孟加拉盆地東部褶皺帶差異構(gòu)造變形及成因

唐鵬程，丁梁波，馬宏霞，王雪峰，邵大力

（中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）

孟加拉盆地東部褶皺帶差異構(gòu)造變形及成因

唐鵬程，丁梁波，馬宏霞，王雪峰，邵大力

（中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）

基于野外地質(zhì)調(diào)查和地震資料分析，證實(shí)了孟加拉盆地東部褶皺帶發(fā)育底部和中部?jī)商谆搶?。底部滑脫層在整個(gè)褶皺帶均發(fā)育，而中部滑脫層僅發(fā)育于北段—中段的陸上和陸架區(qū)，在中段的陸坡－洋盆區(qū)及南段則不發(fā)育。中部滑脫層的發(fā)育受古陸坡富泥沉積控制。北段—中段主要發(fā)育滑脫褶皺及被斷層突破的滑脫褶皺，而南段主要發(fā)育泥底辟和泥火山構(gòu)造。孟加拉盆地東部褶皺帶滑脫層系及構(gòu)造樣式的差異變形特征主要受區(qū)域擠壓作用、沉積作用以及地層流體超壓等方面存在著差異的共同影響。

構(gòu)造變形；滑脫層；流體超壓；褶皺帶；孟加拉盆地；孟加拉灣

擠壓盆地普遍具有差異較明顯的構(gòu)造變形特征，而由差異變形導(dǎo)致的盆地油氣聚集特性的差異也十分明顯［1］，因而差異構(gòu)造變形受到廣泛關(guān)注［2-3］。研究發(fā)現(xiàn)，盆地中滑脫層的數(shù)量、分布以及厚度［4-8］，構(gòu)造縮短量，沉積差異［9-10］等因素均會(huì)導(dǎo)致差異變形。開(kāi)展構(gòu)造變形對(duì)比研究，分析差異構(gòu)造變形的控制因素，對(duì)認(rèn)識(shí)擠壓盆地油氣聚集的規(guī)律至關(guān)重要。

孟加拉盆地（Bengal Basin）東部褶皺帶位于印度—緬甸山脈西部山前，在此褶皺帶的陸上和淺水區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些中小型油氣田［11-12］，在深水區(qū)（水深≥500m）則尚未取得勘探突破。前人對(duì)孟加拉盆地東部褶皺帶南北方向不同區(qū)域的構(gòu)造變形開(kāi)展過(guò)研究［13-15］，對(duì)背斜的平面展布特征［16］、滑脫層屬性及分布［17-19］、構(gòu)造樣式［17，20-21］、地層流體超壓特征［17，22］等進(jìn)行了探討分析，但對(duì)孟加拉盆地東部褶皺帶南北向差異變形特征及其成因的研究還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，這限制了對(duì)該地區(qū)油氣聚集成藏規(guī)律的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。本次研究試圖在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的地震剖面資料，對(duì)孟加拉盆地東部褶皺帶的差異構(gòu)造變形及其成因進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)背景

孟加拉盆地位于印度板塊東北角，盆地北部是一個(gè)巨大的洪積平原，往南為寬闊的陸架和孟加拉深海扇（圖1）。中始新世以來(lái)，印度板塊持續(xù)向北漂移，其北部與歐亞板塊發(fā)生碰撞造山，形成青藏高原，東部斜向俯沖于緬甸微板塊之下，形成印度—緬甸山脈和孟加拉盆地東部褶皺帶［23-24］。孟加拉盆地東部褶皺帶南北向延伸近1000 km（圖1），東西向則北寬南窄（約從350 km到100 km），北部主要發(fā)生褶皺變形，南部兼有褶皺變形和明顯的走滑變形［13，25］。褶皺帶與印度—緬甸山脈近于平行（圖1），呈向西凸出的弧形，由成排成帶的線狀背斜構(gòu)成，其主體部分位于陸上和陸架淺水區(qū)，也有部分延伸到陸坡深水區(qū)(水深≥500m)。褶皺帶變形強(qiáng)度從東往西逐漸減弱［26］，形成于中新世以來(lái)［27］，主要形成時(shí)間為晚上新世—現(xiàn)今，并且從東往西變形時(shí)間越來(lái)越新［14］。

