第一章盐下湖相碳酸盐岩构造演化及层序地层特征
1.1构造演化及地层发育特征
1.1.1区域地层及构造演化特征
巴西东部海上的桑托斯（Santos）、坎普斯（Campos）和圣埃斯皮里图（EspíritoSanto）三个盆地，由于地理位置相邻、地质特征相似，合称为大坎普斯（GreatCampos）盆地。其主体位于巴西东南海域水深0～3km内，总面积为58.68×104km2（图1.1）。大坎普斯盆地是晚三叠世以来随南大西洋由南向北逐步打开而发育的被动大陆边缘盆地，其南、北两侧以裂谷期形成的高地，如弗洛里亚诺波利斯（Florianopolis）高地和阿布洛霍斯（Abrolhos）高地，与佩洛塔斯（Pelotas）盆地和库穆鲁沙蒂巴（Cumuruxatiba）盆地分开；而内部则被卡布弗里乌（CaboFrio）高地和维多利亚（Vitória）高地相隔。盆地西部边缘发育一条前阿普特期枢纽线，控制早白垩世裂谷盆地的边界（Cainelli and Mohriak，1998），并构成大坎普斯盆地内二级构造区划的边界。在枢纽线以西，晚白垩世—新生代的碎屑岩超覆在前寒武系基底之上，根据沉积厚度的差异，其二级构造单元在桑托斯、坎普斯和圣埃斯皮里图三个盆地分别称为圣塞巴斯蒂昂高地、坎普斯西部次盆和圣埃斯皮里图台地；在枢纽线以东，发育了包括早白垩世阿普特期盐岩在内的裂谷-被动大陆边缘沉积体系。桑托斯盆地东南端以圣保罗（S.oPaulo）火山高原和夏尔科（Charcot）海山为界，毗邻桑托斯深海盆地（Mohriaketal.，1995）。
大坎普斯盆地的基底岩系主要包括泛非运动之前的前寒武系结晶基底与古生代陆内克拉通盆地沉积岩（Unrug，1996；Zalánetal.，1990；Asmus and Baisch，1983）。中生代以来受南美洲与非洲逐步裂离的影响，其进入被动大陆边缘盆地发育阶段（Zalán et al.，1991；Szatmari et al.，1985）。依据巴西东部被动大陆边缘盆地的发育层序（Chang et al.，1992；Ponte and Reiss，1977；Camposetal.，1975），大坎普斯盆地的构造演化可划分为裂谷前克拉通内拗陷期、裂谷期、过渡期、漂移期（部分学者将构造演化二分为初始拉开期和大规模裂陷期）4个阶段，各阶段构造及地层特征描述如下。
（1）裂谷前克拉通内拗陷期。晚三叠世—侏罗纪，受地壳拉伸、伸展减薄的影响，研究区发育一条浅而窄的南北向延伸的拗陷，称为非洲—巴西（Afro-Brazilian）拗陷（PonteandReiss，1977），属干旱气候沉积环境下的混合冲积扇体系。例如，分布于非洲—巴西拗陷北部的雷康卡沃（Reconcavo）盆地，发育了晚侏罗世的红色页岩、蒸发岩及砂岩［亚利安莎（Alianca）组与塞尔吉（Sergi）组］（Salemetal.，2000；Bragaetal.，1994）。桑托斯盆地深水区的地震剖面解释也表明裂谷前沉积层厚度基本稳定，不受裂谷期同生断层的控制，推测与雷康卡沃盆地的红色岩系同期。
（2）裂谷期。早白垩世巴雷姆期—阿普特早期，随着地壳被进一步拉伸、伸展减薄，开始发育裂谷盆地。武静等（2019）推测巴雷姆早期，火山活动频繁，发育多期火山岩及陆相沉积，在远物源区以厚层深湖亚相暗色页岩沉积为主［皮萨拉斯（Picarras，PICA）组］，随后盆地构造活动剧烈，形成了盆地中的多个隆起，南侧由于火山带形成的高地在横向上起隔挡作用，隔挡了桑托斯盆地与南部的海水。另外，远离陆源供给，形成了适合碳酸盐岩沉积的环境，在盆地局部高地形成了伊塔佩马（Itapema，ITP）组的厚层生物碎屑灰岩。在拗陷期盆地破裂不整合之后，地壳下沉，形成了巴拉韦利亚（BarraVelha，BV）组微生物灰岩。