0 前言
全球碳酸盐岩储层中的油气储量约占总储量的40%，已发现的碳酸盐岩油气田主要位于北美、中东、西伯利亚等区域。非洲已发现碳酸盐岩油气可采储量占非洲总储量的15%，具有广阔的勘探前景。2023年以来国际油公司开始部署西非被动陆缘盆地白垩系碳酸盐岩的勘探，但到目前为止大规模油气发现较少，因此亟需对非洲碳酸盐岩分布及油气成藏条件开展分析和研究。本文利用标普全球（IHS）等商业数据库和公开出版的文献资料，基于非洲大陆构造演化和沉积环境分析，总结非洲碳酸盐岩垂向和平面的分布规律，以期为非洲碳酸盐岩油气勘探提供参考。
1 板块构造演化与碳酸盐沉积响应
非洲板块由前寒武纪卡拉哈里（Kalahari）、刚果（Congo）、西非（West Africa）以及撒哈拉等多个子板块拼合而成，其形成演化与超大陆裂解密切相关[4-5]。新元古代罗迪尼亚（Rodinia）超大陆短暂分裂成原始劳亚大陆（Proto-Laurasia）、刚果大陆和原始冈瓦纳大陆（Proto-Gondwana）[6]。大陆之间广泛存在新生大洋和被动大陆边缘[7]，卡拉哈里克拉通、刚果克拉通、西非克拉通均处于南北纬30°之间，具有发育碳酸盐沉积的条件，海相碳酸盐岩分布在北非的廷杜夫盆地（Tindouf Basin）、陶丹尼盆地（Taoudenni Basin），非洲中南部的扎伊尔盆地（Zaire Basin）、卡鲁盆地（Karoo Basin）局部。“雪球地球”事件导致全球气温下降，形成地质历史时期最大的冰期[8]，限制了碳酸盐岩的发育规模[9]。
中生代以来，随着潘基亚（Pangea）大陆的裂解，非洲大陆边缘裂谷发育，在北非地区发育近东西向锡尔特盆地（Sirte Basin）和佩拉杰盆地（Pelagian Basin），至侏罗纪，裂谷演变为新特提斯洋周缘的宽缓坳陷盆地（图1b，1c）[17-18]。早白垩世北非的裂谷盆地演化为大陆边缘裂谷盆地，温暖的气候、大范围的海侵促使北非形成大面积的浅海台地，有利于碳酸盐沉积[19-20]，特别是在锡尔特盆地和佩拉杰盆地[21]。西非地区受大西洋扩张控制，被动陆缘盆地发育，其北段和南段均为含盐盆地，中段未发现盐岩[22]。在不发育盐岩的盆地和含盐盆地的盐上组合中，侏罗系至古近系均有碳酸盐岩储层发育[23-27]，在裂谷初期盐下组合也发育少量湖相碳酸盐岩[28]。东非地区裂谷发育始于晚侏罗世，至晚白垩世，东非被动陆缘受火山活动影响，物源供给充足，以陆源碎屑沉积为主。东非地区仅少量孤立台地形成碳酸盐沉积，例如，马达加斯加裂谷侏罗纪发育碳酸盐台地和生物礁，礁体规模有限[16,29 -31]。
古近纪新特提斯洋海退，海相沉积范围开始缩小，非洲周缘普遍发育浅海相碎屑岩或碳酸盐岩。新近纪碳酸盐岩分布范围进一步缩小（图1d）。
2 碳酸盐岩层系地质特征
非洲碳酸盐岩盆地以锡尔特盆地、佩拉杰盆地、埃拉托色尼盆地（Eratosthenes Carbonate Platform）、下刚果盆地（Lower Congo Basin）、宽扎盆地（Kwanza Basin）为主，地层时代以中新生代为主（图2）。
