控制新生代裂谷盆地成熟度演化及油气潜力的关键因素：以埃及苏伊士湾裂谷盆地和中国渤海湾盆地东浦凹陷为例

《Journal of African Earth Sciences》：Key Factors Controlling the Maturity Evolution and Hydrocarbon Potential of Cenozoic Rift basins: Case studies from Gulf of Suez Rift Basin, Egypt and Dongpu Sag, Bohai Bay Basin, China

　　摘要
新生代裂谷盆地遍布全球，包含了丰富的石油系统。本研究通过对比分析苏伊士湾裂谷盆地（GOSRB，埃及）和东埔裂谷盆地（DRB，中国），探讨了影响新生代裂谷盆地热成熟度演变和碳氢化合物潜力的关键因素。对GOSRB中部和南部Lower Rudeis地层的盆地建模整合了沉降历史、侵蚀作用、地层厚度以及动力学模型，以重建埋藏、热演化、烃生成和运移过程。Lower Rudeis源岩在成熟度上表现出显著的时空变异：中部地区经历了早期、中期和晚期成熟阶段，具有较高的转化率，主要为产油系统性；而南部地区则表现为较低的转化率、较薄的源岩和盖层，以产气为主。这些差异主要受成熟起始时的埋藏深度、沉降速率及其变化热流的影响。与DRB的比较显示，两个盆地具有相似的地壳厚度、裂谷相关的沉降幅度以及足以从海洋源岩（苏伊士湾）和湖泊源岩（东埔凹陷）中生成有效石油系统的高热流，但在裂谷持续时间、构造样式和干酪根组合方面存在差异。结果表明，控制新生代裂谷盆地成熟度演变和碳氢化合物潜力的主要因素包括：成熟起始时的埋藏深度、负沉降速率、沉降速率、热状态、源岩质量、构造特征以及封盖效果。这些因素共同决定了裂谷盆地最终发展成以产油还是产气为主的石油系统，并为前缘新生代裂谷的勘探提供了预测框架。

