第1章东非裂谷盆地区域地质概况
1.1地理概况
东非裂谷是研究板块构造运动学和动力学的天然场所。自20世纪80年代以来，学术界普遍认为东非裂谷是处于威尔逊旋回萌芽阶段的典型陆内裂谷（Chorowicz，2005)，尤其是东支北段埃塞俄比亚（Ethiopia)裂谷，普遍认为其是由地幔柱上拱而形成的主动裂谷(Corti，2012)。东非裂谷整体始于红海及亚丁湾南部的阿法尔地区，受古构造带和边界断层控制（AanyuandKoehn，2011；Morley，2010)，自北向南依次发育（Simonetal.，2017；Chorowicz，2005)，南至马拉维湖(LakeMalawi)，全长约为3500km(图1.1)。
东非裂谷发育至肯尼亚（Kenya)北部时，受坦桑尼亚克拉通的阻挡，自北向南分为东支、西支。其中，西支裂谷自晚中新世以来，受东西向区域伸展应力作用，沿太古宙克拉通边缘呈近南北向“弧形”较连续展布，裂谷段内湖深崖陡，一系列大型断裂控制西支裂谷整体形态（图1.1)。西支裂谷火山活动少、沿裂谷带零星分布，主要发育于构造转换带内（Corti，2004)；西支地震活动频繁且强度大，地震震源较深（30～40km)，表明西支裂谷为早期形成于低温脆性的大陆地壳内、受深大断裂控制的年轻裂谷，整体表现为壳幔耦合关系较好的贫岩浆窄裂谷特征（Brune，2016)，西支裂谷也被普遍认为是典型的新生被动大陆裂谷（Morley，2020，1999)。西支裂谷共发育阿伯丁湖（LakeAlbertine)、基伍湖（Lake Kivu)、坦噶尼哮湖（Lake Tanganyika)等7个凹陷湖泊（郭曦泽和侯贵廷，2014)，以湖泊为地貌特点，凹陷面积约为12.4万km2。坦噶尼喀湖南北长度为670km，东西宽度为40～80km，是世界上*狭长的湖泊，平均水深为1130m，仅次于俄罗斯的贝加尔湖，是世界第二深湖（朱伟林等，2013)。
相对而言，东支裂谷形成时间早且火山活动、裂谷活动频繁，裂谷发育过程复杂。从地貌特征上看，东支裂谷分散发育于“两髙夹一低”的地貌单元内。相应地，东支裂谷整体分为三段：北段埃塞俄比亚裂谷相对连续，北东向切穿埃塞俄比亚髙原；中段图尔卡纳地区发育图尔卡纳湖（LakeTurkana)等一系列平行或亚平行的东西向排列、南北向展布的较宽裂谷带；南段肯尼亚裂谷南北向窄带状切过东非高原，至肯尼亚南端，裂谷呈北西向和北东向马尾状散开（图1.1)。东支裂谷除图尔卡纳湖外，多个小湖呈零星点状分布，水深普遍浅于西支裂谷。东支裂谷段内火山活动频繁且经历多个剧烈活动时期，裂谷活动多伴随或晚于火山活动发育(Morley，1999)。整体上，东支裂谷受前寒武纪基底先存构造控制，为始新世一渐新世以来受阿法尔地幔柱和肯尼亚地幔柱上拱作用影响形成的主动裂谷(Corti，2012)。
1.2大地构造背景
东非裂谷的发育演化过程与基底差异性（基底先存构造)、地幔柱作用和板块长期构造活动密切相关（Koptev et al.，2016；Koehn et al 2008)[图1.2、图1.3(Cortietal 2007)]。
首先，盆地沉积作用受克拉通周缘造山带的影响，相比于多期变质作用形成稳定的克拉通，活动带上更易形成裂谷，东非裂谷现今各段均发育于早期构造带上。其次，新生代裂谷的发育受阿法尔地幔柱、肯尼亚地幔柱活动的影响，其中南部肯尼亚地幔柱活动时间为45Ma(张燕等，2017;郭曦泽和侯贵廷，2014;温志新等，2012)，北部阿法尔地幔柱活动时间为31Ma，地幔柱活动不仅形成了高海拔地貌的埃塞俄比亚高原和东非肯尼亚高原，也使岩楽侵入岩石圈，快速的岩楽侵入作用产生加热及热蚀作用，降低岩石圈强度，*终引发大陆裂解(Brune，2016)。*后，三大板块——阿拉伯半岛板块、努比亚（Nubia)板块和索马里（Somalia)板块的长期活动为裂谷的形成提供了动力，阿拉伯半岛板块的北东向运动造成了红海、亚丁湾及阿法尔槽的*终三叉裂谷特征，努比亚板块和索马里板块的东西向运动打开了东非裂谷（Morley，1999)。
