转换型陆缘——尼日尔三角洲盆地成因类型再认识*

冯志强 郭丰涛 张忠民 殷进垠 田纳新 苏玉山 郭荣涛 吴高奎

全球大陆边缘可划分为离散型、汇聚型和转换型三个类型(Gallagher and Brown, 1997; Jobeetal., 2011; Allen and Allen, 2013)，其中，“转换型陆缘”在20世纪70年代作为独立盆地类型开始被关注(Failetal., 1970; Le Pichon and Fox, 1971; Mascle, 1976; Rabinowitz and LaBrecque, 1979; Scrutton, 1979; Mascleetal., 1987)。转换型陆缘在全球广泛分布，据最新资料统计，转换型陆缘占全球大陆边缘累计长度的16%(de Lépinayetal., 2016)。尽管后续不同学者针对全球不同地区的转换型陆缘作了大量研究(Dingle, 1973; Bischoff and Henyey, 1974; Todd and Keen, 1989; Ben-Avrahametal., 1997; Lorenzo, 1997; Basile, 2015; de Lépinayetal., 2016)，L159大洋钻探计划也已完成了专门针对转换型陆缘的科学钻探(Mascle, 1976; Mascleetal., 1987)，但相对于离散型和汇聚型陆缘而言，其认识仍然较为薄弱。近年来，随着全球转换型被动陆缘盆地一系列重大油气发现获得的，如赤道大西洋科特迪瓦盆地、圭亚那盆地、东非鲁伍马盆地等深水坡底扇中的油气大发现(Basile, 2015; de Lépinayetal., 2016)，转换型被动陆缘盆地形成演化和油气资源潜力开始引起人们更多的关注和研究。

尼日尔三角洲盆地位于南大西洋东岸的几内亚湾内，尼日尔-贝努埃河水系从几内亚湾注入大西洋，为尼日尔三角洲沉积提供了巨量的物源，形成了世界上规模最大陆缘三角洲之一(图1a；Evamyetal., 1978; Doust, 1990; Reijersetal., 1997; 邓荣敬等, 2008; 苏玉山等, 2019; Agbasietal., 2021)。尼日尔三角洲盆地也是西非发现油气储量最多的世界级富油气盆地之一，许多学者针对其盆地形成演化、构造特征、沉积特征、油气成藏规律等方面进行了大量研究(Burkeetal., 1971; Evamyetal., 1978; Doust, 1990; Janssenetal., 1995; Reijersetal., 1997; 侯高文等, 2005; 李磊等, 2008a, b, 2012; 邓荣敬等, 2008; 赵晓明等, 2012; 苏玉山等, 2019, 2020; 余一欣等, 2021; Ogbe and Edegbai, 2022)。

尼日尔三角洲盆地发育经历了两个阶段，即早白垩世断陷和晚白垩世-新生代三角洲发育阶段。盆地以三角洲沉积为主，三角洲沉积主体部分位于洋壳之上；盆地的东部和北部具有前白垩系基底，有局部断陷沉积(图1b；赵晓明等, 2012; 苏玉山等, 2019, 2020)。前人研究中多数学者认为尼日尔三角洲盆地与宽扎盆地、桑托斯等大西洋盆地一样，为典型拉张背景下形成的被动陆缘盆地(Doust, 1990; Reijersetal., 1997; Bruneetal., 2014; 苏玉山等, 2019, 2020)；也有学者认为尼日尔三角洲盆地发端于大西洋裂开前的三叉裂谷(Ebongetal., 2019; Takyietal., 2022)，贝努埃槽为三叉裂谷系中一支废弃的坳拉谷。然而，尼日尔三角洲盆地具有一些与典型伸展型被动大陆边缘不同的特征：(1)伸展型陆缘盆地通常具有较宽的洋陆过渡壳，并形成相对较缓的陆坡结构，例如位于西非的下刚果盆地为典型的伸展型被动大陆边缘盆地，其洋陆过渡壳宽度可达200km、基底坡度一般在4°～5°(不超过10°)，在宽缓的陆坡上发育了大型浊积岩油气藏(Péron-Pinvidicetal., 2017; Peron-Pinvidicetal., 2019)。与此不同，尼日尔三角洲盆地洋陆过渡带则很窄，仅约50km，以至于其三角洲沉积体超过三分之二发育于洋壳上(Haacketal., 2000; Akandeetal., 2012)；(2)尼日尔三角洲下部陆上贝努埃槽为深陡的断陷盆地，火山活动较弱，具有走滑拉分盆地特征，而与坳拉谷下部的伸展型裂谷显著不同。

图1 尼日尔三角洲盆地空间位置(a，据苏玉山等，2019修改)及AA′地质剖面(b)

