尼日爾Termit盆地Trakes斜坡走滑構造的發(fā)現(xiàn)及其形成演化分析*

黃彤飛 史卜慶 竇立榮, 張光亞 姜虹 鄭鳳云 李早紅

走滑構造在沉積盆地中廣泛分布，近年來，在渤海灣盆地海域發(fā)現(xiàn)的渤中、墾利等大中型油氣田(周心懷等, 2019)，塔里木盆地中北部發(fā)現(xiàn)的塔河、順北等大型油氣田(湯良杰, 1989; 鄔光輝等, 2012; 林波等, 2021)，南海珠江口盆地發(fā)現(xiàn)的陽江東凹Y10和恩平A15(吳靜等, 2021)等一批油氣田的形成與分布均與走滑構造密切相關?？碧綄嵺`表明，走滑構造對油氣成藏與分布的影響作用主要體現(xiàn)在：(1)發(fā)育一系列斷塊、斷背斜等圈閉，如準噶爾盆地西北緣發(fā)現(xiàn)的油氣藏與走滑構造所伴生構造圈閉類型相關(劉磊等, 2009; 陳石等, 2016)；(2)改善儲層的物性，如川中高磨地區(qū)走滑斷裂周緣的高角度裂縫對龍王廟組灘體孔滲結構有明顯的改善作用(馬德波等, 2018)，塔里木盆地塔中走滑斷裂帶的構造破裂有利于形成斷控縫洞型儲集體(云露, 2021)；(3)影響烴源巖的熱演化，如珠江口盆地NE向與NW向走滑斷裂成為底部熱液上涌通道，提高了斷裂區(qū)內(nèi)烴源巖的熱演化程度(陸蕾蕾等, 2021)；(4)溝通油源，形成油氣垂向運移通道，控制油氣垂向分布層系，如塔河-順北地區(qū)走滑斷裂帶有效溝通寒武系玉爾吐斯組烴源巖(馬慶佑等, 2020)，使得油氣由深層向淺層的奧陶系、石炭系、三疊系和侏羅系運聚成藏。因此，深化盆地走滑構造特征、演化過程及其形成的動力學背景研究，是揭示走滑構造相關油氣藏形成條件與富集規(guī)律的基礎和關鍵。

尼日爾Termit盆地位于非洲西部，屬于西非裂谷系盆地群。Trakes斜坡位于盆地的東南部，緊鄰西部Agadem油氣富集區(qū)。20世紀80年代前，作業(yè)者在Trakes斜坡鉆探了Trakes-1井，沒有獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)。2003年中石油進入該盆地開展勘探工作。2008年之前，該盆地以二維地震勘探為主，受二維測網(wǎng)稀、地震資料品質(zhì)差等限制，面臨斷裂平面組合樣式刻畫不清、成藏主控因素和勘探方向不明等勘探難題，在此期間Trakes斜坡油氣勘探一直處于停滯狀態(tài)。此后雖然開展了少量的勘探工作，但一直沒有突破。近幾年來，隨著油氣勘探力度加大，地質(zhì)、地球物理等資料不斷增加，針對Trakes斜坡的地質(zhì)認識進一步深入，推動了油氣勘探取得重大突破。其中，基于地震資料解釋和鉆井資料分析，首次在Termit盆地Trakes斜坡發(fā)現(xiàn)了走滑構造，并揭示油氣成藏與走滑構造密切相關，但對該區(qū)走滑構造樣式等幾何學特征、演化過程、成因機制及其控藏作用認識較少。本文運用斷層相干體切片等三維地震精細解釋、復雜構造分析等技術，基于地震、鉆井資料解釋和區(qū)域地質(zhì)分析，研究了Termit盆地Trakes斜坡走滑構造特征及其形成演化，以深化與走滑斷層相關的油氣藏的成藏規(guī)律認識。

1 地質(zhì)背景

Termit盆地位于尼日爾共和國東南部，構造上屬于中西非裂谷系盆地群的西支，是東尼日爾盆地群的主體(Genik,1992, 1993; 毛鳳軍等, 2019; 劉計國等, 2020)。該盆地南北長約300km，面積約為30000km2，是發(fā)育在前寒武系結晶基底之上的中、新生代陸內(nèi)疊合裂谷盆地(圖1)。

