陳宇航, 姚根順, 唐鵬程*, 呂福亮, 魯銀濤

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083; 2.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院, 浙江 杭州 310023)

東非凱瑞巴斯盆地多期構(gòu)造變形及對(duì)油氣聚集的控制作用

陳宇航1, 2, 姚根順2, 唐鵬程2*, 呂福亮2, 魯銀濤2

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083; 2.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院, 浙江 杭州 310023)

利用最新的鉆井、地震資料, 對(duì)東非凱瑞巴斯盆地(Kerimbas Basin)進(jìn)行構(gòu)造–地層解釋和構(gòu)造演化過(guò)程恢復(fù)。結(jié)果顯示, 凱瑞巴斯盆地共發(fā)育了4期構(gòu)造變形: (1)二疊紀(jì)–早侏羅世晚期的岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng), 全區(qū)發(fā)生伸展構(gòu)造變形; (2)早侏羅世晚期–早白堊世晚期馬達(dá)加斯加向南漂移, 全區(qū)發(fā)生右行走滑變形; (3)新發(fā)現(xiàn)晚白堊世局部伸展構(gòu)造變形; (4)中新世–第四紀(jì)的東非裂谷海域分支活動(dòng), 導(dǎo)致研究區(qū)發(fā)生第三期伸展構(gòu)造變形, 形成凱瑞巴斯盆地現(xiàn)今地塹形態(tài)。三期伸展構(gòu)造變形的應(yīng)力方向均為近E-W向, 斷層展布方向均為近S-N向。每一期構(gòu)造變形的范圍, 強(qiáng)度及對(duì)沉積地層的控制作用差異顯著。凱瑞巴斯盆地控坳斷層活動(dòng)具有繼承性?；谘芯拷Y(jié)果, 建立凱瑞巴斯盆地構(gòu)造成因模式。岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)有利于二疊系–下侏羅統(tǒng)構(gòu)造圈閉的形成, 并溝通了烴源巖和儲(chǔ)層, 有利深層油氣的聚集; 東非裂谷海域分支裂谷活動(dòng)溝通了前新生界烴源巖和西部陸坡古近系儲(chǔ)層, 但同時(shí)也破壞了盆地內(nèi)及東部的圈閉。斷層不發(fā)育的西部陸坡為主要油氣聚集區(qū)。

凱瑞巴斯盆地; 多期構(gòu)造變形; 斷層繼承性; 油氣聚集

0 引 言

近幾年在莫桑比克東北部的魯伍馬盆地(Ruvuma basin)連續(xù)獲得重大的油氣發(fā)現(xiàn), 使得魯伍馬盆地成為全球油氣勘探的熱點(diǎn)區(qū)域(孔祥宇, 2013)。而魯伍馬盆地東部的凱瑞巴斯盆地(Kerimbas Basin)、戴維斷裂帶(Davie Fracture Zone)同樣具有重要的油氣勘探潛力, 也受到人們的關(guān)注。由于地震資料稀少以及早期地震資料品質(zhì)較差, 前人對(duì)該地區(qū)研究較少。Mougenot et al. (1986)根據(jù)重力資料以及二維地震資料, 首次對(duì)凱瑞巴斯盆地特征進(jìn)行描述, 指出凱瑞巴斯盆地與北部的彭巴盆地(Pemba Basin) 以及南部的拉賽爾達(dá)盆地(Lacerda Basin)等深水盆地是東非裂谷在海域的延伸部分, 并認(rèn)為中侏羅世馬達(dá)加斯加向南漂移時(shí)形成走滑斷層, 在中新世受東非裂谷活動(dòng)影響而再次活動(dòng)形成了凱瑞巴斯盆地現(xiàn)今的形態(tài)。進(jìn)入21世紀(jì), 隨著非洲東部陸緣盆地特別是魯伍馬盆地獲得重大油氣發(fā)現(xiàn), 對(duì)凱瑞巴斯盆地的相關(guān)研究又逐漸升溫。Wiles et al. (2014)通過(guò)對(duì)莫桑比克南部海域的納塔爾峽谷(Natal Valley)的研究, 同樣認(rèn)為納塔爾峽谷的形成也與東非裂谷向南傳播有關(guān), 進(jìn)一步證實(shí)了東非裂谷對(duì)莫桑比克海域深水

區(qū)構(gòu)造的影響。Kǒnig and Jokat (2010), Mahanjane (2014)根據(jù)地震資料觀察分析, 推測(cè)東岡瓦納大陸在向南漂移的過(guò)程中, 在晚侏羅世150 Ma時(shí)發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn), 造成魯伍馬盆地的 E-W 向的拉張, 以及戴維斷裂帶南部擠壓。凱瑞巴斯盆地等東非裂谷海域分支經(jīng)歷了中新世早期(22 Ma)以及中新世晚期(10.5 Ma)兩期裂谷活動(dòng), 在時(shí)間上和東非裂谷系的兩次較強(qiáng)的活動(dòng)相對(duì)應(yīng)(Macgregor, 2015)。

