伸展盆地分析

伸展盆地分析何登發(fā)中國地質大學（北京）Talk4主要內容基本概念伸展盆地特征大陸裂谷盆地的油氣聚集華北中、新生代巖石圈減薄實例1:渤海灣盆地分析實例2:松遼盆地分析伸展盆地:基本概念伸展盆地是在引張作用下與地殼和巖石圈產生伸展、減薄作用有關的一類裂陷盆地。裂谷是最常見的一種伸展盆地，是“由于整個巖石圈遭受伸展破裂而引起的，并且常常是一側為正斷層限制的斷陷盆地”。除了裂谷外，坳陷、坳拉槽和被動大陸邊緣也屬于伸展盆地。裂谷、坳陷、坳拉槽與大陸邊緣的關系裂谷的一般特征和類型裂谷的形成與伸展作用有關。在威爾遜旋回的各個階段和各種不同的板塊構造環(huán)境中均可以見到裂谷的形成。它們是：(1)與大陸裂開和漂移作用有關的裂谷；(2)與俯沖作用有關的裂谷；(3)與大陸碰撞作用有關的裂谷。裂谷的一般特征和類型與大陸裂開和漂移作用有關的裂谷可分成大洋的、大陸間的和大陸內部的裂谷三種類型。現(xiàn)代大洋裂谷是沿大洋中脊延伸并受正斷層限制的裂谷。谷底和谷肩均為洋殼。大洋中脊及其裂谷為轉換斷層所橫切。其它特征主要是：(1)淺震；(2)活動的火山作用；(3)呈對稱狀正、負交替的磁異常；(4)高熱流值。實例是大西洋、印度洋中脊上發(fā)育的裂谷。裂谷的一般特征和類型現(xiàn)代大陸間裂谷是裂谷的下面為洋殼，谷肩是陸殼，它們是大陸裂谷演化為大洋裂谷的過渡產物．例如，在印度洋附近的亞丁灣和紅海南部?，F(xiàn)代大陸內裂谷的下面為陸殼，谷肩也為陸殼。但裂谷下面陸殼厚度要比周圍薄一些。(1)負布格重力異常(2)高熱流(90至115mWm-2

，也即是大于2H.F.U)(3)火山活動東非裂谷是典型的大陸裂谷系裂谷作用兩類裂谷作用(Sengor和Burke,1978;Baker和Morgan,1981;Tureotte,1983;Morgan和Baker,1983;Keen,1985):主動裂谷和被動裂谷作用。在主動裂谷作用中，地表變形與熱柱或熱席對巖石圈底部的撞擊作用相伴生。來自地幔柱的傳導加熱作用，來源于巖漿生成的熱傳遞作用或者是來源于對流加熱作用均可以使巖石圈變薄.如果來自于軟流圈的熱流很大，大到可使大陸巖石圈較迅速地減薄，這將引起均衡隆起。為隆起產生的張應力于是引起裂開作用。主動裂谷的實例是東非裂谷.裂谷作用被動的裂谷作用:首先是大陸巖石圈的張應力引起它破裂，其次才是熱的地幔巖貫入巖石圈。地殼穹隆作用和火山活動僅是次要過程(Turcotte和Oxbugh，1973).Mckenzie(1978)所提出的有關沉積盆地成因的模式屬于這類被動裂谷作用。如果被動裂谷作用發(fā)生，首先產生裂谷作用，隨之發(fā)生穹隆作用，因此裂谷作用是區(qū)域應力場的被動響應。RioGrande裂谷可能是由于這種被動裂谷作用產生的.Segnor和Burke(1978)討論了裂開作用和熱穹窿火山活動的相對時間，并根據它推測主動或被動裂谷.裂谷作用兩類裂谷作用(Sengor和Burke,1978;Baker和Morgan,1981;Tureotte,1983;Morgan和Baker,1983;Keen,1985):主動裂谷和被動裂谷作用。被動的裂谷作用:首先是大陸巖石圈的張應力引起它破裂，其次才是熱的地幔巖貫入巖石圈。地殼穹隆作用和火山活動僅是次要過程(Turcotte和Oxbugh，1973).Mckenzie(1978)所提出的有關沉積盆地成因的模式屬于這類被動裂谷作用。如果被動裂谷作用發(fā)生，首先產生裂谷作用，隨之發(fā)生穹隆作用，因此裂谷作用是區(qū)域應力場的被動響應。RioGrande裂谷可能是由于這種被動裂谷作用產生的.大陸裂谷發(fā)育為被動大陸邊緣、坳拉槽的示意圖裂谷的一般特征和類型

