于 水，李 濤，胡望水，成 瀚，趙紅巖

尼日爾三角洲盆地泥收縮構造發(fā)育特征及對沉積的控制

于 水1，李 濤2，胡望水2，成 瀚2，趙紅巖1

（1中海油研究總院；2長江大學）

泥收縮構造是發(fā)育在尼日爾三角洲盆地深水區(qū)的典型構造樣式，屬重力滑脫沖斷構造，主要構造類型有沖斷裂、塑性泥構造及相關褶皺和正斷裂?；诘卣鸬刭|(zhì)解釋，結合構造發(fā)育史分析，認為泥收縮構造主要受塑性泥構造控制，在中新世托爾托納（Tortonian）晚期開始活動，中新世墨西拿期（Messinian）—上新世贊克勒期（Zanclean）達到最強，之后構造活動逐漸減弱，但至今仍在活動。通過古構造恢復，結合沉積展布分析，認為中新世托爾托納晚期沉積開始受構造活動控制，托爾托納階上部及以上地層具有明顯的同沉積特征，泥收縮構造相關的沖斷裂上升盤厚度明顯小于下降盤厚度，褶皺兩翼的地層厚度明顯厚于中間背斜頂部的地層厚度。

尼日爾三角洲盆地；泥收縮構造；構造特征；構造演化

1 地質(zhì)概況

大西洋兩岸屬于典型的被動大陸邊緣，是全球主要的油氣分布區(qū)之一［1］。重力滑脫構造是西非被動陸緣普遍發(fā)育的一種構造樣式。西非被動大陸邊緣重力滑脫構造體系由陸向?？蓜澐譃?大構造區(qū)：重力滑脫伸展構造區(qū)、重力滑脫底辟構造區(qū)和重力滑脫沖斷構造區(qū)［2］（圖1，圖2）。 根據(jù)塑性變形層的巖性差異，重力滑脫構造可分為與鹽相關的和與泥相關的兩類，大多數(shù)盆地（如加蓬、下剛果、安哥拉、里奧穆尼等盆地）的重力滑脫構造中的塑性變形層為鹽巖層，僅在尼日爾三角洲盆地中的塑性變形層為泥巖層，所以研究尼日爾三角洲盆地的重力滑脫構造具有特殊意義。

尼日爾三角洲盆地主要受阿爾卑斯晚期構造運動的影響而形成［3］，發(fā)育白堊紀陸內(nèi)裂陷構造旋回，以及白堊紀末期至今的過渡期構造旋回和被動大陸邊緣構造旋回（圖3），重力滑脫構造體系主要發(fā)育于被動大陸邊緣構造旋回［4-7］。盆地的油氣主要分布在重力滑脫構造體系內(nèi)的古近系和新近系，油藏發(fā)育的層位由陸向海逐漸變新［8-13］。

圖1 尼日爾三角洲盆地重力滑脫構造體系平面分區(qū)

本文采用“泥收縮構造”來特指尼日爾三角洲盆地的重力滑脫沖斷構造，以突出其在西非被動陸緣的獨特性。以3D工區(qū)（位置見圖1）為研究區(qū)，在地震地質(zhì)解釋基礎上明確了構造發(fā)育特征，利用平衡剖面技術分析了構造演化過程，闡述了構造演化對沉積展布特征的影響。

圖2 尼日爾三角洲盆地重力滑脫構造體系橫剖面圖剖面位置見圖1

圖3 尼日爾三角洲盆地新生代綜合柱狀圖

2 泥收縮構造

重力滑脫沖斷構造是指地質(zhì)體在重力作用下形成的沖斷裂及不對稱褶皺的組合，一般發(fā)育在地質(zhì)體動能向重力勢能轉換的區(qū)域［14］。在西非被動陸緣，重力滑脫沖斷構造主要發(fā)育在下陸坡至深海平原的轉換區(qū)。

