汪帆，劉亞偉

尼日爾三角洲盆地構(gòu)造演化對(duì)沉積的控制作用

汪帆1，劉亞偉2

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100；2. 渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司鉆修工程作業(yè)部，河北 滄州 062550）

尼日爾三角洲是一個(gè)擁有豐富石油和天然氣資源的盆地，目前已探明的石油和天然氣儲(chǔ)量高居世界排名第十二位。盆地發(fā)育有較多的巨型結(jié)構(gòu)和一系列與重力有關(guān)的構(gòu)造類(lèi)型，根據(jù)其構(gòu)造特征的差異將其劃分為逆沖型、泥拱型以及逆沖—泥拱混合型。通過(guò)古構(gòu)造恢復(fù)結(jié)合沉積展布分析，得出結(jié)論：中新世托爾托納晚期沉積開(kāi)始受構(gòu)造活動(dòng)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(gòu)造相關(guān)的沖斷裂上升盤(pán)厚度明顯小于下降盤(pán)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；構(gòu)造演化；油氣沉積作用

尼日爾三角洲是非洲主要的含油氣盆地之一，尼日利亞的油氣完全出于這個(gè)盆地，石油產(chǎn)量約占全非洲的1/4，為世界產(chǎn)油國(guó)的第十二位。在十九世紀(jì)初期德國(guó)公司就開(kāi)展了關(guān)于油田的勘探工作，雖然因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)因素被迫中止，但上世紀(jì)四十年代又有公司開(kāi)始尼日爾三角洲的油氣勘探項(xiàng)目。此后隨著油氣資源的戰(zhàn)略地位越來(lái)越高，各國(guó)相繼開(kāi)始了西非項(xiàng)目。我國(guó)在2002年開(kāi)始與尼日利亞開(kāi)始油氣領(lǐng)域的合作，此后隨著國(guó)內(nèi)海外項(xiàng)目的增重，各大石油公司都開(kāi)始了對(duì)尼日爾三角洲盆地的合作開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，中國(guó)與尼日利亞合作不斷深化，中國(guó)石油企業(yè)對(duì)于西非油氣勘探的投資也在逐步增加[6]。

尼日爾三角洲盆地為典型的三角洲含油氣盆地。它具有廣泛的油源。并且其油氣藏的發(fā)育與生長(zhǎng)斷層有著密切的聯(lián)系，根據(jù)前人資料，研究區(qū)內(nèi)油氣藏的發(fā)育與構(gòu)造發(fā)育的方向一致。而其沉積特征決定著物源方向。因此，深入探討尼日爾三角洲盆地的構(gòu)造演化對(duì)于沉積特征的控制作用，對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)展油氣資源勘探工作有著重要的意義。

1 地質(zhì)概況

尼日爾三角洲盆地的區(qū)域地理位置處在以全球范圍來(lái)看的赤道幾內(nèi)亞海灣內(nèi)，占地面積極廣，其中涵蓋了阿南布拉（Anambra）盆地、埃文（Avon）盆地、現(xiàn)代國(guó)際認(rèn)可的尼日爾三角洲以及卡拉巴（Calabar）深水扇等區(qū)域。研究區(qū)范圍內(nèi)的30％處在陸上位置，12％處在非洲的大陸架上，剩余的58％則處在海上深水區(qū)[5]。研究區(qū)面積的90％歸屬尼日利亞，剩余部分其中7.5％歸屬赤道幾內(nèi)亞，最后2.5％在喀麥隆境內(nèi)[4]（圖1）。

