岩性油气藏  2021, Vol. 33 Issue (2): 104-115       PDF    
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东非海岸Davie构造带的构造演化特征及其成因机制
覃阳亮1,2, 何幼斌1,2, 蔡俊1,2, 李华1,2, 张灿3, 刘建宁1,2    
1. 长江大学 地球科学学院, 武汉 430100;
2. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室, 武汉 430100;
3. 河北枣强中学, 河北 衡水 053100
摘要: 以东非海岸Davie构造带为研究对象,通过东非海岸地形、自由空气重力及磁异常等资料的综合分析,确定了Davie构造带的南北展布范围;通过对地震资料的精细解释,明确了Davie构造带不同部位的构造特征;利用层拉平、生长指数及平衡剖面等方法,结合区域动力学分析,对Davie构造带不同时期的构造特征进行了详细的解剖。结果表明:①在平面上,Davie构造带南北展布范围为4°S~22°S;剖面上,构造特征具有南北分段的特点,南段可见构造脊,伴随典型的底劈构造,北段可见正反转构造。②受东非海岸地区板块差异活动的影响,Davie构造带在不同时期具有不同特点,在晚石炭世—早侏罗世,主要受拉张应力影响,在层拉平后的地震剖面中可见典型的地堑结构;在中侏罗世—早白垩世,受马达加斯加向南漂移影响转变为走滑性质;晚白垩世以来,进入被动大陆边缘阶段,Davie东断层基本停止活动,而Davie西断层仍持续活动。③ Davie构造带发育演化具有继承性,其南北构造差异是由于热传导与板块应力转变共同作用产生的结果,由此建立了“南段构造脊持续活动、北段扩张后局部挤压”的构造变形模式。该研究成果为Davie构造带油气地质研究奠定了理论基础。
关键词: 分段差异变形    构造演化    成因机制    Davie构造带    东非海岸    
Tectonic evolution and formation mechanism of Davie Fracture Zone in East Africa coast
QIN Yangliang1,2, HE Youbin1,2, CAI Jun1,2, LI Hua1,2, ZHANG Can3, LIU Jianning1,2    
1. College of Geoscience, Yangtze University, Wuhan 430100, China;
2. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education, Yangtze University, Wuhan 430100, China;
3. Hebei Zaoqiang Middle School, Hengshui 053100, Hebei, China
Abstract: The north-south-trend length of Davie Fracture Zone along the East African coast was comprehensive analyzed based on East African coast topography, free air gravity anomalies and magnetic anomalies. The structural characteristics of different parts of Davie Fracture Zone were clarified through fine interpretation of seismic data. The structural characteristics of the Davie Fracture Zone in different periods were analyzed by means of layer flattening, growth index and balanced profile, combined with regional dynamic analysis. The results show that the horizontal distribution of Davie Fracture Zone is between 4°S and 22°S from north to south. The vertical struture has different characteristics of north-south segmentation, and structural ridges can be seen in the southern section, accompanied by typical undercut structures, and in the northern section, positive inverted structures can be seen. Affected by the differential activities of the plates in the East African coast, the Davie Fracture Zone has different characteristics in different periods. In Late Carboniferous to Early Jurassic, the Davie Fracture Zone was mainly affected by tensile stress, and typical graben structures can be seen in the flattened seismic section. During the Middle Jurassic-Early Cretaceous, it turned into strike-slip property due to the southward drift of Madagascar. Since the Late Cretaceous, it entered the passive continental margin stage, and the Davie East Fault basically ceased its activity, while the Davie West Fault continued to be active. The development and evolution of the Davie Fracture Zone is inherited, and its north-south structural difference is the result of the combined effect of heat conduction and plate stress transition. Thus, a tectonic deformation model of "continuous activity of the southern structural ridge and local compression after the northern expansion" was established. The above conclusions could make a contribution for the study of oil and gas geology of the Davie Fracture Zone.
Key words: segmented differential deformation    tectonic evolution    formation mechanism    Davie Fracture Zone    East African coast    
0 引言

东非海岸经历多期构造运动后演化为典型的被动大陆边缘[1-3],Davie构造带为东非海岸东部洋壳与陆壳的转换边界。近年来东非海域成为世界油气勘探的热点区域[46],而Davie构造带作为贯穿整个东非海岸的典型构造区,其成因机制的研究有待进一步探讨。Heirtzler等[7]于1971年最先提出Davie构造带为南北走向的走滑断裂。此后,不同学者对Davie构造带的南北展布范围认识提出了不同的看法,Scrutton[8]通过地震数据识别出Davie构造带为一近40 km宽的断裂带,在26°S~22°S与19°S~9°S其地形特征明显,分别表现为峭壁与洋脊。Coffin等[9]认为Davie构造带最合理的分布范围应为22°S~11°S。关于Davie构造带的变形演化特征,多数学者认为其主要受马达加斯加向南运动影响[10-12],在晚侏罗世,马达加斯加与非洲板块分离向南漂移,Davie构造带为马达加斯加向南运动产生的剪切带,在活动期间发生走滑运动并持续到早白垩世[13-14]。近年的研究发现,Davie构造带中存在挤压区,从地震剖面上观察,这一特征从南向北逐渐消失,而在构造带北段可见典型的地堑和半地堑结构,表明构造带的演化并非只是单纯的走滑运动[15]。Courgeon等[16]认为,新生代东非裂谷东部海上分支运动引发的一系列火山活动导致中生代地层发生重力滑脱,重新激活了Davie构造带新生代的伸展运动。这些研究虽然证实了Davie构造带演化与马达加斯加漂移具有相关性,也在其展布范围、构造活动性质等方面取得了一定的认识,但对于不同时期构造演化特征的研究较少,同时也缺乏对Davie构造带活动继承性及成因机制的分析,究其原因是受到当时地震资料品质低、地形资料与磁异常等相关地学数据缺乏,以及研究资料单一等因素的限制。20世纪90年代以来,地质调查技术水平得到提升,地球物理数据逐步完善,学者们利用古地磁、地震反射、海底磁异常等地球物理资料[17-19],开展了大地构造演化、断裂活动及地震活动等方面的研究[20-22],对不同区域地质构造的认识进一步深化[23-24]