前人研究證實(shí)凱瑞巴斯盆地受馬達(dá)加斯加漂移及東非裂谷活動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響, 但未對(duì)早侏羅世之前的構(gòu)造變形進(jìn)行相關(guān)研究, 同時(shí)也缺少對(duì)其內(nèi)部的構(gòu)造特征及多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承性的分析研究, 導(dǎo)致其形成演化過(guò)程仍然不清楚。

本文利用2008年以來(lái)采集的橫跨魯伍馬盆地東部、凱瑞巴斯盆地以及戴維斷裂帶西部的高品質(zhì)二維、三維地震資料, 在凱瑞巴斯盆地構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上, 分析盆地構(gòu)造的變形期次和不同期次的變形特征、變形量, 并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料, 總結(jié)其構(gòu)造演化過(guò)程, 并探討凱瑞巴斯盆地控坳斷裂的繼承性、多期構(gòu)造變形的成因模式及對(duì)油氣聚集的控制作用。

1 地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造演化史

凱瑞巴斯盆地位于非洲板塊與印度板塊的交界處, 西鄰魯伍馬盆地、東鄰戴維斷裂帶, 平均水深超過(guò)1000 m, 最深可達(dá)2500 m(圖1, 2)。前人將凱瑞巴斯盆地及東部的魯武馬盆地形成和演化劃分為四個(gè)階段: (1)晚石炭世到三疊紀(jì)(300～201 Ma), 岡瓦納大陸東部開(kāi)始發(fā)育陸內(nèi)裂谷, 形成盆地的雛形(Burke et al., 2003); (2)早侏羅世晚期(178 Ma)開(kāi)始,岡瓦納大陸分解為東岡瓦納大陸和西岡瓦納大陸兩部分, 二者之間形成洋殼, 北側(cè)的古特提斯洋打開(kāi)并向南發(fā)生海侵。馬達(dá)加斯加隨著洋殼的擴(kuò)張, 脫離非洲大陸, 并沿著戴維斷裂帶以右旋走滑的形式向南漂移, 直到早白堊世晚期(120 Ma)停止運(yùn)動(dòng),到達(dá)現(xiàn)在的位置(Bosellini, 1986; Emmel et al. , 2011; Reeves, 2014; 許志剛等, 2014); (3)早白堊世晚期(120 Ma)開(kāi)始, 凱瑞巴斯盆地進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣演化階段(Salman and Abdula, 1995; Moore et al., 2009),無(wú)區(qū)域性的裂谷活動(dòng); (4)從漸新世開(kāi)始(34 Ma), 受地幔柱活動(dòng)影響, 東非裂谷開(kāi)始形成, 并向南傳播。進(jìn)入中新世(23 Ma), 受東非裂谷的影響, 凱瑞巴斯盆地內(nèi)早期的斷層再次活動(dòng), 形成現(xiàn)今的地塹形態(tài)(Mougenot et al., 1986; Ebinger, 1989; Chorowicz, 2005; Macgregor, 2015)。

圖1　凱瑞巴斯盆地位置圖Fig.1 Map showing the location of the Kerimbas Basin

1.2 沉積地層

凱瑞巴斯盆地以石炭系變質(zhì)巖為基底, 沉積地層厚度超過(guò) 10 km。最老地層為二疊紀(jì)–三疊紀(jì)的岡瓦納陸內(nèi)裂谷期沉積——卡魯群(Karoo Group),東部魯伍馬盆地陸地上的 Lukuledi-1井鉆遇這套地層, 而在坦桑尼亞陸上地震資料也證實(shí)這一套地層的存在, 主要為河流、三角洲和湖泊相沉積的碎屑巖。但是在海域部分, 由于早期的地震資料品質(zhì)較差無(wú)法識(shí)別深層的卡魯群, 是否存在這套沉積一直無(wú)法確定。最新采集的二維地震資料發(fā)現(xiàn)在魯伍馬盆地海域部分、凱瑞巴斯盆地及戴維斷裂帶內(nèi)均發(fā)育卡魯群地層(Danforth et al., 2012)。本次研究利用的高品質(zhì)二維、三維地震資料, 同樣也在凱瑞巴斯盆地及戴維斷裂帶內(nèi)識(shí)別出深層的卡魯群, 其中坳陷中心為深湖相沉積, 隆起處發(fā)育淺湖相和三角洲、扇三角洲沉積。

從早侏羅世晚期(178 Ma)到早白堊世晚期(120 Ma),受岡瓦納大陸的分裂以及馬達(dá)加斯加向南漂移影響,在東非大陸邊緣和馬達(dá)加斯加之間發(fā)生海侵, 這個(gè)時(shí)期凱瑞巴斯盆地以海陸過(guò)渡相和濱海相沉積為主,并發(fā)育碳酸鹽巖沉積。

從早白堊世晚期(120 Ma)開(kāi)始, 東非大陸進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣階段, 凱瑞巴斯盆地發(fā)生廣泛海侵,一直持續(xù)到漸新世末(23 Ma), 在這段時(shí)期以厚層海相泥巖沉積為主, 局部地區(qū)發(fā)育海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積。漸新世(33 Ma)在陸架處發(fā)育三角洲沉積,其東部處于深水沉積環(huán)境, 并在陸坡發(fā)育重力流沉積(圖3, 4)(Key and Smith, 2008)。

