中國(guó)前陸盆地結(jié)構(gòu)與演化

中國(guó)前陸盆地結(jié)構(gòu)與演化

1大陸拼接合后的構(gòu)造變形特點(diǎn)中國(guó)大陸的復(fù)雜板塊結(jié)構(gòu)和發(fā)展歷史。古板塊構(gòu)造階段具有小而分散的特點(diǎn),并經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)。大陸拼合后受周緣板塊運(yùn)動(dòng)的影響,又表現(xiàn)出多期的陸內(nèi)造山與成盆作用。因此,小陸塊拼合、多旋回演化和強(qiáng)烈的陸內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)性構(gòu)成了中國(guó)板塊構(gòu)造演化的總體特征。1.1中國(guó)大陸的古板塊960×104?km2的中國(guó)大陸是由許多中小型陸塊和縫合帶拼接而成的。在地史演化過程中,以中朝、揚(yáng)子、塔里木3個(gè)大板塊為核心,集合數(shù)十個(gè)微板塊或地塊,經(jīng)過漫長(zhǎng)的地史歲月逐漸拼合形成(圖1)。組成中國(guó)大陸的古板塊的規(guī)模,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于北美板塊和歐洲板塊。中國(guó)最大的中朝板塊的面積只有北美板塊的6%,歐洲板塊的14%。中國(guó)各個(gè)古板塊面積的總和也只有北美板塊的33%。因此,國(guó)內(nèi)外許多構(gòu)造學(xué)者稱中國(guó)的古板塊為地塊或地體。由于中國(guó)古板塊的規(guī)模小,使得中國(guó)大陸構(gòu)造的演化以穩(wěn)定性差、活動(dòng)性強(qiáng)為特征。1.2中國(guó)古板塊運(yùn)動(dòng)史重建中國(guó)古板塊在長(zhǎng)期的演化過程中具有多期的活動(dòng)性。中國(guó)大陸由中朝、揚(yáng)子、塔里木3個(gè)古板塊為核心組成,演變歷史異常復(fù)雜,不僅在板塊形變上遭受多期改造和變形疊加,而且在沉積建造上形成多種沉積相的巖石,并經(jīng)受了后期改造作用。古板塊演化階段中國(guó)大陸基本上是處在岡瓦納和勞亞古陸之間,具有小而分散的特點(diǎn)。在前寒武紀(jì)9個(gè)主要陸塊的基礎(chǔ)上,顯生宙分裂成39個(gè)塊體。這些塊體總體上沒有大幅度的漂移和轉(zhuǎn)動(dòng),但都經(jīng)歷了多期、復(fù)雜的構(gòu)造變動(dòng)。中國(guó)大陸從晚元古代到第三紀(jì),可劃分為興凱、加里東、海西、印支、燕山和喜山6大構(gòu)造旋回。中國(guó)古板塊運(yùn)動(dòng)史重建表明,中國(guó)古板塊的演化分為離散、靠攏和會(huì)聚3個(gè)大的階段(圖2)。離散階段又分為興凱和加里東兩個(gè)時(shí)期。興凱期(800~510Ma)為大洋擴(kuò)張期。這時(shí)期的板塊運(yùn)動(dòng)以離散為主,且多數(shù)板塊分布在赤道附近。加里東期(510~407Ma)的板塊運(yùn)動(dòng)整體上呈現(xiàn)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),在保持?jǐn)U散的狀態(tài)下,在西南表現(xiàn)出會(huì)聚,華夏與揚(yáng)子板塊拼合。靠攏階段主要發(fā)生在海西時(shí)期。早海西時(shí)期(407~320Ma)表現(xiàn)為大陸會(huì)聚,中國(guó)的陸塊基本上處于靠攏狀態(tài),祁連洋與西拉木倫洋閉合。晚海西期(320~250Ma)為超級(jí)大陸形成與泛太平洋時(shí)期,北方陸塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn),華南陸塊向東北方向漂移與北方陸塊拼合。