欧加登盆地构造及沉积充填演化特征

李 明

中国石油辽河油田分公司， 辽宁 盘锦 124010

0 引 言

欧加登盆地位于埃塞俄比亚的东南部， 是在前寒武系基底之上发育的叠合盆地， 构造上处于非洲板块东北角， 属于索马里盆地的一个次盆［1］， 盆地整体呈菱形， 面积约35×104km2。 盆地油气勘探始于20 纪40 年代， 先后有十余家国际石油公司曾经在此开展过油气勘探活动， 累计采集二维地震23×104km， 钻井57 口， 只发现了两个气田， 即Calub 气田和Hilala 气田［2］， 至今未有公司对气田投入开发。 虽然该地区油气均有所发现， 但由于各国际石油公司所登记的矿权区比较分散， 导致了对盆地的整体构造格局和沉积充填特征认识不清， 勘探方向难以明确。 为了进一步落实欧加登盆地的油气勘探潜力， 在前人研究的基础上， 结合近几年来新补充的钻井资料和地震解释成果对盆地的构造、 沉积特征进行了深入分析， 对该地区的基础地质条件有了更准确的认识。

1 地质概况及区域构造演化特征

欧加登盆地基底为前寒武系的变质岩系， 岩性主要为混合片麻岩、 片岩和石英岩等。 沉积盖层为古生界二叠系、 中生界和新生界， 是在晚二叠世—三叠纪Karroo 陆内裂谷基础上发育的中生代大陆边缘盆地［3］， 具有明显的叠合盆地特征， 古生界、 中生界和新生界总厚度最大超过7 000 m。

盆地的演化阶段与东非区域构造运动相对应， 受控于东非Karroo 热柱、 古冈瓦纳板块的裂解、 马达加斯加与印度板块的飘移以及Afar 热柱作用［4-6］。 晚二叠世—三叠纪， 受Karroo 热柱作用， 冈瓦纳古陆开始分裂， 该时期断裂活动和差异沉降最为强烈， 在东非至南非发育了近南北向的陆内Karroo 裂谷系［7-8］， 埃塞俄比亚的东南部处于该裂谷系的北部末端（图1），裂谷走向为北东向， 沉积了Karroo 群陆相地层， 最大厚度可达4 000 m， 盆地雏形形成。 早侏罗世起， Karroo 裂谷活动逐渐减弱， 马达加斯加和印度板块与非洲板块开始分离， 印度洋逐渐打开［9-10］， 盆地进入陆间裂谷演化阶段， 海水开始侵入， 形成巨厚的碳酸盐岩、 页岩和蒸发岩沉积。 晚白垩世， 印度大陆开始沿左行走滑裂谷向北东方向分离漂移， 欧加登盆地进入被动大陆边缘阶段。 渐新世， 以Afar 热柱为中心， 软流圈地幔对流上涌， 大陆岩石圈区域性拱起， 东非的构造活动再次变得频繁， 表现为东非大裂谷、 红海和亚丁湾三叉裂谷系的形成［11-13］， 在欧加登盆地表现为盆地西部和北部不断抬升、 倾斜， 并伴随大规模的火山活动， 以致于盆地西北部地层被强烈抬升剥蚀［14］，仅在东南部残余约1 500 m 的晚白垩世—新生代地层。

图1 欧加登盆地区域Karroo 裂谷分布图Fig.1 Karroo rift region distribution map about Ogaden basin

2 盆地结构及构造单元划分

欧加登盆地是一个典型的叠合型盆地， 底部的Karroo 裂谷是一个三段式裂谷［15］， 左支和右支走向为北北东向， 中支走向为北东东向， 具有明显的断陷结构特征。 侏罗系—下白垩统海相地层属中生代陆间裂谷沉积， 盆地表现为整体坳陷结构特征。 通过区域地震剖面解释， Karroo 期裂谷盆地洼隆特征较为明显，综合断陷式盆地和坳陷式盆地的构造单元划分原则［16-17］， 将Karroo 群的边界作为隆起和斜坡的分界线， 将Karroo 裂谷深陷阶段发育的Bokh 组边界作为斜坡和坳陷的分界线， 将控凹断裂作为凹陷的边界，据此原则可将盆地划分为七个一级构造单元， 将中部坳陷划分为七个二级构造单元（图2）。