元古宇碳酸盐岩主要位于摩洛哥南部的反阿特拉斯地区，北非的廷杜夫盆地、陶丹尼盆地，非洲中南部的扎伊尔盆地、卡鲁盆地局部。反阿特拉斯地区沉积了约3 000 m厚的台地型海相地层，为碳酸盐岩和碎屑岩混合沉积。陶丹尼盆地以互层状叠层石碳酸盐岩和硅质碎屑岩（夹黑色富有机质页岩）为主，发育于西非克拉通周围、与裂谷作用有关的浅海环境中。
新生界碳酸盐岩展布与中生界类似。北非始新统El Gueria组和Jdeir组货币虫灰岩集中发育。以埃拉托色尼台地为代表的新生代孤立台地，台地相碳酸盐岩自中侏罗统至中新统继承性发育，浅水台地相礁滩复合体纵向叠置，夹少量淹没台地相泥灰岩，碳酸盐岩分布面积约为8 750 km2，累计厚度约2 000 m。
3 碳酸盐岩层系油气成藏条件
依据盆地类型和油气分布规律，非洲碳酸盐岩盆地的油气成藏条件可划分为锡尔特-佩拉杰型、刚果-宽扎型和埃拉托色尼台地型等3种类型。北非的锡尔特盆地和佩拉杰盆地长期处于大陆边缘，经历多期拉张-挤压构造旋回，发育多套成藏组合，非洲大型碳酸盐岩油气田多位于此类盆地。东非、西非被动大陆边缘盆地以下刚果盆地和宽扎盆地为代表，盐岩层将盆地划分为盐下裂谷期和盐上被动大陆边缘期，构造背景较为单一，碳酸盐岩发育区带较窄。北非的埃拉托色尼台地代表了孤立碳酸盐台地，稳定的浅海台地环境发育了巨厚的生物礁灰岩储层，具备形成大型油气田的成藏条件。
3.1 锡尔特盆地
3.2 佩拉杰盆地
佩拉杰盆地位于锡尔特盆地的西北侧，是发育在新特提斯洋沿岸的大陆边缘裂谷盆地，在三叠系、侏罗系、白垩系和古近系均发育大量碳酸盐岩。盆地共发育3套成藏组合，分别为古生界—侏罗系、侏罗系—白垩系及古近系成藏组合（图4），超过98%的已发现油气储量来自碳酸盐岩储层。古生界—侏罗系成藏组合以古生界Tannezuft组泥岩、侏罗系Nara组泥灰岩为烃源岩，侏罗系Noto组礁灰岩和同时期的M’Rabtine组砂岩作为储层，侏罗系顶部的Khalif组泥岩作为盖层。侏罗系—白垩系成藏组合以侏罗系Nara组泥灰岩和白垩系Bahloul组泥岩为烃源岩，以白垩系阿普特阶至白垩纪末期发育的多层碳酸盐岩（Serdj组、Zebbag组、Isis组、Douleb组和Abiod组）为储层，白垩系顶部的El Haria组泥灰岩为区域盖层。古近系成藏组合以始新统Bou Dabbous组钙质页岩和黏土质灰岩为最重要的烃源岩[19]，始新统El Gueria组和Jdeir组货币虫灰岩为最重要的储层，始新统Ghalil/Souar组为区域盖层，90%的已发现储量以及储量大于3 000×104 t的油气田均位于该组合，包括最大的Bahr Essalam油气田。
3.3 下刚果盆地
下刚果盆地位于南大西洋沿岸，初期为陆内裂谷盆地，发育陆相沉积，白垩纪阿尔布期之后与大洋连通，成为被动大陆边缘盆地，发育海相沉积。受长周期海平面升高和被动大陆边缘持续沉降的影响，碳酸盐岩自海向陆不断退积，平面上形成3个带：①下白垩统阿尔布阶下Sendji组碳酸盐岩-碎屑岩混合发育带。主要为缓坡颗粒滩，由陆向海陆源碎屑逐渐减少，以颗粒灰岩为主，是最有利的储层。②下白垩统阿尔布阶上Sendji组碳酸盐岩-碎屑岩混合储层发育带。具有与下Sendji组类似的沉积环境，但发育位置更靠近现今海岸线，沉积微相包括颗粒滩、鲕粒滩和生屑滩等。③上白垩统塞诺曼阶碎屑岩夹碳酸盐岩地层带。距离海岸线最近，陆源碎屑供给充沛，碳酸盐岩含量减少，多作为夹层与碎屑岩形成混合沉积[40-41]。
