中非剪切帶裂谷盆地類型劃分及形成機(jī)制

孔令武，韓文明，張樹林，趙紅巖，喻英梅，趙佳奇

（中海油研究總院，北京100028）

0 引言

非洲油氣資源豐富，是世界油氣勘探重點(diǎn)地區(qū)之一。非洲大陸中部發(fā)育一條橫貫東西的中非剪切帶，沿該剪切帶發(fā)育一系列中生代裂谷盆地，西起乍得境內(nèi)的多巴（Doba）、多賽奧（Doseo）盆地，東到蘇丹的穆格萊德（Muglad）、邁盧特（Melut）以及喀土穆（Khartoum）盆地，不同盆地的勘探程度、研究深度相差很大。截至目前，前人對穆格萊德、邁盧特等東部高勘探程度盆地的構(gòu)造沉積以及油氣成藏進(jìn)行了較為深入的研究［1-12］，而對多巴、多賽奧、塞拉邁特（Salamat）等西部低勘探程度盆地的研究不夠深入，且缺少對東、西部盆地構(gòu)造差異的對比分析，進(jìn)而造成對中非剪切帶裂谷盆地形成機(jī)制的認(rèn)識不完整。

本次研究從構(gòu)造分析入手，劃分了中非剪切帶裂谷盆地的類型，明確了不同類型盆地構(gòu)造特征差異，并探討了不同類型盆地的形成機(jī)制，以期對中非剪切帶裂谷盆地的成因機(jī)制形成整體認(rèn)識，為不同類型盆地油氣成藏條件的對比研究提供理論支持。

1 構(gòu)造演化特征

中非剪切帶為一條NEE—SWW向的大型巖石圈破裂帶，橫切非洲大陸，西起喀麥隆，經(jīng)乍得、中非共和國、東至蘇丹，全長約2 000 km。中非剪切帶的形成、演化與板塊分離密切相關(guān)，據(jù)R.M.Binks和J.D.Fairhead研究，中非剪切帶為非洲板塊與南美板塊差異分離而形成的大型走滑斷裂帶［13］。按照走滑作用的強(qiáng)弱程度，中非剪切帶經(jīng)歷了強(qiáng)、弱2期構(gòu)造演化階段，分別為早白堊世強(qiáng)走滑作用階段、晚白堊世弱走滑作用階段。早白堊世時期，非洲板塊與南美洲板塊開始分離，誘發(fā)中非剪切帶發(fā)生強(qiáng)烈的右旋走滑運(yùn)動，走滑位移50 km［14-18］。晚白堊世時期，非洲大陸和南美洲大陸完全分離，中非剪切帶活動變?nèi)?，走滑位移隨之減弱。新生代時期，中非剪切帶活動趨于平靜，走滑作用基本停止。

2 裂谷盆地類型劃分

早白堊世時期，中非剪切帶強(qiáng)烈右旋走滑作用使得該斷裂帶深切巖石圈，引起上地幔被動上拱，誘發(fā)局部位置地殼拉張減薄發(fā)生被動裂陷作用，形成了穆格萊德、邁盧特、多賽奧、多巴等一系列被動裂谷盆地［15］（見圖1）。

圖1 中非剪切帶中生代裂谷盆地分布

雖然這些裂谷盆地具有相似的形成背景，但每個盆地之間具有很大差異，依據(jù)盆地的構(gòu)造特征和應(yīng)力機(jī)制的差異，將盆地劃分為2種類型：一類為伸展盆地，主要包括穆格萊德盆地、邁盧特盆地、喀土穆盆地、多巴盆地，該類盆地位于中非剪切帶走滑斷塊的末端，呈對角線分布，其走向斜交于中非剪切帶，盆地的控盆（或控凹）斷裂為大型正斷層，NW—SE向展布，產(chǎn)狀較緩，表明盆地主要形成于拉張作用。該類盆地發(fā)育規(guī)模較大，如穆格萊德盆地面積可達(dá)29.1×104km2。另一類為走滑-拉分盆地，主要包括多賽奧盆地和塞拉邁特盆地，該類盆地位于中非剪切帶的彎曲部位，成對分布，其走向平行于中非剪切帶，控盆（或控凹）斷裂為中非剪切帶的一部分，為大型走滑斷裂，斷裂產(chǎn)狀較陡，可見花狀構(gòu)造，具有典型的走滑性質(zhì)，表明盆地主要形成于走滑-拉張復(fù)合作用。該類盆地發(fā)育規(guī)模較小，如多賽奧盆地面積為4.8×104km2。

