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西非北部塞内加尔盆地白垩系陆源碎屑沉积体系及其控制因素

2020-12-15冯志强邬长武田纳新马天碧王大鹏陶崇智高蔚原

石油与天然气地质 2020年6期
关键词:层序诺曼三角洲

宫 越,冯志强,邬长武,田纳新,马天碧,王大鹏,陶崇智,高蔚原

(中国石化 石油勘探开发研究院,北京 100083)

西非北部的塞纳加尔盆地作为近期全球油气勘探发现最活跃的地区之一[1-4],在深水区相继发现了一系列油气田。盆地自阿尔比期开始自东向西形成了陆架三角洲及一系列前三角洲斜坡扇体系,目前所发现的油田均位于该白垩系沉积体系中。因此塞内加尔盆地,乃至西北非地区,引起了石油工业界的广泛关注,成为石油地质学家的重点研究对象。Davison(2005)系统阐述了西非各盆地的油气系统条件[5];Ye等(2017)对非洲北部的区域性古地理变迁进行了系统讨论和梳理[6];Casson等(2019)探讨了西北非陆缘沟谷的演化与物源及扇体展布变迁的联系[7]。国内熊利平等(2005)多位学者对西非南北海岸盆地的构造演化过程,及各盆地的油气地质条件和成藏条件进行了对比和分析研究[1,8-13]。

但目前西非北部盆地总体勘探程度较低,作为塞内加尔盆地的主力产油层,其白垩纪陆架三角洲及斜坡扇体系沉积演化还缺乏系统的研究[14],控制因素也未深入探讨。而陆架边缘带是从大陆向深海过渡的斜坡带,是海洋盆地中非常重要的一个沉积地貌,其沉积发育演化可以为解释深海盆地形成和演变历史提供非常关键的记录。本研究立足于塞内加尔典型被动大陆边缘盆地,通过对研究区陆缘和陆坡的演化过程及控制因素研究,为西非北部的盆地动力学探讨提供支撑和依据。

1 地质背景

塞内加尔盆地是西非海岸面积最大的含油气盆地,从北向南以大型的转换断层为界依次划分为毛里塔尼亚次盆、北部次盆和卡萨芒斯次盆3个次盆(图1)。研究区地震数据主要位于北部次盆。

图1 塞内加尔盆地位置示意图(a)和构造单元划分(b)Fig.1 Location (a) and tectonic units (b) of the Senegal Basin

塞内加尔盆地为裂谷与被动大陆边缘相叠合的盆地,其形成演化同非洲板块和北美洲分离紧密相关。整体上,西非北部盆地经历了4期构造事件:前寒武纪—泥盆纪克拉通内拗陷作用、石炭纪—二叠纪的海西运动、三叠纪—早侏罗世的裂陷伸展作用以及中侏罗世至现今的被动陆缘热沉降作用。对油气成藏影响较大的时期是三叠纪—早侏罗世裂谷发育阶段,以及中侏罗世以后被动大陆边缘阶段[15-16]。

1) 三叠纪—早侏罗世:裂谷作用及持续拉张

三叠纪受新特提斯洋开启的作用影响,非洲和北美洲板块开始拉张分离。三叠纪—早侏罗世西北非地区整体上表现为北西-南东向拉张、伸展的构造背景,发生大规模的裂谷作用,导致北东方向的岩浆侵入、膏盐形成和裂陷期陆相地层的发育(图2)。

2) 中侏罗世之后:被动大陆边缘热沉降阶段

西非北部地区过渡阶段不明显,洋壳在中侏罗世形成[15-17],西非北部地区主体进入被动陆缘阶段。在被动陆缘早期伴随中大西洋裂开之后的大陆漂移,西非北部盆地侏罗纪主要发育碳酸盐岩台地,沉积了浅水碳酸盐岩、滨岸砂,以及半深海、深海相碳酸盐岩和泥页岩。被动陆缘晚期阶段主要发育三角洲、扇三角洲、海底扇及深海浊积沉积(图3)。在阿尔比期中、南大西洋完全沟通,沉积了西非区域性的塞诺曼阶-土伦阶海相页岩优质烃源岩。在白垩纪全球海平面上升,大陆边缘出现了富有机质沉积。

