南大西洋两岸被动大陆边缘构造分段性特征及其成因探讨

章 雨 李江海 杨梦莲 潘相茹 陶崇智

（ 1北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室；2中国石化石油勘探开发研究院 ）

0 引言

被动大陆边缘盆地是全球油气最富集的盆地类型，主要分布于大西洋、印度洋和北冰洋三大洋周缘及地中海东南缘，其中，南大西洋被动大陆边缘最早开展详细研究，也是当今世界油气勘探的热点区域[1-2]。如西非海岸的尼日尔三角洲、加蓬、下刚果和宽扎盆地，以及南美洲东海岸的桑托斯和坎波斯等盆地，均有大型油气田的发现。但油气勘探中，盆地构造研究多局限于盆地内部及圈闭尺度的详细解剖，缺乏构造演化背景下盆地与地壳尺度研究的结合，以及盆地间构造特征的对比，难以形成对南大西洋盆地群构造演化特征的系统认识[3-13]。通过对比分析盆地群的发育规律，有利于探讨南大西洋南北构造的分段性异同点、东西两岸共轭盆地间的构造关系、盆地群与板块边界之间的关系、盆地群与深部构造（地幔柱、地壳—岩石圈性质、基底构造等）之间的关系。

本文在已有地震剖面及重力、磁法资料等的基础上，取其层位框架，过转换断裂带连接两岸盆地，统一比例尺及图例绘制剖面图，基本原则如下：①立足于南大西洋区域构造南北分段性，穿越主要构造单元、构造边界和重要盆地；②剖面在洋上沿转换断裂带延伸，东西两岸为与该转换断裂带对应的共轭盆地；③考虑到单一地震或重力、磁法解释剖面不能充分展示盆地构造特征，在勘探取得的层位及地质体对应的深度基础上，由其两侧的剖面地层和构造样式推测[14]，叠加了测线以外整个盆地内部代表性的地质现象，形成一套盆地构造剖面示意图，洋上部分用洋底地形[15]代替；④在勘探精度较高地区，剖面可从盆地基底尺度深入至地壳尺度。主要完成南大西洋两岸盆地构造剖面4 条，包括南大西洋3 段被动大陆边缘地壳断面图及4 类盆地剖面对比图，对盆地结构及构造特征进行系统研究与对比分析，探讨盆地群发育规律，并为勘探程度低的地区提供思路。

1 地质背景

南大西洋可划分为4 段，每段长约2000km，从北向南依次为赤道段、中段、南段及福克兰段[9]（图1）。赤道段北端（10°N）由马拉松断裂带与中大西洋相隔，南端以罗曼什断裂带为界，包括圭亚那和几内亚高原及科特迪瓦和加纳转换脊之间的区域。中段则位于罗曼什断裂带以南，从贝努埃裂谷至南端以里奥格兰德断裂带与南段分界。南段北有里奥格兰德海隆和鲸鱼海岭，南与福克兰段分界于福克兰—厄加勒斯断裂带。福克兰段（因不属于主要含油气盆地群发育区，本文不作探讨）向南可至布韦三联点（60°S），是大西洋脊与西南印度洋脊的枢纽。

晚侏罗世时期（约140Ma），南美洲和非洲大陆均属西冈瓦纳大陆，为一个整体，处于前裂谷期克拉通阶段。至早白垩世（约130Ma），南大西洋南段发生巴拉那—埃藤德卡（Paraná—Etendeka）岩浆事件，在被动大陆边缘形成向海倾斜反射楔形体（SDRs），受特里斯坦地幔热柱活动影响，南大西洋南端沿古泛非期造山带开始裂解（NE—SW 向），南美洲和非洲大陆间发生陆内裂谷作用，并由南向北发展，形成大陆裂谷系[10-12]。同时，在张裂过程中，南美洲板块发生顺时针旋转。阿普特早期（约120Ma），大陆裂解至波蒂瓜尔—贝宁地区，此时南段为广海环境，中段因受鲸鱼海岭和里奥格兰德海隆的阻隔，总体具有陆间裂谷特征，以区域性盐岩沉积为特征，并在阿普特晚期发展成单一盐盆，直至阿尔布早期（约112Ma）海底扩张影响至弗洛里亚诺波利斯（Florianópolis）构造带，浅水盐盆被一分为 二[5，12-13]。阿尔布晚期，非洲和南美洲大陆岩石圈完全分离（约104Ma），大洋扩张脊穿过科特迪瓦—加纳转换脊（约100Ma），中、南大西洋相互连通[13]。晚白垩世至今，南大西洋两岸进入被动大陆边缘演化阶段，洋盆全面发展。