通过对地震资料进行精细解释,结合地形资料、自由空气重力异常资料及磁异常资料,研究Davie构造带构造南北展布范围;根据构造差异对构造带进行分段,对各段的构造变形特征详细解剖;并运用层拉平、震源机制及平衡剖面,探讨Davie构造带的性质变化与分段构造演化特征;结合区域构造背景,综合分析Davie构造带构造变形成因机制,以期为深入探究被动大陆边缘洋陆转换带伴生构造脊的成因机制提供理论支撑,同时为东非海岸油气勘探提供地质依据。

1 区域地质概况

Davie构造带位于东非海岸,走向近南北,其最南端与穆伦达瓦盆地相邻,最北端可延伸至拉穆盆地,西侧与坦桑尼亚盆地、鲁伍马盆地相邻,是连接非洲板块与马达加斯加的典型构造区。该区发育的地层包括:前寒武系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系,整体呈现为西薄东厚、西老东新的特征(图 1)。自晚古生代以来,东非海岸经历多期构造运动,以东西冈瓦纳大陆裂解、马达加斯加停止漂移及东非海岸被动大陆边缘稳定发育为时间节点,可将东非海岸演化过程划分为晚石炭世—早侏罗世、中侏罗世—早白垩世及晚白垩世以来等3个阶段(图 2)。①晚石炭世—早侏罗世,对应东非海岸的陆内裂谷阶段[25],由于冈瓦纳大陆东部发生部强烈“地幔柱”活动,陆内裂谷发育,区域性伸展构造作用强烈,该时期最早的沉积为二叠纪—晚白垩世层序,以卡鲁群为代表,与前寒武系结晶基底呈不整合接触关系,可见黑色页岩、砂岩、煤系及火山岩[26],主要发育河流及湖泊相沉积。②中侏罗世—早白垩世,冈瓦纳大陆开始裂解,中侏罗世之后,东冈瓦纳大陆(包括印度洋、马达加斯加、澳大利亚等)开始从现今拉姆盆地和索马里盆地的位置,沿着Davie构造带向南漂移,同时印度洋北部打开,发生由北向南的海侵运动,沉积环境由陆相向海相过渡,中晚侏罗世与早白垩世沉积层序依次充填,分布广泛,但中晚侏罗世沉积层序分割性相对较强,整体上岩性以大套的红色砂岩为代表,与卡鲁群顶部或寒武系结晶基底呈角度不整合[27]。③晚白垩世以来,东非海岸边开始进入被动大陆边缘阶段,马达加斯加停止漂移,西印度洋发生海底扩张,印度板块与马达加斯加发生分离,相对于早期马达加斯加SE方向的漂移,形成NE—SW方向的剪切作用,应力转换较为明显[8, 12, 28],该时期海平面不断升降,并伴随大规模的火山运动,主要发育三角洲相、滨海相、半深海—深海相及近海浊流沉积,沉积层序中可见大面积覆盖的碱性玄武岩及巨厚层砂岩。

下载原图 图 1 东非海岸地形图(a)与地层综合柱状图(b)(综合柱状图据文献[15]修改) Fig. 1 Topographic map(a)and stratigraphic column(b)of East African coast
下载原图 图 2 东非海岸区域构造演化示意图(据文献[29-30]修改) Fig. 2 Schematic diagram of the structural evolution of East African coast
2 Davie构造带结构特征

通过地形高程数据、自由空气重力、磁异常资料及地震解释资料来确认Davie构造带的平面展布特征及剖面结构特征,以及该构造带的区域构造意义。

2.1 平面特征

Davie构造带在11°S~22°S构造特征较为明显,表现为近南北走向的构造脊,且西侧地形较陡,其大部分高程为2 000~3 000 m,宽约为30 km,平面上向南延伸,呈现为连接东非海岸与马达加斯加的构造带(参见图 1)

由于地形图中无法识别出Davie构造带北部的平面特征,考虑到海底地形的变化是导致重力值出现偏差的原因之一,以及地壳运动过程中岩石能够记录与现今不同的地球磁场的变化,因此结合自由空气重力异常图与磁异常图进行研究。通常在海拔较高的地区,自由空气重力异常显示为正异常,而在地层厚度较大、地势低的地区显示为负异常。图 3为东非海岸自由空气重力异常和磁异常图,在10°S~22°S自由空气重力异常为正异常[图 3(a)],说明该区域海拔较高,地形隆起特征明显,与地形图中构造脊展布范围相对应;在4°S~10°S自由空气重力异常为负异常,表明Davie构造带展布范围可延伸至肯尼亚海岸边缘,且该区域内海拔较低,地形特征表现为走向南北的海沟。

