盆地(凹陷)结构主要受构造演化和沉积充填作用控制，例如我国渤海湾盆地新生代裂陷中心从盆地外带向渤海海域的逐渐迁移，造成了该盆地西部凹陷结构为早断早衰型、中部凹陷结构为继承发育型，而东部海域凹陷则以晚断晚衰型为典型结构类型(赵文智和池英柳, 2000; 陆先亮, 2005; 杨菊兰等, 2008)。Sufyan凹陷所在Muglad盆地地温梯度低，岩浆活动弱，为典型的陆内被动裂谷盆地。该盆地自早白垩世形成至今，经历了三期断-坳演化旋回。与主动裂谷盆地伸展应力场来源不同的是，被动裂谷盆地伸展应力场主要为非洲板块及周缘板块构造事件提供(Fairhead and Binks, 1991; Genik, 1993; 童晓光等, 2004; 潘校华等, 2005; 田作基等, 2005; 窦立荣等, 2006a, b; 张艺琼等, 2015; Yassin et al., 2017; 黄彤飞等, 2017; 张光亚等, 2018)。Sufyan凹陷现今的结构具有第一断坳旋回地层厚度大、第二、三断坳旋回演化地层厚度薄的特征。该结构是如何形成的，是主要受早期构造沉降、沉积充填影响，还是后期反转抬升剥蚀影响？区域构造应力场如何控制凹陷结构的形成演化过程等问题均值得研究。本文基于凹陷结构特征几何学描述、地层不整合面的识别与剥蚀量定量表征、各阶段构造沉降与沉积充填过程恢复，研究了Sufyan凹陷结构的形成过程，并结合区域应力场背景，分析了凹陷结构的成因机制。

Sufyan凹陷位于非洲中部的苏丹境内，Muglad盆地的西北端(图 1a)，构造位置紧邻中非剪切断裂带(图 1b)。该凹陷面积约为5000km²，长轴方向近E-W，与盆地整体方向(NW-SE)呈大角度相交。Sufyan凹陷北部与东北部逐渐超覆于巴巴努萨隆起之上，南部以Tomat凸起与Nugara坳陷相邻，西部以中非剪切断裂带的一支为界(图 1b)。Sufyan凹陷结构整体呈现南深北浅的地堑，其内部断裂走向主要为NW-SE。该凹陷自南向北可划分为南部断裂洼陷带、中央断裂构造带以及北部断裂构造带(图 1c)。

图 1

Fig. 1

图 1 Sufyan凹陷区域地质背景 (a)研究区在Muglad盆地中的位置；(b)Sufyan凹陷构造位置；(c)Sufyan凹陷内部构造图 Fig. 1 Geological background of Sufyan Sag (a) the location of Sufyan Sag in Muglad Basin; (b) shows relationship between Sufyan Sag and Central Africa Shear Zone; (c) displays the internal structural framework of Sufyan Sag

Sufyan凹陷的形成与演化主要受自中生代以来冈瓦纳大陆裂解、大西洋分段张开、中非剪切断裂带活动以及红海裂谷张开等构造事件的影响，尤其受中非剪切断裂带的影响很大。伴随Muglad盆地自早白垩世以来三期断坳裂谷演化旋回，该凹陷在前寒武系结晶基底之上沉积了第一裂谷旋回期的断陷期下白垩统AG组与坳陷期Bentiu组，第二裂谷旋回期的断陷期上白垩统Darfur群与坳陷期古近系Amal组以及第三裂谷旋回期的新近系断陷期Senna-Tendi组与坳陷期Adok-Zeraf组。目前在Sufyan凹陷发现的绝大多数油气储量位于下白垩统AG组内部，其供烃来源为AG组内部成熟的泥质烃源岩，储集层为与泥岩互层的薄层砂岩储层，其储盖组合为自生自储自盖式。