圖1 尼日爾三角洲位置圖（據(jù)HIS報(bào)告）

2 構(gòu)造演化特征

早始新世開(kāi)始，受全球海平面下降的影響，尼日爾三角洲地區(qū)進(jìn)入大規(guī)模海退階段，該階段發(fā)育浪控型的進(jìn)積三角洲，自下而上表現(xiàn)為始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)、上新統(tǒng)及第四系呈漸進(jìn)式向海推進(jìn)沉積，沉積中心最大厚度達(dá)12km。晚白堊世初，非洲陸塊和南美陸塊完全分離，赤道非洲地區(qū)完全進(jìn)入了被動(dòng)大陸邊緣階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)平緩，構(gòu)造演化受控于南移的三角洲沉積中心、向西的沉積中心位移和向北的海侵，受到塑性層、洋殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的斜坡和上覆沉積物卸載的控制，而沉積又受控于海平面變化，因此海平面變化直接控制重力構(gòu)造變形[3]?；讟?gòu)造對(duì)尼日爾三角洲構(gòu)造演化的影響很大程度上取決于沿赤道大西洋斷裂帶的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槌嗟来笪餮髷嗔褞挥诂F(xiàn)今尼日爾三角洲的下部，決定了尼日爾三角洲原型的沉積位置。當(dāng)三角洲向洋殼上推進(jìn)時(shí)，洋殼的不斷沉降為新生代尼日爾三角洲巨厚沉積提供了更大的可容空間[3]。在楔狀尼日爾三角洲的東翼，晚第三紀(jì)的碎屑巖沉積外形受到喀麥隆火山線的影響，喀麥隆火山線是 Cross River三角洲的主要物源供給區(qū)?？溌』鹕骄€周邊的古構(gòu)造演化揭示了上新世以來(lái)沉積對(duì)構(gòu)造演化的重要作用。三角洲近海沉積物快速沉積和準(zhǔn)同沉積變形誘發(fā)許多生長(zhǎng)斷層，造成重力不穩(wěn)，致使沿層橫向流動(dòng)和擠出。主要以重力構(gòu)造作用為主，重力滑動(dòng)構(gòu)造是其中的主要類(lèi)型[4]（圖2）。

圖2 尼日爾三角洲構(gòu)造演化圖（據(jù) Michael E. Brownfield，2016）

A.康尼亞克期，初期發(fā)生大規(guī)?；鹕竭\(yùn)動(dòng)，隨之沉積了湖相、三角洲相和淺海相地層[4]；B.因地殼的伸張和伴隨海岸蒸發(fā)盆地發(fā)育而引起的下翹作用，在阿普第中期張開(kāi)；C.阿爾必世早期張開(kāi)作用擴(kuò)展到幾內(nèi)亞灣，并向東北伸展形成貝努?！涂ɡ２?；D.桑托世板塊徹底分開(kāi)，由于褶皺作用海槽隆起，構(gòu)造反轉(zhuǎn)發(fā)育角度不整合；E. 古新世開(kāi)始了大范圍海侵，沉積了海陸交互相和淺海—深海相地層，垂向上由下至上海水變深；F. 從早始新世開(kāi)始了大范圍海退，發(fā)育浪控型的進(jìn)積三角洲。垂向上由下至上發(fā)育了Akata組、Agabada組和Benin組。；G.中新世沉積迅速，碎屑物質(zhì)被搬運(yùn)到較小地區(qū)，早期三角洲呈舌狀。

現(xiàn)代尼日爾三角洲重力滑動(dòng)區(qū)域構(gòu)造體系分為三個(gè)構(gòu)造帶，后緣伸展帶、轉(zhuǎn)換剪切帶和前緣壓縮帶。伸展帶發(fā)育大型生長(zhǎng)正斷層，其前緣壓縮帶包含數(shù)目極多的逆沖斷層，而其轉(zhuǎn)換剪切帶則包含與重力作用相關(guān)的泥底辟構(gòu)造[6]。在其水平方向上，整個(gè)尼日爾三角洲分成東西兩個(gè)朵葉和構(gòu)造帶，基底上以 Charcot 斷裂帶為分界。如前所述，因?yàn)檠芯繀^(qū)沉積物的快速沉積與垂向上相同趨勢(shì)的同沉積變形，在研究區(qū)域的三角洲平原上發(fā)育了數(shù)量較多的大至巨型的生長(zhǎng)正斷層，并因此形成了垂直方向上重力勢(shì)能并不相同的差別。同時(shí)研究區(qū)內(nèi)阿卡塔（Akata）是由塑性泥巖組成的層系，這也使得其擁有了可以作為潤(rùn)滑層的條件。隨著三角洲向洋殼推進(jìn)，大型生長(zhǎng)正斷層向海方向延伸，在三角洲前緣和前三角洲順著阿卡塔（Akata）組發(fā)育出了剪切過(guò)渡帶以及前緣擠壓帶兩種類(lèi)型。可以被看作成一套呈現(xiàn)出勺子形態(tài)的地層斷裂體系，并且這種斷裂特征使得其可以成為重力滑動(dòng)面。因?yàn)檠芯繀^(qū)正斷層自帶的應(yīng)力變化趨勢(shì)，即上部張，中部剪，到底部為擠壓應(yīng)力特征，從上到下產(chǎn)狀變緩。平面上應(yīng)力變化產(chǎn)生不同性質(zhì)的斷裂體系，正斷層、剪切斷層和逆沖擠壓斷層。促使上覆層開(kāi)始在重力分量作用下向斷面傾斜方向滑動(dòng)[2]。

