西非里奥姆尼盆地的构造演化及其构造层特征

吴 婵,胡望水,李 涛 胡 芳,姚乾坤,曾 涛 油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北荆州434023

于 水 (中海油研究总院,北京100027)

1 区域地质概况

里奥姆尼盆地是西非海岸盆地群11个主要含油气沉积盆地之一,也是西非海岸7个含盐盆地之一,是西南非阿普特盐盆最北端的一个含盐油气盆地。盆地整体呈NNE向,位于赤道几内亚南部NNE向延伸的大西洋边缘转换带上,北部以坎普 (CAMPO)断裂带与杜阿拉盆地相邻,南部以Fang断裂带与加蓬盆地相接,陆架区很平坦,但陆坡却很陡峻[1]。它是在早中白垩世西非大西洋海岸裂谷盆地之上发育起来的被动大陆边缘盆地,从白垩纪至今经历了早白垩世巴雷姆期 (Barremian)-中阿普特期(Middle Aptian)的陆内裂陷构造旋回、晚阿普特期 (Late Aptian)的过渡期构造旋回以及阿尔布期(Albian)以来的被动大陆边缘构造旋回,从而形成了现今 “纵向两层楼、横向分区带”的构造格架,而且纵向上的 “两层楼”格架中,每1层楼都有一个 “顶板”:第1层楼——裂谷期垒堑式构造体系的“顶板”是阿普特阶中下部河流相和湖相地层以及盐岩;第2层楼——重力滑脱构造体系的 “顶板”则是中新统-全新统海相地层;“横向分区带”主要是将重力滑脱体系分为重力滑脱伸展构造区,重力滑脱底部构造区和重力滑脱冲断构造区,其中重力滑脱底部构造区在盆内局部地区发育,范围较狭窄。

2 盆地的构造演化

1)陆内裂陷构造旋回 早白垩世巴雷姆期,里奥姆尼盆地在陆内裂陷作用下形成了一系列伸展断层,从而形成了盆地垒堑式的构造格架,盆地雏形形成,在盆内沉积了1套河流相和湖相砂岩和泥岩,之后,湖盆逐渐加深,沉积了大套裂谷期富有机质湖相页岩,它是盆内的第一套烃源岩,也是最主要的烃源岩。到中阿普特期,在裂谷后反弹挤压作用下发生了反转构造运动,裂谷期地层遭到抬升剥蚀,形成了区域性不整合面。

2)过渡期构造旋回 到阿普特晚期,构造环境相对稳定,沉积了平均800m厚的蒸发岩地层。随着洋盆的打开,海水逐渐进入,蒸发岩的沉积逐渐结束,取而代之的是海相沉积。

3)被动大陆边缘构造旋回 随着大洋的逐渐扩张,裂后热沉降作用的持续进行,陆架逐渐抬升,到阿尔布阶沉积期,当陆架抬升到一定程度,超出陆架沉积物的受力平衡条件,陆架碳酸盐岩失去平衡,在重力作用下向下陆坡滑动,阿普特阶盐岩的润滑作用促进了滑覆体的滑动,从而在下陆坡及坡脚处形成了冲断构造。上陆坡重力滑脱伸展作用较弱,在阿尔布阶碳酸盐岩刚性地层中形成了少量正断层,而阿普特阶的塑性泥岩则没有被拉开,随着陆架的持续抬升,掀斜角的增大,滑覆体继续向下陆坡滑动,坡脚地层的变形逐渐加强,导致阿尔布阶被抬升并遭到侵蚀,形成了高低起伏的地形形态。受这种地形形态的影响,到塞诺曼阶 (Cenomanian)-三冬阶 (Santonian)沉积期,在冲断构造带的高部位沉积的地层较薄,而低部位沉积的地层较厚。在地层沉积的同时,陆架仍在不断的抬升,而且滑覆体也在不断地向下陆坡滑动,导致下陆坡及坡脚的地层随着冲断幅度的增加逐渐被侵蚀掉。随后在三冬期末期陆架强烈抬升作用和转换挤压作用下,早阿普特期的沉积中心挤压变形,在盆地北部坎普 (Campo)转换带、中部巴塔 (Bata)转换带和南部阿森松(Ascension)转换带形成了一系列NE-SW向褶皱隆起。这些褶皱隆起的形成促进了向洋一侧的重力滑脱作用,使阿尔布阶-三冬阶进一步变形,同时伴随着底辟构造以及坡脚碳酸盐岩滑覆体的褶皱变形[2]。受中部巴塔转换断裂带形成的褶皱隆起的阻挡,阿尔布阶-三冬阶在此处以阿尔布阶碳酸盐岩底部的泥岩为滑脱面发生了强烈的冲断运动,导致阿尔布阶-三冬阶遭到严重剥蚀。