2 盆地构造剖面特征

2.1 南大西洋赤道段转换型盆地

剖面全长约2900km，由圣保罗断裂带连接赤道段两岸的共轭盆地：科特迪瓦盆地、福斯杜亚马逊盆地（图2）。

科特迪瓦盆地位于西非几内亚湾北段，发育于科特迪瓦—加纳转换脊上，受控于圣保罗、罗曼什两个主要的转换断裂带。剖面上可见转换脊[16-18]，高约2km。靠近转换脊外侧一般为洋—陆边界，陆壳向洋壳过渡时有一个狭窄的减薄带，宽约50km，以及高角度的莫霍面，其深度由24km 迅速减至12km 左右。盆地范围受转换脊所限，但因转换脊对盆内沉积物重力滑塌作用的阻隔，在前寒武系西非克拉通基底上，盆地沉积盖层厚度大（可达5km 以上），并以上白垩统和新生界碎屑岩沉积为主。

图1 南大西洋被动大陆边缘盆地分布及研究区剖面位置示意图（地形数据参考文献[15]；参考坐标系：GCS_WGS_1984）Fig.1 Distribution of the passive continental marginal basins on the two sides of the South Atlantic and the section location of the study area (topographic data source from Reference 15； coordinate system： GCS_WGS_1984)

图2 南大西洋赤道段转换型盆地构造剖面图（据文献[16-20]修编）Fig.2 Structural sections of equatorial transformed basins on two sides of the South Atlantic (adapted from References 16-20)

福斯杜亚马逊盆地位于巴西东北部，不发育转换脊。盆地基底为前寒武系圭亚那—巴西克拉通，沉积地层从下白垩统至第四系均有分布，但以新近系三角洲—海底扇沉积为主。盆地由陆向海方向沉积层逐渐增厚，最厚处可达12km。受新生代以来地层快速沉积的影响，盆地在上白垩统海相泥岩层之上，发育有典型的重力滑塌构造。

2.2 南大西洋中段泥构造型、盐构造型盆地

2.2.1 中段泥构造型盆地

剖面全长约3100km，由Chain 断裂带连接中段两岸的共轭盆地：尼日尔三角洲盆地、波蒂瓜尔盆地（图3）。

尼日尔三角洲盆地位于非洲西缘几内亚湾，发育于大陆边缘夭折裂谷（贝努埃三叉裂谷）上，陆架宽度中等。盆地基底主要由西非前寒武系克拉通及古生界火成岩和变质岩组成，沉积盖层以裂谷夭折后漂移期地层为主。新生代以来发育前三角洲和半深海—深海相阿卡塔组泥页岩，最大厚度超过12km，构成盆地底部区域性滑脱层，上层发育三角洲砂体。在大陆边缘重力作用及局部的挤压环境下，尼日尔三角洲盆地从陆向海形成伸展带、泥岩底辟带、复杂逆冲推覆带、斜坡带和前缘褶皱带[21]。

波蒂瓜尔盆地主体位于巴西东北部北里奥格兰德州海岸，盆地同裂谷期、过渡期、漂移期地层发育完整[22]。由于后期物源供给的不同，沉积地层厚度明显小于尼日尔三角洲盆地，并在漂移期沉积一套浅水碳酸盐岩。

