中非Doseo盆地构造特征及成因演化机制

黄迟君， 胡望水， 李希元， 孔令武

(1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 2. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100； 3. 中国海洋石油国际有限公司，北京 100010 )

0 引言

人们提出多种中非、西非裂谷系盆地分类方案[1-10]，其中DICKINSO W R分析非洲、南美洲及大西洋周缘的大型断裂带运动特征，提出转换型裂陷盆地是中非裂谷系盆地的重要盆地类型，即由洋脊转换断层控制而形成的裂陷盆地[1]；结合大地构造背景，GENIK G J模拟中非、西非剪切带的演化过程，提出中非、西非裂谷系盆地受伸展作用和张扭作用影响，形成一系列伸展盆地和走滑盆地[4]；吕彩丽等[7]分析中非裂谷系盆地不同地区构造演化的差异性，提出中非裂谷系盆地由伸展盆地和右行走向滑动盆地组成，并明确中非裂谷系盆地具有三期裂陷—拗陷构造旋回特征；孔令武等[9]研究中非裂谷系盆地的结构和构造特征，提出中非剪切带强烈走滑作用控制中非裂谷盆地的形成, 沿该剪切带形成伸展盆地和走滑—拉分盆地。

中非、西非裂谷系盆地由中非伸展—走滑盆地系与西非伸展—走滑盆地系组成，中非裂谷系伸展—走滑盆地是中非、西非地区油气勘探的重点和热点地区，油气资源较丰富，但油气多集中于伸展型盆地，走滑型盆地仅有少量油气发现[11-16]。目前，中非裂谷系Doseo盆地油气勘探处于停滞状态，原因是对该盆地的构造特征、演化期次和成藏组合认识不清，无法确定有利的勘探区块。

基于研究区勘探现状、现有地震及测井资料，根据Doseo-Khartoum转换断裂系的特征，结合转换理论解释Doseo盆地的成因，建立盆地的构造模式，模拟盆地的演化期次，揭示盆地含油气系统及其空间分布特征，确定有利成藏组合，指出Doseo盆地并非走滑盆地，而为转换型盆地，为指明盆地有利勘探方向、预测转换型盆地有利油气勘探区提供依据。

1 区域地质背景

Doseo盆地主要位于非洲中部乍得共和国境内，南部一小部分地区延伸至中非共和国，面积为4.809 7×104km2；盆地西邻Doba盆地，东邻Salamat盆地，其构造特征受中非、西非裂谷系转换构造带控制(见图1)。Doseo盆地主要发育于泛非期刚性克拉通块体之间的薄弱带。中非、西非裂谷系的构造特征与非洲板块密切相关。RENÉ Guiraud将非洲板块划分为东北非地块、西北非地块和中南非地块三部分[17-20]，整个非洲板块内部存在变形，各地块之间的变形量存在差异。中非、西非裂谷系发育Benue-Bornu和Doseo-Khartoum转换断裂系。其中，Benue-Bornu转换断裂系开始发育于晚侏罗世末期，停止发育于Santonian阶末期；Doseo-Khartoum转换断裂系开始发育于早白垩世，停止发育于始新世末期。Benue-Bornu和Doseo-Khartoum转换断裂系对中非裂谷系盆地的发育具有重要作用(见图2)。根据断裂走向，将中非、西非裂谷系的断裂划分为NE—SW和NW—SE向，断裂控制的中非、西非陆内裂谷系盆地包括Benue、East Niger、Bongor、South Chad(Doba-Doseo-Salamate)、Muglad、Melut、Khartoum和Anza。受中非转换带控制的Doseo盆地呈NE—SW向狭窄条带状展布，主要凹陷区长度约为500 km，最大宽度约为80 km。盆地主要发育三套地层，分别为侏罗系、白垩系及新生界。根据中非转换带转换作用的强弱程度分析，早白垩世末期，中非转换带为强转换作用；新近纪—第四纪，中非转换带为弱转换作用；新生代，中非转换带活动趋于平静，转换作用基本停止。

图1 Doseo盆地构造及地理位置Fig.1 Structure and geographical location of Doseo Basin

图2 南美洲、非洲及大西洋伸展—转换构造分布Fig.2 Extension-transition tectonics in South America, Africa and the Atlantic