随着陆架的持续抬升和向海方向的迁移以及掀斜运动的持续进行,重力滑脱构造继承性发育,但活动强度有所减弱,并随着陆架的向海迁移而迁移,在渐新世末区域抬升的作用下,在上陆坡及陆架区形成了一系列小型铲式重力滑脱伸展正断裂。

中新世以来,里奥姆尼盆地构造环境非常稳定,地层以单斜为主,没有形成明显的构造。

3 构造层的划分和特征

构造层是地质演化过程中在一定的构造单元里、在一定的构造时期内形成的具有一定构造变形特征的地层组合[3]。它在时间上代表一定的构造时期,在空间上代表某一构造事件所影响的范围。2个构造层之间常以角度不整合或假整合隔开。不同构造层在构造变形特征、构造应力方向和构造体系等方面,不具有明显的相关性。

从里奥穆尼盆地的构造演化中可以看出,不同演化阶段所形成的构造层的地质构造和沉积特征明显不同。根据它在构造演化中形成的沉积及构造特征的差异性将盆地的构造层划分为:陆内裂陷构造层、过渡期构造层和被动大陆边缘构造层。在被动大陆边缘构造旋回又发生了2次大的构造运动,形成了2个区域性的不整合。为此,将被动大陆边缘构造层又划分为3个亚构造层:第1被动大陆边缘亚构造层、第2被动大陆边缘亚构造层和第3被动大陆边缘亚构造层。

3.1 陆内裂陷构造层

陆内裂陷构造层是在巴雷姆期-中阿普特期的陆内裂陷构造旋回形成的一套具有一定构造变形特征的地层组合。

在沉积建造上,它由一套4000m厚的巴雷姆阶河流相和湖相砂岩、页岩和阿普特阶下部湖相页岩组成[1-4],与上覆地层呈角度不整合接触。陆内裂陷初期,在盆内连续沉积了一套河流相和湖相砂岩、页岩,之后,控盆正断裂作用使湖盆加深,从而沉积了大套同裂谷期湖相沉积,这一期盆内充填的富有机质湖相页岩是盆内第一套烃源岩,也是最主要的烃源岩,演化程度较高,最高热解峰温 (Tmax)可以达到460℃,镜质体反射率 (Ro)多在1%以上,烃源岩厚度一般在数米至数百米之间。

在构造变形特征上,早中阿普特期在NE-SW向张扭应力作用下发生了差异沉降[2],在陆架区形成了一系列陡倾正断裂,组成了裂谷盆地的垒堑式构造格架,延伸方向与现今海岸线近平行。根据高分辨率地震资料,里奥姆尼盆地近海地区发育有裂谷期翘倾断块[4]。

3.2 过渡期构造层

持续的伸展导致大陆破裂,南大西洋开始打开,里奥姆尼盆地内充填了陆相、河流相和泻湖相地层,之后是广泛的蒸发岩 (主要是盐岩)沉积。沉积的蒸发岩平均厚度 800m,它由薄层状盐岩(Matondo 1井钻遇到的薄层盐岩有10m厚,向南逐渐变厚)与富有机质页岩互层组成[1],薄层状富有机质页岩含有孢粉植物群和非海相介形动物碎片,是缺乏粗糙硅质碎屑沉积物的深湖沉积。随着南大西洋逐渐扩张,海水逐渐进入湖泊,湖水加深,蒸发岩的沉积结束,紧接着在蒸发岩之上沉积了一套海相页岩和泥岩。在构造变形特征上,过渡期,构造环境相对稳定,地层没有发生太明显的变形,但在后期的重力滑脱作用下发生了变形,形成了底辟构造。