图3 南大西洋中段泥构造型盆地构造剖面图（据文献[19，21-22]修编）Fig.3 Structural sections of the central mud-structural basins on two sides of the South Atlantic (adapted from References 19，21-22)

2.2.2 中段盐构造型盆地

剖面全长约3500km，由热刺断裂带连接中段两岸的共轭盆地：宽扎盆地、圣埃斯皮里图盆地（图4）。

宽扎盆地是西非被动边缘安哥拉海岸带盆地群的重要组成部分。该大陆边缘地壳减薄较慢，莫霍面平缓，在宽约220km 的减薄带内，莫霍面深度由30km以上缓慢减至15km 左右。陆壳向洋壳过渡的洋陆转换带下方，可见高速度带（高密度带）[3，20，29]。同时，洋—陆边界处可见外部高地带[5]。盆地基底发育大量深地堑，断层发育，以向海倾斜的正断层为主。地堑充填沉积物厚度大于3km，之上为厚层坳陷单元，盆地裂谷期与坳陷期（盐下部分）结构不对应[30]。阿普特期发育一套分布广泛、原始沉积厚度可达上千米的蒸发岩地层。现存盐岩沉积厚度从大陆边缘向深海增大，具有明显的分带性，可划分为伸展—过渡—挤压型的不同盐构造亚带，并最终尖灭于外部高低带及洋—陆边界上。

圣埃斯皮里图盆地位于巴西东南被动大陆边缘大坎波斯盆地群北部。该大陆边缘地壳减薄带较西非边缘窄，在约100km 的减薄带内，莫霍面深度由约30km 迅速减至15km 以下[23]。洋陆转换带下方，可见高速度带（高密度带）。洋—陆边界处，可见外部高地带。盆地基底处可见大量铲式正断层，倾角相对西非边缘较陡，以向海倾斜为主，并发育有同裂谷期楔状沉积体。阿普特阶盐岩发育，盐岩层由陆向海垂向上浮迁移的距离加大，刺穿和上拱上覆地层，逆冲盐席甚至出露海底，发生趾状流动和溢出[5]。盐岩层尖灭于洋—陆边界上，虽分布面积小于宽扎盆地，但由于其上浮迁移程度更剧烈，部分区域厚度可达5km 以上。

2.3 南大西洋南段岩浆型盆地

剖面全长约4400km，由高夫断裂带连接南段两岸的共轭盆地：奥兰治盆地、科罗拉多盆地（图5）。

图4 南大西洋中段盐构造型盆地构造剖面图（据文献[3，5，7-8，24-28]修编）Fig.4： Structural sections of the central salt-structural basins on two sides of the South Atlantic (adapted from Reference 3，5，7-8，24-28)

图5 南大西洋南段岩浆型盆地构造剖面图（据文献[4，6，31-35]修编）Fig.5： Structural sections of the southern magmatic basins on two sides of the South Atlantic(adapted from References 4，6，31-35)

奥兰治盆地位于西非被动大陆边缘西南非海岸盆地群南端。该大陆边缘陆壳厚度大，莫霍面深度可达40km 左右，在陆壳向洋壳过渡的过程中，莫霍面相对平缓地减至14km 以下。在洋陆转换带下方，伴随有高速度带（高密度带）出现[4]。洋—陆过渡地壳上方发育大量向陆倾斜的正断层，其上可见向海倾斜反射楔形体，为裂谷早期岩浆强烈活动堆积的产物[36-38]。早白垩世晚期，火山地层被后裂谷沉积覆盖，裂后单元厚约5km，在陆架—斜坡区逐渐变薄。过渡期盐岩不发育，阿普特期后进入热沉降阶段，发育重力滑塌构造，以海相硅质碎屑沉积为主。

科罗拉多盆地位于阿根廷东南大陆边缘。该大陆边缘大陆架由陆向海可延伸500km 以上，陆壳下方莫霍面相对平缓，深度达30km 左右，但在向洋壳的过渡中，陆壳减薄相对西非边缘较快，莫霍面较陡[23]。洋陆转换带下方，可见高速度带（高密度带），过渡壳上方发育有向陆倾斜的正断层，其上可见向海倾斜反射楔形体。盆地自早白垩世晚期以来，各时期地层发育较全，以硅质碎屑沉积为主，缺乏盐岩沉积。

