地球物理学报  2019, Vol. 62 Issue (4): 1502-1514   PDF    
利用重磁资料研究西非中南段含盐盆地构造区划
纪晓琳1, 王万银1, 杜向东2, 鲁宝亮1, 黄兴文2, 冯旭亮1,3, 郭允2     
1. 长安大学重磁方法技术研究所, 长安大学地质工程与测绘学院, 长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室, 西安 710054;
2. 中海油研究总院, 北京 100027;
3. 西安石油大学地球科学与工程学院, 西安 710065
摘要:西非中南段含盐盆地位于大西洋东岸浅海区,在构造演化的过渡阶段形成了巨厚的Aptian期蒸发盐岩,将该区分为盐上层、盐层和盐下层三个构造层序.而盐岩的遮蔽效应使得盐下层地震反射品质差、盐下层序研究程度低,致使裂谷主控断裂、裂谷规模及展布形态不清楚.本文利用重、磁资料覆盖面广、横向分辨能力强、受盐岩影响小的优势,结合地震及地质资料,研究了西非中南段含盐盆地盐下构造格局.通过研究表明,西非中南段含盐盆地整体呈现"东西分带,南北分块"的构造特征;重新厘定了里奥穆尼、加蓬、下刚果和宽扎4个含盐盆地边界;识别了2个盐下裂谷带及其内部28个盐下凹陷,盐下凹陷呈现垒堑相间的结构特征;推断了盐下一级断裂16条,二级断裂23条,呈现"东西拉张,北东走滑"的力学特征.该项研究成果为该区盐下地震层序再解释、盐下油气战略选区及下一步勘探部署提供了地球物理依据.
关键词: 西非中南段      含盐盆地      盐下裂谷      盐下断裂      最小曲率      位场分离     
Tectonic division by gravity and magnetic anomaly data of salt-bearing basins, south-central section of West Africa
JI XiaoLin1, WANG WanYin1, DU XiangDong2, LU BaoLiang1, HUANG XingWen2, FENG XuLiang1,3, GUO Yun2     
1. Institue of Gravity and Magnetic Tecnology, School of Geology Engineering and Geomatics, Chang'an University, Key Laboratory of Western China's Mineral Resources and Geological Engineering, Ministry of Education, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
2. Exploration Department of CNOOC China Limited, Beijing 100027, China;
3. School of Earth Sciences and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China
Abstract: The salt-bearing basins in south-central section of West Africa are located on the east coast of the Atlantic Ocean. The thick salt rock formed during the Aptian period that happened at the transition stage of structural evolution, which is divided into three tectonic sequences:upper salt layer, salt layer and lower salt layer. It is a big challenge to research the major faults that control the boundaries of rifts and morphological dimensions of rifts based on the poor-quality seismic reflection data that is influenced by the shading effect of salt rock. In this paper, we study the subsalt structure of salt-bearing basins in this region using gravity and magnetic anomaly data which have several advantages such as wide area coverage, strong horizontal resolution and less effect from salt rock. In addition, combining the seismic reflection and geologic data, we further study the tectoniv pattern of subsalt in this area. Results suggest that the salt-bearing basins in south-central section of West Africa are characterized by "zones in east-west and blocks in south-north". The boundaries of Rio Muni Basin, Gabon Basin, Lower Congo Basin and Kwanza Basin are redefined. Two subsalt rifts and 28 subsalt sags are identiflied, where are present alternating uplifts and depressions. We also infer 16 first-order and 23 second-order subsalt faults, which exhibit "extension in east-west and strike-slip in north-east". The results of this study provide geophysical supports to the seismic sequence reanalysis, choosing exploration areas of subsalt oil and gas and the exploration deployment in the next step.
Keywords: South-central section of West Africa    Salt-bearing basins    Subsalt rifts    Subsalt fault    The minimum curvature technique    Potential field data separation    
0 引言

西非中南段陆缘盆地形成过程中,在早白垩世裂谷作用趋于结束时的过渡阶段形成了巨厚的Aptian期蒸发岩,以该套盐岩层为界可以分为盐层、盐上层以及盐下层(Broucke et al., 2004),由于盐岩层的遮蔽效应,地震对盐下层反射品质差,盐下地质-地球物理资料匮乏,使得该区断裂、盆地及盐下裂谷等的构造研究主要集中于盐上层.

该区北东-北东东向的断裂带十分发育(图 1,据鲁宝亮等,2015修改).从控制里奥穆尼盆地北部边界的Campo断裂带到宽扎盆地南部的Rio de Janerio断裂带,总共发育了约20条北东-北东东向的断裂带(图 1),它们向洋壳延伸与相应的转换断层连接,近垂直于大西洋洋中脊,也近垂直于西非裂谷系统(Turner et al., 2003Dickson et al., 2005Moulin et al., 2005Mounguengui et al., 2008; Mounguengui and Guiraud, 2009Guiraud et al., 2010Dupre et al., 2011).西非中南段含盐盆地的形成演化受北东-北东东向的断裂带影响巨大,在南北方向上以横向隆起分隔开各个盆地或盆地内部二级构造单元(Letouzey et al., 1995李莉等,2005Mounguengui and Guiraud, 2009Guiraud et al., 2010Kamgang et al., 2010熊利平等,2010刘祚冬和李江海,2011饶轶群,2012杨晓娟等,2012).

图 1 西非中南段含盐盆地构造特征 Figure 1 Tectonic characteristics of salt-bearing basins in the south-central section of West Africa

该区盐下裂谷分布特征的研究成果基本上都集中在陆地部分,海区研究则非常少(Mounguengui et al., 2008Guiraud et al., 2010).在加蓬盆地陆地部分控制裂谷展布的正断层主要为北北西和部分南北向,裂谷主要走向为北北西向,呈狭长的条带状分布,并且被北东-北东东向的断裂带所分割(图 1).在宽扎盆地陆地部分,裂谷的展布及相关正断层与加蓬盆地具有相似之处.