本文在前人研究基础上，基于大量地震、钻井数据分析，通过系统分析尼日尔三角洲盆地构造、沉积、油气地质特征，以及大陆裂解前南美-非洲联合大陆上区域地质背景，深入探讨了研究区大陆裂解和盆地形成的动力学机制，提出了转换型陆缘的新认识，重新构建了该盆地形成演化模式。

1 构造地层单元和沉积层序

本文根据被动陆缘盆地控盆机制、构造样式以及沉积特征差异，将被动陆缘盆地整个演化过程划分为裂陷期、过渡期、陆缘期三个时期，并将其对应的充填地层划分为裂陷期构造地层单元、过渡期构造地层单元和陆缘构造地层单元，简称裂陷层、过渡层和陆缘层三大构造地层单元(图2)。

图2 尼日尔三角洲盆地地层综合柱状图

1.1 裂陷期构造地层单元

裂陷层为大陆裂解过程中受断层控制的沉积充填地层，破裂不整合(洋壳的出现)标志着裂陷期的全面结束。尼日尔三角洲裂陷层埋深大(可达12km)，由于缺乏直接的钻井资料，地层发育特征主要依据东北侧相邻的阿南布拉(Anambra)盆地钻井和露头资料推断(图2)(苏玉山等, 2019)。该序列自下而上依次为下白垩统Asu River群、Odukpani组、上白垩统底部Eze Aku组和Awgu组(图2)，主要岩性为灰色砂岩和页岩，局部地区发育灰岩，可见少量岩浆岩，总厚度可达4500m。最早期沉积的Asu River群直接覆盖在前寒武系变质杂岩之上，为暗绿色、棕褐色页岩和细砂岩夹灰岩，底部为粒度较粗的底砂岩，含菊石类化石，是滨海相潮下环境沉积，局部见基性和中性侵入岩。Odukpani组为浅海碎屑岩沉积。Eze Aku组为灰色、灰黑色页岩和钙质砂岩。Awgu组又称Awgu页岩，以灰色页岩为主，夹少量细砂岩和灰岩。Awgu组沉积后，盆地发生过短暂的抬升或海退，发生小规模沉积间断。这一地质事件被称为Abakaliki抬升，也标志着裂陷期的结束。

1.2 过渡期构造地层单元

尼日尔三角洲盆地过渡层主要为一套浅水-较深水、滨-浅海相的碎屑岩和含煤碎屑岩，总体表现为海退三角洲沉积体系(Evamyetal., 1978; Doust, 1990; Reijersetal., 1997; 邓荣敬等, 2008; 苏玉山等, 2019; Agbasietal., 2021)。自下而上依次为上白垩统Nkporo组、Mamu组、Ajali组、Nsukka组、古新统Imo组(图2)，总厚度2500m左右。其中，Nkporo组分上、下两段，下段为黑色页岩夹生屑灰岩段，上段为页岩；Mamu组为细粒-中粒砂岩、页岩，夹煤层或煤线；Ajali组为成岩较差的粗-细粒砂岩；Nsukka组为砂、泥岩互层，夹煤层或煤线；Imo组主要沉积于海相环境，含丰富的有孔虫等化石，岩性主要为黑灰色、蓝灰色页岩，顶部偶夹铁质黏土层和薄层砂岩条带(图2；Reijersetal., 1997; 苏玉山等, 2019)。Imo组岩性在区域上横向变化较大，尼日利亚东部主体为粉砂质页岩和泥质粉砂岩，而尼日利亚西部以海相厚层状介壳灰岩，厚度320～1070m。该套地层整体以垂向加积为主，发育小规模进积地层。

1.3 陆缘期构造地层单元

陆缘期由于重力滑脱作用，形成一个大型重力滑动构造变形系统。陆缘层地层从陆到海方向，可以划分出2个大的构造变形区：后缘伸展构造变形区和前缘挤压冲断构造变形区(图3a；Corredoretal., 2005; Wuetal., 2015; Zhangetal., 2021; 苏玉山等, 2019, 2020)。在两者过渡区带，泥底辟构造和滑脱构造发育(图3a)。其中，在三角洲西北侧，由于后期缺乏充足物源充填，仍然呈现“陡陆缘”的特征(图3b)；与之相反，三角洲东南侧则随着较多物源的沉积，地势相对较为平缓(图3c)。

陆缘层主要包括始新世到第四纪的沉积，底部为厚层海侵泥岩，主体为大型陆缘三角洲进积体系，自下而上依次为Akata组、Agbada组和Benin组(图2；Short and Stäuble, 1967; Avbovbo, 1978)。

