中西非裂谷系发育众多含油气盆地，是非洲陆上油气勘探的重点地区，其勘探活动始于20世纪70年代，先后经历了西方公司和中国油公司主导的多轮次勘探活动。其中，20世纪70—90年代，主要由Chevron、Exxon、Texaco、Esso等西方公司主导，对中西非裂谷系盆地开展区域普查与野猫井钻探，仅在乍得Doba盆地获得规模发现，2P地质储量为7.7×10⁸bbl，高峰产量为18.3×10⁴bbl/d^[1]，其他盆地没有取得商业发现。中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）于1995年进入苏丹Muglad盆地6区，开启了以中国油公司为主导的中西非裂谷系盆地油气勘探序幕。近30年来，中国石油相继进入Muglad、Melut、Bongor、Doseo、Termit等中西非裂谷系主要盆地开展油气勘探活动，通过采取科学合理的勘探策略和技术手段，发现亿吨级油田11个，累计探明石油地质储量超过35×10⁸t^[2]，非洲成为中国石油海外重要的油气勘探作业区和权益产量贡献区。

中西非裂谷系发育近30个沉积盆地，由于各盆地所处区域构造位置及盆地走向与区域应力场方向的不同，其成盆过程、烃源岩类型及成藏组合差异较大。如中西非裂谷系既发育有Melut、Muglad、Termit等早白垩世、晚白垩世、古近纪多期叠置的裂谷盆地，也发育有Doseo、Bongor等早白垩世一期裂谷作用的盆地；既有Termit、Benue等陆源海相烃源岩盆地，也有Melut、Muglad等陆相烃源岩盆地；既有以源上古近系为主要目的层的Melut、Termit等盆地，也有以近源和源内白垩系为主要目的层的Muglad、Bongor、Doseo等盆地，同时也有发育大规模源下基岩潜山油藏的Bongor盆地。可见，中西非裂谷系盆地具有裂谷作用期次不一、烃源岩成因多样、目的层系跨度大、成藏复杂等特点。

早期，主要从裂谷系内部对单个盆地开展勘探和研究工作，对单个盆地的构造特征、沉积充填及油气成藏有了较为深入的认识，指导中西非裂谷系取得了一系列商业发现。然而，随着勘探的深入，各盆地针对主力产层的勘探难度越来越大，需要加强不同盆地间的类比研究，明确各盆地在成盆、成烃、成藏方面的相似性与差异性，以探索各盆地深化勘探领域与方向。此外，中西非裂谷系目前仍有Khartoum、Anza、Salamat、Benue等众多低勘探程度盆地，开展中西非裂谷系典型盆地勘探成功启示分析，梳理海外油气项目高效勘探做法，对其他低勘探程度盆地的科学部署与效益勘探具有重要意义。

中西非裂谷系的形成与非洲板块的形成和演化密不可分。非洲大陆由多个稳定的陆块在泛非运动中拼合而成，陆块间的泛非造山活动带作为先存构造，为晚中生代以来中西非裂谷系的形成和演化创造了条件^[3-5]。中西非裂谷系的形成始于早白垩世南大西洋的张裂^[6]，在南大西洋张裂的诱导下，东北非陆块与中南非陆块之间发育的中非剪切带控制了中非裂谷系盆地的形成和演化，沿中非剪切带内部及两侧发育了一系列裂谷盆地，包括剪切带东段位于苏丹、南苏丹、肯尼亚境内的Muglad、Melut、Anza等盆地，西段位于乍得境内的Bongor、Doba盆地，以及位于乍得和中非共和国境内的Doseo、Salamat等盆地（图 1）。东北非陆块与西非陆块之间的拼接位置发育了西非裂谷系，发育了包括尼日尔境内的Termit、Tenere等盆地及尼日利亚境内的Benue、Bida等盆地（图 1）。

图 1

图 1 中非剪切带及中非、西非裂谷系分布图（据文献[7]修改） Fig. 1 Locations of Central African Shear Zone and the West and Central African Rift System (modified after reference [7])

