尼日尔三角洲盆地构造演化对沉积的控制作用

汪帆，刘亚伟

尼日尔三角洲盆地构造演化对沉积的控制作用

汪帆1，刘亚伟2

（1. 长江大学地球科学学院，武汉 430100；2. 渤海钻探工程有限公司井下作业分公司钻修工程作业部，河北 沧州 062550）

尼日尔三角洲是一个拥有丰富石油和天然气资源的盆地，目前已探明的石油和天然气储量高居世界排名第十二位。盆地发育有较多的巨型结构和一系列与重力有关的构造类型，根据其构造特征的差异将其划分为逆冲型、泥拱型以及逆冲—泥拱混合型。通过古构造恢复结合沉积展布分析，得出结论：中新世托尔托纳晚期沉积开始受构造活动控制，托尔托纳阶上部及以上地层具有明显的同沉积特征，泥收缩构造相关的冲断裂上升盘厚度明显小于下降盘厚度，褶皱两翼的地层厚度明显厚于中间背斜顶部的地层厚度。

尼日尔三角洲盆地；构造演化；油气沉积作用

尼日尔三角洲是非洲主要的含油气盆地之一，尼日利亚的油气完全出于这个盆地，石油产量约占全非洲的1/4，为世界产油国的第十二位。在十九世纪初期德国公司就开展了关于油田的勘探工作，虽然因为战争因素被迫中止，但上世纪四十年代又有公司开始尼日尔三角洲的油气勘探项目。此后随着油气资源的战略地位越来越高，各国相继开始了西非项目。我国在2002年开始与尼日利亚开始油气领域的合作，此后随着国内海外项目的增重，各大石油公司都开始了对尼日尔三角洲盆地的合作开发。近年来，中国与尼日利亚合作不断深化，中国石油企业对于西非油气勘探的投资也在逐步增加[6]。

尼日尔三角洲盆地为典型的三角洲含油气盆地。它具有广泛的油源。并且其油气藏的发育与生长断层有着密切的联系，根据前人资料，研究区内油气藏的发育与构造发育的方向一致。而其沉积特征决定着物源方向。因此，深入探讨尼日尔三角洲盆地的构造演化对于沉积特征的控制作用，对于进一步开展油气资源勘探工作有着重要的意义。

1 地质概况

尼日尔三角洲盆地的区域地理位置处在以全球范围来看的赤道几内亚海湾内，占地面积极广，其中涵盖了阿南布拉（Anambra）盆地、埃文（Avon）盆地、现代国际认可的尼日尔三角洲以及卡拉巴（Calabar）深水扇等区域。研究区范围内的30％处在陆上位置，12％处在非洲的大陆架上，剩余的58％则处在海上深水区[5]。研究区面积的90％归属尼日利亚，剩余部分其中7.5％归属赤道几内亚，最后2.5％在喀麦隆境内[4]（图1）。

图1 尼日尔三角洲位置图（据HIS报告）

2 构造演化特征

早始新世开始，受全球海平面下降的影响，尼日尔三角洲地区进入大规模海退阶段，该阶段发育浪控型的进积三角洲，自下而上表现为始新统、渐新统、中新统、上新统及第四系呈渐进式向海推进沉积，沉积中心最大厚度达12km。晚白垩世初，非洲陆块和南美陆块完全分离，赤道非洲地区完全进入了被动大陆边缘阶段，构造运动相对平缓，构造演化受控于南移的三角洲沉积中心、向西的沉积中心位移和向北的海侵，受到塑性层、洋壳运动产生的斜坡和上覆沉积物卸载的控制，而沉积又受控于海平面变化，因此海平面变化直接控制重力构造变形[3]。基底构造对尼日尔三角洲构造演化的影响很大程度上取决于沿赤道大西洋断裂带的运动，因为赤道大西洋断裂带位于现今尼日尔三角洲的下部，决定了尼日尔三角洲原型的沉积位置。当三角洲向洋壳上推进时，洋壳的不断沉降为新生代尼日尔三角洲巨厚沉积提供了更大的可容空间[3]。在楔状尼日尔三角洲的东翼，晚第三纪的碎屑岩沉积外形受到喀麦隆火山线的影响，喀麦隆火山线是 Cross River三角洲的主要物源供给区。喀麦隆火山线周边的古构造演化揭示了上新世以来沉积对构造演化的重要作用。三角洲近海沉积物快速沉积和准同沉积变形诱发许多生长断层，造成重力不稳，致使沿层横向流动和挤出。主要以重力构造作用为主，重力滑动构造是其中的主要类型[4]（图2）。

