尼日爾三角洲的沉積-構(gòu)造特征*

蘇玉山 王桐 李程 張光亞 趙巖 李曰俊 趙巍 趙甜玉

1. 中國石油化工股份有限公司勘探開發(fā)研究院，北京 1000832. Department of Geography, Kyung Hee University, Seoul 024473. 中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院，北京 1000834. 科新石油技術(shù)服務(wù)有限責任公司，庫爾勒 8410005. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點實驗室，北京 100029

尼日爾三角洲(Niger Delta)位于非洲大陸西海岸的幾內(nèi)亞灣(圖1)，總面積約300000km2，陸上部分的面積約75000km2，主體屬于尼日利亞，跨赤道幾內(nèi)亞和喀麥隆。它是世界上最大的三角洲盆地之一，由尼日爾(Niger)-貝努埃(Benue)河系注入大西洋而成。三角洲沉積體最厚處的厚度可達12km，體積達500000km3，(Doust and Omatsola，1990；應(yīng)維華和潘校華，1998；趙歡歡，2011；岳鵬升，2012)。

圖1 尼日爾三角洲盆地的位置Fig.1 Location of the Niger Delta

尼日爾三角洲盆地位于大西洋被動大陸邊緣之上，同時處于中非和西非中-新生代裂谷系交匯的部位。南大西洋自侏羅紀末-白堊紀初開始打開(Torsviketal., 2009; Moulietal., 2010; Pérez-Díaz and Eagles, 2017)，形成被動大陸邊緣；岡瓦納大陸中(新)生代裂解形成的中非和西非裂谷系，控制了尼日爾河、貝努埃河等水系的發(fā)育；尼日爾河和貝努埃河匯聚，注入大西洋，形成了尼日爾三角洲。因而，尼日爾三角洲盆地同時記錄了南大西洋打開過程和岡瓦納大陸裂解的諸多重要信息。

尼日爾三角洲已探明石油可采儲量達45億噸，天然氣可采儲量達2.7萬億立方米，構(gòu)成了世界上第十二大油氣聚集區(qū)(岳鵬升，2012)。三角洲沉積體，生儲蓋組合齊全、配套，圈閉發(fā)育，石油地質(zhì)條件優(yōu)越，油氣勘探潛力巨大。自1993年起，中石化、中石油和中海油陸續(xù)參與尼日爾三角洲盆地的勘探開發(fā)，成為我國全球油氣戰(zhàn)略的重要組成部分。

圖2 尼日爾三角洲的現(xiàn)代沉積環(huán)境(據(jù)Allen, 1965, 1970; Doust and Omatsola, 1990改繪)Fig.2 The present sedimentary environment of the Niger Delta (modified after Allen, 1965, 1970; Doust and Omatsola, 1990)

1 現(xiàn)今尼日爾三角洲的地貌和沉積環(huán)境

尼日爾三角洲總體表現(xiàn)為海退型，間有海進的演化歷史。海進時以浪控、潮控三角洲沉積為特征，海退時則以河控三角洲沉積為代表。目前，尼日爾三角洲以浪控、潮控三角洲沉積為特色；中心部位是建設(shè)性三角洲，翼部屬于破壞性三角洲(圖2)(Doust and Omatsola, 1990; 侯高文，2006)。三角洲的現(xiàn)代沉積物以陸源碎屑為主。物源主要為非洲大陸的前寒武系結(jié)晶基底，以及源自它們的白堊系和古近系-新近系的再旋回物源。另外，喀麥隆火山區(qū)也提供一定量的火山碎屑物源(Doust and Omatsola, 1990)。控制三角洲形成的尼日爾河，每年注入大西洋的河水達3000×108m3，相當于密西西比河的40% (Nedeco，1959)。

下三角洲平原上，分布著多條分支河流，其中以?？ǘ嗨购雍娃r(nóng)河規(guī)模最大。河流附近是淡水沼澤?？拷０毒€的三角洲陸上部分，潮汐的影響加大，淡水比例減少，發(fā)育了面積約10000km2大型咸水紅樹林沼澤。三角洲兩翼的海岸線及各沉積相帶均向陸內(nèi)退縮約25km。各分支河流注入大西洋，在海岸線一帶形成一系列的河口壩。進入大西洋，尼日爾三角洲水下部分可以劃分出：三角洲前緣臺地(內(nèi)淺海)、前三角洲斜坡、開闊陸架(外淺海)和陸坡等地理單元(圖2)。

三角洲的水下部分向幾內(nèi)亞灣內(nèi)延伸達250km左右，包括陸棚和陸坡。海底地貌在一定程度上受斷裂和泥底辟構(gòu)造影響。陸坡上發(fā)育一系列水下峽谷。一些峽谷在陸坡遠端轉(zhuǎn)化為濁積水道；另一些水下峽谷可以運送沉積物穿越整個斜坡，至斜坡底部卸載，形成海底扇。尼日爾三角洲前緣，對應(yīng)三個大規(guī)模的海底峽谷，形成了Avon、尼日爾和Calabar三個較大規(guī)模的海底扇(圖3)。

圖3 尼日爾三角洲附近的幾內(nèi)亞灣海底沉積自然地理概況(據(jù)Burke, 1972; Benkhelil, 1987; Reijers et al., 1997改繪)Fig.3 Physiographic sketch of the deep marine sediments in the Gulf of Guinea off the Niger Delta (modified after Burke, 1972; Benkhelil, 1987; Reijers et al., 1997)

2 尼日爾三角洲的地層系統(tǒng)

