郭笑, 李华, 梁建设, 邱春光, 解东宁, 冯鑫, 饶溯, 何幼斌. (2019)坦桑尼亚盆地渐新统深水重力流沉积特征及控制因素* [J]. 古地理学报, 21(6): 971-982
Guo Xiao, Li Hua, Liang Jian-She, Qiu Chun-Guang, Xie Dong-Ning, Feng Xin, Rao Su, He You-Bin. (2019)Sedimentary characteristics and controlling factors of deep-water gravity flow deposits of the Oligocene in Tanzania Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 21(6): 971-982.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2019.06.066
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坦桑尼亚盆地渐新统深水重力流沉积特征及控制因素*
郭笑1,2, 李华1,2, 梁建设3, 邱春光3, 解东宁3, 冯鑫3, 饶溯3, 何幼斌1,2
1 长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100
2 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北武汉 430100
3 中海油研究总院有限责任公司,北京 100028
通讯作者简介 何幼斌,男,1964年生,教授,博士生导师,主要从事沉积学方面的研究。E-mail: 100709@yangtzeu.edu.cn。

第一作者简介 郭笑,女,1993年生,长江大学硕士研究生,主要从事沉积学方面的研究。E-mail: guoxiao199410@126.com。

收稿日期:2019-06-06
基金资助:* 国家科技重大专项(编号: 2017ZX05032-002-003)资助
摘要

近年来,在东非坦桑尼亚盆地深水区相继发现大型气藏,但其沉积特征、形成机理及主控因素研究较为薄弱。综合利用钻井、测井及二维地震资料,对其沉积特征进行分析,发现研究区渐新统发育深水重力流沉积,包括水道、堤岸、朵叶等,并以水道—朵叶沉积为主。根据水道的发育位置、外部形态、内部构型、沉积方式等,将其进一步分为复合型、侧向迁移型、垂向加积型和孤立型水道。研究区渐新统自南向北重力流沉积特征存在差异: 盆地南部以小规模孤立型水道、朵叶沉积为主,呈近 SW-NE向展布;盆地中部以复合型、垂向加积型、侧向迁移型水道、朵叶沉积为主,整体呈 NW- SE向展布;盆地北部以侧向迁移型水道、堤岸及朵叶沉积为主,展布方向与中部基本一致。针对南北差异,以源-汇系统耦合关系研究为主旨,对盆地各部源-汇系统要素进行对比分析,结果表明,研究区深水重力流沉积体系的发育与展布主要受构造运动(构造抬升、洋中脊扩张运动、断层活动)、供源体系、陆架—陆坡地形 3大因素共同控制。

关键词: 坦桑尼亚盆地; 渐新统; 重力流沉积; 控制因素; 沉积模式
中图分类号:TE121.3 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2019)06-0971-12
Sedimentary characteristics and controlling factors of deep-water gravity flow deposits of the Oligocene in Tanzania Basin
Guo Xiao1,2, Li Hua1,2, Liang Jian-She3, Qiu Chun-Guang3, Xie Dong-Ning3, Feng Xin3, Rao Su3, He You-Bin1,2
1 School of Geosciences,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 CNOOC Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100028,China
About the corresponding author He You-Bin,born in 1964,is a professor and Ph.D. supervisor in school of Geosciences,Yangtze University. He is currently engaged in the research on sedimentology.E-mail: 100709@yangtzeu.edu.cn.

About the first author Guo Xiao,born in 1993,is a master candidate in school of Geosciences,Yangtze University,and is currently engaged in the research on sedimentology. E-mail: guoxiao199410@126.com.

