西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造發(fā)育演化及成因機(jī)制

胡望水，李濤，于水，吳嬋，何瑤瑤，龍小軍

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州434023;2.中海石油 研究中心國(guó)際研究部，北京100027;3.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探研究院，湖北武漢430023)

西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造發(fā)育演化及成因機(jī)制

胡望水1，李濤1，于水2，吳嬋1，何瑤瑤3，龍小軍3

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州434023;2.中海石油 研究中心國(guó)際研究部，北京100027;3.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探研究院，湖北武漢430023)

西非被動(dòng)大陸邊緣盆地在晚侏羅世伴隨大西洋的裂開而形成，陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回(晚侏羅世-早白堊世阿普特期(Aptian))主要發(fā)育陸內(nèi)裂陷構(gòu)造;過渡期構(gòu)造旋回(阿普特期)沉積了一套潟湖相塑性層(鹽巖);被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回(早白堊世阿爾布期(Albian)至今)共發(fā)育了兩期重力滑脫構(gòu)造，早白堊世阿爾布期-漸新世發(fā)育一期(早期)重力滑脫構(gòu)造，中新世至今發(fā)育了另一期(晚期)重力滑脫構(gòu)造。西非被動(dòng)大陸邊緣同一期重力滑脫構(gòu)造具有從早到晚由陸向海的前展式發(fā)育規(guī)律，且多期重力滑脫構(gòu)造具有從早到晚由陸向海遷移的進(jìn)積疊加規(guī)律。西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的主要控制因素是大地構(gòu)造背景、地層掀斜、滑脫面形態(tài)，其中大地構(gòu)造背景控制重力滑脫構(gòu)造體系類型，地層掀斜是引起地質(zhì)體重力滑脫和變形的根本、控制構(gòu)造變形的強(qiáng)度，滑脫面形態(tài)控制著重力滑脫構(gòu)造類型和發(fā)育位置;次要控制因素是差異重力負(fù)載和塑性滑脫層等。并在此基礎(chǔ)上建立了寬緩型凹面斜坡和窄陡型斜坡滑脫面下的西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造成因發(fā)育模式。

西非;重力滑脫構(gòu)造;構(gòu)造發(fā)育演化;成因機(jī)制

西非被動(dòng)大陸邊緣，自北向南包括尼日爾三角洲、里奧穆尼、加蓬、下剛果、安哥拉和納米比亞等盆地(圖1)，是世界重要油氣聚集地之一(Arthur et al.，2003;鄧榮敬等，2008)。但由于非洲政緣問題一直處于低勘探階段，進(jìn)入21世紀(jì)世界石油問題日益嚴(yán)重及油氣的重大利潤(rùn)，促使各國(guó)加大西非被動(dòng)大陸邊緣勘探力度、尤其是深水部分。

西非被動(dòng)大陸邊緣主要發(fā)育陸內(nèi)裂陷構(gòu)造和重力滑脫構(gòu)造。西非被動(dòng)大陸邊緣盆地群的形成和發(fā)育，與中生代以來大西洋裂開和后期的持續(xù)擴(kuò)張作用有關(guān)(馬君等，2008)，是岡瓦納大陸解體和大西洋擴(kuò)張形成的大陸裂谷型和被動(dòng)大陸邊緣型疊合盆地。盆地的發(fā)育受西非板塊構(gòu)造演化的影響，經(jīng)歷了晚古生代-早中生代前裂谷構(gòu)造旋回、中-晚中生代以來的陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回和中生代末-新近紀(jì)的被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回(圖2)(Lehner and Ruiter，1977)。自過渡期構(gòu)造旋回至今西非被動(dòng)大陸邊緣整體的構(gòu)造體系為重力滑脫構(gòu)造體系，即由下白堊統(tǒng)阿普特階的塑性層鹽巖形成的塑性構(gòu)造和被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回沉積的上覆地層形成的非塑性構(gòu)造構(gòu)成了整個(gè)西非被動(dòng)大陸邊緣自阿普特期以來深水環(huán)境下的重力滑脫構(gòu)造體系(圖3)(Giresse，2005)。由于陸內(nèi)裂陷構(gòu)造埋藏深，揭示資料很少，且目前主要的油氣勘探層位是重力滑脫構(gòu)造層(張樹林和鄧運(yùn)華，2009)，所以本文重點(diǎn)研究重力滑脫構(gòu)造的發(fā)育演化及成因機(jī)制。

盡管前人對(duì)西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造做了研究(Séranne and Anka，2005;Hudec and Jackson，2002;Turner，1996)，但目前僅限于構(gòu)造特征的研究，對(duì)構(gòu)造發(fā)育演化和成因機(jī)制研究尚不明確。為了更好地開展研究區(qū)的油氣勘探工作，就需要明確構(gòu)造的發(fā)育演化、弄清其成因機(jī)制，為油氣勘探提供理論依據(jù)。

