陳 青袁炳強(qiáng)黃小宇李君梅陳 浩丁成藝孫 帥覃 雯

1.重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院地球物理系,重慶 401331;

2.復(fù)雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401331;

3.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065;

4.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司油氣勘探公司,陜西 延安 716000;

5.重慶市二零八地質(zhì)環(huán)境研究院有限公司,重慶 400700;

6.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)集團(tuán)有限公司,重慶 400700

0 引言

Anza盆地位于東非大裂谷肯尼亞段之中,早期的基礎(chǔ)地質(zhì) (Morley et al., 1999)和地球物理勘探(Dindi, 1994;Morley et al., 1999)的證據(jù)表明,它是一個(gè)中—新生代陸內(nèi)強(qiáng)反轉(zhuǎn)裂谷盆地。Anza盆地東南部與Luma盆地相鄰,具有疊合盆地的性質(zhì),且因受多次海侵的影響,發(fā)育厚1～11 km的中—新生界沉積蓋層 (Winn et al., 1993;Bosworth and Morley, 1994; Foster et al., 1996),形成了較好的油氣藏。

20世紀(jì)90年代,有學(xué)者在該地區(qū)進(jìn)行了一定的地球物理工作,基于重力數(shù)據(jù)揭示了Anza盆地構(gòu)造走向的總體趨勢(shì)(Greene et al., 1991;Dindi,1994),利用地震資料分析了盆地地下結(jié)構(gòu)和斷裂形態(tài) (Greene et al., 1991; Morley et al., 1992,1999; Bosworth and Morley, 1994; Benoit et al.,2006)。此后,受勘探工作失利及國(guó)際油價(jià)回落的影響,該地區(qū)的勘探工作幾乎停滯(劉桂和和陳全紅,2014)。

Anza盆地東南部所處的東非裂谷系是全球陸上形成時(shí)代最新的裂谷系,目前仍處于構(gòu)造活動(dòng)期,且斷裂發(fā)育,火山巖分布廣泛(溫志新等,2012)。近年來(lái),該盆地的油氣勘探潛力再次受到關(guān)注。然而,該地區(qū)是全球勘探程度最低的地區(qū)之一,雖然已經(jīng)對(duì)構(gòu)造特征取得了一定認(rèn)識(shí),但對(duì)區(qū)內(nèi)重力場(chǎng)的分布特征、基底界面深度、斷裂構(gòu)造對(duì)盆地構(gòu)造演化的控制作用還缺乏深入研究,從而制約了對(duì)Anza盆地構(gòu)造體系的認(rèn)識(shí)及油氣遠(yuǎn)景的綜合評(píng)價(jià)。因此,系統(tǒng)研究該區(qū)域斷裂構(gòu)造體系和基底界面深度,劃分構(gòu)造單元,探討其對(duì)局部構(gòu)造發(fā)育的控制作用,顯得極為重要。

文章通過(guò)研究區(qū)重力數(shù)據(jù)的處理及分析,結(jié)合相關(guān)學(xué)者在地質(zhì)、地球物理方面的研究成果,確定了研究區(qū)的斷裂構(gòu)造體系和基底埋藏深度,揭示了研究區(qū)的構(gòu)造區(qū)劃,從而為深入認(rèn)識(shí)研究區(qū)構(gòu)造特征提供了地球物理依據(jù),也為肯尼亞Anza盆地油氣勘探潛力評(píng)價(jià)及進(jìn)一步勘探工作提供了基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