引言
新生代裂谷盆地分布于世界各地，孕育了众多石油系统，例如东非裂谷、苏伊士湾裂谷盆地（埃及）、东埔裂谷盆地（中国渤海湾盆地）、欧洲新生代裂谷系统以及东南亚的裂谷盆地。碳氢化合物潜力与裂谷盆地的构造环境密切相关；因此，由于横向迁移路径较短、源岩质量良好以及裂谷期和裂谷后的沉积序列有利于烃生成（Huff 1980；Klemme 1980；Demeison 1984；Katz 1995），这些盆地蕴藏着大量碳氢化合物。裂谷盆地的特征是由断层系统形成的拉长沉降带（Hempton, 1987；Morley et al., 1999）。复杂的构造、丰富的湖泊和三角洲源岩以及由断层和岩内封盖形成的大量圈闭，使新生代裂谷盆地成为烃生成的理想场所（Lambiase, 1990）。烃生成通常发生在热沉降期间，断层的重新活动促进了烃的迁移（Gawthorpe & Leeder, 2000）。例如，在中国东部，始新世-渐新世的湖泊源岩在中新世成熟，将石油排入由泥岩形成的圈闭中；在东南亚，渐新世的裂谷湖泊页岩则产出了蜡质石油（Qiang et al., 1998；Li et al., 2017；Petersen et al., 2006）。有效的石油系统依赖于成熟的湖泊源岩、优质的砂岩储层和岩内封盖的协同作用。构造圈闭（如倾斜块体、翻轉体和背斜）以及成岩作用和相控因素共同控制着烃的聚集（Morley, 2015；Wang et al., 2019）。新生代裂谷盆地是由裂谷作用驱动的构造沉降形成的。裂谷初期以岩石圈拉伸和高沉降速率为特征，形成厚的裂谷期沉积序列；裂谷后期则以低沉降速率和裂谷后沉积序列为特征（Lambiase, 1990；White & McKenzie, 1989）。新生代裂谷盆地经历了快速的断层活动和沉降，常形成带有深厚湖泊填充物的半地堑结构；随后进入裂谷后或凹陷期，以缓慢的热沉降和广泛的河流-三角洲沉积为特征。间歇性的构造事件进一步改变了盆地形态（例如尼日尔的Termit盆地和欧洲新生代裂谷系统）。构造过程和沉积过程的时间和相互作用对地层和烃生成窗口具有重要影响（Lambiase & Morley, 1999；Zuo et al., 2017）。新生代裂谷盆地的构造演变受到边界断层、转移带和内部断块以及继承构造趋势的显著影响。主要边界断层形成了深沉降中心，而转移带和背斜则引导沉积物路径，控制着储层和源岩的位置。断层几何形态（如高角度与低角度断层）影响烃迁移和圈闭效率。例如，在东非裂谷系统中，双断层半地堑与单断层半地堑的差异决定了石油系统元素的空间分布和迁移路径的有效性（Sakai et al., 2013；Morley, 2015；Ji et al., 2024）。南海的危险地带展现出一系列向东迁移的裂谷盆地，古近纪期间该区域以半地堑沉降为主，反映了活跃的裂谷活动；中新世之后，该地区转变为热沉降阶段，形成了广阔的裂谷盆地（Nutz et al., 2022）。新生代裂谷盆地的地层反映了构造沉降、沉积供应、气候、基底构造及海平面变化的动态相互作用。断层作用、块体旋转和抬升形成了楔形裂谷叠置体，其厚度向边界断层递增；而源区抬升和气候变化决定了近端粗粒沉积物向远端细粒相的过渡。间歇性火山活动和沉积类型变化进一步影响了相组成和沉积模式。气候变迁调节了沉积物产量和湖泊发育，而海平面变化则影响了沉积序列的叠加、低水位期间的河流侵蚀和高水位期间的海水侵入。子盆地之间的连通性和合并也控制了沉积模式。这些过程形成了记录了从裂谷形成到热松弛全过程的异时性地层（Milani & Davison, 1988；Ingersoll, 2012；Sakai et al., 2013；Morley, 2015；Ji et al., 2024）。对比全球各地的新生代裂谷盆地揭示了多种多样的构造、沉积和构造特征，这些特征影响了它们的演化和碳氢化合物潜力。东非裂谷系统的西部分支以大型双断层半地堑和广泛的湖泊沉积为特征，为烃积累提供了有利条件；而东部分支则由较小、单断层裂谷组成，受到强烈火山活动和分隔沉积作用的影响，限制了储层发育（Ji et al., 2024）。在欧洲，新生代裂谷系统反映了阿尔卑斯山和比利牛斯造山带的复杂构造相互作用。裂谷期、反转作用和地幔柱相关的岩石圈减薄作用形成了独特的沉积格局。这种环境与东非和东亚的洲内和火山活跃裂谷形成鲜明对比，突显了构造-岩浆过程对盆地形成的强区域控制作用（Schmid et al., 2004）。日本和东非的早期新生代裂谷盆地进一步展示了火山作用、沉积供应和盆地连通性之间的相互作用，其中相互连接的半地堑系统及火山碎屑岩在塑造盆地地层中发挥了关键作用（Sakai et al., 2013）。研究区域包括非洲大陆的苏伊士湾裂谷盆地（GOSRB）和亚洲大陆的东埔裂谷盆地（DRB）（图1 a & b）。GOSRB位于埃及东北部，呈北-西北至南-东南方向延伸，处于非洲板块和阿拉伯板块的交界处，将非洲大陆的东北部与西奈半岛分隔开，代表了红海裂谷的北部延伸部分。DRB位于中国东部，位于渤海湾盆地的南部，介于庐西和太行山脉之间。东埔凹陷与Allen和Allen（1990）提出的裂谷盆地沉降曲线一致，其构造特征、沉降历史和岩浆活动表明它是一个裂谷盆地（Chen et al., 2011），因此可称为东埔裂谷盆地（DRB）。这两个盆地都是新生代裂谷系统，在构造上具有相似性，但也存在显著差异。它们拥有悠久的勘探历史，并通过大量研究对其构造演化、地层序列、石油系统发育和碳氢化合物潜力进行了深入研究。很少有研究综合比较了不同大陆上的新生代裂谷盆地（Schmid et al., 2004；Sakai et al., 2013；Ji et al., 2024）。因此，对非洲和亚洲的新生代裂谷盆地（特别是苏伊士湾裂谷盆地（埃及）和东埔裂谷盆地（中国）进行比较，对于理解控制这些地区碳氢化合物潜力和石油系统发育的关键因素至关重要。本研究旨在探讨苏伊士湾裂谷盆地中部和南部Lower Rudeis源岩的热成熟度演变及其碳氢化合物潜力；识别控制GOS裂谷盆地成熟度和碳氢化合物潜力的主要因素；确定东埔裂谷盆地石油系统发育的关键要素；并比较GOS和DRB在以下方面的差异和相似性：（1）裂谷起始和演化阶段，（2）构造沉降历史和主要构造特征，（3）裂谷期和裂谷后地层序列，（4）热状态和成熟度历史，（5）烃生成、运移和充填阶段，（6）石油系统发育，（7）控制新生代裂谷盆地碳氢化合物潜力的主要因素。

