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沉积盆地的形成是内外动力地质作用的综合结果,而盆地的形成演化与构造事件密切相关(刘宝珺等,2006)。因此,在沉积盆地充填、层序地层发育及沉积体系研究时,构造演化研究极为重要。在此研究过程中,逐渐形成了沉积学领域的新分支学科——构造沉积学(柯宝嘉,1992)。构造沉积学是沉积学与板块构造学相结合的产物。该学科以大陆动力学和沉积学的基本理论为基础,从宏观和整体的角度,对盆地的大地构造背景、形成条件,以及沉积过程进行研究,恢复古环境,核心内容是构造演化与沉积响应的耦合关系研究(柯宝嘉,1992; 王东坡等,1995; 刘宝珺等,2006; 王宏语等,2019)。对于沉积盆地而言,洋中脊扩张、洋壳俯冲、大陆(岛弧)碰撞控制“盆”“山”格局; 断层活动及构造抬升等控制隆坳格局; 次级断层活动在盆地内部形成微构造(林畅松等,2015)。总体而言,构造演化与盆地形成密切相关,进而控制盆地的充填、物源供给、沉积物搬运、输送、分散及沉积。十余年来,构造沉积学研究精度逐渐提高,特别在构造演化与沉积体系耦合关系研究方面获得了诸多成果,逐渐成为国际沉积学领域研究的重点和热点之一,也是大陆动力学研究的重要内容(Deville et al.,2015; 林畅松等,2015,2019; 宋爽等,2016; Switzer et al.,2016; Babault et al.,2018; Paumard et al.,2018; Noori et al.,2019; Odlum et al.,2019; 何登发等,2020; Vergés et al.,2020)。此外,对石油、天然气、煤炭等矿物燃料及沉积、层控矿产的进一步勘探开发具有重要的指导意义(王东坡等,1995; 林畅松等,2019)。
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近年来,东非鲁伍马盆地及坦桑尼亚盆地油气勘探获得了一系列突破。其中,鲁伍马盆地内发现气田19个,天然气可采储量152 Tcf; 坦桑尼亚盆地陆上钻井共34口,海域38口,已钻最深井陆上5632 m,海上达6110 m。钻探结果显示,渐新统是东非天然气重要产层,发育三角洲-海底扇沉积体系,深水区以海底扇沉积为主(孙辉等,2019)。然而,上述盆地构造演化复杂,盆地内部充填及“源-汇”系统展布规律研究薄弱,制约了该区的油气勘探选区。因此,开展此方面的研究可为研究区油气勘探选取提供依据,也可为类似地区资源评价提供借鉴。
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1 地质概况
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非洲东海岸位于非洲东部,地处东非被动大陆边缘地区,北至红海、亚丁湾,东邻印度洋,涉及埃塞俄比亚、索马里、肯尼亚、坦桑尼亚、莫桑比克、马达加斯加等国家,包括多个重点含油气盆地,由北到南分别为索马里盆地、拉穆盆地、坦桑尼亚盆地、鲁伍马盆地、莫桑比克盆地、穆龙达瓦盆地和马任加盆地(图1a)(Mahanjane,2014; 童晓光,2015; 崔志骅,2016)。鲁伍马盆地沿东非海岸由坦桑尼亚东南部向北延伸至莫桑比克东北部,西连莫桑比克褶皱带,东接凯瑞巴斯盆地,总面积约14.4×104 km2,其中,陆上面积为3.46×104 km2,海上面积10.94×104 km2。坦桑尼亚盆地北邻拉穆盆地,南连鲁伍马盆地,向西与坦噶尼喀地盾接壤,西南为出露前寒武系基底的莫桑比克褶皱带,总面积达18.80×104 km2,其中,陆上面积为5.70×104 km2,海上面积13.10×104 km2(图1a、b)(童晓光,2015)。本次研究对象为东非海岸鲁伍马盆地北部、坦桑尼亚盆地及拉穆盆地海上区域,多位于陆坡区。
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东非海岸重点盆地地层自下而上依次发育三叠系、侏罗系、白垩系、古近系及新近系等,整体呈现西薄东厚、西老东新特征。其中,西部陆上地层厚度为2500~9000 m,以Karoo群为主、后期地层减薄或遭受剥蚀; 东部海域地层整体呈西厚东薄的展布趋势,平均地层厚度超过11000 m,以中上侏罗统—新近系为主、二叠系—三叠系厚度相对较薄(图1c)。
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渐新世—中新世,东非裂谷在肯尼亚开始发育,并分为东支和西支。其中,东支在坦桑尼亚南部形成东非裂谷海域分支(Macgregor,2015)。东非裂谷活动导致东非大陆抬升,物源供给增加(Sepulchre et al.,2006)。在鲁伍马盆地、坦桑尼亚盆地及拉穆盆地等形成规模巨大的三角洲-海底扇沉积体系。坦桑尼亚盆地还发育大型的海底峡谷(陈宇航等,2020)。研究区渐新统岩性以砂岩及泥岩为主,分布较广,地层厚度变化大,南部鲁伍马盆地三角洲体系厚度可达4000 m,坦桑尼亚盆地及拉穆盆地中部较厚,整体呈西厚东薄特征,常见三角洲、滨浅海、半深海—深海相沉积。
