喀麥隆里奧-德雷盆地構(gòu)造發(fā)育特征及其對(duì)油氣成藏的影響

陳占坤，陳瑞，佘剛，袁井菊

1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 2.聯(lián)合能源(北京)有限公司，北京 100016

里奧-德雷盆地位于非洲幾內(nèi)亞灣，為晚白堊世開始形成的被動(dòng)大陸邊緣盆地[1-3]。其東南部以喀麥隆火山弧為界與杜阿拉盆地相鄰，北部和東部以前寒武基底地層出露為盆地邊界。西部延伸至尼日利亞，稱為尼日爾三角洲盆地，西南延伸入幾內(nèi)亞灣逐漸過渡為海相沉積(見圖1)。

圖1 里奧-德雷盆地平面位置圖

里奧-德雷盆地基底為元古界火成巖及變質(zhì)巖，沉積地層縱向?yàn)橹猩绨讏紫担律绻沤岛托陆担坏乇頌榈谒南蹈采w[4-6]。地層橫向可見始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)及第四系地層呈漸進(jìn)式向海進(jìn)積，反映地層沉積中地殼運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷了穩(wěn)定抬升、海退背景下的沉積環(huán)境特征[7-9]。中生界白堊系地層為盆地?cái)嘞萜诎l(fā)育的一套河湖相沉積體系，具有良好生、儲(chǔ)油條件, 由于埋深較大，盆地內(nèi)部未有井鉆遇。古近系始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)的厚層海相泥巖是盆地區(qū)域性生油層[10-13]；新近系中新統(tǒng)-上新統(tǒng)三角洲沉積層系是盆地主要的含油層系，儲(chǔ)層巖性疏松，固結(jié)程度差(見圖2)。

圖2 里奧-德雷盆地地層綜合柱狀圖

里奧-德雷盆地是目前喀麥隆主要的含油氣盆地，新近系中新統(tǒng)和上新統(tǒng)三角洲砂巖儲(chǔ)層是當(dāng)前盆地油氣勘探的主力勘探層系[14-16]。由于同屬幾內(nèi)亞灣被動(dòng)陸緣三角洲盆地且勘探面積較小，前人習(xí)慣于將里奧-德雷盆地定義為尼日爾三角洲的一部分，統(tǒng)一開展相關(guān)研究工作。隨著勘探認(rèn)識(shí)的不斷深化，里奧-德雷盆地特有的構(gòu)造發(fā)育特征逐漸引起了更多關(guān)注。盆地發(fā)育多組泥巖底辟和生長(zhǎng)斷層，受區(qū)域構(gòu)造、重力滑動(dòng)等多因素控制，前人雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到油氣分布與構(gòu)造發(fā)育特征有較強(qiáng)的相關(guān)性[17-19]，但是，對(duì)泥巖底辟的發(fā)育動(dòng)力學(xué)機(jī)制、生長(zhǎng)斷層的發(fā)育特征以及構(gòu)造發(fā)育對(duì)烴源巖和油氣成藏的控制作用，認(rèn)識(shí)并不清楚，客觀上限制了對(duì)盆地油氣勘探地質(zhì)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化。

1 構(gòu)造體系研究

里奧-德雷盆地的構(gòu)造格局主要受2套斷裂體系控制，分別為區(qū)域走滑拉張背景下的泥巖底辟斷裂體系和重力滑脫背景下的生長(zhǎng)斷層斷裂體系。2套斷裂體系的形成機(jī)理、分布規(guī)律、對(duì)盆地沉積儲(chǔ)層的控制和油氣成藏的控制作用，均有所差異(見圖3)。

圖3 里奧-德雷盆地中新統(tǒng)地層斷裂體系分布圖

1.1 泥巖底辟斷裂體系

盆地發(fā)育的北東-南西向走滑斷層，為盆地內(nèi)重要的一級(jí)斷層。此斷層產(chǎn)狀較陡，平面上呈弧狀展布，南部為北東-南西走向，北部轉(zhuǎn)變?yōu)榻媳毕颉鄬拥男纬膳c南大西洋拉張相關(guān)，由于板塊拉分速度的差異，在非洲西岸形成一系列北東-南西向區(qū)域走滑斷層，盆地內(nèi)走滑斷層即在此背景形成。斷層發(fā)育起始于白堊紀(jì)，至新生代，構(gòu)造活動(dòng)趨緩，但活動(dòng)并未終止(見圖4)。