圖3 研究區(qū)域內(nèi)重力滑脫構(gòu)造體系水平方向上的分區(qū)[4]

當(dāng)張力不足以克服滑動(dòng)面上的剪切阻力，由于后張推前剪阻作用的影響，必然會(huì)對(duì)滑動(dòng)地層產(chǎn)生一定程度上的擠壓作用力。一旦開(kāi)始產(chǎn)生哪怕極小的滑動(dòng)情況，就會(huì)使得其滑動(dòng)面上的剪切阻力一定程度上的下降，這也造成了相對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的過(guò)渡與轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生重力滑皺，凸向滑動(dòng)方向，褶皺超過(guò)巖層的韌性極限，擠壓在上覆Agabada組地層中產(chǎn)生薄弱帶和逆沖斷層，同時(shí)致使下伏異常壓力泥巖沿?cái)嗔褞蛏嫌縿?dòng)甚至噴出，這更加大重力勢(shì)差[6]。當(dāng)前方地層的剪阻擠壓與張性正斷層產(chǎn)生的張力未達(dá)平衡，整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)向海滑動(dòng)，局部擠壓加大，褶皺變形增強(qiáng)。最后重力勢(shì)差在前三角洲深海區(qū)以指狀逆沖帶形式消耗殆盡。同時(shí)下部泥拱順著斷裂面上涌卸壓，整個(gè)系統(tǒng)滑動(dòng)終止[1]（圖3）。

圖4 研究區(qū)剖面上構(gòu)造體系的分區(qū)[4]

整個(gè)三角洲構(gòu)造特征表現(xiàn)出陸架區(qū)主要為張性生長(zhǎng)正斷層控制的滾動(dòng)背斜，過(guò)渡帶和逆沖帶形成許多泥底辟背斜和逆沖背斜構(gòu)造[7]。在垂向上重力影響的情況下產(chǎn)生了逆沖以及泥拱兩種不同的特征。對(duì)于研究區(qū)而言，此兩種特征也直接控制了區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造演化過(guò)程，并且因其差異把研究區(qū)劃分了：逆沖型、泥拱型以及逆沖-泥拱混合型[7]（圖4）。

3 古構(gòu)造對(duì)于沉積的控制

通過(guò)印模法對(duì)不同時(shí)期的古構(gòu)造進(jìn)行了恢復(fù)，結(jié)合沉積展布的預(yù)測(cè)，可以較好地反映構(gòu)造演化對(duì)沉積的控制作用。

3.1 古近紀(jì)—中新世托爾托納早期

托爾托納早期整個(gè)盆地呈平緩地形，無(wú)明顯的斷裂、褶皺發(fā)育，在研究區(qū)中-東北部較低部位發(fā)育北東-南西走向的下切水道，沉積主要受控于海底水道。在塞拉瓦萊階（Serravallian）沿層均方根振幅屬性上（圖5B），現(xiàn)今位置下切水道，與圖5A托爾托納階沉積前的位置相比靠南，說(shuō)明下切水道發(fā)生向南的遷移。結(jié)合研究區(qū)沖斷的特點(diǎn)，可知構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所致下切水道的遷移[2]。

