重力导数滤波与残余大地水准面在尼日利亚东南阿南布拉盆地地壳变形研究中的联合应用及油气指示意义

本研究通过联合应用重力导数滤波（First-/Second-order Vertical/Horizontal Derivatives）和残余大地水准面（Residual Geoid）技术，揭示了尼日利亚阿南布拉盆地N-S/NW-SE/NE-SW向断裂系统及挤压-伸展构造域，发现高角度断层、地垒-地堑控制沉积分布，结合GRACE卫星布格重力异常（Bouguer Anomaly）与Airy-Heiskanen均衡模型，证实盆地东北部存在地壳减薄区，为油气藏勘探提供重要构造依据。

　　

在非洲大陆西缘的尼日利亚阿南布拉盆地，长期存在一个地质谜题：这个与尼日尔三角洲毗邻的沉积盆地，为何会同时出现强烈的地壳抬升与沉降现象？传统地震勘探受限于成本和技术，难以全面揭示盆地的深部构造特征。更棘手的是，盆地内复杂的断裂系统如何控制油气运移和聚集，始终是困扰勘探者的关键问题。

针对这些挑战，来自尼日利亚的研究团队在《Journal of African Earth Sciences》发表了一项创新研究。他们另辟蹊径，采用空间大地测量学与重力场分析的交叉方法，通过GRACE卫星获取的全球重力场模型（Global Gravitational Model），结合Airy-Heiskanen均衡理论（Isostatic Model），构建了一套多尺度构造解析体系。这项研究首次将倾斜角-θ角相关图（TTAC）与残余大地水准面异常（Residual Geoid Anomaly）联合应用于该盆地，揭示了传统地球物理手段难以捕捉的深部变形特征。

研究团队运用三大关键技术：首先基于截断水平板模型（Truncated Horizontal Plate Model）计算布格重力异常（Bouguer Anomaly）的一阶/二阶垂向/水平导数（First-/Second-order Derivatives）；其次通过均衡校正获得残余大地水准面；最后创新性地将膨胀推力（Swell Push Force）与构造应力场耦合分析。这些方法突破了传统重力解释的局限，实现了从区域构造背景到局部断裂系统的多尺度解析。

Bouguer重力异常与高程图

数据显示盆地可分三个特征区：SE-SW区呈现-12至-4 mGal的强负异常，对应厚层沉积序列；NE区出现+0.95至+30 mGal正异常，揭示地壳减薄；过渡区则显示基底不均匀性。这种"三明治"式结构暗示了裂谷作用（Rift-related Tectonics）的残余影响。

重力导数揭示的地壳变形

垂向导数异常清晰地勾勒出Abakaliki背斜带（Anticlinorium）的N-S向挤压构造，而水平导数则识别出NW-SE向的走滑断裂系统。特别值得注意的是，倾斜角导数在Mamu组（Maastrichtian）与Awgu组（Coniacian-Turonian）地层边界检测到高角度逆冲断层，这些构造可能成为油气运移的优势通道。

残余大地水准面的构造指示

研究发现大地水准面隆起与重力高异常区空间耦合，指示NE侧存在地幔上涌导致的动态地形（Dynamic Topography）。结合膨胀推力模型，证实该区现今仍受SW向水平挤压，这与西非克拉通（West African Craton）与中非造山带（Central African Orogenic Belt）的远程应力传递有关。

结论与意义

这项研究建立了阿南布拉盆地"三层"变形模型：浅部受沉积负载（Sedimentary Loading）控制，中部由高角度断层主导差异沉降，深部则反映地幔对流引起的基底隆升。特别重要的是，在Nsukka-Ajali-Mamu沉积序列中识别出的"压缩-伸展转换带"，为油气圈闭（Hydrocarbon Traps）预测提供了新指标。尽管卫星重力数据分辨率有限，但该方法为缺乏密集地震勘探资料的非洲含油气盆地提供了经济高效的构造评估方案，对理解几内亚湾（Gulf of Guinea）被动大陆边缘的构造演化具有范式意义。