2 构造特征

2.1 断裂特征

图3 Doseo盆地AA′剖面构造地震解释(剖面位置见图1)Fig.3 Tectonic seismic interpretation of section AA′ in Doseo Basin(section location inFig.1)

按照一级断裂控制盆地发育、二级断裂控制隆凹结构、三级断裂控制构造带、四级断裂控制圈闭的标准[21-23]，将Doseo盆地发育的断裂划分为四类：第一类为控制转换盆地发育与演化的控盆一级主干断裂，断裂系平面延伸最长，为NE—SW向断裂，分布于盆地的外边界，控制盆地形成；第二类为控制凹陷发育与演化的二级断裂，分布于盆地的北东部和中西部，平面延伸距离较长；第三类为控制构造带发育与演化的三级断裂，大部分为NWW—SEE向盆内断裂，平面延伸距离较短；第四类为控制局部构造发育与演化的四级断裂，平面延伸距离短。平面上，Doseo盆地为伴生次级断裂与主干断裂斜交的断裂组合形式；剖面上，Doseo盆地的断裂主要为斜交断裂组合和平行断裂组合形式，为复式半地堑或地堑结构，整个盆地形态呈双断式。

2.2 构造单元划分

结合中非裂谷系Doseo盆地区域构造事件、断裂特征和地震资料解释[24-29]，对Doseo盆地地层进行横向、纵向分析。首先，根据地震剖面的地震波波幅变化，在横向上对Doseo盆地不同沉积时期地层进行追踪。Doseo盆地自下至上发育基底、侏罗系、下白垩统、上白垩统及新生界；存在三个主要区域性不整合面，分别为侏罗系与下白垩统不整合面、下早白垩统与上白垩统不整合面、白垩系与新生界不整合面。由于三层构造变形特征存在差异，将盆地构造变形层分为上、中、下三个主要构造层(见图4)。其中，上构造层为新生界，与下伏地层呈平行不整合接触关系；中构造层为上白垩统，与下伏地层呈角度不整合接触关系；下构造层为下白垩统，与下伏侏罗系呈角度不整合接触关系。其次，根据构造层之间的厚度差异及盆地断裂特征，对Doseo盆地进行纵向分析。Doseo盆地经历三期不同强度的叠加型转换反转构造，分别为早白垩世、晚白垩世和新生界转换反转构造。这三期转换构造不仅时期不同，在盆地不同区域发生的强度也不同，Doseo盆地中部和NE向地区受反转构造变形影响最大。根据地震资料解释结果、构造特征、构造分布规律，以及盆地不同区带的基底结构、主要断裂分布，将盆地自东向西划分为东部隆起带、中部坳陷带、南部隆起带、北部凸起带、北部隆起带、西部坳陷带、西部隆起带7个构造单元(见图5)，每个构造单元的反转构造特征具有较大差异。

图4 Doseo盆地BB′剖面构造层划分(剖面位置见图1)Fig.4 Structural layer division of section BB′ in the Doseo Basin(section location inFig.1)

图5 Doseo盆地白垩纪构造单元分布Fig.5 Structural unit distribution of Cretaceous in Doseo Basin

2.3 反转构造特征

利用同裂陷期层序零点位置计算剖面中的收缩与拉张量，对Doseo盆地反转程度进行分析。收缩与拉张之间的位移比为反转率[30-32]，WILLIAMS G D等将反转率定义为挤压与伸展运动的比率[30]。在区域反转构造作用下，中非裂谷系转换盆地发生构造反转，形成区域转换—反转叠加构造体系。受地幔对流反转作用影响，Doseo盆地在早白垩世末期、晚白垩世末期、古近纪(始新世)末期各发育一期转换裂陷盆地反转构造。根据中非裂谷系盆地三期反转构造特征，选取Doseo盆地二维地震测线，利用反转率参数对盆地断裂进行计算。Doseo盆地断裂反转率在1.62～4.00之间，平均为2.81。与临近的Doba伸展盆地相比，转换型Doseo盆地反转构造的反转率明显高于伸展盆地的，Doseo盆地比Doba盆地的反转构造幅度大、变形强度大，表明Doseo盆地反转构造地层破碎，油气保存条件较差。