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非洲板块主要为西非、东非、刚果和卡拉哈里克拉通演化和拼合而成,板块内部发育古生代、中生代、中生代末期—新生代初期和新生代4期裂谷,形成了卡鲁裂谷系、中西非裂谷系和红海-亚丁湾-东非裂谷系3大裂谷系盆地群(张光亚等,2018)。早在元古宙早期非洲板块克拉通陆核就已经存在,其与元古宙外来的岩石圈碎片拼接(Begg et al.,2009),发生强烈的泛非造山事件。奥陶纪—三叠纪非洲板块处于整体漂移期。冈瓦纳大陆的核心南部非洲板块整体漂移。泥盆纪—早石炭世,各大陆进入汇聚阶段,非洲板块继续整体移动。石炭纪—二叠纪,板块北部与劳亚大陆碰撞形成潘吉亚大陆,东南部卡鲁地幔柱持续影响,形成卡鲁裂谷沉积。三叠纪—古近纪,非洲板块内出现火山活动高峰,冈瓦纳大陆和劳亚大陆分离。早—中侏罗世,东冈瓦纳裂解,非洲板块东部与印度、澳大利亚和南极洲分裂,印度洋开始形成。早白垩世开始,非洲板块与南美洲向北裂开,形成大西洋。晚白垩世,冈瓦纳大陆全面解体,北部与欧亚板块碰撞,形成阿特拉斯褶皱带和扎格罗斯造山带。古近纪,非洲地区发育多条区域性大型河流,形成三角洲盆地。东北部红海-亚丁湾-东非大裂谷开始形成(张光亚等,2018)。
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东非海域盆地发育在石炭纪结晶岩基底之上,沉积厚度可以超过10 km。可大致分为构造适度改造区、构造相对稳定区及构造抬升破坏区。其中,构造适度改造区以北段索马里-拉穆-坦桑尼亚-鲁伍马盆地为主; 构造相对稳定区主要为南段莫桑比克-赞比西三角洲; 构造抬升破坏区包括马达加斯加和塞舌尔孤岛(许志刚等,2014)。其中,莫桑比克、坦桑尼亚边缘段为侏罗纪—早白垩世发育的右行剪切边缘; 拉穆盆地及索马里盆地南段为侏罗纪裂谷—斜向剪切边缘(马君等,2008)。而大陆边缘盆地构造演化与冈瓦纳大陆裂解有关,大致可分为裂陷期、走滑期和漂移期(图1c)(许志刚等,2014)。
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图1 东非海岸重点盆地位置图(a)、(b)及地层综合柱状图(c)(椐Mahanjane,2014; 童晓光,2015)
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Fig.1 Location (a) , (b) and stratigraphic column (c) in coastal key basins of the East Africa (modified from Mahanjane, 2014; Tong Xiaoguang, 2015)
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石炭纪晚期至三叠纪末期(裂陷期),伴随着潘吉尼亚联合大陆的逐渐形成,在冈瓦纳大陆东部(包括非洲、印度、马达加斯加、澳大利亚、阿拉伯以及南极洲板块)发生强烈的“地幔柱”活动,引起了区域性的地壳隆升、断层以及火山活动,形成了广泛分布的陆内裂谷盆地(许志刚等,2014)。早侏罗世开始,冈瓦纳大陆由西北向东南开始裂解为几个不同的块体。此时,海底扩张和漂移作用局限于东北部,在现今的索马里、肯尼亚、坦桑尼亚以及马达加斯加滨海地区,发育大规模裂陷沉降,海水从东北部大范围侵入,形成狭长海湾,类似现今的红海。从地震剖面上看,陆间裂谷期以整体热沉降为主,由早期陆内裂谷的断陷转变为该时期的坳陷,地层多以填平补齐为特点。
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中侏罗世至早白垩世(走滑期),马达加斯加和东冈瓦纳大陆脱离非洲大陆,以右行走滑形式沿Davie构造带向南漂移,导致东非南部边缘形成右行剪切型大陆边缘。在区域走滑应力场作用下,东非海域发育了一系列走滑断层,如Davie东走滑断层、Davie西走滑断层以及Seagap走滑断层等(许志刚等,2014)。其中,中、晚侏罗世,东非构造较为稳定,发育滨-浅海沉积。
