喀麦隆里奥-德雷盆地构造发育特征及其对油气成藏的影响

2022-05-21陈占坤陈瑞佘刚袁井菊

长江大学学报(自科版) 2022年4期

陈占坤，陈瑞，佘刚，袁井菊

1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083 2.联合能源(北京)有限公司，北京 100016

里奥-德雷盆地位于非洲几内亚湾，为晚白垩世开始形成的被动大陆边缘盆地[1-3]。其东南部以喀麦隆火山弧为界与杜阿拉盆地相邻，北部和东部以前寒武基底地层出露为盆地边界。西部延伸至尼日利亚，称为尼日尔三角洲盆地，西南延伸入几内亚湾逐渐过渡为海相沉积(见图1)。

图1 里奥-德雷盆地平面位置图

里奥-德雷盆地基底为元古界火成岩及变质岩，沉积地层纵向为中生界白垩系，新生界古近系和新近系；地表为第四系覆盖[4-6]。地层横向可见始新统、渐新统、中新统及第四系地层呈渐进式向海进积，反映地层沉积中地壳运动经历了稳定抬升、海退背景下的沉积环境特征[7-9]。中生界白垩系地层为盆地断陷期发育的一套河湖相沉积体系，具有良好生、储油条件, 由于埋深较大，盆地内部未有井钻遇。古近系始新统-渐新统的厚层海相泥岩是盆地区域性生油层[10-13]；新近系中新统-上新统三角洲沉积层系是盆地主要的含油层系，储层岩性疏松，固结程度差(见图2)。

图2 里奥-德雷盆地地层综合柱状图

里奥-德雷盆地是目前喀麦隆主要的含油气盆地，新近系中新统和上新统三角洲砂岩储层是当前盆地油气勘探的主力勘探层系[14-16]。由于同属几内亚湾被动陆缘三角洲盆地且勘探面积较小，前人习惯于将里奥-德雷盆地定义为尼日尔三角洲的一部分，统一开展相关研究工作。随着勘探认识的不断深化，里奥-德雷盆地特有的构造发育特征逐渐引起了更多关注。盆地发育多组泥岩底辟和生长断层，受区域构造、重力滑动等多因素控制，前人虽然已经认识到油气分布与构造发育特征有较强的相关性[17-19]，但是，对泥岩底辟的发育动力学机制、生长断层的发育特征以及构造发育对烃源岩和油气成藏的控制作用，认识并不清楚，客观上限制了对盆地油气勘探地质认识的进一步深化。

1 构造体系研究

里奥-德雷盆地的构造格局主要受2套断裂体系控制，分别为区域走滑拉张背景下的泥岩底辟断裂体系和重力滑脱背景下的生长断层断裂体系。2套断裂体系的形成机理、分布规律、对盆地沉积储层的控制和油气成藏的控制作用，均有所差异(见图3)。

图3 里奥-德雷盆地中新统地层断裂体系分布图

1.1 泥岩底辟断裂体系

盆地发育的北东-南西向走滑断层，为盆地内重要的一级断层。此断层产状较陡，平面上呈弧状展布，南部为北东-南西走向，北部转变为近南北向。断层的形成与南大西洋拉张相关，由于板块拉分速度的差异，在非洲西岸形成一系列北东-南西向区域走滑断层，盆地内走滑断层即在此背景形成。断层发育起始于白垩纪，至新生代，构造活动趋缓，但活动并未终止(见图4)。

图4 里奥-德雷盆地东西向泥岩底辟发育剖面图(剖面位置见图3中A-A′)

区域走滑断层将盆地分为南北2个构造单元。北部构造单元主要受三角洲沉积的控制；由于远离北部沉积物源，南部构造单元沉积受盆地南部边界的火山活动影响较大。

在盆地北部构造单元，平行发育有5条泥岩底辟构造带，其轴向呈近南北向，与主控断层呈40～50°相交。此套断裂体系为北东-南西向主控断层的伴生断层，均具有走滑性质。随主控断层的走向呈弧形变化时，上述各泥岩底辟构造带轴线方位也随之变化，并朝主控断层方向呈收敛趋势，向外则呈现发散状。

泥岩底辟形成主要受区域构造活动控制，伴随大西洋板块的拉张，盆地进入热沉降阶段，随之在古新世早期发生大规模海侵，在盆地大部分地区沉积了厚层的海相泥岩。渐新世，受区域构造抬升运动影响，强制性海退导致海平面下降，一套厚的三角洲沉积物覆盖于早期的海相泥岩之上。受到快速沉积的三角洲上覆地层影响，地层压力逐渐升高，最终形成欠压实的超压地层。由于泥岩塑性强，呈流体或半流体状态，具有很强的流动性，继承自白垩系断裂并持续活动的走滑断层，为泥岩流动提供最初的诱发因素。同时，由断裂活动而产生的薄弱断层面，成为超压地层压力释放的优势通道，泥岩沿断层上拱，局部泥岩开始隆起。中新世早期，伴随上覆地层压力增加，泥岩隆起幅度增大，直至刺穿上覆地层，形成刺穿，泥岩底辟开始大规模发育。至上新世早期，随着压力的逐渐释放，泥岩底辟慢慢变缓，进入后期调节阶段。