中新世(23 Ma), 東非大陸抬升, 魯伍馬盆地的上陸坡發(fā)育的巨厚三角洲沉積在重力失穩(wěn)的條件下,形成大規(guī)模重力滑脫構(gòu)造(Mahanjane and Franke, 2014)。而在下陸坡以及凱瑞巴斯盆地內(nèi)部深水區(qū), 海底滑塌、大型深水扇等重力流沉積十分發(fā)育(圖2, 4)。

本文使用的鉆井鉆遇了上白堊統(tǒng)–第四系。

圖 2 凱瑞巴斯盆地及鄰區(qū)構(gòu)造格架簡(jiǎn)圖(據(jù) Mahanjane and Franke, 2014修改, 位置見(jiàn)圖1　)Fig.2 Simplified tectonic framework of the Kerimbas Basin and adjacent area

圖 3 魯伍馬盆地和凱瑞巴斯盆地綜合地層柱狀圖(據(jù)Mahanjane and Franke, 2014修改)Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of the Ruvuma Basin and the Kerimbas Basin

2 盆地多期構(gòu)造變形特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地震資料的構(gòu)造–地層解釋, 結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景, 認(rèn)為凱瑞巴斯盆地主要經(jīng)歷了四期構(gòu)造變形: (1)二疊紀(jì)(290 Ma)–早侏羅世晚期(178 Ma)的第一期全區(qū)伸展構(gòu)造變形; (2)早侏羅世晚期(178 Ma)–早白堊世晚期(120 Ma)的右行走滑變形; (3)新發(fā)現(xiàn)的晚白堊世早期(100 Ma)–晚白堊世晚期(66 Ma)第二期局部伸展構(gòu)造變形; (4)中新世(23 Ma)–第四紀(jì)的第三期伸展構(gòu)造變形。

圖4　凱瑞巴斯盆地構(gòu)造和沉積充填特征(剖面位置見(jiàn)圖2　, 剖面C-C′)Fig.4 Structure and sedimentary filling of the Kerimbas Basin

2.1 第一期伸展構(gòu)造變形

第一期伸展變形發(fā)生于二疊紀(jì)–早侏羅世。在西部陸坡和戴維斷裂帶內(nèi), 大部分?jǐn)鄬佑谠缳_世末停止活動(dòng), 只有個(gè)別斷層錯(cuò)斷上侏羅統(tǒng)下部, 表明這一期伸展構(gòu)造變形在早侏羅世晚期基本結(jié)束(圖 5a)。伸展變形形成的正斷層在全區(qū)均有分布,在凱瑞巴斯盆地內(nèi)部和戴維斷裂帶主要呈 S-N向展布, 在西部陸坡呈NW或NE向展布, 表明構(gòu)造變形受 E-W 向的拉張應(yīng)力控制。其中在西部陸坡和戴維斷裂帶上, 斷層在南北向上延伸距離為 20～ 40 km, 盆地內(nèi)個(gè)別控坳斷裂在南北向延伸長(zhǎng)度可達(dá)60 km, 推測(cè)它們由多條較短的斷裂生長(zhǎng)拼接而成(圖6a)。

地震剖面顯示, 凱瑞巴斯盆地基底最大埋深超過(guò)了16 km?；字蠟槎B系–下侏羅統(tǒng), 這套地層被斷層錯(cuò)斷, 形成多個(gè)半地塹、地塹、地壘構(gòu)造等構(gòu)造樣式, 為同裂谷期沉積地層。地層在斷層上盤(pán)的厚度明顯大于下盤(pán), 在盆地內(nèi)厚度可達(dá)5000 m。而在東部的戴維斷裂帶, 地層厚度明顯變薄, 最薄約800 m。地層呈楔形, 與下伏基底呈角度不整合接觸(圖 7, 黑色箭頭)。上覆的上侏羅統(tǒng)–下白堊統(tǒng)產(chǎn)狀較平整, 與二疊系–下侏羅統(tǒng)呈角度不整合接觸, 二疊系–下侏羅統(tǒng)被上侏羅統(tǒng)–下白堊統(tǒng)削截(圖 7, 紅色箭頭)。

2.2 右旋走滑變形

從早侏羅世晚期開(kāi)始, 古岡瓦納大陸分裂, 馬達(dá)加斯加以右旋走滑的形式向南漂移。右旋走滑構(gòu)造變形在研究區(qū)東部戴維斷裂帶以及研究區(qū)西部的陸上均有記錄(Emmel et al., 2011; Gilardi et al., 2014; Reeves, 2014), 由此推斷, 研究區(qū)處于右旋走滑構(gòu)造變形影響范圍之內(nèi)。然而, 受深層地震資料品質(zhì)較差的影響, 筆者并未發(fā)現(xiàn)走滑變形的直接證據(jù)。但是, 我們觀察到戴維斷裂帶和凱瑞巴斯盆地之間的邊界斷層傾角大于 70°, 明顯要比其他正斷層高陡(圖5a、c), 推測(cè)該斷層位于早期走滑斷層的發(fā)育位置。此外, 斷層的上盤(pán)上侏羅統(tǒng)–下白堊統(tǒng)厚度(3000～4000 m)大于下盤(pán)(2000 m)(圖5), 表明該斷層表現(xiàn)出正斷層屬性。