图3 塞内加尔盆地岩性柱状图及构造演化Fig.3 Lithological column and tectonic evolution of the Senegal Basin

在之后的热沉降期间,发生了2期构造反转:第一期为晚白垩世伊比利亚板块与非洲板块碰撞,引起了褶皱作用和构造反转;第二期为新生代(晚始新世、晚中新世和更新世)阿特拉斯(Atlas)造山运动,引起了北部盆地的构造反转和褶皱作用。

2 层序地层格架

Vail等人按级别将层序划分为一至五级层序,每个层序级别对应相同级别的海平面变化旋回和不同的时间跨度及地层沉积厚度[4,17]。研究区通过2D/3D地震资料和测井资料精细解释,识别并总结出6种层序界面的地震相(图4)。层序界面识别主要依据局部的削蚀不整合;局部溶蚀不整合;地震剖面的高连续性强振幅反射界面(冲刷界面),伴随上超接触或前积层的底超接触关系。结合测井曲线明显的突变,盆地的白垩纪沉积充填可划分出2个复合二级层序CS1和CS2,以及内部的8个三级层序(图4,图5)。

图4 塞内加尔盆地层序界面地震相特征Fig.4 Characteristics of seismic facies of the sequence boundaries in the Senegal Basin

2.1 二级层序界面

二级层序界面的不整合分布范围广泛,受控于周期性的构造演化,是建立区域性的层序地层格架的基本单元[18]。研究区白垩系主要发育2个复合二级层序CS1和CS2,以及3个区域性不整合面,即阿普特顶界面(CSB1)、塞诺曼阶地层顶界面(CSB2)以及白垩系顶界面(CSB3)。CSB1(阿普特阶顶面)和CSB2(塞诺曼阶顶面)2个区域性不整合界面分别为CS1和CS2二级层序单元的底界面,对于研究区储层分布以及油气成藏有重要控制作用。

CSB1界面是阿普特阶与阿尔比阶之间分布广泛的区域性不整合面,且上下地层岩性差异明显,由碳酸盐岩台地变为碎屑岩沉积为主。研究区不同部位,CSB1的不整合接触特点各有不同。①台地:下部地层表现为削蚀不整合和岩溶暴露面,上部地层呈下超接触特征。②陆坡之下:上部地层表现为平缓超覆,下部地层呈无削蚀、相对平行的特点(图5,图6)。另外,最新探井表明CSB1界面也是早期碳酸盐岩地层相变为碎屑岩地层的岩性转换界面。

图5 塞内加尔盆地地震-地质剖面、测井曲线及层序划分Fig.5 Seismic section,logging curves and stratigraphic sequence division of the Senegal BasinSF1.三角洲平原;SF2/SF3.三角洲前缘;SF4.前三角洲;SF5.侵蚀-充填水道;SF6.泥石流朵体;SF7.前缘扇朵体;SF8.远端扇朵体;SF9.沿岸流改造复合扇体

图6 塞内加尔盆地碎屑岩沉积体系地震相特征Fig.6 Seismic facies characteristics of the clastic sedimentary system in the Senegal BasinSF1.三角洲平原;SF2/SF3.三角洲前缘;SF4.前三角洲;SF5.侵蚀-充填水道;SF6.泥石流朵体;SF7.前缘扇朵体;SF8.远端扇朵体;SF9.沿岸流改造复合扇体

CSB2是塞诺曼阶和土伦阶的分界面,是一分布广泛、削蚀特征十分明显的区域性不整合面。这与塞诺曼晚期全球海平面持续下降有关。CSB2界面在陆架上越靠近陆坡处,削蚀特征越明显,上下接触关系与CSB1相似,下部地层削蚀,上部地层下超。但剥蚀程度更加强烈,部分区域剥蚀严重导致在CSB2界面阿普特地层出露。S井测井曲线在CSB2处发生了突变,GR值突然降低,表现出明显的冲刷和下蚀的特征。在陆坡之下CSB2主要表现为水道下切特征。下部地层被不同程度的冲蚀、削截;在界面之上存在较为宽泛的水道充填,发育中等振幅、紊乱或零星的前积结构,或叠瓦状侧积特征。