3.3 被动大陆边缘构造层

1)第1被动大陆边缘亚构造层 第1被动大陆边缘亚构造层是在第1被动大陆边缘构造旋回 (阿尔布期到三冬期)形成的一套具有一定构造变形特征的地层组合。它与上覆地层呈角度不整合接触。

在沉积建造上,这一时期里奥姆尼盆地的陆架上广泛沉积了碳酸盐岩,主要由鲕粒灰岩和砂屑灰岩组成,地层向上逐渐变薄,含有大量浅海腹足类动物碎屑、介形亚纲动物碎屑和甲藻碎屑,到盆地南部Rio Muni A-1井还钻遇到了硅质碎屑岩[1]。

在构造变形特征上,这一时期随着裂后沉降作用的持续进行,陆架的抬升,导致陆架碳酸盐岩重力失衡,再加上阿普特阶盐岩的润滑作用,陆架碳酸盐岩向下陆坡滑动,从而在陆架区及上陆坡产生了拉张应力,形成了一系列重力滑脱伸展构造,而在下陆坡和坡脚区则形成了以阿普特阶盐岩为滑脱面的重力滑脱底辟构造和重力滑脱冲断构造,重力滑脱底辟构造在局部地区发育。盆地西南部变形较强烈,坡脚处的前锋冲断带阿尔布阶-三冬阶遭到了严重剥蚀,而盆地北东部则变形相对较弱,前锋冲断层的上盘地层遭到的剥蚀程度较低。在盆地南部部分区域如G2井附近形成了重力滑脱底辟构造,其分布范围非常有限。此外,早阿普特期沉积中心的地层挤压变形,从而形成一系列NE-SW向隆起和洼陷,同时阿尔布阶-塞诺曼阶也进一步变形,同时伴随着底辟构造以及坡脚碳酸盐岩滑覆体的褶皱变形,从而形成了一些次盆,这些次盆内发育了一系列河道浊积岩[2]。

2)第2被动大陆边缘亚构造层 第2被动大陆边缘亚构造层是在第2被动大陆边缘构造旋回 (坎潘期到渐新世)形成的一套具有一定构造变形特征的地层组合。它与下伏地层呈角度不整合接触,与上覆新近系-第四系也呈角度不整合接触。

沉积建造上,晚白垩世坎潘期是三冬期末区域不整合面界面之上的低位沉积时期,大量沉积物经由陆架和陆坡上部的下切谷和水道进入盆内,形成了各种浊积成因的低位域砂体,它是盆地最重要的储油砂体。之后马斯特里赫特期 (Massistance)-古新世沉积了厚层陆相泥岩,偶夹粉砂岩。渐新世末,非洲大陆发生区域性抬升,导致盆地中包括陆架、陆坡在内的大部分地区遭到了广泛的下切侵蚀作用。

构造变形特征上,随着陆架的持续抬升和掀斜作用的持续进行,重力滑脱构造继承性发育,但活动强度有所减弱,只形成了一些小型重力滑脱伸展正断裂,数量多但规模小,延伸短,主要分布在陆架区及上陆坡。

3)第3被动大陆边缘亚构造层 第3被动大陆边缘亚构造层是在第3被动大陆边缘构造旋回 (中新世至今)形成的一套具有一定构造变形特征的地层组合。它与其下伏地层呈角度不整合接触。中新世以来,里奥姆尼盆地构造运动微弱,构造环境相对较稳定,大量海相碎屑沉积物向盆地内进积,形成了以单斜为主的地层,地质构造不发育。

[1]Jonathan P T.Gravity-Driven Structures and Rift Basin Evolution:Rio Muni Basin,Offshore Equatorial West Africa[J].AAPG Bulletin,1995,79:1138-1158.

[2]Paul Dailly,Phil Lowry,Kenny Goh,et al.Exploration and development of Ceiba Field,Rio Muni Basin,Southern Equatorial Guine[J].The Leading Edge,2002,11:1140-1146.

[3]万天丰.大地构造学纲要[M].北京:地址出版社,2004.

[4]Ross D.Geology and hydrocarbon potential of RioMuni area,Equatorial Guinea[J].Oil and Gas Journal August,1993,23:96-100.