圖4 里奧-德雷盆地東西向泥巖底辟發(fā)育剖面圖(剖面位置見圖3中A-A′)

區(qū)域走滑斷層將盆地分為南北2個(gè)構(gòu)造單元。北部構(gòu)造單元主要受三角洲沉積的控制；由于遠(yuǎn)離北部沉積物源，南部構(gòu)造單元沉積受盆地南部邊界的火山活動(dòng)影響較大。

在盆地北部構(gòu)造單元，平行發(fā)育有5條泥巖底辟構(gòu)造帶，其軸向呈近南北向，與主控?cái)鄬映?0～50°相交。此套斷裂體系為北東-南西向主控?cái)鄬拥陌樯鷶鄬樱哂凶呋再|(zhì)。隨主控?cái)鄬拥淖呦虺驶⌒巫兓瘯r(shí)，上述各泥巖底辟構(gòu)造帶軸線方位也隨之變化，并朝主控?cái)鄬臃较虺适諗口厔?shì)，向外則呈現(xiàn)發(fā)散狀。

泥巖底辟形成主要受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)控制，伴隨大西洋板塊的拉張，盆地進(jìn)入熱沉降階段，隨之在古新世早期發(fā)生大規(guī)模海侵，在盆地大部分地區(qū)沉積了厚層的海相泥巖。漸新世，受區(qū)域構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)影響，強(qiáng)制性海退導(dǎo)致海平面下降，一套厚的三角洲沉積物覆蓋于早期的海相泥巖之上。受到快速沉積的三角洲上覆地層影響，地層壓力逐漸升高，最終形成欠壓實(shí)的超壓地層。由于泥巖塑性強(qiáng)，呈流體或半流體狀態(tài)，具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，繼承自白堊系斷裂并持續(xù)活動(dòng)的走滑斷層，為泥巖流動(dòng)提供最初的誘發(fā)因素。同時(shí)，由斷裂活動(dòng)而產(chǎn)生的薄弱斷層面，成為超壓地層壓力釋放的優(yōu)勢(shì)通道，泥巖沿?cái)鄬由瞎埃植磕鄮r開始隆起。中新世早期，伴隨上覆地層壓力增加，泥巖隆起幅度增大，直至刺穿上覆地層，形成刺穿，泥巖底辟開始大規(guī)模發(fā)育。至上新世早期，隨著壓力的逐漸釋放，泥巖底辟慢慢變緩，進(jìn)入后期調(diào)節(jié)階段。

1.2 生長(zhǎng)斷層斷裂體系

生長(zhǎng)斷裂體系在盆地廣泛發(fā)育，依據(jù)斷層發(fā)育機(jī)制及構(gòu)造組合特征，可將其劃分為主動(dòng)斷裂和被動(dòng)斷裂2種。

主動(dòng)斷裂體系主要發(fā)育在盆地的泥巖底辟帶。在此區(qū)帶，地層坡度較北部有所增加，盆地被多條南北走向的泥巖脊切割為多個(gè)不同大小的構(gòu)造單元。沉積物由北部注入，形成多個(gè)南北向條狀沉積單元。隨著埋藏深度的增大，上覆地層不斷加厚，在重力作用下地層產(chǎn)生自然下滑，下滑過程中巖層被拉伸發(fā)生破裂，導(dǎo)致上、下盤分離，從而在沉積物不斷堆積過程中形成了生長(zhǎng)正斷層。此類斷層在各個(gè)沉積單元自成體系，其發(fā)育頻率與規(guī)模主要受沉積物的沉積速度控制，多為東西走向的短軸斷層，斷面彎曲，產(chǎn)狀上陡下緩，最終平緩消失于深部厚層海相泥巖層中。在斷層形成過程中，由于坡度較陡，地層不穩(wěn)定，下滑速度較快，所以斷層發(fā)育頻繁，且經(jīng)常超過地層的強(qiáng)性限度，發(fā)生破裂，形成反向斷層(見圖5)。主動(dòng)斷裂體系于中新統(tǒng)早期開始發(fā)育，由北部斜坡帶向南部泥巖底辟帶逐步推進(jìn)。受南向主生長(zhǎng)斷層和隨之伴生的反向調(diào)節(jié)斷層控制，在泥巖脊間的次級(jí)沉積單元中發(fā)育多個(gè)小型局部斷陷，為沉積物的局部沉積中心。在盆地中部，其主要控制了中新統(tǒng)的地層沉積；盆地南部，則主要影響控制了上新統(tǒng)沉積儲(chǔ)層的發(fā)育。

