石油勘探与开发 >

2023 , Vol. 50 >Issue 5: 1003 - 1015

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20220822

油气勘探

乍得Doseo盆地东部构造特征、成因机制与盆地演化

  • 高华华 , 1 ,
  • 杜业波 2 ,
  • 王林 , 1 ,
  • 高思敏 1 ,
  • 胡杰 1 ,
  • 白建峰 3 ,
  • 马洪 1 ,
  • 王玉华 1 ,
  • 张新顺 2 ,
  • 刘浩 4
展开
  • 1 中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034
  • 2 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 3 中国石油玉门油田公司勘探开发研究院，甘肃酒泉 735019
  • 4 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司研究院，河北涿州 072751
王林（1979-），男，山东宁津人，博士，中国石油国际勘探开发有限公司高级工程师，主要从事海外油气地质勘探研究和管理工作。地址：北京市西城区阜成门北大街6号-1，中国石油乍得公司勘探部，邮政编码：100034。E-mail：

高华华（1989-），男，河北邯郸人，博士，中国石油国际勘探开发有限公司高级工程师，主要从事海外油气地质勘探研究。地址：北京市西城区阜成门北大街6号-1，中国石油乍得公司勘探部，邮政编码：100034。E-mail：

Copy editor: 衣英杰

收稿日期: 2022-12-10

  修回日期: 2023-08-10

  网络出版日期: 2023-09-22

基金资助

中国石油股份有限公司科学研究与技术开发项目“海外复杂裂谷盆地精细勘探关键技术研究”(2021DJ3103)

收起

Tectonic features, genetic mechanisms and basin evolution of the eastern Doseo Basin, Chad

  • GAO Huahua , 1 ,
  • DU Yebo 2 ,
  • WANG Lin , 1 ,
  • GAO Simin 1 ,
  • HU Jie 1 ,
  • BAI Jianfeng 3 ,
  • MA Hong 1 ,
  • WANG Yuhua 1 ,
  • ZHANG Xinshun 2 ,
  • LIU Hao 4
Expand
  • 1 China National Oil and Gas Exploration and Development Corporation, Beijing 100034, China
  • 2 Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China
  • 3 Exploration and Development Research Institute of PetroChina Yumen Oilfield Company, Jiuquan 735019, China
  • 4 Research Institute of Bureau of Geophysical Prospecting Inc., CNPC, Zhuozhou 072751, China

Received date: 2022-12-10

  Revised date: 2023-08-10

  Online published: 2023-09-22

Fold

摘要

基于地震和钻井资料分析Doseo盆地东部不整合、断裂和反转构造，研究构造成因机制及盆地演化。研究表明：①Doseo盆地发育基底顶（Tg）、Mangara群顶（T10）、上白垩统下段顶（T5）、白垩系顶（T4）4个地层不整合面，巴雷姆期伸展、阿普特-康尼亚克期走滑、坎潘期走滑和始新世走滑4期断裂活动，晚白垩世圣通期和白垩纪末2期反转。②Doseo盆地为走滑、反转改造型陆内早夭被动裂谷盆地。非洲和南美板块初始裂解诱发Doseo盆地遭受近南北向伸展，形成裂谷盆地雏形。中非剪切带西段Borogop（F1）近东西向走滑，使Doseo裂谷近南北向断陷生长逐渐停止，经历长期走滑改造，从而发育继承性活动但强度减弱的右旋张扭走滑断裂体系（期间被两期反转中断），即以主剪切（F1）、R剪切（F2—F3）和P剪切（F4—F5）断层为主干、走滑伴生断层为分支，白垩纪和始新世F1走滑分别受控于赤道南大西洋右旋剪切张开和印度洋快速扩张。F1走滑和非洲与欧亚大陆汇聚使Doseo盆地经历以褶皱变形为主的圣通期右旋压扭反转，形成雁行状北东—南西至北北东—南南西向鼻隆及其高部位不整合（T5）。非洲与欧亚大陆汇聚导致Doseo盆地遭受以强烈抬升剥蚀和褶皱变形为特征的白垩纪末强反转，形成区域不整合（T4），使圣通期构造叠加近东西向构造形态。③Doseo盆地经历巴雷姆期断陷、阿普特期断拗过渡、早白垩世末阿尔布期—晚白垩世拗陷和新生代消亡4个演化阶段，具有“短断长拗”特征，盆地演化受控于非洲与周缘板块构造运动。

关键词： Doseo盆地; 白垩系; 不整合; 走滑断裂; 构造反转; 成因机制; 盆地演化

本文引用格式

高华华 , 杜业波 , 王林 , 高思敏 , 胡杰 , 白建峰 , 马洪 , 王玉华 , 张新顺 , 刘浩 . 乍得Doseo盆地东部构造特征、成因机制与盆地演化[J]. 石油勘探与开发, 2023 , 50(5) : 1003 -1015 . DOI: 10.11698/PED.20220822