尼日爾三角洲附近大面積出露前寒武系變質(zhì)雜巖，中-新生代裂谷盆地(比達盆地、貝努埃槽/盆地、阿南布拉盆地)中出露以白堊系為主的中生代地層；古生界大面積缺失(圖4、表1)。尼日爾三角洲盆地的地層系統(tǒng)可以劃分為基底構(gòu)造層(前白堊系)、裂谷構(gòu)造層(白堊系-古新統(tǒng))和三角洲構(gòu)造層(始新統(tǒng)-第四系)。

圖4 尼日爾三角洲及鄰區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Allen, 1965; Whiteman, 1982; Doust and Omatsola, 1990編繪)Fig.4 Simplified geological map of Niger Delta and adjacent area (Compiled according to Allen, 1965; Whiteman, 1982; Doust and Omatsola, 1990)

2.1 基底構(gòu)造層

尼日爾三角洲的基底包括陸殼基底和洋殼基底。

洋殼基底是大西洋打開的過程中形成的，缺乏直接資料。根據(jù)全球古大陸恢復(fù)資料分析，尼日爾三角洲之下的洋殼形成于白堊紀早-中期；其與陸殼的分界則是依據(jù)地球物理資料推測的(Hospers, 1965; Whiteman, 1982; Kaplanetal., 1994)。實際上，它應(yīng)該屬于尼日爾三角洲的裂谷演化階段的產(chǎn)物。

陸殼基底雖然也沒有鉆井鉆遇，但是可以通過三角州附近的露頭地質(zhì)研究。它包括中-新生代裂谷作用發(fā)生之前的所有巖石，即前白堊紀的所有巖石，基本上都是由前寒武紀變質(zhì)雜巖和巖漿巖組成的泛非褶皺基底(Bumby and Guiraud, 2005)。地表出露于西非地塊、北尼日爾地塊和奧班地塊(圖4)。前寒武系基底雜巖的巖石類型主要為混合巖化片麻巖、輕微混合巖化或未混合巖化的副片巖和花崗巖。其中還穿插有不同巖性的巖脈。在前寒武系變質(zhì)雜巖之上，奧班地塊上見晚前寒武紀沉積地層，西非地塊上見古生代沉積地層。尼日爾三角洲地區(qū)是否存在前白堊紀未變質(zhì)沉積地層，目前尚不明確；普遍認為，白堊系直接不整合于前寒武系變質(zhì)雜巖之上。

2.2 裂谷構(gòu)造層

尼日爾三角洲的裂谷構(gòu)造層包括白堊紀-古新世裂谷作用階段的沉積。它是岡瓦納大陸裂解-大西洋打開過程的重要記錄。這一構(gòu)造層可以進一步劃分為2個伸展序列：下白堊統(tǒng)-上白堊統(tǒng)下部伸展序列和上白堊統(tǒng)上部-古新統(tǒng)伸展序列。該構(gòu)造層埋深大(可達12km)，缺乏鉆井資料，地層發(fā)育特征主要依據(jù)東北側(cè)相鄰的阿南布拉盆地出露的同時代地層來推斷。

2.2.1 下白堊統(tǒng)-上白堊統(tǒng)下部伸展序列

該序列自下而上依次為Asu River群、Odukpani組、Eze Aku組和Awgu組(表1)；總體為一套海進沉積體系，主要巖性為灰色砂巖和頁巖，局部地區(qū)發(fā)育灰?guī)r，伴隨有裂谷型巖漿作用；總厚度可達4500m。其中，Asu River群是裂谷作用早期沉積，也是尼日爾三角洲已知最老的沉積蓋層，直接不整合覆蓋于前寒武系變質(zhì)雜巖之上，巖性為暗綠色、棕褐色頁巖和細砂巖夾灰?guī)r，底部為粒度較粗的底砂巖，含菊石類化石，是濱海相潮下環(huán)境沉積。局部見基性和中性侵入巖。Odukpani組見于Calabar翼部，為淺海碎屑巖沉積。Eze Aku組為灰色、灰黑色頁巖和鈣質(zhì)砂巖。Awgu組又稱之為Awgu頁巖，以灰色頁巖為主，夾少量細砂巖和灰?guī)r。Awgu組沉積后，盆地發(fā)生過短暫的抬升或海退，造成規(guī)模不大的沉積間斷。這一地質(zhì)事件稱之為Abakaliki抬升。

表1尼日爾三角洲的地層系統(tǒng)

Table 1 Stratigraphic chart of the Niger Delta

2.2.2 上白堊統(tǒng)上部-古新統(tǒng)伸展序列

本序列是一套濱-淺海相的碎屑巖和含煤碎屑巖，總體表現(xiàn)為海退三角洲沉積體系。自下而上依次為Nkporo組、Mamu組(又稱下含煤巖系)、Ajali組(又稱Ajali砂巖)、Nsukka組(又稱上含煤巖系)和Imo組(又稱Imo頁巖)。

Nkporo組、Mamu組、Ajali組和Nsukka組屬于上白堊統(tǒng)上部，總體屬于海相或三角洲近海環(huán)境沉積，總厚度2500m左右。Nkporo組分上、下兩段，下段為黑色頁巖夾生屑灰?guī)r段，上段為頁巖段。Mamu組為細粒-中粒砂巖、頁巖，夾煤層或煤線。Ajali組為成巖較差的粗-細粒砂巖。Nsukka組的巖性是砂、泥巖互層，夾煤層或煤線。

Imo組屬于古近系古新統(tǒng)，為海相沉積，巖性主要為黑灰色、藍灰色頁巖，頂部偶夾鐵質(zhì)黏土層和薄層砂巖條帶，含豐富的有孔蟲等化石。Imo組的巖性橫向變化較大，向尼日利亞東部變?yōu)榉凵百|(zhì)頁巖和泥質(zhì)粉砂巖，到尼日利亞西部以厚層狀介殼灰?guī)r為特征。厚度變化也比較大，320～1070m。