2.2 三级层序界面

三级层序持续时间和不整合作用范围都比二级层序要小,持续时限约0.5~3 Ma,通常是低角度的侵蚀不整合[19]。其形成与气候周期引起的基准面变化有关。研究区目标层段发育于被动大陆边缘阶段,相对海平面处于持续上升阶段,可容纳空间增大,沉积物通量增大,共同导致了一系列三级界面的形成。利用井-震资料,在CS1和CS2 复合层序内部共识别出8个三级层序(SQ1—SQ8),以及9个三级层序边界[SB1(CSB1),SB2—SB4,SB5(CSB2),SB6—SB8和SB9(CSB3)]。这些三级层序均在大面积或局部可见冲蚀现象,且发育小规模沟谷,上部地层可见底超或下超现象(图5,图6)。SB2和SB3界面在S井曲线上表现出由下部泥岩向上变为指状砂岩的岩性突变,GR曲线突然降低,视为冲刷面。

3 陆架三角洲及斜坡扇

阿尔比早期碎屑岩开始大规模进入研究区,形成内陆架三角洲并向西逐渐推进。原坡脚发育的碳酸盐碎屑扇体变为以陆源碎屑为主的浊积扇,并向深盆推进发育。这些浊积扇与陆架三角洲具有明显“源-汇”关系。不同阶段研究区内发育的主要沉积体系有所不同:①阿尔比期—塞诺曼期(CS1),受先存巨厚碳酸盐岩台地和断裂活动的影响,以陆架坡折为分界线,研究区可见陆架三角洲和斜坡扇沉积。②土伦期—马斯特里赫特期(CS2),水体环境加深,陆架坡折向陆地方向后撤,两阶台地逐渐被填平,形成完整斜坡,物源碎屑以斜坡扇群的沉积样式展布在研究区。

3.1 陆架三角洲

陆架三角洲在研究区主要发育于阿尔比期的SQ1—SQ3。塞诺曼期由于强烈的区域性剥蚀,残留陆架三角洲只在研究区东南角小范围分布,之后水体环境加深,陆架坡折向陆地跃迁,研究区主要为陆坡上发育的沉积体系。区内陆架边缘三角洲在阿尔比早期(SQ1)和中期(SQ2)的前积特征最为明显,可见三角洲从研究区东部向西推进的过程。阿尔比晚期(SQ3)在经历短暂三角洲顶积层剥蚀冲蚀后,快速水进,在区内发育横向稳定的偏泥质沉积。

根据地震相和测井资料,将研究区的陆架三角洲划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。三角洲平原分布局限在研究区东南角,地震相表现为中-强振幅、中连续、平行-亚平行反射特征(图6)。区内主要发育三角洲前缘和前三角洲沉积相。三角洲前缘主要发育2种内部反射结构,分别为切线斜交-斜交型和S型前积结构,外部形态呈透镜状。S井在研究区也表现出明显的三角洲特征,阿尔比早期SQ1的GR曲线多为箱型或钟形,中期SQ2多呈微齿化以及微齿化钟形,岩性为中-细砂岩到粉砂岩,以三角洲前缘沉积体系为特征。阿尔比晚期SQ3的GR曲线以微齿形以及微齿化指状为主,岩性以泥岩、泥质灰岩和白云岩为主,以前积体系的末端为特征,结合明显的下超,表现为区域性快速水进。

3.2 斜坡扇地震相特征及沉积演化

3.2.1 斜坡扇地震相特征

斜坡扇体系通常发育在具有成熟水系和较大的源区的斜坡边缘,其沉积主要来源于泥质陆架和上斜坡沉积物的失稳或分离,斜坡边缘以侵蚀型的沟谷和拉伸旋转型的滑塌体为特征[20-24]。研究区从阿尔比期至马斯特里赫特期都有发育斜坡扇体系,根据其地震相特征,分析总结出4种沉积单元,分别是泥石流朵体、侵蚀-充填水道、前缘扇朵体以及远端扇朵体(图6)。