Abstract

The features of the unconformity, fault and tectonic inversion in the eastern Doseo Basin, Chad, were analyzed, and the genetic mechanisms and basin evolution were discussed using seismic and drilling data. The following results are obtained. First, four stratigraphic unconformities, i.e. basement (Tg), Mangara Group (T10), lower Upper Cretaceous (T5) and Cretaceous (T4), four faulting stages, i.e. Barremian extensional faults, Aptian-Coniacian strike-slip faults, Campanian strike-slip faults, and Eocene strike-slip faults, and two tectonic inversions, i.e. Santonian and end of Cretaceous, were developed in the Doseo Basin. Second, the Doseo Basin was an early failed intracontinental passive rift basin transformed by the strike-slip movement and tectonic inversion. The initial rifting between the African and South American plates induced the nearly N-S stretching of the Doseo Basin, giving rise to the formation of the embryonic Doseo rift basin. The nearly E-W strike-slip movement of Borogop (F1) in the western section of the Central African Shear Zone resulted in the gradual cease of the near north-south rifting and long-term strike-slip transformation, forming a dextral transtension fault system with inherited activity but gradually weakened in intensity (interrupted by two tectonic inversions). This fault system was composed of the main shear (F1), R-type shear (F2-F3) and P-type shear (F4-F5) faults, with the strike-slip associated faults as branches. The strike-slip movements of F1 in Cretaceous and Eocene were controlled by the dextral shear opening of the equatorial south Atlantic and rapid expanding of the Indian Ocean, respectively. The combined function of the strike-slip movement of F1 and the convergence between Africa and Eurasia made the Doseo Basin underwent the Santonian dextral transpressional inversion characterized by intensive folding deformation leading to the echelon NE-SW and NNE-SSW nose-shaped uplifts and unconformity (T5) on high parts of the uplifts. The convergence between Africa and Eurasia caused the intensive tectonic inversion of Doseo Basin at the end of Cretaceous manifesting as intensive uplift, denudation and folding deformation, forming the regional unconformity (T4) and superposing a nearly E-W structural configuration on the Santonian structures. Third, the Doseo Basin experienced four evolutional stages with the features of short rifting and long depression, i.e. Barremian rifting, Aptian rifting-depression transition, Albian-Late Cretaceous depression, and Cenozoic extinction, under the control of the tectonic movements between Africa and its peripheral plates.

Key words： Doseo Basin; Cretaceous; unconformity; strike-slip fault; tectonic inversion; genetic mechanism; basin evolution

0 引言

中非剪切带西起几内亚湾，东至红海，是非洲中部长达4 000 km的岩石圈转换带[1]，其基底为泛非运动形成的岩石圈薄弱带[1⇓⇓⇓-5]。随着中新生代冈瓦纳大陆解体[2⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-10]，非洲与周缘板块先后裂解分离，中大西洋、南大西洋、印度洋和红海先后张开，诱发了中非剪切带活化，在剪切带内及南北两侧分别发育一系列近东西向和北西—南东向展布的中新生代裂谷盆地，称为“中非裂谷盆地群”[1⇓⇓⇓-5,8 -9]。位于剪切带两侧的Muglad、Melut和Bongor等盆地勘探程度高，已发现中至大型油气田，揭示中非裂谷盆地群油气资源丰富[1⇓⇓⇓-5,8⇓ -10]。不同于剪切带两侧因应力场由剪切转换为伸展而发育的Muglad等典型陆内被动裂谷盆地[7⇓-9,11⇓⇓⇓⇓⇓ -17]，位于剪切带内的Doseo盆地经历了长期走滑和多期反转[1⇓-3,7⇓ -9,18]，构造特征更加复杂。当前对Doseo成盆机制认识尚存争议，有学者认为早白垩世早期在右阶排列的Borogop断裂右旋走滑作用下，形成一系列右旋右阶的拉分盆地，自西向东分别为Doba、Doseo、Salamat等，从而认为Doseo盆地形成受控于右旋右阶的走滑拉分[8-9,19⇓ -21]；然而，也有研究认为在走滑之前中非剪切带经历了近南北向伸展，Doseo盆地形成受控于伸展裂解，随后的走滑对盆地进行了长期改造[7,17 -18]；另外，也有部分学者认为Doseo盆地是为协调周缘块体活动而发育的转换型盆地，形成演化受控于地幔对流[22-23]。对于Doseo盆地反转成因也有中非剪切带右旋向左旋转变[2-3,9,20]、非洲与欧亚大陆汇聚[1,5,7 -8,19]、非洲内部次板块运动方向变化[18]、地幔对流方向变化[22-23]等不同解释，对Doseo盆地构造活动期次、走滑断裂特征及形成机制等研究更是处于探索阶段，尚未建立起科学合理的盆地演化模式。造成上述认识分歧的主要原因是，前人研究主要基于露头、重磁和少量二维地震等区域地质地球物理资料[8⇓-10,17⇓⇓⇓⇓⇓ -23]，缺乏高精度地震和钻井资料，对盆地结构、不整合、反转构造和断裂特征认识不清楚。
2020年以来，中国石油乍得公司在Doseo盆地东部实施规模勘探，获取了大量地震和钻井资料，为研究盆地构造特征提供了资料支撑。基于最新连片三维地震、二维骨架测线和钻井资料，通过精细地震解释，本文精细解剖了Doseo盆地东部不整合、断裂和反转构造特征，揭示了断裂、反转和盆地成因机制，建立了盆地演化模式，研究成果有望对Doseo盆地油气勘探提供地质理论依据。