本文從構(gòu)造成因角度，重新劃分了重力滑脫構(gòu)造單元;結(jié)合構(gòu)造成因分析了構(gòu)造發(fā)育演化特征;在此基礎(chǔ)上詳細(xì)論證了重力滑脫構(gòu)造發(fā)育成因的控制因素，并建立了西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造的成因發(fā)育模式。

圖1 西非被動(dòng)大陸邊緣盆地分布圖Fig.1 Map showing the location of the West African passive continental marginal basin

1 西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造

西非海岸盆地群自晚侏羅世至早白堊世的陸內(nèi)裂陷型盆地是隨大西洋的裂開而形成的;晚白堊世至今的被動(dòng)大陸邊緣型盆地受大西洋的持續(xù)擴(kuò)張作用控制，且受西非板塊構(gòu)造演化的影響，而形成了西非被動(dòng)大陸邊緣旋回典型的重力滑脫構(gòu)造。

本文所研究的重力滑脫構(gòu)造是指在重力作用下的地質(zhì)體沿滑脫面滑動(dòng)和變形形成的構(gòu)造總和(馬杏垣，1989;索書田，1983)。

根據(jù)西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造的成因及結(jié)構(gòu)特征將重力滑脫構(gòu)造劃分為:重力滑脫伸展構(gòu)造、重力滑脫底辟構(gòu)造和重力滑脫沖斷構(gòu)造。這三種亞構(gòu)造分別發(fā)育在重力滑脫構(gòu)造體系的不同區(qū)域，因此按照構(gòu)造特征又可劃分為:重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)、重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)和重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)(圖3)。

1.1 重力滑脫伸展構(gòu)造

重力滑脫伸展構(gòu)造是指地質(zhì)體在重力作用下形成的正斷裂組合，一般發(fā)育在地質(zhì)體重力勢(shì)能快速下降的區(qū)域。西非被動(dòng)大陸邊緣的重力滑脫伸展構(gòu)造主要發(fā)育在大陸坡的上部，稱為重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)。西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫伸展構(gòu)造主要以正斷裂系為主的一系列地壘、地塹和低幅度正三角型塑性構(gòu)造組成。

1.2 重力滑脫底辟構(gòu)造

重力滑脫底辟構(gòu)造是指地質(zhì)體在重力作用下形成的底辟構(gòu)造，一般發(fā)育在地質(zhì)體重力勢(shì)能相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域。本文所指的重力滑脫底辟構(gòu)造為狹義上上拱幅度較高、構(gòu)造兩側(cè)對(duì)稱性較好的刺穿構(gòu)造，不包括塑性地層斜向上拱構(gòu)造。西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫底辟構(gòu)造主要發(fā)育在大陸坡的中部和下部，稱為重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)。

1.3 重力滑脫沖斷構(gòu)造

重力滑脫沖斷構(gòu)造是指地質(zhì)體在重力作用下形成的沖斷裂及不對(duì)稱褶皺組合，一般發(fā)育在地質(zhì)體動(dòng)能向重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換的區(qū)域(Nigro and Renda，2004;Storti and Poblet，1997)。西非被動(dòng)大陸邊緣的重力滑脫沖斷構(gòu)造主要發(fā)育在下陸坡至深海平原的轉(zhuǎn)換區(qū)，稱為重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)。西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫沖斷構(gòu)造主要是以沖斷裂系、與沖斷裂相關(guān)的褶皺和向海傾斜的不對(duì)稱褶皺組成(Higgins et al.，2007;Rowan et al.，2004)。

2 重力滑脫構(gòu)造的發(fā)育演化

西非被動(dòng)大陸邊緣從晚侏羅世開始發(fā)育，晚侏羅世-早白堊世阿普特(Aptian)早期屬陸內(nèi)裂陷型盆地，阿普特階塑性層(鹽巖)沉積期屬由陸向海過渡型盆地，早白堊世阿爾布期至今屬被動(dòng)大陸邊緣型盆地。陸內(nèi)裂陷型盆地階段主要發(fā)育伸展裂陷型構(gòu)造，重力滑脫構(gòu)造發(fā)育在過渡型盆地和被動(dòng)大陸邊緣型盆地階段。所以本文主要論述阿普特晚期至今的重力滑脫構(gòu)造發(fā)育演化。

2.1 過渡期構(gòu)造旋回

早白堊世阿普特期塑性地層(鹽巖)沉積期是陸相向海相的過渡時(shí)期，主要沉積了一套塑性地層，且此時(shí)期構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定、不發(fā)育區(qū)域性構(gòu)造，所以將此時(shí)期劃分為過渡期構(gòu)造旋回。