控制Doseo盆地形成反转构造的成因为转换型断控式和转换型褶皱式反转[33]。转换型断控式反转构造是转换型反转盆地主要的反转构造，即转换断裂在盆地反转期反转活动，导致裂陷期构造发生构造反转，产生叠加构造类型，为断控反转背斜。与伸展型断控反转构造相比，转换型断控式反转构造规模相对较小，变形强度大，改造强烈，油气保存条件较差，一般发育于主干断裂带控制的反转构造单元。转换型褶皱式反转构造是发育于转换—反转盆地的、与主干断裂反转活动没有直接关系的地层反转褶皱而形成的转换型反转构造，与转换型断控式反转构造相比，构造活动较弱，幅度也较低，但褶皱完整性较好，油气保存条件较有利，一般发育于转换型盆地的隆起构造带。

2.4 构造类型

受伸展作用、右行滑动作用和盆地反转作用的共同影响，Doseo盆地广泛发育反转期反转构造和裂陷期转换构造[33-34]。Doseo盆地反转构造类型以断控型为主，包括反转背斜和掀斜断块构造；转换型构造类型结构更为复杂多见，转换断裂在平面上的组合类型主要有斜列式和平行式等，在地震剖面上可以观察到转换型地堑和转换型多米诺构造类型(见图6)。

图6 Doseo盆地裂陷期与反转期构造类型Fig.6 Tectonic types during rifting and inversion periods of the Doseo Basin

(1)转换型地堑构造。为由转换断裂及伴生断裂构成的地堑构造，主干断裂直立，次级伴生断裂较陡，共同构成狭窄的地堑构造。这类构造主要发育于中部坳陷带和西部坳陷带，常发育于转换盆地沉降中心区域。平面上，主干断裂与分支断裂呈斜交组合关系。

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(2)转换型多米诺构造。由一系列倾角较大的平行状断裂构成，共同控制转换型多米诺构造的发育。Doseo盆地多米诺构造分布较多，主要集中于盆地隆起带。平面上，断裂呈相互平行的阶梯状排列。

(3)斜向滑动断层。主要分布于中部坳陷带和靠近盆地东部隆起带的断裂，断层倾角大于70°，近乎直立且切穿基底，两盘地层表现为上盘下降、下盘上升特征，对盆地下白垩统地层控制明显，具有继承性活动特征。

(4)反转背斜和掀斜断块构造。反转背斜和掀斜断块构造形成于盆地反转期。由于裂陷盆地在反转期发生应力改变，由原始裂陷变为挤压上隆，地层在断裂处释放能量，发生形变褶皱，主要分布于中部坳陷带及西部坳陷带，是油气成藏的有利地块。

3 构造演化机制

3.1 构造演化期次

Doseo盆地构造演化历史与其他相邻盆地总体类似。早白垩世，盆地大多数含油气构造初具形态；晚白垩世末，Sanonian反转期为盆地构造主要定型期；古近纪，反转影响轻微。结合中非裂谷系构造演化史[35-36]和Doseo盆地构造特征，利用2DMOVE软件，采用平衡剖面技术进行古地貌恢复。Doseo盆地构造演化分为7个演化期次(见图7)：

图7 中非、西非裂谷系Doseo盆地构造演化期次和CC′剖面构造演化发育史(剖面位置见图1)Fig.7 Structural evolution of section CC′ and histogram of tectonic events in Doseo Basin, Western and Central Africa Rift Systems(section location inFig.1)

(1)早白垩世强转换裂陷期。早白垩世，受区域转换剪切作用影响，Doseo盆地产生一系列倾向相反的几乎直立的断裂，断裂剪切作用强烈，垂直断距大。转换断裂控制的盆地表现为狭窄深陷，断裂在平面上呈线性分布。

(2)早白垩世末期转换反转期。为Doseo盆地构造演化过程中的重要转折时期之一。在早白垩世转换裂陷应力场变换为转换收缩应力场的作用下，Doseo盆地发生第一次构造反转，盆地沉积地层发生轻度褶皱弯曲，断层发生轻微的逆向运动。

(3)晚白垩世弱转换裂陷期。经历早白垩世末期的反转期后，Doseo盆地继续发生较小幅度转换裂陷，主干断裂转换扩张，控制晚白垩世地层沉积，转换裂陷构造发育。

(4)晚白垩世末期转换反转期。为Doseo盆地主要反转期，盆地发生强烈转换反转，地层抬升并遭受剥蚀，特别是中部坳陷带北部和西部坳陷带，地震剖面上可见明显的角度不整合与地层剥蚀。受强烈剪切转换收缩作用影响，Doseo盆地产生强烈变形改造，形成反转构造。反转构造为Doseo盆地油气聚集提供重要场所，油气反转构造破碎，裂缝发育。

