中非Doba盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征及成因機制

胡望水，李明，黃遲君，李希元，孔令武

1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100 2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué))，湖北 武漢 430100 3.中國海洋石油國際有限公司，北京 100010

反轉(zhuǎn)構(gòu)造是指地質(zhì)體由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場改變而導(dǎo)致早期構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)或構(gòu)造運動發(fā)生變化的現(xiàn)象，是一種特殊的疊加構(gòu)造類型[1,2]。依據(jù)其形成過程可劃分為正反轉(zhuǎn)構(gòu)造與負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造[3-6]。構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要是由于區(qū)域應(yīng)力場變化所造成的，其盆地沉降-隆升的轉(zhuǎn)變過程，往往會導(dǎo)致地層剝蝕并產(chǎn)生不整合面[7]。在全球范圍內(nèi)很多的沉積盆地均發(fā)育有反轉(zhuǎn)構(gòu)造，對反映盆地的宏觀構(gòu)造演化和區(qū)域應(yīng)力場變化都有著重要的指示意義[8,9]。勘探經(jīng)驗表明，國內(nèi)外許多油氣田的發(fā)現(xiàn)都和反轉(zhuǎn)構(gòu)造密切相關(guān)[10]。

在中非、西非裂谷系盆地之中，伸展-走滑盆地是當(dāng)前石油勘探的熱門區(qū)域，油氣資源比較豐富，但油氣資源主要分布在伸展型盆地內(nèi)，在走滑型盆地內(nèi)僅有小部分油氣探明[11,12]。前人的研究指出，中非裂谷系發(fā)育走滑-拉分盆地與伸展盆地，前者形成主要受控于中非轉(zhuǎn)換帶中部的形態(tài)與走滑運動方向，后者形成主要受控于中非轉(zhuǎn)換帶走滑斷塊水平位移的變換[13]。中非裂谷系主要經(jīng)歷了3期構(gòu)造演化：早白堊世裂陷期、晚白堊世扭張-反轉(zhuǎn)期和古近紀(jì)以來的拗陷期，其走滑作用較強，構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用明顯[14]。但目前對中非裂谷系伸展盆地的反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征、反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化期次及成因機制還沒有明確的認(rèn)識，無法為下一步勘探指明有利區(qū)塊。

該研究根據(jù)盆地當(dāng)前勘探狀況，運用最新的二維地震資料，對Doba盆地多期次反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征及成因機制展開深入研究，優(yōu)選典型剖面進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)，還原了盆地構(gòu)造演化過程，分析其反轉(zhuǎn)構(gòu)造的控盆斷層和幾何形態(tài)等因素，根據(jù)地幔對流的運動機制討論Doba盆地多期次疊加型反轉(zhuǎn)構(gòu)造合理的形成機制，為多期次疊加型反轉(zhuǎn)盆地的油氣地質(zhì)特征認(rèn)識和勘探開發(fā)策略提供有力的理論指導(dǎo)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

Doba盆地地理位置上東鄰Doseo盆地和Salamat盆地，北鄰Bongor盆地，主要凹陷區(qū)長約250km，最大寬度約140km，其盆地構(gòu)造特征主要受中非轉(zhuǎn)換帶控制[15,16](見圖1(a))。中非裂谷系伸展盆地構(gòu)造演化過程中均受到經(jīng)過區(qū)域內(nèi)部的中非轉(zhuǎn)換帶的影響，由于不同中非裂谷系盆地位于轉(zhuǎn)換帶的位置不同，因此受到的影響也不相同。Doba盆地位于中非轉(zhuǎn)換帶的偏北西向區(qū)域，受轉(zhuǎn)換作用較弱，以伸展作用為主。受中非轉(zhuǎn)換帶控制，Doba盆地整體為菱形，呈北部隆起南部坳陷的構(gòu)造形態(tài)(見圖1(b))，盆地自南向北可劃分為南部斜坡、南部坳陷、中央坳陷、西部斜坡、西部隆起、北部隆起、北部坳陷和北部斜坡共8個一級構(gòu)造單元，其中中央坳陷西部可進(jìn)一步劃分出中部凸起與中部凹陷2個二級構(gòu)造單元。Doba盆地形成演化主要受到北東-南西向的中非走滑斷裂帶控制，其次由盆地內(nèi)部的北西-南東向斷層與小部分的北東-南西向調(diào)節(jié)斷層共同控制。