这4种地震相在斜坡扇的不同阶段都有发育。①侵蚀-充填水道的地震相常发现于研究区斜坡水道与下斜坡扇的过渡区,底部切割下伏地层,内部充填由呈中-强等振幅、弱连续性的杂乱反射结构或平行反射结构组成。②泥石流朵体地震相特征表现为外部透镜状,内部呈弱振幅、弱连续性的杂乱反射,反映地层的剧烈变形和相对不稳定的动荡环境。③前缘扇朵体地震相发育于下斜坡脚和斜坡上,底部微弱切割下伏地层,顶部向上凸起,或呈透镜状。地震反射特征反映了当时的沉积环境比侵蚀-充填水道更加稳定,处于局部限制性水道向非限制性的扇体转换的位置。④远端扇朵体地震相以变动振幅、中等连续性的平行反射结构为特征,外部几何形态为席状,顶底分别与上覆地层和下伏地层平行整合接触。这种席状反射一般出现在均匀稳定的环境当中,在研究区指向盆底的深海环境。

3.2.2 斜坡扇沉积演化

依据研究区斜坡扇演化程度可划分划分出3个阶段:阿尔比期—塞诺曼早期(SQ1—SQ3)、塞诺曼晚期—康尼亚克期(SQ4—SQ6)和圣通期—马斯特里赫特期(SQ7—SQ8)。各阶段斜坡扇突出特点不同,分别发育坡脚堆积滑塌扇(图7a1)、侵蚀-充填型深海扇(图7b1)、细粒宽缓型斜坡扇(图7c1)。同时,塞诺曼晚期—康尼亚克期受沿岸流的影响,斜坡扇的结构和展布特点被改造,形成独特的深海沿岸流复合型扇体,以土伦期(SQ5)最为典型(图7b2)。

图7 塞内加尔盆地斜坡扇均方根地震属性Fig.7 RMS attributes of the slope fan facies in the Senegal Basin

1) 阿尔比期—塞诺曼早期(SQ1—SQ3)

阿尔比期深海浊积扇主要为坡脚堆积滑塌扇,位于陆坡下部至坡脚处,是白垩纪斜坡扇展布最靠近陆坡的阶段。外部形态成呈楔状、面积小厚度大。这一阶段的斜坡扇主要由坡上三角洲前缘砂经断坡滑塌而成,扇体与陆架及陆坡的沟谷对应良好(图7a2)。

均方根振幅高值区主要分布于南部沿沟谷口地区,均方根振幅存在4个高值区,3个沿沟谷区呈扇状分布,由内到外振幅逐渐减小(图7a3),推测该阶段主要发育深海浊积扇外扇亚相的沉积。塞诺曼早期扇体是阿尔比期坡脚扇的继承发展,成裙带状发育于坡脚处,扇体进一步向深海方向发展,与沟谷存在良好的对应关系。

2) 塞诺曼晚期—康尼亚克期(SQ4—SQ6)

这一阶段由于陆架方向的广泛剥蚀带来了大量物源碎屑,研究区开始发育侵蚀-充填深海扇,具有分布面积大、可见多个下切谷及侵蚀水道、中强反射和岩性偏细的特征。

塞诺曼晚期扇体进一步向深海发展,坡脚发育沟谷及扇内辫状水道。坡下深水沉积物主要为坡上三角洲前缘沉积物滑塌而来,超覆于下部沉积坡折之上。此时期均方根振幅异常高值主要分布在南部,且主要沿沟谷呈扇状分布。

土伦期也发育侵蚀-充填型深海扇,但是受底流改造作用强烈,主要发育深海沿岸流复合扇体,在区内面积较大、厚度薄。其地震相多为有规律的前积反射或叠瓦状结构,局部具有较为杂乱的多角度接触关系,整体表现为中强振幅-差连续性,局部稍强。体现了沉积多期沟谷冲刷、坡下重力流多期叠置以及底流作用再改造特点。外部形态表现为顶底为连续强反射,底部可见侵蚀特征。平面上均方根振幅高值区主要分布于坡下南部,坡上下切沟谷特征明显,且坡脚仍可见扇内主水道,沿陆坡沟谷口逐渐散开展布,扇内辫状河发育位置比下段更向深盆方向发展(图7b2)。在工区西北角可见朵体整体呈向南部拖曳状,内部可见条带状高值区。