中西非裂谷系发育的一系列中—新生代裂谷盆地，其基底为前寒武系结晶基岩，从寒武纪到侏罗纪长时间暴露，在物理风化作用下形成Bongor盆地等基岩潜山油藏的重要储层。白垩纪以来，中西非裂谷系开始发育，沉积了厚层碎屑岩，其早期裂谷主要由深大断裂错动诱导形成，岩浆活动不发育，地温梯度低，为“冷始”裂谷^[7]或被动裂谷^[8-9]。晚白垩世，中非剪切带及其附近开始有岩浆活动，但远离中非剪切带的Melut、Termit等盆地火山活动不发育。古近纪，中非剪切带及其周边火山活动更加频繁、广泛，地温梯度升高，具有主动裂谷特征^[10-11]。在古近纪晚期增温作用下，中西非裂谷系各盆地烃源岩大规模进入成熟和高成熟演化阶段，并在基底、白垩系和古近系多套地层中富集成藏^[12-18]。

中西非裂谷系盆地成盆过程差异较大，既有多期叠置裂谷，也有单一裂谷（图 2），而不同的裂谷作用过程，是造成各盆地沉积充填与储盖组合差异的主要原因。研究发现，中西非裂谷系各盆地裂谷作用阶段主要受控于盆地走向与非洲板块演化过程中区域应力场方向之间的关系，当非洲板块处于拉张应力场，且应力方向与盆地走向垂直时，盆地表现为裂谷作用；当非洲板块处于挤压应力场，且应力方向与盆地走向垂直时，盆地表现为挤压反转作用；当非洲板块运动方向与盆地走向平行时，盆地表现为走滑作用。为了厘清中西非裂谷系各盆地构造演化过程与裂谷作用期次，开展了非洲板块早白垩世以来板块运动方向与盆地走向关系研究，并通过盆地现今构造与沉积特征对研究结果进行验证。

图 2

图 2 中西非裂谷系主要盆地沉积充填与储盖组合柱状图 Fig. 2 Sedimentary filling and reservoir-caprock combination columns in the main basins in the West and Central African Rift System

中西非裂谷系的形成始于早白垩世早期南大西洋的张裂^[6]，从早白垩世至今经历了早白垩世、晚白垩世早期、晚白垩世晚期、古近纪多个构造演化阶段。其中，早白垩世时期，非洲大陆整体以西非陆块为中心发生逆时针离散运动（图 3a）^[19-20]。这一时期，南美洲、欧洲等外围板块对非洲板块的影响较小，中西非裂谷系以拉张应力场为主，不同方向的盆地均发育裂谷作用，只是裂谷作用的强弱有所不同。研究表明，中非裂谷系早白垩世裂谷作用较强，沉积了厚层半深湖—深湖相暗色泥岩，成为Melut、Muglad、Doseo等中非裂谷盆地的主力烃源岩（图 2），而西非裂谷系的裂谷作用较弱，以陆源粗碎屑沉积为主（图 2）。

图 3

图 3 中西非裂谷系构造演化示意图（据文献[19—20]修改） Fig. 3 Schematic diagram of tectonic evolution of the West and Central African Rift System (modified after references [19-20])

晚白垩世塞诺曼期—康尼亚克期，非洲板块整体向东北方向漂移^[20-21]（图 3b），NW—SE向盆地与板块运动方向垂直，表现为拉张应力场，发育第二期裂谷作用，沉积的厚层泥岩成为各盆地重要的区域盖层或生油层。其中，中非Muglad盆地沉积了厚180~500m的Aradeiba组区域泥岩盖层（图 2），对下白垩统Abu Gabra（AG）组烃源岩生成的油气进行封盖，控制盆地70%的储量发现^[9]；中非Melut盆地沉积的Galhak组砂泥岩，为盆地次要烃源岩及源内储盖组合发育段（图 2）；西非裂谷系Termit盆地沉积了Donga组厚层海相泥岩，是盆地重要的潜在烃源岩（图 2）。NE—SW向盆地与板块运动方向一致，以走滑运动为特征，不发育裂谷作用，沉积了大套富砂地层（图 2）。晚白垩世圣通期—马斯特里赫特期，非洲板块的运动方向由东北向转为近南北向^[20-21]，受到了来自欧洲板块的挤压应力（图 3c）。其中，NW—SE向盆地与非洲板块运动方向相近，伸展作用变弱，在中非Muglad盆地Darfur群发育砂泥互层沉积，西非Termit盆地发育Yogou组海陆过渡相及Madama组辫状河沉积（图 2）；而NE—SW向盆地在近南北向的挤压作用下，发生不同程度的反转、剥蚀，其中Doseo盆地发育多排近东西向的反转构造，Bongor盆地上白垩统由于挤压隆升全部被剥蚀（图 2）。

