沉積盆地的類型劃分及其基本特征_第1頁
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文檔簡介

前言沉積盆地是油氣形成的基本構造單元。“沒有盆地就沒有石油”等廣為流行的觀點,充分說明了盆地在油氣勘探開發中的重要性,與此同時,盆地也是其它金屬礦產的沉積發育基地,即盆地對多種沉積礦產的賦存具有重要的控制作用。我國和世界油氣勘探實踐證實,不同的地球動力背景和構造作用過程,形成不同類型的盆地,而不同類型的盆地,其含油氣豐度及金屬礦產的品位是有差異的,因而對沉積盆地進行合理的、科學的分類是研究礦產成因、類型、特點及分布規律的基礎,對礦產普查與勘探具有重要的指導意義。沉積盆地的分類方案20世紀40年代以來,人們就開始了盆地的分類工作。板塊學說問世以后,以此為基礎的分類方案紛呈云涌。國外從Klemme(1970)開始,先后有Dickinson(1974)、Bally(1980)、Kingston(1983)、Miall(1984、1990、2000)、Klein(1987)、Ingersoll(1988)、Allen和Akkev(1992)等對全球主要盆地進行了研究和類型劃分。在國內,趙重遠(1978)、甘克文(1982)、李德生(1980、1984)、陳發景(1986)、朱夏(1979、1983)、羅立志等(1982)、劉和甫(1986)、陳景達(1989)和彭作林(1995)等先后利用板塊構造的觀點對中國的沉積盆地或含油氣盆地進行了分類。綜合而言,主要的分類參數有:①地殼類型:大陸殼、洋殼、過渡殼;②板塊的運動形式:聚斂型、離散型、轉換型;③在板塊上的位置:克拉通內、克拉通邊緣、洋中脊等。目前廣泛采用的盆地分類方案主要有兩種:一種是以現今盆地的基本特征與板塊構造背景的密切關系為依據,將盆地劃分為克拉通盆地,陸內、陸間裂谷盆地,被動大陸邊緣盆地,弧前、弧后盆地,前陸盆地和走滑盆地等,該方案反映的是盆地的地貌構造形態和板塊構造背景;另一種是以盆地形成的地球動力學特征為依據,將盆地劃分為與張性(伸展)、壓性(撓曲縮短)和與走滑作用有關的(扭性)盆地(附表1),該方案突出的是盆地形成過程的應力狀態和地球動力學特征。Dickinson的分類方案Dickinson(1974)的分類依據盆地相對巖石圈底質類型的位置、地殼類型、盆地相對板塊邊界的類型劃分出5種:洋盆、裂谷大陸邊緣、弧溝體系、縫合帶、陸內盆地。該分類缺乏與走滑一轉換斷層有關的盆地,Reading(1982)予以了補充。Dickinson(1976)在此基礎上按照沉降成因和地球動力學型式將盆地分為拉張裂谷型和造山帶型兩大類,再根據上述原則分為6個亞類16種盆地(表1)。島弧造山帶和碰撞造山帶以外由壓縮形成的盆地主要與造山有關,這是Dickinson分類的一個重要見解。該分類的優點是:不但考慮了板塊的類型,而且把板塊的演化與分類較好地統一起來;缺點是:將轉換盆地分別歸于造山型和拉張裂谷型,這與板塊的基本活動形式不一致。Bally的盆地分類方案Bally等的分類方案主要強調:盆地與地縫合帶(Geosuture)的關系、巖石圈的剛性程度、板塊邊緣類型、盆地與B型俯沖帶和A型俯沖帶的關系。Bally的分類充分考慮了地球動力學機制,總結了世界上各種盆地類型.Miall的盆地分類Miall(1984)根據大洋Wilson旋回和板塊邊緣性質,在Dickinson(1974)的分類基礎上劃分出5種沉積盆地類型(表3):離散型板塊邊緣盆地、會聚邊緣盆地、轉換邊界盆地、碰撞邊緣盆地和克拉通盆地。