裂谷盆地是岩石圈板块作背向水平运动或地幔隆起时地壳中发育的对称或不对称的谷地，一般与区域张性深大断裂有关。裂谷盆地是重要的含油气盆地之一，其面积占全球盆地面积的5%，但蕴含全球10%油气储量^[1-2]，是当前全球油气勘探最活跃的地区之一^[3-9]。近年来，国际油公司陆续在东非陆缘裂谷盆地、西非陆缘裂谷盆地^[10-13]、中西非陆内裂谷盆地^{[2, 14-19]}、东非陆内裂谷盆地和红海盆地^[20-22]取得重要勘探发现，使得非洲裂谷盆地成为当前油气勘探开发的热点地区之一。

整体而言，非洲地区盆地整体勘探程度不高，勘探潜力较大，是中国油公司实施走出去战略的重要发展方向。但是，由于非洲地区裂谷盆地类型众多，不同类型盆地构造演化和沉积充填上的差异导致油气地质特征与富集规律存在明显不同，目前研究大多局限于某一盆地或者某一类型的盆地，急需进行不同类型裂谷盆地构造、沉积演化与成藏条件研究，明确不同类型裂谷盆地的成藏规律和资源潜力。

本文依据中国石油天然气集团有限公司在非洲地区油气勘探与研究成果，对非洲地区不同类型裂谷盆地形成的动力学成因及构造、沉积和油气地质特征进行分析，以指导非洲地区油气勘探与战略选区。

非洲板块内盆地的形成和演化与冈瓦纳古陆的漂移及裂解紧密相关。非洲板块形成于前寒武纪末期泛非运动阶段，是西非克拉通、刚果克拉通、坦桑尼亚克拉通等古老陆核拼合的结果。古生代海相盆地主要发育在北非地区。古生代非洲板块基本稳定，只在北非地区发育了一系列克拉通边缘和内部坳陷盆地。中生代冈瓦纳古陆解体，非洲大陆东西两侧形成一系列裂谷，同时差异运动导致非洲板块内部形成陆内裂谷。新生代冈瓦纳古陆全面解体，大西洋、印度洋形成，在非洲板块东西两侧形成一系列的被动大陆边缘盆地，从而形成了现今的构造格局，发育了多期次、多类型的沉积盆地^[23]（图 1）。

图 1

图 1 非洲地区主要沉积盆地分布图（据文献[23]修改） Fig. 1 Distribution map of major sedimentary basins in Africa (modified after reference [23])

现今非洲板块西界为大西洋中央海岭，东界为印度洋中央海岭，东北以红海与阿拉伯板块分隔，北部以地中海残留洋盆与欧亚板块分界。非洲大陆内部发育古生代、中生代和新生代3期裂谷，形成了卡鲁裂谷系、中西非陆内裂谷系、北非陆缘裂谷系及红海—亚丁湾—东非裂谷系四大裂谷系。

非洲地区发育多期裂谷盆地，按盆地动力学成因，可分为与热隆拉张有关的主动裂谷盆地和与走滑或区域伸展应力场有关的被动裂谷盆地两大类；按盆地所处构造位置及基底特征，可分为陆内裂谷盆地、陆间裂谷盆地、拗拉谷裂谷盆地和陆缘裂谷盆地4类，部分盆地已经历一个或多个断陷—坳陷旋回，有的盆地现今仍处于断陷演化阶段。在上述裂谷盆地类型中，陆内主动裂谷盆地、陆缘被动裂谷盆地及陆内被动裂谷盆地是非洲地区最重要的含油气盆地类型。

非洲陆内主动裂谷盆地包括古生代卡鲁裂谷系盆地和新生代的东非裂谷系盆地，其中以东非裂谷系盆地最为典型，是当前油气勘探的热点地区。

东非裂谷系是典型的新生代陆内裂谷，属于古近纪—第四纪拉张构造，是大陆区延伸最长的现代裂谷带，可分为东支和西支（图 1）。古近纪，受Afar热地幔柱上涌作用影响，非洲东北部红海—亚丁湾—东非裂谷系开始形成。晚始新世—渐新世，岩石圈区域性隆起，首先在红海地区形成初始裂谷，致使阿拉伯板块与非洲大陆分离。渐新世—中新世，地幔对流活动加强，在早期红海初始裂谷的基础上形成大型裂谷。上新世开始，阿拉伯板块与非洲板块基本分离，以Afar地幔柱为轴，形成了与红海共轭的东非裂谷和亚丁湾裂谷，共同形成了红海—亚丁湾—东非裂谷系，其中深入非洲大陆内部的一支逐渐演化成东非裂谷系。