2.3 三角洲/被動大陸邊緣構(gòu)造層

三角洲構(gòu)造層包括始新世到第四紀的沉積。這時，大西洋已經(jīng)擴張為廣闊的大洋，東、西兩側(cè)均為典型的被動大陸邊緣盆地(Guiraud and Bosworth, 1999; Guiraudetal., 2005; Moulinetal., 2010; 李江海等，2014)；所以，該構(gòu)造層又可以稱之為被動大陸邊緣構(gòu)造層。目前，尼日爾三角洲的油氣勘探目前都針對本構(gòu)造層，因而，本構(gòu)造層已經(jīng)獲得了豐富、翔實、可靠的地質(zhì)資料。

鉆井資料證實，本構(gòu)造層由三大套巖石組合組成，每一大套巖石組合構(gòu)成一個巖石地層單位。自下而上依次為海相頁巖、近海砂巖和頁巖、陸相碎屑巖，分別被命名為Akata組、Agbada組和Benin組(Short and Staeuble，1967; Avbovbo，1978; Ekweozor and Daukoru, 1994)。在三角洲主體的各部位，垂向巖石序列都比較簡單，規(guī)律性很強，總體顯示海退沉積序列特征(表1、圖5)。同時，各巖石地層單位又都規(guī)律性穿時，造成同時代地層的巖石組合橫向變化復(fù)雜。該三角洲層序的形成除了受控于尼日爾-貝努埃河系的控制外，其沉積帶還受控于同沉積斷層(生長斷層)。主干生長斷層控制了由北向南的多個沉積帶，每個沉積帶都包括自下而上三分的海退層序的三角洲沉積序列。這些由主干生長斷層控制的沉積帶，在油氣勘探界被稱之為巨型構(gòu)造(Megastructure)(Evamyetal., 1978)或沉積帶(Knox and Omatsola, 1989; Doust and Omatsola, 1990)。

圖5 尼日爾三角洲巖石地層與年代地層關(guān)系Fig.5 The relationship between the litho-stratigraphy and chrono-stratigraphy in the Niger Delta

圖6 Akata組厚度圖Fig.6 The isopach map of the Akata Formation

圖7 Agbada組等厚度圖Fig.7 The isopach map of the Agbada Formation

圖8 Benin組等厚度圖Fig.8 The isopach map of the Benin Formation

圖9 尼日爾三角洲的構(gòu)造綱要圖(b) A-A’為跨越尼日爾三角洲的區(qū)域構(gòu)造剖面; (c) B-B’為尼日爾三角洲的一條區(qū)域地震剖面Fig.9 Structure outline map of the Niger Delta(b) A-A’ is a regional structural cross-section of the Niger Delta; (c) B-B’ is a regional seismic profile of the Niger Delta

圖10 尼日爾三角洲伸展構(gòu)造變形區(qū)的C-C’地震剖面(剖面位置見圖9)BB-Benin組的底，相當于第四系的底；BQC-Qua Iboe Clay的底，相當于上新統(tǒng)的底；BMS-中新統(tǒng)頂部M-shale的底；BPS-中新統(tǒng)上部P-shale的底Fig.10 C-C’ seismic profile of the extensional province, Niger Delta (see the profile location in the Fig.9)BB is the bottom of Benin Formation, approximately the bottom of the Quaternary; BQC is the bottom of the Qua Iboe Clay, approximately the bottom of the Pliocene; BMS is the bottom of the top Miocene M-shale; BPS is the bottom of the upper Miocene P-shale

圖11 后緣伸展區(qū)沉積帶發(fā)育模式圖Fig.11 A carton model showing the formation and evolution of the depo-zone in extensional province of the Niger Delta

圖12 尼日爾三角洲重力滑動構(gòu)造的前緣褶皺沖斷帶的地震剖面(剖面位置見圖9的B-B’地震剖面)Fig.12 Seismic profile showing the front fold-thrust belt of the gravity gliding tectonics in the Niger Delta (see the profile location of the B-B’ seismic profile in Fig.9)

圖13 尼日爾三角洲的滑脫褶皺和泥構(gòu)造(剖面位置見圖9的B-B’地震剖面)Fig.13 Interpreted seismic profile showing detachment fold and shale tectonics (See the profile location of the B-B’ seismic profile in Fig.9)

圖14 發(fā)育泥底辟和生長斷層的D-D’地震剖面(剖面位置見圖9)BB-Benin組的底，相當于第四系的底；BQC-Qua Iboe Clay的底，相當于上新統(tǒng)的底；BMS-中新統(tǒng)頂部M-shale的底；BPS-中新統(tǒng)上部P-shale的底Fig.14 D-D’ seismic profile showing the mud diapirs and growth faults in the Niger Delta (see the profile location in the Fig.9)BB is the bottom of Benin Formation, approximately the bottom of the Quaternary; BQC is the bottom of the Qua Iboe Clay, approximately the bottom of the Pliocene; BMS is the bottom of the top Miocene M-shale; BPS is the bottom of the upper Miocene P-shale

圖15 非洲中-北部地質(zhì)簡圖，展示尼日爾三角洲與中非、西非裂谷系的空間關(guān)系(據(jù)Wilson and Guiraud, 1998; Guiraud et al., 2005改繪)Fig.15 Schematic geological map of Northern-Central Africa, showing the space relation between Niger Delta and the Central and West African Rift Systems (modified after Wilson and Guiraud, 1998; Guiraud et al., 2005)