该区构造单元划分是以盐上层序为主,而对盐下层序考虑比较少;西非中南段4个盆地划分依据不同,构造单元也呈现不同的特点(图 1).里奥穆尼盆地和下刚果盆地都是从陆向海方向,以重力滑脱构造类型分为3个构造带,即重力滑脱伸展构造区、重力滑脱底辟构造区和重力滑脱冲断构造区(Gay et al., 2007胡望水等,2012李涛等,2012杨晓娟等,2012)(图 1),构造划分没有考虑盐下构造层.加蓬盆地则以N′komi走滑断裂带和轴向断层为界,划分为4个一级构造单元,即北加蓬次盆、南加蓬次盆、内陆次盆和兰巴雷内地垒.南、北次盆均以垒堑构造划分(Teisserenc and Villemin, 1990Dupré et al., 20072011王建,2012).北加蓬次盆自东向西可划分为东部半地堑、中部地垒和西部半地堑3个二级构造单元.南加蓬次盆北部为塞特卡马凹陷,南部为登泰尔凹陷、甘巴凸起、维阿凹陷和迪塔断阶(饶轶群,2012).加蓬盆地构造单元划分虽然也是主要以盐上构造划分,但兰巴雷内地垒为基岩出露区,应该说加蓬盆地陆地部分构造区划也同时反映了盐下裂谷展布的情况(Mounguengui et al., 2008).宽扎盆地划分为3个一级构造单元,即内宽扎次盆、外宽扎次盆和本格拉次盆.内、外宽扎次盆大致以海岸线为界;内、外宽扎次盆与本格拉次盆以火山链为界(杨永才等,2013).但国外研究者则以宽扎火山链为界,分为宽扎盆地和本格拉盆地,将宽扎盆地又分为宽扎海域盆地和宽扎陆地盆地(Dickson et al., 2003Guiraud et al., 2010),并将宽扎海域盆地以Porto Amboin断裂带为界分为北宽扎盆地和南宽扎盆地(Guiraud et al., 2010).

由此可知西非中南段含盐盆地构造研究存在的问题为:(1)断裂研究主要为盐上断裂分布或整体断裂研究且主要集中于陆地区,没有整个盆地区域盐下断裂分布研究;(2)盐下裂谷只在加蓬盆地和下刚果盆地陆区有小范围研究,没有整个盆地区域盐下裂谷展布的研究.本文基于重、磁位场数据具有横向分辨能力强、覆盖面积广、不受盐岩分布影响等优势,利用重、磁位场数据,结合地震、地质等资料对西非中南段含盐盆地盐下构造、含盐盆地边界、盐下断裂平面分布和裂谷展布等进行了研究.

1 数据来源及研究方法

本文研究范围为:7°E—15°E,14°S—3°N.研究中使用的地形数据(图 2)和重力数据(图 3)均来自全球卫星重力异常数据库(Sandwell and Smith, 2009Sandwell et al., 2013, 2014),数据网格间距为2′×2′.磁力数据(图 4)来自世界磁异常数据EMAG2(Maus et al., 2009),数据平均网度为2′×2′.

图 2 海底地形图 Figure 2 Terrain of sea floor
图 3 卫星测高重力异常图 Figure 3 Satellite altimetry gravity anomalie
图 4 磁力异常图 Figure 4 Magnetic anomalies

本文遵循刘光鼎(1992)刘光鼎等(1996)提出的“由已知到未知、多次反馈”的原则,以岩石物性为地球物理解释依据,以地震剖面反演得到的盐层顶界面、盐层底界面深度数据作为约束,利用最小曲率位场分离方法(纪晓琳等,2015)分离盐上层、盐层引起的重力异常并进行盐层顶界面、盐层底界面深度反演,之后从布格重力异常中剥离盐上层、盐层产生的重力异常从而得到盐下重力异常,并以此为基础数据并结合磁场特征,开展西非中南段盐下断裂平面分布及相互组合关系、盆地边界和盐下裂谷的研究.

2 地球物理特征 2.1 岩石物性特征

岩石物性是地球物理数据处理及解释的基础.研究区由于盐岩层的存在将地下物质分为:海水、盐上层、盐层、盐下层和基底,依据密度资料(Blaich et al., 2008Dupré et al., 2011)整理可以确定几个密度层的密度特征:海水1.03×103 kg·m-3,盐上层2.41×103kg·m-3,盐层2.21×103 kg·m-3,盐下层2.45×103 kg·m-3,基底2.80×103 kg·m-3.

2.2 重力场特征

卫星测高重力异常(图 3)变化范围约为-70×10-5~230×10-5m·s-2,海区呈现整体的重力低,在东南部存在几处零星分布的重力高值区,与宽扎火山链(Guiraud et al., 2010)位置有很好的对应;海岸区重力异常整体走向主要为北西向和近南北向.里奥穆尼盆地卫星测高重力异常特征为“两低夹一高”,高值区分布在盆地北部、中部和南部,低值区分布在东部和西南部,并且两个低值区均延伸至下刚果盆地和陆地区西部.下刚果盆地卫星测高重力异常特征为“北低南高”,南段有幅值较小的低值区,且这部分低值区延伸到宽扎盆地北段.宽扎盆地重力异常特征为“整体高夹杂零星低”.

