盆地分析

沉积盆地分析基础与应用课程报告

学生姓名：郑运杰

专业班级：地质11001

指导教师：郭甲世

时间：2013.0526

盆地类型及中国盆地的特点研究

摘要：沉积盆地作为地球表面最基本的构造单元之一(大约占地球表面大陆2/3的面积由沉积地层组成)，其不仅记录了岩石圈动力学过程和板块相互作用的历史，而且蕴藏着人类不可缺少的能源和其他矿产资源。近年来，与盆地分析相关学科的研究和矿产资源开发极大地促进了沉积盆地的研究。沉积盆地的动力学正在成为盆地研究领域的主要趋向，并将成为跨世纪的固体地球科学研究规划中的重要组成部分，其目的在于认识盆地的成因，进而揭示其全部演化历史中的动力学过程，并探求其内在驱动力。盆地分类研究不仅涉及到人们对其大地构造属性的认识而且关系着对盆地含油气前景的评价。

关键词：盆地分析、力学机制、结构分类、含油气前景

一．沉积盆地形成的力学机制

盆地动力学是当今地质学的一个热点和前缘分支，是地球动力学研究的重要组成部分，它强调了地球表层特征与地球内部驱动力的关系。作为近代地学革命标志的板块构造学说的产生和发展赋予了盆地研究新的内涵，使得人们能够根据板块构造的理论重新认识盆地形成的动力机制，并基于盆地与板块构造格架的关系提出了众多的盆地分类方案。盆地的深部动力背景是盆地动力机制研究的重要基础，该领域研究程度最高的当属伸展型盆地。在岩石圈减薄的过程中，软流圈的状态，包括顶面深度、温度，是否存在地幔柱，在减压条件下是否发生地幔熔融等，都直接与盆地的形成和构成有关。深部熔融不仅导致了大规模的岩浆活动，也引起了地表隆升;溢出量占形成岩浆的比例愈小，隆升幅度就愈大。沉积盆地的力学机制与其成因类型有密切关系，近年来盆地研究者多流行根据板块构造进行盆地分类，这样盆地的类型在某种意义上来讲也反映了盆地的成因和力学机制。

（一）岩石圈伸展作用形成的盆地

岩石圈伸展作用形成的盆地处于陆内裂谷到被动大陆边缘演化序列内部。可将其分为两种类型。

1.1主动裂谷

主动裂谷：这种裂谷中，热柱对岩石圈底部的冲击作用引起对流减薄、穹状上隆和地壳的拉张。在主动裂谷中，地壳变形与热柱对岩石圈底部的上拱作用有关。来自地幔柱的传导

热、岩浆生成作用的转换热或对流热可以引起岩石圈减薄。如果来自软流圈的热流量足够大，大陆岩石圈的快速减薄就会导致软流圈均衡上隆，由此产生的张应力则会引起裂谷活动。1.2.被动裂谷

被动裂谷：大陆岩石圈内的张应力引起地壳减薄以及热的软流圈物质的被动性上涌。被动裂谷中，大陆岩石圈内的张应力使岩石圈的强度减弱，从而使热的地幔物质侵入到岩石圈中，而地壳的上隆和火山活动只不过是第二阶段的作用和产物。目前普遍接受的Mckenzie 的沉积盆地成因模型就是属于这类被动裂谷模式。被动裂谷在发育过程中，首先发生裂谷作用，穹状上隆可以随之发生，但不会超前，因此裂谷活动是区域应力场的被动响应。（二）热挤压（挠曲）盆地

此类盆地最典型者为前陆盆地，它是与大陆碰撞带密切相连的高度不对称盆地，平面上呈长条状或弧形，Price(1973)称其为前渊。Dickinson(1973)按成因将前陆盆地分为两类：周缘前陆盆地，位于陆—陆碰撞造山带外弧地区（如印度恒河盆地、北阿尔卑斯前陆盆地）；弧后前陆盆地，位于大洋岩石圈俯冲形成的岩浆弧之后（如安底斯地区、北美晚中生代—新生代落基山盆地）。

1.前陆盆地

前陆盆地是岩石圈受外力作用发生挠曲而形成的，根据位于弱流体之上的弹性薄板块在受到垂直外力、水平外力以及扭动或弯曲力矩作用时板块的变形特征，可以建立一个综合挠曲公式。对于不同的地球动力学环境，只需相应改变其边界条件、都可以用此公式进行挠曲作用研究。