圖16 尼日爾三角洲及鄰區(qū)斷裂分布圖(a)和區(qū)域結(jié)構(gòu)剖面(b、c、d)(據(jù)Kaplan et al., 1994; Whiteman, 1982; Rouby et al., 2011編繪)(c、d)中A-A’和B-B’剖面位置見圖(b)；圖(b)中的等值線(km)是三角洲沉積體總厚度等值線(據(jù)Kaplan et al., 1994)Fig.16 The main faults (a) and regional diagrammatic cross sections (c, d) of the Niger Delta and adjacent area (compiled according to Kaplan et al., 1994; Whiteman, 1982; Rouby et al., 2011)A-A’ and B-B’ profiles in Fig.16c and Fig.16d are seen in Fig.16b; Isopachs (km) in location map in Fig.16b are total sediment thickness (Kaplan et al., 1994)

圖17 尼日爾三角洲基底構(gòu)造圖(上)和布格重力異常圖(下)(據(jù)Murat, 1972; Haack et al., 2000; 應(yīng)維華和潘校華，1998; 侯高文，2006編繪)Fig.17 Basement tectonic (upper) and Bouguer gravity (lower) maps of the Niger Daelta (Compiled according to Murat, 1972; Haack et al., 2000; Ying and Pan, 1998; Hou, 2006)

圖18 Douala盆地SW-NE向區(qū)域地質(zhì)剖面(據(jù)Logar, 1983改繪)Fig.18 SW-NE regional geological cross section of Douala Basin (modified after Logar, 1983)

圖19 中非裂谷系Muglad盆地的兩條代表性地震剖面(a)穿越Muglad盆地西部Sufyan凹陷的一條NE-SW向地震剖面;(b) Muglad盆地東部Kaikang槽東側(cè)的一條NEE-SWW向地震剖面;(c) Muglad盆地的地層系統(tǒng)Fig.19 Two regional seismic profiles of Muglad Basin, Central Africa Rift System

圖20 35Ma以來尼日爾三角洲海岸線的遷移(據(jù)Whiteman, 1982; Tamunosiki, 2014改繪)Fig.20 Cartoon showing how the coastline of the Niger Delta has migrated since 35Ma (modified after Whiteman, 1982; Tamunosiki, 2014)

Akata組為前三角洲和陸架斜坡沉積，由海相頁巖、泥巖和粉砂巖組成，夾少數(shù)可能為濁積成因的薄砂層。暗色泥/頁巖有機質(zhì)豐富，是尼日爾三角洲盆地的主要烴源巖。該組在近海陸坡底辟帶，可以穿刺上覆地層至海底；在陸上三角洲東北部出露地表。根據(jù)鉆井和地震資料推測(絕大多數(shù)鉆井未鉆穿Akata組)，該組厚600～6000m，在三角洲中部厚度可達7000m(圖6)。Akata組的時代為始新世至全新世。

Agbada組為近岸-三角洲前緣沉積。由砂巖、粉砂巖、頁巖形成韻律性層。每個韻律厚15～45m；一般不超過60m?？傮w上，該組粗碎屑向上增多；下部以頁巖為主，上部砂巖居多。底部與Akata組為漸變過渡關(guān)系。頁巖呈灰色，致密，富含微體動物化石。砂巖分選性差，無膠結(jié)物或僅少量鈣質(zhì)膠結(jié)，常含煤屑和褐鐵礦顆粒，見少量介殼碎屑和海綠石。

Agbada組在各沉積帶都有發(fā)育，沉積時代從始新世至全新世，厚度600～3600m(圖7)。Agbada組砂、頁巖互層，形成多個儲-蓋組合，是尼日爾三角洲主要的油氣產(chǎn)層。其中，砂巖是油氣主要儲集層，泥/頁巖構(gòu)成良好的蓋層。

Benin組為陸相砂、礫巖夾泥巖，沉積時代為漸新世-全新世。它是陸相河流及岸后沼澤沉積，在三角洲陸區(qū)及淺水區(qū)均有分布，厚0～2100m(圖8)。Benin組底面在三角洲中部埋深最大，可達3000m以上；向南、北變淺。其中的砂體可能形成于砂壩、河道或天然堤環(huán)境；所夾的泥/頁巖可能是沼澤、牛軛湖和瀉湖沉積。

3 尼日爾三角洲的構(gòu)造變形特征

尼日爾三角洲盆地的構(gòu)造變形，如果不加特別說明，所研究的都是其三角洲構(gòu)造層的構(gòu)造變形。這也是油氣勘探最關(guān)注的層系。地震反射波可及，研究程度高。深部構(gòu)造層(基底構(gòu)造層和裂谷構(gòu)造層)因缺乏可靠的地震和鉆井資料，研究較少。

尼日爾三角洲的構(gòu)造變形總體顯示為一個大型重力滑動構(gòu)造系統(tǒng)，從陸地向大西洋方向，也就是從三角洲扇頂?shù)饺侵耷熬?，可以劃分?個大的構(gòu)造變形區(qū)：伸展構(gòu)造變形區(qū)和擠壓沖斷構(gòu)造變形區(qū)。兩者過渡地帶，泥底辟構(gòu)造和滑脫構(gòu)造發(fā)育。因為泥底辟構(gòu)造與油氣關(guān)系密切，所以，研究者往往在兩者之間劃分出一個泥底辟帶。從后緣伸展、中間滑脫-泥底辟到前緣擠壓沖斷，構(gòu)成一個完整的大型重力滑動構(gòu)造系統(tǒng)。其主滑脫斷層面位于Akata海相頁巖內(nèi)(圖9)。尼日爾三角洲的構(gòu)造變形與三角洲構(gòu)造層的形成演化幾乎是同時的，可以追溯到始新世，并持續(xù)至今(Doust and Omatsola, 1990; Cobboldetal., 2009)。不過，早期的構(gòu)造變形微弱，明顯的重力滑動構(gòu)造變形發(fā)生于中新世-第四紀。有人特別強調(diào)洋殼斷裂帶，Chain和Charcot斷裂帶對尼日爾三角洲的控制作用(Whiteman，1982；Kaplanetal., 1994；Sandwell and Smith, 2009; Wuetal., 2015)。我們認為，那主要是大西洋洋底構(gòu)造的范疇，對于三角洲構(gòu)造層的形成演化影響較小。地表地質(zhì)調(diào)查也沒有發(fā)現(xiàn)它們延伸到非洲大陸的證據(jù)。