目前,大多采用與Miall分類類似的方案。AAPG相關專輯一離散或被動大陸邊緣盆地、內克拉通盆地、活動大陸邊緣盆地、前陸盆地和褶皺帶、內裂谷盆地一是對Miall分類方案的一種認同。本文按克拉通盆地、拉張型盆地、與會聚邊緣有關的盆地、與造山有關的盆地及與走滑斷層有關的盆地進行基本特征描述。不同沉積盆地的基本特征克拉通盆地克拉通盆地的分類克拉通為長期穩定的或僅有微弱變形的地殼(美國地質研究所,《地質詞典》)。Bally(1989)指出劃分盆地為克拉通的一個前提是至少存在一個前中生代的剛性巖石圈,增生的前中生代復合體可以組成克拉通盆地的基底。因此,克拉通盆地可以位于結晶的前寒武紀基底、古生代基底或者裂陷的或是其它增生的大陸巖石圈物質之上,只要這種物質表現為克拉通性質。克拉通盆地的主要分類觀點見表4。克拉通盆地的基本特征形態特征克拉通盆地的平面形狀多種多樣,平面和剖面輪廓不規則,但長寬比一般為1:1?2:1。面積可大可小,從11X104km2(巴黎盆地)?350X104km2(西西伯利亞盆地)不等。②克拉通盆地縱向上一般呈碟盤狀,顯示了盆地的不對稱和基底的不平整性。充填樣式克拉通盆地位于陸殼或剛性巖石圈之上,與中新生代巨型縫合線無關。盆地中沉積物充填較薄,多為緩慢下沉基底之上的淺水沉積。盆地基底的沉降常表現為多階段性,沉降速率較低。克拉通盆地,特別是位于穩定大陸板塊之上的內克拉通盆地常以大面積的淺海—濱海(可有一部分海陸交互相)沉積為主。由于處于構造較穩定的環境,沉積物的形成速度十分緩慢,形成寬而薄的席狀砂體,橫向上相變不明顯,表現出沉積中心與盆地沉降中心基本一致的特征。沉積物以穩定型的內源沉積和陸源沉積為主。內源沉積物以碳酸鹽巖為主,其分布與沉積環境的水動力條件密切相關。陸源碎屑沉積巖以石英為主,石英砂巖中常見代表穩定、開闊海環境的海綠石。在盆地沉積的縱剖面上,表現出明顯的韻律旋回。克拉通的這種旋回沉積,引發了層序地層學的誕生。在內克拉通盆地中,相對于全球相對海平面的變化,在低水位體系域以陸源碎屑沉積為主,高水位時則形成廣袤的碳酸鹽巖臺地。形成時期克拉通盆地的初始發育時間一次開始于早古生代(540?520Ma),與勞倫大陸的破裂有關,形成了北美克拉通。另一次開始于二疊紀末泛大陸的裂解,從而發育了非洲、澳大利亞等一系列克拉通盆地。基底構造特點克拉通不僅不是不活動的、穩定的和不變形的,相反,它經受過程度不一的變形作用,其中包括幾千米的位移。裂谷或坳拉槽可以發育在陸殼之上,屬于克拉通盆地的一種類型,但是,它們是一種獨特的盆地,具有控制油氣產出的條件。克拉通下伏地殼是不均一的。克拉通盆地的油源基礎克拉通盆地源巖發育在寒武紀—早白堊系,源巖主要為泥巖、頁巖、碳酸鹽巖等。源巖變化厚度較大,從20?1000m不等,生烴與否主要取決于有效源巖的厚度。晚期發育的生油巖有機質成熟度低,與盆地后期發展有關。克拉通盆地的有機質母質類型較好,大多為1、11型有機質。克拉通盆地的儲蓋組合包裹式:如三角洲砂體、河流砂體、潮道砂體等四周為頁巖所圍繞,油源的供給或靠周緣頁巖或靠斷層溝通。披蓋式:蒸發巖、頁巖、泥灰巖、泥巖等在儲集層上方形成遮擋。披蓋/側向式:封隔層位于儲集巖上方及側方。交互式:儲蓋組合在縱向上相互疊置,在側向上錯列遮擋,是克拉通內盆地較常見的一種儲蓋組合,這與海進/海退的旋回式變化有關。