(5)古近纪转换拗陷期。古近纪，盆地整体表现为裂后热沉降、转换拗陷沉降，断裂几乎不活动。地层表现为碟状的宽缓向斜构造，具有典型的坳陷特征。

(6)古近纪末期转换反转期。Doseo盆地发生第三次反转构造，反转程度不明显，地层褶皱弯曲幅度不大，对盆地整体构造格局改变不大。

(7)新近纪—第四纪转换裂陷期。Doseo盆地整体表现为弱断陷作用，新近纪，部分断裂复活，对之前生成的构造具有一定程度的改造作用，对整个盆地构造格局没有影响。新生代盖层不太发育，反转构造破碎，油气成藏保存条件较差。

Doseo盆地经历早白垩世、晚白垩世、新近纪—第四纪三期不同强度的转换裂陷，早白垩世末期、晚白垩世末期和古近纪末期三期的转换反转，以及古近纪的一期拗陷演化过程。其中，早白垩世转换裂陷期的转换剪切作用最强烈，第四纪转换裂陷期的转换剪切作用最弱。在三期构造转换反转中，晚白垩世末期的构造转换反转是Doseo盆地强烈反转期(Santonian挤压事件)，也是Doseo盆地构造发育及形成圈闭的关键时期，为油气勘探的重点期次。

3.2 构造演化成因

受冈瓦那大陆内部发生的晚石炭世至中侏罗世、晚侏罗世至早白垩世、晚始新世至早中新世三期裂陷作用[37]影响，大西洋洋盆及非洲、南美洲、澳大利亚大陆中新生代裂陷盆地发育。白垩纪末期至古新世，海平面显著下降，大西洋扩张进一步减缓，非洲板块开始缓慢抬升，西非大陆边缘东移减缓。渐新世中晚期，大陆边缘达到最东位置；渐新世末期或早中新世早期，大西洋扩张速度迅速降低，海平面快速下降，同时非洲板块收缩抬升，西非大陆边缘开始向西迁移。尽管时间上存在差异，但是大西洋扩张进一步减缓，非洲板块抬升加强，大陆边缘进一步西撤，直至现今位置。受中、新生代超地幔流[38-39]影响，南美洲与非洲联合大陆发生陆内伸展裂陷；大陆板块由不同性质的次级板块构成，在同一地幔流驱动下，不同的次级板块表现不同的伸展裂陷过程、运动速度及方向等。

Doseo转换盆地是为协调周缘块体活动而形成的。侏罗纪末期至早白垩世，非洲板块在地幔流驱动下发生陆内转换构造作用，产生中非转换裂谷系(见图8(a))，发育中非裂谷系Doseo转换型盆地，转换构造为近E—W向，构造窄陡。早白垩世末期，地幔流发生反转，地幔发生反向流动，在反转地幔流驱动下，非洲板块发生反转收缩，导致Doseo盆地发生第一次反转(见图8(b))。晚白垩世，地幔流再次发生，引起中非块体再次发生转换构造运动，在早白垩世构造的基础上叠加发育转换构造；非洲板块发生逆时针旋转，中非转换构造走向发生变化(见图8(c))。晚白垩世末期，地幔活动再次发生反转，在地幔流反转作用下，非洲板块也发生反转运动而收缩变形，Doseo盆地产生反转构造及圈闭，为油气聚集提供重要场所(见图8(d))。古近纪，中非转换裂陷中心迁移至Termit、Muglad等盆地，转换构造发育，其他盆地表现为断拗作用，转换变弱(见图8(e))。古近纪末期，在地幔流反转作用下，中非伸展—转换构造再次发生构造反转，盆地发生收缩变形，产生反转构造及圈闭，早期反转构造幅度进一步增大，Doseo盆地基本定型(见图8(f))。随非洲板块继续发生逆时针旋转，中非转换构造也继续沿逆时针转动，转换构造变为近NW—SE向。

图8 中非、西非裂谷系转换型盆地成因演化模式Fig.8 Evolutionary genetic model of the transformation basin in Western and Central Africa Rift Systems