孟加拉盆地沉積充填了巨厚的上白堊統(tǒng)—第四系（圖2），最大厚度大于20 km，基底為早白堊世洋殼［28］。上白堊統(tǒng)—第四系以海相泥巖為主，并發(fā)育少量碳酸鹽巖、砂巖和煤層，其中上中新統(tǒng)—第四系主要為深海扇沉積，砂巖含量明顯增加，此外還發(fā)育滑塌泥巖沉積。孟加拉盆地的物源主要來(lái)自北部的青藏高原，僅少部分來(lái)自東部的印度—緬甸山脈［29］。始新世—全新世，陸架坡折從北向南快速遷移［30］，形成廣闊的陸架，主要物源遷移方向（從北往南）與孟加拉盆地東部褶皺帶背斜的走向近于平行［10］（圖3）。

圖1 孟加拉盆地東部褶皺帶及鄰區(qū)地形圖（據(jù)文獻(xiàn)［15］修編）

2 褶皺帶差異構(gòu)造變形特征

基于野外地質(zhì)調(diào)查和地震剖面資料，已有研究建立了垂直于孟加拉盆地東部褶皺帶走向的地質(zhì)剖面4條［13-15］，揭示了孟加拉灣東部褶皺帶主要構(gòu)造變形特征（圖4）?，F(xiàn)結(jié)合局部典型地震剖面，來(lái)說(shuō)明孟加拉盆地東部褶皺帶從北往南的變形差異。

剖面A—A′深度為5s（雙程走時(shí)），它切過(guò)孟加拉盆地東部褶皺帶北段，該段褶皺帶發(fā)育于陸上和陸架區(qū)（圖1）。剖面和鉆井資料揭示，漸新統(tǒng)為滑脫層系（圖4a），以漸新統(tǒng)為界，發(fā)育上、下兩套構(gòu)造層，表現(xiàn)出垂向分層變形特征。上構(gòu)造層變形強(qiáng)度從東往西逐漸減弱，東部形成高陡褶皺帶，主要發(fā)生沖斷變形，且褶皺變形強(qiáng)烈，形成滑脫褶皺及被斷層突破的滑脫褶皺［19］，背斜核部隆升剝蝕強(qiáng)烈，上新統(tǒng)—第四系厚度較薄；而西部?jī)H發(fā)生較微弱的褶皺變形。下構(gòu)造層幾何形態(tài)仍不清楚，主要發(fā)生沖斷變形，始新統(tǒng)頂界呈臺(tái)階狀，從西往東隆升幅度增大［14］。

剖面B—B′和C—C′切過(guò)孟加拉盆地東部褶皺帶中段，其中B—B′剖面位于陸架區(qū)（圖4b），C—C′剖面位于陸架—陸坡區(qū)（圖4c）。剖面深度11～13km，經(jīng)證實(shí)，這里也存在區(qū)域底部滑脫層，其埋深在B—B′剖面和C—C′剖面分別為約12 km（圖4b，圖5a）和約10 km（圖4c，圖5b），并且具有從西往東埋深逐漸增大的趨勢(shì)，這是由于印度板塊往東俯沖于緬甸微板塊之下導(dǎo)致的結(jié)果。陸架區(qū)與陸坡—洋盆區(qū)的變形特征存在著顯著差異，陸架區(qū)（B—B′剖面，圖4b，圖5a）發(fā)育了中部滑脫層（中中新統(tǒng)為滑脫層系），在擠壓作用下形成上、下兩套構(gòu)造層，上、下構(gòu)造層發(fā)育的背斜高點(diǎn)存在偏移，且上構(gòu)造層背斜核部地層發(fā)生明顯加厚，構(gòu)造樣式為滑脫褶皺。隨著擠壓縮短量增大，背斜翼部被逆沖斷層錯(cuò)斷。此外，上構(gòu)造層還發(fā)育了次級(jí)調(diào)節(jié)走滑斷層［15，19］。而陸坡—洋盆區(qū)（C—C′剖面，圖4c，圖5b）未發(fā)育中部滑脫層，構(gòu)造變形僅受底部滑脫層控制，且形成了規(guī)模較大的滑脫褶皺。