Sufyan凹陷的凹陷结构自西向东可划分为三种类型：西部“多米诺断阶”结构、中部“地堑”结构以及东部“不对称地堑”结构(剖面位置见图 1，地震剖面见图 2)。如图 2a所示，该凹陷西部结构主要由1号、2号、3号和4号断层控制，其中2/3/4号断层规模相近、产状相似(南倾)构成多米诺断阶；中部地堑结构主要受控于1号和2号断层，而东部结构则为1号断层主控的不对称地堑。这三种结构的变化反映了1号断层控凹作用自西向东逐渐增强。尽管凹陷结构类型存在较大的差异，但凹陷现今残余的地层充填结构的差异却较小，均表现出白垩纪、古近纪和新近纪地层现今残余厚度相差很大的共性：在三条骨干剖面中，第一裂谷作用旋回期沉积的白垩系AG组和Bentiu组约占剖面中地层总充填厚度的77%~81%，而第二、三演化阶段沉积的的地层仅占剖面中地层总充填厚度的19%~23%。

图 2

Fig. 2

图 2 Sufyan凹陷西部(a)、中部(b)和东部(c)结构图(剖面位置见图 1) Fig. 2 Structural framework sections in the western (a), central (b) and eastern (c) part of Sufyan Sag(location of the seismic sections is shown in Fig. 1)

盆地结构、沉积充填是盆地演化的结果，此类结构的形成既可以由凹陷前期形成的原生型结构决定，例如我国沧东凹陷前期沉降较大，后期不再活动，造成了该凹陷结构呈现早断早衰型特征，也可以由凹陷后期反转造成第二、三演化阶段沉积地层剥蚀减薄，例如处于同一构造域的Bongor盆地因后期挤压反转形成了与Sufyan凹陷相似的凹陷结构。因此，本文同时考虑前期与后期构造演化两个方面进行凹陷结构成因分析。

基于三维地震资料精细构造解释以及对各套地层顶部的层拉平处理对Sufyan凹陷地层剥蚀进行了研究。研究表明，Sufyan凹陷明显的地层角度不整合面仅出现在第二裂谷旋回的断陷期Darfur群顶部(图 3)，而AG组与Bentiu组、Bentiu组与Darfur群以及Amal组与上覆地层之间的旋回界面则表现为整合或假整合面。由系列地震剖面反映，发育在Darfur群与Amal组之间的不整合面具有“在凹陷长轴方向上，由东部向西部剥蚀程度减弱，在凹陷短轴方向上，剥蚀程度由中部向南北两侧减弱”的分布特征。

图 3

Fig. 3

图 3 Sufyan凹陷Darfur群顶部不整合识别(剖面位置见图 4) Fig. 3 Seismic identification of unconformity on the top of Darfur Group (location of sections are shown in the following Fig. 4)

由于本文研究内容为探究Sufyan凹陷现今剖面主要由第一裂谷旋回地层构成的成因，而该凹陷目前残余的第一裂谷旋回AG组与Bentiu组厚度比沉积于第二、三裂谷旋回的地层厚度大很多，分析恢复Bentiu组与AG组顶部剥蚀量对于研究该凹陷现今残余结构的成因没有直接的因果关系，因此在本次研究未对Bentiu组和AG组顶部剥蚀量进行研究，将研究的重点集中在Darfur群顶部剥蚀量(即第二裂谷旋回中的地层剥蚀量恢复)。

目前地层剥蚀量恢复方法有很多，具体包括地层厚度趋势法、沉积-剥蚀速率法、泥岩声波时差法、磷灰石裂变径迹法、镜质体反射率法、宇宙成因核素分析法等4类10余种方法(庞雄奇等, 1991；李伟, 1996; 柳益群等, 1997; 胡圣标等, 1999; 王毅和金之钧, 1999; 牟中海等, 2000, 2002; 李储华等, 2004; 佟彦明等, 2005; 曹强等, 2007; 彭清华等, 2013)。受上述方法的适用条件和海外区块资料缺乏限制，本文采用地层厚度趋势法和纯泥岩段声波时差法对其剥蚀量进行恢复。