根據(jù)鉆井、地震、測井和古生物資料，Termit盆地沉積地層自下而上依次為下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、古近系、新近系及第四系。下白堊統(tǒng)為一套陸相碎屑沉積，上白堊統(tǒng)自下而上可劃分為Donga組、Yogou組和Madama組。Donga組下部主要發(fā)育砂巖，向上漸變?yōu)橐阅鄮r為主，中上部為灰黑色泥頁巖與粉砂巖、細砂巖互層。Yogou組中下部以灰黑色厚層泥頁巖為主，上部發(fā)育中細粒砂巖儲層，該組地層厚度介于310～1700m。發(fā)育于Yogou組的泥質(zhì)烴源巖是盆地內(nèi)目前證實的主力烴源巖。Madama組為盆地廣泛分布的厚層河流相砂巖，頂部和底部夾少量泥質(zhì)砂巖薄層(含煤線)，該組地層厚度介于300～1500m。古近系自下而上可劃分為Sokor1組和Sokor2組，Sokor1組下部為灰綠色-灰色泥巖夾細砂巖，上部為厚層灰綠色-雜色泥巖，該組地層厚度介于335～910m，Sokor2組為灰白色中-細砂巖、不等厚深灰色泥巖與褐色泥巖互層；新近系為細-粗粒砂巖，偶見雜色泥巖；第四系主要為粘土、粉細砂巖及礫巖層(圖1)。

圖1 研究區(qū)構造位置及地層綜合柱狀圖(據(jù)Genik, 1993; 劉計國等, 2020修改)

Termit盆地經(jīng)歷了多期構造運動(薛良清等, 2012; 劉邦等, 2012a, b; 毛鳳軍等, 2016; 鄭鳳云等, 2018)，受早白堊世大西洋分段張開的影響，該盆地形成并發(fā)生了強烈伸展斷陷，發(fā)育一系列NW-SE向地塹與半地塹，形成了盆地基本格局(Liuetal., 2019; 張光亞等, 2018, 2019, 2020)。在晚白堊世早期，該盆地經(jīng)歷了短暫的斷陷作用，其后經(jīng)歷長時間熱沉降，斷裂活動較弱，總體上以坳陷作用為主。在晚白堊世中晚期，該盆地接受大規(guī)模海侵，沉積了巨厚的海相砂巖與泥頁巖(Genik, 1992, 1993)。在晚白堊世末期，該盆地整體發(fā)生抬升，過渡為陸相沉積。受古近紀非洲板塊向NE-NEE持續(xù)漂移及非洲板塊-歐亞板塊持續(xù)碰撞的疊加影響，該盆地在始新世末-漸新世中期再次發(fā)生強烈的NW-NWW向伸展斷陷，局部發(fā)生擠壓抬升及走滑。此后非洲板塊及周緣板塊構造活動減弱，該盆地逐漸進入以熱沉降為主的后裂谷階段，并最終定型。

結合基底埋深和構造特征，將Termit盆地劃分為Soudana低隆起帶、西部隆起帶、Dinga斷階帶、Dinga凹陷、Araga地塹帶、東部隆起帶、Fana低凸起、Yogou斜坡、Moul凹陷、Trakes斜坡，共十個構造單元。其中研究區(qū)Trakes斜坡位于Termit盆地的東緣，西鄰Fana低凸起，北接Araga地塹，南接Moul坳陷(圖2)。根據(jù)斷裂特征，可劃分為南部構造帶、中部構造帶與北部構造帶和Fana北構造帶。Trakes斜坡南部構造帶走向NW-SE，斷裂走向呈近SN，具有延伸距離短，數(shù)量多、斷裂密度高等特征；中部構造帶與北部構造帶走向相近，為NW-SE向，斷裂走向近NNW-SSE，斷裂平面延伸較遠，數(shù)量明顯減少，斷裂密度低；Fana北構造帶為Fana低凸起北延，走向NNW-SSE，斷裂走向近SN，具有延伸距離長、數(shù)量多、斷裂密度高等特點(圖2)。

