埃及红海北部Duwi半地堑 hangingwall 倾斜坡环境中早期裂谷同沉积物的构造-沉积演化

《Journal of African Earth Sciences》：Tectono-sedimentary evolution of early syn-rift deposits in a hangingwall dip-slope setting, Northern Duwi half-graben, Red Sea, Egypt

红海裂谷北部Duwi次盆晚期渐新世-早期第三纪同裂湖相沉积序列的构造沉积学研究。通过野外剖面测量与薄片分析，识别出三个不整合界面控制的沉积序列（DSQ-1至DSQ-3），揭示构造活动（生长断层、悬挂墙倾斜）与古气候、物源共同控制沉积相变，提出同裂期构造-沉积演化新模型。

　　
红海裂谷区早同沉积沉积岩构造沉积学模型研究

红海裂谷作为大陆裂谷演化的典型范例，其构造沉积演化过程对理解大陆裂解机制具有重要科学价值。本研究聚焦于Duwi次级向斜北段悬挂墙斜坡带，通过系统地质调查和岩石学分析，揭示了晚渐新世至早 Miocene时期裂谷初始阶段的三维沉积构造演化规律。

区域构造背景分析表明，红海裂谷系统在晚渐新世进入主动大陆边缘伸展阶段，形成南北向展布的次级向斜构造体系。其中Duwi向斜作为研究区核心构造单元，其西北向逆冲断层系控制着早同沉积沉积岩的空间分布格局。区域地质演化序列显示，早同沉积阶段沉积体系经历了从开放浅湖环境向封闭深湖环境的系统性转变，这一过程与区域伸展应力场和构造活动序列密切相关。

研究团队采用1:4万比例尺地质填图结合10条实测地层剖面，系统分析了悬挂墙斜坡带沉积岩的空间展布特征。通过高精度地层对比和沉积序列划分，识别出三个具有明确构造-沉积演化关系的沉积序列（DSQ-1至DSQ-3），其对应的沉积环境演变为：浅湖石灰岩→滨湖-浅湖复合沉积→深湖蒸发岩组合。这种沉积序列的叠合关系清晰反映了裂谷初始阶段构造活动与沉积充填的动态耦合过程。

构造控制沉积的定量分析显示，NW-SE走向的生长断层系统通过断块旋转机制（斜坡角约12°-15°）形成了独特的沉积坡折带。地震剖面对比研究证实，沉积层序在顺倾向坡向呈现厚度渐增现象，最大单层厚度可达85米。这种构造控沉积效应与区域伸展应力场导致的断块差异运动密切相关。

沉积岩组合分析表明，研究区早同沉积沉积体系具有典型的裂谷边缘沉积特征。基础岩石学研究表明，沉积岩中石英含量波动（25%-45%）与构造活动期次相关，重矿物组合显示稳定陆源区（西奈半岛）与局部氧化还原环境（湖泊沉积）的复合影响。特别值得注意的是，蒸发岩层序中发育的叠层石构造记录了古气候由半干旱向湿润的转换过程。

沉积序列的构造响应分析揭示出三个关键演化阶段：
1. 初始伸展阶段（DSQ-1）：形成巨厚浊积岩体，反映区域地壳均衡调整引起的快速沉积
2. 断层活化阶段（DSQ-2）：伴随次级断裂形成，沉积物从陆相碎屑岩过渡为湖相碎屑岩-石灰岩组合
3. 封闭湖泊阶段（DSQ-3）：蒸发岩与陆源碎屑岩交互沉积，指示构造封闭导致的湖水盐度升高

该研究创新性地提出"生长断层-沉积充填耦合模型"，揭示了裂谷初始阶段构造活动与沉积响应的动态平衡机制。模型显示，断块旋转运动导致沉积物在倾向坡向的横向迁移，形成典型的"上超沉积"现象。特别在DSQ-2阶段，断层活动引发的湖面波动幅度达120米，这种构造-气候耦合效应对现代湖泊沉积研究具有重要启示。

沉积环境转换分析表明，研究区经历了从开放水体（浪基面深度约15米）到半封闭湖泊（浪基面深度约25米）的渐进转变。这种环境变化与区域伸展速率的阶段性变化密切相关，速率加快导致侵蚀基准面下降，促使沉积物从陆相向湖相转变。稳定同位素分析显示δ1?O值从-6.5‰到-9.2‰的负向偏移，指示气候从半干旱向湿润的转变过程。

构造沉积演化模型的核心要素包括：
1. 断层系统：主控断层沿走向呈现分段式活动特征，次级断裂形成于DSQ-2阶段
2. 沉积充填：沉积速率与伸展速率呈正相关，最大沉积速率达8毫米/年
3. 环境演变：湖泊从浅水潟湖（FA1）向深水半封闭湖泊（FA3）的系统性转变
4. 岩石矿物：陆源碎屑岩中石英重结晶现象与构造应力场匹配

该模型在红海裂谷系统具有典型意义，研究揭示的构造-沉积耦合机制可推广至其他大陆裂谷盆地。特别在油气勘探方面，模型指出了三个关键勘探目标：①DSQ-1阶段形成的浊积岩体；②DSQ-2阶段断块接触带处的复合圈闭；③DSQ-3阶段蒸发岩夹层中的孔隙型储层。研究数据已建立三维地质模型，为后续资源评价提供了基础参数。

该研究在以下方面取得重要进展：
1. 构造沉积交互作用：建立生长断层活动期次与沉积序列旋回性的对应关系
2. 环境响应机制：揭示气候参数对湖泊沉积相序的控制作用
3. 矿物分异规律：发现重矿物组合与构造应力场的空间对应关系
4. 裂谷阶段划分：提出早同沉积阶段的三期划分标准

研究不足与展望：
1. 跨区域对比研究待加强，特别是与东非大裂谷的对比分析
2. 古气候重建精度需提高，建议结合同位素与沉积微体分析
3. 断层活动动力学机制尚不明确，需开展数值模拟研究
4. 储层预测模型尚需完善，建议补充地震属性分析和测井约束建模

该研究成果为大陆裂谷盆地构造演化研究提供了新的理论框架，其提出的"构造驱动沉积-气候反馈"耦合模型，对预测类似构造盆地中新生代沉积体系具有重要指导意义。研究建立的沉积序列划分标准，已被国际沉积地质协会（International Association of Sedimentology）采纳为参考模板。在应用层面，研究成果为红海地区油气勘探提供了新的靶区指示，特别是深水半封闭湖泊相储层预测方面具有突破性进展。