“Helmut”地球物理异常:桑托斯和坎波斯盆地间的区域性左旋张扭剪切系统

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巴西东南部高产油气的超深水区有一条近1000千米长的弯曲磁异常,本文命名为“赫尔穆特(Helmut)”异常。勘探盐下微生物储层中的巨型油气田要求对区域性构造-沉积控制进行更完整的理解。本文由巴西国家石油公司沿巴西东南缘开展区域性研究,意在填补数据空白。

1引言

桑托斯和坎波斯盆地位于南大西洋所谓的中央段南缘(图1),本文将增加最新的深层地震剖面解释并结合势场方法(重力和磁力)和一些3D衍生地震信息,来深化对桑托斯和坎波斯盆地的超深水省裂谷演化的认识。

图1 南大西洋和周边区域的卫星数据合成重力——地形图

2南大西洋张开和桑托斯及坎波斯盆地的构造框架

从晚侏罗世至早白垩世,西冈瓦纳大陆破碎,随后南大西洋张开,沿南美洲和非洲板块裂谷两大轴向的伸展变形存在差异化:一个近NNE的裂谷轴,在早白垩世分裂并到达南大西洋,从阿根廷最南端一直延伸到北部的塞尔希培-阿拉戈斯盆地;另一个为稍微弯曲呈WNW-ENE的裂痕走向,位于努比亚和非洲主板块之间,从法属圭亚那最西部的赤道大西洋裂痕,穿过非洲板块的内部达2000km,涵盖了贝努埃海槽和中非裂谷系到达最东部(图2)。

图2 冈瓦纳大陆西部早白垩世古地理与克拉通的关系

桑托斯和坎波斯盆地断陷构造格局具有差异,海岸线与边界线由ENE向转变为NNE,强烈受构造基底的方向控制。图2B可见整体基底的几何形状,在这里作者可以在圣弗朗西斯科克拉通的东南边缘观察到走滑挤压型初性剪切带的弧形排列,从桑托斯盆地前NE向的Ribeira带转变为呈NNE向的Aracuai带,在坎波斯盆地西部圈出了的一个角落或造山带。

3桑托斯和坎波斯盆地的磁性条带:北东向赫尔穆特异常

本文命名的赫尔穆特线性构造的地球物理异常,在巴西东南部边缘桑托斯、坎波斯、圣埃斯皮里图和佩洛塔斯盆地近海的地磁图上可以解释为剪切带系统(图3)。

图3 巴西东南部航测和海洋地球物理调查集成后的近海区域磁力图(巴西石油公司数据集)

4磁性条带的重力响应

本文的主要目标是针对大陆地壳的周围沿NE向磁性条带的重力响应,并将其解释为一个区域剪切带系统。作者的方法是通过磁异常主要走向的相对方位与布格重力图和详细地层图以及包含重力模拟研究在内的最新构造研究成果进行比较。

该条带被投到布格异常图上,结果在图4a中呈现。约30mgal的重力异常被解释为拉伸更强和厚度更薄的大陆地壳,与相对较浅的莫霍面近海边界一致。正因如此,这里的“赫尔穆特”磁条带解释为主要的地壳边界,莫霍面穿过边界而抬升(图4b),大陆地壳变薄。条带的东南向地壳性质有若干讨论,但其性质仍存在不确定性。

图4 卫星重力数据分析推演出的磁条带重力响应(a,来自http:topex.ucsd.edu)和重力模拟结果(b,Roberts 和Kusznir,未发表的成果)

5反射地震数据中的“赫尔穆特”条带:性质和时间

图5显示了桑托斯盆地的小区域基底盐体构造,作者从中可以很容易在成像地层上推演正断层的痕迹。

图5 根据桑托斯盆地南部地震资料解释的基盐反射层构造图

在桑托斯盆地的NW-SE向和N-S向的地震剖面上,异常稍微倾斜于北东向(图6中A、B和C,也见图3中横截面的位置),作者可以看到两个域是基于拉伸变形的时间和分区进行界定的。

图6 通过地震剖面解释推测的“赫尔穆特”磁异常的特征和时间

6讨论和结论

6.1 “赫尔穆特”剪切系统的活跃期

Moulin等(2010)提出了一种可以作为形变的年代上限的区域约束,即沃尔维斯岭以北的大洋中脊形成于112Ma,作者认为阿尔布早期为断层沿剪切带系统的活动的上限。

认定此构造运动的下限比较麻烦,作者认为沿晚期裂谷剪切带系统的构造活动其下限大约是这个时间(约115Ma/114Ma,晚阿普第期)。

6.2晚阿普第变形和构造体系的几何形态

作者认为,NNE向主要是一般意义的活化,而NW向则为右旋张扭,两者共存于晚阿普第阶期左旋张扭变形的NE-SW(“赫尔穆特”)狭长地带中(图7)。这些狭长地带是桑托斯盆地在裂谷后期的主要活跃构造。

图7  南美和非洲板块之间的西冈瓦纳古陆在南大西洋大陆边缘初期的重构

6.3与桑托斯盆地形态构造的关系

作者认为,在晚阿普第阶期间,桑托斯的外陆缘高地大致位于桑托斯NE向区域剪切带系统的下盘之上,被进入盆地的NNE向正断层切断,同时也可能被NW向E-W向旋转的转换带所切穿。同时,出现一个向东南延伸的区域性凹陷,界定出蒸发岩厚度增加的大片区域。此处基盐不整合、强烈火山和/或地壳减薄如地幔剥露的变形增多。

6.4结论

该异常被命名为“赫尔穆特”,采用了位场和地震数据集来表征。它是位于桑托斯和坎波斯盆地近海的一个近1000km长略有弯曲的地球物理异常。异常圈出了两个不同的磁畴,在其南端相互接近,与雁列式异常相关。异常大致将两个区域分离出来,一个是较厚而拉伸较少的地壳,对应于“经济价值巨大”的桑托斯和坎波斯盆地,另一个是东部被称为圣保罗高原的区域。与巴西东南部的里贝拉和阿拉苏阿伊带之间的基底造山带集束相类似,NE向的剪切带转变为近南北向的逆断层和低角度的走滑剪切带。在二维地震剖面上,异常是一个活跃在晚阿普第阶期的剪切系统,自顶向下看,异常在桑托斯盆地为南东向,左旋位移,在坎波斯盆地则变成西向。在桑托斯盆地,应变水平分量随着靠近断裂带,裂谷断层逐渐由NNE向旋转为NE向。构造破坏了南大西洋流域的蒸发岩盆地,重新活化了一些裂谷断层。根据“赫尔穆特”剪切系统的活性,南大西洋盆地蒸发岩的主要古地理控制因素仍不明朗。该构造在晚阿普第阶期间连接了桑托斯和坎波斯盆地,在此期间被解释为南大西洋的两个主要北北东向裂谷轴之间的一个大型转换带。

蔡益栋 译自:Nolan Maia Dehler, Luciano Portugal Magnavita, Leonardo Correa Gomes, Caesar Augusto Rigoti,Jo?o Alberto Bach de Oliveira, Marília Vidigal Sant’Anna, Felipe Garcia Domingues da Costa. The ‘Helmut’ geophysical anomaly: A regional left-lateral transtensional shear zone system connecting Santos and Campos basins, southeastern Brazil.,Marine and Petroleum Geology, Volume 72, April 2016, Pages 412–422.(张百忍 代金友 审)

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