中國前陸盆地結(jié)構(gòu)與演化

中國前陸盆地結(jié)構(gòu)與演化

1大陸拼接合后的構(gòu)造變形特點中國大陸的復(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,并經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造變動。大陸拼合后受周緣板塊運動的影響,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)造活動性構(gòu)成了中國板塊構(gòu)造演化的總體特征。1.1中國大陸的古板塊960×104?km2的中國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、揚子、塔里木3個大板塊為核心,集合數(shù)十個微板塊或地塊,經(jīng)過漫長的地史歲月逐漸拼合形成(圖1)。組成中國大陸的古板塊的規(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%。中國各個古板塊面積的總和也只有北美板塊的33%。因此,國內(nèi)外許多構(gòu)造學(xué)者稱中國的古板塊為地塊或地體。由于中國古板塊的規(guī)模小,使得中國大陸構(gòu)造的演化以穩(wěn)定性差、活動性強(qiáng)為特征。1.2中國古板塊運動史重建中國古板塊在長期的演化過程中具有多期的活動性。中國大陸由中朝、揚子、塔里木3個古板塊為核心組成,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。在前寒武紀(jì)9個主要陸塊的基礎(chǔ)上,顯生宙分裂成39個塊體。這些塊體總體上沒有大幅度的漂移和轉(zhuǎn)動,但都經(jīng)歷了多期、復(fù)雜的構(gòu)造變動。中國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。中國古板塊運動史重建表明,中國古板塊的演化分為離散、靠攏和會聚3個大的階段(圖2)。離散階段又分為興凱和加里東兩個時期。興凱期(800~510Ma)為大洋擴(kuò)張期。這時期的板塊運動以離散為主,且多數(shù)板塊分布在赤道附近。加里東期(510~407Ma)的板塊運動整體上呈現(xiàn)為順時針旋轉(zhuǎn),在保持?jǐn)U散的狀態(tài)下,在西南表現(xiàn)出會聚,華夏與揚子板塊拼合。靠攏階段主要發(fā)生在海西時期。早海西時期(407~320Ma)表現(xiàn)為大陸會聚,中國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)為超級大陸形成與泛太平洋時期,北方陸塊順時針旋轉(zhuǎn),華南陸塊向東北方向漂移與北方陸塊拼合。會聚階段分為印支、燕山和喜山3個時期。印支時期(250~200Ma)全球板塊運動又一次加速,華北陸塊開始逆時針轉(zhuǎn)動,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)張時期,板塊運動又一次加速。蒙古大洋的擴(kuò)張時間為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)造活動對成盆環(huán)境的影響中國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)。印支運動以后班公-怒江帶以北的大陸連成一片。中國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。這一特征使得中國大陸在完成拼合后,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的陸內(nèi)構(gòu)造活動性。中國大陸內(nèi)部強(qiáng)烈的構(gòu)造活動受控于周緣板塊的相對運動。受后者影響,這種構(gòu)造活動表現(xiàn)出時間與空間的規(guī)律變化。對中國大陸內(nèi)部構(gòu)造活動和成盆環(huán)境有重要影響的主要有以下3次大的板塊間運動: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,在中國中、西部形成大型擠壓坳陷盆地。③中國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,形成多個裂谷盆地帶。周緣板塊的相對運動使得拼合的中國大陸板內(nèi)活動強(qiáng)烈,表現(xiàn)陸內(nèi)造山與大型內(nèi)陸坳陷盆地的發(fā)育,特別喜馬拉雅運動,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,活動性強(qiáng),經(jīng)歷的構(gòu)造運動期次多,不整合面非常發(fā)育,地層層序發(fā)育不全,間斷時間長,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、多動癥的構(gòu)造背景控制,中國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。克拉通內(nèi)坳陷沉積厚度巨大,可達(dá)萬米以上,構(gòu)造變動強(qiáng)烈。(3)古生代盆地形成早,受后期構(gòu)造運動和盆地疊加發(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。中國大陸是一個由一些小克拉通、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,形成了獨具特色的中、新生代陸相沉積盆地。中國東部與西部的中、新生代陸相盆地具有完全不同的地球動力學(xué)背景。中國東部受濱太平洋構(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。中國西部則主要受控于特提斯洋關(guān)閉時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。中國中部的鄂爾多斯和四川盆地因處于中國東部和西部兩大構(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聚特征多旋回的構(gòu)造運動和多期次的盆地疊加使得中國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)造運動的產(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,盆地的疊加研究對油氣勘探具有十分重要的意義。盆地的疊合受構(gòu)造運動的控制,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間等,疊合樣式不同對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中國前陸盆地沖斷帶的構(gòu)造樣式中國及鄰區(qū)板塊構(gòu)造的特點決定了中國大陸的造山作用,并不是大洋盆消失后兩個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),其特點決定了中國缺乏經(jīng)典的周緣和弧后前陸盆地類型。與國外典型前陸盆地具“二元”結(jié)構(gòu)不同,中國的前陸具“三元”結(jié)構(gòu)特征。早期被動陸緣不發(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)造運動,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,中國的前陸盆地多被稱之為“類前陸盆地”或“前陸類盆地”。中國的類前陸盆地一般有3個演化階段(圖4)。①早期被動陸緣不發(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。受中國板塊構(gòu)造演化特征和前陸盆地類型影響,中國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。基底卷入型(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,基底剛性相對較弱,基底斷裂較發(fā)育,因此沿基底斷裂再活動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空關(guān)系復(fù)雜,造成了復(fù)雜的油氣分布特征。國外經(jīng)典的含油氣系統(tǒng)研究多側(cè)重于對簡單含油氣系統(tǒng)的描述和評價,如單源一期成藏含油氣系統(tǒng)的描述。中國的多期、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),中國陸相含油氣盆地具有多生儲蓋組合和多含油氣層系的特點,加之?dāng)鄬邮职l(fā)育,含油氣井段長,在一個油區(qū)中有多個含油氣系統(tǒng),從基底到淺層都可以形成油氣藏。因此,簡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)中國復(fù)雜的含油氣地質(zhì)特征。國內(nèi)含油氣系統(tǒng)研究的焦點集中在復(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)的研究符合中國復(fù)雜獨特地質(zhì)歷史和疊合盆地的特點,也包括了復(fù)合含油氣系統(tǒng)的劃分、評價、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有關(guān)。垂直型:這種獨特的組合關(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早期斷陷盆地的疊加(圖6)。4構(gòu)造演化對油氣盆地特征的影響(1)中國大陸自中生代初完成拼合后,陸內(nèi)構(gòu)造活動主要受3大板緣活動的影響: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)中國的板塊構(gòu)造演化影響到含油氣盆地