东非裂谷系在横向脊分隔下，东支自北向南划分为11个盆地，西支自北向南分布有8个地堑。东非裂谷盆地结构包括单一箕状断陷、多米诺式半地堑和双断式地堑。从构造样式上看，以基底卷入型构造为主，其次为盖层滑脱型构造，包括掀斜断块、地垒和滚动背斜等，存在伸展构造、挤压（反转）构造和转换构造。东非裂谷系至少于上新世和更新世发生过两次构造反转，主要影响到西支鲁夸盆地和东支图尔卡纳盆地^[24]。

东非裂谷盆地发育时间较晚，以单旋回断陷为主，现今热流高，油气富集在新生界中。东非裂谷系主要在西支阿尔伯特盆地、东支洛基查盆地有油气发现。阿尔伯特盆地面积为23000km²，沉积厚度超5000m，以古近系和新近系为主。烃源岩为中新统湖相页岩，有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型，TOC为1%~3%；储层为中新统—上新统河流—三角洲沉积体系砂岩，孔隙度为20%~32%，渗透率为200~3000mD；盖层为湖侵期泥页岩；主要为断块型圈闭（图 2）。洛基查盆地烃源岩为渐新统—中新统Lokone组泥岩；主要储层为中新统Auwerwer组砂岩，次要储层为Lokone组砂岩，储层厚度可达100m；盖层为中新统—上新统泥岩。已证实该盆地存在陡坡带和缓坡带砂体两类成藏组合。坦噶尼喀盆地勘探程度非常低，仍以双断式地堑结构为主，沉积厚度大，预测存在有效生储盖组合，断鼻、断块及断背斜等圈闭发育，北部Cape Kalamba附近湖底见油气苗，油气成藏的关键在于盖层的厚度与有效性^[25]。

图 2

图 2 东非裂谷系西支阿尔伯特盆地油藏剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 2 Reservoir profile of Albert Basin, west branch of East Africa rift system (see Fig. 1 for profile location)

陆缘被动裂谷盆地主要分布在北非中部（图 1），锡尔特盆地是典型的陆缘被动裂谷盆地。

泛非运动时期至石炭纪，北非陆缘被动裂谷盆地处于克拉通被动大陆边缘坳陷，沉积了寒武系—奥陶系石英砂岩，构成了盆地内最早的沉积。海西运动时期，盆地抬升遭受剥蚀，海西运动之后主要发生了3期裂谷活动：晚石炭世—侏罗纪受控于冈瓦纳古陆北缘的裂解和新特提斯洋打开，发生第一期大规模裂谷活动；晚侏罗世—早白垩世，随着大西洋中段裂开及非洲板块与南美板块之间的分裂，发生第二期裂谷活动；古新世受北非与欧洲板块右旋剪切相对运动形成的局部拉张作用影响，发生第三期裂谷活动。锡尔特盆地第二裂谷期白垩纪断陷活动强烈，形成了盆地最主要的沉积中心，沉积厚层白垩纪碎屑岩；第三裂谷期古近纪裂谷持续活动，沉积中心得到进一步强化。渐新世以后，盆地进入被动大陆边缘期，并最终形成现今垒堑相间的构造格局^[26]（图 3）。

图 3

图 3 锡尔特盆地区域地质剖面图（据文献[26]修改）（剖面位置见图 1） Fig. 3 Regional geological profile of Sirte Basin (modified after reference [26]) (see Fig. 1 for profile location)

北非陆缘被动裂谷盆地处于特提斯构造域被动大陆边缘背景，以中—新生界含油气系统为主。

锡尔特盆地发育三叠系、下白垩统和古近系多套烃源岩，其中第二裂谷期形成的上白垩统海相页岩是最主要的烃源岩，生烃潜量一般大于300mg/g，最高可达600mg/g，有机质类型为Ⅱ型干酪根。第三裂谷期形成的海相碳酸盐岩是盆地的主力储层，其次在下白垩统和寒武系—奥陶系中也有储层发育。锡尔特盆地发育多套油气盖层，以上白垩统和始新统下部盖层为主。后期的稳定沉降有利于油气保存，使锡尔特盆地成为世界级的富油气盆地。目前盆地33%的油气赋存于古新统海相碳酸盐岩中，此外盆地31%的油气发现于下白垩统砂岩中，盆地12%的油气位于寒武系—奥陶系，其余盆地24%的油气分散在其他层系中，从而形成了纵向多层系立体含油的成藏模式^[27]（图 4）。

图 4

图 4 锡尔特盆地油藏剖面图（据文献[27]修改） Fig. 4 Reservoir profile of Sirte Basin (modified after reference [27])