Fund:Financially supported by the National Science and Technology Major Project of China(No.2017ZX05032-002-003)
Abstract

In recent years, several large-scale gas reservoirs have been discovered in Tanzania Basin of the East Africa. However, the study of sedimentary characteristics, formation mechanism and main controlling factors are relatively weak. Based on drilling, logging and 2D seismic data, with the comprehensive analysis of the sedimentary characteristics, it is found that deep-water gravity-flow deposits were developed in Oligocene of Tanzania Basin. The deep-water deposits could be divided into 3 types: channels, levees and lobes, among which channels and lobes are dominated. Moreover, deep-water channels could be further divided into the complex channel, the lateral-migrational channel, the vertical-aggradational channel and the isolated channel, according to the occurrence location, external morphology, internal architecture and sedimentary style. There were variations in sedimentary characteristics of Oligocene gravity-flow deposits from south to north of the Tanzania Basin. In the south of the basin, the small-scale isolated channels and lobe deposits were developed, which have a SW-NE orientation. In the middle of the basin,complex channels, vertical-aggradational channels, lateral-migrational channels and lobe deposits were mainly developed, with a overall orientation of NW-SE direction. In the north of the basin, lateral-migrational channels, levees and lobe deposits were dominated, which have similar orientations to those of the middle part. Taking the variations among the south, the middle and the north parts of Tanzania Basin and the coupling relationships of Source-to-Sink into consideration, the elements of Source-to-Sink system is comparatively analyzed. Research suggests that the development and distribution of deep-water gravity-flow deposits in the study area are mainly affected by tectonic movements (the tectonic uplift, mid-ocean ridge spreading, and fault activity), source systems and the shelf-slope topography.

Key words: Tanzania Basin; Oligocene; gravity-flow deposits; controlling factors; sedimentary model

近年来, 全球深水油气勘探取得了一系列重大突破, 深水油气勘探面积高达820× 104km2, 深水油气资源约占全球总资源的10%~15%。据统计, 有重大发现的深水油气盆地主要分布在环大西洋、东非陆缘海域、西太平洋、环北极和新特提斯, 该五大区域将成为深水油气勘探的重要目标(张功成等, 2019)。

截至2015年5月, 坦桑尼亚盆地深水区相继发现17个大中型气田, 天然气可采储量约达11800× 108im3, 展现了巨大的勘探潜力(TPDC, 2015)。但是, 关于坦桑尼亚盆地深水区沉积特征、成因机制及主控因素研究较为薄弱, 制约了储集砂体预测和成藏组合分析, 严重阻碍了盆地的油气勘探及选区工作。作者综合利用坦桑尼亚盆地深水区钻井、测井、地震等资料, 较为系统地研究了坦桑尼亚盆地深水区重力流沉积特征。通过源-汇系统研究(朱红涛等, 2017), 探讨了构造运动、供源体系、陆架— 陆坡地形对重力流沉积的影响, 建立了深水重力流沉积模式, 为坦桑尼亚盆地深水油气勘探提供了地质依据。

1 区域地质背景

坦桑尼亚盆地(Tanzania Basin)位于非洲东部坦桑尼亚海岸, 北邻拉姆盆地(Lamu Basin), 南连鲁伍马盆地(Ruvuma Basin), 向西与坦噶尼喀地盾(Tanganyika Shield)接壤, 西南为出露前寒武系基底的莫桑比克褶皱带(Mozambique Belt), 东界为大陆边缘且延伸至3000 m水深线, 是二叠纪— 早侏罗世形成的东非被动大陆边缘系列盆地之一。

自晚古生代以来, 该盆地经历了裂陷期(晚石炭世— 三叠纪)、过渡期(早侏罗世)、被动陆缘Ⅰ 期(中— 晚侏罗世)、被动陆缘Ⅱ 期(白垩纪)和被动陆缘Ⅲ 期(古新世至今)5期构造演化。裂陷期, 受Karoo地幔柱的影响, 冈瓦纳大陆东部开始形成北东— 南西向的陆内裂谷— — Karoo裂谷, 主要发育陆相河流及湖泊沉积。过渡期, 冈瓦纳大陆开始由北西向南东裂解, 东非中北部地区发育大规模裂陷沉降, 局部地区发育局限海相泥岩— 膏盐岩沉积。被动陆缘Ⅰ 期,

