Lake Chad盆地構(gòu)造特征及其演化

張守松 郭建軍 (中國地質(zhì)大學 (北京))

Lake Chad盆地構(gòu)造特征及其演化

張守松 郭建軍 (中國地質(zhì)大學 (北京))

利用最新的測井資料對非洲乍得的Lake Chad盆地地震資料進行了精細層位標定和解釋,以此為基礎(chǔ)仔細分析了盆地的構(gòu)造特征及其演化。分析認為:Lake Chad盆地是中-新生代被動裂谷盆地,為前寒武結(jié)晶基底;盆地沉積蓋層可劃分為裂陷、坳陷兩大構(gòu)造層;斷裂平面組合共有4種類型,剖面組合存在8種類型,不同組合類型在盆地內(nèi)的分布位置不同;從研究區(qū)大的區(qū)域地質(zhì)背景出發(fā),并結(jié)合盆地的實際特點,將Lake Chad盆地構(gòu)造演化劃分為三個階段,不同時期的盆地性質(zhì)也不相同。

地震資料 斷裂 構(gòu)造演化Lake Chad盆地

1 區(qū)域地質(zhì)背景

Lake Chad盆地位于非洲乍得的西部,是一個在中、西非剪切帶剪切應(yīng)力場及其伴生的張應(yīng)力控制下形成的中-新生代裂谷盆地[1],總體上經(jīng)歷了早白堊世盆地形成和斷陷期、晚白堊世斷-坳期和古近紀斷-坳期三期裂谷運動[2]。盆地內(nèi)充填的為中-新生代地層,其中上白堊統(tǒng)主要發(fā)育海相或海陸交互相沉積地層[3],局部地區(qū)發(fā)育火成巖。目前已經(jīng)在Lake Chad盆地上白堊統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了多個油氣田,表明該區(qū)具有較好的含油氣前景,但是到目前為止Lake Chad盆地的油氣勘探進展很慢,主要原因是對盆地的構(gòu)造特征及其演化過程認識不夠系統(tǒng)深入,而這兩方面又是油氣生成、運移和聚集的重要控制因素。利用最新的鉆、測井和地震資料對Lake Chad盆地構(gòu)造特征及其演化進行了較為詳細的研究,從而為下一步的油氣勘探提供了依據(jù)。

2 盆地結(jié)構(gòu)

2.1 構(gòu)造層劃分

Lake Chad盆地是在前寒武結(jié)晶基底的基礎(chǔ)上發(fā)育的中-新生代被動裂谷盆地[4]。研究區(qū)及其鄰區(qū)的鉆井、地震資料揭示,前寒武結(jié)晶基底主要為石英巖、花崗巖、寒武紀片巖、片麻巖以及橄欖斑晶玄武巖,部分地區(qū)出現(xiàn)寒武紀砂巖等。盆地內(nèi)蓋層發(fā)育有4套沉積地層,自下而上從老到新分別為下白堊統(tǒng)湖泊相、河流相碎屑巖及沖積扇相沉積;上白堊統(tǒng)海相頁巖和砂巖沉積;下第三系湖泊相頁巖和河流相砂巖沉積;新近系湖相頁巖和砂巖沉積。

依據(jù)盆地內(nèi)的鉆、測井資料,合成記錄層位標定和地震波組反射特征,通過對全區(qū)范圍內(nèi)骨干地震剖面反射波組的追蹤對比共劃分出6個地震反射層,從上至下依次為 H10、H20、H30、H40、H50、H60,其中 H10為新近系的底界、H20為下第三系底界、H50為上白堊統(tǒng)地層的底界、H60為下白堊統(tǒng)底界。

根據(jù)盆地沉積充填地層層序、地震剖面上識別出的規(guī)模較大的不整合面、構(gòu)造變形特征及區(qū)域構(gòu)造運動等方面的特征,將Lake Chad盆地沉積蓋層劃分為裂陷、坳陷兩大構(gòu)造層[5]。坳陷構(gòu)造層可以進一步細分為上白堊統(tǒng)、下第三系和上第三系3個構(gòu)造層。構(gòu)造層中下白堊統(tǒng)構(gòu)造層厚度較小,為裂谷發(fā)育初期的沉積充填;上白堊統(tǒng)和下第三系為同裂谷期沉積,上第三系為裂谷后期沉積,這3個構(gòu)造層較為發(fā)育,地層厚度較大 (圖1)。