2.3 第二期伸展構(gòu)造變形

第二期伸展構(gòu)造變形期為晚白堊世早期-晚白堊世末期, 是本次研究新發(fā)現(xiàn)的一期局部伸展構(gòu)造變形。和第一期全區(qū)發(fā)育的伸展構(gòu)造變形相比, 第二期伸展構(gòu)造變形范圍十分局限, 僅分布在研究區(qū)中部的斷陷內(nèi), 斷層活動(dòng)范圍較窄, E-W 向?qū)挾葹?0 km。斷層沿S-N向展布, 延伸距離約60 km, 受近E-W向拉張應(yīng)力的控制, 與第一期伸展構(gòu)造變形應(yīng)力方向一致(圖5c, 6b)。

地震剖面顯示, 斷層活動(dòng)主要分布在現(xiàn)今的凱瑞巴斯盆地內(nèi)部。這期構(gòu)造變形主要受兩條控坳斷層的控制, 它們均為第一期伸展構(gòu)造形成的斷層再次活動(dòng)。斷層活動(dòng)對(duì)上白堊統(tǒng)具有明顯控制作用,凹陷內(nèi)地層厚度明顯大于西部陸坡及東部戴維斷裂帶地層厚度。地層呈楔形, 控坳斷層處地層厚度為1700 m, 向盆地內(nèi)部地層相對(duì)抬升, 厚度迅速減薄,只有600 m(圖5c、8)。地塹內(nèi)上白堊統(tǒng)被上覆的古新統(tǒng)削截, 兩套地層呈明顯的不整合接觸(圖 8, 黑色箭頭), 表明這一期伸展構(gòu)造變形在晚白堊世晚期結(jié)束。

圖5　凱瑞巴斯盆地典型地質(zhì)剖面圖Fig.5 Representative geological profiles across the Kerimbas Basin

2.4 第三期伸展構(gòu)造變形

第三期伸展構(gòu)造變形從中新世開(kāi)始, 并一直持續(xù)到現(xiàn)今。這一期伸展構(gòu)造變形形成的斷層在平面上呈近 S-N向延伸, 區(qū)域拉張應(yīng)力背景為 E-W 向,與第一期、第二期伸展構(gòu)造變形應(yīng)力方向一致(圖6)。斷層分布范圍在南北向與第一期斷層基本一致,但在東西向要比第一期斷層活動(dòng)范圍窄, 基本以控坳斷層為界, 主要集中在凱瑞巴斯盆地內(nèi)部, 在其兩側(cè), 變形微弱。在盆地南北兩端, 斷層活動(dòng)范圍在東西向的寬度為 60 km, 而在盆地的中部分布寬度相對(duì)變窄, 約27 km。

地震剖面顯示, 第三期伸展構(gòu)造變形對(duì)凱瑞巴斯盆地中新統(tǒng)、第四系具有明顯的控制作用。中新統(tǒng)厚度在盆地內(nèi)為600 m, 而在戴維斷裂帶, 厚度僅為300 m。盆地內(nèi)上新統(tǒng)–第四系厚度可達(dá)2200 m,在戴維斷裂帶僅為300 m(圖7)。在盆地內(nèi)早期的斷層上派生出許多新的同向或者反向次級(jí)小斷層, 這些新生斷層主要錯(cuò)斷中新統(tǒng)以上的地層, 有的延伸到海底, 形成通天斷層(圖8)。

3 盆地構(gòu)造演化過(guò)程

在對(duì)研究區(qū)地震資料精細(xì)構(gòu)造解釋基礎(chǔ)上, 利用平衡剖面恢復(fù)方法, 恢復(fù)了研究區(qū)構(gòu)造形成過(guò)程(圖 9), 并結(jié)合前人研究成果, 將凱瑞巴斯盆地構(gòu)造演化過(guò)程劃分為5個(gè)階段:

(a) 第一期伸展構(gòu)造變形全區(qū)發(fā)育; (b) 第二期伸展構(gòu)造只局限在研究區(qū)中部, 第三期伸展構(gòu)造變形主要分布在凱瑞巴斯地塹內(nèi)部, 古近系氣藏分布區(qū)斷層不發(fā)育。圖6　研究區(qū)多期伸展構(gòu)造變形主要正斷層平面分布圖Fig.6 Distribution of the main normal faults of the multi-stage extensional tectonic deformations in the study area

圖7　研究區(qū)第一期和第三期伸展構(gòu)造變形典型剖面(剖面位置見(jiàn)圖5　a)Fig.7 Typical profile showing the first stage and third stage extensional tectonic deformation in the study area