图2 尼日尔三角洲构造演化图（据 Michael E. Brownfield，2016）

A.康尼亚克期，初期发生大规模火山运动，随之沉积了湖相、三角洲相和浅海相地层[4]；B.因地壳的伸张和伴随海岸蒸发盆地发育而引起的下翘作用，在阿普第中期张开；C.阿尔必世早期张开作用扩展到几内亚湾，并向东北伸展形成贝努埃—阿巴卡利基海槽；D.桑托世板块彻底分开，由于褶皱作用海槽隆起，构造反转发育角度不整合；E. 古新世开始了大范围海侵，沉积了海陆交互相和浅海—深海相地层，垂向上由下至上海水变深；F. 从早始新世开始了大范围海退，发育浪控型的进积三角洲。垂向上由下至上发育了Akata组、Agabada组和Benin组。；G.中新世沉积迅速，碎屑物质被搬运到较小地区，早期三角洲呈舌状。

现代尼日尔三角洲重力滑动区域构造体系分为三个构造带，后缘伸展带、转换剪切带和前缘压缩带。伸展带发育大型生长正断层，其前缘压缩带包含数目极多的逆冲断层，而其转换剪切带则包含与重力作用相关的泥底辟构造[6]。在其水平方向上，整个尼日尔三角洲分成东西两个朵叶和构造带，基底上以 Charcot 断裂带为分界。如前所述，因为研究区沉积物的快速沉积与垂向上相同趋势的同沉积变形，在研究区域的三角洲平原上发育了数量较多的大至巨型的生长正断层，并因此形成了垂直方向上重力势能并不相同的差别。同时研究区内阿卡塔（Akata）是由塑性泥岩组成的层系，这也使得其拥有了可以作为润滑层的条件。随着三角洲向洋壳推进，大型生长正断层向海方向延伸，在三角洲前缘和前三角洲顺着阿卡塔（Akata）组发育出了剪切过渡带以及前缘挤压带两种类型。可以被看作成一套呈现出勺子形态的地层断裂体系，并且这种断裂特征使得其可以成为重力滑动面。因为研究区正断层自带的应力变化趋势，即上部张，中部剪，到底部为挤压应力特征，从上到下产状变缓。平面上应力变化产生不同性质的断裂体系，正断层、剪切断层和逆冲挤压断层。促使上覆层开始在重力分量作用下向断面倾斜方向滑动[2]。

图3 研究区域内重力滑脱构造体系水平方向上的分区[4]

当张力不足以克服滑动面上的剪切阻力，由于后张推前剪阻作用的影响，必然会对滑动地层产生一定程度上的挤压作用力。一旦开始产生哪怕极小的滑动情况，就会使得其滑动面上的剪切阻力一定程度上的下降，这也造成了相对应力场的过渡与转变，产生重力滑皱，凸向滑动方向，褶皱超过岩层的韧性极限，挤压在上覆Agabada组地层中产生薄弱带和逆冲断层，同时致使下伏异常压力泥岩沿断裂带向上涌动甚至喷出，这更加大重力势差[6]。当前方地层的剪阻挤压与张性正断层产生的张力未达平衡，整个系统继续向海滑动，局部挤压加大，褶皱变形增强。最后重力势差在前三角洲深海区以指状逆冲带形式消耗殆尽。同时下部泥拱顺着断裂面上涌卸压，整个系统滑动终止[1]（图3）。

图4 研究区剖面上构造体系的分区[4]

整个三角洲构造特征表现出陆架区主要为张性生长正断层控制的滚动背斜，过渡带和逆冲带形成许多泥底辟背斜和逆冲背斜构造[7]。在垂向上重力影响的情况下产生了逆冲以及泥拱两种不同的特征。对于研究区而言，此两种特征也直接控制了区域内的构造演化过程，并且因其差异把研究区划分了：逆冲型、泥拱型以及逆冲-泥拱混合型[7]（图4）。