下载原图 图 3 东非海岸自由空气重力异常图(a)、磁异常图(b) Fig. 3 Free air gravity anomaly map(a)and magnetic anomaly map(b)of East African coast

磁异常主要是地壳内部磁性不同的岩石受磁场磁化而形成的附加磁场,异常条带也是海底扩张运动的证据之一。如图 3(b)所示,Davie构造带磁异常特征明显,表现为连接东非海岸与马达加斯加的南北向磁异常条带,其分布范围为4°S~22°S。位于Davie构造带东部、马达加斯加的正北方,存在异常值较高的东西向磁异常条带,正、负磁异常条带相间平行排列,向两侧延伸异常值减小,因此认为此处可能是洋中脊。除此之外,还存在与Davie构造带走向接近平行的磁异常区,但延伸长度规模相对Davie构造带较小,可能是影响马达加斯加向南运动的一系列转换断层或断裂带,也可以进一步证明东非海岸与马达加斯加之间曾经发生过南北向的海底扩张。

综上所述,Davie构造带整体南北展布范围为4°S~22°S,南北地形差异明显,南部主要为构造脊,展布范围为10°S~22°S;北部主要表现为海沟,展布范围为4°S~10°S。

2.2 剖面特征

构造带具有反转、伸展、挤压及走滑性质,但不同部位的结构特征表现出明显的差异性。综合地形与结构差异可将构造带分为南段和北段,北段可见正反转构造(即早期为凹陷结构,晚期为凸起结构),平面上Davie东西断层距离较宽,南段走滑与挤压并存,包含St. Lazare,Paisley,Macua,Sakalaves等4座海山,范围为11°S~20°S,42°E~43°E。南段14°S~22°S由于研究资料较少,构造特征尚不明确。

Daive构造带北段整体为东倾的斜坡结构,剖面可见正反转构造及负花状构造,表明构造带发生过挤压及走滑运动。将构造带东西两侧的边界断层分别命名为Davie东、Davie西断层,东断层断穿基底,断面近直立,从基底向上断穿至下侏罗统地层;西断层规模相对较大,表现为正断层,倾向东,可从基底向上断穿至渐新统地层。受马达加斯加在漂移过程中发生旋转与印度板块向非洲板块挤压的影响,Davie构造带受到局部挤压,东西2支断层之间发育Walu—Davie凸起及Davie东支凸起,其中Walu—Davie凸起形成于古近纪,而Davie东支凸起的发育始于三叠纪,至晚侏罗世停止隆起[图 4(a)]。Davie构造带北段向南构造活动逐渐稳定,在渐新统地层中发育较多小规模断层,东西2支断层之间可见负花状构造,白垩系地层中断层极少发育,整体上自西向东地层结构变化幅度小,产状稳定[图 4(b)]。

下载原图 图 4 Davie构造带北段经典地质剖面 Fig. 4 Typical geological section in northern Davie Fracture Zone

Davie构造带南段整体呈“东高西低”的构造格局,构造脊特征北段相对明显,受东非海岸构造演化影响,Davie东西断层在平面上距离较窄,在剖面中可见负花状构造、半地堑-地堑等构造样式。Davie西断层具拉张与走滑性质,受此影响,凯瑞巴斯凹陷呈半地堑结构,向东侧以Davie西断层为界过渡为构造脊。Davie东西断层进一步向南端转变为滑脱断层,分布于Paisley海山两侧,受重力驱动及滑脱作用影响,Davie构造带西侧发育一系列正断层,而整体上东侧地层沉积相对稳定(图 5)。由于早期的转换挤压作用,导致构造挤压区下部的上侏罗统地层中发育大量生长楔[15],向北过渡逐渐往西北方向偏移,最终消失于东非海岸的大陆边缘,为一系列正断层组成的半地堑-地堑结构所取代。

下载原图 图 5 Davie构造带南段经典地质剖面 Fig. 5 Typical geological section in southern Davie Fracture Zone
2.3 洋壳转换边界识别

通过对磁异常资料与地震资料解释的综合观察,发现Davie构造带实际上为东非海岸洋壳与陆壳的过渡带,其主要控制断层为Davie东、西断层,平面上呈亚平行排列。在磁异常图中可以观察到东非海岸东测磁异常条带呈东西向平行排列分布,但在东非海岸西侧,正负磁异常分布不均匀,规律性较差,洋壳与陆壳以南北展布的磁异常条带为界(即Davie构造带),而且地震解释资料显示,在Davie东断层的东侧,缺失陆内裂谷阶段沉积的二叠系至三叠系地层,因此,综合以上特征认为,Davie构造带为洋陆转换边界,其西侧为陆壳,东侧为洋壳。

东非海岸洋壳形成的时间为中侏罗世—早白垩世,对应于马达加斯加南移与东非海岸发生海底扩张的时间。由于可能的洋中脊与Davie构造带走向相互正交,海底扩张的方向与Davie构造带的右旋走滑方向平行(参见图 2),因此洋壳与陆壳以Davie东转换断层为界,洋壳向南北方向展布的范围逐渐增大,伴随推移作用造成了二叠系至三叠系的缺失,同时形成了小规模的正负相间的磁异常条带。

