中非剪切带裂谷盆地类型划分及形成机制

孔令武，韩文明，张树林，赵红岩，喻英梅，赵佳奇

（中海油研究总院，北京100028）

0 引言

非洲油气资源丰富，是世界油气勘探重点地区之一。非洲大陆中部发育一条横贯东西的中非剪切带，沿该剪切带发育一系列中生代裂谷盆地，西起乍得境内的多巴（Doba）、多赛奥（Doseo）盆地，东到苏丹的穆格莱德（Muglad）、迈卢特（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，前人对穆格莱德、迈卢特等东部高勘探程度盆地的构造沉积以及油气成藏进行了较为深入的研究［1-12］，而对多巴、多赛奥、塞拉迈特（Salamat）等西部低勘探程度盆地的研究不够深入，且缺少对东、西部盆地构造差异的对比分析，进而造成对中非剪切带裂谷盆地形成机制的认识不完整。

本次研究从构造分析入手，划分了中非剪切带裂谷盆地的类型，明确了不同类型盆地构造特征差异，并探讨了不同类型盆地的形成机制，以期对中非剪切带裂谷盆地的成因机制形成整体认识，为不同类型盆地油气成藏条件的对比研究提供理论支持。

1 构造演化特征

中非剪切带为一条NEE—SWW向的大型岩石圈破裂带，横切非洲大陆，西起喀麦隆，经乍得、中非共和国、东至苏丹，全长约2 000 km。中非剪切带的形成、演化与板块分离密切相关，据R.M.Binks和J.D.Fairhead研究，中非剪切带为非洲板块与南美板块差异分离而形成的大型走滑断裂带［13］。按照走滑作用的强弱程度，中非剪切带经历了强、弱2期构造演化阶段，分别为早白垩世强走滑作用阶段、晚白垩世弱走滑作用阶段。早白垩世时期，非洲板块与南美洲板块开始分离，诱发中非剪切带发生强烈的右旋走滑运动，走滑位移50 km［14-18］。晚白垩世时期，非洲大陆和南美洲大陆完全分离，中非剪切带活动变弱，走滑位移随之减弱。新生代时期，中非剪切带活动趋于平静，走滑作用基本停止。

2 裂谷盆地类型划分

早白垩世时期，中非剪切带强烈右旋走滑作用使得该断裂带深切岩石圈，引起上地幔被动上拱，诱发局部位置地壳拉张减薄发生被动裂陷作用，形成了穆格莱德、迈卢特、多赛奥、多巴等一系列被动裂谷盆地［15］（见图1）。

图1 中非剪切带中生代裂谷盆地分布

虽然这些裂谷盆地具有相似的形成背景，但每个盆地之间具有很大差异，依据盆地的构造特征和应力机制的差异，将盆地划分为2种类型：一类为伸展盆地，主要包括穆格莱德盆地、迈卢特盆地、喀土穆盆地、多巴盆地，该类盆地位于中非剪切带走滑断块的末端，呈对角线分布，其走向斜交于中非剪切带，盆地的控盆（或控凹）断裂为大型正断层，NW—SE向展布，产状较缓，表明盆地主要形成于拉张作用。该类盆地发育规模较大，如穆格莱德盆地面积可达29.1×104km2。另一类为走滑-拉分盆地，主要包括多赛奥盆地和塞拉迈特盆地，该类盆地位于中非剪切带的弯曲部位，成对分布，其走向平行于中非剪切带，控盆（或控凹）断裂为中非剪切带的一部分，为大型走滑断裂，断裂产状较陡，可见花状构造，具有典型的走滑性质，表明盆地主要形成于走滑-拉张复合作用。该类盆地发育规模较小，如多赛奥盆地面积为4.8×104km2。

3 裂谷盆地形成机制

3.1 伸展盆地

中非剪切带走滑断块末端水平位移变换控制了穆格莱德、迈卢特、多巴等伸展盆地的形成。早白垩世时期，中非剪切带发生强烈右旋走滑作用，形成了北部走滑断块和南部走滑断块。研究表明：南、北部走滑断块在运动过程中，除了产生走滑位移量，还会伴生垂直位移量，两者呈“此消彼长”的关系。垂直位移量达到最大，剪应力转换为拉张应力，导致末端产生局部的伸展沉降而形成穆格莱德、迈卢特、多巴等伸展盆地。由于走滑断块的运动方向相反，南、北走滑断块末端位置呈对角线关系，因此中非剪切带南北两侧的伸展盆地分布也呈现对角线的关系（见图2）。

图2 中非剪切带伸展盆地形成机制

受中非剪切带走滑断块末端拉张应力的控制，穆格莱德、多巴等伸展盆地具有相似的结构特征，盆地发育NW—SE向的控盆（或控凹）正断裂体系，这些正断裂体系的形成与分布遵守右旋力偶应变椭圆中正断裂的分布规律，与中非剪切带呈钝角斜交关系。受该类断裂体系的控制，穆格莱德、多巴等盆地形成了NW—SE向的凹隆相间构造格局（见图2、图3）。同时，盆地沉积充填表明，早白垩世沉积地层的展布明显受控盆（或控凹）断裂的控制，越靠近控盆（或控凹）断裂，沉积地层越发育，且早白垩世时期（裂陷Ⅰ期）沉积充填物占盆地总充填物的比例为70%，表明早白垩世时期盆地裂陷作用最强，是盆地的主要形成时期。

