歐加登盆地構(gòu)造及沉積充填演化特征

李 明

中國石油遼河油田分公司， 遼寧 盤錦 124010

0 引 言

歐加登盆地位于埃塞俄比亞的東南部， 是在前寒武系基底之上發(fā)育的疊合盆地， 構(gòu)造上處于非洲板塊東北角， 屬于索馬里盆地的一個(gè)次盆［1］， 盆地整體呈菱形， 面積約35×104km2。 盆地油氣勘探始于20 紀(jì)40 年代， 先后有十余家國際石油公司曾經(jīng)在此開展過油氣勘探活動(dòng)， 累計(jì)采集二維地震23×104km， 鉆井57 口， 只發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)氣田， 即Calub 氣田和Hilala 氣田［2］， 至今未有公司對氣田投入開發(fā)。 雖然該地區(qū)油氣均有所發(fā)現(xiàn)， 但由于各國際石油公司所登記的礦權(quán)區(qū)比較分散， 導(dǎo)致了對盆地的整體構(gòu)造格局和沉積充填特征認(rèn)識(shí)不清， 勘探方向難以明確。 為了進(jìn)一步落實(shí)歐加登盆地的油氣勘探潛力， 在前人研究的基礎(chǔ)上， 結(jié)合近幾年來新補(bǔ)充的鉆井資料和地震解釋成果對盆地的構(gòu)造、 沉積特征進(jìn)行了深入分析， 對該地區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)條件有了更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)概況及區(qū)域構(gòu)造演化特征

歐加登盆地基底為前寒武系的變質(zhì)巖系， 巖性主要為混合片麻巖、 片巖和石英巖等。 沉積蓋層為古生界二疊系、 中生界和新生界， 是在晚二疊世—三疊紀(jì)Karroo 陸內(nèi)裂谷基礎(chǔ)上發(fā)育的中生代大陸邊緣盆地［3］， 具有明顯的疊合盆地特征， 古生界、 中生界和新生界總厚度最大超過7 000 m。

盆地的演化階段與東非區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對應(yīng)， 受控于東非Karroo 熱柱、 古岡瓦納板塊的裂解、 馬達(dá)加斯加與印度板塊的飄移以及Afar 熱柱作用［4-6］。 晚二疊世—三疊紀(jì)， 受Karroo 熱柱作用， 岡瓦納古陸開始分裂， 該時(shí)期斷裂活動(dòng)和差異沉降最為強(qiáng)烈， 在東非至南非發(fā)育了近南北向的陸內(nèi)Karroo 裂谷系［7-8］， 埃塞俄比亞的東南部處于該裂谷系的北部末端（圖1），裂谷走向?yàn)楸睎|向， 沉積了Karroo 群陸相地層， 最大厚度可達(dá)4 000 m， 盆地雛形形成。 早侏羅世起， Karroo 裂谷活動(dòng)逐漸減弱， 馬達(dá)加斯加和印度板塊與非洲板塊開始分離， 印度洋逐漸打開［9-10］， 盆地進(jìn)入陸間裂谷演化階段， 海水開始侵入， 形成巨厚的碳酸鹽巖、 頁巖和蒸發(fā)巖沉積。 晚白堊世， 印度大陸開始沿左行走滑裂谷向北東方向分離漂移， 歐加登盆地進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣階段。 漸新世， 以Afar 熱柱為中心， 軟流圈地幔對流上涌， 大陸巖石圈區(qū)域性拱起， 東非的構(gòu)造活動(dòng)再次變得頻繁， 表現(xiàn)為東非大裂谷、 紅海和亞丁灣三叉裂谷系的形成［11-13］， 在歐加登盆地表現(xiàn)為盆地西部和北部不斷抬升、 傾斜， 并伴隨大規(guī)模的火山活動(dòng)， 以致于盆地西北部地層被強(qiáng)烈抬升剝蝕［14］，僅在東南部殘余約1 500 m 的晚白堊世—新生代地層。

圖1 歐加登盆地區(qū)域Karroo 裂谷分布圖Fig.1 Karroo rift region distribution map about Ogaden basin