自儲自蓋式克拉通盆地的生油巖主要發育在坳陷內,而儲集巖主要發育在隆起區或斜坡帶,因此,生油巖與儲蓋組合的配置關系以側變式為主。克拉通盆地的圈閉類型與基底隆起有關的潛山圈閉油氣藏基底隆起之上的(新)構造常為同沉積背斜或與基底(斷裂)有關的構造。背斜圈閉巖性圈閉地層—構造符合圈閉克拉通盆地的油氣運移規律輻射狀油氣運移垂向油氣運移長距離側向運移拉張型盆地拉張型盆地的分類從板塊構造動力學角度出發,把板塊三種主要運動形式中與拉張(或離散)運動有個的盆地,統稱為拉張型(或離散型)盆地。就板塊構造位置而言,拉張型盆地主要有板塊內部及克拉通內部的裂谷型盆地和大陸板塊邊緣的盆地,以及板塊內部的大洋中脊、大洋盆地和陸隆盆地。拉張型盆地的基本特征陸內裂谷盆地陸內裂谷盆地邊緣較陡、地勢較高,沉積物易被搬運離開盆地本地,因而沉積盆地相對處于饑餓狀態,碎屑來源于鄰近斷層陡崖和裂谷中隆升地塊,并沿裂谷中少數河道搬運,因此,在地表主要表現為淡水和咸水的沖積扇和湖泊沉積。陸內裂谷盆地常具有殼—幔鏡像倒影關系特征,即盆地區地殼厚度薄,且發育殼內低速層或異常地幔,具負布格重力異常或正布格重力異常峰值、負磁力異常和高電導異常及高熱流值。陸間裂谷盆地大陸在拉張作用下完全開裂,地幔物質上涌形成新的洋殼,盆地區發育成準大陸型或準大洋型過渡殼,裂谷軸部已位于洋殼之上,并成為典型的初始分離板塊邊界。坳拉谷盆地坳拉谷盆地指克拉通邊緣楔入克拉通內部以斷層為邊界的槽地或地塹,是未發育成熟的裂谷帶。當鄰近洋盆關閉,轉換成褶皺造山帶時坳拉谷便殘留在大陸上,進一步接受來自于褶皺帶的沉積物。Dickinson認為在裂谷初期和早期,坳拉谷主要接受火山熔巖和以斷層控制的斷崖扇沉積,物質的搬運方向總體上沿裂谷軸部向洋搬運,而鄰近的大洋關閉后,物源來自于造山帶,向克拉通方向搬運。被動大陸邊緣盆地被動大陸邊緣及大西洋型大陸邊緣,是板塊離散的結果。按Dickison(1976)的觀點,被動大陸邊緣盆地主要有兩種類型:冒地斜沉積菱柱體和大陸堤。冒地斜沉積菱柱體板塊分離到一定程度,洋殼和大陸殼之間的過渡殼變薄并向洋方向傾斜,使得沉積物大致從陸殼邊沿到洋殼附近發生巨厚的充填。由于沉積物厚度向陸和向洋兩側收斂和后期的巖石圈撓曲,沉積體總體上呈棱柱狀態。該類盆地早期由于斷裂作用的影響,往往發育基底碎屑巖,其主體沉積從大陸附近的海岸平原到大陸階地的陸棚和近海沉積,在陸隆部分常常發育濁流沉積并相互連接成深海扇。以撓曲沉降為主時,發育碳酸鹽巖和碎屑巖成熟的陸棚相沉積。其構造特征由于受先期封閉條件下形成的巖鹽的影響,可以形成刺穿構造。當處于下伏原洋裂谷期斷層活動階段時可以形成同生斷裂構造。大陸堤大陸堤是當物源十分充足時,冒地斜菱柱體繼續向洋延伸,從陸架—斜坡—陸隆三結合發展而成。此時的過渡殼和洋殼因負荷加大,均明顯撓曲沉降并形成平底,路坡轉折帶可以達到真正的洋殼基底上。大陸堤是一個巨大而穩定的凸鏡體,其沉積組合為一系列單一的凸鏡體構成的復合的凸鏡體。每個凸鏡體保持從最淺的到最深的沉積相,從發育良好儲層的三角洲和海岸沉積體漸變為有機質豐富的前三角洲和斜坡相,然后為濁流沉積。隨著大陸堤不斷擴展,海岸沉積構成一個連續的蓋層,橫鋪在頂部,構成一套有利的生儲蓋組合。下伏海相沉積中的鹽刺穿構造和由于重力滑動形成的生長斷層和同生構造可以形成良好的圈閉3.3匯聚型盆地匯聚型盆地的分類根據火山弧的相對位置,分為海溝、增生盆地、弧前盆地、弧內盆地、弧后前陸盆地、邊緣海盆地、弧間盆地。匯聚型盆地的基本特征海溝和增生盆地海溝水下海溝靠洋方向的洋底由熱液沉積和洋殼拉斑玄武巖及其上的遠洋沉積和火山灰組成,絕大部分都無陸源沉積物的堆積。