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早白垩世以来,随着马达加斯加板块剪切活动停止,印度-塞舌尔板块开始向NE方向移动,印度洋逐渐扩张,整个东非海域盆地进入漂移期(许志刚等,2014)。白垩纪马达加斯加漂移及区域热沉降,三角洲、滨海及深水沉积较为常见; 古新世构造相对稳定,河流-三角洲-海底扇体系发育; 而从早始新世—渐新世开始,东非北部Afar地幔柱开始活动隆升,非洲东部大陆岩石圈破裂并逐渐向南扩展,在热隆上拱区断层形成了三联点,红海-亚丁湾-东非大裂谷开始发育(张光亚等,2018),其中红海盆地和亚丁湾盆地快速拉张,而东非裂谷处于陆内裂谷阶段(Bosworth et al.,2005; 贾屾等,2021),其海域盆地中部地层加速沉降,盆地边缘再次发生抬升和剥蚀,早期断层被活化,西部陆坡和东部Davie构造带相对抬升,形成隆坳相间的构造格局。陆上地区的地层剥蚀及全球海平面的下降,东非海岸盆地以进积型沉积作用为主,发育了鲁伍马和鲁菲吉等大型三角洲沉积。同时,大量陆源碎屑沿着陆坡向深海搬运,在深水区广泛发育海底扇沉积(图1c)。
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2 研究资料及方法
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本研究利用钻井、地震(二维)、重力异常及磁异常等资料,在前人研究基础上(公开资料及中海油内部研究资料),对东非海岸鲁伍马、坦桑尼亚及拉穆盆地渐新世构造演化、古地貌及沉积体系特征进行了研究。其中,共有14口钻井钻遇(穿)渐新统; 地震资料为二维地震剖面,共81条,约14000 km; 测井资料主要为自然电位、自然伽马及电阻率数据; 重磁资料包括东非海域北段卫星重力及磁力、东非海域北段北部的布格重力及磁力、东非海域区域均衡重力及带通滤波重力异常和东非海域北段高精度重力资料。
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以沉积学、地震沉积学及构造地质学等相关理论为指导,通过盆地演化、古地貌研究及沉积体系分析,最终揭示渐新世构造运动-古地貌特征-沉积体系的耦合关系。其中,盆地构造演化及陆上沉积相(三角洲规模)以前人资料调研为主,参考部分实际资料(地震及测井); 通过地层厚度定性恢复古地貌; 以生长指数等参数,分析一级断层(Davie东、Davie西及Seagap断层)活动及演化,结合断层及构造样式对构造单元进行划分; 基于连井及地震剖面特征,分析沉积体系平面分布特征。
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3 构造单元特征
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3.1 断层特征
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研究区断层较为发育。在二叠纪至三叠纪,拉穆、坦桑尼亚和鲁伍马盆地处于裂陷期,区域上以伸展为主,正断层发育,控制着局部凹陷的发育。断层断距一般较大,超过300 m(200 ms); 断过地层一般包括二叠系、三叠系和下侏罗统; 倾向向东或向西(图2a~c)。
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中、晚侏罗世—早白垩世,受马达加斯加板块向南漂移的影响,走滑作用明显,发育走滑及其派生断层,区内主要发育3条走滑性质的大型断层,即Seagap断层、Davie西断层和Davie东断层。Seagap断层呈南北走向,贯穿坦桑尼亚盆地。断层在地震剖面上呈花状构造,较直立,具有明显的走滑特征,断距变化较大(0~500 m); 断层自中晚侏罗世以来持续活动,断层断过二叠系至新生界全部地层,部分地震剖面可见其断至海底(图2a)。Davie西断层在剖面上较直立,微向西倾,部分地区可见断层在侏罗纪之前控制着局部凹陷的发育,断距可达1000 m(图2a)。Davie东断层位于Davie西断层以东约40 km,为洋陆壳分界,断层断距一般较小,较直立,微向西倾(图2a)。
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晚白垩世—新生代,坦桑尼亚盆地在新生代(特别是新近纪之后)受伸展控制,主要发育正断层。断层断距一般较小(<100 m); 断过地层一般为新生界,倾向向东或向西,平面延伸长度一般<40 km(图2)。
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通过断层生长指数研究发现,区内三条断层活跃时期及强度各有不同(图3)。其中,Davie东及Davie西断层组成Davie构造带(脊),具有明显的继承性; Seagap断层的主要活动时期为晚白垩世和古新世,晚白垩世活动范围为坦桑尼亚盆地南部,古新世在坦桑尼亚南部和北部较为活跃(图4a)。
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研究区除上述三条大断层之外,还发育一系列次级断层(图4a)。其中,鲁伍马盆地发育SW—NE向断层,向海方向以近S—N向断层为主; 坦桑尼亚盆地靠陆一侧发育SW—NE向断层,局部发育NW—SE向断层; 而拉穆盆地以NW—SE向断层最为常见(图4a)。