3 盆地构造特征对比分析与勘探启示

3.1 盆地构造特征分段对比及成因探讨

南大西洋大洋裂谷张开由南向北传播，盆地群一般经历裂谷期、过渡期和漂移期3 个阶段。在南北向上，构造—沉积—热演化过程有渐变特征或分段特点，表现为盆地宽度（地壳减薄方式及陆架、陆坡结构）、沉积建造组成和结构（盐岩沉积—硅质碎屑沉积分异）、构造样式的南北分段性。

南段以岩浆型边缘为特征，断陷期广泛发育火山岩（玄武岩）（如科罗拉多盆地、佩洛塔斯盆地、奥兰治盆地、鲸鱼盆地等），破裂之后的沉降量较小[39]。另外，裂谷期地幔上涌，减压熔融作用增强，并在地壳下方发生大量火成岩的侵入，因而现今剖面上过渡壳下方出现高速度带（高密度带）[3，20，29]。过渡壳上方常出现向海倾斜反射楔形体，为裂谷早期岩浆强烈活动堆积的产物[38]，与地幔对流主动活动密切相关[36]，并向外扩展和超覆，底部出现破裂不整合。随着裂谷开始热沉降，受向陆倾斜正断层掀斜作用的影响，向海倾斜反射楔形体层理向海方向倾斜，火山地层向扩张中心倾斜。向海倾斜反射楔形体的分布，平面上与中段的盐岩盆地南端（如纳米比亚盆地）有重叠（被盐岩覆盖），并且南美洲一侧比西非一侧发育[8]。早白垩世晚期以后，火山地层被后裂谷沉积覆盖，盆地不发育过渡期盐岩沉积。阿普特期后进入热沉降阶段，两岸盆地处于重力作用的背景，以发育重力滑塌构造为特征，海相硅质碎屑沉积为主。

中段大陆边缘相对于南段岩浆活动较弱，以巴西—安哥拉共轭裂解边缘为代表，同裂谷期岩浆活动不发育，与地幔对流被动活动密切相关[36]，为极度伸展的岩浆贫乏被动大陆边缘，伸展量超过100km，可见一系列向海倾斜的正断层[40]。阿普特期，沿岸盆地处于狭长状的古潟湖环境，南部受鲸鱼海岭阻挡与外海半封闭沟通[5]，盆地内部发育大量盐岩。两岸现今盐盆地为阿普特期统一盐盆地的裂解产物，其分布范围受南大西洋初始张裂位置影响，盐盆向海一侧的边界范围与洋—陆边界大致对应，并且盐岩后期构造变形对其分布范围也有改造（分布范围增大）。裂开后两岸盐盆地平面分布上不对称，巴西一侧南宽、北窄，西非一侧南北两端窄、中间宽但宽度总体相对均匀[5，30]。两岸盆地处于重力作用的背景，现存盐岩沉积厚度（构造厚度），从大陆边缘向深海增大。盐构造从陆到海具有明显的分带性，可划分为伸展—过渡—挤压型的不同盐构造亚带及盐相关构造，如掀斜断块—地堑、盐滚、伸展底辟、褶皱—逆冲断层—挤压底辟—盐蓬、连续加厚带等，造成坡上盐构造伸展减薄、坡下盐构造聚集加厚并向上覆地层上浮运动，或者盐岩发生垂向加厚[41]。中段南部盆地受热点活动影响而形成的外部高地带，对于盐岩盆地前缘构造重力滑动的阻挡及挤压盐构造的形成具有重要意义。中段北部尼日尔三角洲盆地则不发育蒸发岩沉积，阿卡塔组泥页岩作为滑脱层控制其构造样式，大量泥底辟的发育可与盐盆地类比。