Segnor,Burke和Dewey(1978)還劃分出一種在形態(tài)上與坳拉槽相似的碰撞谷這種裂谷的發(fā)育與大陸碰撞有關.兩個大陸在其碰撞時除了產生平移斷層外,還在與碰撞帶垂直相交的方向形成拉張應力,產生碰撞谷.PaulTapponier和PeterMolnar(1975)在討論碰撞作用形成走向滑移斷層的同時,曾指出貝加爾地塹系和山西地塹系是由于喜山運動時印度板塊與亞洲大陸碰撞時所產生的拉張應力場引起的。裂谷的一般特征和類型弧后裂谷和弧后邊緣海盆地與俯沖作用有關，雖然也屬伸展盆地，但與聚斂型板塊活動有關。主要為兩種類型:一種它們常常是早期弧后裂開，晚期演化為弧后邊緣海,為小洋盆，具洋殼。與西太平洋主動大陸邊緣有關的邊緣海屬此類型。另一種類型弧后盆地與安第斯型主動大陸邊緣有關，分布于山弧后方,在大陸殼上發(fā)育。伸展盆地的演化(一)與大陸裂開和漂移作用有關的裂谷演化呈下列四條路線：1．大陸內裂谷→大陸間裂谷→大洋；2．大陸內裂谷→坳拉槽；3．大陸內裂谷→被動大陸邊緣；4．大陸內裂谷→大陸內坳陷。伸展盆地的演化(一)與大陸裂開和漂移作用有關的裂谷演化呈下列四條路線：1．大陸內裂谷→大陸間裂谷→大洋；2．大陸內裂谷→坳拉槽；3．大陸內裂谷→被動大陸邊緣；4．大陸內裂谷→大陸內坳陷。Fig.1.

SimplifiedgeologicmapoftheWestSiberianBasinandsurroundingareas.Majortectonicfeatureslimitingbasinarelabeled.Locationsofseismicprofilesandkeywellsreferencedinthisworkareshown.Basemapisre-drawingandgreatlysimplifiedfromChoubertandFaure-Muret,1976.Fig.3.

SimplifiedstructuralmapoftheWestSiberianBasinshowingmajoruplifts,depressions,hydrocarbonfields,andlocationsofregionalseismicprofilesreferencedinthispaper.BasemapisredrawnandmodifiedafterHerbertandKulke,1994.Fig.14.

Pre-JurassicbasinsoftheWestSiberianBasin(re-drawnandmodifiedafterKontorovichetal.,1975).Fig.15.

Structural-stratigraphic

faciescrosssections(re-drawnandmodifiedafterPetersonandClark,1991).Fig.16.

Structural-stratigraphic

faciescrosssection(re-drawnandmodifiedafterPetersonandClark,1991).ForlocationmapseeFig.15.伸展盆地的演化(二)與俯沖作用有關的弧后盆地

這類盆地與主動大陸邊緣的俯沖作用有關,

由于俯沖作用在火山弧后方形成弧后盆地,

推測它們開始為弧后裂谷,

以后演化為邊緣海盆地、弧間盆地等。弧后盆地有四類:1．在島弧后方，由于俯沖作用引起的地幔上涌，產生拉張應力，開始使大陸裂開形成裂谷，繼續(xù)擴張，最終形成洋殼組成的小洋盆，它們被稱為西太平洋型弧后盆地，如日本海，湯加克馬德克、馬里亞納海盆、南中國海等。