1.2.1区域基底构造特征
众所周知，大陆岩石圈的破裂受其原有结构控制，在东非裂谷的演化过程中表现明显(Chorowicz，2005)。东非裂谷作为岩石圈尺度的大型裂谷系统，早期构造活动形成的岩石圈尺度，如造山带和缝合带等，易形成构造软弱带，将被优先激活形成裂谷（Corti，2009；Corti et al.，2007；Meert and Lieberman，2008)。
在构成非洲南部的5个太古宙克拉通中，有两个在东非裂谷活动中起着重要作用，即赞比亚克拉通和坦桑尼亚克拉通。两者均由片麻岩组成，并伴有相关的基性岩石和超基性岩石。寒冷坚硬的克拉通地壳厚度可能达到50～60km。这些克拉通的存在控制着大规模的裂谷结构。东非裂谷在整体南北向发育过程中，均明显避开了太古宙克拉通，其中西支裂谷围绕坦桑尼亚克拉通西部边缘发育，东支裂谷则沿坦桑尼亚克拉通东部边缘发育，且主要发育在新元古代末泛非洲事件形成的莫桑比克造山带内（Koptev et al.，2016；Meert and Lieberman，2008)。
1.2.2区域地幔柱作用
Chorowicz(2005)认为地幔柱上拱活动形成东非地区显著的埃塞俄比亚穹隆和肯尼亚穹隆。多名学者通过对东非裂谷东支火成岩进行地球化学分析，均证实了古近纪火成岩来自始新世_渐新世以来的肯尼亚地区和埃塞俄比亚地区的地幔柱活动（Meshesha and Shinjo，2008)。Civiero等（2014)利用深部地震纵波和地震横波联合建立速度模型，推测东非地区上地幔先后发育多个小型地幔柱，小型地幔柱的存在加剧了东非地区复杂的火山活动和裂谷活动(Furman，2007；Furman et al.，2006)。
东非裂谷东支和西支地幔柱活动存在明显差异，Koptev等（2016)利用横波层析成像，建立了东非地区地幔柱作用和较弱远程伸展应力联合作用下的裂谷演化模型。从模型推测出西支裂谷地幔柱影响较弱，在其作用下西支裂谷表现为早期地壳破裂阶段；东支裂谷地幔柱持续作用，导致部分地区表现为晚期岩石圈破裂阶段（如埃塞俄比亚裂谷北段)。
地幔柱作用在大陆裂谷形成乃至岩石圈破裂过程中是否为主控因素仍存在争议。近期研究认为地幔柱活动在岩石圈早期破裂过程中只起辅助作用（Niu，2020)，地幔柱的撞击对主动裂谷带岩石圈起加热和热蚀作用，并能降低岩石圈强度，有助于诱发*终大陆裂解(Niu，2020；Brune，2016)。
1.3区域地层概况
东非裂谷是典型的新生代裂谷盆地，发育自始新世以来各个时期的地层，但不同凹陷又有所差异。整体来看，东非裂谷西支形成较晚，主要发育自中新世以来各个时期的地层，东非裂谷东支各个凹陷发育的地层也存在一定差异。
1.3.1东非裂谷东支重点凹陷层序地层格架特征
1.南洛基查尔陷
南洛基查尔凹陷位于图尔卡纳湖西南侧，凯里奥（Kerio)凹陷西侧，平面上呈南北向伸长的椭圆状，面积约为3000km2，在东支裂谷系中，该凹陷裂陷时间较早，受边界断层和火山活动的控制，整体呈西陡东缓的半地堑结构（贾_等，2018)。该凹陷发育5个三级层序，*下部层序对应渐新统洛佩罗特（Loperot)组，向上依次对应下中新统洛肯(Lokhone)组、中中新统奥沃威尔（Auwerwer)组、上中新统和上新统。其中，下中新统洛肯组和中中新统奥沃威尔组*为发育，地层厚度大，总体呈南西向向北东向减薄的趋势;渐新统洛佩罗特组地层厚度次之；上中新统和上新统地层厚度总体较薄，且由于后期构造抬升，遭受了不同程度的剥蚀。钻井揭示，渐新统洛佩罗特组以砂岩、粉砂岩和泥岩为主，砂岩较致密；下中新统洛肯组分为两段，下段以砂岩、粉砂岩和泥岩组合为主，含砂率高，上段以灰色、深灰色泥岩为主，是重要的烃源岩层段；中中新统奥沃威尔组地层厚度大，以砂岩、粉砂岩和泥岩组合为特征，为中等-好储层。南洛基查尔凹陷各个地层单元残存地层厚度总体呈现西南厚东北薄的特点，反映了边界断层活动对地层沉积的控制作用。