3 裂谷盆地形成機(jī)制

3.1 伸展盆地

中非剪切帶走滑斷塊末端水平位移變換控制了穆格萊德、邁盧特、多巴等伸展盆地的形成。早白堊世時期，中非剪切帶發(fā)生強(qiáng)烈右旋走滑作用，形成了北部走滑斷塊和南部走滑斷塊。研究表明：南、北部走滑斷塊在運(yùn)動過程中，除了產(chǎn)生走滑位移量，還會伴生垂直位移量，兩者呈“此消彼長”的關(guān)系。垂直位移量達(dá)到最大，剪應(yīng)力轉(zhuǎn)換為拉張應(yīng)力，導(dǎo)致末端產(chǎn)生局部的伸展沉降而形成穆格萊德、邁盧特、多巴等伸展盆地。由于走滑斷塊的運(yùn)動方向相反，南、北走滑斷塊末端位置呈對角線關(guān)系，因此中非剪切帶南北兩側(cè)的伸展盆地分布也呈現(xiàn)對角線的關(guān)系（見圖2）。

圖2 中非剪切帶伸展盆地形成機(jī)制

受中非剪切帶走滑斷塊末端拉張應(yīng)力的控制，穆格萊德、多巴等伸展盆地具有相似的結(jié)構(gòu)特征，盆地發(fā)育NW—SE向的控盆（或控凹）正斷裂體系，這些正斷裂體系的形成與分布遵守右旋力偶應(yīng)變橢圓中正斷裂的分布規(guī)律，與中非剪切帶呈鈍角斜交關(guān)系。受該類斷裂體系的控制，穆格萊德、多巴等盆地形成了NW—SE向的凹隆相間構(gòu)造格局（見圖2、圖3）。同時，盆地沉積充填表明，早白堊世沉積地層的展布明顯受控盆（或控凹）斷裂的控制，越靠近控盆（或控凹）斷裂，沉積地層越發(fā)育，且早白堊世時期（裂陷Ⅰ期）沉積充填物占盆地總充填物的比例為70%，表明早白堊世時期盆地裂陷作用最強(qiáng)，是盆地的主要形成時期。

圖3 多巴盆地典型地質(zhì)剖面

晚白堊世時期中非剪切帶活動變?nèi)?，對穆格萊德、邁盧特、多巴等盆地的控制作用也變?nèi)?。受紅海擴(kuò)張作用的影響，穆格萊德盆地和邁盧特盆地又發(fā)生了一期裂陷作用［11］，但其裂陷作用相對于早白堊世明顯變?nèi)酰欢鴮τ诙喟团璧?，裂陷作用也明顯變?nèi)酰艽笪餮蠛Ｇ?，盆地廣泛發(fā)育一套海相泥頁巖沉積。新生代時期中非剪切帶活動基本上停止，穆格萊德、多巴等伸展盆地的演化基本上不受中非剪切帶的控制。

3.2 走滑-拉分盆地形成機(jī)制

由于不同類型盆地發(fā)育的構(gòu)造位置不同，走滑-拉分盆地的形成機(jī)制與伸展盆地具有很大差異。中非剪切帶中部的彎曲形態(tài)和走滑運(yùn)動方向的有效配置控制了多賽奧和塞拉邁特等走滑-拉分盆地的形成。研究表明：中非剪切帶并非是一條直線，斷層產(chǎn)狀在斷裂帶中部的多賽奧盆地、塞拉邁特盆地位置處形成右階彎曲形態(tài)。受中非剪切帶右旋走滑作用控制，右階彎曲部位產(chǎn)生拉張分力和走滑分力，造成局部發(fā)生沉降作用，形成了多賽奧盆地和塞拉邁特盆地。因此，多賽奧盆地和塞拉邁特盆地為右階右旋作用機(jī)制下產(chǎn)生的走滑-拉分盆地，盆地往往成對出現(xiàn)（見圖4）。