圖1 Doba盆地地理位置及構(gòu)造單元分布(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改)

Doba盆地經(jīng)歷過3期裂陷、3期反轉(zhuǎn)、1期拗陷共7個期次的構(gòu)造運動形成現(xiàn)今格局(見圖2)。盆地基底形成于泛非造山運動期間，基底長期暴露在干旱氣候環(huán)境下[17]，遭受風(fēng)化剝蝕程度較為嚴(yán)重，鉆井揭示巖性以前寒武紀(jì)花崗巖為主，含少量片巖和花崗片麻巖。早白堊世，大西洋自南向北張裂，在中非裂谷系盆地發(fā)生了劇烈的裂谷作用。晚白堊世，在桑頓期非洲板塊與歐亞板塊相互撞擊的影響下,盆地內(nèi)出現(xiàn)了強烈的反轉(zhuǎn)作用[18]，造成下白堊統(tǒng)地層抬升剝蝕，形成不整合面。中間層是Doba盆地在整個白堊紀(jì)一直到古近紀(jì)伸展裂陷沉積過程中所填充的陸相碎屑巖地層[19，20]，整個層內(nèi)發(fā)育的砂巖和泥頁巖互層構(gòu)成了一套完整的成藏組合，中間層厚度可達(dá)數(shù)千米。進(jìn)入新生代，整個中非地區(qū)的構(gòu)造活動逐漸減弱，而后受紅海張裂作用影響，盆地自此步入新的裂谷發(fā)育期，沉積了一套陸相地層，巖性以砂巖為主。

圖2 Doba盆地綜合柱狀圖

2 構(gòu)造特征

2.1 結(jié)構(gòu)特征

Doba盆地斷裂極為發(fā)育，斷裂性質(zhì)主要為張性和張扭性，邊界主干斷裂走向為北東-南西向，傾向為南西向，其盆地伴生斷裂走向也為北東-南西向，與主干斷裂近平行排列，反映出傾向滑動的伸展構(gòu)造運動方式；在構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用下，盆地內(nèi)斷裂性質(zhì)并未發(fā)生變化，總體分析Doba盆地斷裂走向，發(fā)現(xiàn)其與盆地軸向基本一致，控盆邊界斷裂主要走向為北東向，次級斷裂走向與控盆邊界斷裂近平行。中央坳陷發(fā)育少量東西向的斷裂。從地震資料選取的剖面特征上分析，盆地結(jié)構(gòu)型式多數(shù)為復(fù)式半地塹以及地塹。主干斷裂形態(tài)近犁式，傾角45°～55°，最大不超過60°(見圖3)。發(fā)育在Doba盆地內(nèi)的斷裂具有傾角較大的特征，由西部斜坡到中央坳陷，斷裂傾角逐漸增大。由于盆地內(nèi)發(fā)育大量生長斷層加上多期次伸展構(gòu)造，大量的早期斷裂為了補償下期伸展活動的伸展量，在下期依然繼承性發(fā)育，形成獨特的“Y”字型斷裂組合。

圖3 Doba盆地地震剖面特征(剖面位置見圖1)