裂谷期沉积层序从下至上划分为三期（程涛等，2019）：强烈断陷期、断拗转换期与拗陷期。其中强烈断陷期以发育岩浆岩与湖相泥页岩为主；断拗转换期发育ITP组湖相生屑滩介壳灰岩与湖相泥页岩，岩浆岩地层也较为发育；拗陷期主要发育BV组湖相叠层石微生物灰岩或湖相泥页岩，局部发育岩浆岩地层。需要强调的是，关于裂谷阶段构造演化和沉积充填阶段划分，除上述方案外，不同学者还提出了其他方案，其中一种较有代表性的方案是将裂谷层序分为下裂谷层序、中裂谷层序与上裂谷层序（Williams and Hubbard，1984）。下裂谷层序的岩性是以受同生断层控制明显的岩浆岩和陆源碎屑岩为主，中裂谷层序的岩性以深湖亚相泥灰岩、页岩和泥质泥屑灰岩为主，上裂谷层序的岩性为湖相页岩、泥灰岩、介壳灰岩等，而将BV组微生物灰岩与上覆阿利利（Ariri）组蒸发岩一并划分到过渡层序。
（3）过渡期。在经历了阿普特早期的地壳整体抬升、盆地破裂不整合后，阿普特中—晚期基底下沉，盆地发生海侵并受南部沃尔维斯（Walvis）脊的遮挡，处于局限海环境，在南大西洋开启前的非洲和南美洲之间发育了一个巨型的张性蒸发岩盆地（Torsvik et al.，2009；Guardado et al.，1990；Mohriak et al.，1990），主要沉积了一套厚层的蒸发盐岩地层，即Ariri组，局部可见硬石膏或岩浆岩。
（4）漂移期。阿尔布期—圣通期的初始拉开阶段与威尔逊旋回中的浅水台地型边缘海阶段对应。阿尔布早期，随着伸展、下沉作用的增强，海平面上升，盐盆消亡，发育了阿尔布期浅海台地相碳酸盐岩与半深海相泥屑灰岩。晚白垩世坎潘期—上新世，地壳大规模移离，并发生强烈向东倾斜、下沉，导致整个盆地形成向东倾斜的区域斜坡，岸外地区更加明显地下沉，形成开阔边缘海沉积。由下至上发育了坎潘期—马斯特里赫特期斜坡相碎屑浊积岩与古近纪以来的滨岸碎屑岩、浅海碳酸盐岩和深海页岩等台地-大陆坡深水沉积体系。
关于大坎普斯盆地的构造演化阶段也常简化划分为三个阶段，分别为早白垩世裂谷阶段、阿普特期过渡阶段和晚白垩世—新生代漂移阶段（被动陆缘演化阶段）（康洪全等，2018a；徐思维，2016），这一方案的推广应用也较普遍。
1.1.2重点区地层及构造演化特征
本书选定的作为重点研究区的桑托斯盆地形成在前寒武系结晶基底之上，位于巴西东南部海上大坎普斯盆地的*南端，面积约为33×104km2，水体*深处大于4km（武静等，2019；王颖等，2016）。桑托斯盆地属于典型的大西洋型被动大陆边缘盆地，形成于冈瓦纳大陆解体和自南向北的南大西洋两岸张开时期（程涛等，2018；陶崇智等，2013）。整个盆地走向北东-南西，西北-东南呈现出“三拗隆”的构造格局（图1.2），分别为西部拗陷带、西部隆起带、中央拗陷带、东部隆起带和东部拗陷带（DePaulaFariaetal.，2017；陈凯等，2016；康洪全等，2016）。中央拗陷带及东部隆起带均具有南宽北窄的特征，构造轴向呈北东向，中央拗陷带在桑托斯盆地宽度约为500km，往北在坎普斯盆地宽度为100～300km；东部隆起带在桑托斯盆地宽度为400～600km，往北在坎普斯盆地宽度为200～300km。
图1.2桑托斯盆地构造分区图
1.地层特征
由于早期强烈的岩浆活动，桑托斯盆地整个巴雷姆阶的裂谷期只钻遇岩浆岩，裂谷期*老的沉积地层为巴雷姆早期的盖诺提巴（Guaratiba）群，沉积地层时间跨度少于17Ma。桑托斯盆地的地层主要为白垩系和新生界，其地层柱状图如图1.3所示。
1）白垩系
坎博里乌（Camboriu）组：为陆相喷发玄武岩，直接沉积于结晶基底之上，与上覆地层PICA组呈不整合接触。