3 Davie构造带演化特征

本次研究通过地震层位拉平、震源机制及生长指数等手段,探究Davie构造带自陆内裂谷时期以来的断层性质变化及活动情况,并利用2D平衡剖面恢复了Davie构造带演化历史及变形过程。

3.1 主要断层性质及活动期次

受板块运动影响,不同时期东非海岸主要的构造应力不同,因此断层性质也随着改变。在晚石炭世—早侏罗世,即卡鲁裂谷时期,陆内裂谷发育,东非海岸发生东西向强烈伸展运动,并产生N—S向裂谷系。通过对地震剖面下侏罗统地层层拉平后(图 6),在构造带中可见半地堑-地堑构造样式,Davie西断层此时为正断层,东断层尚未出现。中侏罗世—早白垩世,冈瓦纳大陆裂解,马达加斯加向南漂移,从区域构造运动方面来看,这一时期发生走滑运动,是冈瓦纳大陆裂解产生的剪切作用力的结果,但目前没有证据直接证明Davie构造带发生过走滑运动,有研究表明,Davie构造带中控制凯瑞巴斯凹陷的断层,其倾角比构造带内其他正断层的倾角大很多,因此推测该处可能为Davie构造带早期走滑应力集中的位置之一[31]。晚白垩世至今,东非裂谷海上分支发生伸展运动,通过震源机制可知[32](参见图 1),大部分海滩球都具有拉分性质,但也极少数既有走滑分量,又有正滑动分量,可能是后期印度板块与马达加斯加分离,相对早期马达加斯加运动形成的应力转换所导致。

下载原图 图 6 Davie构造带地堑结构 Fig. 6 Graben structure of Davie Fracture Zone

通过统计计算,测得构造带4°S~15°S断层生长指数,结果显示Davie西断层在古近纪以来较为活跃,其中,在测量范围内,构造带两端相对中间较为活跃,生长指数最大可达1.88,而Davie东断层在早白垩世之后的生长指数都接近1,说明在早白垩世之后基本停止活动(图 7)。

下载原图 图 7 Davie西断层(a)、Davie东断层生长指数趋势图(b) Fig. 7 Trend chart of growth index of Davie West Fault(a)and Davie East Fault(b)
3.2 北段构造演化

三叠纪—早侏罗世,东非海岸发育陆内裂谷,其西侧构造活动相对较强。Davie构造带的应力为拉张应力,地层整体呈现为西厚东薄的特征,沉积中心位于Davie构造带西侧。中侏罗世—早白垩世,冈瓦纳大陆破裂,发生海底扩张。马达加斯加沿Davie构造带向南漂移。Davie构造带的应力转变为剪切应力,断裂活动有所增强。Daive东西断层均发生了走滑运动,并派生一系列正断层,次级断裂的伸展活动导致了Daive构造带西侧基底发生反转,沉积中心向Davie西断层东侧迁移;Davie构造带东侧开始出现洋壳,洋壳与陆壳以Davie东转换断层为界,在海底扩张引起局部挤压的环境下,Davie东断层西侧地层凸起,Davie构造带整体呈现为“两凸夹一凹”的结构特征。在晚白垩世,马达加斯加已停止活动,进入被动大陆边缘发育阶段,陆内裂谷活动局限,因此整个Davie构造北段活动较弱,西断层持续活动,东断层停止活动。在古近纪,印度板块加速向东北方向漂移,并伴随着逆时针旋转[33],Davie构造带北段受到压扭作用的影响,在Davie西断层东侧形成反转带。自渐新世以来,Afar热柱活动形成三叉裂谷,受东非裂谷海上分支活动的影响,Davie构造带整体伸展作用强烈,同时Davie西断层西侧地层抬升,形成了东倾的斜坡(图 8)。

下载原图 图 8 Davie构造带北段地质剖面演化图 Fig. 8 Evolution of geological section in northern Davie Fracture Zone
3.3 南段构造演化

在三叠纪,东非海岸发育陆内裂谷,沉积中心与裂谷位置相吻合。至早侏罗世,裂陷持续发育,沉积中心向西迁移,可见同倾向断阶。Davie西断层为裂谷东侧的控制断裂。中晚侏罗世—早白垩世,Davie东断层与洋壳伴随海底扩张出现,与Davie构造带北段相似,海底扩张引起Davie东断层西侧地层凸起,该时期Davie构造带以剪切应力为主导,拉张应力次之,Davie西断层发生伸展形成半地堑结构,即凯瑞巴斯凹陷的原始形态(图 9);而在Davie构造带更南端,海底火山岩刺穿上部地层形成海山,以东、西断层为界,在重力的驱动下,海山两侧地层沿着Davie东、西断层发生滑脱,并在海山西侧发育一系列次级正断层,形成半地堑结构(图 10)。晚白垩世—古近纪,进入被动大陆边缘阶段,Davie构造带活动减弱,直至渐新世,在东非裂谷海上分支活动的影响下,Davie西断层再次强烈活动,使凯瑞巴斯凹陷进一步裂陷,导致Davie西断层两侧形成较大高差,东侧出现构造高位;而海山自晚白垩世以来持续隆升,最终与Davie构造带南段构造高位连接,形成南北走向的构造脊。