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3.2 构造单元及古地貌特征
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基于区域构造演化、断层活动及展布特征等,研究区从西向东(由陆向海)可分为西部坳陷带、中部斜坡带及深海平原带,进一步识别出9个凸起、两个斜坡、两个构造带和6个凹陷(图4b)。
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从剖面上看,西部坳陷带的构造格局表现为一个向斜,同时由于晚期挤压作用表现出中部褶皱、两翼冲断的构造特征(图2)。在西部坳陷带中发育一系列凸起及凹陷。中部斜坡带整体为宽缓斜坡,西高东低。北部斜坡为拉穆盆地深水褶皱冲断带,是典型的重力滑脱构造样式。Davie构造带可以分为东西两支,西支为Walu-Davie反转带,有反转构造特征,东支北部较平缓,向南受挤压抬升与走滑张裂双重应力作用影响,表现为由断层切割形成一系列断块组合特征。Kerimbas凹陷受到晚期张裂作用影响,晚期断层活化,使地层沿断层裂陷,形成该区域的堑垒构造组合样式。深海平原带构造较为平缓,整体表现为一个向海延伸的构造缓坡,其中发育一些小型褶皱(图2,图4b)。
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图2 东非海岸重点盆地地层及断层特征(a~c)(剖面位置见图1)
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Fig.2 Characteristics of strata and fault in coastal key basins of the East Africa (a~c) (see profile locations in Fig.1)
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SB_Eo—渐新统顶; SB_Ee—始新统顶; SB_Ep—古新统顶; SB_K2—上白垩统; SB_K1—下白垩统顶; SB_J2-3—中-上侏罗统顶; SB_J1—下侏罗统顶; SB_T—三叠系顶
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SB_Eo—Top Oligocene; SB_Ee—top Eocene; SB_Ep—top Paleocene; SB_K2—top Upper Cretaceous; SB_K1—top Lower Cretaceous; SB_J2-3—top Middle-Upper Jurassic; SB_J1—top Lower Jurassic; SB_T—top Triassic
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图3 东非海岸重点盆地主要断层生长指数
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Fig.3 Growth index of main faults in coastal key basins of the East Africa
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(a)—Davie西断层;(b)—Daivie东断层;(c)—Seagap断层
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(a) —West Davie fault; (b) —East Davide fault; (c) —Seagap fault
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构造运动形成不同级次的隆起及凹陷地貌,为沉积物搬运、分散及堆积提供了重要作用。因研究区海上钻井数量较少,且厚度恢复中井控制数据较少,本次地层厚度仅利用地震解释成果定性推测地层分布,未做深度、压实及剥蚀量恢复等工作(地震双程旅行时单位为ms)。研究结果表明,渐新统厚度整体呈西厚东薄特征。西部坳陷带地层厚度沉积较大,以坦桑尼亚盆地为最; 中部斜坡带厚度相对较薄,局部次洼较厚; 东部深海平原带沉积厚度最薄,特别是Davie构造带地区(图2,图4c)。
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4 东非盆地沉积体系特征
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4.1 沉积类型及特征