采用双界面模型重力场快速正演方法(王万银和潘作枢,1993)计算海水的重力影响值(海水密度为1.03×103 kg·m-3,海底以下地层密度为2.35×103 kg·m-3),对卫星测高重力异常消除海水重力影响,得到布格重力异常(图 5).研究区布格重力异常由陆向海逐渐增大,陆地区布格重力异常值低,海区布格重力异常值高,盆地区为过渡区;布格重力异常整体走向为北西向、近南北向和北东向.

图 5 布格重力异常图 Figure 5 Bouguer gravity anomalies
2.3 磁力场特征

磁力异常(图 4)变化范围约为-300~320 nT.研究区位于赤道附近,处于低纬度地区,采用频率域变磁化方向的低纬度化极技术(张培琴和赵群友,1996),从南到北分别读取了多个点的磁化倾角,在只考虑感磁的情况下进行化极处理,其结果如图 6所示(陆区几乎没有数据且不是含盐盆地区,在成图时进行了白化).海区磁条带为北西和北东向,与大西洋洋中脊方向平行;盆地区磁异常变化较大,宽扎盆地中部的北北西向串珠状高值异常区为宽扎盆地火山链(Guiraud et al., 2010)的反映.

图 6 化极磁力异常图 Figure 6 Reduction to the pole (RTP) magnetic anomalies

由以上研究区重、磁异常特征的分析可知:研究区重、磁异常主体走向为北东-北东东向,与大西洋洋中脊方向一致,也控制了该区断裂分布的主体方向和区域构造方向.

3 重、磁数据处理和解释方法技术 3.1 盐下重力异常计算技术

布格重力异常包含了盐上层、盐层、盐下层及基底产生的重力异常,为研究盐下构造特征,需要从布格重力异常中消除盐上层及盐层产生的重力异常,得到盐下层及基底产生的重力异常(简称盐下重力异常),其具体计算步骤如下:

(1) 根据已知的海底地形(图 2)及盐层顶界面深度(地震剖面解释的部分地区盐层顶界面深度数据的网格化结果),利用双界面模型重力场快速正演方法(王万银和潘作枢,1993)计算盐上层(密度为2.41×103 kg·m-3)引起的重力异常.

(2) 利用不同参数(迭代步长和迭代次数)的最小曲率位场分离技术(纪晓琳等,2015)从布格重力异常(图 5)中提取盐上层剩余重力异常,并分析这些不同剩余重力异常与正演计算得到的盐上层重力异常的相关性.

(3) 选择相关性最大的剩余重力异常作为盐上层重力异常,利用密度界面反演方法(王万银和潘作枢,1993)反演计算盐上层底界面深度(图 7),从而得到盐上层的厚度.

图 7 盐上层底界面深度图 Figure 7 Bottom depth of the upper salt layer

(4) 根据盐上层厚度,利用双界面模型重力场快速正演方法(王万银和潘作枢,1993)计算得到盐上层产生的重力异常,从布格重力异常中减去这部分的重力异常即实现了盐上层重力影响的剥离,得到剥离盐上层重力影响后的重力异常;同样的处理过程可分离得到盐层剩余重力异常,并以此反演计算盐层底界面的深度(图 8).

图 8 盐层底界面深度图 Figure 8 Bottom depth of the salt layer

(5) 根据盐层顶界面深度和盐层底界面深度,可得到盐层厚度(图 9),正演计算盐层(密度为2.21×103 kg·m-3)的重力异常;剥离盐层重力影响,得到盐下重力异常(图 10).

图 9 盐层厚度图 Figure 9 Thickness of the salt layer
图 10 盐下重力异常图 Figure 10 Gravity anomalies of subsalt

盐上层底界面深度(图 7)由陆向海逐渐增大,下刚果盆地西部刚果扇范围内盐层顶界面深度最大,最深处超过8 km;其次为宽扎盆地;加蓬盆地盐层顶界面深度最小.盐层底界面深度(图 8)由陆向海深度逐渐增大,下刚果盆地西部刚果扇范围内深度最大,最深处超过9 km;其次是宽扎盆地西部,最深处约为7 km;加蓬盆地盐层底界面深度较小,最浅处约为0.2 km.盐层厚度(图 9)起伏变化较大,宽扎盆地西部盐层厚度最大,最厚处可达5 km;其次是下刚果盆地西南地区,最厚处约为4 km;再次是北加蓬次盆,最厚处约为2.5 km;南加蓬次盆、下刚果盆地和宽扎盆地东部盐层厚度均较小,陆地很大区域内缺失盐层.盐下重力异常(即盐下层重力异常与基底重力异常的综合重力异常,图 10)由陆向海重力异常值增大,异常主要走向为北北西向,在海岸线附近北北西向异常低值带明显.此重力异常是进行盐下断裂划分、盐下裂谷识别的主要基础数据.

3.2 断裂识别方法技术

深大断裂可以控制其两侧的构造活动,形成不同的构造格局,同时往往伴有岩浆活动,从而破坏原来地质体的连续性,形成物性(磁性与密度)上的横向差异.由于密度与磁性的横向差异必然在重、磁力异常上有所表现,因而可以用重、磁力异常的特征来推断断裂构造.本文采用归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)技术(Wang et al., 2009王万银等,2010)进行断裂平面位置识别,主要利用盐下重力异常NVDR-THDR(图 11)极大值连线及其错断的位置,参考化极磁力异常NVDR-THDR(图 12)特征来识别断裂平面位置.