最底部的Akata组由巨厚的、岩性相对单一的远洋、半远洋泥岩和局部深水盆底扇浊积砂体构成，厚度为600～6000m(图2；Doust, 1990; Reijersetal., 1997; 邓荣敬等, 2008)。中部Agbada组为进积的近岸-三角洲前缘沉积砂岩或粉砂岩，沉积时代从始新世至今，厚度一般在600～3600m之间(图2)，主体沉积环境为分流河道的点砂坝以及沿岸砂坝、障壁砂坝(Doust, 1990; Reijersetal., 1997; 邓荣敬等, 2008)，是尼日尔三角洲盆地的主要储层(Evamyetal., 1978; Doust, 1990; Haacketal., 2000)。Agbada组上部以砂岩为主，仅夹少量页岩，盖层不发育，向下页岩含量逐渐增加，发育及其海进体系域泥岩，可作为区域或局部盖层(Doust, 1990)。上部Benin组陆相河流及岸后沼泽沉积，主要岩性为砂砾岩夹黏土，厚0～2100m，一般1800m左右。

陆缘层烃源岩实测数据较多，地球化学分析结果显示其有机质丰度较为一般， 平均TOC (Total Organic Carbon，总有机碳)含量为1.68%，且呈现出随时代变新，TOC含量逐渐变小的趋势(Nwachukwu and Chukwura, 1986; Doust, 1990)。烃源岩显微组分研究结果表明其有机质类型以腐殖型(Ⅲ)和混合型干酪根(Ⅱ)为主，其中镜质组占85%～98%，含少量类脂组和无定形，不含藻类(Nwachukwu and Chukwura, 1986; Doust, 1990)。Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)值一般在2～4之间，显示出姥鲛烷占优势的沉积特点，反映出弱氧化-弱还原沉积环境(Ogbesejanetal., 2021)。Bustin (1988)还发现HI指数和Pr/Ph值随地层中TOC含量的变化而变化，即地层年代越新，该值越低。一些学者亦发现随着埋深增加，以Ⅱ型干酪根为主的倾油型烃源岩更为丰富(Haacketal., 2000)。

图4 研究区不同区域断裂及盆地发育特征

2 裂前区域构造特征

冈瓦纳古陆在中-新生代裂解，南美洲和非洲大陆分离，形成了赤道大西洋和南大西洋及其相应的被动大陆边缘盆地，冈瓦纳大陆裂解经历了陆内裂谷、大陆裂解和大陆漂移等过程。大量研究表明，在非洲大陆和南美洲大陆裂解之前，冈瓦纳大陆中东部发育一个先期大型雁列状走滑裂谷系统，这个大型裂谷系统主要由目前赤道大西洋的Guinea、Grand Cess、St Paul、Romanche、Chain、Charco断裂系(图4a, b)和非洲陆上的贝努埃槽和中非断裂系构成(图4a, c)(Krause, 1964; Frizon De Lamotteetal., 2015; Kwaya, 2017)。Guinea断裂带位于Sierra Leone陆架西侧，呈西-北西走向(285°)，长约850km(Krause, 1964)。该断裂带形成于中大西洋侏罗纪裂开过程中。东南侧的St Paul走滑断裂带呈东西走向，位于几内亚湾北侧，从利比亚延伸到亚马逊盆地，长约3000km，由4个走滑断层构成(Groweetal., 2021)。Romanche走滑断裂带位于St Paul断裂带东南侧，呈东北-西南走向，约840km长(Searleetal., 1994)。Chain走滑断裂带位于Romanche走滑断裂带南侧，长约800km，沿西南-东北走向分布，在东侧末端与尼日利亚拉各斯相交(Jones, 1987)。Charco走滑断裂带位于Chain走滑断裂带南侧，同样从西南方向东北延伸，大约750km(Ajamaetal., 2021)。这些走滑断裂系在南美洲和非洲之间依次错开呈帚状分布，均发育于侏罗纪晚期和南大西洋赤道段裂开之前(Frizon De Lamotteetal., 2015; Yeetal., 2017)。与此同时，非洲陆上西非裂谷系主要由两条NNE-SSE走向、平直、近平行排列的左旋走滑断裂构成(图4c)(Genik, 1992; Kwayaetal., 2017; 吕彩丽和赵阳, 2018)。中非裂谷系近东西向延伸、长约2000km，为一条右旋走滑断裂系。该断裂带西端起始于几内亚湾，向东穿过喀麦隆、乍得南部、中非共和国并进入苏丹(Fairhead, 1988)。西非和中非断裂系均开始形成于早白垩世(130Ma)，并在阿尔布期末(100Ma)时定形(Fairhead, 1988; Frizon De Lamotteetal., 2015)。