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根据岩性、测井及地震反射等特征,综合前人研究成果,将研究区沉积相主要划分为三角洲、海底扇(水道、朵叶)及块状搬运复合体(图5)。其中,水道、朵叶为研究区常见沉积类型。水道岩性为砂岩和泥岩,测井曲线呈箱形、钟形及箱钟复合形,“U”或“V”形,中—强振幅地震反射特征; 朵叶多为砂岩、粉砂岩及泥岩,测井曲线以漏斗形及齿化箱形为主,丘状、中—强振幅、平行—亚平行反射地震特征。
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4.2 沉积特征
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研究区西部发育三角洲,中部斜坡重力流水道发育,向海一侧逐渐过渡为朵叶沉积。渐新统总体可分为三期(图6中(1)、(2)及(3)),三角洲整体呈现进积特征; 向东发育重力流水道,水道迁移较为频繁,相互切割,常见侧积及垂向加积特征(9井及7井); 东部丘状朵叶较为发育(6井)。各期三角洲-水道-朵叶具有紧密的联系(图6)。
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从地震剖面上看,渐新世西部陆架及坳陷带西部以三角洲及浅海沉积为主,中部斜坡带发育一系列的重力流水道,斜坡脚—深海平原发育朵叶及半深海—深海泥质沉积(图7)。富砂沉积体多堆积在相对低洼地区,包括坳陷带及次洼。其中,西部坳陷带地层厚度大,沉积体系发育,三角洲及浅海沉积最为常见; 三角洲向海进积趋势明显。中部斜坡带以重力流沉积(水道、朵叶)及半深海—深海泥为主。中上陆坡发育水道,规模大,多为透镜状; 中下陆坡朵叶常见。深海平原带以半深海—深海泥最为发育。
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图4 东非海岸重点盆地渐新世断层展布(a)、构造单元(b)及地层厚度(c)特征
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Fig.4 Characteristics of fault distribution (a) , tectonic units (b) , and thickness of the Oligocene strata (c) in coastal key basins of the East Africa
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研究区自渐新世以来,西部鲁伍马河、鲁菲吉河、塔纳河及潘加尼河开始发育(郭笑等,2019)。由于东非渐新世河流沉积研究成果相对较少,基于鲁伍马河、鲁菲吉河及潘加尼河自渐新世开始至今一直发育,且规模较大(郭笑等,2019),与现代沉积较为类似,本次采用类比方法,以现代河流规模定性分析渐新世河流供源体系(河流规模参考前人及现代资料,三角洲规模综合前人及本研究成果,海底扇为本研究的成果)。研究区河流-三角洲-海底扇(水道-朵叶体系)沉积体系较为发育,可分为鲁伍马河、鲁菲吉河、潘加尼河及加拉纳河—塔纳河四大“河流-三角洲-海底扇体系”,大致呈W—E向展布。鲁伍马河-三角洲-海底扇体系规模最大,鲁菲吉河-三角洲-海底扇次之,加拉纳河-塔纳河-三角洲-海底扇体系第三,潘加尼河-三角洲-海底扇体系规模最小。其中,鲁伍马盆地北部水道及朵叶(海底扇)具有北偏特征; 坦桑尼亚盆地中部海底扇呈南偏趋势,而潘加尼河供源的海底扇为W—E向展布; 北部拉穆盆地海底扇整体呈NWW—SEE展布。总体而言,西部坳陷带发育三角洲,中部斜坡带以水道及朵叶最为常见,东部深海平原带发育朵叶及半深海—深海泥,沉积体多分布在Davie构造带以西(图4、7、8)。
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5 讨论
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5.1 构造事件-沉积环境
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研究区构造事件类型较为复杂多样,包括洋中脊扩展、地幔热柱及断层活动等,其与沉积体系的沉积环境、沉积物供给、搬运、堆积密切相关。
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板块活动控制沉积体系的类型及宏观分布。晚二叠世—三叠纪,卡鲁地幔柱导致东非海岸呈伸展状态,陆相沉积较为发育。早—中侏罗世,随着冈瓦纳大陆内部坳陷的发育,伴随全球海平面上升,海水率先从北东方向侵入裂陷盆地,形成了湾状浅海(张光亚等,2015),北部索马里盆地受海水入侵影响较为显著,沉积环境为浅海。早白垩世以来,随着马达加斯加板块活动停止,印度-赛舌尔板块开始向NE方向移动,印度洋逐渐扩张,东非海岸从东向西水体逐渐加深,河流-三角洲-海底扇沉积格局逐渐形成。渐新世,研究区自西向东河流-三角洲-海底扇体系持续发育,规模增大(图8)。