Anza 盆地位于肯尼亞的中北部,西鄰東非古近系—新近系裂谷盆地,東南、東北側(cè)分別與Lamu盆地和Mandera盆地相接(圖1),是一個(gè)北西—南東向展布的、不活躍的中生代大陸裂谷盆地 (Ebinger et al., 2000; Corti, 2009)。Anza盆地經(jīng)歷了Karoo期裂陷、白堊紀(jì)—古近紀(jì)裂陷,以及新近紀(jì)坳陷沉積,形成了明顯的下部斷陷、上部新近系廣覆式坳陷的雙層沉積充填模式(劉桂和和陳全紅,2014)。Anza盆地在中非剪切帶右旋剪切應(yīng)力背景的拉張作用下形成,因此,盆地的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和形成演化均受到岡瓦納板塊的裂解和東非裂谷作用過(guò)程的影響 (Greene et al., 1991;Winn et al., 1993; Bosworth and Morley, 1994; 楊俊生和朱筱敏,2008; 劉桂和和陳全紅,2014; Boone et al., 2018)。侏羅紀(jì)時(shí)期,馬達(dá)加斯加板塊與非洲板塊分離,Anza盆地開始接受沉降(Greene et al., 1991; Bosworth and Morley, 1994; Foster et al., 1996)。早白堊世,受中非剪切帶右旋剪切應(yīng)力的影響,盆地形成裂谷雛形。古近紀(jì)末,由于東非大裂谷的出現(xiàn),中非剪切帶活動(dòng)逐漸停止,盆地裂陷作用減弱,沉積厚度逐漸減薄(Ebinger et al., 2000; Vetel et al., 2005; Benoit et al.,2006;劉桂和和陳全紅,2014;Brune et al.,2017)。Anza盆地基底為前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系,沉積蓋層于晚侏羅世開始發(fā)育并延續(xù)至新近紀(jì)(楊俊生和朱筱敏,2008;劉桂和和陳全紅,2014)。盆地廣泛出露第四紀(jì)沉積物,幾乎完全覆蓋了中生代的沉積。北部區(qū)域基本為玄武巖所覆蓋(Dindi,1994;Vetel and Le Gall, 2006),這可能與Marsabit周圍存在的大量火山錐有關(guān) (Hackman et al.,1990;Guiraud and Bosworth, 1997)。北西—南東向展布的Anza地塹是該區(qū)域的主導(dǎo)構(gòu)造,反映了與地塹形成相關(guān)的拉張作用,而西南部的北東—南西向構(gòu)造則可能是由于擠壓作用導(dǎo)致的隆起(Morley et al., 1999; Vetel and Le Gall, 2006)。Anza地塹北部的南北向構(gòu)造可能與肯尼亞裂谷的演變和發(fā)展有關(guān)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況(據(jù)Dindi, 1994修改)Fig.1 Regional geological survey of the Anza Basin (modified after Dindi, 1994)

2 研究區(qū)重力場(chǎng)特征及地質(zhì)意義

2.1 研究區(qū)密度特征

巖石密度是重力資料解釋的基礎(chǔ)資料。然而,研究區(qū)因勘探程度較低,缺乏巖石密度統(tǒng)計(jì)資料。在1988—1990年期間,該區(qū)域?qū)嵤┝?口鉆井(Ndovu、Duma和Kaisut井;圖2),但因鉆井?dāng)?shù)量有限,所測(cè)密度數(shù)據(jù)在深度上存在不一致性,無(wú)法建立明顯的密度分層(Dindi, 1994)。同時(shí),3口井均未穿透沉積層,故無(wú)法計(jì)算得出可靠的密度—深度函數(shù)。因此,文章主要采用Dindi(1994)基于鉆井和地震等資料,通過(guò)重力模型計(jì)算得到的密度界面。

圖2 研究區(qū)布格重力異常圖(1 mGal=1.0×10-5 m/s2)Fig.2 Contour plane map showing the Buoguer gravity anomaly in the study area (1 mGal=1.0×10-5 m/s2)

重力模型揭示,研究區(qū)地層宏觀可劃分為3個(gè)主要密度界面(Dindi, 1994):第一個(gè)最大厚度不超過(guò)8 km,平均密度為2.4×103kg/m3,沉積層重力異常主要由該界面引起,其產(chǎn)生的異常幅值較小;第二個(gè)為沉積層以下至20 km的深度范圍,為基底變質(zhì)巖系,平均密度約2.7×103kg/m3,該密度與Anza地塹以西地區(qū)暴露的變質(zhì)巖測(cè)量密度一致(Swain,1979),該密度層是研究區(qū)主要密度界面,大范圍的重力高與重力低由該層引起;第三個(gè)密度界面即為莫霍面,深度約40 km,但在Anza地塹中部深度約35 km,該層平均密度為2.9×103kg/m3,該密度界面以下,巖石密度跳轉(zhuǎn)到3.2×103kg/m3(Sheriff, 1973)。