古近纪，非洲板块持续向东北方向漂移（图 3d），这种漂移持续到新近纪甚至更晚^[20-21]。东北方向的漂移使NW—SE向盆地再次处于拉张应力场，发育第三期裂谷作用，沉积的厚层泥岩成为Melut、Termit等盆地的区域盖层（图 2）。其中，Melut盆地古近系Adar组区域泥岩盖层控制了盆地90%以上的储量发现^[22]，Termit盆地古近系Sokor2组湖相泥岩区域盖层与下伏古新统—始新统Sokor1组砂岩储层控制了盆地90%以上的油气发现^[23]。NE—SW向盆地走向与非洲板块运动方向一致，发生区域走滑，不发育裂谷作用（图 2）。

上述研究表明，盆地走向与区域应力场方向控制了中西非裂谷系NW—SE向盆地发育早白垩世、晚白垩世、古近纪多期叠置裂谷（图 4a），多期裂谷作用是Melut、Termit、Muglad等NW—SE向盆地垂向发育多个沉积旋回与多套储盖组合的主要原因；而NE—SW向盆地只发育/保留早白垩世一期裂谷作用（图 4b），形成下白垩统成藏组合。盆地走向与区域应力场方向是中西非裂谷系两类盆地具有不同成盆过程与成藏特征的主要因素。

图 4

图 4 中西非裂谷系NW—SE向盆地（a）与NE—SW向盆地（b）裂谷作用期次与沉积充填模式图 Fig. 4 Rifting stages and sedimentary filling patterns of NW-SE (a) and NE-SW (b) trending basins in the West and Central African Rift System

中西非裂谷系不同的构造背景与地质演化过程，决定了二者发育不同成因与时代的烃源岩。其中，西非裂谷系的形成和演化主要受控于东北非陆块与西非陆块之间泛非构造带的活动（图 3）。早白垩世，西非裂谷系的裂谷作用较弱，以陆源粗碎屑沉积为主（图 2），不发育有效烃源岩^[24-25]。进入晚白垩世，受西非陆块局部沉降影响，西非裂谷系遭受了来自北部特提斯洋和南部大西洋两个方向的海侵^[7-8]（图 3b），在Benue、Termit、Terene及Grein等盆地沉积了厚层海相泥岩，成为西非裂谷系盆地主要烃源岩。其中，Termit盆地上白垩统海相地层保存完整，Yogou组海相泥岩TOC平均为2.6%，最高为23.32%，有机质类型为Ⅱ1—Ⅲ型（图 5a）^[26]，累计厚度超过1000m，现今处于成熟—高成熟演化阶段。Benue盆地后期发生强烈挤压抬升，仅局部地区见少量的上白垩统海相残余地层^[25]。

图 5

图 5 中西非裂谷系主要盆地热解烃峰值温度Tmax与氢指数IH关系图 Fig. 5 Relationship between Tmax and IH of source rocks in the main basins in the West and Central African Rift System