地震剖面顯示:大多數海溝沉積充填物變形很小。海溝是長形沉積盆地,其沉積物主要供應來自于盆地一側,并主要沿橫向搬運。海溝中有4中類型的沉積相:海溝扇、軸向水道、非水道化片狀流、饑餓海溝。俯沖增生盆地俯沖增生盆地最發育的地點是在下沖板塊或海溝中有充分的陸源沉積供應之處。沉積物的特征是地層傾向巖漿弧,而構造指向卻與之相反;地層厚達數十千米。俯沖增生體既是一個構造活動場所,也是一個重要的沉積場所。沉積物主要是半遠洋粉砂和泥,濁流沉積也很重要。沉積物的相組合可分為海底峽谷組合、斜坡組合和斜坡盆地組合。弧前盆地根據盆地基底性質,弧前盆地一般可分為3種類型:殘留盆地、堆積盆地和復合盆地。弧前盆地中的沉積物有3種來源:俯沖增生體、火山(巖漿)弧,以及某些情況下相鄰大陸的縱向補給。現代弧前盆地一般寬50?100km,長可達數千千米,沉積物可厚10km,覆蓋在增生雜巖體之上,可以是地層接觸,也可以是斷層接觸。弧內盆地和弧背盆地弧內盆地分布在火山弧內部或火山弧與弧前盆地的過渡地區,沉積物不整合地覆于弧體巖石之上。在大陸邊緣弧和一些共生有廣闊盆地的大洋弧中,島弧火山活動的顯著特點是其爆發性,它有兩種爆發方式,即高對流噴發柱形式,形成廣泛的火山灰層和火山碎屑流;另一種是物質搬運方式,這是噴發期內火山灰云、水下火山碎屑流和火山碎屑泥石流或噴發期后的河流、海岸和海洋過程,特別是沉積物塊體流的形成過程。弧背盆地發育在弧背褶皺逆沖帶的前陸地區,一般開始于板塊俯沖的中后期,常稱為弧后前陸盆地,同碰撞縫合帶前緣盆地——周緣前陸盆地一起構成最重要的兩類前陸盆地。在板塊匯聚過程中,弧前盆地的形成和演化主要受弧背褶皺逆沖帶的控制,這個造山帶成為弧背盆地的主要物源區,但弧背盆地也可以接受縱向水流帶來的物源。弧后邊緣盆地和弧間盆地現代弧后邊緣盆地和弧間盆地主要分布于太平洋西部,也見于大西洋西部和地中海。弧后邊緣盆地一般堆積有大量沉積物,它們的地層厚度接近于大陸殼。有些弧后盆地是拉張性盆地,這是由于與消減有關的洋殼弧后擴張引起的。控制弧后特性和弧后盆地分布的關鍵因素很可能是俯沖帶相對于上覆板塊的側向運動。弧間盆地中的沉積物包括來自火山島鏈的火山碎屑與蒙脫石粘土、生物軟泥以及風吹來的大陸灰塵,而缺少陸源物質的注入。雖然大多數盆地是對稱張開的,但沉積作用類型卻很少對稱。弧后邊緣盆地則有大量不同類型的陸源物質的注入,它的沉積作用類型同大洋一樣復雜。在新生的海盆地殼上覆蓋有遠洋沉積物,在深海平原中有幾千米厚的濁流沉積,在大陸架上有大陸沉積盆地。與碰撞造山有關的盆地與碰撞造山有關的盆地的分類與碰撞造山有關的盆地主要包括三種類型:殘留洋盆、碰撞后繼盆地和前陸盆地。其中前陸盆地又分為周緣前陸盆地和弧背前陸盆地。前陸盆地的基本特征①一般分布于造山帶和前陸隆起之間,并與它們的走向平行,具有不對稱結構,沉積充填體呈楔狀,靠近造山帶一側較厚,近克拉通一側較薄,其地殼厚度比山脈區薄,比克拉通地區一般要厚。②發育的構造背景可以是被動大陸邊緣、克拉通周緣和坳拉谷等,沉積基底一般是被動大陸邊緣上的盆地至斜坡、陸架的沉積物等。是一類重要的撓曲盆地,撓曲程度取決于盆地巖石圈的剛度、構造負載和沉積負載的大小,撓曲模型有彈性模型、粘彈性模型和熱撓曲模型。一般為陸源碎屑巖,缺乏碳酸鹽巖沉積,充填物包括巨厚的海

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