2.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征

Doba盆地作為伸展型盆地的代表，盆地內(nèi)反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要分布在中央坳陷、西部隆起及西、南部斜坡。主要發(fā)育伸展型斷控式反轉(zhuǎn)構(gòu)造(見圖4)，在地震剖面上可識別出早白堊世阿爾布期、晚白堊世桑頓期、漸新世末期共3期反轉(zhuǎn)構(gòu)造，主控斷裂的反轉(zhuǎn)率普遍較大，因此反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形較強烈，反轉(zhuǎn)構(gòu)造上次級斷裂較發(fā)育，剝蝕較嚴(yán)重。褶皺式反轉(zhuǎn)構(gòu)造幅度無明顯差異。Doba盆地的反轉(zhuǎn)構(gòu)造強度具有白堊紀(jì)較大、古近紀(jì)相對較小的特點，在反轉(zhuǎn)期滾動背斜、掀斜斷塊等構(gòu)造類型大多分布在白堊系，在地震剖面上的斷裂表現(xiàn)為斷距變化明顯，由早期裂陷下降轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)上隆，整個盆地橫向縮短，內(nèi)部應(yīng)力增強，并使裂陷期低角度斷裂改造為反轉(zhuǎn)期高角度斷裂，形成盆地反轉(zhuǎn)期獨特的斷裂類型。

注：Basement為基底；K1為下白堊統(tǒng)；K2為上白堊統(tǒng)；E為古近系；N為新近系；Q為第四系。下同。

可用同裂陷期層序零點位置計算剖面中的收縮與拉張量[21]，對Doba盆地反轉(zhuǎn)程度進(jìn)行定量分析。收縮與拉張之間的位移比即為反轉(zhuǎn)率。Williams將反轉(zhuǎn)率定義為擠壓與伸展運動的比率[22](見圖5(a))，即平行于斷層上盤同伸展地層零點以上的地層單元厚度dc與斷層下盤地層單元厚度dh的比率，de為平行于斷層上盤同伸展地層零點以下的地層單元厚度。

該算法的弊端是要確定零點，在實際地震解釋中，零點位置比較難以確定。Song將算法改良為[23]：

(1)

式中:Rfi為反轉(zhuǎn)率；lh為上盤同伸展層序厚度；lf為下盤同伸展層序厚度；Δdi為上下盤同伸展層序厚度之差。當(dāng)上盤同伸展層序為正反轉(zhuǎn)構(gòu)造層序時，Rfi為正值，反之則為負(fù)值(見圖5(b))。通過該算法可定量計算目的層段反轉(zhuǎn)率，從而對盆地內(nèi)不同區(qū)域的反轉(zhuǎn)率進(jìn)行分析。

圖5 反轉(zhuǎn)率計算參數(shù)及模式(據(jù)文獻(xiàn)[22,23]修改)

在地幔對流作用的影響下，Doba盆地發(fā)生反轉(zhuǎn)，分別在早白堊世阿爾布期、晚白堊世桑頓期、漸新世末期各發(fā)生一次反轉(zhuǎn)作用。通過反轉(zhuǎn)率參數(shù)對盆地內(nèi)斷裂定量計算，得出Doba盆地各區(qū)3期反轉(zhuǎn)構(gòu)造的反轉(zhuǎn)率(見圖6)。可知各構(gòu)造單元其構(gòu)造反轉(zhuǎn)率存在一定的差異，高反轉(zhuǎn)率區(qū)域主要分布在盆地中央坳陷，低反轉(zhuǎn)率區(qū)域分布在盆地西部隆起和西、南部斜坡。3期反轉(zhuǎn)構(gòu)造之中，晚白堊世桑頓期反轉(zhuǎn)率最大，其次為早白堊世阿爾布期，漸新世末期反轉(zhuǎn)率最低。總體上盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造的反轉(zhuǎn)率在0.50到3.00之間，平均值為1.75，表明其反轉(zhuǎn)期受到的改造情況也存在差異。

圖6 Doba盆地不同時期盆地反轉(zhuǎn)率

3 反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型

對于反轉(zhuǎn)構(gòu)造的分類，依照反轉(zhuǎn)構(gòu)造的形態(tài)特征及斷層性質(zhì)，可將伸展盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造的形態(tài)特征分為斷裂型、褶皺型和混合型3種不同的類型。斷裂型根據(jù)后期擠壓發(fā)生的逆斷層所造成的位移量不同，可以分為“下正上逆”、“上正下正”、“上逆下逆”等3種表現(xiàn)形式。褶皺型表現(xiàn)為地層的褶皺隆升而不是斷層的位移，混合型正反轉(zhuǎn)構(gòu)造是受到地層和斷層兩種因素的共同影響。在實際觀察中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造是由斷裂型和褶皺型兩種作用互相影響的結(jié)果，因此只有在地層褶皺或者斷層逆沖其中一種作用較弱的情況下才能單獨討論。