中非裂谷系的形成和演化主要受控于东北非陆块与中南非陆块之间泛非构造带的活动（图 3），具有与西非裂谷系不同的构造演化过程与烃源岩发育特征。中非裂谷系早白垩世的裂谷作用强烈，其中Bongor盆地下白垩统P—M组、Muglad盆地下白垩统AG组沉积时期盆地的沉降速率为100~300m/Ma，Melut盆地下白垩统Al Renk组沉积时期盆地的拉张率平均为6.4%，这些指标均超过了优质烃源岩发育需要的沉降速率大于100m/Ma、拉张率大于4%的标准^[27]。早白垩世强烈的裂谷作用，促进了中非裂谷系盆地下白垩统湖相优质烃源岩的发育。其中，Muglad盆地AG组烃源岩TOC为1.0%~3.7%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ₁型（图 5b），累计厚度大于460m，现今处于成熟—高成熟演化阶段；Bongor盆地P—M组烃源岩TOC平均值接近2%，最大为16.8%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ₁型（图 5c）^[28]，累计厚度超过500m，现今处于成熟—高成熟演化阶段；Doseo盆地Kedeni组烃源岩TOC平均为3.69%，最大为10.1%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ₁型（图 5d），累计厚度大于500m，现今处于成熟—高成熟演化阶段。中非裂谷系晚白垩世的裂谷作用较弱，沉积偏粗，没有发生海侵（图 2）。构造背景与地质演化过程的不同，决定了中西非裂谷系发育不同成因和时代的烃源岩，厚层、优质、成熟烃源岩的发育，为中西非裂谷系盆地的油气富集提供了物质基础。中西非裂谷系各盆地由于其盆地规模、构造沉降率、沉积物供给速率、沉积环境的不同，烃源岩条件虽然总体优越，但地球化学指标存在一定差别，特别是西非Termit盆地遭受了海侵，其烃源岩类型和有机质丰度与没有遭受海侵的中非Muglad、Doseo等盆地差别较大（图 5），导致两类盆地原油的成分与性质存在一定差异。

成藏模式的建立有助于深化各盆地油气成藏认识，明确主力勘探层系，推动勘探早期油气的快速发现与建产。中西非裂谷系NW—SE向与NE—SW向盆地由于构造演化过程与裂谷作用期次的不同，二者具有不同的沉积充填、生储盖组合配置与油气成藏特征。研究表明，NW—SE向盆地地层保存完整，具多期裂谷叠置特征，发育下白垩统、上白垩统和古近系多套区域性泥岩。其中，下白垩统区域性泥岩为盆地主力烃源岩，上白垩统与古近系区域性泥岩为盆地重要盖层，形成“源下储上、源上成藏”的主要成藏模式（图 6a、b），油源断裂的垂向输导是该成藏模式油气成藏的关键。按照这一模式，围绕上白垩统及古近系区域盖层控制下的源上储盖组合在中西非裂谷系NW—SE向盆地发现多个千万吨及百万吨油田。其中，在西非Termit盆地古近系Sokor2组区域盖层与Sokor1组砂岩储层源上储盖组合^[23]（图 6a）建成年产600×10⁴t油田，在中非Melut盆地古近系Adar组区域盖层与Samma—Yabus组砂岩储层源上储盖组合^[22]建成年产1500×10⁴t油田，在中非Muglad盆地1/2/4区上白垩统Aradeiba组区域盖层与Bentiu组砂岩储层源上储盖组合^[22]（图 6b）建成年产1500×10⁴t油田^[9]。

图 6

图 6 中西非裂谷系NW—SE向盆地（a、b）与NE—SW向盆地（c、d）成藏模式图（剖面位置见图 1） Fig. 6 Hydrocarbon accumulation patterns of NW-SE (a, b) and NE-SW trending basins (c, d) in the West and Central African Rift System (section locations are in Fig. 1)

NE—SW向盆地主要发育早白垩世一期裂谷作用，形成下白垩统“源储一体、源内成藏”及下白垩统区域泥岩与下伏基岩潜山构成的“源上储下、源下成藏”两种成藏模式（图 6c、d）。其中，砂体发育程度与储层物性是源内成藏的关键，而基岩潜山储层预测是源下基岩潜山成藏的关键。根据两种成藏模式，在中非裂谷系Bongor盆地和Doseo盆地发现多个百万吨油田。其中，Bongor盆地在下白垩统M组和P组源内成藏组合发现了盆地63%的储量^[29]，在源下基岩潜山也获得大量油气发现（图 6c），并已进入商业开发。Doseo盆地在下白垩统Kedeni组源内成藏组合获多个高产商业发现（图 6d），成为盆地主力勘探层系。