圖2 孟加拉盆地地層綜合柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［15］）

圖3 孟加拉盆地東部褶皺帶背斜展布及物源方向示意圖（據(jù)文獻(xiàn)［10］修改）

剖面D—D′切過(guò)孟加拉盆地東部褶皺帶的南段，剖面深度為7s（圖4d）?？梢钥闯觯隙伟l(fā)生了明顯的走滑變形（圖4d），褶皺帶寬度較小、背斜數(shù)量少（圖1）。由于來(lái)自北部和東部的物源較少，導(dǎo)致南段陸架較窄，并被走滑斷層錯(cuò)開(kāi)，陸坡的坡角較大，易誘發(fā)形成重力滑塌構(gòu)造［13］。此外，南段發(fā)育的特殊構(gòu)造樣式為泥底辟構(gòu)造（圖5c），以及數(shù)量眾多的泥火山［31］，它們是地層流體壓力突破上覆蓋層所形成的典型構(gòu)造樣式，是壓力釋放的窗口（泥火山平面分布見(jiàn)圖1）。

圖4 孟加拉盆地東部褶皺帶四條區(qū)域地質(zhì)剖面（剖面位置見(jiàn)圖1）A—A′剖面、D—D′剖面據(jù)文獻(xiàn)［14］，B—B′剖面、C—C′剖面據(jù)文獻(xiàn)［15］

綜上所述，孟加拉盆地東部褶皺帶南北向變形差異明顯，主要表現(xiàn)在滑脫層系及構(gòu)造樣式兩個(gè)方面。褶皺帶變形受底部和中部?jī)商谆搶涌刂?，底部滑脫層可能在整個(gè)褶皺帶均發(fā)育，這是主動(dòng)陸緣的典型特征［32］，但是，中部滑脫層的發(fā)育特征有所不同，它只在北段的褶皺帶中發(fā)育，由此形成了上、下兩套構(gòu)造層；中段僅在陸架區(qū)發(fā)育中部滑脫層(圖4b)，而在陸坡—洋盆區(qū)則不發(fā)育（圖4c）；南段由于地層流體壓力突破了上覆蓋層，因此也不發(fā)育中部滑脫層。中部滑脫層的層位時(shí)代不同，具有從北往南逐漸變新的特征，如剖面A—A′（褶皺帶北段）、B—B′（褶皺帶中段）分別為漸新統(tǒng)層系、中中新統(tǒng)層系（圖4a，4b）。北段—中段主要發(fā)育滑脫褶皺和斷層突破的滑脫褶皺，而南段主要構(gòu)造樣式為泥底辟和泥火山。由于中部滑脫層對(duì)孟加拉盆地東部褶皺帶構(gòu)造變形具有重要影響［19］，下面將進(jìn)一步分析其成因。