Doba盆地作為中非伸展裂陷型盆地的代表，結(jié)合盆地內(nèi)已查明的3期裂陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化體系得知，Doba盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造形態(tài)以斷裂型為主、褶皺型為輔，主要包括單斷型、雙斷型和復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造(見圖7)。

圖7 Doba盆地典型反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型(地震剖面位置見圖1中a,b,c,d)

3.1 單斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造

單斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造中，深切基底的主控斷層在地震剖面上表現(xiàn)為“上正下正”的斷裂型構(gòu)造特征(見圖7(a))。由于盆地在晚白堊世桑頓期發(fā)生了強烈的反轉(zhuǎn)作用，使先存的正斷層的上盤被抬升，但抬升位移量較小，未超過正斷層位移，使整個斷層在多期次發(fā)育過程中全都表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，并在晚白堊世桑頓期形成了具有反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征的反轉(zhuǎn)背斜與掀斜斷塊構(gòu)造類型。古近紀(jì)，主控斷層上盤的地層隆升使地層斷距逐漸減小，擠壓后上盤地層不斷抬升使靠近斷層附近的地層發(fā)生褶皺。

3.2 雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造

雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造在Doba盆地地震剖面上表現(xiàn)出兩種構(gòu)造類型，即倒“V”字和正“V”字雙斷型(見圖7(b)和圖7(c))，形成具有伸展裂陷盆地特征的地壘、地塹、半地塹構(gòu)造類型。主控斷層上盤的地層在早白堊世末期和晚白堊世桑頓期由穩(wěn)定沉降轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓上隆。結(jié)合區(qū)域動力分析，Doba盆地在漸新世末期發(fā)生反轉(zhuǎn)但反轉(zhuǎn)率較小，上盤地層斷裂隆起程度較低，但共同下盤地層由上隆逐漸平坦，而斷層上盤在斷層處發(fā)生斷裂變形，形成雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

3.3 復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造

復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造中，斷層上盤為主要構(gòu)造活動盤，剖面上表現(xiàn)為一條主控斷層由上至下切穿基底，相鄰小斷層沿上盤向上呈花狀撒開，向下聚集閉合，形成復(fù)合“Y”字型構(gòu)造(見圖7(d)),而下盤則保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，上盤地層被一系列沿地層展布的分支斷層所切割，形成斷背斜、反轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造類型。下盤沿斷層面雖發(fā)生抬升上隆，但主控斷層及分支斷層依然呈現(xiàn)為正斷層的性質(zhì)，結(jié)合構(gòu)造形態(tài)分析復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造，可將其歸納為“上正下正”的斷控型反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型。根據(jù)3期伸展裂陷盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用，早白堊世末期斷層斷距逐漸減小后，晚白堊世桑頓期進(jìn)一步變小直到古近紀(jì)，遠(yuǎn)離斷層處地層逐漸平滑并且處于穩(wěn)定沉積狀態(tài)，應(yīng)力集中在斷層附近。