Karig把這類盆地分為下列類別(W．Dikinson，1977)：

(1)活動擴張型，相當于弧間盆地，分布于火山弧和殘留弧之間，熱流值高，如湯加，克馬德克，馬里亞納海盆。

(2)不活動擴張型，相當于邊緣海盆地，又分為兩類：(A)較年青的不活動擴張型，有高熱流值，如日本海(B)較老的不活動擴張型，具正常熱流值，如西菲律賓海，南中國海。伸展盆地的演化(二)與俯沖作用有關的弧后盆地2．弧后盆地發(fā)育與安第斯型主動大陸邊緣有關.由于俯沖作用，在大陸地區(qū)發(fā)育火山弧(不是島弧),稱為山弧.山弧后方與穩(wěn)定大陸之間的沉積盆地屬安第斯型弧后盆地。盆地雖然也系伸展和擴張產物，但不同于第一類，為大陸殼。例如美國西部盆地山脈省即屬于這一類弧后裂谷盆地。伸展盆地的演化(二)與俯沖作用有關的弧后盆地3.第三類弧后盆地和第二類一樣為陸殼，但為淺海，例如蘇門答臘盆地。這類火山弧稱為裙弧，為裙弧弧后盆地，也有人稱為陸緣海盆地。這類弧后盆地在性質上似乎離典型的島弧較遠，卻更接近于安第新型弧后盆地。4.第四類弧后盆地也位于島弧后方,但為轉薄的陸殼，例如琉球島弧后方出現(xiàn)較深水的沖繩海槽,但該海槽在深度和面積上皆不及典型的邊緣海盆地,

而地殼厚度大于一般的邊緣海盆地。一般認為沖繩海槽相當于擴張早期階段的邊緣?；蚧￠g盆地，槽內尚未出現(xiàn)典型的大洋地殼。伸展盆地的演化(二)與俯沖作用有關的弧后盆地安第斯型弧后盆地→裙弧弧后盆地→沖繩海槽型弧后盆地→西太平洋型弧后盆地一系列不同演化的盆地裂谷(及大陸內坳陷、被動大陸緣)的形成機制裂谷形成機制的假說：(1)以應力為基礎的假說(2)以熱作用為基礎的假說(3)與重力作用有關的假說裂谷(及大陸內坳陷、被動大陸緣)的形成機制以應力為基礎的裂谷成因說：純張應力說剪切拉張說擠壓作用下派生的伸展作用和沉降裂谷(及大陸內坳陷、被動大陸緣)的形成機制與熱作用有關的假說:熱作用假說認為，被動大陸邊緣發(fā)生的沉降(Sleep，1971)(Sleep和SnelI，1976)是由于巖石圈熱膨脹，開始時發(fā)生隆起，隨后受侵蝕，接著冷卻而引起沉降。這種熱膨脹和熱冷縮不限于海洋，也發(fā)生在大陸巖石圈。如果一個正常的克拉通沿一條新生的斷裂或圍繞一個火山活動中心，溫度升高，這時就會形成隆起。這些隆起遭受侵蝕，其最終結果是沿這樣的高熱流地區(qū)使地殼厚度變薄，當高流停止活動并恢復到正常溫度狀態(tài)時就會使地殼收縮引起沉降。裂谷(及大陸內坳陷、被動大陸緣)的形成機制以重力為基礎的假說:重力引起這類盆地下沉有三種因素：(1)相轉換(2)基性物質的侵入(3)沉積物負荷(4)大陸地殼向大陸邊緣的蠕散作用。GC．肯尼迪模式,定性地說明高原的上升作用GC．肯尼迪模式，說明大陸的上升作用表示在原來1km深的地槽中6km沉積物的影響B(tài)ott等認為盆地特別是多旋回盆地形成機制不是單一因素，他認為裂谷→被動大陸邊緣就是下列因素形成的。(1)開始為熱成因，由于較深的軟流圈上涌；(2)初期為伸展作用；在上部脆性層產生犁式正斷層，在下部沿韌性層滑脫；(3)基性物質的侵入，使地殼密度增大，加劇了盆地下沉；(4)由于海底擴張，洋殼從中脊往外移動。發(fā)生冷卻作用引起下沉；(5)沉積物負荷作用加強了這種下沉；(6)在地殼中部和下部的蠕散作用。裂谷(及大陸內坳陷、被動大陸緣)的形成機制裂谷盆地的構造特征與油氣運移和聚集(一)油氣運移指向對斷式翹傾斷塊體同斷式翹傾斷塊體地塹-地壘式斷塊體(二)斷層在油氣運移中的作用1.沿斷層面的垂向運移和橫穿斷層面的側向運移階梯狀運移;單向垂向運移2．斷層封閉作用(或遮擋作用)3.差異排驅壓力對遮擋(封閉)作用和圈閉能力的影響裂谷盆地的構造特征與油氣運移和聚集(三)斷陷盆地中油氣聚集