垂向上主要发育3套成藏组合（图6）：①以Iabe组—Pinda/Sendji组为代表的盐上生-盐上储的成藏组合。盐上烃源岩为下白垩统阿尔布阶深海相页岩，有机质丰富，TOC平均值为4%，以Ⅱ型干酪根为主，具有中等—好的生烃潜力。油气以近源、侧向运移为主，以盐上上白垩统半深海—深海页岩作为盖层，在碳酸盐岩构造圈闭中聚集成藏。其成藏关键因素是构造圈闭周边的油源是否充足。②以Bucomazi组—Pinda/Sendji组为代表的盐下生-盐上储的成藏组合。盐下烃源岩为下白垩统Bucomazi组湖相页岩和Pointe Noire组湖相泥灰岩，有机质非常丰富，TOC平均值可达7%，最大超过30%，以Ⅰ—Ⅱ型干酪根为主，区域上为优质的油源岩。盐上白垩系碳酸盐岩储层主要为上白垩统Sendji组（刚果）和Pinda组（安哥拉）。盐下生成的油气在Chela组砂岩中侧向运移，通过盐窗运移至盐上碳酸盐岩储层，上白垩统半深海—深海页岩作为盖层，在盐岩活动形成的构造圈闭中成藏。成藏关键因素为盐窗提供的油气运移通道。③以Bucomazi组—Toca组为代表的盐下生-盐下储的成藏组合。以盐下下白垩统Bucomazi组湖相泥页岩为烃源岩，Toca组湖相碳酸盐岩为储层，上覆Pointe Noire组湖相泥灰岩和Loeme组盐岩作为盖层，成藏条件好[40-41]，有利圈闭为陆内裂谷期的构造圈闭[40]。成藏关键因素是储层，一般成藏规模较小。
3.4 宽扎盆地
宽扎盆地前身为冈瓦纳大陆裂解形成的陆内裂谷，现阶段为被动陆缘盆地[42]。盆地经历3期构造演化，分别是侏罗纪晚期至早白垩世阿普特早期的裂谷阶段、早白垩世阿普特中晚期的过渡阶段和早白垩世阿尔布期至今的被动陆缘阶段，形成盐下、盐间、盐上3套沉积体系。裂谷阶段主要为水进旋回，发育湖相泥岩、滨浅海相砂岩、石灰岩和火山岩等岩石类型。过渡阶段裂谷与海水的连通有限，发育蒸发岩等局限环境沉积。此阶段发育区域性分布的巨厚蒸发岩，主要由盐岩、白云岩和硬石膏组成，最大厚度超过1 000 m，自南向北、从深海向陆地厚度逐渐减薄。被动陆缘阶段经历2次海侵-海退旋回，主要发育海相盐酸盐岩和泥页岩；后期随着盆地抬升，逐步发育滨岸沉积、三角洲沉积[42-44]。
盐上阿尔布阶碳酸盐岩/碎屑岩成藏组合 主要烃源岩为盐下下白垩统巴雷姆阶湖相烃源岩；储层为下白垩统阿普特阶Binga组和阿尔布阶Catumbela组碳酸盐岩（图8），主要由鲕粒灰岩和白云岩组成，白云岩中含有部分硬石膏；盖层为下白垩统蒸发岩及上白垩统泥岩。成藏模式以下生上储为主。圈闭类型主要为盐隆之上的背斜圈闭。
3.5 埃拉托色尼海山及其周缘孤立台地
