西非里奧姆尼盆地的構造演化及其構造層特征

吳 嬋,胡望水,李 濤 胡 芳,姚乾坤,曾 濤 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學),湖北荊州434023

于 水 (中海油研究總院,北京100027)

1 區域地質概況

里奧姆尼盆地是西非海岸盆地群11個主要含油氣沉積盆地之一,也是西非海岸7個含鹽盆地之一,是西南非阿普特鹽盆最北端的一個含鹽油氣盆地。盆地整體呈NNE向,位于赤道幾內亞南部NNE向延伸的大西洋邊緣轉換帶上,北部以坎普 (CAMPO)斷裂帶與杜阿拉盆地相鄰,南部以Fang斷裂帶與加蓬盆地相接,陸架區很平坦,但陸坡卻很陡峻[1]。它是在早中白堊世西非大西洋海岸裂谷盆地之上發育起來的被動大陸邊緣盆地,從白堊紀至今經歷了早白堊世巴雷姆期 (Barremian)-中阿普特期(Middle Aptian)的陸內裂陷構造旋回、晚阿普特期 (Late Aptian)的過渡期構造旋回以及阿爾布期(Albian)以來的被動大陸邊緣構造旋回,從而形成了現今 “縱向兩層樓、橫向分區帶”的構造格架,而且縱向上的 “兩層樓”格架中,每1層樓都有一個 “頂板”:第1層樓——裂谷期壘塹式構造體系的“頂板”是阿普特階中下部河流相和湖相地層以及鹽巖;第2層樓——重力滑脫構造體系的 “頂板”則是中新統-全新統海相地層;“橫向分區帶”主要是將重力滑脫體系分為重力滑脫伸展構造區,重力滑脫底部構造區和重力滑脫沖斷構造區,其中重力滑脫底部構造區在盆內局部地區發育,范圍較狹窄。

2 盆地的構造演化

1)陸內裂陷構造旋回 早白堊世巴雷姆期,里奧姆尼盆地在陸內裂陷作用下形成了一系列伸展斷層,從而形成了盆地壘塹式的構造格架,盆地雛形形成,在盆內沉積了1套河流相和湖相砂巖和泥巖,之后,湖盆逐漸加深,沉積了大套裂谷期富有機質湖相頁巖,它是盆內的第一套烴源巖,也是最主要的烴源巖。到中阿普特期,在裂谷后反彈擠壓作用下發生了反轉構造運動,裂谷期地層遭到抬升剝蝕,形成了區域性不整合面。

2)過渡期構造旋回 到阿普特晚期,構造環境相對穩定,沉積了平均800m厚的蒸發巖地層。隨著洋盆的打開,海水逐漸進入,蒸發巖的沉積逐漸結束,取而代之的是海相沉積。

3)被動大陸邊緣構造旋回 隨著大洋的逐漸擴張,裂后熱沉降作用的持續進行,陸架逐漸抬升,到阿爾布階沉積期,當陸架抬升到一定程度,超出陸架沉積物的受力平衡條件,陸架碳酸鹽巖失去平衡,在重力作用下向下陸坡滑動,阿普特階鹽巖的潤滑作用促進了滑覆體的滑動,從而在下陸坡及坡腳處形成了沖斷構造。上陸坡重力滑脫伸展作用較弱,在阿爾布階碳酸鹽巖剛性地層中形成了少量正斷層,而阿普特階的塑性泥巖則沒有被拉開,隨著陸架的持續抬升,掀斜角的增大,滑覆體繼續向下陸坡滑動,坡腳地層的變形逐漸加強,導致阿爾布階被抬升并遭到侵蝕,形成了高低起伏的地形形態。受這種地形形態的影響,到塞諾曼階 (Cenomanian)-三冬階 (Santonian)沉積期,在沖斷構造帶的高部位沉積的地層較薄,而低部位沉積的地層較厚。在地層沉積的同時,陸架仍在不斷的抬升,而且滑覆體也在不斷地向下陸坡滑動,導致下陸坡及坡腳的地層隨著沖斷幅度的增加逐漸被侵蝕掉。隨后在三冬期末期陸架強烈抬升作用和轉換擠壓作用下,早阿普特期的沉積中心擠壓變形,在盆地北部坎普 (Campo)轉換帶、中部巴塔 (Bata)轉換帶和南部阿森松(Ascension)轉換帶形成了一系列NE-SW向褶皺隆起。這些褶皺隆起的形成促進了向洋一側的重力滑脫作用,使阿爾布階-三冬階進一步變形,同時伴隨著底辟構造以及坡腳碳酸鹽巖滑覆體的褶皺變形[2]。受中部巴塔轉換斷裂帶形成的褶皺隆起的阻擋,阿爾布階-三冬階在此處以阿爾布階碳酸鹽巖底部的泥巖為滑脫面發生了強烈的沖斷運動,導致阿爾布階-三冬階遭到嚴重剝蝕。