1 盆地地质概况

Doseo盆地位于中非剪切带西段，西侧为Doba盆地，东侧为Salamat盆地，3个盆地以F1为界，组成“南乍得盆地”[1]（见图1a）。Doseo盆地由东、西两个坳陷组成，研究区位于东部坳陷，可划分为西部凹陷和东部凹陷两个二级构造单元，西部凹陷是盆地沉降和沉积中心，东部凹陷下白垩统为凹凸相间构造格局：自北向南依次为北部陡坡、中央低凸起、南部缓坡3个三级正向构造和Kibea洼陷、Kedeni洼陷、南部洼陷3个三级负向构造，构造单元整体为北东东—南西西向展布（见图1b）。北部陡坡自西向东发育3个次级构造单元（Ximenia、Kibea和Celtis），Ximenia和Kibea构造带发育一系列北东—南西向雁行状展布并斜交于F1的狭长鼻隆，其在盆缘构造形态与F1近乎平行；F1在东部分叉为F1北东段和F1东段两条断层，其中F1东段发生轻微弯曲，发育Celtis顺向断阶带（F1和F2）（见图1b）。中央低凸起为凹中凸，南北分别以Kibea、Kedeni洼陷与北部陡坡、南部缓坡分隔，向西倾没于西部凹陷，向东发散至盆缘，整体呈中间窄、东西宽北东东—南西西哑铃状低凸起形态，中间发育一条主走滑断裂（F3）（见图1b）。南部缓坡为向南抬升并褶皱变形的单斜构造，在缓坡顶部发育一条北东东—南西西向展布南倾断裂（F4），其下降盘发育南部洼陷（见图1b）。在盆地南缘隆起北侧发育北倾断裂（F5），其向东终止于F4（见图1b）。F1东段和F6分隔了Doseo和Salamat盆地，而F1北东段分隔了Salmat盆地凹陷和斜坡区（见图1b）。
图1 Doseo盆地东部构造位置（a）、构造单元（b）与地层特征（c）（图a据文献[1]修改；图b为Kedeni组顶界构造图）
研究区发育下白垩统、上白垩统和新生界3套沉积地层[1,19,24 -25]，基岩尚未钻遇（见图1c）。下白垩统自下而上划分为Mangara群、Kedeni、Doba和Koumra组[1,24 -25]（见图1c）。Kedeni组和Doba组年代为早白垩世阿普特—阿尔布期，推测Mangara群主体年代为巴雷姆期[1,25]。钻井仅揭示Mangara群顶部，其为湖退旋回末期河流-三角洲相厚砂岩夹湖泊相薄泥岩，推测断陷期Mangara群发育一个完整湖进-湖退旋回[1]（见图1c）。Kedeni、Doba、Koumra组和上白垩统自下而上发育一个完整湖进-湖退旋回，其中Kedeni组为湖进期湖泊相泥岩夹三角洲-水下扇相砂岩，Doba组为湖退早期湖泊相泥岩夹三角洲-水下扇相砂岩，Koumra组和上白垩统分别为湖退中、晚期河流-湖泊相粗碎屑岩夹薄泥岩（见图1c）。古近系和新近系—第四系分别为河流—滨浅湖相和冲积平原—河流相粗碎屑岩沉积（见图1c）。

2 地层不整合特征

在利用合成记录标定地震层位基础上，识别削截、超覆、剥蚀、侵蚀和生长地层等地震反射特征，结合测录井资料，揭示研究区发育4个地层不整合面（见图2—图5）。
图2 研究区地震地质结构剖面（剖面位置见图1）
图3 研究区主要不整合地震反射特征（剖面位置见图1）
图4 研究区地层剥蚀与沉积缺失分布
图5 研究区构造-地层格架（依据钻井和地震资料）

2.1 基底顶界不整合面（Tg）

Tg在盆内为被南倾控坳/洼断层错断的强反射界面（见图2），而在盆缘南部洼陷为高低起伏、上超下侵反射形态（见图3a）。Tg上覆一套自北向南楔形减薄的平行连续中低频反射波组，代表受控坳/洼断层控制的Mangara群，下伏波组反射杂乱、能量弱、成层性差，响应于泛非运动形成的前寒武系基岩（见图2a），因此标定Tg为基底顶界不整合。

2.2 下白垩统Mangara群顶界不整合面（T10）

T10之下为4个北断南超箕状断陷，之上整体为北深南浅楔形坳陷（见图2），可知T10为分隔断陷与断坳-坳陷的盆地结构转换面。钻井揭示Mangara群顶部以厚层砂岩为主、地震剖面可见T10之下削截反射（见图3b），表明Mangara群沉积末期随着断陷活动逐渐减弱，箕状断陷几近被填平补齐，从而遭受暴露剥蚀。

2.3 上白垩统下段（K2L）顶界不整合面（T5）

T5不整合仅发育在北东—南西至北北东—南南西向鼻隆（见图4a、图5），在鼻隆顶部表现为削顶，侧翼高部位为削截，低部位过渡为整合接触（见图3c—图3e）。该不整合形成受控于北东—南西至北北东—南南西向鼻隆的发育，其在南部缓坡和北部陡坡削截特征明显（见图3c、图3e），而在中央低凸起削截相对较弱（见图3f）。