埃拉托色尼海山（简称海山）位于东地中海南部的被动大陆边缘盆地内，是一个NE—SW向展布的椭圆形海底地貌高地[46]。海山及其周缘孤立台地构造演化经历了陆内裂谷、陆间裂谷、被动漂移和后期改造等4个阶段[47]，纵向上发育多套浅水碳酸盐岩。中三叠世—早侏罗世，非洲—阿拉伯大陆进入主要裂解期，海山等微陆块从大陆北缘裂解出来，形成垒式断块。中侏罗世，新特提斯洋南部张开，形成陆间裂谷盆地，海山等垒式古凸起在海洋中呈孤立状分布，开始发育碳酸盐岩建造。晚中侏罗世—晚白垩世土伦期，南新特提斯洋扩张进一步加强，海山等孤立台地继承性发育。晚白垩世塞诺曼期，新特提斯洋开始向北俯冲消减，伴随着俯冲作用，海山等浅水孤立台地被淹没，开始发育深水泥灰岩。早中新世阿拉伯板块与欧亚板块碰撞作用加剧，俯冲带南迁使得埃拉托色尼微陆块发生区域隆升，同时在相对海平面下降的共同作用下，埃拉托色尼等微陆块再次发育浅水台地相沉积。中新世末墨西拿期，直布罗陀海峡关闭，大西洋与地中海隔断，发育了区域性厚层蒸发岩。早上新世，直布罗陀海峡的打开使得东地中海恢复了深海沉积环境，埃拉托色尼微陆块被深水所淹没，并开始发育深水细粒沉积。
海山周缘孤立碳酸盐台地的优越成藏条件已被勘探证实。自2015年以来，在海山西南部的深水孤立生物礁体勘探发现了Zohr、Calypso、Glaucus和Onesiphoros等油气田，其中最大的Zohr气田的可采储量达3.681×1011 m3。该区域已发现的主要成藏组合为中新统成藏组合（图9）：主力烃源岩为位于台缘两侧凹陷区的渐新统—中新统潟湖相泥岩，富含有机质[48]，埋藏浅，现处于大量生成生物气的未成熟—低成熟阶段；储层为中新统生物礁灰岩，被厚层墨西拿阶蒸发岩所覆盖。另一套潜在的成藏组合为中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶成藏组合（图9）：三叠系—下侏罗统裂谷系发育浅海相烃源岩，储层为中侏罗统巴柔阶—上白垩统土伦阶生物礁灰岩，上白垩统塞诺曼阶—渐新统泥灰岩为直接盖层，通过断裂沟通烃源形成了下生中储上盖的生储盖组合[47]。
4 结论
非洲碳酸盐岩的时空分布与板块漂移、古气候和沉积环境密切相关。前寒武纪—古生代，受超大陆旋回以及高纬度寒冷气候的限制，非洲碳酸盐岩发育规模有限，以叠层石和硅质碎屑岩互层为主。中生代以来，随着特提斯洋、印度洋和大西洋的扩张，非洲周缘广泛发育被动陆缘盆地，而且非洲板块处于较为温暖的气候带，叠加多期海侵，有利于碳酸盐沉积，特别是白垩系和古近系广泛发育碳酸盐岩，形成生屑灰岩和生物礁灰岩储层，成为碳酸盐岩油气藏的主要发育层系。
非洲碳酸盐岩的成藏条件主要受控于构造-沉积耦合作用下的生-储-盖配置关系。北非锡尔特、佩拉杰等盆地发育多期断陷-拗陷旋回，沉积多层叠置的深水泥岩与碳酸盐岩组合，形成多套成藏组合，是非洲最重要的碳酸盐岩油气藏发育区。下刚果、宽扎等被动陆缘盆地具有裂谷期湖相碳酸盐岩和被动陆缘期海相碳酸盐岩两套储集层，受限于大陆架宽度和陆源碎屑输入，碳酸盐岩发育规模与北非相比较小。东地中海埃拉托色尼孤立台地依托长期稳定的浅海环境形成巨厚生物礁储层，台地周缘的海相泥岩提供优质烃源和良好侧向封堵，中新统蒸发岩形成区域盖层，有利于形成大型气田。