在上述大型走滑断裂系形成过程中，断裂体系内相应发育了众多走滑拉分盆地(图4b, c)。其中，在科特迪瓦区域走滑断裂系(Guinea、Grand Cess、St Paul、Romanche、Chain、Charco断裂)内形成了Abidjan、Saltpond、Benin、Accra-Keta等雁列式分布的走滑拉分断陷盆地(图4b；Feaetal., 2022)。这些断陷盆地主要充填上侏罗统和下白垩统地层(Kakietal., 2013)，说明这些断陷盆地主要发育在大陆裂解前陆内走滑拉分裂谷系内。以Accra-Keta盆地为例，该盆地面积为33900km2，西侧为Romanche走滑断裂带，东侧为Chain走滑断裂带，为一个典型的走滑拉分盆地(Adda, 2013)。该盆地陆上沉积了超4400m厚的泥盆系至现今地层，海域部分区域厚度可超过5000m(Adda, 2013)。盆内至少发育了两套成熟烃源岩：下白垩统Ⅱ-Ⅲ型湖相泥岩和土伦-康尼亚克阶富有机质页岩(Adda, 2013)。

非洲大陆内在贝努埃槽和中非走滑裂谷系两大裂谷系内以及其间发育了Gongo、Yola、Bongor、Doba、Salamat等走滑拉分盆地系(图4c、图5)。其中，东西向的贝努埃槽、Bongor、Salmat等盆地最显著的特点包括：(1)盆地内广泛发育早期扭张作用下的负花状构造和晚期挤压作用形成的正花状构造和反转背斜(图5BB′-EE′剖面；Chenetal., 2018; 吕彩丽和赵阳, 2018)；(2)裂陷层之上没有明显的坳陷层发育(图5)；(3)多呈长条形或菱形展布，规模普遍较小，多为几千到几万平方千米，最大盆地面积不超过5×104km2(图4c、图5；Kwayaetal., 2017)。这些裂陷充填了上侏罗统和白垩系数千米厚陆相沉积物(Wanetal., 2014)。以Bongor盆地为例，其在早白垩世强烈裂陷期沉积形成一大套暗色泥岩(P组-M组)，厚度可达500～1000m，TOC含量平均达到3.5%，以Ⅱ1型干酪根为主，处于热演化成熟阶段，生烃能力强，为盆地内主力有效烃源岩(窦立荣等, 2011)。Bongor盆地早白垩世晚期亦发育了暗色泥岩，平均TOC可达4.5%，以Ⅰ-Ⅱ1干酪根为主，但由于整体埋藏浅，仅盆地中心处可达成熟阶段(窦立荣等, 2011)。与此同时，南北向的Termit、Muglad等盆地则发育一定厚度的坳陷层，为受走滑作用影响的伸展型盆地(图5FF′和GG′剖面)。

3 盆地成因类型及其演化过程再认识

3.1 成因类型分析

早在1908年，德国尼日利亚沥青公司就开始了尼日尔三角洲盆地的钻探研究，1937年获得重大石油显示(Reijersetal., 1997)，20世纪50年代壳牌-英国石油在该盆地获得油气发现并开始生产石油(Saugy and Eyer, 2003; Enemugwem, 2010)。20世纪60年代，Short and Stäuble (1967)将尼日尔三角洲盆地演化划分为三个沉积旋回：白垩纪中期海侵和圣通期温和褶皱阶段；晚白垩世尼日尔三角洲生长阶段，结束于古新世重大海侵；始新世至今尼日尔三角洲主体持续增长阶段。始新世-新近纪尼日尔三角洲又被分为三个错叠的岩石地层单元，即下部Akata组泥质单元、中间Agbada组砂岩和页岩交互单元和上部Benin组砂质单元。20世纪60年代晚期，板块构造理论兴起后，Burke (1972)、Dickinson (1974)、Audley-Charlesetal. (1977)、Kingstonetal. (1983)、Ingersoll (1988, 2011)、Allen and Allen (2013)讨论了尼日尔三角洲从板内离散环境演变到大陆板缘以及物源水系沿着裂谷向洋壳之上延伸的复杂过程和机制。