下载原图 图 9 Davie构造带南段地质剖面演化图 Fig. 9 Evolution of geological sectionin southern Davie Fracture Zone
下载原图 图 10 Davie构造带南段海山地质剖面演化 Fig. 10 Geological evolution of seamounts in southern Davie Fracture Zone

从整体上看,早期Davie东、西断层在构造带的南北2段均有出现,呈分段分布,在整个演化过程中均有活动,但不同时期活动强弱有所差别。Davie东断层在洋壳出现的同时转变为转换断层,南段东断层活动相对西断层较为稳定,到了晚白垩世整体活动减弱,到后期南北2段的局部构造活动不同,造成了Davie构造带南北段的不同结构(表 1)。

下载CSV 表 1 Davie构造带南北活动差异对比 Table 1 Comparison of north-south activity in Davie Fracture Zone
4 形成机制探讨 4.1 继承性发育特征

断裂活动的继承性是脆性地层中常见的构造特征,断裂的复活取决于新的应力场的活动强度及断层方向、倾角等[34]。当盆地再次进入活动时期时,上部覆盖的新地层往往会在相对薄弱处或者与下部基底先存断裂对应处断开,新的断裂活动强度及规模大小取决于早期断层活动规模[35]。而转换断层在大洋中发育,将洋中脊错开且保持了相互垂交的模式,同时转换断层的运动与海底扩张及地幔运动有关,因此在断裂中被视为一种特殊的类型,但转换断层的形成亦与断裂继承性有关,即转换断层继承了早期构造运动产生的结构[36],其发育样式通常来源于早期裂谷活动产生的构造样式,并在海底扩张的情况下自发形成[37]

Davie构造带的发育具有明显的继承性特征,如图 9所示,与现今Davie构造带对应的位置在三叠世—早侏罗世期间均发生过断裂活动,断裂断至基底,为卡鲁裂谷期伸展运动次生,而到中侏罗世—早白垩世,Davie构造带西部在原先存在的构造薄弱带中发育,断裂数量明显增加,Davie西断层出现,同时伴随着海底扩张,出现继承性的Davie东转换断层。在晚白垩世,马达加加斯加停止漂移,东非海岸进入被动大陆边缘阶段,断裂带整体活动不明显。而到了古近纪,Davie断裂带受东非裂谷海上分支活动的影响[16],在原先的基础上发生进一步伸展形成至今结构。

4.2 构造脊及南北差异成因

构造脊是被动大陆边缘洋陆转换带中常见的构造特征,是地壳局部连续抬升的表现。被动大陆边缘洋陆转换带的演化主要经历3个阶段:①陆壳岩石圈发生走滑运动,并伴随大陆裂谷的伸展运动,洋壳并未出现;②海底开始扩张运动,洋壳出现,扩张方向与走滑方向平行;③走滑运动基本停止,先前发生走滑的断裂将洋陆隔开,洋壳与海洋面积扩大,整体属于沉降阶段,被动大陆边缘形成。构造脊在第二阶段(对应马达加斯加开始向南漂移阶段)开始发育,其主要成因有3种:①岩石圈的横向热传导,当海底发生扩张,洋中脊下部地幔上涌并向两侧扩散,引起局部的热异常,热量从洋壳向陆壳横向传递,导致了洋陆边界处构造脊的出现;②当岩石圈沿剪切面发生走滑运动并伴随挤压时也可以导致构造脊的产生,同时板块之间剪切作用产生的摩擦力可以促进构造脊的隆起,但其幅度相对横向热传导大大缩小[38-39];③复合成因,在岩石圈发生横向热传导的同时伴随板块之间的挤压,因而形成构造脊。以上对构造脊成因的解释在纽芬兰南部、科特迪瓦、福克兰北部、非洲南部等一系列转换边缘的实际观测结果中得到了较好的印证[38, 40-42]

Davie构造带南段的构造脊特征相对北段明显,这是挤压与热传导的共同结果。当海底发生扩张,热量从洋壳传递到陆壳,构造脊随之产生,但由于马达加斯加逐渐远离非洲板块向南漂移,右旋走滑运动使Davie构造带南北距离越来越大,热传导效应在北部减弱。马达加斯加在向南漂的过程中发生过逆时针旋转,因此走滑过程伴随挤压,导致北段以南部分构造脊的产生,但特征不明显。后期由于马达加斯加与印度板块分离,印度板块NE— SW方向运动导致局部的挤压,地层拱起,产生正反转构造。总体来看,Davie构造带南北差异并非短期内形成的,而是在整个发育史中,不同时间段内热传导及板块之间应力发生改变的结果。

4.3 变形模式

在晚石炭世—早侏罗世,东非海岸发生强烈伸展运动,Davie东西断层雏形出现,并表现为分段式的正断层,分布局限,构造形态上并不连续。由于该时期陆内裂谷作用范围广泛,在非洲板块和马达加斯加之间形成了一系列岩石圈薄弱带,为马达加斯加向南漂移奠定了基础。在中侏罗世—早白垩世,马达加斯加沿上一时期产生的薄弱带开始向南漂移,此时海底扩张,洋壳出现,陆壳与洋壳之间发生横向热传导,构造脊开始隆升。Davie东西转换断层继承性发育,东断层为洋陆转换边界,Davie西断层在这一阶段由先前分段式的基础上连接起来,该时期Davie构造带整体发生右旋走滑运动。马达加斯加在漂移过程中发生顺时针旋转,构造带局部发生挤压,并在挤压构造中发育生长楔,同时导致了北部小幅度的地壳隆升。晚白垩世以来,马达加斯加停止漂移,Davie构造带基本成型,其南部构造活动较弱,构造脊特征明显。此时印度洋发生海底扩张,印度板块与马达加斯加开始分离,印度板块NE—SW向运动导致了Davie构造带的局部挤压形成正反转构造(图 11)。