在消除测井过程中电缆的拉伸和收缩、井壁垮塌、钻井液对井壁的伤害以及厚层状泥岩欠压实等影响声波时差的因素前提下(余朝华等, 2013)，选择了分布在凹陷南部、中部和北部的三口井资料进行了纯泥岩段声波时差与埋深关系拟合。

三口井纯泥岩声波时差与埋深关系的趋势线延伸的古地表与现今地表一致(图 4)，此现象表明Darfur群及其以下地层剥蚀前承受的上覆地层施加压力小于现今上覆地层施加的压力，即Darfur群剥蚀前的埋深小于现今的埋深，声波时差方法不再适用此凹陷的Darfur群顶面剥蚀量恢复。

图 4

Fig. 4

图 4 Sufyan凹陷纯泥岩段声波时差与埋深拟合关系 AB-S-1井(a)、AC-S-1井(b)及AC-N-1井(c)纯泥岩段声波时差与埋深拟合关系；(d)井位与地震剖面在凹陷中位置图 Fig. 4 Fitting relationship between ln Δt of pure muddy segments and their burial depth in Sufyan Sag (a), (b) and (c) showing the fitting relationship between ln Δt of pure muddy segments and their current burial depth at Well AB-S-1, Well AC-S-1 and Well AC-N-1, respectively; (d) showing the location of 3 wells and seismic sections in Fig. 3

目前地层厚度趋势法的适用条件是地层厚度横向均匀变化或厚度变化不大，即该方法不适用于存在同沉积断层的地层条件。为克服该难题，本次采用了创新性方法：在恢复Darfur群沉积末期构造平衡剖面的基础上，分段计算同沉积断层两盘地层厚度变化趋势，并进行合理外推(图 5)。

图 5

Fig. 5

图 5 Sufyan凹陷地层厚度趋势-分段计算方法 Fig. 5 Sketch of piecewise method for calculating the layers' thickness across the Sufyan Sag

其具体计算过程如下：

1) 在恢复待计算剥蚀量地层平衡剖面的基础上，依据剖面内部同沉积断层发育的位置和条数，将该剖面进行分段划分。如图 5a，F1、F2为凹陷边界断层，F4、F5断层为正反转断层，F3断层为剖面内部的同沉积断层，故依F3断层为界，将剖面划分为A、B段。

2) 从该套地层中识别一套未受剥蚀作用影响的亚层段，并恢复其沉积末期的构造平衡剖面。如图 5中充填颜色为蓝色的2号小层为未受后期剥蚀影响，恢复该号小层沉积期末的平衡剖面图(图 5b)。

3) 通过建立剖面长度-地层厚度坐标系，分段计算同沉积断层两侧地层厚度随长度变化的方程，即建立图 5b剖面的坐标系统，读取断点a、b、c、d的长度与厚度坐标，进而得到A段与B段地层厚度变化趋势。

4) 运用A段与B段地层厚度变化趋势计算该地层未剥蚀前的厚度，并通过计算得到的地层厚度与现今该地层现今残余厚度差值，求取地层的剥蚀量大小。

5) 选择合理步长进行插值，得到插值测线与实测线网格节点(图 6)，重复步骤1-4得到各节点剥蚀量，最终得到凹陷剥蚀量等值线图(图 6)。

图 6

Fig. 6

图 6 Sufyan凹陷Darfur群剥蚀量恢复结果 Fig. 6 Distribution of erosion amount of Darfur Group in Sufyan Sag

由计算结果可知(图 6)，Sufyan凹陷东部断阶带中部剥蚀量最大，达到360m，向西及南北两侧剥蚀减少，而且剥蚀程度受同沉积断层的影响较大。该计算结果与地震剖面上Darfur顶部层拉平展示相符，表明该计算结果可靠。由此可知，恢复Darfur群剥蚀厚度并未改变三期裂谷作用时期沉积地层在凹陷结构构成的比重，进而可知该凹陷结构并非由后期挤压剥蚀决定的。