圖2 Termit盆地Trakes斜坡構造單元劃分及走滑斷裂位置圖(b、c，據(jù)Sylvester, 1988修改)

2 走滑斷裂構造特征

2.1 幾何學特征

研究區(qū)內(nèi)走滑斷裂性質(zhì)多為張扭性，少部分表現(xiàn)為壓扭性。張扭性走滑斷裂的主走滑帶方向為NWW-SEE，以N60°W為主。張扭性走滑斷裂的分支斷層在剖面上表現(xiàn)為正斷層，空間上散開，閉合度差。壓扭性斷裂的分支斷層表現(xiàn)為逆斷層，主干斷層與分支斷層間的地層形成緊閉的褶皺(或隆起)，這類斷層分布在NNE向主走滑帶內(nèi)。根據(jù)走滑應變橢圓，近南北向的雁列斷層為T破裂(張破裂)(圖2a, b)。

根據(jù)斷裂剖面組合樣式，識別出研究區(qū)發(fā)育有3種典型的走滑構造樣式：負花狀走滑斷裂、Y型走滑斷裂、直立型走滑斷裂(圖3)。

圖3 Termit盆地Trakes斜坡走滑斷裂剖面圖(平面位置見圖2)

負花狀走滑斷裂在剖面上通常表現(xiàn)為發(fā)育一條直立主干斷層(圖3b)，主干斷裂帶位移明顯，地層破碎嚴重，地震反射不清；在主干斷裂兩側，發(fā)育分支狀斷裂，分支斷裂呈分散張開，其多表現(xiàn)為張扭性斷裂。

Y型斷裂樣式在剖面上通常表現(xiàn)為發(fā)育一條直立主干斷裂(圖3a, e)，在主干斷裂的一側發(fā)育少量的分支斷裂。根據(jù)分支斷裂與主干斷裂的組合關系，可進一步劃分為正Y型和反Y型。與花狀走滑樣式相比，此類斷裂的分支斷裂數(shù)量較少。

豎直型斷裂的剖面特征是一條孤立、高陡狀的主干斷裂，斷層傾角近90°，不發(fā)育分支斷裂(圖3c)。

花狀構造與直立型斷裂、Y型斷裂在平面特征與分布位置方面有明顯差別：花狀構造在地層頂部形成較多的雁列斷層，在Yogou組頂部、Madama組頂部與Sokor1組與Sokor2組頂部均能見到右旋右階排列的雁列斷層(圖4、圖5)。而直立型斷裂和Y型斷裂在平面均表現(xiàn)為平直線性斷裂，僅局部形成少量的雁列斷裂；在分布位置方面，花狀構造分布在Trakes斜坡南部構造帶，Y型與直立型斷裂則主要分布在Trakes斜坡中部與北部構造帶。發(fā)育在中部和北部構造帶的走滑斷裂平面表現(xiàn)為線性斷裂(圖2、圖5)，而雁列斷層較少。線性斷裂可認為是雁列斷層間距很小。雁列斷層間距大小與地層厚度具有較好的線性關系，雁列斷層間距越大，反映地層厚度越大(Jiaoetal., 2021)，因此推測造成雁列斷層發(fā)育的主要原因是地層厚度向斜坡上傾方向逐漸減薄。

圖4 Termit盆地Trakes斜坡Sokor1組頂相干切片圖(a)及斷層平面分布圖(b)

圖5 Termit盆地Trakes斜坡Donga組頂相干切片圖(a)及斷層平面分布圖(b)

2.2 斷裂發(fā)育期次

斷層活動時間不早于其切割地層的沉積時間，對于正斷層和張扭性斷層而言，其首次作為同沉積斷層的時間通常被認定為該斷層的形成時間。分析正斷層生長指數(shù)可清晰判斷出該斷層在不同時期是否為同沉積斷層。通過對南部構造帶2號走滑帶(圖4)的雁列斷裂F1-F8分析(圖4、圖6，剖面大致垂直于斷層走向)，計算得到主走滑帶雁列斷層在Yogou組3段-Madama組、Sokor1組(E5段、E1-E4段)、Sokor2組以及新近系內(nèi)部一標志層Top1的生長指數(shù)。