赤道段转换构造特征明显，盆地基底主要受控于转换断层系。晚白垩世以来，受热沉降影响，被动大陆边缘盆地陆内裂陷作用相关的伸展断裂系统发育。因阿尔布期南美洲、非洲板块分离方向由NE—SW向变为EWE—WSW 向，区域构造应力特征由张剪性变为压扭性，转换断层沉陷带内的沉积物变形并抬升，形成了大规模近平行于转换断裂带分布的转换脊，是部分盆地剖面上的重要特征[16-18]。转换脊内侧则发育转换台地，其形成与中大西洋裂解和赤道段大西洋转换变形两期构造作用有关[18]。靠近转换脊外侧一般为洋—陆边界，陆壳向洋壳过渡时有一个狭窄的减薄带及高角度的莫霍面，并形成“窄”陆棚、“陡”陆坡的被动大陆边缘地质特征，盆地陆架宽度明显较中段及南段盆地窄。盆地范围受转换脊所限，但因转换脊对盆内沉积物重力滑塌作用的阻隔，盆地沉积盖层厚度大，并以上白垩统和新生界碎屑岩沉积为主，蒸发岩沉积及相关的盐构造不发育。部分盆地不发育转换脊和边缘台地，则重力滑塌构造发育，由陆向海沉积层逐渐增厚。

3.2 油气勘探启示

目前，南大西洋周缘勘探程度较高的盆地主要为尼日尔三角洲盆地、安哥拉海岸带盆地群及大坎波斯盆地群等，根据已有资料总结盆地发育规律并应用到勘探程度低的盆地，是油气勘探有效方法，如秦雁群等将尼日尔三角洲盆地的性质对比应用到勘探程度低的波蒂瓜尔盆地[22，42]。南北向上，每段可概括为一个类型的盆地，处于相似的构造演化背景，勘探层位可在盆地群之间作横向对比拓展。东西向上，沿着转换断层，通过共轭性研究可以对比两岸盆地的裂谷—漂移期层序，进而确定有利区带。

4 结论

根据地壳断面图的解释及对比，可知地壳减薄方式决定陆架、陆坡结构和被动大陆边缘盆地类型。地壳剧然拉断或转换拉分，地壳急速径缩形成窄陆架、陡陆坡；地壳充分减薄，形成宽缓陆架。陆架的宽窄决定了被动大陆边缘盆地的范围，陆坡的倾斜使得整个南大西洋盆地群处于重力作用的背景，其坡度决定了盆地内重力滑塌构造及盐（泥）构造发育的程度。

根据盆地群构造剖面的解释及对比，南大西洋两岸盆地群构造特征的分段性差异明显：南段为岩浆型盆地，岩浆活动剧烈，在洋陆过渡壳下方，伴随有高速度带（高密度带）出现，过渡壳上方可见向海倾斜反射楔形体；中段为盐（泥）构造型盆地，岩浆活动较南段弱，地壳伸展作用较强，阿普特阶盐岩发育，盐构造从陆到海具有明显的分带性，尖灭于外部高低带及洋—陆边界上；尼日尔三角洲盆地较为特殊，阿卡塔组泥页岩作为滑脱层控制其构造样式，但可与盐盆地类比；赤道段为转换型盆地，主要受控于转换断层系，陆棚较窄、陆坡较陡，重力滑塌构造发育，部分盆地发育转换脊（靠近洋—陆边界）和边缘台地，转换脊限制盆地沉积范围，并对盆内沉积物重力滑塌作用有阻隔，使得“窄”盆内沉积物堆积而具有较大沉积厚度。

通过盆地共轭性研究，东西向上，沿着转换断层，每段内盆地类型相同，处于相似的构造演化背景，可以对比两岸盆地的裂谷—漂移期层序。油气勘探层位可在盆地群之间作横向对比拓展，可将高勘探区盆地发育规律应用到勘探程度低的盆地。

致谢：感谢中国石化石油勘探开发研究院提供的海外地震资料，感谢殷进垠、邬长武、田纳新等专家对本论文工作开展中的指导和帮助。