2.1 沖斷裂的提出

對重力滑脫沖斷構造的成因，前人多局限于構造發(fā)育區(qū)開展研究，并未從整個重力滑脫構造體系進行詳細分析，故認為研究區(qū)的構造是擠壓逆沖收縮成因［11-12，15］。筆者從重力滑脫構造體系發(fā)育的大背景出發(fā)，認為重力滑脫沖斷構造區(qū)發(fā)育的逆斷裂（剖面樣式上），實際上是被動重力滑脫背景下由地質(zhì)體運動的動能向重力勢能轉換而形成（圖4a），屬沖斷裂，它與一般理解的因區(qū)域主動擠壓力而使斷裂上盤地質(zhì)體上升所形成的逆斷裂（圖4b）存在差異，兩者形成機制背景不同。

圖4 沖斷裂與一般逆斷裂形成機制示意圖展示斷裂初始活動狀態(tài)

2.2 構造類型

受古近系巨厚塑性泥巖層（4 000～7 000m）的分隔作用，尼日爾三角洲盆地重力滑脫構造區(qū)形成了由塑性泥巖層及其上覆地層變形所構成的泥收縮構造，主要發(fā)育塑性泥構造、沖斷裂，以及與它們相關的褶皺和正斷裂等構造類型［15］（圖5，圖6）。泥收縮構造主要受控于塑性泥構造的發(fā)育，即沖斷裂和褶皺的發(fā)育與塑性泥構造發(fā)育具有很好的一致性（圖6）。這里選擇中新統(tǒng)托爾托納階底界編制構造圖（圖5），既能反映上新統(tǒng)褶皺的構造形態(tài)，也可代表始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)塑性泥構造的大致形態(tài)。不同構造類型的平面分布具有明顯的分區(qū)特點（圖5）：研究區(qū)南部主要發(fā)育塑性泥構造及上覆層系的沖斷裂相關褶皺，中部—東北部主要發(fā)育塑性泥構造及上覆層系的不對稱褶皺與伴生的正斷裂。

圖5 典型泥收縮構造區(qū)中新統(tǒng)托爾托納階底界構造圖3D工區(qū)位置見圖1

塑性泥構造 發(fā)育在古近系塑性泥巖層內(nèi)，主要為塑性泥巖上拱所形成，它對上覆構造的發(fā)育起到一定的控制作用（圖6）。古近系塑性泥巖層現(xiàn)今的厚度在4000～7000m之間，其中塑性泥構造的上拱幅度最大達到3 000 m，為原始泥巖厚度（按5 000 m計）的60%，可以看出，塑性泥巖活動強烈。研究區(qū)南部發(fā)育北西西—南東東向的塑性泥構造，中部—東北部主要發(fā)育北東—南西向的塑性泥構造。

沖斷裂 發(fā)育在研究區(qū)的南部，呈北西西—南東東向延伸（最大延伸長度達30km），傾向北北東（圖5，圖6）。沖斷裂斷開了古新統(tǒng)—上新統(tǒng)，斷面上陡下緩（圖6），斷裂上部（上新統(tǒng)贊克勒階（Zanclean，圖中的N2z）—中新統(tǒng)部分）的傾角在25°～42°之間，向下傾角逐漸減小，最終滑脫在下伏始新統(tǒng)塑性泥巖層內(nèi)，垂直斷距在400～1000m之間。沖斷裂控制著泥收縮構造的結構。

褶皺 發(fā)育于中新統(tǒng)—上新統(tǒng)，與塑性泥構造的分布具有明顯的一致性（圖6），這很好地說明了褶皺的發(fā)育受到塑性泥構造的控制。研究區(qū)南部沖斷裂上盤發(fā)育北西西—南東東走向的牽引背斜（圖5），中部—東北部發(fā)育受塑性泥構造控制的北東—南西走向的背斜。

