非洲西海岸里奥-德雷盆地泥底辟平面地质结构特征研究.pdf
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1、浙江大学学报(理学版)Journal of Zhejiang University(Science Edition)http:/ 51 卷第 2 期2024 年 3月Vol.51 No.2Mar.2024 非洲西海岸里奥-德雷盆地泥底辟平面地质结构特征研究廖天奇1,姚泽伟1,2*(1.浙江大学 地球科学学院 浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室,浙江 杭州 310058;2.浙江工业大学 土木工程学院,浙江 杭州 310023)摘要:位于西非尼日尔三角洲盆地东缘的里奥-德雷盆地发育了大规模泥底辟,其活动时间和形成机理存在一定争议。基于对里奥-德雷盆地三维地震剖面的精细解释和平面成图,对其中
2、中新世 Nguti构造层顶面的泥底辟平面分布特征进行了重新厘定。结果表明:(1)Nguti构造层顶面的泥底辟可分为北部隐伏区、中部刺穿区和南部刺穿区;(2)北部隐伏区的泥底辟形成于 Nguti构造层沉积前,是受早期沉积作用控制的被动泥底辟;中部刺穿区的泥底辟形成于上新世 S0构造层沉积前,是受重力构造作用控制的主动泥底辟;南部刺穿区的泥底辟形成于 Nguti构造层沉积后,是受重力构造前缘逆冲断层控制的逆冲泥底辟;(3)泥底辟整体上为向南凸出的舌状体,分东、西两段,西段为北北西-北西走向,东段为北北东-北东走向。关键词:泥底辟;里奥-德雷盆地;尼日尔三角洲;大西洋中图分类号:P 618.13 文
3、献标志码:A 文章编号:10089497(2024)0221208LIAO Tianqi1,YAO Zewei1,2(1.Key Laboratory of Geoscience Big Data and Deep Resources of Zhejiang Province,School of Earth Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China;2.College of Civil Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310023,China)Study o
4、n the planar structure characteristics of mud diapirs in Rio del Rey basin,West Coast of Africa.Journal of Zhejiang University(Science Edition),2024,51(2):212219,260Abstract:The Rio del Rey basin,located in the eastern margin of the Niger Delta Basin in West Africa,develops large-scale mud diapirs.T
5、here are some disputes about the activity time and mechanism of the diapirs.Based on the detailed interpretation and mapping of the 3D seismic profile of the Rio del Rey basin,the distribution characteristics of the mud diapir on the top surface of the Miocene Nguti structural layer are redefined.Th
6、e results show that:(1)mud diapir on the top of the Nguti structural layer can be divided into the northern buried area,the central pierced area,and the southern pierced area;(2)the mud diapir in the northern buried area was formed before the deposition of the Nguti structural layer,and was a passiv