新特提斯洋向南海侵形成狭窄海湾, 盆地广泛发育以浅海相为主的海相碎屑岩和碳酸盐岩, 局部地区发育有机质丰富的泥岩和厚层蒸发盐岩。被动陆缘Ⅱ 期, 马达加斯加板块和印度板块沿Davie断裂带等海底转换断层向南漂移, 广泛发育三角洲相和边缘海相碎屑沉积, 盆地深部发育半深海— 深海沉积。被动陆缘Ⅲ 期, 古新世— 始新世处于东非被动大陆边缘的稳定期, 渐新世, 受东非裂谷系海域分支活动及Afar地幔柱的影响, 盆地边缘发生抬升和剥蚀, 早期断层被活化, 深海地区形成隆坳相间的构造格局, 伴随大规模海退, 大量陆源碎屑沿陆坡向深海搬运, 于深水区广泛发育重力流沉积(图 1)(Cope, 2000; 温志新等, 2015; 张光亚等, 2015; 崔志骅, 2016; 孙玉梅等, 2016)。

图 1 坦桑尼亚盆地区域位置及综合柱状图(据崔志骅, 2016)Fig.1 Regional location and comprehensive column characteristics of Tanzania Basin(after Cui, 2016)

2 重力流沉积类型

基于钻井、测井及二维地震剖面等资料, 进行古地貌、单井岩石相、测井相及地震相等系统研究, 结果表明, 研究区渐新统发育深水重力流沉积, 包括水道、堤岸、朵叶等, 并以水道、朵叶沉积为主(图 2)。

图 2 坦桑尼亚盆地渐新统深水重力流沉积类型及特征Fig.2 Sedimentary types and characteristics of deep-water gravity flow of the Oligocene in Tanzania Basin

2.1 水道

水道作为源-汇系统搬运体系的主要通道, 同时也是沉积物沉积的重要场所, 具有极易识别的沉积结构特征(李磊等, 2012; 李华等, 2013, 2018; 孙立春等, 2014)。研究区水道底部以块状— 厚层砂岩为主, 顶部发育粉砂岩及泥岩, 总体呈现下粗上细的正旋回沉积序列, 自然伽马曲线多呈箱型、钟型或复合型。地震剖面上, 整体呈明显“ V” 形或“ U” 形, 多为中— 强振幅、平行— 亚平行反射特征(图 2-a)。基于水道发育的位置和规模, 结合地震剖面反映的发育位置、外部形态、内部构型及沉积方式等特征, 将水道进一步划分为4种类型, 分别为复合型水道、侧向迁移型水道、垂向加积型水道和孤立型水道(图 3)。

图 3 坦桑尼亚盆地渐新统主要水道类型(水道位置见图 4-b)
a— 复合型水道; b— 侧向迁移型水道; c— 垂向加积型水道; d— 孤立型水道Fig.3 Main channel types of the Oligocene in Tanzania Basin(see Fig.4-b for location)

复合型水道主要分布在盆地中部和北部。地震剖面显示, 复合型水道分布在上陆坡等限制性环境中, 由早至晚可大致分为3期。第①期水道规模较大, 宽度约3.4 km, 深度69~115 ms, 外部为“ V” 形, 以下切、侵蚀为主, 内部呈弱振幅、杂乱反射特征。随着水道增支分叉, 第②期水道规模整体增大, 但单个水道规模减小, 侵蚀能力降低, 以侵蚀— 沉积作用为主, 水道间既有垂向叠置, 又有侧向迁移, 水道内部表现为中— 强振幅、中等连续性反射特征。第③期水道规模减小, 宽度为6.5~6.8 km, 深度54~57 ms, 宽深比增大, 以沉积充填为主, 内部表现为中— 强振幅、较好连续性反射特征(图 3-a)。

侧向迁移型水道主要分布在盆地北部和中部, 且与较细粒的堤岸沉积相伴生。盆地北部主要由西向东迁移, 盆地中部整体具有明显的由北向南迁移特征。水道由下到上可大致分为4期。第①期、②期水道的外部形态及规模相近, 南迁特征明显, 轴部表现为强振幅、差连续性反射特征, 水道两侧均发育不对称堤岸沉积。第③期水道规模增大, 宽度为12.8~13.6 km, 深度为370~400 ms, 整体为透镜状, 内部呈强振幅、平行— 亚平行反射特征。第④期水道规模减小, 宽度为4.9~5.2 km, 深度为135~138 ms, 呈“ U” 形, 内部表现为强振幅、平行— 亚平行反射特征(图 3-b)。