受走滑與拉張復(fù)合作用控制，多賽奧盆地和塞拉邁特盆地平面上呈典型的“紡錘體”形態(tài)，東西長，南北窄，盆地呈不對稱的雙斷結(jié)構(gòu)，發(fā)育因走滑作用形成的花狀構(gòu)造。多賽奧和塞拉邁特2個盆地的控盆斷裂為大型走滑斷裂——Borogop斷裂，該斷裂為中非剪切帶的一部分，NEE—SWW向展布，產(chǎn)狀較陡，且該斷裂控制了多賽奧和塞拉邁特盆地下白堊統(tǒng)沉積地層的展布，越靠近Borogop斷裂，下白堊統(tǒng)沉積地層越發(fā)育（見圖4、圖5）。沉積充填表明，早白堊世沉積充填物占盆地總充填物的比例為80%，表明早白堊世盆地的裂陷作用最強(qiáng)，是盆地的主要形成時期。

圖4 多賽奧盆地和塞拉邁特盆地形成機(jī)制

圖5 塞拉邁特和多賽奧盆地典型地質(zhì)剖面

晚白堊世時期，由于中非剪切帶活動減弱，多賽奧盆地和塞拉邁特盆地裂陷作用明顯減弱。晚白堊世末期，非洲板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞，盆地發(fā)生局部反轉(zhuǎn)作用。新生代時期，中非剪切帶活動停止，盆地進(jìn)入填平補(bǔ)齊階段。

4 盆地形成模式及勘探意義

上述分析表明，中非剪切帶裂谷盆地主要形成于早白堊世右旋走滑作用，中非剪切帶走滑斷塊末端水平位移變換控制了穆格萊德、邁盧特、多巴等伸展盆地的形成。走滑斷裂中部的彎曲形態(tài)和走滑運(yùn)動方向的有效配置控制了多賽奧和塞拉邁特等走滑-拉分盆地的形成。穆格萊德盆地和邁盧特盆地的勘探實(shí)踐證實(shí)，早白堊世強(qiáng)裂陷作用階段是盆地優(yōu)質(zhì)的湖相烴源巖發(fā)育的主要時期，該時期發(fā)育的湖相烴源巖為盆地的主力烴源巖，TOC為1.00%～5.00%，平均2.00%，干酪根類型為Ⅰ型、Ⅱ1型，為富油氣盆地[1-2]。

對于走滑-拉分盆地來說，截至目前，該類盆地油氣發(fā)現(xiàn)較少。從中非剪切帶構(gòu)造演化與盆地形成機(jī)制來看，早白堊世為2種類型盆地的主要形成時期，該時期中非剪切帶如高速運(yùn)轉(zhuǎn)的“鏈條”，應(yīng)力在各個盆地之間傳遞。走滑-拉分盆地和伸展盆地均發(fā)生強(qiáng)裂陷作用，盆地沉降速率大于沉積速率，處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，具備發(fā)育中、深湖相沉積的構(gòu)造條件，有利于湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育，且多賽奧盆地鉆井也揭示早白堊世時期發(fā)育優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖，TOC為1.52%～4.63%，干酪根類型為Ⅰ型、Ⅱ1型，這表明走滑-拉分盆地也發(fā)育良好的湖相烴源巖，具備良好的生烴基礎(chǔ)，走滑-拉分盆地的勘探潛力不容忽視。

5 結(jié)論

1）中非剪切帶強(qiáng)烈走滑作用控制了裂谷盆地的形成，沿該剪切帶形成了2種類型的盆地——斜交于剪切帶的伸展盆地和平行于剪切帶的走滑-拉分盆地。

2）中非剪切帶走滑斷塊末端水平位移變換控制了穆格萊德等伸展盆地的形成，該類盆地形成于拉張作用，控盆斷裂為NW—SE向展布的大型正斷層，斷層產(chǎn)狀較緩，盆地具有對角線分布特征。

3）中非剪切帶中部的彎曲形態(tài)和走滑運(yùn)動方向的有效配置控制了多賽奧等走滑-拉分盆地的形成。該類盆地形成于右旋右階背景下的走滑-拉分作用，控盆斷裂為大型走滑斷層，斷層產(chǎn)狀較陡，盆地具有成對分布的特征。

4）基于盆地形成機(jī)制和已鉆井的分析，多賽奧等走滑-拉分盆地在早白堊世時期發(fā)生強(qiáng)裂陷作用，具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)湖相烴源巖的構(gòu)造條件。