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图5 东非海岸重点盆地渐新统主要沉积类型及特征
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Fig.5 Main type and characteristic of sedimentary system of the Oligocene in coastal key basins of the East Africa
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5.2 构造事件-物源供给
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构造事件(大陆的裂解、洋盆闭合、板块碰撞等)可造成山、盆等大型隆坳格局,进而影响古环境。盆地的构造格局及其演化决定盆地地貌的总体演化。研究区陆上构造事件可引起物源区的抬升及下降,进而控制物源供给及河流流域展布,最终影响物源供给。渐新世初期,由于Afar地幔柱作用,在东非陆上形成较为显著的裂谷作用及地热异常,其向南影响到拉穆盆地、坦桑尼亚盆地及鲁伍马盆地,造成盆地边缘发生次级构造抬升,使得陆上局部地区隆起达2000~3000 m(Chorowicz,2005; Mcdonough et al.,2013; Said et al.,2015),强烈的剥蚀,伴随全球海平面下降(Salman et al.,1995),为大型河流-三角洲-海底扇沉积体系的发育提供了丰富的物质基础。
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图6 东非海岸重点盆地渐新统连井沉积相(剖面位置见图4c)
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Fig.6 Sedimentary facies of drilling profile of the Oligocene in coastal key basins of the East Africa (see profile location in Fig.4c)
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5.3 构造事件-古地貌演化
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较强的构造事件可在盆内形成规模较大的次级(古)隆起或(古)隆起带,是沉积盆地中重要的构造地貌之一。水下隆起初始形成时期,整体呈上覆地层变薄趋势,后期隆起出露水面,遭受剥蚀,为周缘凹陷沉积体系提供局部物源。而坳陷(凹陷)在沉积盆地内往往会成为沉积体系的沉积中心(图4c)。研究区沉积盆地内构造运动主要有洋中脊扩张及断层活动两大类型。
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晚白垩世开始,坦桑尼亚盆地中部及南部边界的洋中脊扩张停止,并发生塌陷,其早期的伸展作用与后期重力作用导致被动陆缘深水区形成热沉降带(金宠等,2012; Mcdonough et al.,2013),洋底出现西部坳陷带、中部斜坡带及东部深海平原带的隆坳格局(图4b)。因鲁伍马盆地北部和坦桑尼亚盆地南部位于沉降带南西方向,坦桑尼亚盆地中部及北部则位于沉降带北西方向,导致鲁伍马盆地北部和坦桑尼亚盆地南部的水道-朵叶沉积呈近SW—NE向展布,而坦桑尼亚盆地中部及北部的水道-朵叶沉积整体呈NW—SE向展布(图8)。
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同时,不同级次断层在盆地内部形成不同规模的隆坳地貌。一级及二级断层活动,如Seagap断层,David西及David东断层,可形成盆地内部一级及二级构造单元,从西向东发育坳陷带、中部斜坡带、David构造带(脊)及深海平原带,及一系列次级凹陷及凸起,其控制沉积体系的沉积和分布(图4a、b)。主要体现在三个方面,首先,沉积体系主要发育在凹陷地区(图4、7、8); 鲁伍马盆地北部及坦桑尼亚盆地南部发育SW—NE向次洼,导致鲁伍马盆地沉积体系北偏; 坦桑尼亚盆地中北部及拉穆盆地,从北向南发育NW—SE 次洼,沉积体系南偏。其次,由于Davie构造带的限制作用,沉积体系主要发育在Davide构造带西部。南部鲁伍马盆地海底扇在斜坡带主要发育在Kerimbas凹陷中(图4b,图8)。第三,三级断层可形成一系列的断槽,可作为沉积物搬运通道。渐新世坦桑尼亚盆地南部海底扇南偏,鲁伍马盆地海底扇北偏,除了洋中脊停止扩张外,可能还受到NW—SE及SW—NE向断层的影响(图4a,图8)。