康尼亚克期斜坡扇向深盆继续发展,地震相具有叠瓦状前积结构及紊乱反射特征,内部强弱间互,推测为多期冲刷及底流改造共同作用。研究区西部具有坡下重力流沿沟口持续滑动形成的泥石流朵体和前缘扇朵体的特点。康尼亚克期坡下地层均方根振幅高值区呈鸟足状或扇状展布(图7b3),由内到外振幅逐渐减小,体现由内扇到外扇岩性粒度的逐渐变细。

3) 圣通期—马斯特里赫特期(SQ7—SQ8)

圣通期断坡地层落差不断减小,均方根振幅高值区主要分布于坡下北部区,沟谷相对宽缓,沟谷内充填的沉积物相对连续,图7c2和7c3中可见沟谷内不连续丝状高值区。坎潘期-马斯特里赫特期,研究区开始具有被动大陆边缘宽缓特征的斜坡地貌。斜坡上也发育多期斜坡扇,朵体之间相互叠置。此时的沉积物来源主要为陆坡下切沟谷输送。由于其厚度较薄,地震剖面上多呈现一到两个同相轴,平缓上超于斜坡之上,丘型特征不明显。

但通过地震属性提取与刻画,其平面扇体特征仍十分显著。图7c2中可见陆坡上的供给水道,以及斜坡扇体的上扇部分。扇体中可见呈低值条带状的下切水道。朵体的分布面积较前期斜坡扇增长很多,外部形态呈现较薄的宽缓朵体,且相互叠置。

3.3 陆架三角洲-斜坡扇沉积模式

经过对研究区陆架三角洲及斜坡扇的研究,总结出白垩纪陆架-陆坡的碎屑岩沉积模式(图8)。在阿尔比期以前,碎屑岩还未大规模进入研究区,陆架三角洲和大规模斜坡扇还未发育,研究区主要发育碳酸盐岩建造,在局部下陆坡发育碳酸盐岩碎屑滑塌。至阿尔比期碎屑岩开始大规模进入研究区,在台地上发育陆架三角洲,由西向东逐步推进。至阿尔比晚期越过陆架坡折,在坡脚发育由三角洲前缘滑塌堆积而形成的斜坡扇。至塞诺曼以后,受海平面升降的影响,陆架方向发生大规模剥蚀,为研究区带来大量碎屑,斜坡扇开始向深盆推进发育,呈鸟足状或扇状展布,具有侵蚀下切,厚且大的朵体特点。至圣通期后,断坡的落差逐渐为陆源碎屑填平,研究区变为完整的斜坡,陆架坡折向陆地方向跃迁,在研究区不再可见,研究区进而发育细粒的宽缓型斜坡扇和长供给水道,扇体薄而宽且相互叠置,具有较好的横向连续性。

图8 塞内加尔盆地斜坡扇发育演化模式Fig.8 Development and evolution patterns of the slope fan facies in the Senegal Basin

4 控制作用讨论

塞内加尔盆地晚白垩世后形成陆架三角洲-深海浊积扇的沉积格局在各阶段具不同的结构和平面展布特征。这与不同时期的物源供给、古地貌和海平面变化密切相关。

4.1 继承性古地貌

区域性构造事件对研究区的古地貌产生了影响,进而控制了研究区白垩纪的碎屑岩沉积分布。通过Davison(2005)的研究可以发现,研究区在阿普特末期或阿尔比早期发生了陆缘翘倾,毛里塔尼德(Mauritanides)活动带西侧发育了一系列向西倾斜的正断层,地层向陆地方向倾斜[5-6]。从本研究的地震剖面中也可观察到,阿普特和阿尔比地层向陆地倾斜,地层发生翘倾时间与中大西洋扩张速率增加时间相对应[25]。早白垩世中大西洋扩张速率的增加进一步促进了西北非陆缘地层的翘倾发育,而台缘礁体的生长使台缘“高地”更加明显。