3.1 伸展構(gòu)造變形區(qū)

伸展構(gòu)造變形區(qū)包括三角洲陸上和近海部分，構(gòu)造變形特征是同沉積的正斷層及其控制的泥底辟構(gòu)造(圖10)。同沉積斷層又稱生長斷層。伴隨正斷層往往發(fā)育滾動背斜，即正斷層相關(guān)的斷層轉(zhuǎn)折褶皺。不同方向的正斷層在剖面上可以組合成各種塹壘構(gòu)造。該區(qū)的主干正斷層多傾向大洋方向，向下匯聚于Akata主滑脫面，呈典型的鏟式斷層特征。主干斷層上盤發(fā)育滾動背斜和反向派生正斷層。因控制背斜構(gòu)造的形成，所以，這些主干斷層又稱之為成構(gòu)造斷層(structure-building fault)。滾動背斜頂部還可以發(fā)育一系列走向平行于背斜軸線的正斷層，其形成不僅與區(qū)域性伸展構(gòu)造活動有關(guān)，更受控于背斜頂部的局部拉張作用。

作為同沉積斷層，每一條主干斷層往往又控制一小型沉積帶的發(fā)育。當海平面相對下降，主干斷層活動性減弱，沉積物源充足，沉積帶的可容空間將被逐漸填滿，于是沉積中心便向大洋方向遷移至新的沉積帶(圖11)。主干(成構(gòu)造)斷層控制各沉積帶的形成，同時也就控制了不同地質(zhì)歷史時期沉積中心的形成和分布。

3.2 擠壓構(gòu)造變形區(qū)

擠壓構(gòu)造變形區(qū)位于三角洲前緣，常稱之為三角洲前緣褶皺沖斷帶。其又可以進一步劃分出內(nèi)褶皺-沖斷帶、滑脫褶皺區(qū)和外褶皺-沖斷帶(圖9、圖12)(Corredoretal., 2005; Sun and Liu, 2018)。構(gòu)造變形樣式以斷層傳播褶皺為主，其次是斷層轉(zhuǎn)折褶皺和滑脫褶皺。前緣的逆沖斷層往往錯斷Akata組和Agbada組至海底面。重力滑動構(gòu)造前緣的擠壓應(yīng)力是褶皺-沖斷帶形成的動力來源。沖斷構(gòu)造控制泥底辟構(gòu)造的發(fā)育。

根據(jù)斷裂分析和生長地層分析，尼日爾三角洲前緣的沖斷作用起始于中新世。沖斷構(gòu)造形成后，在每一個沖斷片的上方可以形成規(guī)模不等的背馱盆地。實際上，三角洲前緣褶皺-沖斷帶的逆沖斷層也是同沉積斷層，也是生長斷層，只是以往的研究多關(guān)注伸展區(qū)的生長正斷層，對前緣的生長逆斷層缺乏重視。

關(guān)于三角洲前緣褶皺-沖斷帶逆沖斷層和褶皺的關(guān)系，一般認為褶皺是逆沖斷層的斷層相關(guān)褶皺(Sun and Liu, 2018)。部分沖斷層的下盤，反射層向斷層方向的抬升，顯示，構(gòu)造變形初期可能是滑脫褶皺，是滑脫褶皺前緣突破形成了斷層轉(zhuǎn)折褶皺的假象。也就是說，部分沖斷層可能是褶皺相關(guān)斷層。這種情況經(jīng)常見于以鹽層或活動性泥/頁巖層為主滑脫面的褶皺-沖斷帶(Lietal., 2016)。背斜頂部的派生正斷層無疑屬于褶皺相關(guān)斷層。

3.3 滑脫-泥底辟構(gòu)造帶

泥底辟構(gòu)造在尼日爾三角洲大型重力滑脫構(gòu)造體系中，是一種特殊成因類型的構(gòu)造變形，并不是重力滑脫構(gòu)造的一個獨立構(gòu)造帶。它在伸張構(gòu)造區(qū)和前緣褶皺-沖斷帶都有發(fā)育，只是在兩者之間發(fā)育得更好(圖9、圖13)，所以，在尼日爾三角洲構(gòu)造研究中，泥底辟構(gòu)造帶往往作為過渡帶的同義詞。本文稱之為滑脫-泥底辟構(gòu)造帶。

Akata組是富含水的前三角洲相泥/頁巖，可能含有一定量的鹽。在后續(xù)三角洲沉積充填過程中，所處的溫-壓條件不斷升高。當溫度≥100℃和壓力≥ 6×104kPa時，Akata海相泥/頁巖塑性加強，成為活動性泥/頁巖，開始發(fā)生塑性流動。活動性泥/頁巖上拱，刺穿上覆地層，形成泥底辟構(gòu)造。斷層的發(fā)育有利于泥底辟的形成；以活動性泥/頁巖為主滑脫面的重力滑動作用是泥底辟構(gòu)造發(fā)育的重要促進因素。生長地層顯示，尼日爾三角洲的泥底辟構(gòu)造與重力滑動構(gòu)造基本上是同步的。以往的研究者多認為，尼日爾三角洲的泥底辟作用誘發(fā)了斷層的活動(應(yīng)維華和潘校華，1998)。實際上，這里既有主動泥底辟，也有被動泥底辟。主動泥底辟可以誘發(fā)、控制斷層發(fā)育；主要見于滑脫-泥底辟帶(圖13)。被動泥底辟則是斷裂活動控制泥底辟作用；主要見于后緣伸展區(qū)和前緣褶皺沖斷帶(圖12、圖14)。