2.2 布格重力異常特征

研究區(qū)的布格重力異常數(shù)據(jù)來(lái)源于Swain和Khan編輯整理的肯尼亞不同年代的地面重力測(cè)量數(shù)據(jù),重力異常數(shù)據(jù)精度為1×10-5～5×10-5m/s2。研究區(qū)布格重力異常平面等值線宏觀呈北西向(圖2),重力場(chǎng)值變化大,整體表現(xiàn)為南西高北東低,最大值位于研究區(qū)西南Matasade附近,幅值約-30×10-5m/s2,最小值位于Randele東北部,幅值約-102×10-5m/s2。研究區(qū)主體呈現(xiàn)重力高與重力低相間分布的特征。Randele和Matasade以東地區(qū)有一北西向展布、幅值約-102×10-5～-80×10-5m/s2的帶狀重力低,推測(cè)為一北西—南東向的長(zhǎng)條形凹陷,其兩側(cè)可能為斷層接觸,凹陷中間平緩。Marsabit與Madogali一線為一北西向展布、幅值約-70×10-5～-30×10-5m/s2的不規(guī)則形重力高,該重力高兩側(cè)為梯級(jí)帶,推測(cè)該區(qū)為基底隆起,兩側(cè)為斷層接觸。Marsabit西南與Kaisut井一線為一宏觀呈北西向、幅值約-92×10-5～-80×10-5m/s2的細(xì)長(zhǎng)條狀重力低,推測(cè)為一凹陷區(qū),但與東北部重力低值區(qū)相比,該凹陷區(qū)范圍小、幅值低,因此推測(cè)其蓋層厚度應(yīng)小于東北部凹陷。研究區(qū)東南角Ndovu井東發(fā)育一等值線沒(méi)有封閉的重力高等。

此外,與研究區(qū)地質(zhì)圖(圖1)對(duì)比發(fā)現(xiàn),該區(qū)域Marsabit以北地區(qū)重力低與火山巖分布區(qū)相對(duì)應(yīng)。分析原因認(rèn)為,雖然較高密度的火山巖會(huì)產(chǎn)生重力高效應(yīng),但和沉積層產(chǎn)生的重力低效應(yīng)相疊加,其總體重力效應(yīng)仍為重力低,這也可能說(shuō)明中—新生界沉積層厚度很大,而在此期間發(fā)育的火山巖厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于盆地內(nèi)非火山巖沉積地層的厚度。

2.3 剩余重力異常特征

剩余重力異常是從布格重力場(chǎng)中分離出區(qū)域重力場(chǎng)所剩余的部分,反映了局部密度不均勻地質(zhì)體的特征信息。研究區(qū)的剩余重力場(chǎng)特征如圖3所示。可以看出,Kaisut井、Duma井至Ndovu井一線的局部重力異常呈現(xiàn)重力低、重力高相間分布,它們反映了局部凸(隆)起與凹陷構(gòu)造。已有資料表明(西安石油大學(xué),2007):Ndovu井深4268.72 m,其中0～150 m為上新統(tǒng)、150～750 m為中新統(tǒng)、750～1475 m為古近系、1475～1750 m為上白堊統(tǒng)、1750～4267 m為下白堊統(tǒng)(未穿透);Duma井深 3332.99 m,其中0～800 m為古近系、800～1950 m為上白堊統(tǒng)、1950～3333 m為下白堊統(tǒng)(未穿透);Kaisut井深1449.33 m,其中0～500 m為上新統(tǒng)、500～1000 m為中新統(tǒng)、1000～1420 m為古近系。因此,根據(jù)研究區(qū)鉆井資料結(jié)果,結(jié)合研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景推測(cè),Kaisut井和Duma井以東的重力低是由于中—新生界地塹引起;Ndovu井以東的重力低則是因?yàn)橹小律缦蚰蠔|向逐漸加厚;Matasade以西的重力高是地壘構(gòu)造導(dǎo)致,其中—新生界明顯減薄,而Ndovu井西部的重力高是由斷層上升盤引起。

圖3 研究區(qū)剩余重力異常圖(1 mGal=1.0×10-5 m/s2)Fig.3 Contour plane map showing the residual gravity anomaly in the study area (1 mGal=1.0×10-5 m/s2)

