尼日爾三角洲盆地構造演化對沉積的控制作用

汪帆，劉亞偉

尼日爾三角洲盆地構造演化對沉積的控制作用

汪帆1，劉亞偉2

（1. 長江大學地球科學學院，武漢 430100；2. 渤海鉆探工程有限公司井下作業分公司鉆修工程作業部，河北 滄州 062550）

尼日爾三角洲是一個擁有豐富石油和天然氣資源的盆地，目前已探明的石油和天然氣儲量高居世界排名第十二位。盆地發育有較多的巨型結構和一系列與重力有關的構造類型，根據其構造特征的差異將其劃分為逆沖型、泥拱型以及逆沖—泥拱混合型。通過古構造恢復結合沉積展布分析，得出結論：中新世托爾托納晚期沉積開始受構造活動控制，托爾托納階上部及以上地層具有明顯的同沉積特征，泥收縮構造相關的沖斷裂上升盤厚度明顯小于下降盤厚度，褶皺兩翼的地層厚度明顯厚于中間背斜頂部的地層厚度。

尼日爾三角洲盆地；構造演化；油氣沉積作用

尼日爾三角洲是非洲主要的含油氣盆地之一，尼日利亞的油氣完全出于這個盆地，石油產量約占全非洲的1/4，為世界產油國的第十二位。在十九世紀初期德國公司就開展了關于油田的勘探工作，雖然因為戰爭因素被迫中止，但上世紀四十年代又有公司開始尼日爾三角洲的油氣勘探項目。此后隨著油氣資源的戰略地位越來越高，各國相繼開始了西非項目。我國在2002年開始與尼日利亞開始油氣領域的合作，此后隨著國內海外項目的增重，各大石油公司都開始了對尼日爾三角洲盆地的合作開發。近年來，中國與尼日利亞合作不斷深化，中國石油企業對于西非油氣勘探的投資也在逐步增加[6]。

尼日爾三角洲盆地為典型的三角洲含油氣盆地。它具有廣泛的油源。并且其油氣藏的發育與生長斷層有著密切的聯系，根據前人資料，研究區內油氣藏的發育與構造發育的方向一致。而其沉積特征決定著物源方向。因此，深入探討尼日爾三角洲盆地的構造演化對于沉積特征的控制作用，對于進一步開展油氣資源勘探工作有著重要的意義。

1 地質概況

尼日爾三角洲盆地的區域地理位置處在以全球范圍來看的赤道幾內亞海灣內，占地面積極廣，其中涵蓋了阿南布拉（Anambra）盆地、埃文（Avon）盆地、現代國際認可的尼日爾三角洲以及卡拉巴（Calabar）深水扇等區域。研究區范圍內的30％處在陸上位置，12％處在非洲的大陸架上，剩余的58％則處在海上深水區[5]。研究區面積的90％歸屬尼日利亞，剩余部分其中7.5％歸屬赤道幾內亞，最后2.5％在喀麥隆境內[4]（圖1）。

圖1 尼日爾三角洲位置圖（據HIS報告）

2 構造演化特征

早始新世開始，受全球海平面下降的影響，尼日爾三角洲地區進入大規模海退階段，該階段發育浪控型的進積三角洲，自下而上表現為始新統、漸新統、中新統、上新統及第四系呈漸進式向海推進沉積，沉積中心最大厚度達12km。晚白堊世初，非洲陸塊和南美陸塊完全分離，赤道非洲地區完全進入了被動大陸邊緣階段，構造運動相對平緩，構造演化受控于南移的三角洲沉積中心、向西的沉積中心位移和向北的海侵，受到塑性層、洋殼運動產生的斜坡和上覆沉積物卸載的控制，而沉積又受控于海平面變化，因此海平面變化直接控制重力構造變形[3]。基底構造對尼日爾三角洲構造演化的影響很大程度上取決于沿赤道大西洋斷裂帶的運動，因為赤道大西洋斷裂帶位于現今尼日爾三角洲的下部，決定了尼日爾三角洲原型的沉積位置。當三角洲向洋殼上推進時，洋殼的不斷沉降為新生代尼日爾三角洲巨厚沉積提供了更大的可容空間[3]。在楔狀尼日爾三角洲的東翼，晚第三紀的碎屑巖沉積外形受到喀麥隆火山線的影響，喀麥隆火山線是 Cross River三角洲的主要物源供給區。喀麥隆火山線周邊的古構造演化揭示了上新世以來沉積對構造演化的重要作用。三角洲近海沉積物快速沉積和準同沉積變形誘發許多生長斷層，造成重力不穩，致使沿層橫向流動和擠出。主要以重力構造作用為主，重力滑動構造是其中的主要類型[4]（圖2）。