沖斷裂及其相關的褶皺集中發(fā)育在中部構造帶（圖6a），該類構造變形強烈，造成塑性泥巖疊置增厚，在沖斷裂上盤形成不對稱牽引背斜，靠近沖斷裂上部為背斜核部，其下部為背斜延伸較長的緩翼。褶皺使得上覆沉積層較薄，并形成一些次級正斷裂。

圖6 泥收縮構造典型地震地質(zhì)剖面圖剖面位置見圖5。塑性泥構造發(fā)育于古近系泥巖層

在后緣構造帶，受塑性泥構造控制，發(fā)育不對稱背斜、不對稱向斜及伴生的正斷裂，越靠近中部構造帶的沖斷裂，褶皺幅度越大。

正斷裂 主要分布在研究區(qū)中部—東北部的中新統(tǒng)及以上地層中（圖5，圖6b），走向為北東—南西向，傾向以北西向為主，延伸長度在3～10km之間，垂直斷距較小，在30～60 m之間，主要斷開中新統(tǒng)—上新統(tǒng)，傾角較大，在65°～75°之間。正斷裂是構造發(fā)育過程中伴生的次級斷裂，受下伏塑性泥構造上拱影響，上覆地層因橫彎褶皺作用，外側地層發(fā)生拉張。正斷裂的發(fā)育演化特征受到下伏塑性泥構造的控制，斷裂走向與該位置的褶皺及下伏塑性泥構造走向一致。

橫向上，根據(jù)不同構造類型的發(fā)育位置和特征，一般將重力滑脫沖斷構造區(qū)劃分為后緣構造帶、中部構造帶和前緣構造帶。后緣構造帶（圖6a），以向陸傾斜的不對稱褶皺為主，下伏層發(fā)育中—低幅的塑性泥構造。中部構造帶（圖6a），以向陸傾斜的沖斷裂及相關褶皺為主，還發(fā)育有中—高幅的塑性泥構造及其上部的正斷裂等；該帶斷裂活動強烈，發(fā)育規(guī)模大，斷裂底部消失于塑性泥巖層內(nèi)；受拖曳作用的控制，在沖斷裂上盤發(fā)育牽引背斜，它們可成為重要的圈閉。前緣構造帶，以向陸傾斜的低幅不對稱褶皺為主，構造活動強度明顯減弱、構造規(guī)模較小。

3 泥收縮構造發(fā)育演化特征

泥收縮構造在中新世托爾托納（Tortonian）中期才開始發(fā)育（圖7）。下面結合沖斷裂、塑性泥構造、褶皺等不同類型構造的相關參數(shù)來論述泥收縮構造的發(fā)育演化規(guī)律。

古新世—漸新世 該時期構造基本不活動，古近紀沉積了巨厚的塑性泥巖層，這為后期泥收縮構造的形成提供了物質(zhì)基礎。

圖7 泥收縮構造發(fā)育史剖面圖D—D′剖面位置見圖5 S1-2、S3為塑性泥構造及上覆褶皺編號

中新世早期 該時期仍處于穩(wěn)定沉積階段，通過對中新統(tǒng)下部的阿基坦階 （Aquitanian）—托爾托納階下部的厚度分析，該套地層呈現(xiàn)近似等厚的特征，這說明中新世早期構造基本不活動。根據(jù)圖7的構造演化剖面，對不同類型構造的生長指數(shù)進行統(tǒng)計，從沖斷裂的生長指數(shù)（同一地層上盤厚度/下盤厚度）（圖8a）、塑性泥構造的生長指數(shù)（各時期塑性泥構造厚度/上一時期塑性泥構造厚度）（圖8b）、沖斷裂上盤褶皺生長指數(shù)（同一地層褶皺兩翼厚度/頂部厚度）（圖8c）可以看出，中新世阿基坦期—托爾托納早期沖斷裂、塑性泥構造、沖斷裂上盤褶皺的生長指數(shù)均在1左右，說明該時期沖斷裂、塑性泥構造和褶皺均未發(fā)育。