图 11 盐下重力异常NVDR-THDR图 Figure 11 NVDR-THDR of gravity anomalies of subsalt
图 12 化极磁力异常NVDR-THDR图 Figure 12 NVDR-THDR of RTP magnetic anomalies

盐下重力异常NVDR-THDR(图 11)极大值连续性较好,极大值连线主体方向为北西、北东和近南北向,且极大值连线方向在宽扎盆地中部、下刚果盆地中部和加蓬盆地中部有明显转向,极大值有错断.盆地区西部边界对应一条贯穿整个盆地区的极大值连线,而盆地区东部边界两侧盐下重力异常NVDR-THDR特征不同,其西侧异常极值连续性较好,展布方向主要为北北西和北东向,东侧异常呈散乱分布.

化极磁力异常NVDR-THDR(图 12)极值展布方向为北西、北东和近南北向;海域存在明显的条带状磁异常,呈现北北西向阵列展布极值条带,在加蓬盆地中南部存在明显的近东西向极大值,与宽扎火山链(Guiraud et al., 2010)位置有较好对应.有一条北北西向极大值连线与盆地区西部边界有较好对应,盆地区东部边界两侧化极磁力异常NVDR-THDR特征不同,其西侧极大值连续性较好,而东侧极大值分布规律不明显.

3.3 凹陷(盐下裂谷)识别方法技术

沉积层密度小于基底密度,凹陷(裂谷)处基底深度较大,沉积层较厚,因此凹陷(裂谷)处表现为重力低.重、磁异常垂向一阶导数主要用来突出局部构造的影响,其低值区反映局部低密度体或低磁性体,故可以用来圈定低密度体或低磁性体的范围.位场分离得到的剩余异常能够有效反映局部构造范围.本次研究以盐下重力异常垂向一阶导数和盐下剩余重力异常零值线为基准,将重力异常低值区圈定为凹陷(裂谷)区域,并结合断裂划分结果确定了盐下凹陷(裂谷)分布.

盐下布格重力异常垂向一阶导数(图 13)海域变化较为平缓;盆地区走向与海岸线方向近似平行;加蓬盆地分布规模较大的近南北向重力异常垂向一阶导数低值区,宽扎盆地重力异常垂向一阶导数西部为高值区,东部为低值区,与已知盆地二级构造区划不一致,有待进一步研究;陆地区西部重力异常垂向一阶导数负值区延伸方向与盆地区一致.

图 13 盐下重力异常垂向一阶导数图 Figure 13 Vertical first derivative of gravity anomalies of subsalt

化极磁力异常垂向一阶导数(图 14)海域受磁条带影响较大,北西向呈阵列排列展布;盆地区走向与海岸线方向近似平行,加蓬盆地西北部磁异常特征与现有构造区划一致性较好,但在宽扎盆地与现有认识存在不一致.

图 14 化极磁力异常垂向一阶导数图 Figure 14 First vertical derivative of RTP magnetic anomalies

盐下剩余重力异常(图 15)盆地区走向为北北西、北东和近南北向.海域和陆区为北北西向低值区,且其内部高值区和低值区相间分布.

图 15 盐下剩余重力异常图 Figure 15 Residual gravity anomalies of subsalt
4 西非中南段含盐盆地构造区划 4.1 盐下断裂研究

西非中南段含盐盆地地区盐下断裂十分发育(图 16),主要为拉张和走滑型断裂.通过研究断裂走向特征显示,西非中南段含盐盆地盐下断裂主要有2个展布方向(NNW-SN向断裂组、NE-NEE向断裂组).

图 16 断裂平面分布图 (附盆地边界) Figure 16 Distribution of faults (with boundaries of basins)

本次在研究区内共识别出盐下一级断裂16条(图 16,Campo,Ascension,Kango,N.Komi,Koumaga,Mayumba,Boma,Nzeto,Luanda,Denda,Benguela,F1-12—F1-16),走向为NNW-SN和NE-NEE向;二级断裂23条(图 16,F2-1—F2-23),走向以NNW和NEE向为主,断裂呈现“东西拉张,北东走滑”的特征.一级断裂构成了西非中南段含盐盆地总体构造格架:北部以Campo断裂为界,南部以Benguela断裂为界,西部以F1-12断裂为边界,东部以F1-16断裂为边界.

NNW-SN向盐下断裂(F1-12—F1-16)呈狭长的条带状分布,与海岸线及大西洋洋中脊方向近似平行,推断是在洋中脊扩张过程中产生的拉张型断裂,并且被NE-NEE向的断裂带所分割,是控制隆、坳格局的边界断裂.

NE-NEE向断裂(Campo,Ascension,Kango,N.Komi,Koumaga,Mayumba,Boma,Nzeto,Luanda,Denda,Benguela)向洋壳延伸与相应的转换断层连接,近垂直于大西洋洋中脊,也近垂直于西非裂谷系统,在南北方向上分隔开各个盆地或盆内二级构造单元,对中南段盆地形成具有重要的控制作用.里奥穆尼盆地北部以Campo断裂带与杜阿拉盆地分界,南部以Ascension断裂带与加蓬盆地分界,盆地形成受控于Campo和Ascension两条转换断裂带,盆地构造和地层具有西非被动大陆边缘型和几内亚湾北部转换带叠合类型的特征(Turner et al., 2003).加蓬盆地北部以Ascension断裂带为界,加蓬南、北次盆被北东向的N′komi断裂带所分隔,该断裂带从兰巴雷内地垒南段延伸进入了大西洋洋壳区,控制了加蓬南、北次盆沉积,并且是深部构造对沉积作用的影响,而不是简单的横向错断.N′komi断裂带可能形成于裂谷阶段的初期,而且在整个裂谷期都保持活动(Teisserence and Villemin, 1990).下刚果盆地北部以Mayumba断裂为界,南部则受Nzeto断裂带控制,其中部的Boma断裂南北两侧异常特征、断裂特征不同,该断裂是整个盆地研究区的南北分界线.宽扎盆地以Benguela断裂为南部边界,其中部的Denda断裂控制了盆地内部南北两侧不同的结构方向.