下载原图 图 11 Davie构造带变形模式 Fig. 11 Deformation pattern diagram of Davie Fracture Zone
4.4 Davie构造带的油气地质意义

东非海岸经历了多期构造运动演化最终转变为被动大陆边缘,多期构造运动导致海平面的频繁升降及海陆转换进而改造了沉积环境,影响了烃源岩的沉积厚度及分布范围,复杂的构造格局与构造样式也影响了不同圈闭类型的形成,而Davie构造带在此过程中发挥了重要作用。Davie构造带为早期先存断裂带继承性发育的结果,说明了断裂演化对古油藏改造的持续性,同时Davie构造带南北段结构特征存在差异,因此南北段构造圈闭类型也有所不同。晚石炭世—早侏罗世,陆内裂谷发育,Davie构造带半地堑-地堑结构发育,有利于断块圈闭的形成;中侏罗世—早白垩世,Davie构造带北段因海底扩张,陆壳与洋壳的挤压产生古隆起,形成了与基地活动相关的背斜圈闭,南段海山持续隆升,其内部致密火山岩起到封堵作用,促进地层圈闭的形成,同时海底扩张引发岩石圈横向热传导,进一步促进了烃源岩的成熟化;晚白垩世以来,印度板块向北漂移过程中发生旋转导致Davie构造带北段受挤压发生反转,形成背斜圈闭,南段Davie西断层持续活动,发育高倾角的通至海底的大断层,虽然对油气藏造成了一定的逸散与破坏,但同时也沟通了深层的烃源岩,为油气向浅层南北走向的构造脊运移聚集成藏提供了通道。

5 结论

(1) Davie构造带整体的南北展布为4°S~22°S,构造脊展布为10°S~22°S;剖面上,南北段的结构存在差异,北段地形整体呈斜坡结构,可见正反转构造及负花状构造,平面上Davie东西2支断层间距较南段宽;南段地形趋势与北段相反,具有明显的挤压、伸展及走滑性质,可见负花状构造、地堑等构造样式,构造脊特征相对北段明显。

(2) Davie构造带在晚石炭—早侏罗世,东非海岸强烈伸展,呈分段分布,构造应力主要为拉张应力,南北2段裂谷发育局限;在中侏罗世—早白垩世,构造带整体发生右旋走滑运动,Davie东断层伴随海底扩张过渡为转换断层,洋陆边界地层受挤压凸起,南段海底火山岩开始隆升形成海山;晚白垩世至今,构造带南段构造脊持续隆升,印度板块向东北向运动并发生逆时针旋转,造成北段局部挤压,形成正反转构造,该时期主要构造应力为拉张应力,局部存在剪切应力。

(3) Davie构造带断层活动具有继承性,构造脊的形成是由于海底扩张引起的岩石圈横向热导所引起,而北段由于右旋走滑运动导致热传导效应减弱,构造脊特征不明显,后期由于印度板块的NE— WS向运动形成正反转构造,热传导效应与板块应力的转变是Davie构造带形成南北差异的原因。

(4) 建立了Davie构造带“南段构造脊持续活动、北段扩张后局部挤压”的构造变形模式。晚石炭—早侏罗世以拉张为主,中侏罗世—早白垩世发生右旋走滑运动,晚白垩世至今南段构造脊持续隆升,北段发生局部挤压。

(5) Davie构造带活动演化对油气藏形成的各种要素控制作用明显,Davie构造带南北段结构差异性导致了圈闭类型的不同,北段以背斜圈闭为主,南段以地层圈闭为主,而在陆内裂谷期构造带主要的圈闭类型为断块圈闭;此外,构造带演化促进了地层裂缝的发育,有利于改善储层物性。