圖5 孟加拉盆地東部褶皺帶典型構(gòu)造樣式（圖5a，5b據(jù)文獻(xiàn)［15］）

3 中部滑脫層的發(fā)育受古陸坡富泥沉積控制

擠壓盆地中，滑脫層為地層層系中的軟弱層，它主要為塑性鹽巖或超壓泥頁(yè)巖［33］。綜合盆地沉積地層及其變形特征，認(rèn)為孟加拉盆地東部褶皺帶滑脫層為超壓泥頁(yè)巖(圖2，圖4)。這里的滑脫層形成需要兩個(gè)基本條件：一為物質(zhì)基礎(chǔ)，即盆地中發(fā)育泥頁(yè)巖地層；二是發(fā)生地層流體超壓［34］。由于鉆井資料及構(gòu)造樣式(滑脫褶皺、泥底辟和泥火山)均已證實(shí)孟加拉盆地東部褶皺帶普遍發(fā)生地層流體超壓［17,22］(圖4，圖5)，由此推斷，孟加拉盆地東部褶皺帶中部滑脫層的發(fā)育主要受控于物質(zhì)基礎(chǔ)——盆地中泥頁(yè)巖地層的發(fā)育。

結(jié)合鉆井和地震資料研究發(fā)現(xiàn)，中部滑脫層的發(fā)育受古陸坡沉積控制。來(lái)自青藏高原的大量沉積物沿大型河流輸送到孟加拉盆地，同時(shí)東部的印度—緬甸山脈隆升剝蝕也提供部分沉積物，導(dǎo)致孟加拉盆地形成了典型的陸架－陸坡－洋盆體系（圖3）。始新世—全新世，陸架坡折從北向南快速遷移，在孟加拉盆地北部則形成廣闊的陸架［30］，最大寬度大于200km。孟加拉盆地的東部雖然也為陸架－陸坡-洋盆體系，但由于來(lái)自東部的物源較少，因此，陸架的寬度相對(duì)較窄，寬約30～70km。

基于二維地震剖面制作的孟加拉盆地東部褶皺帶中段陸架坡折遷移示意圖（圖6）表明，在來(lái)自北部青藏高原和東部印度—緬甸山脈雙物源的共同控制下，早中新世—現(xiàn)今陸架坡折逐漸往西南方向遷移。

剖面Ⅰ—Ⅰ′（圖7a）切過(guò)現(xiàn)今的陸架坡折。剖面發(fā)育了第四紀(jì)陸架－陸坡－洋盆體系，陸架坡折從老到新逐漸往西南方向遷移。陸架以亞平行中強(qiáng)振幅席狀反射為特征，包括三角洲、濱淺海沉積、陸架泥、陸架砂以及峽谷充填沉積等。陸坡以雜亂楔狀體反射為特征，其沉積物以泥巖為主（重要蓋層），包括陸坡泥巖、滑塌泥巖以及峽谷充填的泥巖，發(fā)育少量峽谷內(nèi)充填砂巖，峽谷走向以南北向的為主，少量為東西走向的。洋盆(盆底)以強(qiáng)弱振幅間互反射為特征，其沉積物主要有深海泥巖、滑塌泥巖、濁積砂巖（主要儲(chǔ)層）［12］及濁積泥巖。

圖6 孟加拉盆地東部褶皺帶中段陸架坡折遷移示意圖圖幅范圍及位置見(jiàn)圖1中粉色方框

圖7 孟加拉盆地東部褶皺帶中段陸架－陸坡典型地震剖面剖面位置見(jiàn)圖6

剖面Ⅱ—Ⅱ′（圖7b）切過(guò)中中新世陸架坡折。剖面發(fā)育了中中新世陸架－陸坡－洋盆體系。由于其埋深增大，故沉積特征不如剖面Ⅰ—Ⅰ′清晰。雖然如此，但兩者的主要沉積特征相似：陸架區(qū)沉積砂質(zhì)含量相對(duì)較高，陸坡—洋盆區(qū)沉積泥質(zhì)含量較高，洋盆(盆底)沉積了濁積砂巖(良好儲(chǔ)層)［12］。

地震剖面Ⅲ—Ⅲ′鄰近于剖面Ⅱ—Ⅱ′（圖6），剖面顯示中—上中新統(tǒng)發(fā)育陸架－陸坡－洋盆體系（圖8）。剖面中部發(fā)生褶皺變形，形成的背斜核部地層發(fā)生明顯聚集加厚。結(jié)合構(gòu)造和沉積特征，認(rèn)為背斜核部為古陸坡沉積地層，其泥質(zhì)含量較高、滲透率低，出現(xiàn)了地層流體超壓(形成中部滑脫層)，導(dǎo)致地層發(fā)生塑性變形并聚集加厚。由此推斷，中部滑脫層的發(fā)育受古陸坡富泥沉積控制。