研究區(qū)的其他局部重力異常,因所處的區(qū)域不同而具有不同成因。研究區(qū)西南部,Merti附近表現(xiàn)為重力高,而其地表為第四紀(jì)的砂巖,但其南部附近出露前寒武紀(jì)變質(zhì)巖,因此推測(cè)該重力高為前寒武紀(jì)基底隆起引起。研究區(qū)東北角的重力高,地表為第四紀(jì)的火山碎屑巖,但其北部則有零星前寒武紀(jì)變質(zhì)巖露頭,故認(rèn)為該重力高也是由前寒武紀(jì)基底引起。Marsabit東部的重力高,地表也為第四紀(jì)的火山碎屑巖,該異常在布格重力異常上反映為等值線的鼻狀扭曲,位于反映為凹陷特征的東部重力低的邊緣,推測(cè)該重力高是由斷鼻構(gòu)造引起。

總體來(lái)看,研究區(qū)局部構(gòu)造發(fā)育,走向北西向,且具有明顯的東西分帶、南北分塊特征。發(fā)育于研究區(qū)內(nèi)部的正向局部構(gòu)造一般可能由凹中隆或前寒武紀(jì)變質(zhì)地層引起,負(fù)向局部構(gòu)造一般為凹陷的沉積層厚度在中、新生界加大引起。

3 斷裂構(gòu)造及基底結(jié)構(gòu)的重力解釋

3.1 斷裂構(gòu)造特征

3.1.1 識(shí)別方法

斷裂構(gòu)造通常是利用重力場(chǎng)變化的一般特征來(lái)識(shí)別。垂向二階導(dǎo)數(shù)和水平總梯度圖中顯著的異常軸線是斷裂構(gòu)造識(shí)別的一般標(biāo)志。但是,斷裂標(biāo)志常因地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異、演化歷史以及地質(zhì)、地球物理?xiàng)l件的不同而不能明顯的表現(xiàn)出來(lái)(陳青等,2013)。因此,基于導(dǎo)數(shù)法的重磁位場(chǎng)邊界識(shí)別技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,尤其是數(shù)值類計(jì)算方法,如傾斜角相關(guān)算法和歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)法,都能快速地提取或增強(qiáng)異常場(chǎng)中的微弱信息,反映構(gòu)造位置以及場(chǎng)源體的邊界范圍,達(dá)到確定地下深部地質(zhì)體和斷裂構(gòu)造的目的(王萬(wàn)銀等,2010;許文強(qiáng)等,2020)。文章即采用水平總梯度傾斜角法(TAHG)、歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)法(NVDR_THDR)對(duì)研究區(qū)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并結(jié)合傳統(tǒng)的垂向二級(jí)導(dǎo)數(shù)及水平總梯度圖中的異常特征,提取斷裂構(gòu)造。

(1)水平總梯度傾斜角

為了增強(qiáng)埋深不同的場(chǎng)源體信息,Miller and Singh(1994)提出了傾斜角法 (Tilt Derivative),該方法定義為總場(chǎng)強(qiáng)f的垂直梯度(VDR)比水平總梯度(THDR)的絕對(duì)值的反正切角度:

其中,?f/?x、?f/?y和?f/?z分別為總場(chǎng)強(qiáng)沿x、y和z方向的一階導(dǎo)數(shù)。由于反正切函數(shù)的性質(zhì),傾斜角的振幅被限制在-π/2和+π/2之間,且零值為場(chǎng)源邊界位置,正值位于場(chǎng)源上方,負(fù)值則在場(chǎng)源外部 (Miller and Singh, 1994;Verduzco et al., 2004;王想和李桐林,2004)。相較淺源異常,深源地質(zhì)體引起的異常曲線較平緩,VDR和THDR振幅都較小,而其比值可以很大,因此,該方法受場(chǎng)源埋深的限制較小,可以較好地突出深部弱異常的信息。但是,傾斜角反演結(jié)果的零值位置會(huì)隨著深度的增加發(fā)生擴(kuò)散(Cooper and Cowan,2006),故被突出的深部異常也會(huì)偏離真實(shí)邊界,因此,反映出的深源地質(zhì)體邊界位置會(huì)偏向于地質(zhì)體外側(cè)。

Ferreira et al.(2013)提出水平總梯度傾斜角法(TAHG),其表達(dá)式為:

其 中,?THDR/?x,?THDR/?y和?THDR/?z分別為水平總梯度THDR沿x、y和z方向的一階導(dǎo)數(shù)。同理,TAHG變換范圍也為-π/2到+π/2,其最大值位于場(chǎng)源邊界。該方法繼承了傾斜角的優(yōu)勢(shì),可以有效均衡來(lái)自淺源和深源的異常信息。與傳統(tǒng)傾斜角法相比,該方法不易受到噪聲的影響,并為疊加源提供了更清晰的細(xì)節(jié)信息(Ferreira et al., 2013)。

(2)歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)法

總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)法(VDR_THDR)定義為總水平導(dǎo)數(shù)峰值(PTHDR)與水平總梯度(THDR)的比值(Wang et al., 2009;王萬(wàn)銀等,2010):

其中,PTHDR為水平總梯度(THDR)的垂向梯度中大于零的部分,即(周蒂等,2006):

上式中,水平總梯度峰值在垂直導(dǎo)數(shù)計(jì)算中更加尖銳,有效提高了其水平分辨率。同時(shí),剔除了結(jié)果中小于零的信息,使得圖像更為清晰、場(chǎng)源邊界位置更易識(shí)別(周蒂等,2006;Wang et al., 2009;王萬(wàn)銀等,2010;Chen et al., 2013;馬杰等,2019)。

在此基礎(chǔ)上,歸一化的總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)法(NVDR_THDR)定義為(Wang et al., 2009;王萬(wàn)銀等,2010):

3.1.2 斷裂劃分

斷裂構(gòu)造的發(fā)生往往使得地層密度、磁性在空間分布不均勻,而地層密度的不均勻性則會(huì)導(dǎo)致重力場(chǎng)的變化。因此,通過(guò)對(duì)重力場(chǎng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的變化特征分析,可推斷斷裂構(gòu)造,達(dá)到地質(zhì)解釋的目的。由圖4可以看出,研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育、規(guī)模不一,主要發(fā)育北西向和北東向兩組斷裂。

北西向主要斷裂特征:斷裂規(guī)模大,延伸距離長(zhǎng)。F1斷裂位于研究區(qū)東南角,為構(gòu)成東部重力低值區(qū)的邊界斷裂。F2、F3斷裂延伸距離大,是研究區(qū)東部重力低值區(qū)西邊界的主控?cái)嗔?。這兩組斷裂的重力場(chǎng)標(biāo)志非常明顯,布格重力異常圖上反映為密集的重力梯級(jí)帶,在剩余重力異常圖及垂向二次導(dǎo)數(shù)圖上均表現(xiàn)為明顯的重力高與重力低的過(guò)渡帶,在水平總梯度圖、TAHG圖和NVDR_THDR圖上均表現(xiàn)為異常的極值連線。F5、F6斷裂是研究區(qū)西部重力低值區(qū)的東、西邊界斷裂,為傾向相反的一組斷層。該組斷裂類似于F3,在重力場(chǎng)上斷裂標(biāo)志明顯,在布格重力異常圖、剩余重力異常圖、垂向二次導(dǎo)數(shù)圖等圖件上均表現(xiàn)為明顯的斷裂構(gòu)造特征;在水平總梯度圖、TAHG圖和NVDR_THDR圖上也表現(xiàn)為明顯的異常的極值連線。北西向主要斷裂在上述重力場(chǎng)轉(zhuǎn)換參數(shù)圖件上反映出明顯的線性構(gòu)造特征,與布格重力圖中密集的重力梯級(jí)帶走向一致,這些梯度帶反映盆地內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的北西向斷裂。地震反射剖面 (Greene et al., 1991; Bosworth and Morley,1994)揭示盆地內(nèi)發(fā)育的北西走向斷裂截切基底,控制了盆地的地層發(fā)育及基底隆、凹格局。此外,區(qū)域構(gòu)造背景也揭示北西向展布的地塹系是該區(qū)域的主導(dǎo)構(gòu)造,是控制盆地邊界的主控?cái)嗔?Morley et al., 1999; Vetel and Le Gall, 2006)。 因此,推斷北西向斷裂為控制盆地構(gòu)造單元邊界及盆內(nèi)隆、凹發(fā)育的基底斷裂,限制了盆地沉積層的厚度和范圍。

a—垂向二階導(dǎo)數(shù);b—水平總梯度;c—TAHG;d—NVDR_THDR圖4 研究區(qū)布格重力異常處理結(jié)果與斷裂劃分Fig.4 Processing results of gravity data and fault structure distribution in the study area(a) Vertical second derivative; (b) Horizontal total gradient; (c) TAHG; (d) NVDR_THDR