受大西洋不同區(qū)域裂開時(shí)期的差異(南早北晚)影響，西非被動(dòng)大陸邊緣不同盆地之間塑性地層沉積厚度、分布范圍都有差異。如南部的安哥拉、下剛果盆地整個(gè)盆地均有塑性層(鹽巖)分布、厚度平均在2 km(圖4)，而北部的里奧穆尼和杜阿拉盆地僅局部分布有塑性層(鹽巖)、厚度相對(duì)較薄、在50～200 m之間(圖5)。

圖3 西非被動(dòng)大陸邊緣典型重力滑脫構(gòu)造地震剖面圖(位置見圖1AA′)(據(jù)Marton et al.，2000修改)Fig.3 Seismic section of typical gravitational décollement structure of the West Africa passive continental margin(For location see Fig.1AA′)(According to Marton et al.，2000 modified)

圖4 下剛果盆地重力滑脫構(gòu)造演化史剖面(位置見圖1BB′)Fig.4 Structure evolution profiles of gravitational décollement of the Lower Congo basin(For location see Fig.1BB′)

2.2 被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回

早白堊世阿爾布期至今，西非大陸邊緣屬于被動(dòng)大陸邊緣，此階段稱為西非被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回，發(fā)育了典型的重力滑脫構(gòu)造。按照重力滑脫構(gòu)造的發(fā)育演化過程，結(jié)合西非被動(dòng)大陸邊緣演化特征將西非被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回劃分為三個(gè)亞構(gòu)造旋回:被動(dòng)大陸邊緣第一亞構(gòu)造旋回、被動(dòng)大陸邊緣第二亞構(gòu)造旋回和被動(dòng)大陸邊緣第三亞構(gòu)造旋回。

2.2.1 被動(dòng)大陸邊緣第一亞構(gòu)造旋回

西非被動(dòng)大陸邊緣在晚白堊世三冬期末期發(fā)育一期強(qiáng)烈的抬升剝蝕或沉積間斷，形成了阿爾布階-三冬階與上覆地層之間明顯的區(qū)域不整合，故將早白堊世阿爾布期-晚白堊世三冬期劃分為被動(dòng)大陸邊緣第一亞構(gòu)造旋回。該時(shí)期為早期重力滑脫構(gòu)造的主要發(fā)育期。

被動(dòng)大陸邊緣第一亞構(gòu)造旋回的重力滑脫構(gòu)造主要發(fā)育在安哥拉、下剛果和里奧穆尼等盆地(圖4、5)(Jackson et al.，2008;Vera et al.，2010;Turner，1995)。可以看出早期重力滑脫構(gòu)造主要發(fā)育重力滑脫伸展構(gòu)造和重力滑脫沖斷構(gòu)造，而重力滑脫底辟構(gòu)造較少或不發(fā)育。

圖5 里奧穆尼盆地重力滑脫構(gòu)造演化史剖面(位置見圖 1CC′)Fig.5 Profiles showing gravitational décollement structure evolution of the Rio Muni basin(For location see Fig.1CC′)

2.2.2 被動(dòng)大陸邊緣第二亞構(gòu)造旋回

西非被動(dòng)大陸邊緣在漸新世末期發(fā)育一期強(qiáng)烈的抬升剝蝕或沉積間斷，形成了坎潘階-始新統(tǒng)與上覆地層之間明顯的區(qū)域不整合，故將晚白堊世坎潘期-漸新世劃分為被動(dòng)大陸邊緣第二亞構(gòu)造旋回。

被動(dòng)大陸邊緣第二亞構(gòu)造旋回的重力滑脫構(gòu)造在早期重力滑脫構(gòu)造基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)育，主要發(fā)育在安哥拉、下剛果和里奧穆尼等盆地。其中安哥拉、下剛果盆地發(fā)育由重力滑脫伸展構(gòu)造、重力滑脫底辟構(gòu)造和重力滑脫沖斷構(gòu)造組成的完整的重力滑脫構(gòu)造(圖4)(Lavier and Steckler，2000;Brun and Fort，2004);而里奧穆尼盆地發(fā)育的重力滑脫構(gòu)造主要發(fā)育活動(dòng)較弱的重力滑脫伸展構(gòu)造，重力滑脫沖斷構(gòu)造和重力滑脫底辟構(gòu)造都不發(fā)育(圖5)(Turner，1995;Turner et al.，2003)。

2.2.3 被動(dòng)大陸邊緣第三亞構(gòu)造旋回

西非被動(dòng)大陸邊緣中新世至今不發(fā)育大型區(qū)域性不整合，所以將中新世至今劃分為被動(dòng)大陸邊緣第三亞構(gòu)造旋回。該時(shí)期主要為尼日爾三角洲盆地重力滑脫構(gòu)造的主要發(fā)育期。