圖2 尼日爾三角洲構造演化圖（據 Michael E. Brownfield，2016）

A.康尼亞克期，初期發生大規模火山運動，隨之沉積了湖相、三角洲相和淺海相地層[4]；B.因地殼的伸張和伴隨海岸蒸發盆地發育而引起的下翹作用，在阿普第中期張開；C.阿爾必世早期張開作用擴展到幾內亞灣，并向東北伸展形成貝努埃—阿巴卡利基海槽；D.桑托世板塊徹底分開，由于褶皺作用海槽隆起，構造反轉發育角度不整合；E. 古新世開始了大范圍海侵，沉積了海陸交互相和淺海—深海相地層，垂向上由下至上海水變深；F. 從早始新世開始了大范圍海退，發育浪控型的進積三角洲。垂向上由下至上發育了Akata組、Agabada組和Benin組。；G.中新世沉積迅速，碎屑物質被搬運到較小地區，早期三角洲呈舌狀。

現代尼日爾三角洲重力滑動區域構造體系分為三個構造帶，后緣伸展帶、轉換剪切帶和前緣壓縮帶。伸展帶發育大型生長正斷層，其前緣壓縮帶包含數目極多的逆沖斷層，而其轉換剪切帶則包含與重力作用相關的泥底辟構造[6]。在其水平方向上，整個尼日爾三角洲分成東西兩個朵葉和構造帶，基底上以 Charcot 斷裂帶為分界。如前所述，因為研究區沉積物的快速沉積與垂向上相同趨勢的同沉積變形，在研究區域的三角洲平原上發育了數量較多的大至巨型的生長正斷層，并因此形成了垂直方向上重力勢能并不相同的差別。同時研究區內阿卡塔（Akata）是由塑性泥巖組成的層系，這也使得其擁有了可以作為潤滑層的條件。隨著三角洲向洋殼推進，大型生長正斷層向海方向延伸，在三角洲前緣和前三角洲順著阿卡塔（Akata）組發育出了剪切過渡帶以及前緣擠壓帶兩種類型。可以被看作成一套呈現出勺子形態的地層斷裂體系，并且這種斷裂特征使得其可以成為重力滑動面。因為研究區正斷層自帶的應力變化趨勢，即上部張，中部剪，到底部為擠壓應力特征，從上到下產狀變緩。平面上應力變化產生不同性質的斷裂體系，正斷層、剪切斷層和逆沖擠壓斷層。促使上覆層開始在重力分量作用下向斷面傾斜方向滑動[2]。

圖3 研究區域內重力滑脫構造體系水平方向上的分區[4]

當張力不足以克服滑動面上的剪切阻力，由于后張推前剪阻作用的影響，必然會對滑動地層產生一定程度上的擠壓作用力。一旦開始產生哪怕極小的滑動情況，就會使得其滑動面上的剪切阻力一定程度上的下降，這也造成了相對應力場的過渡與轉變，產生重力滑皺，凸向滑動方向，褶皺超過巖層的韌性極限，擠壓在上覆Agabada組地層中產生薄弱帶和逆沖斷層，同時致使下伏異常壓力泥巖沿斷裂帶向上涌動甚至噴出，這更加大重力勢差[6]。當前方地層的剪阻擠壓與張性正斷層產生的張力未達平衡，整個系統繼續向海滑動，局部擠壓加大，褶皺變形增強。最后重力勢差在前三角洲深海區以指狀逆沖帶形式消耗殆盡。同時下部泥拱順著斷裂面上涌卸壓，整個系統滑動終止[1]（圖3）。

圖4 研究區剖面上構造體系的分區[4]