北東向主要斷裂特征:斷裂規(guī)模相對(duì)小,一般切斷北西向斷裂。F11斷裂位于研究區(qū)東南部,布格重力異常圖上反映為明顯的重力梯級(jí)帶,在剩余重力異常圖及垂向二次導(dǎo)數(shù)圖上表現(xiàn)為兩重力低鞍部,西南段在水平總梯度圖、TAHG圖和NVDR_THDR圖上均表現(xiàn)為清晰的異常極值連線。該斷裂切斷走向北西的F2、F3和F4斷裂,故推測(cè)其形成時(shí)間可能晚于北西向構(gòu)造。F19位于研究區(qū)東北部,在布格異常及剩余異常圖上體現(xiàn)為兩重力低鞍部,在水平總梯度、TAHG圖和NVDR_THDR圖上表現(xiàn)為斷續(xù)的極值連線。該斷裂切斷走向北西的F3斷裂,故推測(cè)其形成時(shí)間可能也晚于北西向構(gòu)造。重力異常水平軸的明顯錯(cuò)動(dòng),以及異常帶寬數(shù)和延伸長(zhǎng)度較小等特征揭示北東向斷裂為構(gòu)造活動(dòng)發(fā)育的次級(jí)斷裂,規(guī)模相對(duì)較小,切斷北西向基底斷裂,為盆地內(nèi)沉積蓋層內(nèi)部的斷裂。地震反射剖面 (Greene et al., 1991;Bosworth and Morley, 1994)也揭示出前寒武紀(jì)結(jié)晶基底之上發(fā)育大量的次生斷裂,控制盆地沉積蓋層的發(fā)育。因此,推斷該組斷裂是盆地內(nèi)沉積蓋層內(nèi)部的次生斷裂,可能構(gòu)成盆地內(nèi)局部凹陷與凸起的邊界。

總的來(lái)說(shuō),由于受東非裂谷作用的影響,研究區(qū)內(nèi)一方面形成北西向拉張斷層,另一方面沿構(gòu)造軟弱帶發(fā)育北東向斷層。北西向構(gòu)造與北東向斷層共同作用,形成了研究區(qū)構(gòu)造“東西分帶、南北分塊”的格局。

3.2 基底結(jié)構(gòu)特征

基于研究區(qū)重力數(shù)據(jù),利用研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景、部分地區(qū)已有的地震剖面和鉆井的分層數(shù)據(jù)作為約束,選取平均深度6 km,密度差0.2×103kg/m3,采用Parker-Oldenburg界面反演算法,得到了前寒武紀(jì)基底界面深度圖(圖5)。從圖5中可以看出,研究區(qū)基底深度差異較大,基底埋深較淺處位于Ndovu井東南地區(qū),這些地區(qū)中—新生界蓋層較薄,基底深度在1～2 km以內(nèi)。最深處位于Randele東北地區(qū),最大深度約10 km,反映了研究區(qū)發(fā)育的凹陷中沉積了巨厚的中—新生界。此外,研究區(qū)總體呈“兩凹夾一隆”的特征,東部Randele東北地區(qū)是一北西走向、南北長(zhǎng)、東西窄,且范圍較大的凹陷;西部Marsabit西南至Kaisut地區(qū)也為一北西走向的凹陷,只是和東部凹陷比較,其范圍小,蓋層厚度薄,凹陷中心蓋層沉積厚度約7 km;而這兩個(gè)凹陷中間所夾的區(qū)域則為隆起區(qū),其蓋層厚度約3 km。

圖5 研究區(qū)基底界面深度圖Fig.5 Contour plane map of basement depth in the study area

4 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>

根據(jù)研究區(qū)重磁場(chǎng)特征、斷裂構(gòu)造體系,以及基底界面特征的分析,結(jié)合研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造背景,對(duì)研究區(qū)構(gòu)造單元進(jìn)行了劃分(圖6)。