选取宽扎盆地北部的1号剖面,将重、磁数据识别的断裂与地震剖面解释的断裂做对比(图 17),该剖面范围内,根据地震剖面解释出15条盐下断裂,根据重、磁数据处理结果推断出5条断裂(带).重、磁数据处理结果推断的F2-13断裂在地震剖面解释结果没有断裂与之对应,但在盐下重力异常NVDR-THDR上有明显的极大值,在盐下重力异常垂向一阶导数和盐下剩余重力异常为零值线,因此以重、磁数据处理结果新推断了F2-13断裂.F1-15号、F2-14号、F1-14号和F2-15号断裂与地震剖面解释断裂对应且其两侧均有地震解释断裂,考虑重、磁数据比例尺较小,故推断重、磁解释的F1-15号、F2-14号、F1-14号和F2-15号断裂为断裂带,是其两侧地震剖面解释多条断裂的综合反映.

图 17 1号剖面重磁推断与地震解释断裂对比图 (a) 1号剖面平面位置(绿色线);(b)剖面异常、重磁推断断裂和地震解释断裂. Figure 17 Comparison of faults interpreted by gravity, magnetic anomalies and by seismic data for number 1 profile (a) The plane position of number 1 profile (green line); (b) Profile anomalies, faults interpreted by gravity and magnetic and by seismic data, respectively.
4.2 盆地边界研究

重新厘定了研究区盆地边界(图 16),将研究区内划分为4个盆地,由北向南分别是里奥穆尼盆地、加蓬盆地、下刚果盆地和宽扎盆地,与前人盆地边界划分主要区别有两点:一是本次研究将本格拉盆地作为宽扎盆地的一个次盆,主要依据是本格拉盆地范围内重力异常特征与宽扎盆地相似,只是异常走向有转向;二是加蓬盆地、下刚果盆地西侧边界向东收缩,盆地面积缩小,主要是依据卫星测高重力异常、布格重力异常、西部边界处异常梯级带位置及断裂划分结果.

盆地的形成与许多因素有关,其中一条最重要的因素就是断裂,特别是与盆地形成有关的断裂往往控制盆地边界、分布并直接影响到盆地内部构造单元.本次研究中NNW-SN向一级断裂的发育演化控制了研究区构造格局的分带性,构成了重要的分界线:F1-12为洋壳边界,同时也是研究区4个含盐盆地的西边界,该断裂以东为盆地发育区;F1-16断裂以东基本为前寒武系出露区,以西为盆地分布区,该断裂为盆地的东边界;F1-15断裂和F1-14断裂中间的区域为基底隆起区,这两条断裂为该隆起区的边界(图 16).NE-NEE向的一级断裂的发育演化控制了研究区的分块性,构成了不同构造特征块的分界线和盆地边界:Ascension断裂以北为走滑作用为主,以南为拉张作用为主,两侧盆地成因不同;N′komi断裂是南、北加蓬次盆的分界线,走滑距离约100 km,其走滑作用使得断裂南北两侧构造走向明显转向;Mayumba断裂两侧异常走向有转向且有错断位移,是控制加蓬盆地和下刚果盆地的边界断裂;Boma断裂两侧异常及构造隆坳特征明显不同,是研究区内异常及构造特征南北分界线;Nzeto断裂两侧异常隆坳格局有差异,是控制下刚果盆地和宽扎盆地的边界断裂;Benguela断裂两侧异常特征存在明显差异,为宽扎盆地南部边界断裂.

综上,西非中南段含盐盆地区域构造格局呈现“东西分带,南北分块”的特征.NNW-SN向断裂的发育演化控制了研究区的分带性,NE-EW向的断裂的发育演化控制了研究区的分块性.

4.3 盐下裂谷研究

由于裂谷中沉积物的密度和磁性往往小于基底的密度和磁性,所以盐下裂谷的识别实质是低密度体、低磁性体的识别,以盐下重力异常垂向一阶导数(图 13)和盐下剩余重力异常(图 15)为基础数据,参考其他重、磁异常特征,并结合地震、地质资料,对盆地盐下裂谷的分布进行研究.

盐下重力异常垂向一阶导数(图 13)中北北西向低值带即为裂谷的反映.由图 13可以看出,盐下重力异常垂向一阶导数存在两个北北西向低值带,且低值带内范围宽缓.由图 15可以看出盐下剩余重力异常图也存在两个北北西向低值带,但东、西两个低值带内均是异常高、低相间分布,且两个大的低值带范围与盐下重力异常垂向一阶导数的两个低值带范围一致,也就是说盐下剩余重力异常反映的细节更为丰富.因此,本次研究主要根据盐下重力异常垂向一阶导数进行了盐下裂谷带识别,根据盐下剩余重力异常进行盐下凹陷的识别.在西非中南段含盐盆地区共识别出2个盐下裂谷带(西部裂谷带/外裂谷带,东部裂谷带/内裂谷带),28个盐下凹陷(编号为1~28,图 18),表现为“垒堑相间”的形态.从推断的盐下凹陷形态来看,东、西两个裂谷带分别位于陆区和海区,研究区盐下凹陷主要为长条状,西部盐下裂谷带盐下凹陷方向较为单一,主要为NNW-SN向,与NNW-SN向一级断裂方向一致,只有在宽扎盆地西侧边界处的7号盐下凹陷走向为NW向,推断是受到宽扎次盆和本格拉次盆分界的Denda断裂扭转作用,方向发生了改变.东部盐下裂谷带盐下凹陷主体方向为NNW-SN向,在北加蓬盆地的18号盐下凹陷受Kango断裂的影响,方向由北向南由NW向转为SN向;19号盐下凹陷受N′komi断裂的影响,方向由北向南由NE向转为NNW向;宽扎盆地南部的17号、28号盐下凹陷为NNE向.

