群典型地震相

图5 Fula凹陷Abu Gabra组沉积相平面分布

SQd2层序（Zarqa组）沉积特征相对简单，湖平面下降，全区发育曲流河三角洲前缘砂泥岩，不同地区各井砂泥岩测井响应具有可比性，指示多个演化过程相似的扇体同时存在（见图6b），凹陷西部为两个独立扇体，而东部Moga—Fula—Baleela曲流河三角洲叠加连片，广泛分布（见图6b）。

SQd3层序（Ghazal组+Barak组）沉积面貌与SQd2类似，湖平面上升致使砂体规模减小，扇体退积萎缩，至SQd3沉积末期才开始新的进积。

图6 Fula凹陷Darfur群沉积相平面分布

4 两期断陷沉积模式

陆相断陷盆地沉积体系演化与构造作用密切相关。Abu Gabra组和Darfur群均沉积于Fula凹陷断陷阶段，均发育断陷湖盆常见的扇三角洲、曲流河三角洲、辫状河三角洲和湖泊相沉积体系，不同之处在于Abu Gabra组平均厚度为4 500 m，约为Darfur群平均厚度（790 m）的6倍，占全部沉积地层厚度的68%，基本奠定了Fula凹陷构造形态，可见第1断陷期沉降幅度之大。第2断陷期构造活动较弱，更多地是对第1断陷期构造的继承和改造。

第1断陷期研究区快速沉降，西部控凹断裂活动频繁、剧烈，形成了Jake冲积扇及扇三角洲，物源供给方向自西往东，在北部次凹堆积形成厚层扇三角洲砂体，岩心观察可见液化脉构造；同样位于陡坡带的Keyi区扇三角洲规模较小，其南部Fula南断裂活动较晚，造成该区扇体规模在第2断陷期后期逐渐增大；东北部断阶缓坡带早期发育辫状河三角洲，后期相变为曲流河三角洲；东部斜坡带沉积过程相对复杂，早期缺少物源供给，在断阶带浅水区正断层下盘发育滩坝砂，后期发育自东往西供给的物源，发育辫状河三角洲（AG1段），至Darfur群沉积期发育曲流河三角洲；Baleela辫状河三角洲—曲流河三角洲主体位于工区外，砂体顺Fula凹陷东南部长轴向沟槽北部推进，形成扇体；湖盆中央主要发育滨浅湖—半深湖沉积体系，也发育浊积扇，浊积扇的形成与扇三角洲、辫状河三角洲和曲流河三角洲的进积关系密切（见图7a、7b）。

第2断陷期研究区沉降速率减小，西部控凹断层处Jake和Keyi扇三角洲逐渐过渡为曲流河三角洲。随沉降中心南迁，Jake三角洲扇体略有减小，Keyi三角洲则略有增大；Abu Gabra组沉积末期，东部Fula和Baleela三角洲扇体已经叠加连片，混源堆积，至Darfur群沉积期，东部三角洲全部连片，砂体厚度较薄，分布范围较广；Aradeiba组沉积于浅水环境，沉降速率较低，决定了可容纳空间较小，沉积速率很低，决定了凹陷内持续缓慢发育浅湖相灰绿色或杂色泥岩，浅水湖盆趋于干涸时，四周物源进积，砂体延伸至湖盆中央；Zarqa组和Ghazal组沉积期全区为曲流河三角洲相，三角洲砂体分布广、延伸远，被湖相泥岩分隔（见图7c）。Darfur群沉积时凹陷水体很浅，构造活动较弱，不利于重力流形成；东、西物源形成的三角洲各自连片，持续进积，在凹陷中轴汇聚，导致滨浅湖面积缩小，滩坝沉积空间随之减小（见图7c，表1）。

图7 Fula凹陷断陷沉积模式

表1 Fula凹陷两期断陷构造-沉积特征对比

总之，陆相断陷湖盆沉积体分布受两个重要因素控制：断层活动和沉积物流，其对凹陷内沉积的影响决定了断陷沉积模式（见表1）。Abu Gabra组沉积时Fula凹陷断陷作用极其强烈，多级同沉积断层发育，本次研究将凹陷西部和东部控凹断裂定义为一级断层，凹陷内部切穿基底的同沉积断裂定义为二级断层，规模较小不足以切穿基底的断层定义为三级或四级断层。一级或二级断层控制了凹陷构造格局，其强烈活动为沉积物充填提供了充足的可容纳空间，对沉积物形成与发育起到了关键作用，在凹陷陡坡带和缓坡带形成了不同类型三角洲，在中央深凹带沉积了深湖相泥岩。三级或四级断层调整了沉积物流（如河流、重力流等）的走向，其差异活动在凹陷内形成了多个优势汇水区，沉积物流总是优先在汇水区沉积（见图7a），三、四级断层对沉积物的平面分布和砂体的汇聚具有重要影响。Darfur群沉积时本区断陷作用减弱，一、二级同沉积断层仍在活动，但生长指数降低，形成的可容纳空间较小，砂砾岩粒度变细，泥岩形成于浅水环境，多为灰色或杂色，三、四级同沉积断层几乎停止活动，沉积物流对沉积分布的影响凸显，加之古地貌相对平坦，为沉积物均匀广布提供了条件。

5 结论

借助岩石学、测井相、地震相分析等手段，较为全面系统地研究了Muglad盆地Fula凹陷白垩纪断陷沉积体系分布，识别出辫状河三角洲、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊和浊积扇等5种相类型，建立了Fula凹陷两期断陷沉积模式。总体而言，Fula凹陷西部陡坡带主要发育扇三角洲—曲流河三角洲相，东部断阶带发育辫状河三角洲—曲流河三角洲相，凹陷中央发育湖泊和浊积扇相。比较两期断陷沉积模式认为：Abu Gabra组沉积期断陷活动强烈，沉积体系分布受同沉积断层影响较大，沉积物搬运堆积存在优势通道和有利地区，Darfur群沉积期断陷作用减弱，沉积体系分布受同沉积断层影响较小，沉积物广泛分布。

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（编辑 黄昌武）

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

国家油气重大专项“岩性地层油气藏沉积体系、储集层形成机理与分布研究”（2011ZX05001-002-005）

TE122.2

A

1000-0747(2015)03-0319-09

10.11698/PED.2015.03.08

吴冬（1987-），男，江苏扬州人，中国石油大学（北京）在读博士研究生，主要从事层序地层学和沉积学方面研究。地址：北京市昌平区，中国石油大学（北京）地球科学学院，邮政编码：102249。E-mail:lisandpw@163.com

2014-06-09

2015-03-28