圖6 研究區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.6 Structual units in the study area

東部凹陷:東部凹陷是研究區(qū)的主要構(gòu)造單元,為Anza盆地在區(qū)內(nèi)的主體。東部凹陷在研究區(qū)Randele-Ndovu地區(qū),斷續(xù)分布的F1斷裂構(gòu)成其東邊界,F3斷裂則為其西邊界。以斷層為界、沉積厚度大是東部凹陷的主要特征,凹陷內(nèi)中—新生界尤其白堊系和古近系、新近系發(fā)育,且具多個(gè)沉積沉降中心。

南部隆起:Marsabit到Merti地區(qū)為南部隆起。南部隆起重力場(chǎng)值高,蓋層厚度1～2 km,中—新生界不整合于前寒武紀(jì)變質(zhì)基底上,且Merti西南附近前寒武紀(jì)變質(zhì)巖出露地表。

中部凸起:中部凸起位于南部隆起西北部,Marsabit和Randele之間。由于邊界斷裂的控制作用,中部凸起實(shí)際為一地壘構(gòu)造。中部凸起大部分為第四紀(jì)火山巖覆蓋,蓋層厚3～4 km,而基底界面起伏不大。

西部凹陷:西部凹陷位于Marsabit與Kaisut一帶,呈北西向長(zhǎng)條狀分布,其東西兩側(cè)分別受F5、F6斷裂控制。與東部凹陷相比,沉積體系相似,但該凹陷面積小,上覆蓋層厚度薄。同時(shí),該凹陷沉積層中火山巖相對(duì)不發(fā)育或很少發(fā)育。

5 討論

根據(jù)擬合的沉積蓋層厚度和構(gòu)造單元發(fā)育特征,結(jié)合該區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化的5個(gè)主要階段,對(duì)斷裂形成和沉積層厚度發(fā)育過(guò)程進(jìn)行了討論。

(1)二疊紀(jì)—三疊紀(jì)——斷陷1期

二疊紀(jì)初,隨著東岡瓦納大陸的解體,前寒武紀(jì)基底開始斷陷,逐漸形成東北部Mandera和東南部下Lamu盆地。至三疊紀(jì),在馬達(dá)加斯加板塊拉張作用的影響下,北東—南西向陸內(nèi)裂谷開始發(fā)育,前寒武紀(jì)基底之上不整合發(fā)育海相沉積,局部發(fā)育斷陷湖泊,可能發(fā)育湖底扇和小型三角洲沉積 (Yuan et al., 2012)。

(2)早侏羅世——斷陷2期

早侏羅世,受東岡瓦納大陸裂解的影響,海侵開始,盆地整體接受沉積,形成以碳酸鹽巖沉積為主的較厚的沉積體系。三疊系—早侏羅統(tǒng),以砂巖為主的Mazeras組地層厚度達(dá)2.0 km。

(3)中侏羅世—早白堊世——漂移期

中—晚侏羅世時(shí),受馬達(dá)加斯加板塊與非洲板塊的快速分離的影響,東西向擴(kuò)展作用使盆地內(nèi)發(fā)育一系列斷裂構(gòu)造,形成Anza裂谷的雛形。這一時(shí)期,廣泛的海侵引起邊緣海岸到開闊海沉積。早白堊紀(jì)時(shí),盆地快速裂陷沉降,發(fā)育北西—南東向正斷層,Anza地塹系開始形成;同時(shí),由于受中非剪切帶右行剪切活動(dòng)的影響,盆地內(nèi)發(fā)育北東—南西向的右行走滑斷裂。該時(shí)期為控制盆地構(gòu)造單元邊界的北西—南東向基底斷裂的主要發(fā)育時(shí)期,它們同時(shí)控制了盆地內(nèi)凹陷和隆起的發(fā)育,將盆地劃分為2個(gè)凹陷、1個(gè)隆起和1個(gè)凸起,且控制了凹陷內(nèi)的沉積層分布和構(gòu)造發(fā)育。利用橫穿研究區(qū)的一條二維地震反射剖面(T86-180測(cè)線,位置見圖5)進(jìn)行重震擬合,結(jié)果顯示盆地自西向東呈現(xiàn)隆起與凹陷相間分布的格局,白堊系底界深度變化較大,深度大致在0.5～6.3 km(圖7)。該時(shí)期,被動(dòng)邊緣盆地開始形成,發(fā)育一套厚度約2.3～4.0 km的湖泊—三角洲相體系(劉桂和和陳全紅,2014)。