Roberts and Bally (2012)将被动大陆边缘盆地划分为离散型和转换型两大类，进而根据裂后层系地层特征，又将离散型陆缘进一步划分为碳酸盐岩主导型陆缘、三角洲主导的碎屑岩型陆缘和碳酸盐-碎屑岩混合型三个亚类，尼日尔三角洲盆地被划分为离散型三角洲主导的碎屑岩型陆缘。温志新等(2016)将全球被动大陆边缘盆地分成断陷型、断坳型、坳陷型和改造型，尼日尔三角洲盆地被划分为改造型亚类中的三角洲改造型次亚类。Allen and Allen (2013)根据裂后层系地层是否发育重力驱动构造和盐构造，将尼日尔三角洲盆地划分为有重力驱动和盐构造型。上述分类是国内外对尼日尔三角洲盆地比较有代表性的分类，主要考虑的是裂后沉积层系(陆缘构造层)特征或裂后沉积层系沉积过程中或沉积后的构造变形特征。显然，被动大陆边缘盆地有几近无限的沉积可容空间，只要有较大型物源注入就会有三角洲发育，有大型三角洲的存在更多地是反映陆缘期物源量的大小，并不体现陆缘的成因类型。离散型(伸展型)陆缘和转换型陆缘在陆缘结构、裂陷和坳陷层的构造、沉积特征以及烃源岩的发育和分布特征都有显著的不同，仅用裂后沉积层系特征划分不能很好的反映被动陆缘盆地构造和沉积特征。现代沉积研究表明陆缘期的开阔大洋环境，因水深和洋流等因素影响，很难形成大面积局限的缺氧环境，不利于有机质富集保存，最终难以形成较大规模的优质烃源岩(Jacques and Clegg, 2002)。裂陷期和坳陷期是尼日尔三角洲盆地形成烃源岩的主要时期，盆地的成因类型决定了裂陷层和坳陷层的构造、沉积以及石油地质特征，弄清其成因类型是研究盆地深部结构和预测烃源岩的形成、演化以及分布特征的前提和基础。

海西期为大陆聚合期，形成了潘吉亚泛大陆，中、新生代再次进入了以新特提斯洋和大西洋形成为代表的大陆裂解期。二叠纪晚期到三叠纪冈瓦纳大陆北缘裂解，形成东西向的新特提斯洋，此时伸展方向为南北向。侏罗纪，北美板块从冈瓦纳大陆裂解分离，形成了北东-南西向的中大西洋。早白垩世，在中大西洋继续扩张的同时，非洲板块的逆时针旋转，南大西洋从南向北剪刀式裂开，欧亚大陆西部和冈瓦纳大陆上的应力场发生了重大转变，伸展方向转变为东西向，同时在冈瓦纳大陆形成了强大的东西向扭动应力场，形成了多组南北向伸展裂谷和东西向走滑断裂系纵横交汇的构造格局(图4)。赤道-中非大型走滑断裂系是该动力学背景下形成的横穿冈瓦纳大陆巨型扭动断裂系(图4)。早白垩世末期，南大西洋裂解不断向北推进，最终南大西洋和先期裂开的中大西洋通过该断裂带裂解实现贯通，形成统一大西洋洋盆。

尼日尔三角洲盆地处于赤道-中非走滑大断裂系内，后期与裂开的南大西洋相接，盆地形成演化主要受先期走滑断裂系控制，为转换型陆缘。图3a和图6a展示了尼日尔三角洲盆地夹持在一系列扭动断裂系之间，其西北缘走滑断裂持续活动，经历了陆内裂谷、大陆裂解和漂移三个阶段，也使得该盆地西北缘形成了转换型陆缘结构，呈现出陡峭的陆坡结构(图3b, c)。图6b展示了在三角洲体充填过程中大陆坡从陡变缓的过程。贝努埃槽是赤道大西洋裂开前冈瓦纳大陆上赤道-中非大型走滑断裂系的一部分(图3)，因此，更好地解释了贝努埃槽内火山岩不发育，且以走滑拉分作用为主的特点。尼日尔三角洲盆地两个侧翼剪切构造变形区亦是在走滑作用下形成的。其中，东南一侧串状火山岩的形成与分布同走滑作用密切相关。这个大型走滑断裂系内发育的东西向盆地通常坳陷层不发育，显示出明显的走滑性质。而南北向盆地则发育断陷叠加坳陷的复合结构，为受走滑作用影响下的伸展型盆地。尼日尔三角洲盆地的转换型陆缘性质也更好地解释了该盆地洋陆壳过渡带窄的特点。赤道段的福斯杜-亚马逊盆地和东非的鲁伍马盆地分别发育在赤道段转换型陆缘中央和东非典型转换陆缘带，均为典型的转换型被动大陆边缘盆地(de Lépinayetal., 2016)，且在陆缘期都有大型河流注入，发育了大型陆缘期三角洲沉积，它们在盆地结构上和尼日尔三角洲盆地非常相近(图7)。因此，转换型陆缘也更好地诠释了尼日尔三角洲盆地的形成演化过程。