中西非裂谷系主要为沿中非剪切带分布的陆内被动裂谷盆地，进一步划分为中非裂谷系和西非裂谷系：前者主要包括邦戈尔盆地、南乍得盆地、穆格莱德盆地、迈鲁特盆地和安扎盆地，后者主要是东尼日尔盆地（图 1）。

中西非裂谷系是在前寒武系结晶基底之上发育的中—新生代裂谷盆地群，其形成和演化主要与早白垩世大西洋分段裂开、中非剪切带走滑活动等相关^[28]。中西非裂谷系整体发育早白垩世、晚白垩世、古近纪3期裂谷。第一期裂谷发育是由于早白垩世早期中大西洋裂开的速度比南大西洋速度快^[29-30]，形成的中非剪切带发生强烈走滑运动，在剪切带端部剪切应力场转换为伸展应力场，后者诱导形成了剪切带端部的穆格莱德、邦戈尔、迈鲁特及断裂带内部的南乍得等中非裂谷盆地^[31]。盆地群经历了剧烈的拉张沉降，沉积巨厚的下白垩统，裂谷后期随着伸展应力的释放，在早白垩世阿普特期盆地群进入坳陷期。第二期裂谷发育主要受印度洋快速张开的影响。土仑期之后，南大西洋扩张为成熟大洋，南美洲板块与非洲板块完全分离, 此后大西洋活动对中非剪切带与非洲板块的影响不再明显^[15]。印度洋在晚白垩世早期快速张开, 在非洲中部形成了自东向西减弱、近NE—SW向伸展应力场，并使得该裂谷系进入晚白垩世裂谷期^[32-34]。到晚白垩世末期，中非剪切带逐渐由右行走滑转为左行走滑^{[30, 35]}, 造成剪切带内部盆地发生了一定程度的反转抬升。同期, 欧洲板块与非洲板块的挤压碰撞在非洲板块内部形成了近南北向的挤压应力场^{[15, 29, 36-37]}，也加剧了盆地的反转抬升。以上事件导致中西非裂谷大多数东西向展布的盆地发生反转，如邦戈尔盆地反转造成上白垩统几乎剥蚀殆尽；位于剪切带内部、近东西向展布的穆格莱德盆地苏夫焉凹陷发生了挤压反转^[38], 而北西向展布且远离剪切带的盆地（坳陷），如穆格莱德盆地的东南部凯康坳陷、迈鲁特盆地和东尼日尔盆地，受挤压影响小，表现为继续沉降。在古新世，印度板块完全脱离非洲塞舌尔群岛^[39]，非洲板块伸展活动减弱，盆地内部不再发生明显的差异沉降，在古新世进入了坳陷期。第三期裂谷发育主要受晚渐新世红海裂谷张开影响，在非洲板块内部形成了自东向西减弱、近NE—SW向的伸展应力场^{[32, 34, 40]}, 导致中非剪切带东部盆地正断层活动和断块翘倾作用^{[15, 30]}，北西向展布的盆地于始新世早期进入第三裂谷期。随着该伸展应力的释放，盆地群于中新世进入了坳陷期。

中西非裂谷系由多期裂谷叠置而成，主要受中非剪切带活动等形成的多期伸展应力场控制，烃源岩主要发育于早期裂谷旋回，中、后期不同盆地构造演化和沉积环境的时空变化导致主力成藏组合存在较大差异，油气主要分布在古近系、上白垩统、下白垩统中（图 5）。

图 5

图 5 中西非裂谷系盆地含油气系统对比图 Fig. 5 Comparison of petroleum systems of rift basins in central and western Africa

穆格莱德盆地早白垩世以来经历了3期完整的断—坳旋回。早白垩世第一期旋回断陷期沉积了盆地内最主要的Abu Gabra（AG组）烃源岩，而坳陷期则形成了盆地内最主要的Bentiu组河流相砂岩储层；晚白垩世第二期旋回断陷早期湖盆加深，形成了Aradeiba组区域性泥岩盖层，随后沉积了大套的Zarqa组—Baraka组，以频繁的砂泥岩互层为特征，坳陷期形成了Amal组大套砂岩地层；始新世以来第三期旋回断陷期则沉积了Nayil组至Zeraf组（图 6）。盆地第一旋回坳陷期形成的巨厚Bentiu组砂岩与第二期旋回断陷初期Aradeiba组区域性泥岩盖层构成盆地内最主要的成藏组合，目前该组合油气发现占穆格莱德盆地已发现油气总量的62%，AG组源内成藏组合和上白垩统Darfur群与古近系—新近系组成的源上成藏组合中所发现的油气分别占该盆地已发现油气总量的18%和20%。

图 6

图 6 穆格莱德盆地福拉凹陷油气成藏模式图（剖面位置见图 1） Fig. 6 Hydrocarbon accumulation model of Fula sag in Muglad Basin (see Fig. 1 for profile location)