参考文献
[1]
SMITH A G, HALLAM A. The fit of the southern continents. Nature, 1970, 225(5228): 139-144. DOI:10.1038/225139a0
[2]
EMERY K O. Continental margins: classification and petroleum prospects. AAPG Bulletin, 1980, 64(3): 297-315.
[3]
CRUCIANI F, BARCHI M R. The Lamu Basin deepwater foldand-thrust belt: an example of a margin-scale, gravity-driven thrust belt along the continental passive margin of East Africa. Tectonics, 2016, 35(3): 491-510. DOI:10.1002/2015TC003856
[4]
孙涛, 杨永才, 王建新. 东非坦桑尼亚盆地深水区天然气地球化学特征与成因. 海洋石油, 2020, 4(1): 1-5.
SUN T, YANG YC, WANG J X. Geochemical characteristics and genesis of natural gas in offshore area of Tanzania Basin, East Africa. Offshore Oil, 2020, 4(1): 1-5.
[5]
崔哿, 金爱民, 邬长武, 等. 东非海岸构造演化及其对南、北主要富油气盆地控藏作用对比. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(1): 104-113.
CUI W, JIN A M, WU C W, et al. Tectonic evolution of East Africa coast and comparison of hydrocarbon accumulation conditions in the north and south petroliferous basins. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(1): 104-113.
[6]
张功成, 屈红军, 张凤廉, 等. 全球深水油气重大新发现及启示. 石油学报, 2019, 40(1): 1-34.
ZHANG G C, QU H J, ZHANG F L, et al. Major new discoveries of oil and gas in global deepwaters and enlightenment. Acta Petrolei Sinica, 2019, 40(1): 1-34.
[7]
HEIRTZLER J R, BURROUGHS R H. Madagascar's paleo position: New data from the Mozambique Channel. Science, 1971, 174(4008): 488-490. DOI:10.1126/science.174.4008.488
[8]
SCRUTTON R A. Davie Fracture Zone and the movement of Madagascar. Earth and Planetary Science Letters, 1978, 39(1): 84-88. DOI:10.1016/0012-821X(78)90143-7
[9]
COFFIN M F, RABINOWITZ P D. Reconstruction of Madagascar and Africa: Evidence from the Davie Fracture Zone and Western Somali Basin. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1987, 92(B9): 9385-9406. DOI:10.1029/JB092iB09p09385
[10]
MASCLE J, MOUGENOT D, BLAREZ E, et al. African transform continental margins: Examples from Guinea, the Ivory Coast and Mozambique. Geological Journal, 1987, 22(Suppl 2): 537-561.
[11]
BASSIAS Y. Petrological and geochemical investigation of rocks from the Davie Fracture Zone (Mozambique Channel) and some tectonic implications. Journal of African Earth Sciences(and the Middle East), 1992, 15(3/4): 321-339.
[12]
BIRD D. Shear margins continent-ocean transform and fracture zone boundaries. The Leading Edge, 2001, 20(2): 150-159. DOI:10.1190/1.1438894
[13]
NAIRN A E M, LERCHE I, ILIFFE J E. Geology, basin analysis, and hydrocarbon potential of Mozambique and the Mozambique Channel. Earth Science Reviews, 1991, 30(1/2): 81-123.
[14]
COFFIN M F, RABINOWITZ P D. The Mesozoic East African and Madagascan conjugate continental margins: Stratigraphy and tectonics: chapter 12: African and Mediterranean Margins. 1992.
[15]
MAHANjANE E S. The Davie Fracture Zone and adjacent basins in the offshore Mozambique margin: a new insight for the hydrocarbon potential. Marine and Petroleum Geology, 2014, 57: 561-571. DOI:10.1016/j.marpetgeo.2014.06.015
[16]
COURGEON S, BACHèLERY P, JOUET G, et al. The offshore east African rift system: New insights from the Sakalaves seamounts(Davie Ridge, SW Indian Ocean). Terra Nova, 2018, 30(5): 380-388. DOI:10.1111/ter.12353
[17]
朱珍君, 黄光明, 邱津, 等. 哈萨克斯坦斋桑盆地构造特征及其对油气成藏的影响. 岩性油气藏, 2020, 32(4): 23-35.
ZHU Z J, HUANG G M, QIU J, et al. Structural characteristics and its impacts on hydrocarbon accumulation in Zaysan Basin, Kazakhstan. Lithologic Reservoirs, 2020, 32(4): 23-35.
[18]
张亚, 陈双玲, 张晓丽, 等. 四川盆地茅口组岩溶古地貌刻画及油气勘探意义. 岩性油气藏, 2020, 32(3): 44-55.
ZHANG Y, CHEN S l, ZHANG X L, et al. Restoration of paleokarst geomorphology of Lower Permian Maokou Formation and its petroleum exploration implication in Sichuan Basin. Lithologic Reservoirs, 2020, 32(3): 44-55.
[19]
隋立伟. 塔南凹陷古地貌特征对沉积体系和油气分布的影响. 岩性油气藏, 2020, 32(4): 48-58.
SUI L W. Influence of paleogeomorphic characteristics on sedimentary system and hydrocarbon distribution in Tanan Depression. Lithologic Reservoirs, 2020, 32(4): 48-58.
[20]
张璐, 何峰, 陈晓智, 等. 基于倾角导向滤波控制的似然属性方法在断裂识别中的定量表征. 岩性油气藏, 2020, 32(2): 108-114.
ZHANG L, HE F, CHEN X Z, et al. Quantitative characterization of fault identification using likelihood attribute based on dip-steering filter control. Lithologic Reservoirs, 2020, 32(2): 108-114.
[21]
王德英, 于娅, 张藜, 等. 渤海海域石臼坨凸起大型岩性油气藏成藏关键要素. 岩性油气藏, 2020, 32(1): 1-10.
WANG D Y, YU Y, ZHANG L, et al. Key factors for reservoir formation of large lithologic reservoirs in Shijiutuo uplift, Bohai Sea. Lithologic Reservoirs, 2020, 32(1): 1-10.