3.2 构造沉积演化过程重塑

3.2.1 裂陷期构造沉积演化

大西洋裂开经历了较漫长的历程，侏罗纪早期中大西洋裂开，北美从冈瓦纳大陆上裂解分离(图8、图9a, b)。早白垩世南大西洋从南向北剪刀式裂开(图8a、图9a)。南大西洋和中大西洋的差异裂解在尚未裂解开的南美洲和非洲大陆之间产生了巨大的区域扭动应力场，形成了大型右行雁列式走滑构造系(图8a、图9a)。这个雁列式走滑构造系包括中大西洋段的St Paul、Romanche、Chain、Charcot等走滑断裂系和非洲大陆上的贝努埃槽走滑断裂系和中非走滑断裂系(图4)。沿断裂和断裂之间，尤其是两条相邻断裂转接处，形成大量走滑拉分盆地群(图4c)，如现今南大西洋赤道段被动大陆边缘盆地群中的底部裂陷层系，以及非洲大陆上贝努埃槽和西非裂谷系内的Gongola盆地、Yola盆地、Doba盆地、Bongor盆地、Salamat盆地等(图4c；Kwayaetal., 2017; 吕彩丽和赵阳, 2018)。在这个巨型走滑拉分断裂体系作用下，岩石圈变薄，断裂系内形成的负向地形带，经常与两侧的大洋相连通，在裂陷期形成了以碎屑岩为主的海陆交互相沉积建造。因深大的走滑断裂系可能断穿地壳(乃至岩石圈)，间或有岩浆岩和火山岩发育。早白垩世末，南美大陆和非洲大陆沿该断裂系裂解，中大西洋和南大西洋贯通(图8b、图9b)。

图8 赤道段大西洋非洲、南美洲侏罗-古近纪演化图

图9 尼日尔三角洲盆地形成演化模式

和全球其他地区发育的走滑拉分盆地相似，中非走滑断裂系和贝努埃槽内发育白垩纪走滑拉分裂陷，如Gongola盆地、Yola盆地、Doba盆地、Bongor盆地等，总体上规模较小，以陆相碎屑岩沉积为主，有一定的生烃能力。与这两个走滑断裂系相伴生的近南北向以伸展为主的裂谷盆地，如Termit盆地和南苏丹盆地，规模相对较大，发育有良好的裂陷期烃源岩。赤道大西洋呈现“之”字形扭动裂开(图8b)，局部处于伸展环境，发育了大量走滑拉分裂谷，同时也发育较大规模的伸展型裂谷盆地，为主要烃源岩层系之一。在勘探获得较大发现的科特迪瓦、加纳和塞内加尔等陆缘构造层厚度较小的陆缘盆地中，裂陷层为主要供烃层系。尼日尔三角洲盆地海域和陆内Doba盆地地震剖面特征表明从海域到陆上地区整个白垩纪都处于扭动环境(图10)。具体来讲，它们在早白垩世以扭张环境为主，呈现正花状构造；晚白垩世则以扭压环境为主，并且持续活动到现在。

图10 Doba盆地地震剖面特征显示发育明显花状构造(据Genik, 1993；剖面位置见图4)

3.2.2 过渡期构造沉积演化

过渡期构造沉积层，介于裂陷层和陆缘层之间。大陆裂解洋壳的生成和破裂不整合的出现标志着裂陷期的结束和过渡期的开始，而洋壳热沉降带来的陆架、陆坡和深海洋盆环境的出现和大规模海侵标志着过渡期的结束和陆缘期的开始(图9c)。现今大洋热沉降研究展示，洋壳形成后即开始冷却下沉的过程，30Myr内热流值快速下降(80%以上)，大约经历70～80Myr洋底深度达到通常的洋盆深度(4000～5000m)，不再明显继续下沉(Sclateretal., 1980; Lister, 1990; Stein and Stein, 1992)。Parsons and Sclater (1977)通过观测太平洋和大西洋新生成洋壳的热流值和海底深度变化，建立了形成时间不足70Myr洋壳的深度和洋壳形成时间的关系：

H=H洋中脊+Ct1/2

其中，H洋中脊为洋中脊深度，通常约为2.5km；C为常数项，取值0.35；t为洋壳形成时间长度，单位为Myr。

现今被动大陆边缘盆地中，在陆壳边缘经常能见到代表浅水沉积环境的碳酸盐岩沉积，说明在大陆裂解洋壳形成初期洋壳处水深很浅(远小于新生成的洋中脊)。按上述公式计算，30Myr新生成的洋壳下沉1500～2000m，正常大洋扩张的洋底深度将超过4000m，新生大洋洋壳深度应更浅些。大量钻探实际揭示，被动大陆边缘盆地过渡期多以浅水和半深水环境为主，发育大量浅水环境沉积物，如常见砂岩和碳酸盐岩沉积，并常伴有咸水生物礁和蒸发岩沉积。沉积方式以纵向加积为主，整体呈现坳陷盆地沉积特征，如巴西的桑托斯盆地、坎坡斯盆地等大西洋两岸盆地和现代的红海。该时期新形成的洋壳还没有显著冷却下沉，或即使有一定的水深，但由于裂解初期开阔的大洋还没有形成，沉积环境还是狭长的局限海洋环境(图9c)，有利于有机质的保存和大面积富集，是形成大面积优质烃源岩的重要时期。