7、e mud diapir controlled by early sedimentation.The mud diapir in the central pierced area was formed before the deposition of the Pliocene S0 structural layer,and was an active mud diapir developed under the action of gravity sliding structures.The mud diapir in the southern pierced area was formed
8、after the deposition of the Nguti structural layer,and was a thrust mud diapir controlled by thrust structures at the front edge of the gravity structure;(3)the mud diapir as a whole is a tongue shaped body protruding southward,divided into two segments:the west segment along a NNW-NW direction,and
9、the east segment along a NNE-NE direction.Key Words:mud diapirs;Rio del Rey basin;Niger delta;Atlantic OceanDOI:10.3785/j.issn.1008-9497.2024.02.010收稿日期:20221114;修回日期:20230404;接受日期:20230416;出版日期:20240325.基金项目:国家科技重大专项(2016ZX05033-002).作者简介:廖天奇(1997),ORCID:https:/orcid.org/0000-0001-5704-7190,男,硕士研究生
10、,主要从事盆地构造研究.*通信作者,ORCID:https:/orcid.org/0000-0003-3967-2691,E-mail:.廖天奇,等:非洲西海岸里奥-德雷盆地泥底辟平面地质结构特征研究第 2期泥底辟构造是快速沉积的欠压实泥岩在重力作用下上拱甚至刺穿上覆地层形成的一种地质构造,在全球范围内广泛发育1-3。泥底辟构造伴随深部流体运移,对油气勘探有重要意义4-5,同时泥底辟相关构造显著影响周围地层,可指示海平面变化,了解区域构造6。里奥-德雷盆地(Rio del Rey basin)位于非洲西海岸几内亚湾,是喀麦隆国内重要的含油气盆地,大规模发育泥底辟构造7-9。前人对里奥-德雷盆地
11、泥底辟的带状展布取得了比较一致的认识,袁井菊等10提出,里奥-德雷盆地中部发育有 3个北北西走向和 1个北北东走向的刺穿泥底辟构造带。余一欣等11认为,除中部 4个刺穿泥底辟构造带外,盆地东部发育有 1个北东向的刺穿泥底辟构造带。苏玉山等12认为,盆地中-东部发育有 3 个北北西走向和 2个北北东走向的泥墙,在东部重力构造边界发育了1 个北东走向的泥墙。陈占坤等13认为,盆地中部发育有 3 个北北西走向和 2 个北北东走向的泥底辟构造带,东部发育有 1个泥底辟构造带,由北北东向向南转变为北东向。总体上,认为里奥-德雷盆地中部存在北北西走向和北北东-北东走向的 2 个泥底辟构造带,但忽视了北部和
12、南部的泥底辟构造,同时对盆地泥底辟的成因机理及与这 2个走向泥底辟构造带的关系存在一定争议。在已有的对里奥-德雷盆地泥底辟研究的基础上,利用 Landmark工作站对研究区三维地震资料的典型剖面进行精细解释和平面成图,确定了里奥-德雷盆地泥底辟的平面地质结构:里奥-德雷盆地的泥底辟在南北方向上分为北部隐伏区、中部刺穿区和南部刺穿区 3 个区,在东西方向上分为西段北北西-北西走向和东段北东-北北东走向,此两段组成一个向南凸出的舌状体。这些泥底辟的形成与里奥-德雷盆地的沉积和重力滑动构造密切相关。1研究区概况里奥-德雷盆地位于非洲尼日尔三角洲盆地东缘,尼日尔三角洲盆地位于西非几内亚湾,构造位置在非