海外油气项目的勘探开发周期短、风险高，如何在尽可能短的时间内获得规模发现并建产是决定项目成功的关键。“源控论”突出了油气勘探中“定凹选带”的重要性^[30-31]，而“富油凹陷”的提出则进一步指出油气资源空间分布的不均衡性，大量的勘探实践证实只有富油凹陷才具备形成大中型油气田的资源基础^[32-33]，因此快速锁定富油凹陷是海外油气项目高效勘探的前提和基础。Melut盆地为中非裂谷系盆地，面积为3.3×10⁴km²，发育5个箕状断陷（图 7），为中国油公司走向海外勘探的第一个以完整盆地为对象的风险勘探项目。进入之前，雪佛龙公司部署5口野猫井，仅发现Adar-Yale小油田，随后退出。中国石油于2000年底进入Melut盆地开展油气勘探活动，并于2002年在盆地北部凹陷发现了地质储量5×10⁸t的Palogue油田。甩开勘探策略的实施，为快速锁定北部富油凹陷作为盆地勘探重点起到了决定性作用，而富油凹陷的确定为后期Melut盆地千万吨级大油田的发现奠定了资源基础。

图 7

图 7 Melut盆地构造单元图 Fig. 7 Division of structural units in the Melut Basin

在明确富油凹陷之后，如何在最短的时间内通过科学、合理的地震部署落实有利圈闭，将资源潜力转化为探明储量是项目在合同期内能否实现高效勘探的关键。海外项目勘探期通常只有几年，且施工成本高，因此设计出经济、高效的地震部署方案显得尤为重要。富油凹陷资源丰度高、地质风险低，是含油气盆地勘探的首选。围绕富油凹陷按照“整体部署、分步实施、最终连片”的思路部署三维地震，能够最大效率地利用三维地震资料，在有限的时间内发现更多的地质储量。Melut盆地在确定北部凹陷为勘探重点之后，围绕北部富油凹陷从2002年至2010年持续部署三维地震，累计采集处理三维地震超5000km²，实现了富油凹陷三维地震全覆盖，促进了油气储量的规模发现与快速建产。项目签约不到6年时间内便实现原油外输、7年建成千万吨级油田、10年实现年产1500×10⁴t高峰产量，成为中国石油海外勘探的成功典范。围绕富油凹陷部署连片三维地震是Melut盆地高效勘探的关键，不仅促进了盆地早期油气的快速发现与建产，也为后期的滚动勘探与扩边增储奠定了资料基础。

NW—SE向与NE—SW向两类盆地裂谷作用期次研究与成藏模式建立，促进了中西非裂谷系盆地早期主力成藏组合的勘探部署与规模储量发现，但随着勘探的深入，主力成藏组合剩余圈闭越来越少，发现规模优质储量的难度越来越大，需要加强盆地次要成藏组合与潜在勘探领域的研究与探索。通过开展NW—SE向与NE—SW向盆地成藏模式的类比研究，有助于中西非裂谷系成熟盆地勘探新领域的探索。

NW—SE向盆地前期主要围绕源上主力储盖组合进行勘探，源内储盖组合关注较少。如Melut盆地主要围绕古近系Yabus组开展勘探，Termit盆地主要围绕古近系Sokor1组进行勘探，但经过多年的勘探部署，两个盆地古近系主力产层Yabus组和Sokor1组的勘探程度已非常高，需要探索新的勘探层系和领域，以实现盆地储量的有序接替。NE—SW向盆地，如Bongor、Doseo等盆地的勘探实践表明，源内成藏组合具有良好的成藏条件和勘探潜力，并获得多个规模商业发现，可作为NW—SE向盆地深化勘探的重要领域和方向。根据这一认识，Melut盆地加强了古近系主力产层之下近源白垩系的研究与评价，在盆地缓坡古近系油藏之下发现一系列白垩系高产断块油藏^[34]，在盆地陡坡发现多个近源白垩系扇体油藏^{[18, 35]}（图 8），拓展了盆地勘探领域，促进了盆地深、浅层整体部署与效益勘探。基于Melut盆地近源白垩系成藏组合的勘探启示，Termit盆地上白垩统Yogou组和中非Muglad盆地下白垩统AG组是NW—SE向盆地未来深化勘探的重要领域和方向。