2 盆地結(jié)構(gòu)及構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>

歐加登盆地是一個(gè)典型的疊合型盆地， 底部的Karroo 裂谷是一個(gè)三段式裂谷［15］， 左支和右支走向?yàn)楸北睎|向， 中支走向?yàn)楸睎|東向， 具有明顯的斷陷結(jié)構(gòu)特征。 侏羅系—下白堊統(tǒng)海相地層屬中生代陸間裂谷沉積， 盆地表現(xiàn)為整體坳陷結(jié)構(gòu)特征。 通過區(qū)域地震剖面解釋， Karroo 期裂谷盆地洼隆特征較為明顯，綜合斷陷式盆地和坳陷式盆地的構(gòu)造單元?jiǎng)澐衷瓌t［16-17］， 將Karroo 群的邊界作為隆起和斜坡的分界線， 將Karroo 裂谷深陷階段發(fā)育的Bokh 組邊界作為斜坡和坳陷的分界線， 將控凹斷裂作為凹陷的邊界，據(jù)此原則可將盆地劃分為七個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元， 將中部坳陷劃分為七個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（圖2）。

圖2 歐加登盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.2 Structural unit division map of Ogaden basin

盆地中凹陷的發(fā)育受控Karroo 期斷裂， 在盆地西南部發(fā)育西部凹陷， 為北北東走向的雙斷式地塹結(jié)構(gòu)， 并向北東方向延伸， 與中部凹陷被中央凸起相隔開。 中央凸起走向?yàn)榻鼥|西向， 由一系列受北東東向斷裂控制的背斜組成， 各背斜之間以斷層或鞍部相接。 東部凹陷受北東向主干斷裂控制， 凹陷走向與西部凹陷基本平行， 與中部凹陷之間無主干斷裂發(fā)育，表現(xiàn)為西高東低的單斜。 總體來說歐加登盆地經(jīng)歷了多期的不同動(dòng)力學(xué)背景的構(gòu)造演化， 盆地構(gòu)造格局主要形成于晚二疊世—三疊紀(jì)， 受控于Karroo 裂谷作用， 并于早白堊世定型。

3 盆地沉積充填演化

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造演化、 盆地結(jié)構(gòu)及沉積充填特征，將盆地的構(gòu)造演化分為四個(gè)階段： （1） 晚二疊世—三疊紀(jì)的Karroo 陸內(nèi)裂谷階段， 為盆地裂開的初始階段； （2） 侏羅紀(jì)—早白堊世的陸間裂谷階段， 為盆地的整體坳陷階段； （3） 晚白堊世—古新世的被動(dòng)大陸邊緣沉降階段， 為盆地的構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段； （4） 漸新世以來的局部抬升階段， 為盆地的萎縮消亡階段（圖3）。 由于不同的構(gòu)造演化特點(diǎn)， 沉積充填隨著時(shí)間和空間變化而發(fā)生著相應(yīng)的變化， 從而形成盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

3.1 Karroo 陸內(nèi)裂谷階段

晚二疊世受Karroo 熱柱作用， 岡瓦納大陸開始裂解， 在東非形成了近南北向的狹長裂谷系， 在埃塞俄比亞境內(nèi)已是裂谷系的北部末端， 形成時(shí)間要晚于東非南部的Karroo 裂谷系， 此時(shí)盆地總體上表現(xiàn)為北北東走向， 與大洋也沒有溝通， 因此在狹長的裂谷盆地中發(fā)育了典型的陸相碎屑巖沉積物［18］。