被動(dòng)大陸邊緣第三亞構(gòu)造旋回的重力滑脫構(gòu)造主要發(fā)育在尼日爾三角洲等盆地(圖6)(Cohen and McClay，1996)，而安哥拉和下剛果盆地重力滑脫構(gòu)造活動(dòng)在晚期重力滑脫構(gòu)造的基礎(chǔ)上活動(dòng)明顯減弱(圖4、5)(Broucke et al.，2004);里奧穆尼盆地在此時(shí)期重力滑脫構(gòu)造活動(dòng)已經(jīng)停止(圖5)(Lawrence et al.，2002)。尼日爾三角洲在中新世才開始發(fā)育重力滑脫構(gòu)造，但重力滑脫伸展構(gòu)造、重力滑脫底辟構(gòu)造和重力滑脫沖斷構(gòu)造均發(fā)育完整，組成了完整的尼日爾三角洲盆地的重力滑脫構(gòu)造(圖6)。

根據(jù)西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造的空間發(fā)育狀況、樣式和演化階段，將其劃分為早白堊世阿爾布期-漸新世發(fā)育的早期(第一期)重力滑脫構(gòu)造和中新世至今發(fā)育的晚期(第二期)重力滑脫構(gòu)造。通過上述各演化階段分析可知，第一期重力滑脫構(gòu)造主要發(fā)育在下剛果和里奧穆尼等盆地，第二期主要發(fā)育在尼日爾三角洲和下剛果等盆地。兩期重力滑脫構(gòu)造在不同區(qū)域存在較大差異。

3 重力滑脫構(gòu)造成因分析

西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造受多方面因素控制。

圖6 尼日爾三角洲盆地重力滑脫構(gòu)造演化史剖面(位置見圖1DD′)Fig.6 Profiles showing gravitational décollement structure evolution of the Niger Delta basin(For location see Fig.1DD′)

大地構(gòu)造背景控制著重力滑脫構(gòu)造體系格架。由于大西洋裂開及擴(kuò)張時(shí)間、方式的差異，特別是大西洋轉(zhuǎn)換斷層對(duì)板塊邊緣影響的差異，造成西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造體系之間的差異性。

重力滑脫構(gòu)造體系內(nèi)部構(gòu)造主要受動(dòng)力、巖性、環(huán)境和觸發(fā)因素等綜合作用影響(馬杏垣，1989;王同和和谷躍民，1988;王月然等，2009;余一欣等，2011;彭美麗等，2011)。重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育的實(shí)質(zhì)是在重力失去平衡狀態(tài)下，巖石地層變形、地質(zhì)體滑動(dòng)使重力達(dá)到新的平衡狀態(tài)的過程，那么可以看出重力失衡是造成重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的動(dòng)力因素和本質(zhì)因素。通過研究認(rèn)為，西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造的主要控制因素是地層掀斜和滑脫面形態(tài);次要控制因素是差異重力負(fù)載、塑性滑脫層等。

下面具體分析各因素對(duì)重力滑脫構(gòu)造的控制作用。

3.1 大地構(gòu)造背景對(duì)重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的控制

盡管西非被動(dòng)大陸邊緣整體屬于統(tǒng)一的被動(dòng)陸緣，但其不同區(qū)域也存在較大差異，被動(dòng)陸緣構(gòu)造背景相對(duì)板塊碰撞邊緣要簡(jiǎn)單得多，且區(qū)域性板塊穩(wěn)定、構(gòu)造活動(dòng)較少，最主要的區(qū)域性構(gòu)造就是大西洋的轉(zhuǎn)換斷層。在這種區(qū)域性構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育的情況下，轉(zhuǎn)換斷層對(duì)重力滑脫構(gòu)造體系起著重要的控制作用。

首先，根據(jù)轉(zhuǎn)換斷層與西非被動(dòng)大陸邊緣的交接關(guān)系(Wilson et al.，2003)，將西非被動(dòng)大陸邊緣劃分為傾向離散-裂陷型和轉(zhuǎn)換離散-裂陷型兩類被動(dòng)大陸邊緣類型。傾向離散-裂陷型邊緣與轉(zhuǎn)換斷層呈高角度相交，位于2條主轉(zhuǎn)換斷裂帶之內(nèi);而轉(zhuǎn)換離散-裂陷型邊緣與錯(cuò)斷大洋中脊的主轉(zhuǎn)換斷裂帶相關(guān)聯(lián)，是大洋轉(zhuǎn)換斷裂帶的延伸或與之低角度相交。