圖8　研究區(qū)第二期和第三期伸展構(gòu)造變形典型剖面(剖面位置見(jiàn)圖5　c)Fig.8 Typical profile showing the second stage and third stage extensional tectonic deformation in the study area

圖9　凱瑞巴斯盆地構(gòu)造演化剖面Fig.9 Tectonic evolution profiles of the Kerimbas Basin

3.1 岡瓦納陸內(nèi)裂谷期

從二疊紀(jì)(約 300 Ma)開(kāi)始, 岡瓦納大陸與其北部的勞亞大陸發(fā)生碰撞, 導(dǎo)致整個(gè)岡瓦納大陸的東南部開(kāi)始發(fā)育一系列的陸內(nèi)裂谷活動(dòng), 并一直持續(xù)到晚三疊世。這些裂谷形成一個(gè)近S-N向的裂谷系,在內(nèi)部發(fā)育了厚層的陸相地層和火山巖, 由于這套地層在南非的卡魯盆地保存的最完整, 因此稱(chēng)這期裂谷活動(dòng)為卡魯裂谷(Catuneanu et al., 2005)。在整個(gè)非洲南部卡魯裂谷活動(dòng)的影響下, 研究區(qū)發(fā)生E-W 向的拉伸構(gòu)造變形, 形成多個(gè)地塹、地壘和半地塹。這一期伸展構(gòu)造拉伸量為 9.3 km, 伸展率為16.5％, 為三期伸展構(gòu)造變形最強(qiáng)的一期(圖9a、b)。3.2 馬達(dá)加斯加漂移期

從早侏羅世晚期(178 Ma)開(kāi)始, 岡瓦納大陸分裂成東岡瓦納大陸和西岡瓦納大陸, 馬達(dá)加斯加、印度板塊以及南極洲板塊等組成的東岡瓦納大陸沿著戴維斷裂帶以右旋走滑的形式向南漂移, 并持續(xù)到早白堊世末期(Bosellini, 1986; Emmel et al., 2011; Reeves, 2014; 許志剛等, 2014)。在研究區(qū), 東部的控坳斷層傾角較陡(圖5), 表現(xiàn)出類(lèi)似走滑斷層的特征。上侏羅統(tǒng)–下白堊統(tǒng)在現(xiàn)今盆地東部的邊界控坳斷層上下盤(pán)厚度差異明顯, 也可能是走滑運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致。但是在整個(gè)研究區(qū)西部, 上侏羅統(tǒng)–下白堊統(tǒng)產(chǎn)狀相對(duì)平緩, 厚度趨于一致, 并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯斷層活動(dòng)的證據(jù)。筆者認(rèn)為現(xiàn)今的凱瑞巴斯盆地和戴維斷裂帶之間的邊界斷層位于早期走滑斷層的發(fā)育位置(陸殼和洋殼的過(guò)渡帶)(圖9c)。

3.3 晚白堊世裂谷期

早白堊世晚期(120 Ma), 馬達(dá)加斯加向南漂移結(jié)束, 東非大陸邊緣進(jìn)入穩(wěn)定的被動(dòng)陸緣階段。整體上, 研究區(qū)內(nèi)上白堊統(tǒng)厚度比較穩(wěn)定。但是在研究區(qū)中部, 晚白堊世仍發(fā)育一次明顯的裂谷活動(dòng),即第二期伸展構(gòu)造變形。斷層活動(dòng)導(dǎo)致上白堊統(tǒng)斷層上盤(pán)厚度明顯大于下盤(pán), 而且與上覆古新統(tǒng)形成明顯的角度不整合接觸。這一期伸展構(gòu)造變形時(shí)間短, 活動(dòng)強(qiáng)度最弱, 伸展量約 3.1 km, 伸展率為4.7％, 伸展構(gòu)造變形持續(xù)到晚白堊世晚期結(jié)束(圖9d)。這一期伸展構(gòu)造變形影響范圍非常小, 主要受近E-W向伸展構(gòu)造變形控制, 其成因仍然不清楚。

3.4 被動(dòng)大陸邊緣期

進(jìn)入新生代(65 Ma), 在東非大陸整體抬升的背景下, 研究區(qū)處于被動(dòng)陸緣沉降階段, 全區(qū)構(gòu)造活動(dòng)微弱, 無(wú)明顯斷層活動(dòng), 古新統(tǒng)-漸新統(tǒng)以坳陷沉積為主, 地層厚度在研究區(qū)整體趨于一致(圖9e)。

3.5 東非裂谷海域分支活動(dòng)期

從中新世(22 Ma)開(kāi)始, 受東非裂谷向南傳播的影響, 發(fā)生第三次伸展構(gòu)造變形, 形成凱瑞巴斯盆地如今地塹的形態(tài)(Mougenot et al., 1986; Ebinger, 1989; Chorowicz, 2005; Macgregor, 2015)。斷層活動(dòng)對(duì)中新統(tǒng)及以上的地層沉積具有明顯的控制作用,地塹內(nèi)部地層的厚度明顯大于西部陸坡和東部戴維斷裂帶地層厚度。尤其在戴維斷裂帶, 由于斷層活動(dòng)導(dǎo)致其迅速抬升, 西部的物源無(wú)法到達(dá), 戴維斷裂帶內(nèi)中新統(tǒng)以上的地層厚度明顯小于地塹內(nèi)部。這一期伸展構(gòu)造的伸展量約 5.1 km, 伸展率為 8％,活動(dòng)強(qiáng)度介于第一期伸展和第二期伸展之間, 海底形成明顯的斷層坎, 表明控制凱瑞巴斯盆地發(fā)育的控坳斷層現(xiàn)今活動(dòng)強(qiáng)烈(圖9f)。