2.4 白垩系顶界不整合面（T4）

T4是区内规模最大的角度不整合，其下地层均发生褶皱变形，其上新生界未遭受挤压变形（见图3c—3f）。在北部陡坡、中央低凸起和南部缓坡，T4表现为上超下削型高角度不整合（见图3c—图3f、图4b—图4c），并在其上发育古新统下切谷（见图3c—图3d、图4b、图5），其中Ximenia构造带下切谷发育规模最大，可见上白垩统上段（K2U）被侵蚀殆尽，K2L亦遭受侵蚀（见图3d、图4a、图5），而在西部凹陷、Kibea和Kedeni洼陷等负向构造，T4过渡为低角度不整合（见图2b）。盆地南缘抬升剥蚀幅度最大，南部缓坡东西缘高部位和中央低凸起东端盆缘斜坡区可见K2U剥蚀尖灭（T5被T4削截），K2L亦遭受剥蚀，同时可见始新统（T3）超覆尖灭于T4之上（见图4a、图4c、图5）。而盆地南缘T4上、下地层尖灭现象，在Kibea构造带亦有发育（见图4a）。上述分析表明，该不整合形成于白垩纪末，随后盆地经历长达约10 Ma暴露剥蚀，导致白垩系顶部剥蚀缺失和古新统主体沉积缺失（见图5），古新统仅发育于下切谷。在盆地南缘和北缘Kibea构造带，该不整合直到渐新世才被沉积覆盖，暴露持续时间长达约35 Ma（见图5）。

3 断裂与反转构造特征

基于精细地震解释，识别出巴雷姆期伸展、阿普特-康尼亚克期走滑、坎潘期走滑和始新世走滑4期断裂和晚白垩世圣通期、白垩纪末2期反转构造（见图6—图8）。
图6 研究区四期断裂与两期反转构造平面分布（据2D/3D地震资料）（PDZ—走滑主位移带；R—里德尔剪切；R°—反向里德尔剪切；
P—与R剪切对称的P剪切；σ1—最大主应力；σ2—中间主应力；σ3—最小主应力）
图7 研究区断裂活动期次划分（剖面位置见图4）
图8 研究区圣通期和白垩纪末构造反转地震地质特征（剖面位置见图4）

3.1 早白垩世巴雷姆期（Mangara群沉积期）发生基底伸展断裂

该时期东部凹陷主要发育F1—F4南倾基底伸展断裂，其中F1是一级控坳断裂（仅发育西段和东段），F2—F4为三级控洼断裂（见图6a、图7）。而在西部凹陷南北缘分别发育F1南倾和F5北倾基底伸展断裂，F5为二级控凹断裂，其向东断距逐渐消失，并终止于F4（见图6a）。以南缘隆起为界，东部凹陷和西部凹陷断陷结构发生显著变化：①在东部凹陷，基底之上发育Celtis、Kibea、Kedeni和Kedeni南4个分别受F1—F4控制的北断南超型箕状断陷，盆地整体北深南浅（见图2a）；②在西部凹陷，多个箕状断陷转变为受F1和F5控制的南北双断型断陷，其为盆地沉降中心（见图6a）。F1—F5呈北东东—南西西至近东西向展布，表明伸展主应力为近南北向（见图6a）。该时期中央低凸起古构造形态为基底掀斜断块，并于断陷末期被埋藏（见图2a）。

3.2 早白垩世阿普特期—晚白垩世康尼亚克期（Kedeni组—K2L沉积期）发生右旋张扭走滑断裂

阿普特期，F1—F4对Kedeni组依然有控沉作用，但箕状断陷已基本消失（见图2）。同时，盆内开始发育与F1呈锐角斜交的大量雁行状北西—南东至北西西—南东东向张剪性断层和少量北东—南西向逆断层（见图6b、图7），表明F1由伸展向右旋张扭剪切转变。由此，F1北东段开始发育，并取代东段成为走滑期主剪切断层（见图6b）。F3亦转变为右旋张扭走滑断层，大量雁行状张剪性断层和少量逆断层斜交于F3，组成了中央低凸起负花状构造带，其平面分布具有分段性：①西段为北西—南东向南北对掉式雁行状张剪性断层组合，并发育少量北东—南西向逆断层（见图6b），由于该段为剪切带端部应力释放区，且沉积厚度的增大亦提升了地层抗剪切能力，所以虽然地层发生强烈右旋扭动，但并未导致F3平移错断；②雁行状断裂组合向东收敛过渡为中段窄曲段，该段F3断面清晰、平移错动明显，伴生断裂平面呈北西西—南东东向展布、剖面呈负花状（见图2b、图6b）；③东段为剪切带端部北西—南东至东西向弧形展布马尾状断裂组合，F3断面清晰、平移错动明显，伴生断裂呈Y字型收敛到F3（见图2a、图6b）。剖面上F2、F4和F5的伴生断裂并不具有花状或Y字型收敛特征（见图2），但平面上可见大量北西—南东向张剪性断层斜交于F4和F5（见图6b），同时F2和F4上下盘地层厚度不协调，具有平移错动特征（见图2），表明F2、F4和F5亦转变为右旋张扭走滑断裂。
右旋张扭走滑断裂体系自阿普特期开始发育后一直持续到康尼亚克期，直到被圣通期反转打断（见图7a）。