3.4 反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型的分布規(guī)律

根據(jù)以上3種反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型特征，在地震資料上進(jìn)行精細(xì)解釋，將3種不同的反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型在平面上統(tǒng)計出來，繪制出Doba盆地構(gòu)造單元分布圖(見圖1(b))。通過總結(jié)3類反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征(見表1)可以發(fā)現(xiàn)，單斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要分布于Doba盆地中部凹陷和中央坳陷以及北西-南東走向的邊界斷層位置。而雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要分布在盆地中部凹陷和中央坳陷，在北部和西部斜坡也有少量分布。復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造分布在Doba盆地的南部斜坡和中央坳陷，在盆地內(nèi)較少發(fā)現(xiàn)。從構(gòu)造單元上不難發(fā)現(xiàn)，盆地在北西向主要為隆起、凸起地形，因此在Doba盆地的北西部構(gòu)造活動較為劇烈，斷裂傾角較大且發(fā)育密集，在白堊紀(jì)斷層的斷距同樣也很大。統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，Doba盆地北西向下白堊統(tǒng)地層斷距相差有300m左右，后經(jīng)反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用，直至古近系地層斷距才縮小至25m左右。由于先期斷距過大，后期雖然反轉(zhuǎn)構(gòu)造活動劇烈但仍未使北西部斷裂性質(zhì)發(fā)生變化，形成了北西-南東走向邊界斷裂位置上單斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造分布較廣的反轉(zhuǎn)構(gòu)造格局。同時，經(jīng)過解釋全區(qū)地震剖面后發(fā)現(xiàn)，在中部凹陷和中央坳陷也由于此類情況出現(xiàn)單斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造，不過較盆地北西向規(guī)模較小，是由于盆地內(nèi)部受地幔熱下降流后部分地層受構(gòu)造應(yīng)力不均勻所導(dǎo)致。在盆地的中部，雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造為主要的構(gòu)造樣式，并發(fā)現(xiàn)倒“V”字雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型集中在盆地中央坳陷，而正“V”字雙斷型反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型分布在中部凹陷和西部斜坡，表示盆地中心受外側(cè)共同的構(gòu)造應(yīng)力更為強烈，而在西部斜坡較弱。在Doba盆地內(nèi)部斷裂雖然相對較少，但傾角較高，且由于盆地中心是由兩側(cè)的構(gòu)造應(yīng)力作用，使得盆地中央的斷層傾角發(fā)生反向改變。而復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造是由于盆地邊界主干斷裂具有張扭性質(zhì)，并受到相反傾向的小規(guī)模斷層共同控制而形成，在地震剖面上反映出主干斷裂傾角較大且切穿基底的特征，復(fù)合“Y”字型反轉(zhuǎn)構(gòu)造集中分布在南部斜坡和中央坳陷。

表1 Doba盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造類型分類表

4 Doba盆地構(gòu)造演化及成因機制

4.1 反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化期次

Doba盆地與其周圍鄰近的Doseo盆地、Bongor盆地及Salamat盆地構(gòu)造演化史基本相似。早白堊世巴雷姆期盆地內(nèi)的第一期含油氣構(gòu)造已形成雛形，到晚白堊世，在桑頓期反轉(zhuǎn)作用下盆地構(gòu)造基本定型；漸新世末期，反轉(zhuǎn)作用對盆地構(gòu)造影響微弱。依據(jù)中非裂谷系構(gòu)造演化史，結(jié)合Doba盆地構(gòu)造特征，優(yōu)選典型剖面進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)，還原了盆地構(gòu)造演化過程。將Doba盆地構(gòu)造演化劃分為7個期次(見圖8)。

圖8 Doba盆地構(gòu)造演化期次和剖面構(gòu)造演化發(fā)育史(剖面位置見圖1)

1)第一期強裂陷期。從貝利阿斯期-阿普特期為第一期強裂陷期，在巴雷姆期作用最強烈。斷陷作用強烈，斷層發(fā)育且活動強烈，斷距較大。盆地內(nèi)的正斷層組成了具有伸展構(gòu)造的地塹-半地塹、順向斷塊及反向斷塊等構(gòu)造樣式。

2)第一期反轉(zhuǎn)期。阿爾布期發(fā)生第一次反轉(zhuǎn)。經(jīng)盆內(nèi)斷層研究查明區(qū)域應(yīng)力場由早白堊世時期的拉張應(yīng)力場變換為擠壓應(yīng)力場，在擠壓應(yīng)力作用下，Doba盆地內(nèi)斷層上盤發(fā)生抬升，盆地下白堊統(tǒng)地層發(fā)生一定程度的褶皺彎曲使應(yīng)力釋放，不過這一時期的反轉(zhuǎn)作用程度較弱，地層褶皺彎曲幅度不大。