凱瑞巴斯盆地沉積地層受構(gòu)造變形控制, 不同階段沉積地層差異顯著。二疊紀(jì)–早侏羅世, 受岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)影響, 盆地發(fā)育湖泊–三角洲等陸相沉積; 晚侏羅世–早白堊世, 由于馬達(dá)加斯加向南漂移, 凱瑞巴斯盆地發(fā)生海侵, 沉積環(huán)境為海陸過(guò)渡相和淺海相; 晚白堊世, 受新一期裂谷活動(dòng)的影響, 海侵范圍進(jìn)一步加大, 整個(gè)盆地處于深海環(huán)境;古新世–漸新世, 全區(qū)處于被動(dòng)大陸邊緣期, 穩(wěn)定沉降, 以深海沉積為主, 發(fā)育深水水道、朵體等重力流沉積; 中新世–第四系, 在東非裂谷海域分支活動(dòng)的影響下, 研究區(qū)表現(xiàn)出明顯的沉積差異: 西部魯伍馬盆地的陸架三角洲進(jìn)積引發(fā)的重力滑脫構(gòu)造, 在凱瑞巴斯盆地陸坡處形成褶皺推覆體, 同時(shí)在陸坡處, 也發(fā)育水道、海底滑塌等深水沉積, 而在凱瑞巴斯盆地地塹內(nèi)部, 發(fā)育大型的海底扇, 在戴維斷裂帶,由于遠(yuǎn)離物源, 則以遠(yuǎn)洋深海泥沉積為主(圖 4) (陳宇航等, 2016)。

4 討 論

4.1 凱瑞巴斯盆地控坳斷層的繼承性

斷層繼承性活動(dòng)是脆性地層的常見(jiàn)的變形機(jī)制之一(Maestro-González et al., 2008)。一般當(dāng)盆地再次進(jìn)入構(gòu)造活動(dòng)期時(shí), 早期斷層優(yōu)先活動(dòng), 這是早期斷層能夠控制沉積盆地?cái)鄬有纬珊脱莼母驹?。在其他條件相同時(shí), 早期斷層規(guī)模越大, 再次活動(dòng)時(shí)活動(dòng)性就越強(qiáng), 其中大規(guī)模的控坳斷層活動(dòng)性最強(qiáng)(童亨茂等, 2009)。基底斷層的再次活動(dòng)導(dǎo)致的淺層的斷裂模式受斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)的影響, 基底正斷層之上一般會(huì)形成平行于下伏基底斷層的淺層斷層(Maestro-González et al., 2008)。

凱瑞巴斯盆地的控坳斷層活動(dòng)具有明顯的繼承性特征。圖 7顯示控坳斷層形成于第一期伸展構(gòu)造變形, 第三期再次活動(dòng); 圖 8顯示控坳斷層形成于第二期伸展構(gòu)造變形, 第三期再次活動(dòng)。三期伸展構(gòu)造變形都處于近E-W向的拉張應(yīng)力背景下, 形成的斷層均沿近S-N向展布?？刿陻鄬釉谠缙谏煺箻?gòu)造變形結(jié)束時(shí)停止活動(dòng), 經(jīng)歷了一段構(gòu)造平靜期后,在晚期伸展構(gòu)造變形開(kāi)始時(shí), 控坳斷層再次開(kāi)始活動(dòng), 只是每次斷層活動(dòng)強(qiáng)度和范圍不盡相同(圖10)。

圖10　凱瑞巴斯盆地?cái)鄬佣嗥诶^承性活動(dòng)示意圖Fig.10 Schematic cartoon showing evolution of multi-stage tectonic inherited faults in the Kerimbas Basin

4.2 凱瑞巴斯盆地構(gòu)造變形模式

基于以上研究結(jié)果, 建立凱瑞巴斯盆地構(gòu)造的變形模式(圖11):

二疊紀(jì)–早侏羅世的岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)導(dǎo)致第一期伸展構(gòu)造變形, 形成的正斷層全區(qū)分布(圖11a)。

早侏羅世晚期–早白堊世, 馬達(dá)加斯加沿著現(xiàn)今的凱瑞巴斯盆地和戴維斷裂帶向南漂移, 研究區(qū)發(fā)生右旋走滑運(yùn)動(dòng), 現(xiàn)今凱瑞巴斯盆地東部的邊界控坳斷層處作為走滑斷層再次活動(dòng), 并形成局部伸展變形(圖11b)。