图 8

图 8 Melut盆地北部沉积特征与油气成藏模式图（剖面位置见图 1） Fig. 8 Sedimentary characteristics and hydrocarbon accumulation patterns in the Northern Melut Basin (section location is in Fig. 1)

据中国地质调查局数据^[36]，2012年我国新增探明石油地质储量中岩性油藏储量占到了56%，岩性油藏已成为我国成熟盆地重要的勘探领域。中西非裂谷系NE—SW向盆地前期主要围绕烃源岩内部储盖组合的构造油藏进行勘探（图 6c、d），烃源岩内部岩性油藏勘探还没有系统开展，而源内岩性油藏是含油气盆地成熟勘探阶段滚动挖潜的重要领域。NE—SW向盆地源内成藏组合砂地比适中，易于发育岩性圈闭，同时由于后期成盆过程中的抬升、剥蚀作用，下白垩统埋深浅（图 6c），岩性圈闭具有埋深浅、油源风险低的优势，可作为Bongor、Doseo等NE—SW向盆地深化勘探的重要领域。

长期以来，中西非裂谷系主要围绕富油凹陷内部开展油气勘探，而富油凹陷油源充足，其源外地区如果具有良好的盖层和保存条件，也是重要的勘探领域，如美国的威利斯顿盆地和伊利诺伊盆地，加拿大的阿尔伯达盆地，以及中国西部准噶尔盆地腹部石南—陆梁地区、东部松辽盆地西斜坡等均发现了源外远源油气藏。Melut盆地北部凹陷Al Renk组烃源岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型（图 5e），TOC最高达7.95%，现今处于成熟演化阶段，已发现多个亿吨级油田，证实北部凹陷为富油凹陷^[2]。通过研发远源油藏半定量运聚模拟方法及富集区定量评价技术，突出生烃潜力对富集区油气聚集的控制，强化成藏期高精度构造图编制对油气运移路径刻画的影响，在北部富油凹陷西侧Jammam盆缘区发现源外高产油藏^[37]，拓展了盆地勘探空间（图 9）。Jammam源外油藏的发现，提升了中西非裂谷系富油凹陷源外圈闭的勘探潜力。研究表明，Termit盆地Dinga凹陷、Bongor盆地Baobab北凹陷、Muglad盆地Fula凹陷、Doseo盆地东部凹陷的资源丰度均远超过20×10⁴t/km²的富油凹陷标准^[38]，未来应加强这些富油凹陷源外圈闭的评价与勘探部署。

图 9

图 9 Melut盆地Jammam源外油藏平面图（a）及成藏模式图（b） Fig. 9 Plane distribution of Jammam oil reservoirs outside source rocks (a) and hydrocarbon accumulation patterns (b)

（1）盆地走向与区域应力场方向控制中西非裂谷系发育多期叠置裂谷与单一裂谷两类盆地。其中，NW—SE向盆地发育早白垩世、晚白垩世、古近纪多期裂谷作用与多套储盖组合，形成“源下储上、源上成藏”主要成藏模式，上白垩统Yogou组及下白垩统AG组的近源和源内成藏组合是西非裂谷系Termit盆地及中非裂谷系Muglad盆地未来勘探的重要领域。NE—SW向盆地主要发育早白垩世一期裂谷作用，形成“源储一体、源内成藏”主要成藏模式，源内岩性油藏是Bongor、Doseo等NE—SW向盆地未来勘探的重要领域。

（2）Melut成熟盆地的深化勘探揭示，源外圈闭是中西非裂谷系富油凹陷重要的潜力勘探领域。中西非裂谷系有机质类型好、丰度高、普遍进入成熟—高成熟演化阶段，未来应加强富油凹陷源外圈闭的评价和勘探部署。

（3）通过烃源岩评价和甩开勘探快速锁定富油凹陷，并围绕富油凹陷按照“整体部署、分步实施、最终连片”的思路部署三维地震是Melut盆地高效勘探的关键，中西非裂谷系众多的低勘探程度盆地可充分借鉴Melut盆地的勘探思路和做法。