會(huì)聚階段分為印支、燕山和喜山3個(gè)時(shí)期。印支時(shí)期(250~200Ma)全球板塊運(yùn)動(dòng)又一次加速,華北陸塊開始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),與華南陸塊拼合,古特提斯洋閉合,中特提斯洋開始擴(kuò)張。燕山期(200~80Ma)為大陸擴(kuò)張時(shí)期,板塊運(yùn)動(dòng)又一次加速。蒙古大洋的擴(kuò)張時(shí)間為220~150Ma,在150~80Ma完成閉合。東亞在208~160Ma間為擠壓拼貼,160~110Ma間表現(xiàn)為剪切,此時(shí)的太平洋和印度洋擴(kuò)張。喜山期(80~0Ma)的重要特征是大陸會(huì)聚,印度板塊快速北上,與歐亞大陸碰撞、拼合。亞洲大陸的南緣和東緣擴(kuò)張。1.3構(gòu)造活動(dòng)對(duì)成盆環(huán)境的影響中國(guó)大陸板塊在古生代末和中生代早期完成拼合,形成造山帶圍繞穩(wěn)定地塊的鑲嵌結(jié)構(gòu)。印支運(yùn)動(dòng)以后班公-怒江帶以北的大陸連成一片。中國(guó)的大陸是由一些小克拉通,眾多微陸塊和造山帶組合而成的復(fù)合大陸。這一特征使得中國(guó)大陸在完成拼合后,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的陸內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)性。中國(guó)大陸內(nèi)部強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)受控于周緣板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。受后者影響,這種構(gòu)造活動(dòng)表現(xiàn)出時(shí)間與空間的規(guī)律變化。對(duì)中國(guó)大陸內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)和成盆環(huán)境有重要影響的主要有以下3次大的板塊間運(yùn)動(dòng):①蒙古-鄂霍次克洋從晚三疊世開始至早白堊世期間一直在擴(kuò)張,受其影響,中國(guó)大陸北部自西向東發(fā)育了一系列的侏羅-白堊紀(jì)斷陷盆地,如酒西、銀根-額濟(jì)納旗、二連,蒙古的東戈壁、海拉爾、松遼等盆地。鄂霍次克洋晚白堊世末發(fā)生自西向東的關(guān)閉,使得這些盆地的發(fā)育表現(xiàn)出自西向東的遷移規(guī)律。②印度板塊的俯沖、碰撞和擠壓作用使得青藏高原快速隆升,在中國(guó)中、西部形成大型擠壓坳陷盆地。③中國(guó)大陸東緣受太平洋板塊強(qiáng)烈俯沖影響,穩(wěn)定的華北地塊解體,形成多個(gè)裂谷盆地帶。周緣板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得拼合的中國(guó)大陸板內(nèi)活動(dòng)強(qiáng)烈,表現(xiàn)陸內(nèi)造山與大型內(nèi)陸坳陷盆地的發(fā)育,特別喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),使得中西部的山脈急劇隆起,并在山前堆積了巨厚的磨拉石沉積,形成了具中國(guó)特色的前陸盆地。2控制水池的作用2.1巖石學(xué)和沉積特征中國(guó)古生代沉積以海相為主,多發(fā)育克拉通盆地,但因克拉通規(guī)模小,活動(dòng)性強(qiáng),經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次多,不整合面非常發(fā)育,地層層序發(fā)育不全,間斷時(shí)間長(zhǎng),早期剝蝕厚度巨大。