这种陆缘翘倾的古地貌对上覆地层的发育分布具有控制作用。阿普特末继承性古地貌(东南低西北高)在台缘后方(向陆一侧)形成凹地,发育潟湖,进一步控制了后期物源进入研究区的方向、三角洲填充和推进范围。图9中显示的是阿普特末期的古地貌高低与阿尔比期地层厚度之间的联系(等高线为阿普特末期研究区古地貌,颜色表示上覆地层——阿尔比阶的沉积厚度),可以发现在研究区东部的内陆架区,具有较低地势的古地貌在后期发育了较厚的阿尔比期陆源碎屑沉积物。古地貌的高低地势控制了后期地层的沉积中心位置,阿普特期形成的边缘高腹地低的陆架地貌,使后期阿尔比的碎屑岩先在台缘后方的“凹地”内大量堆积充填,填满后再越过陆架坡折向陆坡继续推进。因此,研究区的演化是早期台缘后方(陆地方向)的陆架“凹地”充填,中期的陆架边缘剥蚀,及晚期的“断崖”消失的过程。

图9 塞内加尔盆地阿普特末期古地貌与上覆阿尔比阶地层厚度Fig.9 Paleogeomorphology of the Late Aptian and isopach map of the overlying Albian in the Senegal Basin

古地貌的影响还体现在陆架下切沟谷对深海扇体位置与规模的控制。康尼亚克阶-马斯特里赫特阶盆地扇发育的位置一直与陆架坡折的沟谷对应良好,在原有的沟谷及盆地扇上进行继承性发展。初期陆架冲蚀或滑塌产生的沟谷影响了后期斜坡扇的发育位置。

4.2 陆源供给

研究区东部的长期隆升为塞内加尔陆缘盆地带来了持续性物源。Ye等人(2017)通过对非洲西北部的古地理研究认为,本研究区东部的毛里塔尼德(Mauritanides)活动带及周边微板块自侏罗纪开始,发生了近100 Ma的持续性隆升剥蚀,为塞内加尔陆缘盆地和撒哈拉盆地提供了物源[6]。最新的低温热年代学数据也记录了毛里塔尼德从180~100 Ma的剥蚀数据[26]。Ye同时论证了这种近100 Ma的长周期性隆升剥蚀应与早期侏罗纪的CAMP(Central Atlantic Magmatic Province)及后期的地幔活动有关,而非前人[27]认为的陆肩削蚀。这解释了研究区丰富陆源碎屑的原因,但无法解释为何阿尔比期陆源碎屑供给突然增大。

Mourlot等人(2018)通过钕同位素数据分析结果描绘了西北非洲的分段式的汇水体系及物源剥蚀区,研究认为赤道大西洋和南大西洋的完全开放触发了非州西北部的加速剥蚀,这很可能是这一时期研究区硅质碎屑大量涌入的原因[28]。其研究结果与Bird等人(2007)对中大西洋海底扩张的研究相呼应[25],其研究发现南大西洋在阿普特末期裂开对中大西洋的漂移速率有一定影响,非洲板块的半漂移速率在阿普特末由15 cm/a增速至23 cm/a[25,29]。因此,南大西洋的完全开放触发了中大西洋海底扩张的突然增速,加强了非州西北部的进一步翘倾隆升,进而导致剥蚀量的增大,以及研究区阿尔比初期硅质碎屑的突然增加。

白垩纪碎屑岩供给自阿尔比期之后整体变大,但各期仍有差别。阿普特期研究区发育碳酸盐岩台地,由于缺乏来自台地之上的物源,坡下滑塌扇体规模非常小、厚度薄。阿尔比早期和塞诺曼末期物源供给较大:阿尔比期开始发育碎屑岩沉积体系,并在塞诺曼期快速发展向深盆推进。这与2个时间段内的区域性陆肩剥蚀有关,剥蚀下来的陆源碎屑被搬运至陆架和陆坡上形成大量的陆源供给。丰富的物源供给也影响了斜坡扇的形态发育:阿尔比期—赛诺曼期物源供给充足时,斜坡扇堆积坡脚处,呈厚层楔状;土伦期—圣通期,物源供给相对变少,扇体厚度相对有所减薄,形态上呈鸟足状从沟谷延伸而出。坎潘期—马斯特里赫特期,陆源碎屑物质供给有所增强,且斜坡地貌变缓,导致扇体延伸距离增加,分布广泛面积有所增大。