疊加型油氣聚集:三層樓結構

我國古近紀裂谷盆地中油氣藏類型多種多樣.主要是：(1)前第三紀時期發(fā)育有：前寒武紀結晶基巖油藏、中、晚元古代寒武紀和奧陶紀碳酸鹽巖油藏和中生代火山巖潛山油藏(2)古近紀斷陷期有滾動背斜、上升盤牽引背斜、強制性背斜、披蓋背斜、屋脊斷塊、屋脊斷塊與反翹傾組成的背斜以及韌性層流動上拱形成的鹽(泥)丘背斜構造油氣藏等。(3)斷陷期后為新近紀內部坳陷，無明顯背斜構造，主要發(fā)育披覆背斜油藏，局部有滾動背斜油氣藏。

上述這些類型油氣藏與廣泛分布的地層油氣藏疊加連片形成了復式油氣聚集帶調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類傳遞帶被定義為構造變形中在區(qū)域上保持縮短量或伸展量守恒而產生的調節(jié)構造(陳發(fā)景等,2004)調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類傳遞帶(TransferZone)的概念是由DahlstromDDA1970年在研究擠壓變形中褶皺-逆沖斷層的幾何形態(tài)時首次提出的。擠壓變形帶中的應變和位移量在區(qū)域上是守恒的，但逆沖斷層帶各段內的單個構造型式不是不變的。當逆沖斷層帶沿走向變化時，可以見到一條主逆沖斷層通過其他型式的構造(如分支斷層或褶皺)傳遞到或者變換為另一條主逆沖斷層。Dahlstrom把這種首尾主逆沖斷層之間的構造帶稱為傳遞帶.調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類1990年，MorleyCK等將這種傳遞帶概念應用于研究伸展構造。在裂谷發(fā)育期間，控凹的一條主正斷層沿走向可以通過其他型式的構造(如分支正斷層、凸起、走向斜坡或撕裂斷層)傳遞到或者轉換為另一條控凹的主正斷層，首尾主正斷層和其間的其他型式構造的應變和位移量是守恒的。對于首尾主正斷層之間的這類構造，Morley等沿用Dahlstrom的概念稱之為傳遞帶。由于transfer這個詞除了傳遞含義外，也有轉換、變換等涵義，因此，中國石油地質學者中也有人稱之為轉換帶、變換帶或變換構造。調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類FauldJE和VargaJR與Morley等的看法有些不同。他們把這類構造劃分為傳遞帶(TransferZone)和調節(jié)帶(Accommodation)兩類：一類是傳遞帶，參照GibbsAD于1984年提出的概念，認為傳遞帶的標志是具有大量走滑運動分量的橫向斷層，正斷層和伸展構造體系在這些走滑斷層帶內終止，走滑斷層作用傳遞正斷層或伸展構造體系之間的應變。另一類是調節(jié)帶，其定義是調節(jié)側列正斷層和它們之間應變和位移的一類構造。它相當于Morley等的傳遞帶，其標志是側列狀正斷層的疊覆，應變是在疊覆正斷層之間直接傳遞的，而不是通過其間的走滑斷層。調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類陳發(fā)景(2003)認為：(1)Morley等的傳遞帶與國內學者的轉換帶、變換帶或變換構造的涵義是一致的，均系指TransferZone，建議采用傳遞帶表示這類構造；(2)Faulds等的調節(jié)帶(AccommodationZone)相當于Morley等的傳遞帶。建議采用調節(jié)帶(或傳遞帶)表示這類構造；(3)Faulds等的傳遞帶與Morley等的傳遞帶內涵有所不同。