迈鲁特盆地在早白垩世沉降强烈，发育了厚层的主力烃源岩；晚白垩世—古新世盆地伸展作用较弱，构造分异较小，盆内长期处于浅水环境，形成了广泛分布的辫状河三角洲沉积体系，该沉积成为盆内最主要的储层；始新世盆地开始强烈断陷，水体加深，形成了广泛分布的厚层泥岩盖层；始新世末期下白垩统烃源岩大量生、排烃，油气沿断层垂向运移到古近系最有利成藏组合中并聚集成藏（图 7）。

图 7

图 7 迈鲁特盆地北部凹陷油气成藏模式图（据文献[14]修改）（剖面位置见图 1） Fig. 7 Hydrocarbon accumulation model of north sag of Melut Basin (modified after reference [14]) (see Fig. 1 for profile location)

邦戈尔盆地早白垩世开始裂陷，初期水体较浅，大部分早期隆起遭受风化剥蚀，剥蚀的产物直接入湖，快速堆积形成P组扇三角洲—湖底扇沉积体系（图 8），这套沉积是目前盆内最重要的储层。随后，盆内水体加深，除局部高隆起外，多数隆起没入水下，沉积了M组半深湖—深湖相泥岩，厚度数十米到数百米不等，该套泥岩是盆内最重要的烃源岩和盖层（图 8）。K组沉积期断陷活动减弱，不同构造部位厚度差异变小（图 8）。R组、B组沉积期，大量沉积物充填盆地，水体逐步变浅，断裂活动进一步减弱。晚白垩世晚期，邦戈尔盆地发生强烈反转，导致地层抬升，上白垩统和部分下白垩统B组遭受剥蚀，构造反转造成构造变形、断裂活动和油气的重新运移和聚集，油气主要富集在下白垩统三角洲和河流相砂体及基岩潜山中^{[2, 16, 41]}，圈闭类型以晚白垩世挤压形成的反转背斜圈闭、断背斜圈闭为主（图 8）。

图 8

图 8 邦戈尔盆地油气藏剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 8 Reservoir profile of Bongor Basin (see Fig. 1 for profile location)

东尼日尔盆地的油气发现主要集中于南部的特米特坳陷。特米特坳陷主要经历了白垩纪和古近纪两期裂谷作用。与其他中西非裂谷盆地不同，特米特坳陷晚白垩世经历大规模海侵，发育一套以海相泥页岩为主的烃源岩，古近纪沉积了河流—三角洲相砂岩储层和湖相区域盖层。古近纪裂谷活动控制了圈闭的形成，同时由于油源断层沟通使上白垩统烃源岩生成的油气跨时代运聚至古近系砂岩中成藏^{[19, 42]}，上白垩统内部发育自生自储型油气藏（图 9）。

图 9

图 9 东尼日尔盆地特米特坳陷油气成藏模式图（剖面位置见图 1） Fig. 9 Hydrocarbon accumulation model of Termit depression in East Niger Basin (see Fig. 1 for profile location)

基于非洲板块构造演化背景，结合非洲地区含油气盆地研究进展，特别是利用近20年来在非洲地区多个类型裂谷盆地的勘探实践和研究成果，进一步明确了非洲板块内发育古生代、中生代和新生代3期裂谷盆地，形成了卡鲁裂谷系、中西非陆内裂谷系、北非陆缘裂谷系及红海—亚丁湾—东非裂谷系四大裂谷系。对典型陆内主动裂谷盆地、陆缘被动裂谷盆地和陆内被动裂谷盆地含油气地质和典型油藏的研究分析表明，不同类型裂谷盆地油气地质及油气分布特征明显不同，同一类型盆地中由于构造演化和沉积充填的变化导致油气地质特征具有一定差异。北非陆缘裂谷盆地处于特提斯构造域被动大陆边缘，以中—新生界含油气系统为主，发育海相优质烃源岩，垒堑相间、强烈差异沉降构造格局造成垒带油气极为富集。中西非陆内裂谷盆地由多期裂谷叠置而成，烃源岩主要发育于早期裂谷旋回，中、后期裂谷发育的时空变化导致主力成藏组合不同，油气主要分布在古近系、上白垩统、下白垩统中。东非陆内裂谷盆地形成晚，仅发育断陷期层序，以新生界含油气系统为主，主要发育断块油藏。

非洲地区发育的裂谷盆地类型多，演化差异大，盆地在类型及形成演化方面的差异造成了其油气地质、成藏组合及油气分布规律等方面的不同。今后对非洲地区盆地或区块进行油气勘探或者战略选区时，可加强裂谷盆地类型、裂谷作用发育期次的研究，并加强同类型盆地间油气地质条件的对比。