3 古构造对于沉积的控制

通过印模法对不同时期的古构造进行了恢复，结合沉积展布的预测，可以较好地反映构造演化对沉积的控制作用。

3.1 古近纪—中新世托尔托纳早期

托尔托纳早期整个盆地呈平缓地形，无明显的断裂、褶皱发育，在研究区中-东北部较低部位发育北东-南西走向的下切水道，沉积主要受控于海底水道。在塞拉瓦莱阶（Serravallian）沿层均方根振幅属性上（图5B），现今位置下切水道，与图5A托尔托纳阶沉积前的位置相比靠南，说明下切水道发生向南的迁移。结合研究区冲断的特点，可知构造运动所致下切水道的迁移[2]。

A：中新统托尔托纳阶沉积前塞拉瓦莱阶底界埋深B：塞拉瓦莱阶均方根属性

A：上新统皮亚琴察阶沉积前赞克勒阶底界埋深B：赞克勒阶均方根属性

3.2 中新世托尔托纳晚期至今

中新世托尔托纳晚期开始强烈的构造活动，在研究区中部—东北部及南部，下伏的塑性泥岩发生塑性流动和上拱，使中新统下部地层弯曲，形成褶皱（图6A），并且南部开始发育冲断裂。与图5A进行对比分析，中新世早期研究区中部—东北部和南部的低洼区，托尔托纳晚期开始转化为褶皱的高部位[8]。受控于古地貌，自托尔托纳晚期，在研究区中部—东北部和南部海底高部位，开始发育砂岩朵叶体（图6B），在低部位则半深海—深海泥岩沉积发育[8]。由赞克勒阶沿层均方根振幅属性图（图6B），现今朵叶体位置，与图6A相比皮亚琴察阶（Piacenzian）沉积前的位置靠南[5]。纵向上比较，该朵叶体往南移动的距离与塞拉瓦莱阶下切水道移动的距离相比明显缩短，这反映了之前的地层（塞拉瓦莱阶）的构造位移量比新地层（托尔托纳阶）的构造位移量大，也说明泥收缩构造具有同生性，古构造对沉积的控制具有一定继承性[2]。

4 结论

1）尼日尔三角洲盆地根据其构造发育特征，可将其划分为逆冲型、泥拱型以及逆冲-泥拱混合型三种类型。

2）研究区域内的发育过程可以笼统的分为早期和晚期。其早期：美、非板块断开，形成三联点运动。随后研究区大致初步定型，发育为一个整体的、包含宽广前缘的三角洲体系。中新世晚期-上新世持续向外，于东缘陆外的区域内发育成大型沉积中心。

3）中新世托尔托纳晚期构造活动逐渐对沉积起控制作用，托尔托纳阶上部及以上地层具有明显的同沉积特征。

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Tectonic Evolution of the Niger Delta Basin and Its Control on Sedimentation

WANG Fan1LIU Ya-wei2

(1-College of Earth Science, Yangtze University, Wuhan 430100; 2-Underground Operations Branch, Bohai Sea Drilling Engineering Co. Ltd., Cangzhou, Hebei 062550)

The Niger delta basin is an one rich in oil and gas resources with the proven reserves of oil and gas ranking twelve in the world. Many giant structures and a series of gravity-related structures were developed in the basin. These structures may be divided into thrust type, mud arch type and thrust-mud arch hybrid type. Paleostructure restoration combined with sedimentation distribution indicates that the Late Miocene Tortonian deposits began to be controlled by tectonic activity and the upper part of the Tortonian is obviously synsedimentary and thickness of hanging wall of thrust fault associated with mud contraction structure is obviously smaller than the thickness of footwall , and the thickness of strata on the climbs of the fold is obviously thicker than that on the top of the middle anticline.

Niger Delta Basin; tectonic evolution; sedimentation; Miocene Tortonian Stage

2019-09-25

汪帆（1994—），男，浙江绍兴人，硕士研究生，研究方向：储层沉积学

P542

A

1006-0995（2020）04-0531-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.001