垂向加积型水道多分布在盆地中部, 整体为“ U” 字形态。水道内部以垂向加积为主, 具有明显期次性, 由下到上可分为3期。第①期水道宽度为4.5~4.8 km, 深度为150~180 ms, 外部呈“ U” 形, 构成整个水道的基本外形, 内部为强振幅、较好连续性反射特征。第②期水道规模减小, 底部表现为强振幅、好连续性反射特征, 顶部由较细沉积物充填, 其反射强度减弱, 连续性也相对变差, 由于后期水道破坏, 只有较少部分被保存下来。第③期水道规模明显减小, 整体呈“ V” 形, 宽度为1.1~1.3 km, 深度为60~80 ms, 宽深比减小, 内部表现为强振幅、较好连续性反射特征, 以侵蚀第②期水道为主, 未被后期破坏, 保存较完整(图 3-c)。

孤立型水道主要分布在盆地南部, 与其他类型水道相比, 规模较小, 其宽度约1.5 km, 深度约50 ms。地震剖面显示, 水道侵蚀能力较强, 呈近“ V” 字形态, 内部呈弱振幅、杂乱— 差连续反射特征(图 3-d)。

2.2 堤岸

堤岸沉积常发育于侧向迁移型水道两侧, 由水道内流体溢流垂向加积形成, 规模要远大于其伴生水道(李华等, 2011)。单井相显示, 该部分沉积粒度较水道沉积更细, 主要为砂岩、粉砂岩、泥岩, 自然伽马曲线呈指状。在地震剖面上, 堤岸沉积内部为弱振幅、平行— 亚平行反射特征, 其侧向连续性较好, 整体构成了典型的“ 海鸦翼” 外形(图 2-b)。

2.3 朵叶

朵叶常与水道共生, 多发育于水道末端, 整体呈扇形。研究区朵叶主要分布于盆地东部, 沉积物呈放射状向周围分散形成扇状沉积体, 其内部发育分支水道。单井相显示, 岩性主要为砂岩和泥岩, 呈向上变粗序列, 伽马曲线呈漏斗型, 多期朵叶叠置可形成箱型伽马曲线。在地震剖面上, 水道末端形成中间厚、两端减薄至尖灭的近丘状沉积体, 其侧向连续性好, 具有中— 强振幅、平行— 亚平行地震反射特征(图 2-c)。

3 沉积相平面特征及演化规律
3.1 平面展布特征

渐新世, 陆源碎屑物质通过姆布韦姆库鲁河、鲁菲吉河、鲁伏河、瓦米河、姆桑加西河、潘加尼河、温巴河等河流自西向东输送, 在陆架边缘发育不同规模的三角洲沉积, 又经4种类型的水道搬运, 于盆地东部的陆坡及深水区发育以水道— 朵叶沉积为主的深水重力流沉积。宏观上, 盆地南部、中部和北部的供源体系规模、陆架— 陆坡地形、深水区重力流沉积类型、水道— 朵叶沉积规模及展布存在差异(图 4)。

图 4 坦桑尼亚盆地渐新统沉积相平面展布特征
a— 渐新统厚度图; b— 沉积相平面展布图Fig.4 Distribution features of sedimentary facies in the Oligocene of Tanzania Basin

盆地南部主要由姆布韦姆库鲁河提供物源, 该河流供源距离为325 km, 流域面积达17 109 km2, 对应陆架边缘及深水区发育的三角洲及深水水道— 朵叶沉积规模最小, 面积分别为1911 km2和562 km2。碎屑物质由陆架边缘向东部深水区搬运, 沿陆坡方向主要发育规模较小的孤立型水道, 其宽度为1.4~2.1 km, 深度为50~60 m, 宽深比为23.3~42.0, 水道两侧未发育堤岸沉积, 坡脚处发育小规模的朵叶沉积, 水道— 朵叶沉积整体延伸范围小(< 28 km), 且呈近SW-NE向展布。