圖5 里奧-德雷盆地南北向斷裂體系發(fā)育剖面圖(剖面位置見圖3中B-B′)

被動(dòng)斷裂體系主要發(fā)育在地形平緩的北部陸上三角洲及近海地區(qū)。此區(qū)帶位于沉積中心的后端，地層沉積較為平緩。斷裂形成主要是由于前端泥巖底辟帶地層發(fā)生重力滑動(dòng)，橫向拉伸地層所致，同時(shí)東北部的物源供給亦對(duì)斷裂發(fā)育有所影響。斷裂體系分布呈北東東-南西西走向弧形展布，斷層延伸距離遠(yuǎn)，斷面南傾，上陡下緩，與泥巖底辟帶生長(zhǎng)斷裂系統(tǒng)相比，其產(chǎn)狀偏緩，斷距較小。北部被動(dòng)斷裂體系發(fā)育時(shí)間較早，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，主要形成于始新世-漸新世，在中新世仍持續(xù)活動(dòng)。但是，由于地層平緩，斷層斷距較小，發(fā)育規(guī)模有限，除對(duì)早期古近系地層發(fā)育有局部控制作用外，對(duì)后期地層沉積幾乎無影響，為新近系儲(chǔ)層規(guī)模發(fā)育提供了便利條件。

在盆地北部緩坡區(qū)，由于生長(zhǎng)斷層持續(xù)性活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，頻率較為穩(wěn)定，也為滾動(dòng)背斜的發(fā)育提供了相對(duì)較好的條件。在古近系-中新統(tǒng)地層中常見寬緩不對(duì)稱的小規(guī)模短軸低幅背斜，滾動(dòng)背斜常呈串珠狀分布在主斷層的南側(cè)，靠近斷層一翼陡，遠(yuǎn)離斷層一翼緩，背斜軸線多平行于生長(zhǎng)斷層(見圖5)。

2 構(gòu)造區(qū)帶劃分

根據(jù)盆地構(gòu)造樣式、應(yīng)力分析、構(gòu)造演化等特征，以區(qū)域性北東-南西向走滑斷層為界，可將盆地劃分為南北2個(gè)一級(jí)構(gòu)造區(qū)帶(見圖6)。

圖6 里奧-德雷盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

北部構(gòu)造帶又可分為北部?jī)?nèi)陸伸展構(gòu)造帶、中部過渡構(gòu)造帶和南部泥巖底辟帶。其中內(nèi)陸伸展構(gòu)造帶靠近陸地，構(gòu)造以正斷層為主，斷層數(shù)量較多但關(guān)系并不復(fù)雜，近以簡(jiǎn)單的滾動(dòng)背斜和平行斷階為主；南部的泥巖底辟帶主要受到泥巖底辟和重力作用的雙重影響，泥巖底辟?gòu)V泛發(fā)育，斷層活動(dòng)強(qiáng)度大、數(shù)量多，一般分布在泥巖底辟之間，作為連接泥巖底辟的通道，構(gòu)造組合主要以底辟頂部滑塌構(gòu)造和底辟間的“Y”字型斷層組合為主；而中部的過渡構(gòu)造帶主要作為南部泥巖底辟帶和北部伸展構(gòu)造帶的緩沖區(qū)，重力滑動(dòng)作用的影響逐漸增強(qiáng)，斷層的活動(dòng)強(qiáng)度逐漸增加，最明顯的構(gòu)造特征為反向調(diào)節(jié)斷層開始出現(xiàn)。