(1)古生代板塊多為漂移在古大洋上的離散小板塊,成盆與成烴控制因素異大于同。受小塊體、多動(dòng)癥的構(gòu)造背景控制,中國(guó)的古生代克拉通盆地,不具典型的克拉通盆地特征。由于古生代盆地發(fā)育在大小不同的小陸塊上,其間為具洋殼的海槽相隔,盆地具有不同的演化特征,差異大于共性。(2)多次拼接與匯聚,使得板內(nèi)坳陷或裂陷沉積的海相烴源巖成為有效烴源巖的主體?？死ㄟ吘壱园l(fā)育陸緣裂陷為特征,其沉積物于加里東和海西發(fā)生褶皺,或被從陸塊邊緣截去,或被卷入造山帶中?？死▋?nèi)坳陷沉積厚度巨大,可達(dá)萬米以上,構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈。(3)古生代盆地形成早,受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和盆地疊加發(fā)行的影響嚴(yán)重,保存條件成為油氣賦存的決定性因素。華北地區(qū)東部受地臺(tái)活化和裂陷深埋影響,成藏條件變差;華南地區(qū)后期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,于油氣藏保存不利。古生代海相油氣較有利的地區(qū)是構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定,保存條件較好的3大地區(qū),即塔里木盆地、鄂爾多斯盆地和四川盆地。2.2莫霍界面和殼內(nèi)低頻層古生代末期以后,中國(guó)分散的陸塊全面拼接,形成了陸塊與拼接造山帶鑲嵌而成的統(tǒng)一大陸。中國(guó)大陸是一個(gè)由一些小克拉通、眾多微陸塊和造山帶組合成的復(fù)合大陸,其地殼具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。中國(guó)大陸的造山與成盆作用大多不是巖石圈板塊構(gòu)造作用的直接結(jié)果,而是大陸殼的薄皮板塊構(gòu)造作用的結(jié)果。莫霍面和殼內(nèi)低速層在中國(guó)的沉積盆地和陸內(nèi)造山帶形成演化中起著重要的作用,形成了獨(dú)具特色的中、新生代陸相沉積盆地。中國(guó)東部與西部的中、新生代陸相盆地具有完全不同的地球動(dòng)力學(xué)背景。中國(guó)東部受濱太平洋構(gòu)造域的影響,原來的穩(wěn)定地區(qū)發(fā)生構(gòu)造-巖漿活化作用。先是在中生代因褶皺隆起形成萎縮的陸相殘留盆地,繼而在新生代形成裂谷盆地。中國(guó)西部則主要受控于特提斯洋關(guān)閉時(shí)的洋殼向北俯沖以及印度板塊與歐亞大陸碰撞及其后向北推擠的遠(yuǎn)程構(gòu)造效應(yīng),形成了以陸內(nèi)坳陷和山前及山間坳陷為特征的陸相沉積盆地。中國(guó)中部的鄂爾多斯和四川盆地因處于中國(guó)東部和西部?jī)纱髽?gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)換部位,形成了大型陸內(nèi)坳陷盆地。2.3不同類型盆地的油氣運(yùn)聚特征多旋回的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和多期次的盆地疊加使得中國(guó)的沉積盆地多具疊合盆地的特征(圖3)。塔里木、鄂爾多斯和四川是奠基于震旦—古生代沉積之上的多旋回疊合盆地,東部的松遼、江漢、蘇北-南黃海等盆地是燕山造山期后的裂谷盆地,渤海灣則是新生代的裂谷盆地,在這些盆地之下往往發(fā)育著中生代甚至古生代的殘留盆地。