3.3 晚白垩世圣通期产生右旋压扭反转构造

研究区广泛发育雁行状北东—南西至北北东—南南西向狭长鼻隆，其K2L顶及侧翼高部位可见削顶和削截反射（见图8），并发育顶薄翼厚K2L生长地层（见图8a），表明晚白垩世中期盆地经历北西—南东向挤压，从而形成北东—南西至北北东—南南西向同沉积鼻隆（见图6c）。Kibea构造带鼻隆南翼K2L内部可识别出被超覆的反射界面T5-1，其向鼻隆顶部过渡为T5（见图8b）。T5-1之下K2L厚度从鼻隆北翼向南翼逐步增厚，表现出构造平静期沉积受古地貌控制的特征，而T5-1和T5之间的K2L构造起伏与下伏地层一致、并向鼻隆高部位超覆尖灭，表明其为记录构造反转的生长地层（见图8b）。因此，反转发生于K2L沉积晚期，响应于圣通期区域构造反转事件[16⇓-18]。
该期反转盆地以褶皱变形为主，并发育少量北东—南西雁行状逆断层（见图6c）。在北部陡坡，雁行状鼻隆和逆断层均呈锐角斜交于F1，表明鼻隆和逆断层形成均为F1右旋压扭剪切产生的北西—南东向收缩分量导致（见图6c）。受控于F1压扭剪切应力场，F3亦转变为右旋压扭，中央低凸起遭受北西—南东向挤压，形成低凸起雏形，即一系列斜交于F3的鼻隆构造带，但逆断层和正花状构造并不发育（见图6c）。南部缓坡亦遭受挤压变形，中高部位发育东西两个北北东—南南西向大型鼻隆，西段低部位亦发育北东—南西向鼻隆，其顶部和侧翼高部位削截现象显著（见图6c、图8c）。而缓坡西缘中部因强烈褶皱挠曲而形成局部小洼陷，其到坎潘期初被填平，记录了圣通期不整合形成后持续时间（见图8c）。
该期反转以南部缓坡褶皱变形和剥蚀程度最大，北部陡坡次之，中央低凸起最弱（见图2d、图8）。

3.4 晚白垩世坎潘期发生右旋张扭走滑断裂

坎潘期再次发育北西—南东向雁行状张剪性断层，表明F1又转变为右旋张扭走滑（见图6d、图7a、图8b）。该时期基本继承了第1期走滑断裂体系特征，但伴生张剪性断层发育程度较第1期显著减弱（见图6d、图7a），表明坎潘期F1剪切强度较早白垩世明显减弱。受F3张扭剪切影响，中央低凸起在圣通期鼻隆之上发育负花状构造（见图6d、图7a），其K2U具有顶厚翼薄特征（见图8a）。坎潘期断层切割圣通期构造（见图6d）。

3.5 白垩纪末强挤压反转构造

K2U厚度在Kibea构造带鼻隆顶部和南翼没有明显变化，在南翼可见始新统水平超覆尖灭于T4之上，并不发育同变形生长地层，表明构造反转发生于白垩纪末（见图8b）。该期反转使研究区白垩系强烈抬升剥蚀，形成白垩系顶区域不整合（见图4a）。在近南北向挤压作用下，中央低凸起经历了强烈褶皱变形和抬升剥蚀，圣通期鼻隆叠加了近东西向构造形态，从而形成了现今低凸起形态（见图6e）。
白垩纪末反转使北部陡坡圣通期鼻隆构造幅度进一步增强，Kibea构造带可见鼻隆顶部K2U被剥蚀尖灭（见图4a）。同时在F1根部，该期反转使圣通期鼻隆叠加了平行于F1的构造形态（见图6e）。盆地南缘发生强烈抬升剥蚀（见图6e、图8c），可见T4之下K2U剥蚀尖灭和之上始新统超覆尖灭（见图4a、图4c）。
该期反转以中央低凸起褶皱变形最为强烈，北部陡坡次之，南部缓坡则以强烈抬升剥蚀为特征（见图2b）。

3.6 始新世发生右旋张扭走滑断裂

始新世再次发育右旋张扭走滑断裂体系，其继承了坎潘期格局，但伴生断裂发育程度显著减弱（见图6f），表明F1剪切强度进一步减弱。该时期活动的大多为继承性发育断裂，其断至始新统内或者终止于T3，并切割圣通期和白垩纪末反转构造（见图6f、图7a）。