尼日尔三角洲盆地过渡构造层从晚白垩纪坎潘期-古新世末，经历了约27Myr，地层总厚度约2500m。整体以垂向加积为主，顶部发育小规模进积地层，没有典型的陆坡结构和大型浊积体沉积，主体表现为滨浅海和半深海的坳陷沉积特征。尼日尔三角洲盆地过渡期构造层的主体部位由于其埋深较大，目前鲜有井钻遇该层，位于边部的Anambra盆地在该构造层已见到良好的暗色泥岩。另外，我们也可以从另一邻近转换型陆缘盆地-科特迪瓦盆地得到一些启示。科特迪瓦盆地主要发育裂陷期阿普特-阿尔布阶湖相和过渡期赛诺曼-土伦阶海相两套烃源岩(孔令武等, 2022)，后者为主力供烃源岩。这套过渡期烃源岩在浅水区有机质丰度约为0.8%～2.8%，以Ⅲ型干酪根为主；深水区烃源岩品质更好，TOC含量为1%～15.27%，主要为Ⅱ1型倾油干酪根(孔令武等, 2022)。因此，就邻近的、具有相似构造-地质条件的尼日尔三角洲盆地而言，推断也发育大规模优质的过渡期烃源岩。

3.2.3 陆缘期构造沉积演化

通常认为新生洋壳因岩石成分改变影响软流圈对洋壳的浮力，进而影响新生洋壳及陆缘盆地沉降。Korenaga and Korenaga (2016)综合地球物理和岩石学模拟结果展示，因洋壳温度明显低于软流圈，随着洋壳冷却密度不断增加，在新的洋壳形成30Myr后，软流圈对洋壳的浮力转为负，因此推测大洋洋壳通常在形成后30Myr左右会因浮力转负经历快速沉降的过程，造成大规模海进，标志着过渡期结束和陆缘期的开始。陆缘期的标志性特点就是洋壳已因冷却下沉形成了正常的深水洋盆，洋陆过渡壳(缩颈带)在重力均衡作用下差异下沉形成大陆坡，陆缘已形成典型的陆架、陆坡和洋盆结构，陆架上沉积物呈多个反旋回层序叠加进积的典型大陆边缘沉积建造特点。

上述观测和模拟结果表明，尼日尔三角洲盆地在早白垩世末期冈瓦纳古陆裂解后，经历了近30Myr的过渡期，到始新世进入了典型的陆缘沉积期，具体表现在：(1)大洋已充分拉开，沉积环境从局限海转变为上千千米宽的开阔大洋，按目前大洋单向扩张速度每年1～5cm计算，30Myr大洋单向扩张300～1500km；(2)在重力均衡作用下，洋壳开始快速下沉，始新世发生大面积海侵；(3)洋陆过渡带差异下沉，形成较为成熟的陆架、陆坡和洋盆三级结构；(4)开阔海环境不利于有机质大量保存，海相泥岩中有机质类型以Ⅱ-Ⅲ型为主，有机质丰度明显低于过渡期。

陆缘期早期，盆地成因类型决定了陆缘地形结构，尼日尔三角洲盆地具有窄陆架、陡陆坡的陆缘结构(图9d)。类似于科特迪瓦盆地，沉积物多沉积在陆坡的下部和洋盆中，形成大面积的深海泥岩沉积，并在坡底形成坡底扇(图9d)。在尼日尔三角洲盆地喀麦隆区域深层钻遇的Nguti和Isongo两套大规模坡底扇砂体也同样证实了该点。在尼日尔三角洲盆地南部的加蓬境内，亦钻遇了中新世的坡底扇沉积体(Biscaraetal., 2011)。与此同时，典型的转换型陆缘盆地科特迪瓦盆地的油气发现亦主要集中于陆缘期的深水浊积砂岩(孔令武等, 2022)，近年来，塞内加尔、圭亚那盆地取得的一系列重大油气发现均主要位于盆底、斜坡上的浊积砂中(王大鹏等, 2017)。因此，尼日尔三角洲盆地向海方向陆缘层应同样发育相似坡底扇储集体，有待进一步钻井证实。