1.2 生长断层断裂体系

生长断裂体系在盆地广泛发育，依据断层发育机制及构造组合特征，可将其划分为主动断裂和被动断裂2种。

主动断裂体系主要发育在盆地的泥岩底辟带。在此区带，地层坡度较北部有所增加，盆地被多条南北走向的泥岩脊切割为多个不同大小的构造单元。沉积物由北部注入，形成多个南北向条状沉积单元。随着埋藏深度的增大，上覆地层不断加厚，在重力作用下地层产生自然下滑，下滑过程中岩层被拉伸发生破裂，导致上、下盘分离，从而在沉积物不断堆积过程中形成了生长正断层。此类断层在各个沉积单元自成体系，其发育频率与规模主要受沉积物的沉积速度控制，多为东西走向的短轴断层，断面弯曲，产状上陡下缓，最终平缓消失于深部厚层海相泥岩层中。在断层形成过程中，由于坡度较陡，地层不稳定，下滑速度较快，所以断层发育频繁，且经常超过地层的强性限度，发生破裂，形成反向断层(见图5)。主动断裂体系于中新统早期开始发育，由北部斜坡带向南部泥岩底辟带逐步推进。受南向主生长断层和随之伴生的反向调节断层控制，在泥岩脊间的次级沉积单元中发育多个小型局部断陷，为沉积物的局部沉积中心。在盆地中部，其主要控制了中新统的地层沉积；盆地南部，则主要影响控制了上新统沉积储层的发育。

图5 里奥-德雷盆地南北向断裂体系发育剖面图(剖面位置见图3中B-B′)

被动断裂体系主要发育在地形平缓的北部陆上三角洲及近海地区。此区带位于沉积中心的后端，地层沉积较为平缓。断裂形成主要是由于前端泥岩底辟带地层发生重力滑动，横向拉伸地层所致，同时东北部的物源供给亦对断裂发育有所影响。断裂体系分布呈北东东-南西西走向弧形展布，断层延伸距离远，断面南倾，上陡下缓，与泥岩底辟带生长断裂系统相比，其产状偏缓，断距较小。北部被动断裂体系发育时间较早，持续时间长，主要形成于始新世-渐新世，在中新世仍持续活动。但是，由于地层平缓，断层断距较小，发育规模有限，除对早期古近系地层发育有局部控制作用外，对后期地层沉积几乎无影响，为新近系储层规模发育提供了便利条件。

在盆地北部缓坡区，由于生长断层持续性活动时间长，频率较为稳定，也为滚动背斜的发育提供了相对较好的条件。在古近系-中新统地层中常见宽缓不对称的小规模短轴低幅背斜，滚动背斜常呈串珠状分布在主断层的南侧，靠近断层一翼陡，远离断层一翼缓，背斜轴线多平行于生长断层(见图5)。

2 构造区带划分

根据盆地构造样式、应力分析、构造演化等特征，以区域性北东-南西向走滑断层为界，可将盆地划分为南北2个一级构造区带(见图6)。

图6 里奥-德雷盆地构造单元划分图

北部构造带又可分为北部内陆伸展构造带、中部过渡构造带和南部泥岩底辟带。其中内陆伸展构造带靠近陆地，构造以正断层为主，断层数量较多但关系并不复杂，近以简单的滚动背斜和平行断阶为主；南部的泥岩底辟带主要受到泥岩底辟和重力作用的双重影响，泥岩底辟广泛发育，断层活动强度大、数量多，一般分布在泥岩底辟之间，作为连接泥岩底辟的通道，构造组合主要以底辟顶部滑塌构造和底辟间的“Y”字型断层组合为主；而中部的过渡构造带主要作为南部泥岩底辟带和北部伸展构造带的缓冲区，重力滑动作用的影响逐渐增强，断层的活动强度逐渐增加，最明显的构造特征为反向调节断层开始出现。

南部构造带包含凹陷构造带和火山隆起带2个次级构造带。凹陷构造带深层具有轻微的挤压特征，地层连续性好，地层坡度也不大。火山隆起带受喀麦隆火山穹隆的影响异常显著，顶部常见放射性断层分布。

3 构造对油气成藏的影响

3.1 构造与烃源岩

前人研究结果表明，始新世-渐新世发育的深水泥岩是油气成藏的主力烃源岩[20-23]，而烃源岩的发育范围直接取决于盆地的古构造格局。研究结果表明，在始新世-渐新世沉积期，盆地北高南低，东高西低，且在盆地中北部白垩系台地边缘，发育东西走向的构造斜坡，斜坡坡度由西向东逐渐变缓(见图7)。因此，在烃源岩发育期，盆地西南部的泥岩底辟带位于盆地构造斜坡之下，构造部位相对较低，是最有利的烃源岩发育区。而北部的伸展构造带，主体位于斜坡之上，油气需经过较远距离侧向运移才能在此区带聚集成藏。

图7 里奥-德雷盆地始新世-渐新世古构造图

3.2 构造与油气运移通道

油气运移通道是控制油气富集规律的关键因素，前文对断裂体系的分析表明，区域性发育的生长断层和泥岩底辟，能有效沟通烃源岩和上部储层，是油气运移的主要通道。在盆地北部的伸展构造带，断裂体系以被动性水平拉张应力下形成的生长断层为主，此类断层活动时间较长，能够影响较老地层，是伸展构造带上的主要垂向油气运移通道。在盆地中南部的泥岩底辟带，泥岩底辟持续活动，能为下部油气向上运移提供高效的运移通道，同时，由重力滑动所控制的生长断层，活动规模大，影响面积大，能有效沟通下部烃源岩和上部储层，亦是该区带的主要运移通道。受泥岩底辟和生长断层双重通道影响的泥岩底辟区、泥岩底辟带是盆地油气运移最有利的区带(见图8)。