最初沉積物為Calub 組， 發(fā)育于盆地的初始張裂階段， 覆于基底之上， 盆緣的沖積體系向盆地中央推進(jìn)， 主要由結(jié)構(gòu)不成熟的碎屑巖組成， 巖性主要為礫巖、 砂巖和粉砂巖， 為沖積扇相砂巖， 自下而上粒度逐漸變細(xì)， 表明沖積扇為主的沉積環(huán)境正在被沖積平原所代替。 隨后是長期沉積的Bokh 組湖相頁巖， 發(fā)育于盆地裂谷期的深陷階段， 斷裂伸展強(qiáng)烈， 盆地加速沉降， 湖盆水域急劇擴(kuò)張， 水體加深， 沖積體系退至盆緣， 以黑灰色頁巖為主， 在深洼區(qū)沉積厚度超過2 000 m， 湖泊充填呈整體向上變細(xì)的特征， 頂部基本不發(fā)育砂巖層。 Bokh 組頁巖有機(jī)質(zhì)含量最大可達(dá)5%， 成層性好， 是Karroo 裂谷層序中唯一烴源巖層，總體處于高成熟—過成熟階段。 Gumburo 組發(fā)育于裂谷—坳陷轉(zhuǎn)換階段， 湖盆可容空間增速減緩， 進(jìn)入三角洲—河流沖積環(huán)境， 發(fā)育的砂巖向上粒度逐漸變粗， 在該時(shí)期Karroo 裂谷的沉積范圍向北擴(kuò)張了數(shù)百公里， 對盆地具有填平補(bǔ)齊的作用， 并為中生界海相沉積提供了平緩的古地貌背景（圖4）。

圖3 歐加登盆地綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive bar chart of Ogaden basin

圖4 歐加登盆地陸相沉積模式圖Fig.4 Continental sedimentary pattern of Ogaden basin

3.2 侏羅紀(jì)—早白堊世陸間裂谷階段

侏羅紀(jì)開始后Karroo 裂谷活動(dòng)終止， 馬達(dá)加斯加—印度板塊與非洲板塊分離， 沿右行走滑裂谷向南漂移， 盆地進(jìn)入陸間裂谷階段， 至早白堊世末期， 馬達(dá)加斯加相對于非洲大陸的漂移和其間的海底擴(kuò)張作用停止， 東非大陸邊緣主要構(gòu)造基本定型［19］， 洋中脊基本保持在目前的位置上， 東非大陸邊緣開始進(jìn)入相對穩(wěn)定階段。

圖5 歐加登盆地海相沉積模式圖Fig.5 Marine sedimentary pattern of Ogaden basin

這個(gè)階段盆地是在裂谷終止、 陸殼收縮塌陷和海底擴(kuò)張開始時(shí)期接受沉積的， 沉積環(huán)境主要為局限淺海背景， 表現(xiàn)為延伸到大陸內(nèi)部的狹長海灣。 海水從索馬里南部沿著東部凹陷向盆地內(nèi)侵入， 碳酸鹽巖的發(fā)育標(biāo)志著Karroo 期的結(jié)束， 盆地開始進(jìn)入海相沉積環(huán)境。 在陸內(nèi)裂谷層序的頂部和陸間裂谷層序的底部發(fā)育一個(gè)區(qū)域不整合面， 也是劃分層序的重要標(biāo)志。海侵初級(jí)階段的Adigrat 組為濱岸相環(huán)境， 全區(qū)普遍發(fā)育海相砂巖， 厚度薄， 分布廣， 其上發(fā)育Hamanlei群厚層碳酸鹽巖， 為碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境， 巖性主要為灰?guī)r、 白云巖、 頁巖和蒸發(fā)巖（圖5）， 其中M.Hamanlei 組為局限臺(tái)地相， 白云巖和硬石膏巖互層發(fā)育， 為歐加登盆地陸間裂谷層序中的主要勘探目的層。 之后沉積了Uarandab 組， Uarandab 組頂面是最大海侵面， 水體最深， 發(fā)育廣海陸棚相沉積， 巖性主要為暗色的頁巖， 接著是一個(gè)大規(guī)模海退序列的開始，依次沉積了Gorrahei 組、 Mustahil 組和Ferfer 組碳酸鹽巖， 其間記錄了多次海侵和海退。 總的來說， 這個(gè)階段的沉積演化是一個(gè)大規(guī)模海侵序列—大規(guī)模海退序列的完整過程， 形成了多套生儲(chǔ)蓋組合。

3.3 晚白堊世—古新世被動(dòng)大陸邊緣沉降階段

晚白堊世開始后， 印度大陸相對于東非大陸邊緣及馬達(dá)加斯加開始分離， 開始以左行走滑裂谷向北東方向漂移， 東非北部索馬里一帶進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣沉降階段。 由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了巨大變化， 這個(gè)階段是盆地內(nèi)褶皺形成的主要時(shí)期［20-21］。

