西非里奧姆尼盆地的構(gòu)造演化及其構(gòu)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(shù)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(qū)域地質(zhì)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(nèi)亞南部NNE向延伸的大西洋邊緣轉(zhuǎn)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(qū)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(fā)育起來的被動大陸邊緣盆地,從白堊紀至今經(jīng)歷了早白堊世巴雷姆期 (Barremian)-中阿普特期(Middle Aptian)的陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回、晚阿普特期 (Late Aptian)的過渡期構(gòu)造旋回以及阿爾布期(Albian)以來的被動大陸邊緣構(gòu)造旋回,從而形成了現(xiàn)今 “縱向兩層樓、橫向分區(qū)帶”的構(gòu)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(gòu)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(gòu)造體系的 “頂板”則是中新統(tǒng)-全新統(tǒng)海相地層;“橫向分區(qū)帶”主要是將重力滑脫體系分為重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū),重力滑脫底部構(gòu)造區(qū)和重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū),其中重力滑脫底部構(gòu)造區(qū)在盆內(nèi)局部地區(qū)發(fā)育,范圍較狹窄。

2 盆地的構(gòu)造演化

1)陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回 早白堊世巴雷姆期,里奧姆尼盆地在陸內(nèi)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(gòu)造格架,盆地雛形形成,在盆內(nèi)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(zhì)湖相頁巖,它是盆內(nèi)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(fā)生了反轉(zhuǎn)構(gòu)造運動,裂谷期地層遭到抬升剝蝕,形成了區(qū)域性不整合面。

2)過渡期構(gòu)造旋回 到阿普特晚期,構(gòu)造環(huán)境相對穩(wěn)定,沉積了平均800m厚的蒸發(fā)巖地層。隨著洋盆的打開,海水逐漸進入,蒸發(fā)巖的沉積逐漸結(jié)束,取而代之的是海相沉積。

3)被動大陸邊緣構(gòu)造旋回 隨著大洋的逐漸擴張,裂后熱沉降作用的持續(xù)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(gòu)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(xù)抬升,掀斜角的增大,滑覆體繼續(xù)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(tài)。受這種地形形態(tài)的影響,到塞諾曼階 (Cenomanian)-三冬階 (Santonian)沉積期,在沖斷構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換帶、中部巴塔 (Bata)轉(zhuǎn)換帶和南部阿森松(Ascension)轉(zhuǎn)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(cè)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(gòu)造以及坡腳碳酸鹽巖滑覆體的褶皺變形[2]。受中部巴塔轉(zhuǎn)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(fā)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(xù)抬升和向海方向的遷移以及掀斜運動的持續(xù)進行,重力滑脫構(gòu)造繼承性發(fā)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(qū)域抬升的作用下,在上陸坡及陸架區(qū)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(gòu)造環(huán)境非常穩(wěn)定,地層以單斜為主,沒有形成明顯的構(gòu)造。

3 構(gòu)造層的劃分和特征

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

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

3.1 陸內(nèi)裂陷構(gòu)造層

陸內(nèi)裂陷構(gòu)造層是在巴雷姆期-中阿普特期的陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回形成的一套具有一定構(gòu)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(nèi)裂陷初期,在盆內(nèi)連續(xù)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(nèi)充填的富有機質(zhì)湖相頁巖是盆內(nèi)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(zhì)體反射率 (Ro)多在1%以上,烴源巖厚度一般在數(shù)米至數(shù)百米之間。

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

3.2 過渡期構(gòu)造層

持續(xù)的伸展導致大陸破裂,南大西洋開始打開,里奧姆尼盆地內(nèi)充填了陸相、河流相和瀉湖相地層,之后是廣泛的蒸發(fā)巖 (主要是鹽巖)沉積。沉積的蒸發(fā)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(zhì)頁巖互層組成[1],薄層狀富有機質(zhì)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(zhì)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(fā)巖的沉積結(jié)束,緊接著在蒸發(fā)巖之上沉積了一套海相頁巖和泥巖。在構(gòu)造變形特征上,過渡期,構(gòu)造環(huán)境相對穩(wěn)定,地層沒有發(fā)生太明顯的變形,但在后期的重力滑脫作用下發(fā)生了變形,形成了底辟構(gòu)造。

3.3 被動大陸邊緣構(gòu)造層

1)第1被動大陸邊緣亞構(gòu)造層 第1被動大陸邊緣亞構(gòu)造層是在第1被動大陸邊緣構(gòu)造旋回 (阿爾布期到三冬期)形成的一套具有一定構(gòu)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?；?guī)r和砂屑灰?guī)r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(zhì)碎屑巖[1]。

在構(gòu)造變形特征上,這一時期隨著裂后沉降作用的持續(xù)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(qū)及上陸坡產(chǎn)生了拉張應(yīng)力,形成了一系列重力滑脫伸展構(gòu)造,而在下陸坡和坡腳區(qū)則形成了以阿普特階鹽巖為滑脫面的重力滑脫底辟構(gòu)造和重力滑脫沖斷構(gòu)造,重力滑脫底辟構(gòu)造在局部地區(qū)發(fā)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(qū)域如G2井附近形成了重力滑脫底辟構(gòu)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(gòu)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(nèi)發(fā)育了一系列河道濁積巖[2]。

2)第2被動大陸邊緣亞構(gòu)造層 第2被動大陸邊緣亞構(gòu)造層是在第2被動大陸邊緣構(gòu)造旋回 (坎潘期到漸新世)形成的一套具有一定構(gòu)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(qū)域不整合面界面之上的低位沉積時期,大量沉積物經(jīng)由陸架和陸坡上部的下切谷和水道進入盆內(nèi),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(fā)生區(qū)域性抬升,導致盆地中包括陸架、陸坡在內(nèi)的大部分地區(qū)遭到了廣泛的下切侵蝕作用。

構(gòu)造變形特征上,隨著陸架的持續(xù)抬升和掀斜作用的持續(xù)進行,重力滑脫構(gòu)造繼承性發(fā)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(shù)量多但規(guī)模小,延伸短,主要分布在陸架區(qū)及上陸坡。

3)第3被動大陸邊緣亞構(gòu)造層 第3被動大陸邊緣亞構(gòu)造層是在第3被動大陸邊緣構(gòu)造旋回 (中新世至今)形成的一套具有一定構(gòu)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(gòu)造運動微弱,構(gòu)造環(huán)境相對較穩(wěn)定,大量海相碎屑沉積物向盆地內(nèi)進積,形成了以單斜為主的地層,地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)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(gòu)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.