4 岡瓦納大陸的裂解與尼日爾三角洲的形成演化

尼日爾三角洲盆地坐落在大西洋被動大陸邊緣之上。尼日爾-貝努埃河系在幾內(nèi)亞灣注入大西洋，是尼日爾三角洲的直接成因。中、西非裂谷系(圖15)通過控制尼日爾-貝努埃河系的形成和展布(圖4)，間接控制尼日爾三角洲的形成演化。大西洋的打開，中、西非裂谷系的裂谷作用，都是岡瓦納大陸中-新生代裂解作用的重要內(nèi)容，所以，尼日爾三角洲的形成演化與岡瓦納中-新生代裂解過程有密切的關(guān)系。

尼日爾三角洲盆地實際上是一個疊合盆地。新生代三角洲盆地/被動大陸邊緣盆地疊合在中生代裂谷盆地之上。按盆地的構(gòu)造類型劃分，現(xiàn)今的尼日爾三角洲盆地是大西洋東岸被動大陸邊緣盆地的一部分。稱之為三角洲盆地是考慮其沉積相特征，是一個沉積相分類。

4.1 岡瓦納大陸裂解與尼日爾三角洲的構(gòu)造格局

南大西洋的打開和中、西非裂谷系的裂谷作用基本上是同時發(fā)生的，都是自侏羅紀末-白堊紀初開始。主裂谷期發(fā)生于早白堊世。有人認為尼日爾三角洲-貝努埃槽的初始裂谷作用可能在晚侏羅世就已經(jīng)開始了(Guiraud and Bellion, 1995；Maluskietal., 1995)，但是，缺乏可靠的鉆井和地震資料證據(jù)。進入新生代，中、西非裂谷系的裂谷作用迅速減弱，趨于穩(wěn)定；南大西洋擴張成為廣闊的大洋(Guiraudetal., 2005; Torsviketal., 2009; Moulinetal., 2010)，東、西兩側(cè)演化為典型的被動大陸邊緣。

岡瓦納大陸中-新生代裂谷作用，在非洲大陸形成了由NE-SW和NW-SE走向正斷層，構(gòu)成共軛斷裂系統(tǒng)(圖15)。雖然尼日爾三角洲地區(qū)的地震資料無法清晰顯示基底構(gòu)造層和裂谷構(gòu)造層的面貌，但是，地面地質(zhì)研究證明，該地區(qū)也發(fā)育這套共軛斷裂系統(tǒng)(圖16a)。根據(jù)重、磁資料可以刻畫出尼日爾三角洲的基底構(gòu)造輪廓，也顯示了NE-SW和NW-SE向的基底構(gòu)造，且以前者為主。尼日爾三角洲的區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面也進一步證實了這一構(gòu)造特征(圖17)。NWW-SEE走向的地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面展示一大型地塹構(gòu)造；該裂谷是貝努埃槽向西南方向的延伸。剖面上的斷裂發(fā)育特征顯示，尼日爾三角洲地區(qū)的中-新生代裂谷作用起始于侏羅紀末-白堊紀初；至新生代，裂谷作用迅速減弱，進入相對穩(wěn)定的弱伸展被動大陸邊緣演化階段。NE-SW走向地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面展示一大西洋向非洲大陸的斜坡。中-新生界之下的基底構(gòu)造層，自非洲大陸向大西洋方向，由陸殼基底轉(zhuǎn)變?yōu)檠髿せ?。洋?陸殼基底轉(zhuǎn)換的確切部位尚不十分明確。航磁資料給出的基底埋深超過11000m(圖16)。這是一條非常簡化的地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面，其展示的平緩斜坡忽略了大量構(gòu)造變形細節(jié)，可能嚴重失真。

尼日爾三角洲盆地東側(cè)Douala盆地(圖1)的SW-NE向區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面(圖18)，可以幫助我們更合理、正確地認識研究區(qū)中生代裂谷期斷裂發(fā)育特征。該剖面基本上垂直于大陸邊緣。剖面上發(fā)育三個大的不整合，分別是白堊系與前寒武系基底之間的不整合，古近系與白堊系之間的不整合，以及中新世底部的不整合；兩套斷裂系統(tǒng)，分別是深部的裂谷斷裂系統(tǒng)和淺部的被動大陸邊緣斷裂系統(tǒng)。

深部的裂谷斷裂系統(tǒng)發(fā)育于白堊系，最高可影響到古近系底部；由一系列正斷層組成，組合成塹壘構(gòu)造和階梯狀構(gòu)造。這套裂谷斷裂系統(tǒng)在尼日爾三角洲也應(yīng)該存在，即，尼日爾三角洲之下應(yīng)該存在NW-SE走向的裂谷期斷裂，只是因埋深太大，地震反射很差(基本上沒有反射)，目前尚未被清晰揭示。淺部的被動大陸邊緣斷裂系統(tǒng)發(fā)育于新生界，為一系列的正斷層，顯示被動大陸邊緣伸展構(gòu)造背景。正斷層斷距自下而上逐漸減小，是新生界的同沉積斷層，所以又稱之為生長斷層。這一斷裂系統(tǒng)在尼日爾三角洲更發(fā)育。

中、西非裂谷系分別由一系列中-新生代裂谷盆地組成。這些裂谷盆地的形成演化都是岡瓦納大陸裂解過程的一部分，與大西洋的打開是同時發(fā)生的。Muglad盆地是中非裂谷系的一個大型裂谷盆地，其形成演化過程在中、西非裂谷系具有很好的代表性。該盆地油氣勘探程度較高，有大量高品質(zhì)的地震資料，清晰地展示了裂谷作用過程。借助該盆地的地震勘探資料，彌補尼日爾三角洲盆地深部地震反射差的缺陷，認識尼日爾三角洲盆地前新生代構(gòu)造特征和演化。