3)第二期弱裂陷期。賽諾曼期-康尼亞克期為第二期弱裂陷期，經(jīng)歷過阿爾布期反轉(zhuǎn)作用后，盆地繼續(xù)拉張裂陷接受沉積，由于裂陷作用較弱，僅小部分正斷層復(fù)活。

4)第二期強反轉(zhuǎn)期。桑頓期為Doba盆地強烈反轉(zhuǎn)時期。受到強烈的區(qū)域反轉(zhuǎn)應(yīng)力場作用影響，盆地發(fā)生大幅度強烈反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地層隆起而發(fā)生剝蝕，在北部斜坡表現(xiàn)最為明顯。從地震剖面上看，其地層出現(xiàn)了較大幅度的剝蝕，白堊系發(fā)生較強烈的反轉(zhuǎn)褶皺。在第二期強反轉(zhuǎn)作用下，Doba盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造已基本定型。

5)古新世-始新世拗陷期。在區(qū)域拗陷作用下，Doba盆地發(fā)生整體沉降，構(gòu)造活動較弱，盆地在該時期形成的斷層斷距普遍較小。

6)漸新世末反轉(zhuǎn)期。Doba盆地發(fā)生了弱反轉(zhuǎn)作用。地震資料揭示這一時期的反轉(zhuǎn)作用微弱，與始新世拗陷期相比，總體上地層褶皺變化幅度很小、斷層基本不活動，所以盆地總體的構(gòu)造格局并未發(fā)生明顯變化。

7)新近紀(jì)-第四紀(jì)裂陷期。此時期為Doba盆地構(gòu)造演化的最后一個時期，盆地斷陷作用較弱，該時期構(gòu)造類型繼承性發(fā)育，沉積厚度較薄，上新統(tǒng)上覆地層被嚴(yán)重剝蝕。

總的來看，Doba盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了貝利阿斯期-阿普特期、賽諾曼期-康尼亞克期、新近紀(jì)-第四紀(jì)3期伸展裂陷，并對應(yīng)阿爾布期、桑頓期和漸新世末期共3期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，再加上古新世-始新世拗陷期。其中，貝利阿斯期-阿普特期伸展裂陷作用最強，賽諾曼期-康尼亞克期裂陷作用最弱。從3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)來看，在桑頓擠壓事件的影響下，桑頓期構(gòu)造反轉(zhuǎn)最強。

4.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化成因

研究非洲大陸中、新生代伸展裂陷盆地后發(fā)現(xiàn)，從侏羅紀(jì)晚期以來，至少經(jīng)歷了2期反轉(zhuǎn)[24]，分別為漸新世末期、晚白堊世桑頓期，同時也形成了大規(guī)模的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。在超地幔對流反轉(zhuǎn)背景下，大西洋發(fā)生收縮，造成非洲板塊和中非盆地出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。統(tǒng)計國內(nèi)外中新、生代含油氣盆地研究成果發(fā)現(xiàn)，反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)生的時期在全球范圍內(nèi)大體一致，在漸新世末期、桑頓期和阿爾布期全都發(fā)生了一期構(gòu)造反轉(zhuǎn)，這個結(jié)果指示了構(gòu)造反轉(zhuǎn)的作用在全球范圍內(nèi)具有同期性。因此，只有從全球巖石圈動力學(xué)角度去分析盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造，才能正確地找出盆地反轉(zhuǎn)的形成動力。