中國(guó)西部的準(zhǔn)噶爾、吐哈等則是海西造山期后的多旋回疊合盆地。中國(guó)的大多數(shù)含油氣盆地基本上都屬于疊合盆地。因此,原型盆地研究和恢復(fù)是十分重要的。原型盆地的研究主要包括盆地形成前的基底研究,盆地形成時(shí)的沉積體系、古氣候、盆地面貌與類型以及盆地形成機(jī)制研究和盆地形成后的改造與疊加分析。不同時(shí)期、不同類型的盆地具有不同的烴源巖的沉積與展布特征。早期盆地?zé)N源巖的油氣生成和運(yùn)聚不但依賴于自身盆地的發(fā)展,也受控于后期盆地的疊加與改造。現(xiàn)今盆地是最后一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,疊加于早期盆地之上。這種疊加既可以是一種連續(xù)的繼承性質(zhì),又可以是一種部分的繼承關(guān)系。而部分繼承實(shí)質(zhì)上是通過疊加切割到部分早期盆地而作為現(xiàn)今盆地油氣潛力的一部分。因此,盆地的疊加研究對(duì)油氣勘探具有十分重要的意義。盆地的疊合受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制,具有不同的樣式,涉及到盆地的類型、期次,以及盆地與盆地之間間隔時(shí)間等,疊合樣式不同對(duì)油氣潛力的影響也不同。繼承型疊合盆地:盆地自古生代以來連續(xù)沉積,海相克拉通盆地上疊合了中、新代陸內(nèi)坳陷盆地或前陸盆地,如塔里木盆地和四川盆地等。疊加型疊合盆地:古生代海相克拉通盆地沉積后,有過長(zhǎng)期的抬升和剝蝕,然后上疊了中、新生代的陸內(nèi)坳陷盆地或前陸盆地,如鄂爾多斯盆地等。改造型疊合盆地:海相克拉通盆地經(jīng)過構(gòu)造變動(dòng)和改造,上疊了中、新生代盆地,如渤海灣、南華北、江漢、蘇北-南黃海盆地等。2.4中國(guó)前陸盆地沖斷帶的構(gòu)造樣式中國(guó)及鄰區(qū)板塊構(gòu)造的特點(diǎn)決定了中國(guó)大陸的造山作用,并不是大洋盆消失后兩個(gè)巨型陸塊主體間的直接碰撞造山,而是極其復(fù)雜的陸塊邊緣間的軟碰撞造山。中國(guó)大陸的造山作用主要與板塊碰撞之后的大陸板塊內(nèi)的沖斷造山有關(guān),其特點(diǎn)決定了中國(guó)缺乏經(jīng)典的周緣和弧后前陸盆地類型。與國(guó)外典型前陸盆地具“二元”結(jié)構(gòu)不同,中國(guó)的前陸具“三元”結(jié)構(gòu)特征。早期被動(dòng)陸緣不發(fā)育,多以裂陷槽為特征;前陸盆地發(fā)育階段多以陸相為主;典型前陸盆地發(fā)育在二疊或三疊紀(jì)以前,經(jīng)過后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),多被改造和破壞;晚期的強(qiáng)烈擠壓疊加了巨厚的山前沉積。因此,中國(guó)的前陸盆地多被稱之為“類前陸盆地”或“前陸類盆地”。中國(guó)的類前陸盆地一般有3個(gè)演化階段(圖4)。①早期被動(dòng)陸緣不發(fā)育或被破壞;②中、新生代形成的前陸盆地,多為陸相沉積;③后期受造山帶復(fù)活影響,出現(xiàn)再生前陸盆地。受中國(guó)板塊構(gòu)造演化特征和前陸盆地類型影響,中國(guó)前陸盆地沖斷帶的構(gòu)造樣式可以分為蓋層滑脫型和基底卷入型,以及這兩類的復(fù)合類型(圖5)。蓋層滑脫型(薄皮型):主要發(fā)生在剛性克拉通與造山帶的結(jié)合地帶,基底剛性強(qiáng)、不易變形,變形主要發(fā)生在沉積蓋層中。平面推覆距離相對(duì)較大,變形較強(qiáng)烈,如庫車、川西和鄂爾多斯西緣前陸沖斷帶?；拙砣胄?厚皮型):主要發(fā)育在以古生界褶皺帶為基底的陸塊與造山帶間的過渡帶,基底剛性相對(duì)較弱,基底斷裂較發(fā)育,因此沿基底斷裂再活動(dòng)是其變形的主要形式。