[22]
陈宣华, 邵兆刚, 熊小松, 等. 祁连造山带断裂构造体系、深部结构与构造演化. 中国地质, 2019, 46(5): 995-1020.
CHEN X H, SHAO Z G, XIONG X S, et al. Fault system, deep structure and tectonic evolution of the Qilian Orogenic Belt, northwest China. Geology in China, 2019, 46(5): 995-1020.
[23]
裴军令, 仝亚博, 蒲宗文, 等. 青藏高原东南缘新生代地壳运动的转换. 地球学报, 2019, 40(1): 106-116.
PEI J L, TONG Y B, PU Z W, et al. The Cenozoic multistage transform of crustal movement pattern of the southeastern edge of the Tibetan Plateau. Acta Geoscientica Sinica, 2019, 40(1): 106-116.
[24]
赵静, 刘杰, 任金卫, 等. 汶川、芦山地震前龙门山断裂带地壳形变特征对比分析. 地球学报, 2019, 40(1): 186-198.
ZHAO J, LIU J, REN J W, et al. A contrastive analysis of crustal deformation characteristics along the Longmen Shan Fault Zone before the Ms 8.0 Wenchuan Earthquake and the Ms 7.0 Lushan Earthquake. Acta Geoscientica Sinica, 2019, 40(1): 186-198.
[25]
BURKE K, MACGREGOR D S, CAMERON N R. Africa's petroleum systems: four tectonic 'Aces' in the past 600 million years. Special Publications of Geological Society of London, 2003, 207(1): 21-60.
[26]
CATUNEANU O, WOPFNER H, ERIKSSON P G, et al. The Karoo basins of south-central Africa. Journal of African Earth Sciences, 2005, 43(1-3): 211-253.
[27]
ROBERTS E M, O' CONNOR P M, STEVENS N J, et al. Sedimentology and depositional environments of the Red Sandstone Group, Rukwa Rift Basin, southwestern Tanzania: New insight into Cretaceous and Paleogene terrestrial ecosystems and tectonics in sub-equatorial Africa. Journal of African Earth Sciences, 2010, 57(3): 179-212.
[28]
MAHANjANE E S, FRANKE D, LUTZ R, et al. Maturity and petroleum systems modelling in the offshore Zambezi Delta Depression and Angoche Basin, northern Mozambique. Journal of Petroleum Geology, 2014, 37(4): 329-348.
[29]
SCOTESE C R. Jurassic and Cretaceous plate tectonic reconstructions. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1991, 87(1-4): 493-501.
[30]
SCOTESE C R, GAHAGAN L M, LARSON R L. Plate tectonic reconstructions of the Cretaceous and Cenozoic ocean basins. Tectonophysics, 1988, 155(1-4): 27-48.
[31]
陈宇航, 姚根顺, 唐鹏程, 等. 东非凯瑞巴斯凹陷多期构造变形及对油气聚集的控制作用. 大地构造与成矿学, 2016, 40(3): 491-502.
CHEN Y H, YAO G S, TANG P C, et al. Multistage tectonic deformation and its control on hydrocarbon accumulation in the Kerimbas Basin, East Africa. Geotectonica et Metallogenia, 2016, 40(3): 491-502.
[32]
戴盈磊, 万永革, 梁永朵, 等. 基于震源机制解资料的辽宁地区现今构造应力场. 地震, 2020, 40(3): 112-130.
DAI Y L, WAN Y G, LIANG Y D, et al. Current tectonic stress field in Liaoning based on focal mechanism solution data. Earthquake, 2020, 40(3): 112-130.
[33]
杨振宇, JEAN BESSE, 孙知明, 等. 印度支那地块第三纪构造滑移与青藏高原岩石圈构造演化. 地质学报, 1998, 72(2): 3-5.
YANG Z Y, BESSE J, SUN Z M, et al. Tertiary squeeze out of the Indo-China block and lithospheric evolution of the QinghaiTibetan Plateau. Acta Geologica Sinica, 1998, 72(2): 3-5.
[34]
MAESTRO-GONZáLEZ A, BáRCENAS P, VáZQUEZ J T, et al. The role of basement inheritance faults in the recent fracture system of the inner shelf around Alboran Island, Western Mediterranean. Geo-Marine Letters, 2008, 28(1): 53-64. DOI:10.1007/s00367-007-0089-8
[35]
童亨茂, 聂金英, 孟令箭, 等. 基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用规律. 地学前缘, 2009, 16(4): 97-104.
TONG H M, NIE J Y, MENG L J, et al. The law basement preexisting fabric controlling fault formation and evolution in rift basin. Earth Science Frontiers, 2009, 16(4): 97-104.
[36]
WILSON J T. A new class of faults and their bearing on continental drift. Nature, 1965, 207(4995): 343-347.
[37]
GERYA T. Origin and models of oceanic transform faults. Tectonophysics, 2012, 522: 34-54.
[38]
TODD B J, KEEN C E. Temperature effects and their geological consequences at transform margins. Canadian Journal of Earth Sciences, 1989, 26(12): 2591-2603.
[39]
VAGNES E. Uplift at thermo-mechanically coupled ocean-continent transforms: modeled at the Senja Fracture Zone, southwestern Barents Sea. Geo-Marine Letters, 1997, 17(1): 100-109. DOI:10.1007/s003670050014
[40]
BASILE C, MASCLE J, POPOFF M, et al. The Ivory CoastGhana transform margin: a marginal ridge structure deduced from seismic data. Tectonophysics, 1993, 222(1): 1-19.
[41]
LORENZO J M, WESSEL P. Flexure across a continent-ocean fracture zone: the northern Falkland/Malvinas Plateau, South Atlantic. Geo-Marine Letters, 1997, 17(1): 110-118. DOI:10.1007/s003670050015
[42]
PARSIEGLA N, STANKIEWICZ J, GOHL K, et al. Southern African continental margin: Dynamic processes of a transform margin. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2009, 10(3): 3007.