晚白堊世發(fā)生局部伸展構(gòu)造變形, 為早期陸內(nèi)裂谷期形成的控坳斷層及后期走滑斷層的再次活動(dòng)。活動(dòng)斷層主要分布在現(xiàn)今的凱瑞巴斯盆地的中部凹陷內(nèi), 向南、北兩側(cè)斷層逐漸減弱并消失(圖11c)。

中新世以來(lái), 受東非裂谷活動(dòng)影響, 控坳斷層再次活動(dòng), 發(fā)生第三期區(qū)域性伸展構(gòu)造變形(圖11d)。

4.3 構(gòu)造變形對(duì)油氣聚集的控制

斷層對(duì)油氣聚集成藏既有促進(jìn)作用, 也有破壞作用。斷層活動(dòng)可以起到遮擋作用, 形成大量與斷層相關(guān)的圈閉。同時(shí), 斷層可以溝通烴源巖與圈閉,是油氣運(yùn)移的重要通道。然而, 斷層活動(dòng)也可以破壞圈閉的有效性, 導(dǎo)致油氣漏失逸散(李明剛等, 2010)。

凱瑞巴斯盆地發(fā)育多期斷層活動(dòng), 且斷層活動(dòng)在區(qū)域上具有差異性, 其中岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)和東非裂谷海域分支活動(dòng)對(duì)盆地的油氣聚集具有明顯的控制作用。

二疊紀(jì)–早侏羅世的岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)在全盆地均有分布。盆地發(fā)育地壘、地塹和半地塹, 有利于形成構(gòu)造圈閉和構(gòu)造–巖性圈閉, 同時(shí)斷層能夠溝通低部位湖相烴源巖及高部位的河流、三角洲砂體, 形成有利的油氣運(yùn)移通道。在西部陸坡處, 這一期斷層基本上沒(méi)有重新活動(dòng), 上覆的上侏羅統(tǒng)及白堊系區(qū)域性的海相泥巖具有良好的封蓋性能。而鄰區(qū)魯伍馬盆地的Lukuledi-1井也揭示岡瓦納陸內(nèi)裂谷期湖相泥巖 TOC 最高達(dá)到 7.5％(孔祥宇, 2013), 表明其具有良好的生油潛力。因此雖然尚無(wú)鉆井證實(shí), 但推測(cè)陸內(nèi)裂谷期地層具有很好的成藏潛力(圖12)。

圖11　凱瑞巴斯盆地構(gòu)造變形成因模式Fig.11 Genetic model showing tectonic deformation of the Kerimbas Basin

中新世以來(lái)的東非裂谷海域分支活動(dòng)對(duì)凱瑞巴斯盆地古近系的油氣聚集具有決定性的影響。目前在凱瑞巴斯盆地的西部的陸坡深水區(qū)發(fā)現(xiàn)的數(shù)個(gè)大型氣田, 鉆井揭示主要為被動(dòng)大陸邊緣時(shí)期深水水道沉積砂體, 這些砂體基本在陸坡末端處尖滅, 形成巖性圈閉, 受控坳斷層的破壞較小(圖6b)。同時(shí), 陸坡處個(gè)別早期斷層在東非裂谷海域分支活動(dòng)下再次活動(dòng), 斷穿至古近系, 形成了良好的油氣運(yùn)移通道, 溝通了古近系之下的烴源巖和古近系的巖性圈閉, 形成了陸坡處古近系巖性氣藏。而在東部戴維斷裂帶, 鉆井揭示白堊系之上的地層內(nèi)也發(fā)育深水沉積砂體, 但并未獲得油氣發(fā)現(xiàn)。這是因?yàn)樯绑w緊鄰控坳斷層, 且斷層至今仍在活動(dòng), 形成通天斷層, 對(duì)圈閉造成破壞, 因此無(wú)法聚集油氣。而在盆地南部斷陷內(nèi), 斷層十分發(fā)育, 同向或反向的斷層雖然有利于形成構(gòu)造圈閉和構(gòu)造–巖性圈閉, 但由于斷層活動(dòng)強(qiáng)烈, 多數(shù)為通天斷層, 也破壞圈閉的有效性, 因此不利于油氣的聚集(圖12)。

可以看出, 岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)對(duì)二疊系-下侏羅統(tǒng)油氣聚集具有促進(jìn)作用, 東非裂谷海域分支裂谷活動(dòng)溝通了古近系之下的烴源巖和西部陸坡古近系圈閉, 但同時(shí)也破壞了盆地內(nèi)及東部的圈閉,對(duì)油氣聚集具有破壞作用。

5 結(jié) 論

(1) 凱瑞巴斯盆地主要經(jīng)歷了四期構(gòu)造變形:二疊紀(jì)–早侏羅世晚期的岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng), 導(dǎo)致全區(qū)發(fā)生伸展構(gòu)造變形, 其活動(dòng)強(qiáng)度最大; 早侏羅世晚期–早白堊世晚期馬達(dá)加斯加向南漂移, 發(fā)生右旋走滑變形, 構(gòu)造變形分布在東部的控坳斷層及戴維斷裂帶; 晚白堊世的局部伸展構(gòu)造變形, 局限于研究區(qū)中部, 主要是控坳斷裂活動(dòng), 構(gòu)造變形強(qiáng)度最弱; 中新世–第四紀(jì)的東非裂谷海域分支活動(dòng), 導(dǎo)致研究區(qū)發(fā)生第三期伸展構(gòu)造變形, 并形成凱瑞巴斯盆地現(xiàn)今地塹形態(tài), 其活動(dòng)強(qiáng)度介于第一期和第二期伸展構(gòu)造變形之間, 但現(xiàn)在仍在活動(dòng)。