南部構(gòu)造帶包含凹陷構(gòu)造帶和火山隆起帶2個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶。凹陷構(gòu)造帶深層具有輕微的擠壓特征，地層連續(xù)性好，地層坡度也不大。火山隆起帶受喀麥隆火山穹隆的影響異常顯著，頂部常見放射性斷層分布。

3 構(gòu)造對(duì)油氣成藏的影響

3.1 構(gòu)造與烴源巖

前人研究結(jié)果表明，始新世-漸新世發(fā)育的深水泥巖是油氣成藏的主力烴源巖[20-23]，而烴源巖的發(fā)育范圍直接取決于盆地的古構(gòu)造格局。研究結(jié)果表明，在始新世-漸新世沉積期，盆地北高南低，東高西低，且在盆地中北部白堊系臺(tái)地邊緣，發(fā)育東西走向的構(gòu)造斜坡，斜坡坡度由西向東逐漸變緩(見圖7)。因此，在烴源巖發(fā)育期，盆地西南部的泥巖底辟帶位于盆地構(gòu)造斜坡之下，構(gòu)造部位相對(duì)較低，是最有利的烴源巖發(fā)育區(qū)。而北部的伸展構(gòu)造帶，主體位于斜坡之上，油氣需經(jīng)過較遠(yuǎn)距離側(cè)向運(yùn)移才能在此區(qū)帶聚集成藏。

圖7 里奧-德雷盆地始新世-漸新世古構(gòu)造圖

3.2 構(gòu)造與油氣運(yùn)移通道

油氣運(yùn)移通道是控制油氣富集規(guī)律的關(guān)鍵因素，前文對(duì)斷裂體系的分析表明，區(qū)域性發(fā)育的生長(zhǎng)斷層和泥巖底辟，能有效溝通烴源巖和上部?jī)?chǔ)層，是油氣運(yùn)移的主要通道。在盆地北部的伸展構(gòu)造帶，斷裂體系以被動(dòng)性水平拉張應(yīng)力下形成的生長(zhǎng)斷層為主，此類斷層活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，能夠影響較老地層，是伸展構(gòu)造帶上的主要垂向油氣運(yùn)移通道。在盆地中南部的泥巖底辟帶，泥巖底辟持續(xù)活動(dòng)，能為下部油氣向上運(yùn)移提供高效的運(yùn)移通道，同時(shí)，由重力滑動(dòng)所控制的生長(zhǎng)斷層，活動(dòng)規(guī)模大，影響面積大，能有效溝通下部烴源巖和上部?jī)?chǔ)層，亦是該區(qū)帶的主要運(yùn)移通道。受泥巖底辟和生長(zhǎng)斷層雙重通道影響的泥巖底辟區(qū)、泥巖底辟帶是盆地油氣運(yùn)移最有利的區(qū)帶(見圖8)。

圖8 里奧-德雷盆地構(gòu)造發(fā)育特征與油氣運(yùn)聚剖面圖(剖面位置見圖3中C-C′)

4 結(jié)論

1)里奧-德雷盆地發(fā)育泥巖底辟斷裂體系和生長(zhǎng)斷層斷裂體系兩套斷裂體系。依據(jù)斷層發(fā)育機(jī)制，構(gòu)造組合特征，可進(jìn)一步將生長(zhǎng)斷層斷裂體系劃分為主動(dòng)斷裂體系和被動(dòng)斷裂體系。

2)盆地可劃分為南北兩個(gè)構(gòu)造單元，北部構(gòu)造區(qū)又可分為北部?jī)?nèi)陸伸展構(gòu)造帶、中部過渡構(gòu)造帶和南部泥巖底辟帶。南部構(gòu)造帶包含凹陷構(gòu)造帶和火山隆起帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶。

3)泥巖底辟帶沉積地層直接覆蓋于早期烴源巖之上，油氣可由下向上，直接運(yùn)聚成藏。同時(shí)，廣泛發(fā)育的泥巖底辟和生長(zhǎng)斷層，可為油氣提供有利的垂向運(yùn)移通道。因此，泥巖底辟區(qū)帶為盆地最為有利的油氣聚集區(qū)帶。