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图7 东非海岸重点盆地渐新统地震剖面沉积相(地震剖面位置同图2)(图例与图6相同)
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Fig.7 Sedimentary facies of seismic profiles of the Oligocene in coastal key basins of the East Africa (profile locations are same as Fig.2) (legends are same to Fig.6)
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5.4 构造事件-沉积响应
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综合上述分析,研究区构造事件-古地貌演化-沉积体系内在联系极为紧密,其具体表现在沉积环境、古地貌及物源三个方面(图6~9)。① 非洲、印度-塞舌尔板块扩张等构造运动控制沉积体系发育类型。漂移期,伴随印度-赛舌尔板块漂移,并与非洲板块分离,印度洋逐渐扩张,海水南侵,河流-三角洲-海底扇沉积体系继承性发育,规模逐渐增大(图6~8); ② 构造事件形成了盆地西部坳陷带、中部斜坡带及深海平原带格局,沉积体系在坳陷带及次洼较为发育。同时,因Davide构造带限制作用,沉积体系多发育在构造带西侧,深海平原带海底扇发育较少(图7、8); ③ 构造事件可引起沉积盆地外地形及剥蚀区的形成,同时控制河流等沉积物搬运及供给体系(郭笑等,2019)(图9)。
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6 结论
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利用地震及测井等资料对东非海岸鲁伍马、坦桑尼亚、拉穆盆地构造演化、古地貌特征及沉积等进行了较为详细的研究,探讨了构造事件-古地貌特征-沉积体系的关系。
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(1)板块构造事件控制沉积环境。非洲板块与印度—塞舌尔板块的分离,海水南侵,研究区渐新世沉积环境为海相,河流-三角洲-海底扇沉积体系发育。同时,由于Afar地幔柱作用,形成西高东低地貌格局。
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(2)洋中脊扩展及一级断层活动控制盆地内部隆坳格局。研究区发育西部坳陷带、中部斜坡带及东部深海平原带; 西部坳陷带以三角洲沉积为主,中部斜坡带重力流水道及朵叶较为发育,深水平原带常见深海泥质沉积及小规模朵叶。
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图8 东非海岸重点盆地渐新世沉积体系平面展布特征
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Fig.8 Distribution of sedimentary system of the Oligocene in coastal key basins of the East Africa
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图9 东非海岸重点盆地渐新世沉积模式(图例与图8相同)
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Fig.9 Sedimentary model of the Oligocene in coastal key basins of the East Africa (legends are same to Fig.8)
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(3)二级、三级断层形成断槽、凹陷和凸起,影响沉积物的分散和堆积。
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(4)渐新世主要发育鲁伍马河、鲁菲吉河、潘加尼河及加拉纳河-塔纳河四大河流-三角洲-海底扇体系,整体呈W—E展布。鲁伍马盆地及坦桑尼亚盆地南部沉积体系具有北偏趋势,而坦桑尼亚盆地北部及拉穆盆地呈南偏特征。
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致谢:本文是团队近年研究的部分成果,感谢课题组博士研究生张俊龙、刘建宁、冯斌及硕士研究生张灿、覃阳亮、童乐、汪帆及陶叶等的辛勤付出。审稿专家及编辑给予了一系列有益的意见和建议,在此表示衷心的感谢!