图2 欧加登盆地构造单元划分图Fig.2 Structural unit division map of Ogaden basin

盆地中凹陷的发育受控Karroo 期断裂， 在盆地西南部发育西部凹陷， 为北北东走向的双断式地堑结构， 并向北东方向延伸， 与中部凹陷被中央凸起相隔开。 中央凸起走向为近东西向， 由一系列受北东东向断裂控制的背斜组成， 各背斜之间以断层或鞍部相接。 东部凹陷受北东向主干断裂控制， 凹陷走向与西部凹陷基本平行， 与中部凹陷之间无主干断裂发育，表现为西高东低的单斜。 总体来说欧加登盆地经历了多期的不同动力学背景的构造演化， 盆地构造格局主要形成于晚二叠世—三叠纪， 受控于Karroo 裂谷作用， 并于早白垩世定型。

3 盆地沉积充填演化

根据区域构造演化、 盆地结构及沉积充填特征，将盆地的构造演化分为四个阶段： （1） 晚二叠世—三叠纪的Karroo 陆内裂谷阶段， 为盆地裂开的初始阶段； （2） 侏罗纪—早白垩世的陆间裂谷阶段， 为盆地的整体坳陷阶段； （3） 晚白垩世—古新世的被动大陆边缘沉降阶段， 为盆地的构造反转阶段； （4） 渐新世以来的局部抬升阶段， 为盆地的萎缩消亡阶段（图3）。 由于不同的构造演化特点， 沉积充填随着时间和空间变化而发生着相应的变化， 从而形成盆地现今的构造格局。

3.1 Karroo 陆内裂谷阶段

晚二叠世受Karroo 热柱作用， 冈瓦纳大陆开始裂解， 在东非形成了近南北向的狭长裂谷系， 在埃塞俄比亚境内已是裂谷系的北部末端， 形成时间要晚于东非南部的Karroo 裂谷系， 此时盆地总体上表现为北北东走向， 与大洋也没有沟通， 因此在狭长的裂谷盆地中发育了典型的陆相碎屑岩沉积物［18］。

最初沉积物为Calub 组， 发育于盆地的初始张裂阶段， 覆于基底之上， 盆缘的冲积体系向盆地中央推进， 主要由结构不成熟的碎屑岩组成， 岩性主要为砾岩、 砂岩和粉砂岩， 为冲积扇相砂岩， 自下而上粒度逐渐变细， 表明冲积扇为主的沉积环境正在被冲积平原所代替。 随后是长期沉积的Bokh 组湖相页岩， 发育于盆地裂谷期的深陷阶段， 断裂伸展强烈， 盆地加速沉降， 湖盆水域急剧扩张， 水体加深， 冲积体系退至盆缘， 以黑灰色页岩为主， 在深洼区沉积厚度超过2 000 m， 湖泊充填呈整体向上变细的特征， 顶部基本不发育砂岩层。 Bokh 组页岩有机质含量最大可达5%， 成层性好， 是Karroo 裂谷层序中唯一烃源岩层，总体处于高成熟—过成熟阶段。 Gumburo 组发育于裂谷—坳陷转换阶段， 湖盆可容空间增速减缓， 进入三角洲—河流冲积环境， 发育的砂岩向上粒度逐渐变粗， 在该时期Karroo 裂谷的沉积范围向北扩张了数百公里， 对盆地具有填平补齐的作用， 并为中生界海相沉积提供了平缓的古地貌背景（图4）。

图3 欧加登盆地综合柱状图Fig.3 Comprehensive bar chart of Ogaden basin

图4 欧加登盆地陆相沉积模式图Fig.4 Continental sedimentary pattern of Ogaden basin

3.2 侏罗纪—早白垩世陆间裂谷阶段

侏罗纪开始后Karroo 裂谷活动终止， 马达加斯加—印度板块与非洲板块分离， 沿右行走滑裂谷向南漂移， 盆地进入陆间裂谷阶段， 至早白垩世末期， 马达加斯加相对于非洲大陆的漂移和其间的海底扩张作用停止， 东非大陆边缘主要构造基本定型［19］， 洋中脊基本保持在目前的位置上， 东非大陆边缘开始进入相对稳定阶段。