隨著陸架的持續抬升和向海方向的遷移以及掀斜運動的持續進行,重力滑脫構造繼承性發育,但活動強度有所減弱,并隨著陸架的向海遷移而遷移,在漸新世末區域抬升的作用下,在上陸坡及陸架區形成了一系列小型鏟式重力滑脫伸展正斷裂。

中新世以來,里奧姆尼盆地構造環境非常穩定,地層以單斜為主,沒有形成明顯的構造。

3 構造層的劃分和特征

構造層是地質演化過程中在一定的構造單元里、在一定的構造時期內形成的具有一定構造變形特征的地層組合[3]。它在時間上代表一定的構造時期,在空間上代表某一構造事件所影響的范圍。2個構造層之間常以角度不整合或假整合隔開。不同構造層在構造變形特征、構造應力方向和構造體系等方面,不具有明顯的相關性。

從里奧穆尼盆地的構造演化中可以看出,不同演化階段所形成的構造層的地質構造和沉積特征明顯不同。根據它在構造演化中形成的沉積及構造特征的差異性將盆地的構造層劃分為:陸內裂陷構造層、過渡期構造層和被動大陸邊緣構造層。在被動大陸邊緣構造旋回又發生了2次大的構造運動,形成了2個區域性的不整合。為此,將被動大陸邊緣構造層又劃分為3個亞構造層:第1被動大陸邊緣亞構造層、第2被動大陸邊緣亞構造層和第3被動大陸邊緣亞構造層。

3.1 陸內裂陷構造層

陸內裂陷構造層是在巴雷姆期-中阿普特期的陸內裂陷構造旋回形成的一套具有一定構造變形特征的地層組合。

在沉積建造上,它由一套4000m厚的巴雷姆階河流相和湖相砂巖、頁巖和阿普特階下部湖相頁巖組成[1-4],與上覆地層呈角度不整合接觸。陸內裂陷初期,在盆內連續沉積了一套河流相和湖相砂巖、頁巖,之后,控盆正斷裂作用使湖盆加深,從而沉積了大套同裂谷期湖相沉積,這一期盆內充填的富有機質湖相頁巖是盆內第一套烴源巖,也是最主要的烴源巖,演化程度較高,最高熱解峰溫 (Tmax)可以達到460℃,鏡質體反射率 (Ro)多在1%以上,烴源巖厚度一般在數米至數百米之間。

在構造變形特征上,早中阿普特期在NE-SW向張扭應力作用下發生了差異沉降[2],在陸架區形成了一系列陡傾正斷裂,組成了裂谷盆地的壘塹式構造格架,延伸方向與現今海岸線近平行。根據高分辨率地震資料,里奧姆尼盆地近海地區發育有裂谷期翹傾斷塊[4]。

3.2 過渡期構造層

持續的伸展導致大陸破裂,南大西洋開始打開,里奧姆尼盆地內充填了陸相、河流相和瀉湖相地層,之后是廣泛的蒸發巖 (主要是鹽巖)沉積。沉積的蒸發巖平均厚度 800m,它由薄層狀鹽巖(Matondo 1井鉆遇到的薄層鹽巖有10m厚,向南逐漸變厚)與富有機質頁巖互層組成[1],薄層狀富有機質頁巖含有孢粉植物群和非海相介形動物碎片,是缺乏粗糙硅質碎屑沉積物的深湖沉積。隨著南大西洋逐漸擴張,海水逐漸進入湖泊,湖水加深,蒸發巖的沉積結束,緊接著在蒸發巖之上沉積了一套海相頁巖和泥巖。在構造變形特征上,過渡期,構造環境相對穩定,地層沒有發生太明顯的變形,但在后期的重力滑脫作用下發生了變形,形成了底辟構造。