圖8 泥收縮構造生長指數(shù)直方圖沖斷裂F1、F2、F3參見圖7。 泥收縮構造S1-2、S3、S4參見圖7、圖10 Q第四系；N2 p皮亞琴察階；N2 z贊克勒階；N1m墨西拿階；N1 t上托爾托納階上部；N1 t下托爾托納階下部；N1 s塞拉瓦萊階；N1a—N1l阿基坦階—蘭蓋階；E古近系

中新世晚期 托爾托納晚期—墨西拿期（Messinian）構造開始強烈活動，古近系塑性泥巖開始發(fā)生強烈的塑性流動，中新統(tǒng)開始發(fā)育沖斷裂、褶皺等。托爾托納晚期沖斷裂生長指數(shù)開始減小至1以下（圖8a），塑性泥構造生長指數(shù)開始增大至1.3左右（圖8b），褶皺生長指數(shù)達到1.2左右（圖8c），這說明沖斷裂、塑性泥構造及褶皺均在此時期開始活動。墨西拿期沖斷裂生長指數(shù)達到最小（0.6），塑性泥構造生長指數(shù)達到最大（1.37左右），褶皺生長指數(shù)也達到最大（1.27左右），這表明墨西拿期沖斷裂、塑性泥構造及其相關褶皺活動達到最強。

上新世至今 自上新世贊克勒期開始，盆地構造活動整體減弱，具體表現(xiàn)在：泥收縮構造中的沖斷裂僅斷至贊克勒階，并沒斷開贊克勒階以上地層，這說明沖斷裂在贊克勒期之后停止了活動；與此相關，贊克勒期沖斷裂生長指數(shù)為0.7～0.8（圖8），塑性泥構造生長指數(shù)減小至1.07～1.25，這說明沖斷裂和塑性泥構造活動開始減弱。贊克勒期之后，構造活動進一步減弱，表現(xiàn)在上覆的褶皺兩翼地層與頂部地層厚度差開始減小，塑性泥構造和褶皺的生長指數(shù)逐漸減小并趨近于1。從圖7g的第四系分布來看，構造高部位地層仍薄于構造低部位地層，并且上超現(xiàn)象不明顯，說明泥收縮構造現(xiàn)今仍在活動，只是活動較弱而已。

整體來看，泥收縮構造中的沖斷裂、塑性泥構造、褶皺自中新世托爾托納中期開始活動，墨西拿期活動達到最強，上新世贊克勒期之后沖斷裂停止活動，塑性泥構造和褶皺活動逐漸減弱。泥收縮構造中的沖斷裂、塑性泥構造及沖斷裂上盤褶皺等不同構造之間具有良好的耦合性。至于泥收縮構造中的正斷裂，系受下伏塑性泥構造上拱而形成：正斷裂在托爾托納早期之前不發(fā)育，直到上新世，當下伏塑性泥構造上拱到一定程度，上覆地層褶皺達到破裂極限發(fā)生垮塌而形成。

4 古構造對沉積的控制

通過印模法對不同時期的古構造進行了恢復（圖9，圖10），結合沉積展布的預測，可以較好地反映構造演化對沉積的控制作用。

圖9 典型泥收縮構造區(qū)中新統(tǒng)塞拉瓦萊階古地貌及沉積體地震預測白色、藍色虛線范圍，分別表示古、今下切水道位置

4.1 古近紀—中新世托爾托納早期

托爾托納早期研究區(qū)整體呈平緩地形（圖9），沒有明顯的斷裂、褶皺發(fā)育（圖7），在研究區(qū)中部—東北部（圖9A井區(qū)）較低部位發(fā)育一條北東—南西走向的下切水道，沉積主要受海底水道控制。在塞拉瓦萊階（Serravallian）沿層均方根振幅屬性上（圖9b），現(xiàn)今下切水道的位置，較之圖9a托爾托納階沉積前的位置靠南，說明下切水道向南發(fā)生遷移。結合研究區(qū)由東北向西南發(fā)生沖斷的特點，可知下切水道的遷移是受構造運動所致。