為了避免混淆，建議取消Faulds等的“傳遞帶”術語，統(tǒng)稱之為調節(jié)帶，然后在研究這類構造帶樣式時，進一步區(qū)分它們(如分支斷層、凸起、走向斜坡或走滑斷層、撕裂斷裂)。調節(jié)帶(或傳遞帶)的基本概念和分類陳發(fā)景(2003)認為：根據中國渤海灣盆地的調節(jié)帶的實際情況，建議基本上采用Morley等的分類方案，并作些修改。首先按基本幾何形態(tài)劃分為共軛(即反向)型和同向型，分別代表調節(jié)或傳遞傾向相反的斷層之間和傾向相同的斷層之間的應變和位移的構造。其中共軛(反向)型調節(jié)帶進一步分為聚斂型(即對向)和背離型(即背向)；其次按正斷層彼此的位置劃分為接近型、疊覆型、平行型和共線型。其中接近型調節(jié)帶是指兩條斷層彼此接近，沒有疊覆；疊覆型調節(jié)帶是兩條斷層彼此部分疊覆；平行型調節(jié)帶是指兩條斷層完全疊覆；共線型調節(jié)帶是兩條斷層在一條線上。最后，根據調節(jié)帶的構造型式劃分為凸起型、走向斜坡型和撕裂斷層型等.伸展構造體系中傳遞帶對砂體分布的控制橫向傳遞帶常常是山間河流進入盆地的入口處沿側列斷層同向疊覆型走向斜坡傳遞帶橫向凸起傳遞帶構造幅度很大，地形相應也高，它常常分隔開兩個凹陷，并起阻礙粗碎屑物注入的障壁作用，表現(xiàn)為第一個凹陷分布砂質巖，另一個凹陷分布泥質巖伸展構造體系中反轉構造研究20世紀20-30年代，一些地質學家(Lamplyugh，1920)注意到沉降區(qū)向隆起區(qū)轉化的構造現(xiàn)象，并提出反轉(inversion)作用的概念反轉構造又稱構造反轉，由Glennie和Boeger(1984)首先提出?！皹嬙旆崔D指的是盆地逆轉為隆起”Harding(1985年)提出“構造反轉即為構造起伏在極性上的變化，當指一個構造時，則系指從原來的構造低變?yōu)闃嬙旄摺薄illiams等1989年提出：正反轉構造是在伸展斷層受擠壓作用發(fā)生反向運動產生的，而負反轉構造則是先存在的縮短構造體系發(fā)生伸展產生的。伸展構造體系中反轉構造研究狹義反轉構造概念由Bolly(1984年)提出，“反轉構造是指地塹、半地塹系統(tǒng)、裂谷、坳拉槽由于先存在正斷層變形作用拉張力轉為擠壓力，而由內向外不同程度的反轉。1987年3月，英國皇家學會反轉構造會議上提出反轉構造的定義為：“原先由張扭性斷層控制，常發(fā)育同斷陷期沉積的盆地，后期在擠壓作用下發(fā)生隆起和局部擠壓，由此產生的構造稱為反轉構造”。反轉構造的概念①反轉構造是在原來伸展或縮短構造體系上的反向調整構造，反轉構造的發(fā)生不應改變原型盆地的性質②反轉構造的發(fā)生依賴于先期形成的斷層在應力場改變的情況下發(fā)生性質變化而形成，反轉構造發(fā)生于斷層的上盤沉積層序中，幾何形態(tài)受早期形成的伸展斷層控制③并非所有的凹陷內構造隆起都可以稱為反轉構造，反轉構造應是同斷陷沉積層序后期反轉的結果④大陸裂谷、坳拉槽逆沖推覆、封閉甚至造山或褶皺山系裂陷拉張形成裂谷，洋盆應視為構造極性的反轉，可稱為構造反轉(Tectonicinversion)，而不應作為反轉構造的概念范疇⑤伸展構造體系中，反轉構造是普遍存在的構造現(xiàn)象，中國東部伸展斷陷盆地中廣泛發(fā)育的反轉構造和伸展體系中的橫向構造調節(jié)帶，一同構成伸展構造樣式的調節(jié)構造，并對油藏的形成、運移、保存起到重要的控制作用。沈華等,2005反轉構造的識別(1)不整合面是反轉構造識別的重要標志。反轉構造的形成一般需要經歷3個發(fā)展階段：①劇烈拉張、