A：中新統(tǒng)托爾托納階沉積前塞拉瓦萊階底界埋深B：塞拉瓦萊階均方根屬性

A：上新統(tǒng)皮亞琴察階沉積前贊克勒階底界埋深B：贊克勒階均方根屬性

3.2 中新世托爾托納晚期至今

中新世托爾托納晚期開(kāi)始強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，在研究區(qū)中部—東北部及南部，下伏的塑性泥巖發(fā)生塑性流動(dòng)和上拱，使中新統(tǒng)下部地層彎曲，形成褶皺（圖6A），并且南部開(kāi)始發(fā)育沖斷裂。與圖5A進(jìn)行對(duì)比分析，中新世早期研究區(qū)中部—東北部和南部的低洼區(qū)，托爾托納晚期開(kāi)始轉(zhuǎn)化為褶皺的高部位[8]。受控于古地貌，自托爾托納晚期，在研究區(qū)中部—東北部和南部海底高部位，開(kāi)始發(fā)育砂巖朵葉體（圖6B），在低部位則半深?！詈Ｄ鄮r沉積發(fā)育[8]。由贊克勒階沿層均方根振幅屬性圖（圖6B），現(xiàn)今朵葉體位置，與圖6A相比皮亞琴察階（Piacenzian）沉積前的位置靠南[5]?？v向上比較，該朵葉體往南移動(dòng)的距離與塞拉瓦萊階下切水道移動(dòng)的距離相比明顯縮短，這反映了之前的地層（塞拉瓦萊階）的構(gòu)造位移量比新地層（托爾托納階）的構(gòu)造位移量大，也說(shuō)明泥收縮構(gòu)造具有同生性，古構(gòu)造對(duì)沉積的控制具有一定繼承性[2]。

4 結(jié)論

1）尼日爾三角洲盆地根據(jù)其構(gòu)造發(fā)育特征，可將其劃分為逆沖型、泥拱型以及逆沖-泥拱混合型三種類(lèi)型。

2）研究區(qū)域內(nèi)的發(fā)育過(guò)程可以籠統(tǒng)的分為早期和晚期。其早期：美、非板塊斷開(kāi)，形成三聯(lián)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。隨后研究區(qū)大致初步定型，發(fā)育為一個(gè)整體的、包含寬廣前緣的三角洲體系。中新世晚期-上新世持續(xù)向外，于東緣陸外的區(qū)域內(nèi)發(fā)育成大型沉積中心。

3）中新世托爾托納晚期構(gòu)造活動(dòng)逐漸對(duì)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] 李濤,胡望水,于水，等.西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造體系下的塑性構(gòu)造[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2012,32(03):69-76.

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Tectonic Evolution of the Niger Delta Basin and Its Control on Sedimentation

WANG Fan1LIU Ya-wei2

(1-College of Earth Science, Yangtze University, Wuhan 430100; 2-Underground Operations Branch, Bohai Sea Drilling Engineering Co. Ltd., Cangzhou, Hebei 062550)

The Niger delta basin is an one rich in oil and gas resources with the proven reserves of oil and gas ranking twelve in the world. Many giant structures and a series of gravity-related structures were developed in the basin. These structures may be divided into thrust type, mud arch type and thrust-mud arch hybrid type. Paleostructure restoration combined with sedimentation distribution indicates that the Late Miocene Tortonian deposits began to be controlled by tectonic activity and the upper part of the Tortonian is obviously synsedimentary and thickness of hanging wall of thrust fault associated with mud contraction structure is obviously smaller than the thickness of footwall , and the thickness of strata on the climbs of the fold is obviously thicker than that on the top of the middle anticline.

Niger Delta Basin; tectonic evolution; sedimentation; Miocene Tortonian Stage

2019-09-25

汪帆（1994—），男，浙江紹興人，碩士研究生，研究方向：儲(chǔ)層沉積學(xué)

P542

A

1006-0995（2020）04-0531-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.001