圖8 孟加拉盆地東部褶皺帶中段解釋地震剖面剖面位置見(jiàn)圖6

基于地震剖面揭示的構(gòu)造和沉積特征分析，本文提出了孟加拉盆地東部褶皺帶中段的變形模式（圖9）。印度板塊往東斜向俯沖于緬甸微板塊之下，形成孟加拉盆地東部褶皺帶，其構(gòu)造變形受底部和中部滑脫層共同控制，變形強(qiáng)度從東往西逐漸減弱。底部滑脫層發(fā)育于整個(gè)褶皺帶底部，而中部滑脫層的發(fā)育受古陸坡富泥沉積控制。古陸坡泥巖含量較高，滲透性差，一方面可以形成良好蓋層，另一方面也容易導(dǎo)致局部地層流體超壓而形成中部滑脫層［34］（當(dāng)?shù)貙恿黧w壓力突破上覆蓋層時(shí)形成泥底辟、泥火山［35］），在擠壓作用下泥質(zhì)含量較高的地層發(fā)生塑性變形并聚集加厚，形成上、下兩套構(gòu)造層（圖4b，圖8）。由于陸架坡折從東往西遷移，西側(cè)第四紀(jì)－現(xiàn)今的陸坡沉積近海底，不具備形成中部滑脫層的條件，故其下部褶皺的形成及演化僅受底部滑脫層控制。

圖9 孟加拉盆地東部褶皺帶中段構(gòu)造變形模式示意圖

4 褶皺帶差異變形成因

綜合研究分析認(rèn)為，孟加拉盆地東部褶皺帶差異變形是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，這些因素包括區(qū)域擠壓作用、沉積作用以及地層流體超壓等方面所存在的差異。

印度板塊往東斜向俯沖于緬甸微板塊之下，形成了孟加拉盆地東部的褶皺帶［23-24］。褶皺帶北寬南窄，構(gòu)造縮短量具有從北往南減小的特征，北部主要發(fā)生褶皺、沖斷變形，褶皺帶寬度最大約350 km。而南部兼有褶皺變形和明顯的走滑變形［13，25］。區(qū)域擠壓作用的差異是導(dǎo)致孟加拉盆地東部褶皺帶差異變形的主要因素。

孟加拉盆地發(fā)育陸架－陸坡－洋盆體系，始新世—全新世，孟加拉盆地北部的陸架坡折從北向南快速遷移［30］，而孟加拉盆地東部的褶皺帶走向近南北，即主要物源方向近似平行于褶皺帶走向（圖3）。沉積作用的差異導(dǎo)致陸架、陸坡和洋盆沉積的地層巖性組合不同。中部滑脫層僅發(fā)育于陸架區(qū)，受古陸坡富泥沉積的控制，中部滑脫層發(fā)育的時(shí)代具有從北往南變新的特征，這也影響了孟加拉盆地東部褶皺帶的變形樣式。已有研究證實(shí)，當(dāng)主要物源方向近似平行于褶皺帶走向時(shí)，盆地沉積的地層厚度差異明顯，進(jìn)而導(dǎo)致擠壓作用下盆地的構(gòu)造樣式的差異顯著［9］。本文研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主要物源方向近似平行于褶皺帶走向時(shí)，沉積作用的差異導(dǎo)致地層巖性組合的顯著不同，也會(huì)影響到褶皺帶的變形樣式。