區(qū)域的不整合面是劃分層序的主要依據(jù)， 在盆地東北部的大部分地震測線都可以看到明顯的削蝕不整合面。 被動(dòng)大陸邊緣沉降階段的沉積環(huán)境為開闊的淺海相， 沉積巖類型多樣， 主要包括建設(shè)型三角洲砂巖沉積、 碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖沉積等。 其中的Jesomma 組主要由細(xì)粒和粗粒碎屑巖組成， 沉積物來自于大河三角洲， 導(dǎo)致了邊緣沉降盆地的持續(xù)充填和大陸坡向?？焖傺由欤?其頂界面為中、 新生界的分界面。 碳酸鹽巖臺(tái)地相在此階段也廣泛發(fā)育， 例如Auradu 組碳酸鹽巖的快速建造并發(fā)展成為蒸發(fā)臺(tái)地相， 巖性為灰?guī)r、 云巖和硬石膏巖。 空間上被動(dòng)大陸邊緣層序僅在盆地的西南部， 由于該地區(qū)成熟的烴源巖分布范圍較小， 該套層序難有勘探突破， 在目前的勘探階段不作為勘探主要目的層序。

3.4 漸新世以來的局部抬升階段

漸新世開始后， 東非邊緣隨著Afar 熱柱噴發(fā)， 紅?！獊喍场獤|非三叉裂谷系形成， 伴隨有分布廣泛、 比較強(qiáng)烈的火山作用， 歐加登盆地的東北部局部抬升， 長期處于隆起剝蝕狀態(tài)， 未接納沉積， 進(jìn)入萎縮消亡階段［22］。 在此之后， 只有局部地區(qū)接受了新近系沉積。 至此， 歐加登盆地結(jié)束了古—新生代構(gòu)造發(fā)展的歷史， 在經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后， 形成了現(xiàn)今高原并局部發(fā)育火山巖的自然地理景觀。

4 結(jié) 論

（1） 歐加登盆地是一個(gè)在夭亡的陸內(nèi)裂谷基礎(chǔ)上發(fā)育的疊合盆地， 其構(gòu)造演化受控于岡瓦納古陸的裂解、 馬達(dá)加斯加—印度板塊的漂移、 印度洋海底擴(kuò)張及紅?！獊喍场獤|非三叉裂谷系的活動(dòng)， 記錄了盆地從雛形—發(fā)展—萎縮的整個(gè)演化過程， 主要經(jīng)歷了四個(gè)演化階段： ①晚二疊世—三疊紀(jì)的Karroo 陸內(nèi)裂谷階段； ②侏羅紀(jì)—早白堊世的陸間裂谷階段； ③晚白堊世—古新世的被動(dòng)大陸邊緣階段； ④漸新世以來的局部抬升階段。

（2） 盆地構(gòu)造形態(tài)受控于Karroo 期發(fā)育的北北東向和北東東向斷裂兩組基底斷裂， 裂谷走向與控盆斷裂走向平行， 根據(jù)Karroo 期裂谷的構(gòu)造格局， 將裂谷沉積邊界、 主力烴源巖層Bokh 組邊界和控凹斷層作為構(gòu)造單元?jiǎng)澐值闹饕罁?jù)， 將盆地劃分為“三隆起三斜坡一坳陷” 七個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元， 將中部坳陷進(jìn)一步劃分為七個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。

（3） 歐加登盆地的沉積演化是一個(gè)從Karroo 群陸相沉積序列—侏羅系規(guī)模海侵序列—白堊系規(guī)模海退序列的完整過程， 其中陸相層序發(fā)育在陸內(nèi)裂谷階段， 包括了湖盆的產(chǎn)生、 發(fā)展與消亡的全過程， 經(jīng)歷了沖積環(huán)境—湖泊環(huán)境—河流三角洲環(huán)境。 Adigrat 組底界為不整合面和海陸相沉積的相變面， 之后發(fā)生規(guī)模海侵， Uarandab 組頂面是最大海侵面， 接著是一個(gè)大規(guī)模海退序列的開始， 期間經(jīng)歷了多期的海侵和海退。 因此， 這種沉積演化發(fā)育特點(diǎn)決定了盆地發(fā)育陸相和海相兩種類型、 多套生儲(chǔ)蓋組合。