圖12　凱瑞巴斯盆地油氣運(yùn)聚示意圖(剖面位置見(jiàn)圖2　, 剖面C-C')Fig.12 Sketch map showing hydrocarbon migration and accumulation in the Kerimbas Basin

(2) 凱瑞巴斯盆地的構(gòu)造演化過(guò)程分為5個(gè)階段:岡瓦納陸內(nèi)裂谷期、馬達(dá)加斯加漂移期、晚白堊裂谷期、被動(dòng)大陸邊緣期和東非裂谷海域分支活動(dòng)期;

(3) 凱瑞巴斯盆地控坳斷層活動(dòng)具有繼承性特征。

(4) 凱瑞巴斯盆地多期構(gòu)造變形對(duì)油氣聚集具有明顯的控制作用。岡瓦納陸內(nèi)裂谷活動(dòng)引起的伸展變形促進(jìn)了二疊系–下侏羅統(tǒng)的圈閉的形成, 同時(shí)溝通了烴源巖和儲(chǔ)層, 對(duì)深層油氣聚集具有促進(jìn)作用; 東非裂谷海域分支活動(dòng)引起的伸展變形則溝通了前古近系的烴源巖和西部陸坡古近系圈閉, 但也破壞了凱瑞巴斯盆地內(nèi)部和東部戴維斷裂帶古近系圈閉的有效性,因此油氣主要在斷層不發(fā)育的西部陸坡聚集。

致謝： 感謝浙江大學(xué)汪新教授和另一名匿名審稿專(zhuān)家的寶貴意見(jiàn)和建議！

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Multi-stage Tectonic Deformation and its Control on Hydrocarbon Accumulation in the Kerimbas Basin, East Africa

CHEN Yuhang1, 2, YAO Genshun2, TANG Pengcheng2*, LV Fuliang2and LU Yintao2
(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC, Beijing 100083, China; 2. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, Zhejiang, China)

On the basis of the interpretation of new seismic and well data, balanced cross-sections were constructed to demonstrate the deformation characteristics and evolution of the Kerimbas Basin, offshore Northern Mozambique. The results indicate that the tectonic deformation of the Kerimbas Basin can be divided into four stages: (1) Gondwana intra-continental rifting from Permian to late Early Jurassic, and extensive half-grabens, grabens and horsts were formed; (2) Madagascar southward drift from late Early Jurassic to late Early Cretaceous, and transtensional structures developed; (3) Newly discovered local half-grabens formed in Late Cretaceous; (4) The rifting of East African Rift System offshore branch from Miocene to Quaternary, which is the third extensional tectonic deformation and caused the formation of the Kerimbas graben. Excluding the Madagascar southward drift stage, the orientations of extensional faults in the three extensional stages were mainly N-S-trending, which indicate that the three stages extensional deformation formed under regional N-S extensional stress field. However, the differences of distribution and intensity of tectonic deformation are significant. The main boundary faults of the Kerimbas Basin show apparent multi-stage inherited features, they formed in the early extensional deformation and reactived in the third stage of extensional deformation and still active recently, which is evidenced by large-scale fault scarps on the seafloor. Based on the results of our study, the genetic model of the Kerimbas Basin was built. The Gondwana intra-continental rifting promoted the trap formation in the strata from Permian to Lower Jurassic, and connected the source rocks and reservoirs, which promoted the oil and gas accumulation of the deep layers. The faults formed duding rifting of East African Rift System offshore branch connected the pre-Cenozoic source rocks and Paleogene reservoir in the western slope, whereas it also destroyed traps in the Kerimbas Basin and the eastern Davie Fracture Zone. Oil and gas mainly accumulated in the western slope where faults less developed.

Kerimbas Basin; multi-stage tectonic deformation; fault inheritance; hydrocarbon accumulation

P542; TE122.3

A

1001-1552(2016)03-0491-012

2015-09-28; 改回日期: 2015-11-16
項(xiàng)目資助: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“海外重點(diǎn)戰(zhàn)略大區(qū)勘探技術(shù)研究與實(shí)踐”子課題“海外海洋勘探技術(shù)與有利目標(biāo)評(píng)價(jià)研究”(2014D-0908)和國(guó)家海洋局海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(KLSG1601)聯(lián)合資助。

陳宇航(1988–), 男, 博士研究生, 礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)。Email: 294305002@qq.com

唐鵬程(1982–), 男, 博士, 工程師, 主要從事盆地構(gòu)造分析和物理模擬研究。Email: tangpc_hz@petrochina.com.cn