其次傾向離散-裂陷型邊緣顯示出巖石圈和地殼漸進(jìn)式減薄特征，過渡地殼帶相對(duì)較寬，塊體離散方向與大陸邊緣近于垂直，即形成板塊邊緣相對(duì)寬緩的大陸坡形態(tài)，如下剛果盆地、尼日爾三角洲盆地等發(fā)育完整的重力滑脫構(gòu)造體系(圖4、6)(Cramez and Jackson，2000)。轉(zhuǎn)換離散-裂陷型邊緣，塊體的離散方向與大陸邊緣或轉(zhuǎn)換斷裂帶近于平行，大多數(shù)情況下其過渡地殼帶比較窄，即形成板塊邊緣相對(duì)窄陡的大陸坡形態(tài)，如里奧穆尼盆地等主要發(fā)育重力滑脫沖斷構(gòu)造和重力滑脫伸展構(gòu)造，而重力滑脫底辟構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育的重力滑脫構(gòu)造體系(圖5)。

綜上，大西洋轉(zhuǎn)換斷層控制著大陸邊緣的類型，大陸邊緣類型又控制著大陸坡的形態(tài)，大陸坡形態(tài)對(duì)重力滑脫構(gòu)造體系起重要的控制作用。

3.2 地層掀斜對(duì)重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的控制

地層掀斜是控制西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育的主要因素和啟動(dòng)因素。從本質(zhì)上講，重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育，必須存在重力失衡。由于不均衡的水平或垂直構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)時(shí)，如研究區(qū)主要是由于洋殼、洋陸過渡殼和陸殼的不均衡熱沉降以及非洲板塊的不均衡抬升，造成了西非被動(dòng)大陸邊緣地層的掀斜，地層掀斜使地質(zhì)體獲得過剩的重力勢(shì)能，在適宜的斜坡和滑動(dòng)面上地質(zhì)體變形或向下滑動(dòng)，在此過程中就形成了重力滑脫構(gòu)造。

地層的掀斜強(qiáng)弱對(duì)重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育強(qiáng)度有重要的控制作用。重力滑脫所需要的能量與地層的掀斜角大小有關(guān)。掀斜角越大，能量越大，重力滑脫構(gòu)造活動(dòng)越強(qiáng)烈(Mello and Pratson，1999)。所以地層掀斜不僅是重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的啟動(dòng)因素，同時(shí)控制著重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育規(guī)模和變形強(qiáng)度。

通過對(duì)西非地層掀斜程度的統(tǒng)計(jì)，可以看出滑脫面在阿爾布(Albian)早期開始發(fā)生傾斜;從構(gòu)造發(fā)育情況看，如斷裂、水平運(yùn)動(dòng)及塑性構(gòu)造等，可以看出重力滑脫構(gòu)造體系也是在阿爾布(Albian)早期開始發(fā)育，即地層掀斜引起重力滑脫構(gòu)造的發(fā)育。重力滑脫構(gòu)造發(fā)育強(qiáng)度與地層掀斜程度也具有明顯的一致性，如下剛果盆地地層掀斜和重力滑脫構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)期都在晚白堊世-始新世和中新世-上新世(圖4)，說明地層掀斜控制著重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育強(qiáng)度。

3.3 滑脫面形態(tài)對(duì)重力滑脫構(gòu)造的控制

根據(jù)西非被動(dòng)大陸邊緣滑脫面形態(tài)特征，結(jié)合被動(dòng)大陸邊緣類型，可將滑脫面形態(tài)劃分為寬緩型凹面斜坡和窄陡型斜坡。寬緩型凹面斜坡滑脫面是指滑脫面相對(duì)較寬、兩邊相對(duì)上傾、中部下凹，且掀斜角較小的斜坡滑脫面，如下剛果盆地和尼日爾三角洲盆地的滑脫面(圖4、圖6);而窄陡型斜坡滑脫面是指滑脫面相對(duì)較窄，且掀斜角較大的斜坡滑脫面，如里奧穆尼盆地的滑脫面(圖5)。當(dāng)然兩種滑脫面都存在局部的高低起伏。

滑脫面形態(tài)差異主要控制重力滑脫構(gòu)造體系的變形方式、變形區(qū)域和變形過程等。如寬緩型凹面斜坡滑脫面上發(fā)育的重力滑脫構(gòu)造體系受控因素較多，構(gòu)造體系較復(fù)雜，尤其是底辟構(gòu)造區(qū)的變形方式可以是多樣的;窄陡型斜坡滑脫面上發(fā)育的重力滑脫構(gòu)造體系為前人(馬杏垣，1989)認(rèn)識(shí)的典型重力滑脫構(gòu)造體系，主要發(fā)育重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)和重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)(圖5、圖7)。