部分摘录
**构造和构造背景**
GOSRB的构造演化始于晚渐新世至早中新世（约24-21百万年前），形成了一个NW-SE走向的大陆裂谷，代表了红海裂谷系统的北部陆上延伸部分。裂谷初期以河流红色沉积物与基性火山岩的互层为特征，随后在Burdigalian时期（约19-15百万年前）出现了明显的快速沉降，这一阶段形成了裂谷期的Lower Rudeis沉积序列。

**数据和方法**
采用 BasinMod软件对GOSRB中部和南部两个油田中的Lower Rudeis地层源岩进行了盆地建模和石油系统分析。中部油田包括GS285-1、GS277-1和SB276-1A井；南部油田则以Garraha Marine油田为代表，包括GMG和GM4S井。使用 BasinMod 1-D软件重建了源岩的埋藏和热历史。

**成熟度参数**
源岩的成熟度参数包括有机质类型、干酪根类型、总有机碳（TOC）含量和玻璃质体反射率（Ro），以及成熟阶段的持续时间、每个成熟阶段对应的深度和温度范围、源岩沉积期间及之后的构造沉降、源岩及其盖层的厚度，以及烃生成和运移速率。

**GOSRB中部和南部地区的成熟度演变和碳氢化合物潜力**
在GOSRB，裂谷前和裂谷期的源岩根据干酪根类型I、II和III生成石油和天然气（Alsharhan, 2003）。该盆地包含两个主要石油系统：（1）裂谷前期系统，以Thebes组的Duwi源岩为主；（2）中新世裂谷系统，以Lower Rudeis地层为主（Younes, 2012；Elmaadawy et al, 2021）。在南部部分地区（如Garraha地区）也有例外情况。

**结论**
研究表明，热成熟度演变、沉降动态和构造配置共同控制了新生代裂谷盆地的碳氢化合物潜力，如苏伊士湾裂谷盆地（GOSRB）和东埔裂谷盆地（DRB）所示。在GOSRB，埋藏深度的空间变化、早期成熟的起始温度以及与抬升相关的负沉降决定了成熟区的分布和油气生成的平衡。Hesham Elbassiouny：可视化、软件与资源
未引用的参考文献：El Diasty等人，2020年；El Diasty和Peters，2014年；Steckler和ten Brink，1986年。

关于生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的应用声明：
在准备本作品期间，作者使用了[perplexity、Sonar]等服务来提升手稿的可读性和语言表达。使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版物的全部内容负全责。

关于利益冲突的声明：
作者声明没有任何已知的财务利益冲突或可能影响本文研究结果的个人关系。

致谢：
作者衷心感谢埃及国家石油公司（EGPC）、苏伊士湾石油公司（GUPCO）以及贝莱安石油公司（Petrobel）提供了本研究所需的数据。

作者信息：
Khaled Gamal Elmaadawy | Ismail Ahmad Hussein | Hesham Abdelmoneim Elbassiouny
所属机构：梅努菲亚大学理学院地质系
地址：32721，Shebin El Kom，梅努菲亚，埃及