整個三角洲構造特征表現出陸架區主要為張性生長正斷層控制的滾動背斜，過渡帶和逆沖帶形成許多泥底辟背斜和逆沖背斜構造[7]。在垂向上重力影響的情況下產生了逆沖以及泥拱兩種不同的特征。對于研究區而言，此兩種特征也直接控制了區域內的構造演化過程，并且因其差異把研究區劃分了：逆沖型、泥拱型以及逆沖-泥拱混合型[7]（圖4）。

3 古構造對于沉積的控制

通過印模法對不同時期的古構造進行了恢復，結合沉積展布的預測，可以較好地反映構造演化對沉積的控制作用。

3.1 古近紀—中新世托爾托納早期

托爾托納早期整個盆地呈平緩地形，無明顯的斷裂、褶皺發育，在研究區中-東北部較低部位發育北東-南西走向的下切水道，沉積主要受控于海底水道。在塞拉瓦萊階（Serravallian）沿層均方根振幅屬性上（圖5B），現今位置下切水道，與圖5A托爾托納階沉積前的位置相比靠南，說明下切水道發生向南的遷移。結合研究區沖斷的特點，可知構造運動所致下切水道的遷移[2]。

A：中新統托爾托納階沉積前塞拉瓦萊階底界埋深B：塞拉瓦萊階均方根屬性

A：上新統皮亞琴察階沉積前贊克勒階底界埋深B：贊克勒階均方根屬性

3.2 中新世托爾托納晚期至今

中新世托爾托納晚期開始強烈的構造活動，在研究區中部—東北部及南部，下伏的塑性泥巖發生塑性流動和上拱，使中新統下部地層彎曲，形成褶皺（圖6A），并且南部開始發育沖斷裂。與圖5A進行對比分析，中新世早期研究區中部—東北部和南部的低洼區，托爾托納晚期開始轉化為褶皺的高部位[8]。受控于古地貌，自托爾托納晚期，在研究區中部—東北部和南部海底高部位，開始發育砂巖朵葉體（圖6B），在低部位則半深海—深海泥巖沉積發育[8]。由贊克勒階沿層均方根振幅屬性圖（圖6B），現今朵葉體位置，與圖6A相比皮亞琴察階（Piacenzian）沉積前的位置靠南[5]。縱向上比較，該朵葉體往南移動的距離與塞拉瓦萊階下切水道移動的距離相比明顯縮短，這反映了之前的地層（塞拉瓦萊階）的構造位移量比新地層（托爾托納階）的構造位移量大，也說明泥收縮構造具有同生性，古構造對沉積的控制具有一定繼承性[2]。

4 結論

1）尼日爾三角洲盆地根據其構造發育特征，可將其劃分為逆沖型、泥拱型以及逆沖-泥拱混合型三種類型。

2）研究區域內的發育過程可以籠統的分為早期和晚期。其早期：美、非板塊斷開，形成三聯點運動。隨后研究區大致初步定型，發育為一個整體的、包含寬廣前緣的三角洲體系。中新世晚期-上新世持續向外，于東緣陸外的區域內發育成大型沉積中心。

3）中新世托爾托納晚期構造活動逐漸對沉積起控制作用，托爾托納階上部及以上地層具有明顯的同沉積特征。

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Tectonic Evolution of the Niger Delta Basin and Its Control on Sedimentation

WANG Fan1LIU Ya-wei2

(1-College of Earth Science, Yangtze University, Wuhan 430100; 2-Underground Operations Branch, Bohai Sea Drilling Engineering Co. Ltd., Cangzhou, Hebei 062550)

The Niger delta basin is an one rich in oil and gas resources with the proven reserves of oil and gas ranking twelve in the world. Many giant structures and a series of gravity-related structures were developed in the basin. These structures may be divided into thrust type, mud arch type and thrust-mud arch hybrid type. Paleostructure restoration combined with sedimentation distribution indicates that the Late Miocene Tortonian deposits began to be controlled by tectonic activity and the upper part of the Tortonian is obviously synsedimentary and thickness of hanging wall of thrust fault associated with mud contraction structure is obviously smaller than the thickness of footwall , and the thickness of strata on the climbs of the fold is obviously thicker than that on the top of the middle anticline.

Niger Delta Basin; tectonic evolution; sedimentation; Miocene Tortonian Stage

2019-09-25

汪帆（1994—），男，浙江紹興人，碩士研究生，研究方向：儲層沉積學

P542

A

1006-0995（2020）04-0531-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.001