盆地中部的陆源碎屑物质主要由坦桑尼亚境内最大河流— — 鲁菲吉河自西向东输送, 该水系供源距离为1050 km, 流域面积约 204 378 km2, 在陆架边缘形成面积达24 157 km2的大型三角洲。碎屑物质再经陆架边缘向东搬运, 对应深水区发育盆地内部规模最大的水道— 朵叶沉积, 其面积达23 838 km2。中— 上陆坡主要发育大规模的复合型水道, 其宽度为3.4~14.3 km, 深度为320~510 m, 宽深比为6.7~44.7; 沿陆坡向下, 垂向加积型、侧向迁移型水道及两侧堤岸沉积较为发育, 宽深比分别为17.7~32.1和63.8~77.3, 此外, 迁移型水道弯曲度明显比加积型水道大, 但加积型水道向东延伸至3000 m水深处, 其范围远于迁移型水道; 坡脚和深海平原发育规模大、展布远的扇状朵叶沉积, 水道— 朵叶沉积由NW至SE向延伸, 延伸距离达140~180 km。

盆地北部由南到北依次发育鲁伏河、瓦米河、姆桑加西河、潘加尼河以及温巴河, 供源水系的总流域面积略小于盆地中部, 约180 093 km2, 其中, 潘加尼河规模最大, 河流供源距离达920 km, 流域面积约 110 314 km2, 是盆地北部最主要的供源水系。陆源碎屑物质由西向东输送, 于东部陆架边缘及深水区发育三角洲与水道— 朵叶沉积, 其沉积面积分别为9488 km2和8532 km2。中— 上陆坡主要发育复合型、迁移型水道, 水道宽深比为14.3~66.9, 与盆地中部相近, 迁移型水道两侧发育堤岸沉积; 沿陆坡向下, 朵叶沉积与水道相伴生, 其规模及延伸距离较盆地中部均有所减小(60~140 km), 整体上, 盆地北部与盆地中部的水道— 朵叶沉积展布方向一致, 呈近NW-SE向(表 1)。

表 1 坦桑尼亚盆地深水重力流沉积源-汇系统要素差异对比 Table1 Correlation of Source-to-Sink units of deep-water gravity flow deposits in Tanzania Basin
3.2 沉积演化

渐新世, 陆架边缘三角洲大致分3期向海进积, 沉积规模逐渐增大, 深水区对应发育3期重力流沉积, 其规模随三角洲规模的增大而增大, 三角洲— 深水重力流沉积耦合关系良好(图 5)。

图 5 坦桑尼亚盆地渐新统深水重力流沉积演化(剖面位置见图 4-b)Fig.5 Sedimentary evolution of deep-water gravity flow in the Oligocene in Tanzania Basin(see Fig.4-b for location)

渐新世早期, 三角洲的砂体厚度为93 m, 砂质含量较高, 大量碎屑物质经陆架搬运至深水区。其中, 中— 上陆坡主要发育复合型、迁移型水道, 水道砂体厚度较大, 为31~56 m; 下陆坡— 深海平原发育朵叶沉积, 其厚度较薄, 为12 m。渐新世中期, 三角洲继续向海推进, 砂体厚度增大至111 m, 但砂质含量降低, 深水区相应发育加积型、迁移型水道及堤岸沉积, 水道砂体厚度为24~67 m, 与早期相比, 沉积规模整体变小, 但延伸距离增大。渐新世晚期, 三角洲进一步向海推进, 砂质含量更低, 深水区主要发育朵叶沉积, 连井剖面显示, 砂体厚度为3~24 m, 延伸距离持续增大。