图 18 盆地边界及隆、坳分布图 Figure 18 Boundaries of basins and distribution of uplifts and depressions

根据盐下剩余重力异常,利用双界面模型重力场快速正反演方法(王万银和潘作枢,1993),可反演得到基底深度(图 19),进而可得到盐下沉积层厚度(图 20).

图 19 基底深度图 Figure 19 Depth of basement
图 20 盐下沉积层厚度图 Figure 20 Thickness of subsalt sedimentary layer

各盐下裂谷带基底深度(图 19)不同,由陆向海基底深度逐渐增大,且各盐下裂谷带南北段基底深度不同.西部盐下裂谷带基底深度较大,下刚果盆地西部刚果扇范围内基底深度最大,最深处超过10 km;其次是加蓬盆地西部的北段,深度超过6 km,最大接近8 km;宽扎盆地西部的南段基底深度较小,基本在7 km左右.东部盐下裂谷带基底深度较浅,南北差异性不大,宽扎盆地南部的24号和26号盐下凹陷深度较大,接近6 km,其他盐下凹陷处基底深度在3 km左右,宽扎盆地南部东部的27号和28号盐下凹陷处基底深度最浅.

各盐下裂谷带内盐下地层厚度(图 20)也不相同,由陆向海厚度增大,且各盐下裂谷带内南北段盐下层厚度不同.西部盐下裂谷带盐下层厚度较大,加蓬盆地的北段和宽扎盆地的南段最大厚度接近5 km;下刚果盆地的中段盐下层厚度较小,最大厚度接近4 km.东部盐下裂谷带盐下地层厚度较小,宽扎盆地南部的24号和26号盐下凹陷盐下地层厚度较大,接近4 km,其他地区盐下地层厚度最大约为3 km,大部分地区盐下地层厚度小于2 km.

以宽扎盆地北部的1号剖面为例,将重力异常反演的基底形态与地震解释的基底形态进行了对比,并进行了重震联合反演研究(图 21),14号、24号和15号盐下裂谷均对应地震剖面解释的基底坳陷处,但在6号盐下凹陷存在差异,认为是盐层在测线左端发生先变薄后变厚的特征,基底深度也是先抬升后下降.

图 21 1号剖面层位解释结果及其重震联合反演结果 (a) 1号剖面平面位置(红色线);(b)剖面异常、重磁解释盐下裂谷和地震剖面反演结果. Figure 21 The results interpreted for sequence and recovery model by jointing gravity data and seismic cross section of number 1 profile (a) The plane position of number 1 profile (red line); (b) The potential field anomaly of the crossection, the subsalt rift valleys explained by gravity and magnetic anomaly and the results interpreted for sequence by seismic data.s

盐下裂谷的形成和发展与许多因素有关,其中一条重要的因素是断裂,特别是与裂谷形成有关的断裂,往往控制着裂谷的走向、沉积层的分布范围,并直接影响到裂谷带内部构造的形式(图 22).NNW-SN向的一级断裂的发育演化控制了裂谷的形成,为重要的裂谷界线,对盐下裂谷的形成演化起到了主导作用:其中F1-12断裂为盆地西边界,断裂以东为裂谷发育区;F1-16断裂以东基本为前寒武系出露区,以西为裂谷分布区,为盆地的东边界;F1-14和F1-15断裂为中部隆起带边界断裂和裂谷的分区断裂(F1-14断裂以西为外裂谷区,F1-15断裂以东为内裂谷区).NE-NEE向Ascension、N′komi、Boma、Nzeto和Denda断裂将研究区自北向南分为6块(里奥穆尼块、加蓬北块、加蓬南下刚果北块、下刚果南块、宽扎块、本格拉块).以Boma断裂为界,以北构造格局较为简单,呈“两坳夹一隆”的构造格局;以南,构造较为复杂,主体呈“三坳夹两隆”的构造格局,但在宽扎盆地内的东部裂谷带内也存在幅值较小的隆起带.

图 22 盐下构造单元分布图 Figure 22 Distribution of tectonic units in subsalt

综上,西非中南段含盐盆地盐下裂谷在东西方向上呈带状分布、相间排列,构造格局呈现“东西分带,南北分块”的特征.

5 结论与建议

本次研究提出了针对盐下裂谷分布及构造格局的重磁震联合研究技术方案.首次将盐下重力异常计算技术、盐下裂谷识别技术、基底深度反演技术、断裂识别技术应用于西非中南段含盐盆地,较好地解决了盐下裂谷分布及构造格局问题;重磁与地震联合解释取得了较好的效果.

通过西非中南段重、磁数据处理分析明确了西非中南段含盐盆地整体构造及盐下裂谷构造特征,研究区整体呈现“东西分带,南北分块”的构造格局,由西向东分为西部裂谷带(海域)、中央隆起带(海陆过渡区)和东部裂谷带(近海岸);由南向北以Denda、Nzeto、Boma、N′Komi和Ascension断裂为界分为6块.重新厘定了4个盆地边界;共推断盐下一级断裂16条,盐下二级断裂23条,呈现“东西拉张,北东走滑”的力学特征;共识别出2个盐下裂谷带以及28个盐下凹陷,盐下凹陷表现为“垒堑相间”的结构特征.