圖1 Lake Chad盆地地震反射層與構(gòu)造層劃分圖

2.2 盆地結(jié)構(gòu)

Lake Chad盆地南部在剖面上表現(xiàn)為東陡西緩的不對稱斷坳復(fù)合型裂谷,平面上呈NNW向展布。盆地兩側(cè)發(fā)育有兩條大的邊界正斷層,中間為地塹式斷陷和坳陷[6],其東、西兩側(cè)分別是向西和向東傾的低角度 (平緩)斜坡區(qū)。東部邊界斷裂較陡,傾角約55°;西部斷裂傾角約為45°。斜坡區(qū)內(nèi)地層厚度總體較薄,在盆地中央?yún)^(qū)內(nèi),沉積地層厚度大,沉積中心地帶地震反射時間可達到5.0 s,厚度達10 000 m以上。從西往東共發(fā)育了5個與盆地邊界斷裂相平行的斷裂構(gòu)造帶。

3 斷裂特征

3.1 平面分布特征

Lake Chad盆地內(nèi)斷裂比較發(fā)育,大小共有80多條。走向以NNW向為主,其次為近南北向,性質(zhì)均為正斷層。斷層延伸長度不一,最長的達160 km,短的僅有幾公里。斷距差異較大,大的斷距上千米,小的不過數(shù)十米。斷層傾角比較集中 ,多在 45°～60°之間。

Lake Chad盆地的斷裂平面組合樣式主要包括雁行式、平行式、“丁”字形或“鐮刀”型、平面“Y”字型或反“Y”字型等4種基本類型。這些斷裂平面組合樣式在盆地中的分布位置不同,其中雁行式和平面“Y”字型或反“Y”字型在盆地中普遍存在;平行式主要分布在主控斷裂向盆地的一側(cè),為一系列近平行的北西向斷裂組合而成,反映了在北東向拉張背景下斷裂控制的凹陷沉積;“丁”字形或“鐮刀”型主要分布在盆地西北部近東西向斷裂與北西向斷裂的結(jié)合部位。

3.2 剖面特征

Lake Chad盆地的斷裂剖面共有地壘式、地塹式、同向斷階式、反向斷階式、扇狀式、“Y”字型、反“Y”字型和負花狀式等8種組合樣式 (圖2)。

3.3 斷裂活動期次、活動方式與活動強度

根據(jù)斷裂斷開地層的層位、斷距在垂向上的變化、斷裂兩盤地層厚度的差異以及與斷裂相伴生的構(gòu)造變形特征、區(qū)域構(gòu)造運動活動時期等,可以綜合確定斷裂的形成時間、活動期次、活動方式 (如正斷、逆斷、走滑、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換等)、活動強度、形成先后順序 (序次)等。

Lake Chad盆地斷裂在剖面上,上白堊統(tǒng)構(gòu)造層 (K21)中下部 (H30之下)斷裂最為發(fā)育,斷距大,同沉積斷裂比較多,在盆地南部發(fā)育有大量的火山巖,地震剖面上表現(xiàn)為強反射波組,這些特征均反映了在早白堊世到晚白堊世早、中期盆地伸展斷陷活動相對較強。上白堊統(tǒng)構(gòu)造層 (K22)上部—下第三系構(gòu)造層 (H30～H20),地層厚度比較穩(wěn)定,斷層斷距較小、兩盤厚度差別不大,斷裂不太發(fā)育,表現(xiàn)出該時期盆地伸展斷陷活動強度減弱,主要以早白堊世至晚白堊世早期形成的大的同沉積基底卷入式正斷層的繼承性活動和伴生的同向或反向調(diào)節(jié)斷層為主。除此之外,局部地區(qū)發(fā)育少量新生的蓋層滑脫型的淺層后生正斷層。新近系斷裂不發(fā)育,表現(xiàn)為后裂谷坳陷期構(gòu)造活動特征。

圖2 Lake Chad盆地斷裂剖面組合樣式示意圖

由此可見,在上白堊統(tǒng)構(gòu)造層中下部 (K21)(H30之下)和上白堊統(tǒng)構(gòu)造層上部 (K22)—下第三系構(gòu)造層 (H20～H10)同裂谷期沉積時期,斷裂活動強度由強到弱,應(yīng)力傳遞自下而上,屬于基底卷入式張扭性斷裂構(gòu)造活動。