4 讨论
4.1 主控因素

一般而言, 深水重力流沉积形成的控制因素主要包括构造运动、物源供给、海底地形、相对海平面变化、古气候等(苏明等, 2014)。但基于地震、钻井资料研究, 发现研究区由南到北所发育的深水重力流沉积存在明显差异, 为明确造成其差异的主要原因, 笔者以源-汇系统耦合关系为主线, 从构造运动、供源体系、陆架— 陆坡地形3个方面, 对盆地各部重力流沉积体系的主控因素进行了探讨。

4.1.1 构造运动

构造运动对深水重力流沉积的影响多以构造抬升的形式体现, 构造抬升造成相对海平面降低, 致使陆架暴露面积增大, 且侵蚀作用加剧, 进而为重力流沉积提供充足的物源(李华等, 2011)。研究区构造运动包括陆上构造抬升、深水区洋中脊扩张运动及断层活动。其中, 陆上构造抬升为重力流提供充足的物质来源, 洋中脊扩张运动和断层活动通过影响海底地形分别控制盆地各部深水重力流沉积的展布方向和延伸距离。

渐新世初期(约31 Ma), Afar地幔热柱活动引起的裂谷作用和地热异常向南影响到坦桑尼亚盆地, 造成盆地边缘发生次级构造抬升, 使得陆上局部地区隆起2000~3000 m, 并遭受强烈剥蚀(Bosellini, 1986; Mcdonough et al., 2013; Said et al., 2015)。剥蚀物通过河流供应到陆架边缘, 发育系列三角洲沉积, 这为深水区重力流沉积提供了丰富的物源。

晚白垩世早期, 位于盆地中部与盆地南部边界的洋中脊停止扩张, 并发生塌陷, 其早期拉张作用与后期重力作用致使被动边缘深水区形成热沉降带(金宠等, 2012; Mcdonough et al., 2013), 海底出现隆坳相间的地貌格局(图 4-a)。由于盆地南部位于沉降带南西方向, 盆地中部及北部则位于沉降带北西方向, 故造成盆地南部的水道— 朵叶沉积呈近SW-NE向展布, 而盆地中部及北部的水道— 朵叶沉积整体呈NW-SE向展布。

晚白垩世至今, 深水区Seagap正断层的活动, 一方面, 造成盆地中— 南部陆坡坡降突增, 促进沉积物顺陆坡搬运至沉积区, 形成深水重力流沉积; 另一方面, 构成陡坡型供源通道, 搬运沉积通量增大, 重力流沉积规模也相应增大(图 6)。此外, 东部深水区发育近N-S向贯穿整个盆地的边缘脊— — Davie隆起带(图 4-a), 在盆地东部构成限制性地貌背景, 限制重力流沉积体系的展布。

图 6 坦桑尼亚盆地南部陆坡特征Fig.6 Characteristics of continental slope in the southern part of Tanzania Basin

4.1.2 供源体系

供源体系通过控制陆源碎屑物质的供给量, 控制陆架边缘三角洲规模, 三角洲作为深水重力流沉积的直接供源体系, 又直接控制其发育及规模。因此, 重力流沉积受控于供源体系的供给量, 而物源供给量常与陆上水系的垂向高差、河流数目、供源距离、流域面积等密切相关(朱秀等, 2017)。

渐新世, 来自非洲大陆的碎屑物质由南至北分别通过姆布韦姆库鲁河、鲁菲吉河、鲁伏河、瓦米河、姆桑加西河、潘加尼河、温巴河不断向非洲东岸输送, 在陆架边缘发育三角洲沉积, 这为深水区的重力流沉积提供了丰富的物源。然而, 研究区由南到北的水系规模明显不同, 造成陆架边缘的三角洲沉积规模存在一定差别, 进而导致深水区对应形成的重力流沉积体系也存在一定差异: (1)盆地南部发育的河流数目较少, 主要是规模较小的姆布韦姆库鲁河, 其供源距离为325 km, 垂向高差为0.8 km, 流域面积近17 109 km2, 对应发育的三角洲及深水重力流沉积面积分别为1911 km2和562 km2; (2)盆地中部发育盆地内规模最大的鲁菲吉河, 其供源距离达1050 km, 垂向高差为1.9 km, 流域面积约 204 378 km2, 对应发育的三角洲及深水重力流沉积面积分别为24 157 km2和23 838 km2; (3)盆地北部发育的河流垂向高差较大, 近2.5 km, 河流数目较多, 主要有5条: 鲁伏河、瓦米河、姆桑加西河、潘加尼河、温巴河, 其供源距离和流域面积较小, 分别为470、540、220、920、240 km的供源距离和 180 093 km2的总流域面积, 对应形成的三角洲及深水重力流沉积面积分别为9488 km2和8532 km2(表 1, 图 7)。