孟加拉盆地東部褶皺帶南北方向的構(gòu)造變形差異還受到了地層流體超壓的影響。鉆井資料、褶皺帶變形樣式(主要有滑脫褶皺、泥底辟和泥火山)，均證實(shí)孟加拉盆地東部褶皺帶普遍發(fā)生地層流體超壓［17，22］，但表現(xiàn)的形式卻有所不同：北段—中段，地層流體超壓形成了滑脫層以及相關(guān)的滑脫褶皺，而南段，由于地層流體壓力的增大，突破了上覆蓋層，從而主要發(fā)育泥底辟和泥火山［10，35］。這與物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果［35］一致，地層流體超壓有利于形成滑脫層，如孟加拉盆地東部褶皺帶北段—中段；但隨著流體壓力的增大并突破上覆蓋層，則形成泥底辟和泥火山，它們是流體壓力的釋放通道，如孟加拉盆地東部褶皺帶南段。褶皺帶中多種因素均可導(dǎo)致地層流體超壓出現(xiàn)［34］，至于孟加拉盆地東部褶皺帶地層流體超壓的成因，這里則不作進(jìn)一步探討。

5 結(jié)論

（1）孟加拉盆地東部褶皺帶南北向變形差異明顯，主要表現(xiàn)在滑脫層系及構(gòu)造樣式兩個(gè)方面?；搶酉蛋ǖ撞亢椭胁?jī)蓚€(gè)滑脫層，底部滑脫層在整個(gè)褶皺帶均發(fā)育，而中部滑脫層僅發(fā)育于北段—中段的陸上和陸架區(qū)，在中段的陸坡－洋盆區(qū)及南段則不發(fā)育。北段—中段主要發(fā)育滑脫褶皺和斷層突破的滑脫褶皺，而南段主要發(fā)育泥底辟和泥火山。

（2）孟加拉盆地發(fā)育陸架－陸坡－洋盆體系，陸架、陸坡和洋盆中沉積地層的巖性組合各不相同，中部滑脫層受古陸坡的富泥沉積控制。

（3）孟加拉盆地東部褶皺帶的差異變形特征主要受區(qū)域擠壓作用、沉積作用以及地層流體超壓等方面存在著差異的共同影響。

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編輯：黃革萍

Differential Structural Deformation and Its M echanism of Fold Belt in the Eastern Part of Bengal Basin

Tang Pengcheng,Ding Liangbo,Ma Hongxia,Wang Xuefeng,Shao Dali

Based on the field observation and 2D seismic data interpretation,it is illustrated that the basal and intermediate detachment levels developed in NS-trending fold belt in the eastern part of Bengal Basin.The basal detachment level is developed below the whole fold belt,while the intermediate detachment level is only formed in the onshore and shelf area in the north-central segment of the fold belt.The analysis result show s that the intermediate detachment level is primarily controlled by the paleoslope,wheremud-rich sediments were deposited, and detachment folds and faulted detachment folds are dominant in the north-central segment,while mud diapirs and mud volcanoes are dom inant in the south segment.It is suggested that the differential décollement and structural style of the fold belt in eastern partof Bengal Basin ismainly controlled by the along-strike variations of tectonic shortening,sedimentary processes,and fluid overpressure.

Differential structural deformation;Décollement;Fluid overpressure;Fold belt;Bengal Basin;Bay of Bengal

TE121.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.02.010

1672-9854(2017)-02-0073-09

2016-01-11；改回日期：2016-03-28

本文受中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“海外重點(diǎn)戰(zhàn)略大區(qū)勘探技術(shù)研究與實(shí)踐”子課題“海外海洋勘探技術(shù)與有利目標(biāo)評(píng)價(jià)研究”（編號(hào)：2014D-0908）資助

唐鵬程：1982年生，工程師。2011年畢業(yè)于浙江大學(xué)，獲博士學(xué)位，主要從事含油氣盆地構(gòu)造變形研究。通訊地址：310023浙江省杭州市西溪路920號(hào)；E-mail：tangpc_hz@petrochina.com.cn

Tang Pengcheng：PhD,Petroleum Geology Engineer.Add:Petrochina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd., Hangzhou,Zhejiang,310023,China