圖19是過中非裂谷系Muglad裂谷盆地的2條地震剖面。精細地震解釋可以得到Muglad盆地的形成演化過程。

白堊系-新生代裂谷沉積體系直接不整合于前寒武系變質(zhì)基底之上，是一個中-新生代裂谷盆地。裂谷作用起始于侏羅紀末-白堊紀初，持續(xù)至新近紀。Muglad盆地的裂谷作用存在兩個大的旋回。第一個旋回發(fā)生于白堊紀，裂谷作用遍及全盆地。第二個旋回發(fā)生于新近紀，裂谷作用的中心東移。沉降中心位于Kaikang槽；西部Sufyan凹陷構(gòu)造活動較弱，僅邊界斷裂仍有一定的正斷層作用。第四紀，整個Muglad盆地的裂谷作用基本停息，緩慢沉降。

4.2 尼日爾三角洲的沉積充填過程

4.2.1 裂谷階段的沉積充填過程

白堊紀-古近紀早期是尼日爾三角洲地區(qū)的裂谷階段，其沉積充填過程嚴格受裂谷作用控制。

岡瓦納大陸的裂解作用形成的NE-SW和NW-SE走向的共軛斷裂系統(tǒng)，控制了NE-SW和NW-SE走向裂谷盆地的形成(圖15)。貝努埃盆地、比達盆地以及南大西洋白堊紀的裂谷作用都是其組成部分。尼日爾三角洲位于貝努埃裂谷的西南延伸方向，處于大西洋早期裂谷與貝努埃裂谷構(gòu)成的白堊紀中期構(gòu)造三聯(lián)點上(Doust and Omatsola, 1990)。其早白堊世沉積為典型的裂谷沉積建造，包括碎屑巖、火山碎屑巖和火山巖。

至晚白堊世，大西洋已經(jīng)擴張到相當?shù)囊?guī)模，洋殼已經(jīng)形成；貝努埃槽的裂谷作用減弱，火山活動明顯減少，盆地具有坳拉槽的性質(zhì)。貝努埃-尼日爾河系帶來的大陸沉積物沿貝努埃槽不斷向大西洋方向推進，形成尼日爾三角洲的雛形。這也就是尼日爾三角洲盆地的早期演化階段。當時NE-SW和NW-SE走向的兩組共軛斷裂系統(tǒng)對盆地起著控制作用(圖16)。晚白堊世早期，阿巴卡利基高地尚未形成，貝努埃槽與大西洋聯(lián)通，為一海槽，接受海相沉積。至晚白堊世晚期，構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用，形成Apakaliki高地，貝努埃-Abakaliki海槽關(guān)閉，結(jié)束海相沉積的歷史。

4.2.2 三角洲/被動大陸邊緣階段的沉積充填過程

古近紀早期，尼日爾三角洲地區(qū)發(fā)生了一次大規(guī)模的海侵，掩蓋了之前形成的原始三角洲，沉積了廣泛分布的Imo頁巖。此后，尼日爾三角洲盆地進入了現(xiàn)代三角洲沉積發(fā)展的演化歷史。

尼日爾三角洲沉積物主要由尼日爾-貝努埃河系提供。此時裂谷作用雖然已經(jīng)基本停止，但是，早期(白堊紀-古新世)形成的裂谷，依然有效地控制著尼日爾-貝努埃河系的發(fā)育，從而間接控制了尼日爾三角洲的形成演化。充沛的物源供應(yīng)，使三角洲迅速發(fā)展，不斷向大西洋方向推進。7500年以來的海平面上升，致使海岸線向非洲大陸方向后退了約50km(圖20)。

始新世是尼日爾三角洲演化的早期階段。沉積物供給主要由尼日爾-貝努埃河系提供，其次是Cross河。始新世晚期-漸新世早期，由于Cross河提供了充分的物源供給，在尼日爾三角洲東南側(cè)曾經(jīng)短暫地形成獨立的三角洲環(huán)境。

漸新世-中新世，物源供給非常豐富，沉積速度加快，堆積了很厚的三角洲沉積，使三角洲得以快速發(fā)展。地層埋深迅速加大，加之巖漿活動，造成地溫升高，致使深部的海相頁巖(Akata)液化，重力滑動構(gòu)造啟動，生長地層和泥底辟構(gòu)造開始發(fā)育。與油氣關(guān)系密切的滾動背斜的形成演化也起始于這一地質(zhì)歷史階段。生長斷層-泥底辟構(gòu)造控制了一系列沉積帶的形成演化?？傮w上，生長斷層-沉積帶的形成是前展式的，即，向大西洋方向推進的(圖11)。

上新世-更新世，三角洲沉積體的生長速度減慢。重力構(gòu)造、生長斷層以及泥底辟構(gòu)造也明顯變?nèi)酢?/p>

自更新世晚期，第四紀冰期之后的冰川消融，造成了海平面的上升和海侵，淹沒了上新世-更新世的三角洲平原。海平面上升約90m，尼日爾三角洲的海岸線向大陸方向退縮了約50km，從而形成現(xiàn)今尼日爾三角洲的面貌。同時，生長斷層活動及其控制的沉積帶向三角洲前緣方向遷移至大陸斜坡部位；重力構(gòu)造的前緣褶皺沖斷帶發(fā)育并定型；泥底辟作用廣泛分布于水下三角洲之下。