图 7 坦桑尼亚盆地供源水系、陆架— 陆坡地形、三角洲及重力流沉积之间的关系Fig.7 Relationship among source water system, shelf-clinoform, delta and gravity flow deposits in Tanzania Basin

综上所述, 盆地南部河流数量少, 规模小, 高差小, 为小型单源供给体系, 物源供给不足, 故陆架边缘及深水区形成的沉积体规模较小; 而盆地中部河流数量虽少, 但单个规模大, 高差大, 为大型单源供给体系, 盆地北部单个规模偏小, 但河流数量多, 高差大, 为中型多源供给体系, 二者均有充足的物源供给, 故在陆架边缘及深水区形成规模较大的沉积体。

4.1.3 陆架— 陆坡地形

不同陆架— 陆坡地形或同一地形不同位置的重力流沉积成因机制不尽相同, 从而发育不同的重力流沉积类型(王颖等, 2009; 何云龙等, 2010; 李华等, 2011; 廖计华等, 2016; 骆帅兵等, 2017; 赵家斌和钟广法, 2018), 陆架— 陆坡地形通常包括陆架宽度、陆坡坡降等。坦桑尼亚盆地整体呈窄陆架、陡陆坡特征, 这为重力流的发育提供了有利地形和坡度条件(Bosellini, 1986)。然而, 盆地自南向北的外陆架— 上陆坡宽度、陆坡坡度存在明显差异, 造成盆地各部重力流沉积类型存在差别(图 7)。

盆地南部的外陆架— 上陆坡宽度为34~46 km, 坡降为4.59° ~5.72° , 整体呈窄陆架、陡陆坡、大坡降特征。受外陆架— 上陆坡较陡地形影响, 重力流流速较快、能量较强, 在中— 上陆坡发育侵蚀能力极强、弯曲度较小的限制性水道。由于规模较小的姆布韦姆库鲁河提供陆源碎屑物质, 水道整体规模较小, 以孤立型水道为主, 在水道末端限制性水道沉积转化为厚度较大、延伸范围较小的扇状朵叶沉积。

盆地中部的外陆架— 上陆坡宽度增大, 为81~107 km, 坡降变缓, 为1.12° ~1.53° 。重力流流体能量相对减弱, 但早期水道侵蚀作用依旧强烈, 后期随流体能量减弱, 水道侵蚀下切能力减弱, 多以沉积充填为主。由于鲁菲吉河水系提供充分的陆源碎屑物质, 水道之间相互叠置, 且支流不断增多, 在中— 上陆坡主要发育大规模复合型水道, 沿陆坡向下, 坡度逐步减小, 主要发育垂向加积型、侧向迁移型水道及小规模的堤岸沉积。充足的陆源碎屑物质经较陡的陆坡搬运至深海平原, 由于限制性环境转变为非限制性环境, 故呈放射状向周围分散形成朵叶沉积。

盆地北部的外陆架— 上陆坡宽度持续增大, 近160~192 km, 坡降更缓, 为0.99° ~1.43° , 盆地北部整体呈宽陆架、缓陆坡、小坡降比等特征。重力流初始能量较弱, 在上陆坡以侵蚀— 沉积作用为主, 陆源碎屑物质来自规模较小的水系, 受物源供给量的限制, 复合型水道规模整体减小。随着能量不断减弱, 侵蚀能力逐渐下降, 中— 下陆坡发育弯曲度较大的侧向迁移型水道, 水道两侧堤岸沉积开始发育, 且规模明显大于盆地中部。沉积物沿较缓的陆坡经远距离搬运至沉积区, 累积的势能转化为动能, 促使沉积物沿斜坡向下形成面积较广、厚度较薄的席状朵叶。