13、洲板块和大西洋板块的三联点上,东北部为贝努埃槽,西部为贝宁盆地,南部为大西洋14-15,东南部以喀麦隆火山带为界(图 1)。尼日尔三角洲盆地发育重力滑动构造,自北向南可依次划分为北部伸展构造带、中部泥底辟构造带、南部趾状逆冲构造带16-18。尼日尔三角洲盆地的演化经历了早白垩世阿普特期-晚白垩世康尼亚克期的裂谷期以及晚白垩世晚期以来的漂移期19-21。尼日尔三角洲盆地裂谷期沉积了大量湖泊相泥岩,随着大西洋的持续拉开进入漂移阶段。新生界划分为 3 个岩石地层单位:阿卡塔(Akata)组深海相,岩性为泥页岩;阿格巴达(Agbada)组三角洲前缘沉积,以砂岩为主,夹少量泥岩;贝宁(Benin)组陆相
14、河流沉积,岩性为砂砾岩22-23。里奥-德雷盆地水深 360 m,面积约 2 500 km2,主要发育有两类断层,一类断层与重力构造相关,在盆地北部的重力构造后缘发育有一系列向南倾的正断层,在东北部转为向南西倾,在盆地东南部和西南部的重力构造前缘发育有一系列向东南逆冲的逆冲断层,主要活动时间为渐新世-上新世10-11。另一类断层与后期泥底辟相关,因泥岩的底辟作用形成了背斜构造,在底辟顶部易受张裂作用,进而形成一系列正断层。这类底辟顶部的正断层主要在中新世后活动13。里奥-德雷盆地的地层发育特征与尼日尔三角洲盆地类似(图 2)。里奥-德雷盆地古新世-渐新世为阿卡塔组深海前三角洲沉积,其底部是一套
15、巨厚的泥岩,是泥底辟主要的泥源层,向上又分为Oongue 段浊积砂岩和下 Isongo 段浊积砂岩。阿格巴达组为中新世-上新世三角洲前缘沉积,分为上Isongo段浊积砂岩、Nguti段浊积砂岩和 S5层、S0层等三角洲前缘砂岩。贝宁组为上新世至今的三角洲平原相沉积,主要岩性为陆相砂、砾岩24-25。2泥底辟平面结构特征研究区三维地震资料来源于中国石化石油勘探开发研究院,依据钻井资料将地震层位分为 S0构造图 1尼日尔三角洲及里奥-德雷盆地构造位置Fig.1Location of Niger delta basin and Rio del Rey basin213浙 江 大 学 学 报(理学版)
16、第 51 卷层、S5构造层和 Nguti构造层,根据邻区地层和地震剖面的内部反射特征,又将其划分为 Isongo 构造层、Oongue 构造层和 Akata 组泥源层以及白垩系顶界面。根据里奥-德雷盆地泥底辟构造带的平面展布、刺穿层位和断层关系,将里奥-德雷盆地的泥底辟在南北方向上分为北部隐伏区、中部刺穿区和南部刺穿区 3 个区带(表 1)。其中 17 号泥底辟位于北部隐伏区,主要发育在重力构造的后缘伸展区与正断层之间,以点状构造为主,大部分未刺穿上覆地层或者刺穿高度较小,未刺穿至 Nguti 构造层。817 号泥底辟位于中部刺穿区,位于重力构造的伸展构造区与逆冲构造区之间的过渡区,大部分延伸
17、较长,延伸长度在 10 km 以上,大部分刺穿 Nguti构造层。其中,814 号泥底辟为北西-北北西走向;1517 号泥底辟为北北东-北东走向。1825号泥底辟位于南部刺穿区,主要发育在重力构造的前 缘 逆 冲 区,延 伸 长 度 小 于 10 km,大 部 分 刺 穿Nguti 构造层,其中,18 号泥底辟位于南部刺穿区,为 北 北 西 走 向;1921 号 泥 底 辟 为 北 东 东 走 向;2225号泥底辟为北东走向。根据里奥-德雷盆地泥底辟的走向将中部刺穿区和南部刺穿区的泥底辟分为东西两段,西段主要为北北西-北西走向,东段主要为北北东-北东走向(图 3),整体上形成向南部凸出的舌状体
18、。北部隐伏区的泥底辟总体上规模较小,在东西方向和南北方向上延伸都较短,同时底辟的能量较弱。在东西方向上,1号和 2号发生底辟的泥岩部分在泥源层内流动,未刺穿上覆 Oongue 构造层,泥底辟外形类似于三角形(图 4(a)。在南北方向上,1号泥底辟向上最高刺穿了 Oongue构造层,但大部分仍在泥源层内,泥底辟整体上接近柱状,且周围地层近水平(图 4(b)。南部刺穿区位于里奥-德雷盆地南部的重力构造前缘的逆冲构造带。在北东方向的剖面上,20,21,24 号底辟之间 Nguti 构造层顶面地震反射连续性好,有明显的地层反射特征(图 5(a),Nguti构造层顶面的泥底辟在北东东方向上并不相连。在北
19、西方向的剖面上,泥岩在深部连成一体,但是 13 号和20 号泥底辟中间有明显的地层反射特征,在 Nguti构造层顶面也不相连(图 5(b)。3泥底辟活动时间泥底辟的活动时间主要可根据泥底辟刺穿的层位、泥底辟之上发生褶皱的地层、泥底辟两侧是否发育生长地层以及与地层接触关系等标志推断。泥底辟刺穿的层位早于其活动的终止时间,泥底辟之上发生褶皱的地层代表其活动的终止时间,同时泥底辟两侧地层与泥底辟带的接触关系可用于判断泥底辟是否持续活动。北部隐伏区的泥底辟活动时间最早,主要发生图 3里奥-德雷盆地 Nguti构造层顶泥底辟分布及区带划分(断层分布据文献 12 修改)Fig.3Structure uni