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摘要
本文以东非海岸鲁伍马、坦桑尼亚及拉穆盆地为对象,利用钻井、测井及地震资料,揭示了渐新世构造事件-古地貌特征-沉积体系的耦合关系,服务研究区油气勘探选区。结果表明:① 板块构造事件控制宏观地貌格局及沉积环境变化。随着印度-塞舌尔板块与非洲板块分离,印度洋逐渐扩张,海水南侵,沉积环境由陆相变为海相。由于Afar地幔柱作用及地层抬升等因素,东非海岸整体呈西高东低地貌格局;② 洋中脊扩展及断层活动控制盆地隆坳格局及沉积体系宏观展布规律。研究区发育西部坳陷带、中部斜坡带及东部深海平原带,东部Davie东及Davie西断层构成Davie构造带。从西向东发育四大河流-三角洲-海底扇沉积体系;西部坳陷带以三角洲沉积为主,中部斜坡带发育海底扇,东部深海平原带以半深海—深海泥最为常见,沉积体系多发育在Davie构造带以西;③ 次级断层活动影响沉积体系的发育规模及分布。沉积体系多发育在西部坳陷带及中部斜坡带的凹陷中。因凹陷及次级断裂影响,鲁伍马盆地北部、坦桑尼亚盆地南部沉积体系呈北偏特征,而拉穆盆地具南偏趋势。
Abstract
Based on drilling, seismic datasets, etc., relationships between tectonic movement, palaeogeomorphology and sedimentary systems have been studied in the Rovuma, the Tanzania, and the Lamu basins, which were helpful for oil and gas exploration in the study area. The palaeogeomorphology, depositional center distribution, sedimentary environment, and sedimentary system can be controlled by tectonic movement. The results show ① plate tectonics event affected large scale palaeogeomorphology pattern and environment change. Because the India-Seychelles Plates and African Plate, the Indian Ocean extension, seawater southward invasion, the sedimentary environment changed from land to marine facies. The East Africa showed high west-low east topographic features for the Afar mantle plume and strata lift. ② The Mid-oceanic ridge arch and expansion, fault movement affected uplifts and depressions, sedimentary system distribution. The west depression belt, middle slope belt, and east abyssal plain belt were divided in the study area. Davie ridge consisting of East Davie and West Davie faults developed in east of the study area. There were four large-scale “fluvial-delta-marine fan systems” that developed from west to east in the Oligocene. Delta formed in the west depression belt, submarine fan developed in the middle slope belt, and deep-water deposits in the east abyssal plain belt, which are usually distributed in the west of Davie ridge. ③ Distribution and volume of sedimentary system were influenced by secondary faults, which mostly formed in the sags of west depression and middle slope belts. The sedimentary system shows northward deflection in the north of the Rovuma basin and south Tanzania basin, and southward deflection in the Lamu basin for sags and secondary faults.
Keywords
tectonic event ; sedimentary system ; submarine fan ; East Africa