圖6 過Termit盆地Trakes斜坡南部構造帶雁列斷層的典型剖面(剖面位置見圖2和圖4)

由斷層生長指數(shù)分析可知(圖7)，主走滑帶雁列斷層F1-F8的生長指數(shù)特征相似，在Yogou組3段-Madama組及Top1層的生長指數(shù)組的生長指數(shù)在1.0左右，在Sokor1組和Sokor2組，其生長指數(shù)均大于1，由此可知，雁列斷層對Sokor1組與Sokor2組沉積具有明顯的控制作用，即在Sokor組E5段沉積時期首次表現(xiàn)為同沉積斷層。因此，Termit盆地Trakes斜坡走滑斷層的形成時間為Sokor1組沉積時期，即古近紀始新世-漸新世，走滑斷層持續(xù)活動到中新世。

圖7 Termit盆地Trakes斜坡南部構造帶雁列斷層生長指數(shù)統(tǒng)計

B-B′平衡剖面進一步揭示了上述特征。通過恢復剖面自早白堊世以來的變形過程(圖8)發(fā)現(xiàn)，在早白堊世和Donga組沉積期間，主位移斷層表現(xiàn)為同沉積正斷層，表明斷層形成時間在早白堊世早期；在Yogou組與Madam組沉積時間，斷層活動不強，沒有向上切割地層；在Sokor1組和Sokor2組沉積時間，主位移斷層重新活動，并控制沉積，同時在Sokor1組與Sokor2組內(nèi)形成大量分支斷層，即平面上的右行右階雁列斷裂，后者表現(xiàn)為同沉積斷層。

圖8 Termit盆地Trakes斜坡構造演化剖面(剖面位置見圖2和圖4)

綜合上述證據(jù)，認為Trakes斜坡走滑活動開始在古近紀，并持續(xù)活動到新近紀末，但活動強度逐漸減弱。走滑斷層是發(fā)育在早白堊世NE向先存正斷層基礎之上，是先存正斷層在后期被走滑作用改造的結果。

3 走滑斷裂形成機制探討

根據(jù)安德森應變模式，在σ2處于豎直方向、σ1和σ3處于水平方向的應力條件下，地質(zhì)體受到不對稱、不均衡的水平應力，使得地質(zhì)體發(fā)生水平方向上的剪切應變。這種不對稱、不均衡的水平應力條件，不僅發(fā)育在走滑剪切背景，如郯廬大斷裂內(nèi)部與兩側(萬天豐等, 1996; 胡望水等, 2003; 朱光等, 2005; 萬桂梅等, 2009)，非洲中部的中非剪切斷裂內(nèi)部及兩側(魏永佩和劉池陽, 2003; 張光亞等, 2019; 黃彤飛等, 2019)，而且在伸展拉張背景和擠壓背景也有發(fā)育(Sylvester, 1988; 李曰俊等, 2014; Lietal., 2015)。我國西部塔里木盆地塔中地區(qū)順北走滑斷裂的成因與塔里木周緣擠壓碰撞(Gaoetal., 2009; 任建業(yè)等, 2011; 韓曉影等, 2018; 周慧等, 2022)背景有關；四川盆地川西走滑斷裂的成因則和川西北北段與中段受到北西向不均衡的擠壓應力有關。綜合走滑斷裂的發(fā)育條件來看，分析走滑構造形成的關鍵地質(zhì)應力條件在于明確地質(zhì)體所受的不對稱或不均衡的水平應力。