陆缘期晚期(渐新世-第四纪)，伴随着东非大裂谷的发育和新特提斯域的闭合，东非和北非大面积隆升，形成了整体隆升的肯尼亚高原、东非高原、奥尼查隆起和阿巴卡利基等高地，提供了丰富的物源基础。中西非陆上的先存走滑断裂系和伸展裂谷系连通了这些隆升区和西非陆缘，形成了大型尼日尔-贝努埃河水系(Avbovbo, 1978; Doust, 1990; Reijersetal., 1997)。该大型水系在尼日尔三角洲盆地自东北向西南方向快速充填和进积，陡陆坡由于沉积充填变缓，三角洲快速向前推进，直接沉积到洋壳之上，使得三角洲得以在渐新世-中新世广泛发育，从而形成现今全球规模最大的三角洲体系之一(图9e)。因陆缘窄且三角洲沉积速度快，三角洲体沉积快速推进到洋壳上，且由于三角洲体沉积地层巨厚，在薄弱的洋壳上发生了强烈的压沉作用，形成了规模巨大的压沉坳陷。巨厚三角洲体沉积的同时，以底部的前三角洲海相泥岩(Akata组)为主滑脱层，在重力作用下形成了一个大型滑动构造体系，发育了大量断裂和泥底辟构造(Haacketal., 2000; Doust, 1990; Roubyetal., 2011; Jollyetal., 2017; 苏玉山等, 2019, 2020; Agbasietal., 2021)。

陆缘期巨厚的三角洲沉积促进了裂陷期和过渡期烃源岩的热演化过程，裂陷期地层埋深多超过10000m，以生气为主；过渡期地层主体埋深在700～10000m，处于生油和生气高峰期；陆缘期三角洲砂体和过渡期坡底扇砂体为良好的储集体；尼日尔三角洲盆地陆缘期地层中始新世的几次较大规模的海侵所沉积的大范围厚层泥岩，以及陆缘晚期巨厚三角洲体系的三角洲平原相泥岩均为良好的区域性盖层；陆缘期巨厚层三角洲体在重力作用下形成的大型滚动背斜、挤压背斜、断块和泥底辟构造，以及过渡层系中的浊积扇体岩性圈闭，形成了良好的圈闭条件；大量发育的重力滑脱断裂体系垂向上沟通了下部在过渡期局限环境中形成的烃源岩，是油气向上部储层垂向运移的良好通道，最终形成了世界瞩目的巨型富油气盆地。

因此，综合而言，尼日尔三角洲转换型陆缘盆地的成藏过程可以简单概括为“过渡期供烃、陆缘成储、重力滑脱断裂疏导、滚动背斜和泥底辟构造成藏”的成藏模式。按该模式，在大型三角洲近端下伏的陆缘早期层序中应发育与科特迪瓦盆地和圭亚那盆地相似的坡底扇型油气聚集，是尼日尔三角洲盆地勘探新突破的重要领域。

4 结论

(1)南美洲大陆和非洲大陆裂解之前，当今的大西洋赤道段、贝努埃槽以及中非的白垩纪走滑断裂带，为横穿南美洲和非洲联合大陆的大型陆内走滑断裂系。非洲大陆和南美洲大陆最后沿该大型走滑断裂系裂开，南大西洋和中大西洋贯通。尼日尔三角洲盆地和加纳、科特迪瓦盆地一样位于该断裂系内，具有明显的转换型陆缘特征，如陆壳到洋壳的过渡带较窄，致使现今三角洲主体沉积于新生洋壳之上，陆缘期沉积之前具有窄陆架、陡陆坡的陆缘结构。

(2)转换型陆缘具有形成大面积优质烃源岩的特有条件，有利于大规模油气富集。边缘脊和洋底转换断层脊是转换型陆缘特有的洋底地形特征，在过渡期它们的遮挡作用非常有利于形成局限的海洋环境，为形成大面积优质烃源岩创造了良好条件。

(3)尼日尔三角洲盆地发育了巨厚的陆缘期构造层-巨厚的三角洲沉积。始新世以来，东非和北非构造不断隆升提供了丰富的物源基础，沿中非走滑断裂系和北非中新生代裂谷系发育了尼日尔-贝努埃河大型水系，促使形成了规模巨大的尼日尔陆缘三角洲体系。

(4)巨厚的陆缘期构造层不仅发育了优质的三角洲砂岩储集体和坡底浊积扇，同时促进了断陷期和过渡期烃源岩热演化过程，为尼日尔三角洲盆地提供了丰富的油气资源基础，大型重力滑脱构造构成的滚动背斜、断块、挤压背斜和底劈构造形成了有利圈闭，大规模滑脱断层体系为油气的运移提供了有利的通道。

致谢本项研究过程中，中国地质大学(武汉)解习农教授、任建业教授，中国石油大学(北京)王英民教授、道达尔能源公司张发强资深地质师等给予了重要的指导建议，在此一并致谢！