通过绘制Sufyan凹陷骨干剖面C-C′(剖面位置见图 1，地震剖面见图 2)构造平衡剖面(图 7)，并基于凹陷中部标准井Hr-1井基底沉降与地层沉积充填过程恢复结果(图 8)，对Sufyan凹陷演化历史进行了研究。其结果表明：Sufyan凹陷的构造演化过程具体可划分为5个主要的阶段：第一断陷阶段、第一坳陷阶段、第二断陷阶段、构造反转阶段以及第二坳陷阶段。

图 7

Fig. 7

图 7 Sufyan凹陷东部80-213+81-82测线构造演化剖面(剖面位置见图 1，相应的地震剖面见图 2) Fig. 7 Evolutionary process of Sufyan Sag based on the Line sd80-213+81-82 (location of section and its seismic section are shown in Fig. 1 and Fig. 2, respectively)

图 8

Fig. 8

图 8 Sufyan凹陷各演化时期构造沉降与沉积充填过程参数 Fig. 8 Process of tectonic subsidence and sedimentary filling of Sufyan Sag

第一断陷阶段：对应于AG组5段~1段沉积时期(137~120Ma)，剖面伸展率达到了16.60%，基底沉降幅度为2~6km，是凹陷形成和演化的关键阶段。该阶段凹陷的沉降与结构主要受控于凹陷南部边界断层活动，该边界断层的剧烈活动不仅使该凹陷的沉降与沉积中心紧邻该断层的上盘，而且诱发形成了多条与之倾向相反的同沉积断层，而标准井Hr-1在该阶段的基底总沉降量约为2.440km，约占该井总累积沉降量的57.2%，总沉降速率达到了122.4m/My。由此可知，凹陷在该阶段总体具有“差异断陷，凹陷基底沉降大、速率快”的特征。

第一坳陷阶段：对应于Bentiu组沉积时期(120~94Ma)，剖面伸展率增加了0.80%，基底沉降幅度为0.5~2km。与前一阶段相同的是此阶段基底沉降量依旧很大，但较前者明显不同的是，除边界断层之外，凹陷的同沉积断层在此时不活动，凹陷表现为非均一整体沉降。而该阶段标准井的基底总沉降量约为1.004km，约占该井总累积沉降量的23.5%，总沉降速率达到了32.3m/My。由此可知，凹陷在该阶段总体具有“非均一整体沉降，凹陷基底沉降大、速率快”的特征。

第二断陷阶段：对应于Darfur群沉积时期(94~66Ma)，剖面伸展率新增2.1%，基底沉降幅度为0.2~1km。该阶段的主要特征为凹陷内部多条早期形成的同沉积断层复活，与前一阶段相比，凹陷的差异沉降较为明显，且沉降幅度明显减小。而该阶段标准井的基底总沉降量约为272.91m，约占该井总累积沉降量的6.3%，总沉降速率为9.78m/My。由此可知，凹陷在该阶段总体具有“差异断陷，凹陷基底沉降减小、速率减缓”的特征。

构造反转阶段：发生在Darfur群沉积后，其主要特征为靠近凹陷南部边界的地层发生了褶皱变形，部分正断层发生了不同程度的反转。该阶段造成了Sufyan凹陷短轴方向上的缩短，形成了中央构造带，是凹陷格局形成的关键时期。

第二坳陷阶段：对应于Amal组沉积时期。此时凹陷边界断层停止活动，凹陷表现为整体热沉降。第三断坳阶段：对应于Senna组-Tendi组-Adok组-Zeraf组沉积时期。该阶段沉积的各套地层厚度薄，在地震剖面上难以进行识别、区分，反映了凹陷在该阶段的沉降活动趋于停止。

