西非科特迪瓦盆地重力場特征與構(gòu)造區(qū)劃

張 科，張義娜，李 全，陳全紅，蓋海洋

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

0 引 言

科特迪瓦盆地位于赤道幾內(nèi)亞灣西北部，為典型的轉(zhuǎn)換被動大陸邊緣盆地，呈現(xiàn)為近東西延展的菱形特征。盆地東西橫跨科特迪瓦、加納2個國家，南北跨陸地與海洋，總面積18.6×104km2。主體部分位于科特迪瓦海域，東部延伸至加納海域。盆地北部以St.Paul斷裂帶和Lagunes斷裂帶為界，南部邊界為Romanche斷裂帶[1]。

自1970年開展油氣勘探以來，盆地50 a來累積發(fā)現(xiàn)56億桶油當(dāng)量的可采油氣儲量，2007年和2019年先后發(fā)現(xiàn)了Jubilee和Afina這2個億噸級巨型油田(圖1)，極大提升了新興巨型盆地勘探熱度和潛力，目前仍處于儲量增長階段，勘探潛力巨大，勘探機(jī)會較多[2-3]。

圖1 科特迪瓦盆地區(qū)域構(gòu)造背景Fig.1 Tectonic map of Cote d’Ivoire Basin

隨著中大西洋打開，科特迪瓦盆地主要經(jīng)歷了早期的陸內(nèi)裂陷、洋陸轉(zhuǎn)換和后期的漂移熱沉降共3期構(gòu)造演化階段，構(gòu)造形態(tài)變化較大，多期構(gòu)造活動形成了現(xiàn)今復(fù)雜構(gòu)造樣式，盆地邊界、洋陸邊界及內(nèi)部構(gòu)造單元不清晰。

基于前期研究成果，結(jié)合高精度衛(wèi)星重力資料，以區(qū)域地質(zhì)、2D地震及鉆井資料為約束，分析重磁資料，結(jié)合區(qū)域研究，開展盆地構(gòu)造單元分析。

目前，各大石油公司在全球范圍內(nèi)開展大量的應(yīng)用性研究，對于盆地尺度的構(gòu)造分析、區(qū)帶劃分起到較好的指導(dǎo)作用[4-8]。同時在缺乏船測重力的研究區(qū)用衛(wèi)星重力資料替代，縮短研究周期，節(jié)約研究成本，研究成效較好[9-13]。

1 科特迪瓦盆地構(gòu)造演化特征

科特迪瓦盆地是伴隨著中大西洋的打開而形成的，主要經(jīng)歷了裂陷期和漂移期2個構(gòu)造演化階段[16]。

1.1 裂陷期(早白堊世Barremian晚期—Albian期)

Barremian晚期，隨著岡瓦納大陸西北部的陸內(nèi)斷裂向南擴(kuò)散，開始在西非北段形成了一系列的近南北向裂谷盆地，主要構(gòu)造運動表現(xiàn)為大陸裂解和轉(zhuǎn)換斷層的張扭活動?？铺氐贤吲璧厮诘臉?gòu)造位置的位移方向與應(yīng)力方向近于平行或斜交，形成了近東西向展布的裂谷盆地。該時期構(gòu)造活動強烈，盆地東部以拉張作用為主，西部以走滑作用為主，是盆地主體的重要形成時期[14-16]。

1.2 漂移期(晚白堊世Cenomanian期—至今)

Cenomanian至第3紀(jì)，隨著中大西洋的擴(kuò)張和南美大陸與非洲大陸的漂移，在赤道位置南、北大西洋已全部連通，新生陸殼逐漸向陸緣擴(kuò)展，轉(zhuǎn)換斷層沿盆地邊緣持續(xù)發(fā)育，構(gòu)造活動變?nèi)酰璧剡M(jìn)入熱沉降階段，接收陸源海相沉積。位于St.Paul與Romanche轉(zhuǎn)換斷層間的科特迪瓦盆地受洋殼的擴(kuò)張和非洲板塊的旋轉(zhuǎn)作用影響，盆地東西邊緣受到明顯的壓扭作用，形成了典型的反轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造(圖2)。

圖2 科特迪瓦盆地構(gòu)造演化模式Fig.2 Evolution model of tectonics of Cote d’Ivoire Basin

2 科特迪瓦盆地重力場特征

使用衛(wèi)星重力為全球衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)V18.1，測網(wǎng)密度1′×1′，數(shù)據(jù)精度為3.03 mGal，滿足區(qū)域研究精度需求。布格重力異常計算選用統(tǒng)一的中間層密度，地殼平均密度取2.30×103KG/m3，海水密度取1.03×103KG/m3，用雙界面模型重力場快速正演方法計算海水的重力影響值，進(jìn)而對衛(wèi)星測高重力異常做海水影響校正，由此計算得到布格重力異常[17]。