陆架三角洲与斜坡扇从阿尔比期至白垩纪末构成了明显的“源-汇”关系。研究区的陆架边缘水道体系是从外陆架开始发育,其形成演化以及与下斜坡扇的沟通都是从外陆架开始的,故认为研究区的陆架边缘-斜坡扇体系构成了一套完整的源-渠-汇体系,物源来自于陆架边缘的切割作用,斜坡水道作为沉积物搬运的渠道,下斜坡扇为汇。

4.3 海平面变化

研究区的陆架边缘水道-下斜坡扇体系的发育演化也受到海平面变化的控制作用。研究区在目标层段发生了2次海平面的快速升降,分别在阿普特末期—阿尔比早期和塞诺曼末期。阿普特末期海平面的快速下降与上升,促使区内发生了陆架碳酸盐岩沉积向三角洲沉积的转换。塞诺曼末期海平面快速下降促使陆缘区下切沟谷及侵蚀不整合面的发育,并形成大量物源碎屑。随后海平面发生了区域性快速上升,产生了大量可容纳空间。Ye等人(2017)发现非洲北部在塞诺曼末期发生的区域性海平面快速升降,是白垩纪以来影响范围最大的一次。海面漫过撒哈拉盆地使整个非洲东北部进入水下环境,将特提斯海与赤道大西洋连接了起来。相对海平面持续上升,增大的可容纳空间使研究区陆架三角洲体系的向陆地后撤,纵向上表现为由三角洲前缘向前三角洲、浅海泥岩沉积的变化特征。

通过上文讨论,研究区陆源碎屑沉积体系的控制因素主要是陆源供给、继承性古地貌及海平面变化。但3点控制因素都与非洲西北部的区域性构造事件有关。阿普特末期南大西洋的完全开放触发了中大西洋海底扩张的突然增速,加强了非州西北部的进一步隆升。一方面导致白垩纪剥蚀量的增大,物源供给的突然增加,另一方面导致了陆缘地层的向陆翘倾,使陆缘高地与内陆毛里塔尼德隆地之间形成平行于海岸的凹型槽地,在本研究区则表现为陆架区阿普特阶的台后凹地,进一步影响后期碎屑岩沉积体系的充填演化。另外,白垩纪西非陆缘进入了近100 Ma的全球海平面总体上升阶段,这使研究区沉积体系发生了岩性和展布特点的转变。阿尔比期海平面迅速先降后升,水体环境的迅速加深导致碳酸盐岩不再发育,沉积体系由碳酸盐碎屑转变为硅质碎屑;赛诺曼期特提斯海与赤道大西洋联通,区域性海平面的快速上升使陆架坡折向陆移动,研究区斜坡扇的形态由“坡脚式”转变为叠铺在陆坡上的宽缓朵体。

5 结论

1) 将研究区进行层序格架划分,以阿普特末期和塞诺曼末期的区域性不整合面为界划分出2个二级复合层序CS1和CS2,进而划分出8个三级层序。

2) 研究区可识别出具有“源-汇”关系的陆架边缘三角洲和斜坡扇体系。根据地震相进而划分出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3种亚相;以及滑塌泥石流朵体、侵蚀-充填水道、前缘扇朵体以及远端扇朵体4种斜坡扇沉积单元。并依据地震相和属性图勾绘研究区沉积体系平面展布特征。

3) 根据陆架边缘三角洲-斜坡扇各阶段的展布特点划分出3个阶段:阿尔比期、塞诺曼期—康尼亚克期和圣通期—马斯特里赫特期。各阶段斜坡扇突出特点不同,分别发育坡脚堆积滑塌扇、侵蚀-充填型深海扇、细粒宽缓型斜坡扇。

4) 塞内加尔盆地白垩纪受区域构造事件影响,沉积格局与物源供给、古地貌和海平面变化密切相关。阿尔比早期和塞诺曼末期的海平面快速升降,以及大量的物源供给,是研究区向深盆快速推进碎屑岩沉积体系的主控因素。古地貌的控制作用不仅体现在对后期地层的沉积中心位置的影响,还体现在陆架下切沟谷对深海扇体的位置与规模的控制。

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