图3 多巴盆地典型地质剖面

晚白垩世时期中非剪切带活动变弱，对穆格莱德、迈卢特、多巴等盆地的控制作用也变弱。受红海扩张作用的影响，穆格莱德盆地和迈卢特盆地又发生了一期裂陷作用［11］，但其裂陷作用相对于早白垩世明显变弱；而对于多巴盆地，裂陷作用也明显变弱，受大西洋海侵，盆地广泛发育一套海相泥页岩沉积。新生代时期中非剪切带活动基本上停止，穆格莱德、多巴等伸展盆地的演化基本上不受中非剪切带的控制。

3.2 走滑-拉分盆地形成机制

由于不同类型盆地发育的构造位置不同，走滑-拉分盆地的形成机制与伸展盆地具有很大差异。中非剪切带中部的弯曲形态和走滑运动方向的有效配置控制了多赛奥和塞拉迈特等走滑-拉分盆地的形成。研究表明：中非剪切带并非是一条直线，断层产状在断裂带中部的多赛奥盆地、塞拉迈特盆地位置处形成右阶弯曲形态。受中非剪切带右旋走滑作用控制，右阶弯曲部位产生拉张分力和走滑分力，造成局部发生沉降作用，形成了多赛奥盆地和塞拉迈特盆地。因此，多赛奥盆地和塞拉迈特盆地为右阶右旋作用机制下产生的走滑-拉分盆地，盆地往往成对出现（见图4）。

受走滑与拉张复合作用控制，多赛奥盆地和塞拉迈特盆地平面上呈典型的“纺锤体”形态，东西长，南北窄，盆地呈不对称的双断结构，发育因走滑作用形成的花状构造。多赛奥和塞拉迈特2个盆地的控盆断裂为大型走滑断裂——Borogop断裂，该断裂为中非剪切带的一部分，NEE—SWW向展布，产状较陡，且该断裂控制了多赛奥和塞拉迈特盆地下白垩统沉积地层的展布，越靠近Borogop断裂，下白垩统沉积地层越发育（见图4、图5）。沉积充填表明，早白垩世沉积充填物占盆地总充填物的比例为80%，表明早白垩世盆地的裂陷作用最强，是盆地的主要形成时期。

图4 多赛奥盆地和塞拉迈特盆地形成机制

图5 塞拉迈特和多赛奥盆地典型地质剖面

晚白垩世时期，由于中非剪切带活动减弱，多赛奥盆地和塞拉迈特盆地裂陷作用明显减弱。晚白垩世末期，非洲板块与欧亚板块发生碰撞，盆地发生局部反转作用。新生代时期，中非剪切带活动停止，盆地进入填平补齐阶段。

4 盆地形成模式及勘探意义

上述分析表明，中非剪切带裂谷盆地主要形成于早白垩世右旋走滑作用，中非剪切带走滑断块末端水平位移变换控制了穆格莱德、迈卢特、多巴等伸展盆地的形成。走滑断裂中部的弯曲形态和走滑运动方向的有效配置控制了多赛奥和塞拉迈特等走滑-拉分盆地的形成。穆格莱德盆地和迈卢特盆地的勘探实践证实，早白垩世强裂陷作用阶段是盆地优质的湖相烃源岩发育的主要时期，该时期发育的湖相烃源岩为盆地的主力烃源岩，TOC为1.00%～5.00%，平均2.00%，干酪根类型为Ⅰ型、Ⅱ1型，为富油气盆地[1-2]。

对于走滑-拉分盆地来说，截至目前，该类盆地油气发现较少。从中非剪切带构造演化与盆地形成机制来看，早白垩世为2种类型盆地的主要形成时期，该时期中非剪切带如高速运转的“链条”，应力在各个盆地之间传递。走滑-拉分盆地和伸展盆地均发生强裂陷作用，盆地沉降速率大于沉积速率，处于欠补偿状态，具备发育中、深湖相沉积的构造条件，有利于湖相优质烃源岩的发育，且多赛奥盆地钻井也揭示早白垩世时期发育优质湖相烃源岩，TOC为1.52%～4.63%，干酪根类型为Ⅰ型、Ⅱ1型，这表明走滑-拉分盆地也发育良好的湖相烃源岩，具备良好的生烃基础，走滑-拉分盆地的勘探潜力不容忽视。

5 结论

1）中非剪切带强烈走滑作用控制了裂谷盆地的形成，沿该剪切带形成了2种类型的盆地——斜交于剪切带的伸展盆地和平行于剪切带的走滑-拉分盆地。

2）中非剪切带走滑断块末端水平位移变换控制了穆格莱德等伸展盆地的形成，该类盆地形成于拉张作用，控盆断裂为NW—SE向展布的大型正断层，断层产状较缓，盆地具有对角线分布特征。

3）中非剪切带中部的弯曲形态和走滑运动方向的有效配置控制了多赛奥等走滑-拉分盆地的形成。该类盆地形成于右旋右阶背景下的走滑-拉分作用，控盆断裂为大型走滑断层，断层产状较陡，盆地具有成对分布的特征。

4）基于盆地形成机制和已钻井的分析，多赛奥等走滑-拉分盆地在早白垩世时期发生强裂陷作用，具备发育优质湖相烃源岩的构造条件。