3.3 被動大陸邊緣構造層

1)第1被動大陸邊緣亞構造層 第1被動大陸邊緣亞構造層是在第1被動大陸邊緣構造旋回 (阿爾布期到三冬期)形成的一套具有一定構造變形特征的地層組合。它與上覆地層呈角度不整合接觸。

在沉積建造上,這一時期里奧姆尼盆地的陸架上廣泛沉積了碳酸鹽巖,主要由鮞粒灰巖和砂屑灰巖組成,地層向上逐漸變薄,含有大量淺海腹足類動物碎屑、介形亞綱動物碎屑和甲藻碎屑,到盆地南部Rio Muni A-1井還鉆遇到了硅質碎屑巖[1]。

在構造變形特征上,這一時期隨著裂后沉降作用的持續進行,陸架的抬升,導致陸架碳酸鹽巖重力失衡,再加上阿普特階鹽巖的潤滑作用,陸架碳酸鹽巖向下陸坡滑動,從而在陸架區及上陸坡產生了拉張應力,形成了一系列重力滑脫伸展構造,而在下陸坡和坡腳區則形成了以阿普特階鹽巖為滑脫面的重力滑脫底辟構造和重力滑脫沖斷構造,重力滑脫底辟構造在局部地區發育。盆地西南部變形較強烈,坡腳處的前鋒沖斷帶阿爾布階-三冬階遭到了嚴重剝蝕,而盆地北東部則變形相對較弱,前鋒沖斷層的上盤地層遭到的剝蝕程度較低。在盆地南部部分區域如G2井附近形成了重力滑脫底辟構造,其分布范圍非常有限。此外,早阿普特期沉積中心的地層擠壓變形,從而形成一系列NE-SW向隆起和洼陷,同時阿爾布階-塞諾曼階也進一步變形,同時伴隨著底辟構造以及坡腳碳酸鹽巖滑覆體的褶皺變形,從而形成了一些次盆,這些次盆內發育了一系列河道濁積巖[2]。

2)第2被動大陸邊緣亞構造層 第2被動大陸邊緣亞構造層是在第2被動大陸邊緣構造旋回 (坎潘期到漸新世)形成的一套具有一定構造變形特征的地層組合。它與下伏地層呈角度不整合接觸,與上覆新近系-第四系也呈角度不整合接觸。

沉積建造上,晚白堊世坎潘期是三冬期末區域不整合面界面之上的低位沉積時期,大量沉積物經由陸架和陸坡上部的下切谷和水道進入盆內,形成了各種濁積成因的低位域砂體,它是盆地最重要的儲油砂體。之后馬斯特里赫特期 (Massistance)-古新世沉積了厚層陸相泥巖,偶夾粉砂巖。漸新世末,非洲大陸發生區域性抬升,導致盆地中包括陸架、陸坡在內的大部分地區遭到了廣泛的下切侵蝕作用。

構造變形特征上,隨著陸架的持續抬升和掀斜作用的持續進行,重力滑脫構造繼承性發育,但活動強度有所減弱,只形成了一些小型重力滑脫伸展正斷裂,數量多但規模小,延伸短,主要分布在陸架區及上陸坡。

3)第3被動大陸邊緣亞構造層 第3被動大陸邊緣亞構造層是在第3被動大陸邊緣構造旋回 (中新世至今)形成的一套具有一定構造變形特征的地層組合。它與其下伏地層呈角度不整合接觸。中新世以來,里奧姆尼盆地構造運動微弱,構造環境相對較穩定,大量海相碎屑沉積物向盆地內進積,形成了以單斜為主的地層,地質構造不發育。

[1]Jonathan P T.Gravity-Driven Structures and Rift Basin Evolution:Rio Muni Basin,Offshore Equatorial West Africa[J].AAPG Bulletin,1995,79:1138-1158.

[2]Paul Dailly,Phil Lowry,Kenny Goh,et al.Exploration and development of Ceiba Field,Rio Muni Basin,Southern Equatorial Guine[J].The Leading Edge,2002,11:1140-1146.

[3]萬天豐.大地構造學綱要[M].北京:地址出版社,2004.

[4]Ross D.Geology and hydrocarbon potential of RioMuni area,Equatorial Guinea[J].Oil and Gas Journal August,1993,23:96-100.