4.2 中新世托爾托納晚期至今

圖10 典型泥收縮構造區(qū)上新統(tǒng)贊克勒階古地貌及沉積體地震預測白色、藍色虛線范圍，分別表示古、今朵葉體位置

中新世托爾托納晚期構造開始強烈活動，在研究區(qū)南部及中部—東北部，下伏的塑性泥巖開始發(fā)生塑性流動和上拱，使得中新統(tǒng)下部地層開始彎曲，形成褶皺（圖10a，圖7），并且南部的沖斷裂開始發(fā)育。與圖9a對比分析，中新世早期研究區(qū)南部和中部—東北部的低洼區(qū)，托爾托納晚期開始轉變?yōu)轳薨櫟母卟课?。受古地貌的控制，自托爾托納晚期開始，在研究區(qū)南部和中部—東北部海底高部位，開始發(fā)育砂巖朵葉體（圖10b），在其他低部位則發(fā)育半深?！詈Ｄ鄮r沉積。在贊克勒階沿層均方根振幅屬性圖上（圖10b），現(xiàn)今朵葉體位置，較之圖10a皮亞琴察階（Piacenzian）沉積前的位置靠南。縱向上比較，該朵葉體向南移動的距離較之塞拉瓦萊階下切水道移動的距離明顯減小，這反映了老地層 （塞拉瓦萊階）的構造位移量大于新地層（托爾托納階）的構造位移量，也說明泥收縮構造具有同生性，古構造對沉積的控制具有一定繼承性。

結合研究區(qū)水深演化特點［16］（古近紀時水體較深，中新世早期水體較淺，中新世晚期水體又變深）來分析，中新世早期水體較淺時（強水動力條件下），在研究區(qū)南部和中部—東北部低洼區(qū)以水道砂巖沉積為主，中新世晚期水體變深時（海底漫流弱水動力條件下），在研究區(qū)南部和中部—東北部褶皺頂部則以砂巖朵葉體沉積為主。整體上看，研究區(qū)南部和中部—東北部褶皺的頂部，圈閉條件好，儲層發(fā)育，是有利的油氣儲集部位。

5 結 論

（1）尼日爾三角洲盆地的泥收縮構造，由塑性泥構造、沖斷裂及相關褶皺和正斷裂組成，主要受控于塑性泥構造的發(fā)育。

（2）泥收縮構造活動自中新世托爾托納晚期開始，墨西拿期達到最強，上新世開始減弱，但至今仍在微弱活動。其中，沖斷裂主要在中新世托爾托納晚期—上新世贊克勒期活動，塑性泥構造及相關褶皺自中新世托爾托納晚期開始活動至今，正斷裂主要在上新世活動。

（3）中新世托爾托納晚期構造活動逐漸對沉積起控制作用，托爾托納階上部及以上地層具有明顯的同沉積特征。

［1］ Brownfield M E,Charpentier R R.Geology and total petroleum systems of the West-Central Coastal Province(7203),West Africa［J］.U.S.Geological Survey Bulletin,2006,2207(B):1-52.

［2］ 胡望水，李濤，于水，等.西非被動大陸邊緣重力滑脫構造發(fā)育演化及成因機制［J］.大地構造與成礦學，2012，36(2):186-196.

［3］ Lehner P,de Ruiter PA C.Structural history of Atlantic margin of Africa［J］.AAPGBulletin,1977,61(7):961-981.

［4］ Doust H,Omatsola E.Niger Delta［M］//Edwards J D,Santograssi P A.Divergent/passive margin basins.AAPG Memoir 48,1990:201-238.

［5］ 馬君，劉劍平，潘校華，等.西非被動大陸邊緣構造演化特征及動力學背景［J］.中國石油勘探，2008，13（3）：60-64.