主要有基底卷入型疊瓦沖斷系和反轉(zhuǎn)式?jīng)_斷帶兩種組合樣式。前者如準(zhǔn)噶爾盆地西北緣沖斷帶,后者如酒泉盆地南緣和柴達(dá)木盆地北緣沖斷帶,主要與早期裂陷槽的反轉(zhuǎn)作用有關(guān)。薄皮-厚皮復(fù)合型:深部為基底卷入型斷彎背斜,淺層發(fā)生滑脫,形成斷展背斜,上下構(gòu)造不符,如準(zhǔn)噶爾南緣沖斷帶。3控制油和氣的作用3.1復(fù)雜的含油氣系統(tǒng)中國(guó)陸上盆地的疊合特征和構(gòu)造演化的多期多階段性,使得構(gòu)造帶與成藏階段之間的時(shí)空關(guān)系復(fù)雜,造成了復(fù)雜的油氣分布特征。國(guó)外經(jīng)典的含油氣系統(tǒng)研究多側(cè)重于對(duì)簡(jiǎn)單含油氣系統(tǒng)的描述和評(píng)價(jià),如單源一期成藏含油氣系統(tǒng)的描述。中國(guó)的多期、多類型疊合的盆地構(gòu)成了復(fù)雜的含油氣系統(tǒng)。即使是在中國(guó)東部的渤海灣盆地也普遍存在著多層系疊合和多生油中心(洼陷)復(fù)合的復(fù)雜含油氣系統(tǒng),中國(guó)陸相含油氣盆地具有多生儲(chǔ)蓋組合和多含油氣層系的特點(diǎn),加之?dāng)鄬邮职l(fā)育,含油氣井段長(zhǎng),在一個(gè)油區(qū)中有多個(gè)含油氣系統(tǒng),從基底到淺層都可以形成油氣藏。因此,簡(jiǎn)單的單源一期成藏含油氣系統(tǒng)的研究方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)中國(guó)復(fù)雜的含油氣地質(zhì)特征。國(guó)內(nèi)含油氣系統(tǒng)研究的焦點(diǎn)集中在復(fù)雜的含油氣系統(tǒng),如多源多期復(fù)合含油氣系統(tǒng)的描述和研究上。復(fù)合含油氣系統(tǒng)的研究符合中國(guó)復(fù)雜獨(dú)特地質(zhì)歷史和疊合盆地的特點(diǎn),也包括了復(fù)合含油氣系統(tǒng)的劃分、評(píng)價(jià)、相互關(guān)系及成藏模式和勘探方法。3.2多排逆沖構(gòu)造帶的組合中國(guó)類前陸盆地的演化特征使得其沖斷帶與成烴原型盆地展布呈平行、斜交和垂直型3種。平行型:這種組合關(guān)系以庫車前陸盆地為代表。庫車前陸盆地自三疊紀(jì)開始發(fā)育,逆沖推覆自山前向盆內(nèi)遞次推進(jìn),形成了現(xiàn)今多排逆沖構(gòu)造帶大致平行于烴源巖展布的組合特征。斜交型:這種組合關(guān)系以準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶為特征。主要的侏羅紀(jì)烴源巖受其原型盆地控制呈北西西向展布,而后期形成的多排沖斷帶,則大致呈東西向展布,與烴源巖呈交角關(guān)系。這主要與山前沖斷大斷裂的扭動(dòng)有關(guān)。垂直型:這種獨(dú)特的組合關(guān)系出現(xiàn)在酒泉盆地南緣的沖斷帶處,主要的烴源巖發(fā)育在白堊系的北東向斷陷中,而后期的前陸沖斷帶則呈北西向展布,二者呈垂直交角關(guān)系。這種關(guān)系突出地表現(xiàn)了晚期的前陸逆沖作用對(duì)早期斷陷盆地的疊加(圖6)。4構(gòu)造演化對(duì)油氣盆地特征的影響(1)中國(guó)大陸自中生代初完成拼合后,陸內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)主要受3大板緣活動(dòng)的影響:北方鄂霍次克洋的擴(kuò)張與關(guān)閉,東部太平洋板塊的俯沖作用,以及南部印度板塊的俯沖、碰撞和擠壓。(2)中國(guó)的板塊構(gòu)造演化影響到含油氣盆地