滑脫面的局部高低起伏控制著重力滑脫構(gòu)造體系下局部構(gòu)造的發(fā)育位置和規(guī)模，如重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)斜坡滑脫面的局部快速下傾是正斷裂的主要發(fā)育部位，下傾的強(qiáng)度控制著正斷裂的規(guī)模(陳強(qiáng)，1986)，而重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)和重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)的局部凸起是底辟和沖斷裂的發(fā)育部位，凸起規(guī)模與底辟或沖斷裂規(guī)模成正比(圖3)。

3.4 其它因素對(duì)重力滑脫構(gòu)造的控制

除了大地構(gòu)造背景、地層掀斜和滑脫面形態(tài)之外，重力滑脫構(gòu)造還受其它因素的影響。如差異重力負(fù)載和塑性滑脫層等。

(1)西非重力滑脫構(gòu)造體系三個(gè)構(gòu)造區(qū)的差異重力負(fù)載所起的控制作用不同。

重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)，發(fā)育的正斷裂體系多為生長(zhǎng)正斷裂，正斷裂下降盤沉積的地層厚度大于上升盤的沉積地層厚度，造成下降盤重力負(fù)載大于上升盤的重力負(fù)載，促進(jìn)了正斷裂的發(fā)育，因此差異重力負(fù)載對(duì)生長(zhǎng)斷裂等局部構(gòu)造的發(fā)育起到了一定的促進(jìn)作用(Rouby et al.，2002)。

重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)，主要發(fā)育底辟構(gòu)造，該區(qū)上覆地層厚度大，平均在5 km左右，遠(yuǎn)大于重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)和重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)的平均厚度2.5 km。但由于上覆地層厚度不均，造成重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)的差異重力負(fù)載，使得塑性層由高壓區(qū)流向低壓區(qū)，平衡由上覆地層造成的差異重力負(fù)載，使重力負(fù)載達(dá)到新的平衡，由此差異重力負(fù)載造成的塑性層流動(dòng)方式包括垂向流動(dòng)和橫向流動(dòng)(鄔光輝等，2004)，垂向流動(dòng)形成了西非重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)最主要的底辟構(gòu)造(胡望水和薛天慶，1997)，橫向流動(dòng)主要對(duì)重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)的沖斷構(gòu)造起一定的控制作用。

重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)，差異重力負(fù)載作用相對(duì)較弱，主要是沖斷裂的上下盤及其控制的上覆褶皺和不對(duì)稱褶皺的核部和翼部存在差異重力負(fù)載作用，高部位重力負(fù)載低于低部位重力負(fù)載，一定程度上促進(jìn)了沖斷裂和褶皺的發(fā)育。

(2)塑性滑脫層是重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育的潤(rùn)滑劑，起到了重要的催化作用。塑性滑脫層性質(zhì)的差異會(huì)導(dǎo)致重力滑脫的最大靜摩擦力和動(dòng)摩擦力的不同，其中屈服點(diǎn)和粘滯性是影響其潤(rùn)滑作用的重要因素，屈服點(diǎn)越低、粘滯性越小潤(rùn)滑作用越明顯，可以在掀斜角較低的滑脫面上發(fā)育重力滑脫構(gòu)造，相反則需要更大的掀斜角提供更大的下滑重力分量來克服較大摩擦力。所以塑性滑脫層對(duì)重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育起到了潤(rùn)滑劑的作用，而塑性滑脫層性質(zhì)(組成成分、純度、密度、含水飽和度、孔隙率等)則影響著潤(rùn)滑作用的好壞(梁衛(wèi)國(guó)等，2010)。

西非重力滑脫構(gòu)造體系的鹽巖和泥巖作為很好的滑脫層，為重力滑脫構(gòu)造體系的發(fā)育提供了很好的滑動(dòng)條件。在地層掀斜角不太高(比如只有4°時(shí))的情況下，由于塑性滑脫層的存在，就開始發(fā)育重力滑脫構(gòu)造;而且由于塑性滑脫層廣泛分布于西非，平均厚度在1 km左右，所以重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育范圍和變形幅度受塑性滑脫層影響明顯，從重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)到重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)延伸160 km以上，變形幅度自滑脫層之上至第四系的整套地層都受塑性滑脫層影響。

塑性滑脫層作為重力滑脫構(gòu)造體系的一部分，其厚度對(duì)構(gòu)造體系的變形起到一定的控制作用。當(dāng)塑性滑脫層較薄(1 km以下)時(shí)，其對(duì)整體構(gòu)造變形的影響較小，主要是潤(rùn)滑劑的作用，如重力滑脫伸展構(gòu)造;當(dāng)塑性滑脫層厚度達(dá)到1 km以上時(shí)，塑性滑脫層對(duì)構(gòu)造的發(fā)育可以起到重要的控制作用，如重力滑脫底辟構(gòu)造及其發(fā)育變形過程等。