圖7 研究區(qū)二維地震反射剖面T86-180測(cè)線的重力異常解釋剖面Fig.7 Interpretation profile showing the gravity anomaly of the two dimensional seismic reflection profile on line T86-180

(4)晚白堊世—漸新世——斷陷3期

晚白堊世,中非剪切帶的右行走滑活動(dòng)停止,裂谷活動(dòng)也逐漸減弱,Anza盆地進(jìn)入緩慢裂陷階段。據(jù)盆地東部凹陷Ndovu井鉆遇煤層來(lái)看,該時(shí)期主要發(fā)育河流相沉積,厚度為1.2～2.0 km。晚白堊世晚期,東非裂谷開始活動(dòng),Anza盆地受到左行剪切擠壓的影響,發(fā)生整體抬升。直至始新世,盆地再次接受沉積,但沉積厚度僅為0.6～1.0 km(劉桂和和陳全紅,2014)。因此,鉆井資料顯示,Anza盆地的上白堊統(tǒng)和中新統(tǒng)之間為不整合接觸(Morley et al., 1999),而鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)表明,厚約2.4 km的上白堊統(tǒng)—古近系可能是在中新世之前被剝蝕 (Morley et al., 1999)。同時(shí),相關(guān)研究也表明,晚白堊世—古近紀(jì)時(shí)期,盆地總體沉積厚度較小,僅在東南部相對(duì)較厚(Bosworth and Morley, 1994; Morley et al., 1999)。

(5)中新世—上新世——裂陷4期

該階段,東非裂谷形成,Anza盆地普遍發(fā)育火山巖沉積,新近紀(jì)沉積以砂泥巖互層為主,不整合覆蓋于上白堊統(tǒng)之上 (Morley et al.,1999)。新近紀(jì)晚期,盆地再次抬升,在東部凹陷、南部隆起及西部凹陷區(qū)接受了第四紀(jì)沉積。

綜上所述,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了盆地的發(fā)生和發(fā)展。由于Anza盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)晚,導(dǎo)致古近紀(jì)—新近紀(jì)沉積了較大厚度的蓋層。盆地構(gòu)造演化的多旋回性以及斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的掀斜斷塊運(yùn)動(dòng),尤其是過(guò)早發(fā)生海侵作用,對(duì)盆地沉積過(guò)程產(chǎn)生影響,使盆地整體呈現(xiàn)“兩凹夾一隆”的特征。

6 結(jié)論

(1)受中非剪切帶右旋剪切應(yīng)力作用,研究區(qū)一方面形成北西向拉張斷層,另一方面沿構(gòu)造軟弱帶發(fā)育北東向斷層。重力異常場(chǎng)及其轉(zhuǎn)換參數(shù)反映的線性構(gòu)造特征,以及地震反射剖面所揭示的斷裂展布特征均表明,研究區(qū)北西向斷裂與區(qū)域構(gòu)造走向一致,發(fā)育規(guī)模較大,延伸距離長(zhǎng),控制著Anza盆地的邊界及盆地內(nèi)部地層發(fā)育,為基底斷裂;而北東向斷裂發(fā)育規(guī)模小,一般切斷北西向斷裂,構(gòu)成盆地內(nèi)局部凹陷與凸起的邊界,是盆地內(nèi)沉積蓋層內(nèi)部的次生斷裂。

(2)受盆地構(gòu)造演化的多旋回性,以及斷裂活動(dòng)性的影響,基底深度差異大,總體呈“兩凹夾一隆”的特征?；纵^深的東部、西部凹陷區(qū)沉積了巨厚的中—新生界蓋層,尤其是白堊系、古近系和新近系發(fā)育較好。

(3)Anza盆地的構(gòu)造演化受北西向和北東向斷裂的共同控制,形成了研究區(qū)隆起與凹陷相間分布的格局。以兩組斷裂的為界,將研究區(qū)分割為東部凹陷、中部凸起、南部隆起和西部凹陷4個(gè)構(gòu)造單元,整體呈現(xiàn)“東西分帶、南北分塊”的特征。