尼日爾盆地處于西北非陸塊與東北非陸塊的過渡地帶(Guiraud and Maurin, 1992; Pavoni, 1993; 張慶蓮等, 2013, 2018)，受西北非陸塊與東北非陸塊構造演化差異的影響。晚白堊世到古近紀-新近紀，非洲板塊在持續(xù)NE-NNE向漂移的背景下(張光亞等, 2022)，在板塊內(nèi)部形成了近NNE向伸展應力。該應力條件導致尼日爾盆地古近紀進入伸展斷陷階段，與此同時，隨著非洲大陸與歐亞大陸漸進式碰撞的影響(熊利平等, 2005; 萬志峰等, 2010)，非洲大陸受到近南北向的擠壓應力(圖9a)。由于兩者接觸的構造位置主要位于東北非陸塊，造成東北非陸塊與西北非陸塊受到的構造擠壓應力存在差異，進而在兩陸塊之間形成剪切應力，后者導致了Trakes斜坡在白堊紀發(fā)育的早期正斷層發(fā)生沿走向的滑移運動，該走滑活動在Yogou組和Madam組、Sokor1組與Sokor2組頂部形成了右旋右階雁列斷層(圖9b)。

圖9 Termit盆地Trakes斜坡走滑構造發(fā)育模式圖(a，據(jù)Moulin et al., 2010修改)

4 走滑構造控藏作用

走滑構造在沉積盆地中廣泛發(fā)育，近些年國內(nèi)塔中北坡、遼河西部凹陷、渤海海域等勘探領域在走滑構造及其相關圈閉油氣勘探均有重大突破，勘探成果顯示走滑構造對油氣成藏與分布有明顯的控制作用。走滑斷層對Termit盆地油氣成藏控制作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

走滑斷層在Yogou組、Madama組和Sokor1組、Sokor2組形成了雁列斷裂，這些斷層形成了一系列的反向斷塊圈閉，是Trakes斜坡主要的圈閉類型。Sokor1組與Sokor2組整體為泥巖與砂巖互層，Sokor2組頂部發(fā)育一套厚層泥巖，合適的斷距能夠使下盤砂巖與上盤泥巖發(fā)生側向?qū)?。Trakes斜坡南部構造帶系列油藏均為此類圈閉。

主走滑帶切割層系多，能夠為下伏Yogou組、Donga組烴源巖生成的油氣向上運移提供垂向運移通道，有利于上部Sokor1組圈閉成藏。Termit盆地主力烴源巖為Donga組與Yogou組泥質(zhì)烴源巖，油源對比結果顯示(程頂勝等, 2020)，Trakes斜坡Sokor1組內(nèi)聚集的油氣主要來自Termit盆地主坳陷及少量Trakes斜坡本地烴源巖。Donga組與Yogou組生成的油氣通過與烴源巖互層的砂巖和Madama組大套砂巖，完成從盆地中心向邊緣斜坡區(qū)的運移。Sokor1組油藏的圈閉類型以反向斷塊為主，該類型圈閉決定了油氣只能在Sokor1組內(nèi)通過側向運移進入圈閉聚集成藏，這表明油氣通過走滑斷層發(fā)生由深層向淺層的垂向運移，進而可知，油氣通過“側向+垂向”運移通道構成的立體運移方式，實現(xiàn)由盆地主坳陷深層的生排烴中心向邊緣Trakes斜坡淺層Sokor1組運聚。

5 結論

(1)Termit盆地東緣Trakes斜坡發(fā)育一系列張扭性走滑斷層，其主走滑帶走向為北北西-南南東和北西-南東向，其雁列斷層(T破裂)走向近南北，呈右旋右階排列。其剖面樣式以負花狀構造與Y型斷裂為主，少量直立斷層，局部發(fā)育正花狀構造。

(2)Termit盆地走滑構造是早期先存正斷層受后期剪切作用的結果，主走滑變形階段為古近紀始新世-漸新世。走滑作用發(fā)育機制為擠壓應力差異性導致早期形成的正斷層發(fā)生剪切變形。

(3)該系列走滑斷層在古近系Sokor1組和Sokor2組以及上白堊統(tǒng)Yogou組形成一批反向斷塊圈閉，同時其主走滑位移帶也是油氣垂向運移通道，有利于下部上白堊統(tǒng)烴源巖生成的油氣在上部古近系運聚與成藏。