由以上研究结果可知，尽管Sufyan凹陷伴随Muglad盆地整体经历了“三断三坳”的构造演化历史，但三期断坳演化旋回的发育程度存在明显的差异。第一断坳旋回发育程度高，第二断坳旋回发育程度低，第三断坳旋回几乎不发育是造成凹陷现今早断早衰型结构的主控因素，晚白垩世的挤压抬升剥蚀对凹陷现今结构的形成也有一定作用，但属于次要因素。Sufyan凹陷现今结构的形成过程与我国渤海湾盆地沧东-南皮凹陷等形成过程十分相似(赵文智和池英柳, 2000)。

与主动裂谷盆地不同，被动裂谷盆地的构造演化更明显地受区域构造事件所产生的应力场影响。Sufyan凹陷自早白垩世以来，伴随冈瓦纳大陆的裂解、大西洋的分段张开、印度洋的快速张开以及红海裂谷的形成等构造事件，发生了多期次的断坳演化旋回。Sufyan凹陷的构造位置——紧邻中非剪切断裂带，决定了其演化与中非剪切带的活动历史紧密相关(Genik, 1993; 魏永佩, 1999; 魏永佩和刘池阳, 2003; 童晓光等, 2004; 潘校华等, 2005; 田作基等, 2005; 窦立荣等, 2006a, b; 张艺琼等, 2015; 黄彤飞等, 2017; 张光亚等, 2018)。

Sufyan凹陷演化的第一裂谷旋回发生在早白垩世早期，由于北大西洋裂开的速度比南大西洋速度快，中非剪切断裂带以北的块体在早白垩世大规模地相对向东运动，中非剪切断裂带开始了右行走滑(魏永佩和刘池阳, 2003)，该活动诱导了临近断裂带的Sufyan凹陷以及断裂带内部的Salamat、Doseo等盆地的形成(窦立荣等, 2006a)。强烈的张扭性构造应力场导致了基底的快速沉降和沉积物的快速充填，并促使该凹陷第一裂谷旋回十分发育。

Sufyan凹陷演化的第二裂谷旋回发生的构造背景比较复杂。晚白垩世印度洋快速张开，在非洲中部形成了自东向西减弱的、近NE-SW向的伸展应力场(黄宝春等, 2010; 孙海涛等, 2010)，但该应力场方向与凹陷长轴方向平行，致使作用于该凹陷伸展分量较小，该凹陷第二断陷期发育较弱。在晚白垩世晚期，由于南大西洋的扩张速率大于中大西洋的扩张速率，中非剪切断裂带由右旋走滑逐渐转为左旋走滑，该走滑方向的改变导致断裂带内部盆地以及断裂带两侧的Muglad盆地的Fula凹陷、KaiKang坳陷、Bongor盆地发生了被动反转。也有学者认为因亚欧板块与非洲板块的碰撞，在非洲板块内部形成的近S-N向挤压应力，加剧了该凹陷挤压反转剥蚀的程度(魏永佩, 1999; 魏永佩和刘池阳, 2003; 潘校华等, 2005; 田作基等, 2005; 窦立荣等, 2011; 余朝华等, 2013; 肖坤叶等, 2014; 张艺琼等, 2015)。

Sufyan凹陷演化的第三裂谷旋回发生在新生代，主要受新生代以来红海裂谷和东非裂谷形成的构造事件影响。进入新生代以来，中非剪切带的活动逐渐减弱直至停止，东非裂谷成为非洲大陆新的活动带，并成为应力调节的主要位置，这可能在一定程度上抑制了中非剪切带的活动。而晚渐新世开始形成的红海裂谷(吴珍云等, 2014)，产生了自东向西减弱的伸展应力场，导致了中非剪切带东部盆地正断层活动和断块翘倾作用(Genik, 1993; 魏永佩, 1999; 窦立荣等, 2006a)。但由于Sufyan凹陷长轴方向近东西，与该伸展应力场方向近平行，该事件对凹陷影响较小，造成第三期断坳旋回在该凹陷几乎不发育，最终该凹陷现今早断早衰型残余结构得以形成。