4 重力滑脫構(gòu)造成因發(fā)育模式

通過對(duì)西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造體系構(gòu)造特征和發(fā)育成因的分析，綜合構(gòu)造發(fā)育特征和控制因素，建立了西非被動(dòng)大陸邊緣的寬緩型凹面斜坡和窄陡型斜坡滑脫面兩類重力滑脫構(gòu)造體系發(fā)育成因模式(圖7)。

(1)寬緩型凹面斜坡滑脫面重力滑脫構(gòu)造成因發(fā)育模式

①塑性滑脫層沉積期(圖7A):該時(shí)期是由陸相向海相過渡的時(shí)期，主要是沉積了一套塑性滑脫層，不發(fā)育區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

②重力滑脫構(gòu)造發(fā)育早期(圖7B～C):仍以沉積為主，即塑性滑脫層之上沉積了一套地層。該期是重力滑脫構(gòu)造的開始發(fā)育期。地層開始掀斜，首先在重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)開始發(fā)育伸展正斷裂。隨著地層的進(jìn)一步掀斜，重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)開始發(fā)育低幅度、長(zhǎng)波長(zhǎng)的枕狀隱刺穿底辟及重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)的不對(duì)稱褶皺。

圖7 西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造成因演化模式(示意)圖Fig.7 Evolution model maps of gravitational décollement structure in the West African passive continental margin

③重力滑脫構(gòu)造發(fā)育中期(圖7D):是重力滑脫構(gòu)造的主要發(fā)育期，構(gòu)造格架已基本確定。地層掀斜強(qiáng)烈，已達(dá)到一定高度，上覆地層較厚，重力處于極不平衡狀態(tài)，所以該期重力滑脫構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)正斷裂在早期的基礎(chǔ)上活動(dòng)強(qiáng)烈，并基本定型;重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)的早期隱刺穿底辟構(gòu)造受到較大的差異重力負(fù)載，發(fā)育為刺穿幅度較高的蘑菇狀底辟;重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)也由于該期強(qiáng)烈的重力滑脫作用造成前端較強(qiáng)的沖斷作用，在早期褶皺的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)育為沖斷裂。

④重力滑脫構(gòu)造發(fā)育晚期(圖7E):主要是發(fā)育中期的繼承和延續(xù)。由于地層掀斜的減弱而減弱;構(gòu)造特征與中期相似，主要發(fā)育同生構(gòu)造。差異重力負(fù)載作用起到相對(duì)重要的控制作用。

(2)窄陡型斜坡滑脫面重力滑脫構(gòu)造發(fā)育模式

①鹽巖層沉積期(圖7a):與寬緩型的塑性滑脫層沉積期類似，沉積了一套塑性滑脫層，也不發(fā)育區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng);但受滑脫面形態(tài)控制，塑性滑脫層分布范圍和厚度都小于寬緩型凹面斜坡滑脫面的。

②重力滑脫構(gòu)造發(fā)育早期(圖7b～c):重力滑脫構(gòu)造開始發(fā)育。在窄陡型斜坡滑脫面之上，隨著地層的掀斜，在上覆地層開始沉積時(shí)，就開始發(fā)育重力滑脫構(gòu)造，早于寬緩型凹面斜坡滑脫面的重力滑脫構(gòu)造。隨著地層掀斜的繼續(xù)，開始在重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)發(fā)育重力滑脫伸展構(gòu)造，重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)構(gòu)造相對(duì)不發(fā)育，重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)褶皺變形強(qiáng)烈。

③重力滑脫構(gòu)造發(fā)育中期(圖7d):繼承和延續(xù)了早期重力滑脫構(gòu)造的發(fā)育，是重力滑脫構(gòu)造的主要發(fā)育期。該期地層掀斜強(qiáng)烈，重力滑脫伸展構(gòu)造繼續(xù)活動(dòng)，重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)由早期的褶皺發(fā)育為一系列沖斷裂。由于窄陡型斜坡滑脫面和較薄的塑性滑脫層和上覆沉積層的控制，盆地的重力滑脫底辟構(gòu)造基本不發(fā)育，僅零星發(fā)育低幅度隱刺穿的底辟構(gòu)造。重力滑脫構(gòu)造體系在中期已基本定型。

④重力滑脫構(gòu)造發(fā)育晚期(圖7e):由于地層掀斜明顯減弱，使得重力滑脫構(gòu)造活動(dòng)也隨之減弱，主要是前期的繼承和延續(xù);最終會(huì)隨著地層掀斜的停止而停止發(fā)育。