Camboriu组之上为冲积、河流相砾岩和砂岩夹潟湖相生物灰岩，*大厚度为1500m，向盆地方向埋深逐渐变大。由下至上发育PICA组、ITP组、BV组三套地层，其中PICA组和ITP组中深湖亚相泥页岩是盆地重要的烃源岩（Pereira and Feijó，1994），砂岩作为潜在的储层，埋深较大。本书重点研究对象ITP组介壳灰岩、BV组叠层石微生物灰岩为主要储层，与上覆Ariri组呈不整合接触，与下伏Camboriu组呈不整合接触。
图1.3桑托斯盆地地层柱状图
Ariri组：主要为盐岩和膏盐等蒸发岩，属于海陆过渡带潮上沉积环境。该组盐岩可以作为同裂谷期形成的储层的区域盖层，*大厚度为2500m。与上覆Florianopolis组和瓜鲁亚（Guaruja）组呈不整合接触。沉积主要局限于沃尔维斯—格兰德（Walvis Rio Grande）海岭以北的盆地西北部。
Florianopolis组（阿尔布期）：在盆地内缘发育，与下伏Ariri组和上覆Santos组呈不整合接触。向海渐变为Guaruja组碳酸盐岩、伊塔尼亚恩（Itanhaem）组陆棚和深海斜坡相沉积物，属于冲积环境沉积。*大厚度为4000m。
Guaruja组：为碳酸盐岩台地相鲕粒砂屑灰岩、生物碎屑灰岩、泥质灰岩和页岩，向海渐变为深水泥岩和页岩，在台地内部低能凹地沉积细粒潟湖相碳酸盐岩，*大厚度为2500m。该组是盆地重要的储集层，砂屑灰岩、泥质灰岩和页岩形成组内盖层。砂屑灰岩平均厚度为30m，孔隙度φ为8%～25%，渗透率k为1～1300mD。下Guaruja段底部由白云岩渐变为砂岩，沉积相为潟湖相、浅海相，化石主要有有孔虫、介形类、微型软体动物、海胆和海藻等。与上覆Itanhaem组呈整合-不整合接触，与下伏Ariri组呈不整合接触。
Itanhaem组：为页岩、粉砂岩、泥灰岩、砂屑灰岩和砂岩，沉积环境由浅海过渡到半深海。侧向渐变为Florianopolis组冲积相碎屑岩，*大厚度为1500m。该组页岩和泥灰岩是Guajira组碳酸盐岩储层的半区域盖层。与上覆伊塔加—亚苏河（Itajai-Acu）组呈整合接触，与下伏Guaruaja组呈整合-不整合接触。
Santos组：为冲积扇、辫状河三角洲相砾岩和岩屑砂岩，夹页岩和粉砂岩，侧向渐变为朱瑞亚（Jureia）组台地相碎屑岩，*大厚度为2700m。与上覆马兰巴尼亚（Marambaia）组和伊瓜佩（Iguape）组呈不整合接触，与下伏Florianoplis组呈假整合接触。
Itajai-Acu组：为深海陆棚相厚层页岩、泥岩和粉砂岩夹少量砂岩，*大厚度为2000m，向陆渐变为Jureia组台地相碎屑岩。该组页岩是盆地的烃源岩，同时也是组内盖层，其中伊利亚贝拉（Ilhabela）段夹层状浊积砂岩，具细-粗粒结构、中等-差的分选性、成熟组分，一般粒级向上变细（Sombra et al.，1990），具有不完整的鲍马序列Tb-c段和Tb-e段，该段是桑托斯盆地的重要储层。与上覆Marambaia组呈整合接触，与Itajai-Acu组呈不整合接触，与下伏Itanhaem组呈不整合接触。
Jureia组：为砂岩和页岩，属于海陆过渡和浅海沉积环境，*大厚度为2000m。该组砂岩为盆地储层，而页岩可以作为其盖层。与上覆Marambaia组呈不整合接触。
2）新生界
Marambaia组：为厚层页岩、泥岩夹砂岩，属于深海斜坡和深海陆棚沉积环境。侧向渐变为Iguape组碳酸盐岩台地相沉积物，*大厚度为2700m。与下伏Itajai-Acu组呈整合接触。该组的页岩同为烃源岩和组内盖层，砂岩为储层。
Iguape组（夏特阶—皮亚琴察阶）：为碳酸盐岩台地相生物碎屑砂屑灰岩和泥质灰岩，夹页岩、粉砂岩、泥灰岩和砾岩，向海逐渐变为深水Marambaia组沉积物。与下伏Santos组和Jureia组呈不整合接触，与上覆塞佩蒂巴（Sepetiba）组呈整合接触。
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