该结构对凹陷内油气分布的影响主要体现在对纵向上主力成藏组合与横向上有利区带分布的控制。在主力成藏组合方面，目前在Sufyan凹陷发现的石油几乎全部位于下部成藏组合，即储盖关系类型为AG组内部自生自储自盖型。这明显与Muglad盆地其他凹陷不同，例如Bamboo-Unity凹陷内发现的亿吨级大油田G-Unity油田、G-Heglig油田，Fula凹陷的Fula油田等，主力产油层系均位于中部成藏组合。凹陷结构是造成此差异的主要原因。由于Sufyan凹陷第二、三裂谷作用发育程度较低，作为Muglad盆地最重要的区域盖层Darfur群厚度明显比其他凹陷的薄(张光亚等，2019)；同时晚白垩世的挤压反转造成该凹陷Darfur群厚度剥蚀减薄，使得其封盖能力进一步减弱。Darfur群盖层较差的封盖能力不利于Sufyan凹陷中组合的发育，由此决定了下部AG组自生自储自盖型成藏组合为该凹陷的主力成藏组合。

但凹陷结构对凹陷内油气运聚有着重要的影响，晚白垩世的挤压反转形成了Sufyan凹陷中部近东西向的中央构造带，使得该凹陷中部处于构造高部位。由于该凹陷的油气运移也主要发生在晚白垩世-古近纪(Qiao et al., 2016;李威等, 2018)，这就使得中部构造带成为了油气二次运移的主要指向(图 9、图 10)。目前Sufyan凹陷已发现油气井的分布特征很好地证明了该结构对油气运移和聚集的重要影响(图 9)。

图 9

Fig. 9

图 9 Sufyan凹陷探井分布及油气运移平面图 Fig. 9 Distribution map of drilled wells and hydrocarbon migration in ichnography

图 10

Fig. 10

图 10 Sufyan凹陷油气运移剖面示意图(剖面位置见图 9) Fig. 10 Hydrocarbon migration in cross section of Sufyan Sag (location of section is shown in Fig. 9)

(1) Sufyan凹陷现今地层的残余结构主要由第一裂谷作用旋回期沉积的地层构成，该地层厚度约占该凹陷现今地层总充填厚度的77%~81%。

(2) Sufyan凹陷现今残余的结构主要受三期裂谷作用发育程度差异控制。第一期裂谷作用发育程度高，第二、三裂谷作用发育程度低是造成该凹陷现今早断早衰型结构的主控因素，晚白垩世的挤压抬升剥蚀对该凹陷现今结构的形成也有一定作用，但属于次要因素。

(3) 造成Sufyan凹陷三个裂谷旋回发育程度不同的主要原因是三期伸展应力来源、大小、方向的差异。诱发该凹陷第一裂谷旋回期的应力主要来源于由中非剪切带的剪切应力转换的伸展应力，而在第二裂谷旋回期，中非剪切带运动方向由右旋逐渐转为左旋，此时区域构造事件产生的伸展应力较弱，且其与该凹陷长轴方向近平行，作用于凹陷的伸展分量较小，与此同时，因中非剪切带运动方向的改变以及非洲板块与欧洲板块碰撞等事件的影响，该凹陷发生被动反转，造成该凹陷地层结构的剥蚀减薄。而在该凹陷第三裂谷旋回期，中非剪切带活动逐渐停止，红海裂谷张开产生伸展应力场与该凹陷长轴方向近平行，造成第三期断坳旋回在该凹陷几乎不发育，最终形成了该凹陷现今的早断早衰型残余结构。

致谢      本文写作过程中引用了中国石油集团重大科技专项“海外重点战略大区勘探技术研究与应用”之《苏丹Muglad盆地精细勘探领域评价与目标优选》的大量研究成果，并得到了刘计国、客伟利、毛凤军、杜业波、余朝华等专家的指导与帮助；李曰俊教授与于炳松教授两位评审专家提出了许多建设性意见与详细的修改建议；编辑部作出了辛勤的工作；在此一并致谢！