在貝利阿斯期-阿普特期、賽諾曼期-康尼亞克期、新近紀(jì)-第四紀(jì)這3期伸展裂陷作用[25-27]影響下，非洲大陸中新生代裂陷盆地發(fā)育。早白堊世，受大西洋擴張影響，非洲板塊抬升并緩慢東移，產(chǎn)生拉張應(yīng)力場，盆地進(jìn)入第一期強裂陷期。晚白堊世，早期南大西洋快速擴張，盆地繼續(xù)拉張裂陷，但裂陷作用較弱；晚期歐洲板塊與非洲板塊初始碰撞產(chǎn)生擠壓應(yīng)力場，中非裂谷系盆地發(fā)生反轉(zhuǎn)，同時在印度洋快速擴張的影響下，非洲板塊向北漂移產(chǎn)生伸展應(yīng)力場，盆地進(jìn)入第二期弱裂陷期。古近紀(jì)，大西洋擴張減緩，歐洲板塊與非洲板塊發(fā)生主要碰撞產(chǎn)生北東-南西向拉張應(yīng)力場，因Doba盆地走向與拉張應(yīng)力場方向近平行，盆地進(jìn)入拗陷期，而走向為北西-南東的盆地則進(jìn)入裂陷期，如Muglad盆地與Melut盆地。

地幔對流作用為板塊的反向漂移提供了合理的動力來源[28,29]，指出了研究盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造演化的新方向。根據(jù)理論模型(見圖9)，地幔上升流將熱能量和地幔物質(zhì)帶到了軟流圈，板塊頂層在地幔對流作用下產(chǎn)生應(yīng)力，巖石圈裂陷伸展，在地表上表現(xiàn)為大西洋擴張，中非裂谷系盆地發(fā)生伸展裂陷作用，熱能量釋放后，橫向匯聚到裂陷區(qū)，巖石圈橫向收縮，伴隨著裂陷區(qū)塌陷作用，逐漸下降至核幔邊界，在地表上的響應(yīng)表現(xiàn)為中非裂谷系盆地發(fā)生反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用，最后通過積累熱能和熱化學(xué)能量，進(jìn)行后續(xù)地幔對流反轉(zhuǎn)。多期次的地幔對流作用是Doba盆地形成3期疊加裂陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造的主控因素。地幔對流反轉(zhuǎn)橫向移動在板塊頂層產(chǎn)生側(cè)向作用力，推動板塊反向漂移，同時也伴隨著陸內(nèi)盆地形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造。反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用在地質(zhì)歷史上刻印了它們曾經(jīng)發(fā)生過的痕跡，這些痕跡也正是分析盆地反轉(zhuǎn)活動真相的關(guān)鍵證據(jù)。

圖9 大陸地幔對流反轉(zhuǎn)引起的裂陷盆地反轉(zhuǎn)的巖石圈收縮模型

5 結(jié)論

1)Doba盆地的反轉(zhuǎn)構(gòu)造分為單斷型、雙斷型和復(fù)合“Y”字型，并以斷層上盤發(fā)育的掀斜斷塊、反轉(zhuǎn)背斜、斷背斜為其主要構(gòu)造表現(xiàn)形式。

2)Doba盆地共經(jīng)歷3期構(gòu)造反轉(zhuǎn)，早白堊世阿爾布期和晚白堊世桑頓期反轉(zhuǎn)作用較強，漸新世末期較弱，高反轉(zhuǎn)率區(qū)域為中央坳陷，低反轉(zhuǎn)率區(qū)域為西部隆起和西、南部斜坡。

3)Doba盆地的構(gòu)造演化劃分為7個階段，盆地經(jīng)歷了貝利阿斯期-阿普特期強裂陷期、阿爾布期反轉(zhuǎn)期、賽諾曼期-康尼亞克期弱裂陷期、桑頓期強反轉(zhuǎn)期、古新世-始新世拗陷期、漸新世末期反轉(zhuǎn)期以及新近紀(jì)-第四紀(jì)裂陷期。其中，貝利阿斯期-阿普特期強裂陷期裂陷作用最強，桑頓期反轉(zhuǎn)作用最強。

4)Doba盆地反轉(zhuǎn)構(gòu)造是巖石圈收縮的結(jié)果，巖石圈收縮是地幔對流作用在地表上的表現(xiàn)形式。地幔對流作用是Doba盆地形成3期疊加裂陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造的主控因素。