［6］ Fairhead J D,Binks R M.Differential opening of the Central and South Atlantic Oceans and the opening of the West African rift systems［J］.Tectonophysics,1991,187(1/3):191-203.

［7］ Nwachukwu S O.The tectonic evolution of the southern portion of the Benue Trough,Nigeria［J］.Geological Magazine,1972,109(5):411-419.

［8］ Nwachukwu J I，Chukwurah P I.Organic matter of Agbada Formation,Niger Delta,Nigeria［J］.AAPG Bulletin,1986,70(1):48-55.

［9］ Nwachkwu JI,Oluwole A F,Asubiojo OI.A geochemical evaluation of Niger Delta crude oils［M］//Oti M N,Postma G.Geology of Deltas.Rotterdam:A.A.Balkema,1995:287-300.

［10］ Whiteman A.Nigeria:Its petroleum geology,resources,and potential［M］.Springer Netherlands,1982:11-165.

［11］ Cohen H A,McClay K.Sedimentation and shale tectonics of the northwestern Niger Delta front［J］.Marine and Petroleum Geology,1996,13(3):313-328.

［12］ Storti F,Poblet J.Growth stratal architectures associated to decollement folds and fault-propagation folds.Inferences on fold kinematics［J］.Tectonophysics,1997,282(1):353-373.

［13］ Rowan M G，Peel F J,Vendeville B C.Gravity-driven fold belts on passive margins［M］//McClay K R.Thrust tectonics and hydrocarbon systems.AAPG Memoir 82,2004:157-182.

［14］ Nigro F，Renda P.Growth pattern of underlithified strata during thrust-related folding［J］.Journal of Structural Geology,2004,26(10):1913-1930.

［15］ Higgins S,Davies R J,Benjamin C.Antithetic fault linkages in a deep water fold and thrust belt［J］.Journal of Structural Geology,2007,29(12):1900-1914.

［16］ Mitchum R M,Hoffman M W,Conners C D.Tectonic controls on regional sequence stratigraphy in the Niger Delta,offshore Nigeria［C］//AAPG Annual Convention.New Orleans,Louisiana,2000:99.

編輯：董 庸

Yu Shui： PhD,Professorate Senior Engineer.Add： CNOOC Research Institute,6 Taiyanggong Nan Jie,Beijing,100028,China

Contractional Structure in Muds:Pattern,Evolution,and the Control on the Deposition of Niger Delta Basin

Yu Shui,Li Tao,Hu Wangshui,Cheng Han,Zhao Hongyan

The contractional structure in muds,which is a typical tectonic pattern of the gravitational decollment thrust structure in the deepwater area of Niger Delta Basin,is mainly composed of thrust faults,plastic mud structures and associated folds and normal faults.Based on the interpretation of seismic data,it is considered that the contractional structure is mainly controlled by plastic mud structure.On the tectonic history,the contractional structure began to form in the late Tortonian of the Miocene,and in the Messianian-Zanclean reached the strongest,then the tectonic activity gradually weakened,but still active.Based on the analysis of paleo-structure restoration and sedimentary system,it is believed that the late Tertonian tectonic activity begin to control the sediments.The upper part of the Tertonian and its overlying strata are of obvious syn-deposition.As to the thrust fault,the thickness of hanging wall is clearly smaller than that of footwall,and as to the associated fold,the thickness of the strata of wings is larger than that of the top of anticline.

Contractional structure in muds； Structural feature； Structural evolution； Niger Delta Basin

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.04.007

1672-9854(2017)-04-0053-08

2015-06-16；改回日期：2017-01-18

本文受國家科技重大專項“非洲、中東重點勘探區(qū)油氣地質(zhì)評價及關鍵技術研究”（2011ZX05030-003）資助

于水：1963年生，教授級高級工程師，1989年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(武漢)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事海洋與海外石油地質(zhì)研究工作。通訊地址：100028北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院中海油大廈A座中海油研究總院；E-mail：yushui@cnooc.com.cn