4 構(gòu)造演化分析

依據(jù)盆地的斷裂活動特征,并參考前人認識與區(qū)域構(gòu)造演化背景,將Lake Chad盆地的構(gòu)造演化劃分為三大階段。

4.1 前裂谷階段——侏羅紀以前

屬于穩(wěn)定地臺沉積階段,在這一階段受泛非構(gòu)造運動的影響,使古生代、早中生代 (侏羅紀以前)的地層遭受熱動力變質(zhì)和花崗巖化,非洲變成一個古老的穩(wěn)定區(qū)。整個非洲地區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定,斷裂、巖漿活動不發(fā)育,基本不發(fā)育沉積巖。在Lake Chad盆地所處的西非裂谷系內(nèi),目前鉆遇的最老地層為下白堊統(tǒng),其下是前寒武系的結(jié)晶基底,巖性為花崗巖、花崗閃長巖或石英巖。

4.2 同裂谷階段——135～23.5 Ma

這一階段是西非裂谷系斷裂活動、構(gòu)造沉降、沉積作用發(fā)育的主要階段,同時也是Lake Chad盆地沉積構(gòu)造演化的重要時期。其演化過程可分為早白堊世 (K1)、晚白堊世 (K2)和古近紀 (E)三期同裂谷階段。

4.2.1 早白堊世 (K1) ——斷陷期

受非洲和南美板塊分離影響,中非剪切帶強烈右行走滑活動,導致了一系列裂谷盆地的形成 (圖3)。在早白堊世,中、西非裂谷系均發(fā)育了比較厚的下白堊統(tǒng)地層[7]。其中,西非裂谷系南段的Termit盆地形成了厚度超過5 000 m的陸相沉積,Lake Chad盆地屬于該盆地的向南收斂部分,推測早白堊世地層厚度不大,盆地表現(xiàn)為斷陷特征。

圖3 中非剪切帶盆地形成的應(yīng)力場分析示意圖[8]

4.2.2 晚白堊世 (K2) ——伸展坳陷期

晚白堊世 (K2)是Lake Chad盆地的主要成盆期,上白堊統(tǒng)地層厚度巨大,并以海相沉積為主,而且沉積凹陷受斷裂控制作用變?nèi)酢Ｆ渲?晚白堊世 (K2)早中期 (H30以下層)裂陷作用比較弱,斷裂繼承性發(fā)育,多數(shù)為同沉積斷裂,發(fā)育伸展構(gòu)造環(huán)境的基性火山巖類。晚白堊世 (K2)早期 (H30以下層)盆地屬于伸展坳陷演化階段,該時期區(qū)域伸展作用比較強,盆地坳陷沉降幅度大,范圍廣。晚白堊世 (K2)晚期 (H30～H20之間層)斷裂發(fā)育變少,斷層兩側(cè)地層厚度差減小,斷裂對地層厚度的控制較小,構(gòu)造活動減弱,表現(xiàn)為弱伸展活動。

4.2.3 古近紀 (E) ——伸展坳陷期

該時期Lake Chad盆地斷裂活動有所加強,除了老斷裂繼承性活動外,又形成了部分新斷裂。該時期盆地的裂陷程度比晚白堊世 (K2)弱,為盆地第三期同裂谷發(fā)育階段,以河流-湖泊相沉積為主。

4.3 后裂谷階段——23.5 Ma以后

新近紀,為裂谷后期,盆地在熱構(gòu)造沉降作用下進入坳陷期,斷裂基本停止發(fā)育,沉積地層厚度分布穩(wěn)定,為陸相河湖沉積環(huán)境,上新世末期部分地區(qū)隆起抬升遭受剝蝕,盆地發(fā)育結(jié)束[8]。

5 結(jié)論

(1)Lake Chad盆地沉積蓋層可以劃分為裂陷、坳陷兩大構(gòu)造層,其中坳陷構(gòu)造層可以進一步細分為上白堊統(tǒng)、下第三系和上第三系3個構(gòu)造層。

(2)Lake Chad盆地的斷裂平面組合樣式主要包括雁行式、平行式、“丁”字形或“鐮刀”型、平面“Y”字型或反“Y”字型等4種基本類型;斷裂剖面共有地壘式、地塹式、同向斷階式、反向斷階式、扇狀式、“Y”字型、反“Y”字型和負花狀式等8種組合樣式。

(3)Lake Chad盆地的構(gòu)造演化劃分為三大階段:侏羅紀以前的前裂谷階段、135～23.5 Ma的同裂谷階段和23.5 Ma以后的后裂谷階段。

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10.3969/j.issn.1002-641X.2010.12.004

2010-09-20)