图5 欧加登盆地海相沉积模式图Fig.5 Marine sedimentary pattern of Ogaden basin

这个阶段盆地是在裂谷终止、 陆壳收缩塌陷和海底扩张开始时期接受沉积的， 沉积环境主要为局限浅海背景， 表现为延伸到大陆内部的狭长海湾。 海水从索马里南部沿着东部凹陷向盆地内侵入， 碳酸盐岩的发育标志着Karroo 期的结束， 盆地开始进入海相沉积环境。 在陆内裂谷层序的顶部和陆间裂谷层序的底部发育一个区域不整合面， 也是划分层序的重要标志。海侵初级阶段的Adigrat 组为滨岸相环境， 全区普遍发育海相砂岩， 厚度薄， 分布广， 其上发育Hamanlei群厚层碳酸盐岩， 为碳酸盐岩台地环境， 岩性主要为灰岩、 白云岩、 页岩和蒸发岩（图5）， 其中M.Hamanlei 组为局限台地相， 白云岩和硬石膏岩互层发育， 为欧加登盆地陆间裂谷层序中的主要勘探目的层。 之后沉积了Uarandab 组， Uarandab 组顶面是最大海侵面， 水体最深， 发育广海陆棚相沉积， 岩性主要为暗色的页岩， 接着是一个大规模海退序列的开始，依次沉积了Gorrahei 组、 Mustahil 组和Ferfer 组碳酸盐岩， 其间记录了多次海侵和海退。 总的来说， 这个阶段的沉积演化是一个大规模海侵序列—大规模海退序列的完整过程， 形成了多套生储盖组合。

3.3 晚白垩世—古新世被动大陆边缘沉降阶段

晚白垩世开始后， 印度大陆相对于东非大陆边缘及马达加斯加开始分离， 开始以左行走滑裂谷向北东方向漂移， 东非北部索马里一带进入被动大陆边缘沉降阶段。 由于区域构造应力场发生了巨大变化， 这个阶段是盆地内褶皱形成的主要时期［20-21］。

区域的不整合面是划分层序的主要依据， 在盆地东北部的大部分地震测线都可以看到明显的削蚀不整合面。 被动大陆边缘沉降阶段的沉积环境为开阔的浅海相， 沉积岩类型多样， 主要包括建设型三角洲砂岩沉积、 碳酸盐岩及蒸发岩沉积等。 其中的Jesomma 组主要由细粒和粗粒碎屑岩组成， 沉积物来自于大河三角洲， 导致了边缘沉降盆地的持续充填和大陆坡向海快速延伸， 其顶界面为中、 新生界的分界面。 碳酸盐岩台地相在此阶段也广泛发育， 例如Auradu 组碳酸盐岩的快速建造并发展成为蒸发台地相， 岩性为灰岩、 云岩和硬石膏岩。 空间上被动大陆边缘层序仅在盆地的西南部， 由于该地区成熟的烃源岩分布范围较小， 该套层序难有勘探突破， 在目前的勘探阶段不作为勘探主要目的层序。

3.4 渐新世以来的局部抬升阶段

渐新世开始后， 东非边缘随着Afar 热柱喷发， 红海—亚丁湾—东非三叉裂谷系形成， 伴随有分布广泛、 比较强烈的火山作用， 欧加登盆地的东北部局部抬升， 长期处于隆起剥蚀状态， 未接纳沉积， 进入萎缩消亡阶段［22］。 在此之后， 只有局部地区接受了新近系沉积。 至此， 欧加登盆地结束了古—新生代构造发展的历史， 在经历了多期构造运动后， 形成了现今高原并局部发育火山岩的自然地理景观。

4 结 论

（1） 欧加登盆地是一个在夭亡的陆内裂谷基础上发育的叠合盆地， 其构造演化受控于冈瓦纳古陆的裂解、 马达加斯加—印度板块的漂移、 印度洋海底扩张及红海—亚丁湾—东非三叉裂谷系的活动， 记录了盆地从雏形—发展—萎缩的整个演化过程， 主要经历了四个演化阶段： ①晚二叠世—三叠纪的Karroo 陆内裂谷阶段； ②侏罗纪—早白垩世的陆间裂谷阶段； ③晚白垩世—古新世的被动大陆边缘阶段； ④渐新世以来的局部抬升阶段。

（2） 盆地构造形态受控于Karroo 期发育的北北东向和北东东向断裂两组基底断裂， 裂谷走向与控盆断裂走向平行， 根据Karroo 期裂谷的构造格局， 将裂谷沉积边界、 主力烃源岩层Bokh 组边界和控凹断层作为构造单元划分的主要依据， 将盆地划分为“三隆起三斜坡一坳陷” 七个一级构造单元， 将中部坳陷进一步划分为七个二级构造单元。

（3） 欧加登盆地的沉积演化是一个从Karroo 群陆相沉积序列—侏罗系规模海侵序列—白垩系规模海退序列的完整过程， 其中陆相层序发育在陆内裂谷阶段， 包括了湖盆的产生、 发展与消亡的全过程， 经历了冲积环境—湖泊环境—河流三角洲环境。 Adigrat 组底界为不整合面和海陆相沉积的相变面， 之后发生规模海侵， Uarandab 组顶面是最大海侵面， 接着是一个大规模海退序列的开始， 期间经历了多期的海侵和海退。 因此， 这种沉积演化发育特点决定了盆地发育陆相和海相两种类型、 多套生储盖组合。