5 討論和結(jié)論

(1)尼日爾三角洲的形成演化受控于岡瓦納大陸中-新生代裂解。它坐落于岡瓦納大陸中生代裂解形成的構(gòu)造三聯(lián)點之上。該三聯(lián)點由貝努埃裂谷和南大西洋裂谷組成。后期，南大西洋裂谷持續(xù)演化為大洋；貝努埃裂谷夭折，成為坳拉槽(貝努埃槽)。尼日爾三角洲的洋殼基底屬于大西洋洋殼，形成于早白堊世。其陸殼基底是岡瓦納大陸基底的一部分；其上發(fā)育的中生代裂谷是貝努埃裂谷的一部分；裂谷作用形成了NE-SW和NW-SE向共軛斷裂系統(tǒng)。中生代裂谷作用起始于侏羅紀末-白堊紀初，高峰發(fā)生于早白堊世，持續(xù)至新生代早期。岡瓦納大陸的裂解作用控制著南大西洋及其被動大陸邊緣和中、西非裂谷系的形成。尼日爾河和貝努埃河的發(fā)育受中、西非裂谷系的控制。兩者匯聚，注入南大西洋幾內(nèi)亞灣，形成了尼日爾三角洲。

(2)尼日爾三角洲以海退型三角洲為主，間有海進的演化歷史；海進時以浪控、潮控三角洲沉積為主，海退時以河控三角洲沉積為代表。三角洲沉積體剖面上具有典型的三分性，自下而上依次為：海相頁巖(Akata組)、海陸交互向砂-頁巖(Agbada組)和陸相碎屑巖(Beinin組)。各巖石地層單位穿時，且總體向大西洋方向變新。

(3)在Agbada組沉積區(qū)發(fā)育數(shù)層較厚的泥巖，如Agbada泥巖、Buguma泥巖、Soku泥巖、Afam泥巖、Qua Iboe泥巖等。部分泥巖甚至延伸至Benin組沉積區(qū)。它們都是尼日爾三角洲較大規(guī)模(三角洲尺度)海侵過程中形成的泥巖。由于海侵時效性，這些泥巖層可以被視作準等時的沉積，故在年代地層劃分對比和地震解釋中，可以作為良好的標志層。同時，它們還是尼日爾三角洲的重要的油氣蓋層。

(4)尼日爾三角洲的地質(zhì)剖面可以劃分出三大構(gòu)造層，分別是：前寒武系褶皺基底構(gòu)造層、白堊系-古新統(tǒng)裂谷構(gòu)造層和始新統(tǒng)-第四系三角洲(被動大陸邊緣)構(gòu)造層。分別代表了尼日爾三角洲地區(qū)地質(zhì)演化的三大階段。泛非構(gòu)造運動形成了研究區(qū)的前寒武系褶皺基底。此后，長期隆升剝蝕，形成寒武系-侏羅系巨大的地層間斷。岡瓦納大陸中-新生代裂解過程中，形成一系列NE-SW和NW-SE走向的裂谷，包括貝努埃裂谷。同時，(南)大西洋逐漸打開。尼日爾三角洲位于大西洋早期裂谷與貝努埃裂谷構(gòu)成的三聯(lián)點上，接受了白堊系-古新統(tǒng)裂谷沉積。至漸新世，大西洋由早期的裂谷演化為廣闊的大洋，形成成熟的被動大陸邊緣；研究區(qū)的裂谷作用逐漸停息，構(gòu)造趨于穩(wěn)定。貝努埃、比達等裂谷盆地控制的尼日爾-貝努埃河系注入大西洋，在大西洋被動大陸邊緣之上形成了尼日爾三角洲盆地，接受了漸新統(tǒng)-第四系三角洲沉積，構(gòu)成了大西洋被動大陸邊緣沉積的一部分。

(5)尼日爾三角洲深部(古新統(tǒng)以下)的構(gòu)造變形，因埋深大，地震反射差，鉆井未及，無法直接研究；需要借鑒同處于東大西洋被動大陸邊緣的相鄰盆地(如Douala盆地)以及同處于中、西非裂谷系上的盆地(如Anambra盆地、Muglad盆地)的研究成果，并結(jié)合航磁、重力資料，進行分析研究。目前，古近系以下可以識別出的構(gòu)造變形主要是裂谷期的正斷層。NE-SW走向的斷層屬于貝努埃裂谷體系，NW-SE走向的斷層是南大西洋打開初始階段裂谷作用的產(chǎn)物。

(6)淺部(新生界)發(fā)育重力滑動構(gòu)造及其控制下的泥底辟構(gòu)造。泥底辟構(gòu)造和以Akata頁巖為主滑脫斷層的大型重力滑動構(gòu)造可能是同時形成的。

淺部的重力滑動構(gòu)造總體可以劃分出后緣的伸展構(gòu)造變形區(qū)和前緣的擠壓變形區(qū)。兩者之間的過渡帶屬于滑脫-泥底辟構(gòu)造變形帶。尼日爾三角洲的生長正斷層的形成演化歷史可能起始于三角洲演化的初始階段。雖然具體構(gòu)造的形成時間有先后，但是，整個重力滑動構(gòu)造，從后緣到前緣，變形起始時間基本一致，約為12Ma(中新世中期)。新生代喀麥隆火山帶的活動可能是尼日爾三角洲重力滑動構(gòu)造的誘因之一(Njome and de Wit, 2014)。

漸新世晚期-中新世快速沉積，巨厚的沉積載荷加上喀麥隆火山帶等新生代巖漿作用提供的熱能，引起下伏Akata頁巖的活化，形成泥底辟構(gòu)造。泥底辟構(gòu)造以被動底辟為主，主動底辟主要發(fā)生于滑脫-泥底辟構(gòu)造帶。

致謝本項研究的地震資料主要來自中石化勘探開發(fā)研究院和中石油勘探開發(fā)研究院。研究過程中，王道軒教授、劉計國博士、余朝華博士、劉亞雷博士、文磊博士等給予了有益的建議。審稿人的建設(shè)性修改意見使論文質(zhì)量得到了大幅度提高。在此一并致以衷心的感謝。