4.2 沉积模式

渐新世, 坦桑尼亚盆地深水区发育以水道— 朵叶为主的重力流沉积, 其沉积特征自南向北存在差异。

盆地南部处于窄陆架、陡陆坡的地形环境, 物源供给来自规模较小的姆布韦姆库鲁河, 属于小型单源供给体系, 陆架边缘发育的三角洲沉积规模最小, 受控于陆架— 陆坡地形及物源供给量, 重力流沉积规模整体最小。沿陆坡向下主要发育规模小、侵蚀能力强、弯曲度低的孤立型水道, 在坡脚处转换为厚度较大、展布范围小的朵叶沉积。受洋中脊扩张运动影响, 水道— 朵叶沉积整体呈近SW-NE向展布。

盆地中部陆架— 陆坡地形较为宽缓, 物源供给来自盆地内最大的鲁菲吉河, 属于大型单源供给体系, 陆架边缘三角洲规模最大, 对应深水区重力流沉积规模也最大。中— 上陆坡主要发育大规模复合型水道, 沿陆坡向下, 主要发育垂向加积型、侧向迁移型水道及小规模的堤岸沉积, 深海平原主要发育扇状朵叶沉积。受洋中脊扩张运动和断层活动影响, 海底形成隆坳相间的地貌背景, 水道— 朵叶沉积整体呈NW-SE向展布。

盆地北部陆架— 陆坡地形进一步变缓, 又由较大的潘加尼河、瓦米河等水系提供物源, 属于中型多源供给体系, 陆架边缘发育多个小型三角洲沉积, 但其整体规模较大, 对应深水区发育的重力流沉积整体规模也较大。上陆坡发育大规模的复合型水道, 中— 下陆坡发育深水水道— 堤岸沉积体系, 下陆坡— 坡脚发育范围广、厚度小的席状朵叶沉积。与盆地中部同受海底地形的影响, 水道— 朵叶展布方向与盆地中部基本一致(图 8)。

图 8 坦桑尼亚盆地深水重力流沉积模式(洋中脊仅示意, 未按比例)Fig.8 Sedimentary model of deep-water gravity flow in Tanzania Basin

5 结论

1)坦桑尼亚盆地渐新统发育深水重力流沉积体系, 包括水道、堤岸、朵叶等, 并以水道— 朵叶沉积为主。根据水道的发育位置、外部形态、内部构型、沉积方式等, 将其进一步分为复合型、侧向迁移型、垂向加积型和孤立型水道。

2)宏观上, 研究区渐新统重力流沉积由南至北存在差异。盆地南部发育以侵蚀作用为主的孤立型水道及朵叶沉积, 水道— 朵叶沉积呈近SW-NE向展布。盆地中部发育侵蚀— 加积作用为主的复合型水道, 沿陆坡向下则以垂向加积型、侧向迁移性水道、堤岸沉积为主, 朵叶与水道沉积相伴生, 整体规模最大, 呈NW-SE向展布。盆地北部的复合型水道规模减小, 但侧向迁移型水道及堤岸沉积更为发育, 水道— 朵叶沉积的规模次于盆地中部, 而展布方向与盆地中部基本一致。

3)通过源-汇系统各要素相关性分析, 明确盆地各部重力流沉积体系的发育与展布主要受构造运动(构造抬升、洋中脊扩张运动、断层活动)、供源体系、陆架— 陆坡地形3大因素共同控制。其中, 构造抬升和供源体系通过控制物源供给量, 进而控制重力流沉积的发育和规模; 陆架— 陆坡地形与供给量共同作用, 控制重力流沉积类型; 深水区洋中脊扩张运动和断层活动通过控制海底地貌, 控制重力流沉积展布方向和延伸距离。

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