2.凯里奥K陷
凯里奥凹陷位于南洛基查尔凹陷东侧，平面上呈近南北走向的倒三角状，面积约为2600km2，受边界断层和火山活动控制，整体呈西陡东缓的半地堑结构（胡滨等，2019b)。该凹陷发育5个三级层序，自下而上依次对应渐新统、下中新统、中一上中新统、上新统和更新统。尽管该凹陷发育较早，后期也发生了抬升剥蚀，但相比南洛基查尔凹陷，凯里奥凹陷上部地层遭受破坏、剥蚀程度低。钻井揭示，渐新统以火山碎屑岩夹泥岩为特征，反映了裂陷初期强烈火山构造活动的特点；下中新统以粗碎屑砂岩沉积为特征，成分成熟度很低；中中新统和上中新统，湖盆发育显著，总体以砂岩、粉砂岩和泥岩组合为特征，且泥质含量明显较下伏地层高；上新统也基本以砂岩、泥岩组合为主。
3.图尔卡纳D3陷
图尔卡纳凹陷位于东支裂谷系中段，南洛基查尔凹陷的东北部，凯里奥凹陷的北部，近似南北走向，面积约为6800km2，为不对称的半地堑结构（胡滨等，2019c)。图尔卡纳凹陷主要发育三个三级层序，自下而上对应上中新统、上新统和更新统，三套地层单元厚度中心的侧向迁移总体位于阶梯式断层的第二台阶的下盘，垂向上伴随地层变新，地层厚度呈增大趋势。钻井掲示，图尔卡纳凹陷火成岩发育相对较少，主要发育在上中新统底部和上新统底部，厚度也明显较南洛基查尔凹陷和凯里奥凹陷的火成岩厚度薄；砂岩、泥岩沉积占据优势，层序内总体呈垂向加积的叠置特点，反映了稳定的构造沉降和充足的物源供给的特点。
4.凯里奥山谷凹陷
凯里奥山谷(Kerio Valley)四陷位于东支裂谷系南段，宽度约为15km，长度约为60km，面积约为1000km2，总体呈半地堑结构，凹陷东部遭受抬升剥蚀（胡滨等，2018a)。该凹陷发育5个三级层序，自下而上分别对应下中新统、中中新统、上中新统、上新统和更新统。各套地层单元厚度自西向东逐渐减薄，厚度中心总体位于边界断层下盘，因后期构造掀斜作用，该凹陷东侧各套地层单元均遭受了不同程度的剥蚀。但根据残存地层厚度侧向变化趋势，推测凯里奥山谷凹陷在同沉积期应该属于相对宽缓的半地堑，地层充填受西侧边界断层控制显著。
5.北洛基查尔凹陷
北洛基查尔（NorthLokichar)凹陷位于东支裂谷系中段，南洛基查尔凹陷的北部，平面上呈近似南北伸长的椭圆状，剖面上总体呈不对称的地堑结构（Boone et al.，2018a)。北洛基查尔凹陷的发育时间明显晚于南洛基查尔凹陷，主要发育4个三级层序，自下而上依次对应渐新统+下一中中新统、上中新统、上新统和更新统。中新世沉积地层厚度侧向变化不大，呈现对称地暂特征；至上新世，西侧边界断层活动显著增强，地层厚度自西向东逐渐减薄，厚度中心总体位于边界控沉积断层的下盘，且地层厚度*大，接近该凹陷地层厚度的一半；至更新世，断层活动减弱，地层厚度侧向变化平缓，总体呈西厚东薄的宽缓的楔形形态。各构造期残存地层厚度侧向变化总体比较平缓，厚度等值线间距大致相当，反映了侧向均匀变化的特点。
6.楚拜亥凹陷
楚拜亥（ChewBhair)凹陷形成于晚上新世，*大沉积厚度约为4600m，平面上总体呈“S”形，剖面上凹陷南部总体呈对称的地堑结构，凹陷北部呈西断东超的半地堑结构。楚拜亥凹陷自下而上发育三个三级层序，分别对应上中新统、上新统和更新统，其中上新统地层厚度*大，代表了凹陷的主体充填层系。钻井揭示，楚拜亥凹陷上中新统火山溢流沉积较为发育，间夹湖相泥质沉积；上新统和更新统以砂岩、泥岩沉积为主，砂岩粒度总体较细，以中-细砂岩为主，但成分成熟度较低，反映了近源、强水动力快速堆积的特点。
1.3.2东非裂谷西支阿伯丁凹陷地层分布特征
东非裂谷西支，除鲁夸（Rukwa)凹陷在渐新世短暂发育、之后抬升间断外，马拉维(Malawi)凹陷和阿伯丁凹陷均是在中
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