致谢  感谢潘作枢教授和论文评审专家提出的修改意见.
References
Blaich O A, Tsikalas F, Faleide J I. 2008. Northeastern Brazilian margin:Regional tectonic evolution based on integrated analysis of seismic reflection and potential field data and modelling. Tectonophysics, 458(1-4): 51-67. DOI:10.1016/j.tecto.2008.02.011
Broucke O, Temple F, Rouby D, et al. 2004. The role of deformation processes on the geometry of mud-dominated turbiditic systems, Oligocene and Lower-Middle Miocene of the Lower Congo basin (West African Margin). Marine and Petroleum Geology, 21(3): 327-348. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2003.11.013
Dickson W, Schiefelbein C, Zumberge J, et al. 2005. Basin analysis in Brazilian and west African conjugates: Combining disciplines to deconstruct petroleum systems.//GCSSEPM Foundation 25th Annual BOB F. Perkins Research Conference. Houston TX.
Dickson W G, Fryklund R E, Odegard M E, et al. 2003. Constraints for plate reconstruction using gravity data-implications for source and reservoir distribution in Brazilian and West African margin basins. Marine and Petroleum Geology, 20(3-4): 309-322. DOI:10.1016/S0264-8172(03)00039-4
Dupré S, Bertotti G, Cloetingh S. 2007. Tectonic history along the South Gabon Basin:Anomalous early post-rift subsidence. Marine and Petroleum. Geology, 24(3): 151-172.
Dupré S, Cloetingh S, Bertotti G. 2011. Structure of the Gabon Margin from integrated seismic reflection and gravity data. Tectonophysics, 506(1-4): 31-45. DOI:10.1016/j.tecto.2011.04.009
Gay A, Lopez M, Berndt C, et al. 2007. Geological controls on focused fluid flow associated with seafloor seeps in the Lower Congo Basin. Marine Geology, 244(1-4): 68-92. DOI:10.1016/j.margeo.2007.06.003
Guiraud M, Buta-Neto A, Quesne D. 2010. Segmentation and differential post-rift uplift at the Angola margin as recorded by the transform-rifted Benguela and oblique-to-orthogonal-rifted Kwanza basins. Marine and Petroleum Geology, 27(5): 1040-1068. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2010.01.017
Hu W S, Li T, Yu S, et al. 2012. Tectonic revolution and forming mechanism of gravitational décollement structures in the passive continental margin of West Africa. Geotectonica et Metallogenia (in Chinese), 36(2): 186-196.
Ji X L, Wang W Y, Qiu Z Y. 2015. The research to the minimum curvature technique for potential field data separation. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 58(3): 1042-1058. DOI:10.6038/cjg20150329
Kamgang P, Njonfang E, Nono A, et al. 2010. Petrogenesis of a silicic magma system:Geochemical evidence from Bamenda Mountains, NW Cameroon, Cameroon Volcanic Line. Journal of African Earth Science, 58(2): 285-304. DOI:10.1016/j.jafrearsci.2010.03.008
Letouzey J, Colletta B, Vially R, et al. 1995. Evolution of salt-related structures in compressional settings.//Jackson M P A, Roberts D G, Snelson S eds. Salt Tectonics: A Global Perspective. Oklahoma: AAPG, 65: 41-60.
Li L, Wu M N, Li D R. 2005. Present hydrocarbon exploration situation and prospect of salt-bearing basin in gabon and its adjacent area. China Petroleum Exploration (in Chinese), 10(3): 57-63, 68.
Li T, Hu W S, Hu F, et al. 2012. Gravitational decollement structural development characteristics and its evolutionary history of Rio Muni Basin. Journal of Oil and Gas Technology (in Chinese), 34(4): 1-6.
Liu G D. 1992. Geologic-Geophysic Features of China Seas and Adjacent Regions (in Chinese). Beijing: Science Press.
Liu G D, Hao T Y, Liu Y K. 1996. The significance of gravity and magnetic research for knowing sedimentary basins. Progress in Geophysics (in Chinese), 11(2): 1-15.
Liu Z D, Li J H. 2011. Control of salt structures on hydrocarbons in the passive continental margin of West Africa. Petroleum Exploration and Development (in Chinese), 38(2): 196-202. DOI:10.1016/S1876-3804(11)60025-6
Lu B L, Wang W Y, Du X D, et al. 2015. Review of tectonic-sedimentary features of the central-south section of West African continental margin basins. Advances in Marine Science (in Chinese), 33(3): 414-428.
Maus S, Barckhausen U, Benkenbosch H, et al. 2009. EMAG2:A 2-arc min resolution earth magnetic anomaly grid compiled from satellite, airborne, and marine magnetic measurements. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 10(8): 1-12.
Moulin M, Aslanian D, Olivet J L, et al. 2005. Geological constraints on the evolution of the Angolan margin based on reflection and refraction seismic data (Zaïango project). Geophysical Journal International, 162(3): 793-810. DOI:10.1111/gji.2005.162.issue-3