4 构造成因机制与盆地演化

4.1 构造成因机制

4.1.1 成盆机制

Doseo盆地位于中非剪切带内，长期走滑改造了盆地原始面貌，导致成盆机制存在较大争议[1⇓⇓⇓-5,7⇓ -9,17⇓⇓⇓⇓⇓ -23]。有学者因Borogop断裂平面上具有右旋右阶形态而将Doseo盆地归类为走滑拉分盆地，认为右旋右阶有效配置使Borogop断裂弯曲部因两侧主走滑断裂平移拉分而形成Doseo盆地，即Doseo盆地是因垂直于短轴（Celtis断阶带）方向的走滑拉张而生长[8-9,19⇓ -21]。然而，本文研究揭示在中非剪切带近东西向走滑之前发育近南北向基底伸展，而正是这期伸展断陷导致了Doseo裂谷盆地的形成（见图6a、图9a）。同时，Borogop弯曲部断裂除控制Mangara群和Kedeni组沉积外，在主要走滑期并不控制沉积（见图2a），并且断裂平直和弯曲段对沉积控制作用完全一致（见图2），表明并不存在垂直于断裂弯曲部的走滑拉分。另外，中非裂谷盆地群是因非洲内部板块裂解和错动而形成，并不发育地幔柱上涌和其诱发的火成岩，这已被油气勘探所证实[1⇓⇓⇓-5,7⇓ -9,11⇓⇓⇓⇓⇓ -17]。因此，Doseo盆地为地幔对流控制的转换型盆地观点[22-23]有待商榷。由上可知，Doseo盆地是因垂直于长轴方向伸展拉张而生长，盆地类型为陆内被动裂谷盆地。
图9 研究区近南北向构造演化剖面（据BB°剖面地震资料，位置见图1）
不同于中非剪切带南翼因应力场由剪切转为伸展而在走滑过程中持续发育的Muglad盆地[4,17 -18,21]，Doseo在剪切带走滑之前就发育了裂谷盆地，而在走滑开始后裂谷逐渐停止了南北向断陷生长。Borogop走滑未使Doseo发生东西向走滑拉分生长，F1—F5不控制Doba组及其上覆地层沉积，相反，盆地沉降和沉积中心由F1—F5下降盘迁移至盆地中心，表明走滑期以构造热沉降为主，具有坳陷特征（见图2b）。
Salamat盆内断裂为平行于盆地短轴控凹断裂F6的北西西—南东东向展布（见图1b），表明在Borogop断弯处，走滑位移量转变成北北东—南南西向拉张位移量，从而形成Salamat走滑拉分盆地，即Borogop断裂走滑位移量大致等于Salamat盆地长轴（F1北东段）的长度。而同样位于中非剪切带侧翼的Doba盆地发育了早白垩世和晚白垩世两期断陷，其成盆机制与Muglad盆地相同（由于新生代中非剪切带西段活动微弱，故Doba盆地没有发育新生代断陷）。由此可知，Doseo、Salamat和Doba成盆机制各不相同，仅Salamat为走滑拉分盆地。
综上，Doseo盆地为走滑、反转改造型陆内早夭被动裂谷盆地，具有“短断长拗”盆地特征。在断拗过渡和拗陷期，盆地经历长期走滑和两期反转改造（见图9b—图9e）。

4.1.2 走滑断裂成因机制

受F1主剪切断裂右旋张扭影响，Doseo盆地发育大量雁行状张剪性断层和少量逆断层，二者分别为里德尔右旋简单剪切模型下张剪和收缩分量诱发的伴生断裂，随着走向由北西—南东向东西向逆时针旋转，张剪性断层的走滑位移分量逐渐增大。而断陷期控洼断层F2—F3和控洼/凹断层F4—F5分别演变为R剪切断层（里德尔同向剪切断层，与主剪切带相交角度一般为10°~30°，相交的锐角角顶指向本盘位移方向）和P剪切断层（与R剪切相对于主剪切带大致对称，剪切方向也与主剪切带一致，锐角角顶指向对盘位移方向）[26]（见图6b—图6d、图6f）。主剪切（F1）、R剪切（F2—F3）和P剪切断层（F4—F5）为主干，雁行状走滑伴生断层为分支，二者共同构成盆地右旋张扭走滑断裂体系（见图6b、图6d、图6f）。
Doseo走滑断裂体系长期继承性发育，这受控于中非剪切带长期活动，而后者主要受控于赤道南大西洋右旋剪切张开[2-3,10,17 -18,27⇓⇓ -30]。走滑伴生断裂发育程度指示，白垩纪Doseo走滑改造强度逐渐减弱，这与赤道南大西洋经历构造活动强度逐渐减弱的陆内裂谷—陆间裂谷—初始洋盆的张开过程相一致。始新世以来，印度洋快速扩张和红海张开先后诱发中非剪切带再次活动，导致剪切带东段Muglad等盆地发育了新生代裂谷[2⇓-4,7⇓ -9,11⇓⇓⇓⇓⇓ -17]。然而，剪切带西段活动强度远小于东段，Doseo盆地仅在始新世经历微弱右旋张扭走滑改造。另外，白垩纪两期构造反转中断了Doseo右旋张扭走滑断裂发育，以两期构造反转为划分走滑断裂期次的分界线（针对长期继承性活动断裂），结合断层错断地层时代，可将走滑断层划分为阿普特-康尼亚克期、坎潘期和始新世3期（见图7）。