地幔流反转为板块反向漂移提供动力来源。首先，俯冲带的地幔流在上升过程中把热能量和地幔物质带到软流圈；然后，地幔流从软流圈侧向逐渐移动扩散到裂陷区，与裂陷区的软流圈一起发生塌陷作用，并沿地幔柱逐渐下降至核幔的边界处；最后，通过积累热能和热化学能进行后一期的地幔流反转作用。地幔流能量在岩石圈板块的顶层产生应力，并控制各个板块发生反向运动。板块的反向运动受地幔流反转横向移动形成的侧向作用力推动，是改变板块之间相互作用方式的主要原因，同时伴随构造作用发生反转。

4 对油气成藏的影响

侏罗纪到古近纪，Doseo盆地主要经历三期裂陷、三期反转、一期拗陷7个演化期次的构造运动。早白垩世，在区域伸展—转换应力场作用下，Doseo盆地经历较强烈的伸展运动；早白垩世末期，受中非区域应力场反转影响，在转换反转运动作用下，Doseo盆地发生构造反转，反转强度较弱。早白垩世的构造作用奠定Doseo盆地隆坳相间的基本构造格局。晚白垩世，Doseo盆地再次经历转换裂陷作用，至晚白垩世末期，受中非剪切带的转换挤压构造变形运动(Sanonian事件)影响，Doseo盆地转换反转，沉积地层产生褶皱而破碎、剥蚀。新生代，Doseo盆地再次经历转换裂陷和转换反转，白垩纪构造被进一步改造，形成盆地现今格局。

4.1 生储盖发育

早白垩世，Doseo盆地发生强烈的转换裂陷作用，接受较长期的半深湖—深湖相沉积，发育强裂陷期两套生储盖组合，为Doseo盆地主力的生储盖组合。两套生储盖组合的空间分布受Doseo盆地一级构造单元制约，主要分布于中部坳陷带，其次分布于中部坳陷带与南部隆起带之间的过渡带。早白垩世末期，下白垩统Barremian烃源岩层埋深约为4 km，烃源岩进入生油期。

4.2 油气富集保存程度

晚白垩世末期，中非裂谷系伸展—转换盆地经历一次强烈的反转构造运动(Sanonian事件)，在转换反转挤压作用下，Doseo盆地沉积地层发生塑性形变而产生褶皱，发育大量的反转构造。受晚白垩世末期的转换反转构造作用影响，部分地层遭受剥蚀，缺乏上白垩统沉积末期的地层记录，地层破碎较严重，裂缝发育，储集层盖层被断裂破坏。古近纪末期的第三次转换反转构造作用使白垩系地层进一步发生褶皱变形，地层破碎程度继续加大，裂缝更发育，盖层的密封性随之降低，油气富集保存程度也随之降低。

综上所述，在Doseo盆地的下白垩统成藏组合中，中部坳陷带的反转背斜构造和西部坳陷带的转换型地堑构造具有较好的成藏潜力；在上白垩统成藏组合中，西部坳陷带的转换型地堑构造、中部坳陷带的反转背斜构造和北部凸起的转换型多米诺构造成藏潜力相对较好。上白垩统成藏组合的成藏潜力不如下白垩统的，Doseo盆地下白垩统更具有勘探价值。

5 结论

(1)中非Doseo盆地是中非裂谷系转换型盆地，盆内断裂呈NE—SW向展布，发育转换型地堑、转换型多米诺、斜向滑动断层、反转背斜和掀斜断块5种构造类型；其中，转换型地堑和转换型多米诺构造主要分布于盆地的中部坳陷带和北部凸起带，反转背斜和掀斜断块构造主要分布于盆地的中部坳陷带。

(2)Doseo盆地构造演化分为早白垩世强转换裂陷期、早白垩世末期转换反转期、晚白垩世弱转换裂陷期、晚白垩世末期转换反转期、古近纪转换拗陷期、古近纪末期转换反转期，以及新近纪—第四纪转换裂陷期7个演化期次；其中，早白垩世转换裂陷期转换剪切作用最强，晚白垩世末构造转换反转作用最强，新近纪—第四纪转换裂陷作用最弱。地幔流作用控制中非裂谷系转换型盆地的形成。

(3)Doseo盆地主力成藏组合是下白垩统成藏组合，油气勘探的最有利区带为中部坳陷带的反转背斜构造带。