Mounguengui M M, Guiraud M. 2009. Neocomian to early Aptian syn-rift evolution of the normal to oblique-rifted North Gabon Margin (Interior and N'Komi Basins). Marine and Petroleum Geology, 26(6): 1000-1017. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2008.11.001
Mounguengui M M, Lang J, Guiraud M. 2008. Sedimentary dynamics and extensional structuring related to early Cretaceous rifting of Neocomian and Barremian deposits of the interior basin of Gabon. Journal of African Earth Sciences, 51(5): 239-256. DOI:10.1016/j.jafrearsci.2008.01.008
Rao Y Q. 2012. Petroleum geological features and exploration prospect of Gabon coastal Basin. Inner Mongulia Petrochemical Industry (in Chinese), (1): 147-149.
Sandwell D T, Garcia E, Soofi K, et al. 2013. Towards 1-mGal accuracy in global marine gravity from CrySat-2, Envisat, and Jasom-1. The Leading Edge, 32(8): 892-899. DOI:10.1190/tle32080892.1
Sandwell D T, Müller R D, Smith W H F, et al. 2013. New global marine gravity model from CrySat-2 and Jasom-1 reveals buried tectonic structure. Science, 346(6205): 65-67.
Sandwell D T, Smith W H F. 2009. Global marine gravity from retracked Geosat and ERS-1 altimetry:Ridge Segmentation versus spreading rate. J.Geophys. Res., 114: :B01411:1-Bo1411:18. DOI:10.1029/2008JB006008
Teisserence P, Villemin J. 1990. Sedimentary basin of Gabon-Geology and oil systems.//Edwards J D, Santogrossi P A eds. Divergent/passive margin Basins. AAPG, 48: 117-199.
Turner J P, Rosendahl B R, Wilson P G. 2003. Structure and evolution of an obliquely sheared continental margin:Rio Muni, West Africa. Tectonophysics, 374(1-2): 41-55. DOI:10.1016/S0040-1951(03)00325-1
Wang J. 2012. Analysis on sub-salt structural characteristics and exploration direction of block LT2000 in Gabon. Journal of Oil and Gas Technology (in Chinese), 34(1): 35-40.
Wang W Y, Pan Y, Qiu Z Y. 2009. A new edge recognition technology based on the normalized vertical derivative of the total horizontal derivative for potential field data. Applied Geophysics, 6(3): 226-233. DOI:10.1007/s11770-009-0026-x
Wang W Y, Pan Z S. 1993. Fast solution of forward and inverse problems for gravity field in a dual interface model. Geophysical Prospecting for Petroleum (in Chinese), 32(2): 81-123.
Wang W Y, Qiu Z Y, Yang Y, et al. 2010. Some advances in the edge recognition of the potential field. Progress in Geophysics (in Chinese), 25(1): 196-210. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.01.027
Xiong L P, Liu Y L, Huo H. 2010. Comparison of the hydrocarbon accumulation patterns of petroliferous basins between the north and south parts of the West African coast. Oil & Gas Geology (in Chinese), 31(4): 410-109.
Yang X J, Li J, Yu B S. 2012. Structural feature and exploratory potential of the Lower Congo Basin. Progress in Geophysics (in Chinese), 27(6): 2585-2593. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.06.036
Yang Y C, Zhang S L, Sun Y M, et al. 2013. Source rock distribution and petroleum accumulation in Kwanga basin West Africa. Marine Geology Frontiers (in Chinese), 29(3): 29-36.
Zhang P Q, Zhao Q Y. 1996. Methods of the magnetic direction transform of aeromagnetic anomalies with differential inclinations in low magnetic latitudes. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration (in Chinese), 18(3): 206-214.
胡望水, 李涛, 于水, 等. 2012. 西非被动大陆边缘重力滑脱构造发育演化及成因机制. 大地构造与成矿学, 36(2): 186-196. DOI:10.3969/j.issn.1001-1552.2012.02.005
纪晓琳, 王万银, 邱之云. 2015. 最小曲率位场分离方法研究. 地球物理学报, 58(3): 1042-1058. DOI:10.6038/cjg20150329
李莉, 吴慕宁, 李大荣. 2005. 加蓬含盐盆地及邻区油气勘探现状和前景. 中国石油勘探, 10(3): 57-63, 68. DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2005.03.012
李涛, 胡望水, 胡芳, 等. 2012. 里奥穆尼盆地重力滑脱构造发育特征及演化规律. 石油天然气学报, 34(4): 1-6. DOI:10.3969/j.issn.1000-9752.2012.04.001
刘光鼎. 1992. 中国海区及邻域地质地球物理特征. 北京: 科学出版社.
刘光鼎, 郝天珧, 刘伊克. 1996. 重磁研究对认识盆地的意义. 地球物理学进展, 11(2): 1-15.
刘祚冬, 李江海. 2011. 西非被动大陆边缘盆地盐构造对油气的控制作用. 石油勘探与开发, 38(2): 196-202.
鲁宝亮, 王万银, 杜向东, 等. 2015. 西非陆缘盆地中南段构造与沉积研究. 海洋科学进展, 33(3): 414-428. DOI:10.3969/j.issn.1671-6647.2015.03.016
饶轶群. 2012. 加蓬海岸盆地油气地质特征及勘探前景. 内蒙古石油化工, (1): 147-149.
王建. 2012. 加蓬LT2000区块盐下构造特征与勘探方向分析. 石油天然气学报, 34(1): 35-40. DOI:10.3969/j.issn.1000-9752.2012.01.008
王万银, 潘作枢. 1993. 双界面模型重力场快速正反演问题. 石油物探, 32(2): 81-123.
王万银, 邱之云, 杨永, 等. 2010. 位场边缘识别方法研究进展. 地球物理学进展, 25(1): 196-210. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.01.027
熊利平, 刘延莉, 霍红. 2010. 西非海岸南、北两段主要含油气盆地油气成藏特征对比. 石油与天然气地质, 31(4): 410-109.
杨晓娟, 李军, 于炳松. 2012. 下刚果盆地构造特征及油气勘探潜力. 地球物理学进展, 27(6): 2585-2593. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.06.036
杨永才, 张树林, 孙玉梅, 等. 2013. 西非宽扎盆地烃源岩分布及油气成藏. 海洋地质前沿, 29(3): 29-36.
张培琴, 赵群友. 1996. 低磁纬度区航磁异常变倾角磁方向转换方法. 物探化探计算技术, 18(3): 206-214.