4.1.3 构造反转成因机制

Doseo盆地走滑断裂发育特征揭示F1没有发生旋性反转（见图6），因此中非剪切带旋性反转[2-3,9,20]和非洲内部次板块运动方向变化[18]的反转成因解释并不合理，而地幔对流方向变化[22-23]的反转成因解释也与Doseo被动裂谷盆地性质相悖。本文研究揭示Doseo经历了两期构造反转。第1期反转以发育雁行状、与F1—F5呈锐角斜交、北东—南西至北北东—南南西向展布的鼻隆为特征（见图6c），其右旋压扭特征与圣通期非洲与欧亚大陆汇聚[31⇓-33]使中非剪切带由张扭转变为压扭的区域构造背景相一致，而正是F1右旋压扭产生的北西—南东向收缩压力造成Doseo褶皱变形。第2期反转以Doseo整体抬升剥蚀和褶皱变形为特征，反转构造平行于盆地长轴（以中央低凸起最为典型），表明最大主应力方向垂直于盆地长轴（见图6e），指示该期反转受控于非洲与欧亚大陆汇聚产生的挤压应力。
关于第2期反转时间目前尚有争议，有学者认为Doseo盆地强反转发生在古近纪[1]，而不是Bongor盆地的圣通期，相反，Bongor盆地圣通期强反转在Doseo盆地表现不明显[1,34 -35]。由于Doseo和Bongor盆地大地构造位置同属中非剪切带西段、相距仅约50 km，因此二者强反转应受控于同期构造事件。而Doseo盆地位于中非剪切带内，受走滑影响强烈，因此Doseo盆地圣通期右旋压扭反转在剪切带以北的Bongor盆地可能以挤压反转的形式发生（由于Bongor盆地上白垩统剥蚀严重，使对盆地反转认识具有多解性）。由于白垩纪末非洲与欧亚大陆汇聚强度远大于圣通期[7,31⇓ -33]，因此Doseo和Bongor盆地强反转应该发生在白垩纪末。另外，Doseo不发育古近系同变形生长地层（见图8b），相反，在白垩系顶古新统下切谷广泛发育（见图3d、图4b），证明第2期反转早于古新世。综上可知，Doseo盆地第2期反转发生在白垩纪末，而正是该期反转导致的盆地暴露和古地貌高低起伏，为古新统下切谷发育提供了物源和可容空间，即构造高部位白垩系被剥蚀并经下切谷向低部位搬运堆积。

4.2 盆地演化

4.2.1 早白垩世巴雷姆断陷期

受早白垩世初西冈瓦纳大陆特里斯坦地幔热柱活动影响，非洲与南美洲开始自南向北裂解分离[3,7 -8,21,27 -28]，诱发中非岩石圈活化。基于区域重力和古地磁资料，Fairhead[17-18]恢复了早白垩世非洲和南美洲板块位置和应力场，揭示巴雷姆期欧拉极（球面上板块运动可描述为绕通过球心的旋转轴进行旋转，该旋转轴与球面的交点称为欧拉极）位于西非西部或者索马里东部（见图10a）。在Fairhead恢复的古板块位置和运动模式下，中非剪切带西段遭受近南北向伸展，莫霍面尺度布格重力异常显示中非西段裂谷盆地群地壳发生减薄[17-18]。Fairhead恢复的巴雷姆期中非剪切带区域伸展应力场，与本文揭示的导致Doseo盆地发育近东西向基底伸展断裂的应力场相一致（见图6a、图9a、图10a）。由此可知，南大西洋张开初期，近南北向伸展导致Doseo裂谷盆地的形成。
图10 Doseo盆地成盆与构造演化机制区域地球动力学模式图（据文献[4,6-7,17-18,33⇓⇓-36]）

4.2.2 早白垩世阿普特断拗过渡期

阿普特期，赤道南大西洋开始孕育[2-3,27⇓ -29]。为协调中大西洋和南大西洋扩张差异，赤道南大西洋以右旋剪切形式张开[10,17 -18,27 -28,30]，即西北非陆块和东北非陆块相对于南美洲板块和中南非陆块向右运动，中非剪切带构造应力场由巴雷姆期近南北向伸展转变为阿普特期近东西向右旋张扭剪切（见图10b）。Kedeni组沉积期正处于伸展向走滑应力场转变的过渡期，该时期Doseo盆地具有断拗过渡特征（见图9b）：F1—F5对Kedeni组依然有控沉作用，但北断南超箕状断陷形态已基本消失，相互分隔的断陷湖盆连通成一个统一湖盆；右旋张扭走滑断裂体系开始发育。