盆地內(nèi)布格重力異常受南部Romanche和北部St.Paul這2個走滑斷裂帶夾持，整體呈近東西走向，分為西部洋殼高異常區(qū)、北部走滑邊緣低異常區(qū)和東部離散邊緣中低異常區(qū)，在重力高、低過渡帶發(fā)育有重力梯級帶(圖3)。布格重力異常值的大小反映了基底密度及起伏特征，重力異常值大，反映高密度基底埋深相對較淺；重力異常值小，反映基底埋深相對較深，上覆地層較厚[20-21]。布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部隆起與坳陷構(gòu)造，布格重力異常等值線密集的重力梯級帶反映斷裂較發(fā)育區(qū)。中西部發(fā)育的重力高值區(qū)因該區(qū)洋殼的成分為高密度的硅鎂層造成的；北部St.Paul走滑帶形成窄的斷陷，因此為低重力異常；東部離散邊緣區(qū)隆洼相間，為中低異常重力區(qū)。

圖3 科特迪瓦盆地布格重力異常Fig.3 Bouguer gravity anomaly of Cote d’Ivoire Basin

3 科特迪瓦盆地主要斷裂展布特征

利用位場邊緣識別技術(shù)計算科特迪瓦盆地布格重力異?？偹?垂向?qū)?shù)，根據(jù)其極大值位置或者極大值的錯斷識別相對應(yīng)的斷裂[22-23]。從圖4可以看出，控制科特迪瓦盆地邊界的2條大型轉(zhuǎn)換斷裂帶——北部圣保羅(St.Paul)斷裂帶F1和南部羅曼徹(Romanche)斷裂帶F2，盆地北部以圣保羅斷裂帶及其陸上延伸部分——拉古納什(Lagunes)斷層F3為界，圣保羅斷裂帶走向與科特迪瓦-加納海岸平行；盆地南部為羅曼徹斷裂帶所限，通過科特迪瓦-加納轉(zhuǎn)換邊緣脊與加納陸架相連，這2條大型的斷裂帶規(guī)模大，延伸廣，均具有明顯的異常極大值。同時，盆地內(nèi)部有2條大型近似南北走向斷裂，其中F4為洋陸邊界(COB)，F(xiàn)5為東部離散邊緣內(nèi)的火山島弧帶，將東部離散邊緣分隔為2個南北向洼槽，F(xiàn)6為科特迪瓦盆地與西非古陸的邊界，分隔科特迪瓦與鹽池盆地。

圖4 科特迪瓦盆地布格重力異常總水平-垂向?qū)?shù)平面分布Fig.4 NVDR-THDR of Bouguer gravity anomaly

4 科特迪瓦盆地構(gòu)造區(qū)劃

運用位場分離技術(shù)較好分離出局部密度體的重力異常，借助區(qū)域研究和地質(zhì)剖面(圖5)，識別了主要大型坳陷和隆起，并結(jié)合盆地斷裂展布特征劃分了構(gòu)造單元[24](圖6)。

圖5 科特迪瓦盆地區(qū)域剖面(測線位置如圖6所示)Fig.5 Geo-section of Cote d’Ivoire Basin

(背景值為沉積地層厚度圖，紅線為圖5測線位置)圖6 科特迪瓦盆地構(gòu)造單元劃分Fig.6 Tectonic units in Cote d’Ivoire Basin

利用剩余布格重力異常反演出科特迪瓦盆地沉積厚度，根據(jù)異常所對應(yīng)的隆起和坳陷結(jié)合布格重力異常和總水平-垂向?qū)?shù)劃分科特迪瓦盆地二級構(gòu)造單元，分別為東部離散邊緣、北部轉(zhuǎn)換離散邊緣和洋盆共3個二級構(gòu)造單元，與區(qū)域地質(zhì)剖面具有較好的對應(yīng)關(guān)系。東部離散邊緣和北部轉(zhuǎn)換離散邊緣主要以早期陸相后期海相沉積地層為主，西南部的洋盆主要以COB和St.Paul走滑帶為界，沉積地層以海相為主。

從目前已發(fā)現(xiàn)油氣田分布來看，主要以東部離散邊緣區(qū)為主，該區(qū)發(fā)育大型沉積洼陷，生烴潛力巨大，目前油氣田以近源成藏為主，中部的馬尾構(gòu)造帶仍然有較大的勘探空間，水體較淺(1 000～1 500 m)，面積較大(5 000 km2)，是盆地未來勘探方向和潛力所在。

5 結(jié) 論

1)利用衛(wèi)星重力和布格重力異常，結(jié)合2D地震、區(qū)域地質(zhì)，分析了科特迪瓦盆地斷裂構(gòu)造平面分布和盆地沉積凹陷的分布特征，落實了巨型盆地洋陸邊界。

2)根據(jù)布格重力異常NVDR_THDR共推斷出科特迪瓦盆地一級斷裂3條(F1、F2、F3)，二級斷裂3條(F4、F5、F6)，6條大型斷裂對科特迪瓦盆地構(gòu)造單元的分布具有控制作用。

3)利用沉積地層厚度劃分了科特迪瓦盆地邊界，劃分了科特迪瓦盆地的3個構(gòu)造單元，東部離散邊緣區(qū)勘探潛力較大。