5 結(jié) 論

(1)西非被動(dòng)大陸邊緣盆地在晚侏羅世伴隨大西洋的裂開而形成，晚侏羅世-早白堊世阿普特期主要發(fā)育陸內(nèi)裂陷構(gòu)造，屬陸內(nèi)裂陷構(gòu)造旋回;阿普特期沉積了一套潟湖相塑性層(鹽巖)，屬過渡期構(gòu)造旋回;早白堊世阿爾布期至今，共發(fā)育了兩期重力滑脫構(gòu)造，早白堊世阿爾布期-漸新世發(fā)育一期(早期)重力滑脫構(gòu)造，中新世至今發(fā)育了另一期(晚期)重力滑脫構(gòu)造，屬被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造旋回。

(2)西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造具有從早到晚由陸向海的發(fā)育規(guī)律，即先發(fā)育靠陸一側(cè)重力滑脫伸展構(gòu)造區(qū)的重力滑脫伸展構(gòu)造、然后發(fā)育重力滑脫底辟構(gòu)造區(qū)的重力滑脫底辟構(gòu)造、最后發(fā)育靠海一側(cè)重力滑脫沖斷構(gòu)造區(qū)的重力滑脫沖斷構(gòu)造。且多期重力滑脫構(gòu)造具有從早到晚由陸向海遷移的進(jìn)積疊加規(guī)律，如晚期重力滑脫底辟構(gòu)造覆蓋在早期重力滑脫沖斷構(gòu)造之上，晚期重力滑脫沖斷構(gòu)造發(fā)育在早期重力滑脫沖斷構(gòu)造的向海一側(cè)。

(3)大地構(gòu)造背景、地層掀斜和滑脫面形態(tài)是西非被動(dòng)大陸邊緣重力滑脫構(gòu)造發(fā)育的主控因素，差異重力負(fù)載和塑性滑脫層是次控因素。其中大地構(gòu)造背景控制重力滑脫構(gòu)造體系類型，地層掀斜是引起地質(zhì)體重力滑脫和變形的根本、控制構(gòu)造變形的強(qiáng)度，滑脫面形態(tài)控制著重力滑脫構(gòu)造結(jié)構(gòu)、類型、發(fā)育位置和規(guī)模。

(4)西非被動(dòng)大陸邊緣存在寬緩型凹面斜坡滑脫面和窄陡型斜坡滑脫面兩種重力滑脫構(gòu)造成因發(fā)育模式。

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Tectonic Revolution and Forming Mechanism of Gravitational Décollement Structures in the Passive Continental Margin of West Africa

HU Wangshui1，LI Tao1，YU Shui2，WU Chan1，HE Yaoyao3and LONG Xiaojun3
(1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education;Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China;2.International Research Department，CNOOC Research，Beijing100027，China;3.Geophysical Exploration Institute，Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan430023，Hubei，China)

The passive continental margin of West African basin began to form when the Atlantic Ocean broke up in Late Jurasic，and based on the difference of geodynamic mechanism，the tectonic revolution of the basin could be divided into three epochs.The main style of tectonic development was intracontinental rift in Late Jurassic-Early Cretaceous Aptian stage，which was named as intracontinental rift tectonic cycle epoch.In transitional tectonic cycle epoch(Aptian stage)，the lagoons ductile layer(salinastone)was deposited in the basin.The third tectonic deformation stage is passive continental margin tectonic cycle one(Cenomanian-present)in which the gravitational décollement structure developed，then，the stage could be further divided into two phases:Early Cretaceous Albian period-Oligocene and Miocene-now.The tectonic evolution model of every phase gravitational décollement structure was advanced from land to sea，and there were prograding and superimposed deformation model of every phase from early to late.According to the analysis of the gravitational décollement structure formation mechanism，the main controlled factors included 1)tectonic background，which determined the gravitational décollement structure type，2)stratum tilting，which induced gravity slipping and deforming and controlled the deformation degree，and 3)décollement shape，which controlled its type and forming location.Then，the secondary factors are different gravity loading and ductile décollement layer.Based on the analysis of forming mechanism，this study establishes a gravitational décollement structure mechanism evolution model of wide-gentle type concave slope and narrow-steep type slope slip surface on the West African passive continental margin.

West Africa;gravitational décollement structure;tectonic evolution;forming mechanism

P542;TE121.1

A

1001-1552(2012)02-0186-011

2011-07-06;改回日期:2011-11-01

項(xiàng)目資助:國(guó)家重大專項(xiàng)(2008ZX05030-003)“西非被動(dòng)大陸邊緣盆地海底扇等勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)與優(yōu)選”部分成果。

胡望水(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事石油地質(zhì)教學(xué)及科研工作。Email:huwangshui@126.com