4.2.3 早白垩世阿尔布期—晚白垩世拗陷期

随着中非剪切带构造应力场由伸展转为剪切[2-3,7⇓⇓ -10,17⇓⇓⇓ -21]，阿尔布期Doseo盆地近南北向断陷生长停止，沉降中心从控坳/凹/洼断层下降盘迁移至盆地中心，构造热沉降成为主要沉降机制，盆地进入拗陷期，并以发育右旋张扭走滑断裂和反转构造为特征（见图9c—图9e），这与赤道南大西洋右旋剪切拉张的区域构造背景相一致（见图10c—图10e）。海底磁异常条带揭示，自北向南赤道南大西洋初始洋壳年龄为距今80~110 Ma[17-18]，表明其剪切拉张从阿普特期一直持续到坎潘期，从而导致Doseo张扭走滑断裂长期继承性发育（见图9b—图9d），仅在圣通期被构造反转短暂中断（见图9c）。白垩纪末，Doseo盆地遭受强烈反转（见图9e）。
圣通期南新特提斯洋向北俯冲消减，非洲-阿拉伯板块与欧亚大陆发生汇聚，导致北非东部边缘和黎凡特边缘发育上白垩统内部区域不整合和长达1 000 km叙利亚岛弧褶皱带[31⇓-33]。北非东部和黎凡特边缘上白垩统内不整合和白垩系褶皱变形在Doseo盆地亦广泛发育（见图5、图9c），可知Doseo盆地圣通期反转与非洲北缘板块汇聚有关。同时，圣通期赤道南大西洋剪切拉张仍在持续进行[10,17 -18]。在非洲与欧亚大陆汇聚和中非剪切带右旋走滑的共同作用下，Doseo盆地发生右旋压扭反转（见图10c），从而形成雁行状北东—南西至北北东—南南西向鼻隆及其高部位不整合（见图9c）。坎潘期，非洲与欧亚大陆汇聚减弱（可能与南新特提斯洋俯冲角度增大有关）[31⇓-33]，中非剪切带转为右旋张扭走滑（见图10d），导致Doseo盆地再次发育走滑断裂，并切割了圣通期鼻隆（见图9d）。
白垩纪末赤道南大西洋已完全张开，中、南大西洋相连通，差异化扩张消失，赤道南大西洋扩张不再影响中非剪切带活动[2,11,21,29]（见图10e）。该时期印度洋快速扩张[2⇓-4,21]和红海张开[2⇓-4]尚未发生，中非剪切带进入短暂休眠期（见图10e）。然而，此时南新特提斯洋俯冲消减增强，发生弧后洋盆闭合与洋壳残片拼贴（见图10e），导致北非东部和黎凡特边缘广泛发育白垩系顶不整合[7,31⇓ -33]。同时，伊比利亚和亚德里亚陆块与欧亚大陆的陆陆碰撞，导致欧洲南缘比利牛斯-阿尔卑斯和非洲西北缘阿特拉斯发生强烈造山运动[7,32]（见图10e）。在非洲与欧亚大陆强烈汇聚作用下，Doseo盆地发生强烈抬升剥蚀和褶皱变形，形成白垩系顶区域构造不整合，并导致圣通期构造叠加近东西向构造形态，盆地构造格局定型（见图9e、图10e）。

4.2.4 新生代消亡期

始新世，印度洋快速扩张[2⇓-4,21]诱发中非剪切带西段轻微右旋张扭走滑（见图10f），导致Doseo盆地发育薄层始新统和张扭走滑断裂体系，其切割了圣通期和白垩纪末两期反转构造（见图9f）。渐新世以来，随着非洲与欧亚大陆持续汇聚[7,31⇓ -33]和中非剪切带西段活动的停止，Doseo盆地停止沉降，从而充填消亡（见图9f）。

5 结论

研究区发育基底（Tg）、下白垩统Mangara群（T10）、上白垩统下段（T5）、白垩系（T4）4个顶面构造不整合。T10为断陷与断坳-坳陷结构转换面，T5是北东—南西至北北东—南南西向鼻隆高部位构造不整合，T4为区域构造不整合。
研究区发育巴雷姆期基底伸展、阿普特-康尼亚克期走滑、坎潘期走滑和始新世走滑4期断裂。基底伸展断裂控制断陷的发育。3期右旋张扭走滑断裂具有继承性活动但强度逐渐减弱特征，主剪切断层F1控制走滑断裂体系发育，其与R剪切（F2-F3）和P剪切断层（F4-F5）为主干，雁行状走滑伴生断层为分支。
研究区发育圣通期和白垩纪末2期反转。圣通期右旋压扭反转导致盆地遭受褶皱变形，形成了雁行状北东—南西至北北东—南南西向鼻隆和T5不整合。白垩纪末强反转导致盆地强烈抬升剥蚀和褶皱变形，形成T4区域不整合，使圣通期构造叠加近东西向构造形态，盆地构造格局从此定型。两期反转构造被后期断层切割。
Doseo盆地为走滑、反转改造型陆内早夭被动裂谷盆地，具有“短断长拗”特征，经历断陷、断拗过渡、拗陷和消亡4个阶段，盆地演化受控于非洲与周缘板块构造运动。非洲和南美大陆初始裂解诱发Doseo伸展断陷，形成裂谷盆地雏形。随后赤道南大西洋右旋剪切张开导致中非剪切带走滑，Doseo盆地经历断拗过渡进入拗陷期，遭受长期走滑改造。受非洲与南美洲赤道剪切分离强度变化影响，Doseo走滑断裂活动强度逐渐减弱。在中非剪切带右旋走滑和非洲与欧亚大陆汇聚作用下，圣通期Doseo盆地发生右旋压扭反转。白垩纪末非洲与南美洲在赤道已完全分离，中非剪切带进入短暂休眠期，非洲与欧亚大陆强烈汇聚导致Doseo盆地强反转。始新世，印度洋快速扩张诱发中非剪切带西段轻微活动，使Doseo盆地发育活动微弱的走滑断裂。渐新世以来，随着非洲与欧亚大陆持续汇聚和中非剪切带西段活动的停止，Doseo盆地充填消亡。

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王涛, 袁圣强, 李传新, 等. 西非裂谷系Termit裂谷盆地地质结构及成因机制[J]. 石油勘探与开发, 2022, 49(6): 1157-1167.

DOI

WANG Tao, YUAN Shengqiang, LI Chuanxin, et al. Geological structure and dynamic mechanism of the Termit rift basin in West African rift system[J]. Petroleum Exploration and Development, 2022, 49(6): 1157-1167.

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