20、ts of mud diapirs of Nguti layer in Rio del Rey basin(modified after conference 12 )图 2里奥-德雷盆地地层综合柱状图(据文献 24 修改)Fig.2Rio del Rey basin chronostratigraphic chart(modified after conference 24)214廖天奇,等:非洲西海岸里奥-德雷盆地泥底辟平面地质结构特征研究第 2期表 1里奥-德雷盆地泥底辟特征Table 1Characteristics of mud diapir of Rio del Rey basin
21、泥底辟编号12345678910111213141516171819202122232425分布位置北部北部北部北部北部北部北部中部中部中部中部中部中部中部中部中部中部南部南部南部南部南部南部南部南部延伸长度/km2.01.92.12.53.44.65.17.04.218.23.35.016.319.014.112.113.55.32.83.12.21.83.05.33.7宽度/km1.01.40.61.70.51.30.51.20.81.10.51.00.81.71.02.40.91.70.52.30.40.60.60.91.21.50.81.40.71.50.41.51.42.50.82.
22、00.51.01.01.41.01.20.81.01.01.41.02.81.23.0最大高度/km0.60.70.91.20.50.53.62.92.62.82.72.53.13.12.84.31.74.13.83.63.02.82.42.62.5走向东东东北西西北东东北东东北东东北西北北西北北西北东东北北东北北西北北西北北东北北东北东北西北东东北东东北东东北东北东北东北东刺穿层位OongueOongueIsongoIsongoOongue未刺穿IsongoNgutiNgutiNgutiNgutiNgutiNgutiNgutiNguti海底NgutiS0S5S5NgutiNgutiNguti
23、S5Nguti主要活动时间Oongue沉积后至 Isongo沉积前Oongue沉积后至 Nguti沉积前Oongue沉积后至 Nguti沉积前Oongue沉积后至 Isongo沉积前Oongue沉积后至 Nguti沉积前Oongue沉积后至 Isongo沉积前Oongue沉积后至 Isongo沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至 S0沉积前Oongue沉积后至今Oongue沉积后至
24、S0沉积前Nguti沉积后至 S0沉积后Nguti沉积后至 S0沉积前Nguti沉积后至 S0沉积前Nguti沉积后至 S5沉积前Nguti沉积后至 S5沉积前Nguti沉积后至 S5沉积前Nguti沉积后至 S0沉积前Nguti沉积后至 S5沉积前图 4里奥-德雷盆地北部隐伏区泥底辟地震十字剖面(剖面位置见图 3)Fig.4Seismic vs profile of mud diapir in the northern buried area of Rio del Rey basin(see Fig.3 for profile location)215浙 江 大 学 学 报(理学版)第 51
25、 卷在 Oongue 和 Isongo 构造层沉积期间。地震解释认为,北部刺穿区的 3 号泥底辟刺穿 Oongue 构造层,且与泥底辟周围的 Isongo 构造层厚度接近,顶部Nguti 构造层未出现褶皱现象(图 6(a),表明北部隐伏区的泥底辟主要在 Nguti 构造层沉积前发育,且后期没有继续活动。中部刺穿区泥底辟活动时间稍晚,主要发生在 S0 构造层沉积前。地震解释认为,14 号和 15号泥底辟均刺穿了 Nguti 构造层,垂向上宽度变化不大,其顶部 S5-S0 构造层均发生了一定程度的褶皱变形,而 S0 之上地层逐渐水平。同时,泥底辟 两 侧 Oongue-S5 构 造 层 向 泥 底
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