大洋岩石圈沿海山链的挠曲作用，可用两种模型进行解释，一种是连续板块在垂直外力（以海山链剩余质量表示）作用下挠曲;另一种是在垂直外力作用下，板块发生破裂挠曲。对于挠曲形态的描述可以引用一些有用而简单的表达式，其中包括：最大挠曲幅度、盆地宽度、前隆的位置和高度。尤其是挠曲的波长取决于板块的抗挠强度或挠曲参数。最大挠曲幅度与抗挠刚度以及加载大小有关。

大陆岩石圈挠曲作用的研究大多是在碰撞造山带进行的。横穿造山带与前陆盆地的布格重力异常剖面表明，在大陆板块的挠曲中，造成挠曲的力系差别很大。在恒河盆地，与盆地下面的印度板块相比，喜马拉雅山地形负载大大过剩。这说明此外还必须有一种上浮力存在。而在美索不达米亚前陆盆地，扎格罗斯山脉的地形负载不足以造成阿拉伯板块的挠曲幅度，说明该地区还必须存在另外的向下的作用力。

(三)与走滑变形有关的盆地

此类沉积盆地一般是沿走滑断裂系局部伸展而成，走滑断裂系本身可能与离散型或聚敛型板块的相对运动有关。地壳局部变厚引起加载而造成的弯曲和沉降作用并不明显。虽然走滑盆地形成于广泛变化的地球动力学背景之上，但人们了解最多的还是在大陆内部和大陆边缘环境。走滑带以断层和褶皱的雁行式排列为特征，这些断层和褶皱在应变椭球体上定向呈一致的样式。雁行式褶皱和张裂方向大致呈直角。任何特定断裂带的断层和褶皱的确切型式，都取决于断裂带的区域地质组构特征及断裂系的成熟程度。

主位移带以分段为特征，各个片段在平面上和剖面上都是以叠覆形式连在一起的。如果沿走向的叠覆方向与断层滑动方向相同，形成的是拉分盆地；如果方向相反则形成挤压山脉。走滑盆地的热力学和沉降模型还没有很好地建立起来，这主要是因为它们的构造历史复杂。

二．中国主要沉积盆地的结构分类

（一）板内盆地形成的控制因素

板内盆地是指中国大陆在二叠纪末大洋板块消失大陆板块全部转为陆相沉积后的重要构造类型。它包括与克拉通有关盆地与裂谷带有关盆地与挤压带有关盆地。它们的形成受以下几种大地构造因素所控制：1）受走滑断裂活动影响。中国东部邦庐大断裂在中生代的左旋扭动而新生代转为右旋扭动,对中国东部克拉通基础上形成的裂谷盆地,如渤海湾盆地、苏北盆地、南阳盆地等的形成起了一定的控制作用。而中国西部阿尔金山走滑大断裂在中生代为右旋,新生代转为左旋,对柴达木、酒西、花海以及塔里木盆地分割性断陷的形成亦起了一定的推进作用。2)地慢垫影响。新生代始,太平洋板块向亚欧板块俯冲方向改变以来,除在东亚大陆边缘形成一系列大陆边缘盆地外,大陆深层地慢亦呈局部上升状态,迫使地壳减薄,表层引张应力加强,从而在中国东部出现裂谷式断陷王尚文,大部叠加在郊庐大断裂扭动形成盆地基础之上,部分为新生断陷盆地。这种裂谷式断陷盆地特点在于,以鲁东隆起地垒为中心杨祖序,以北均为北断南超、北陡南缓的凹陷,以南均为南断北超、南陡北缓的凹陷,两者呈对称箕状。中国西部诸盆地深层地慢虽然不像中国东部形成“垫”,但大部分盆地却都位于地慢隆起或斜坡带上。它们对于形成盆地初期断陷,肯定有一定促进作用。3）晚第三纪末期印度板块北推、碰撞对中国西北部地区陆相沉积盆地形成起了一定的控制作用。中新生代欧亚板块除在西藏地区曾有过几次裂陷,形成特提斯大洋外,印度板块向北推进，上新世和欧亚

板块相碰。这种远距离效应影响着西北地区已有断裂呈两种扭动方式,阿尔金山大断裂以南到青藏板块一系列北西西向大断裂呈左旋扭动,形成昆仑、秦岭、祁连等扭动造山带的强烈上升和其间柴达木、酒西等盆地挤压下陷。阿尔金山大断裂以北的北西向断裂系,均以右旋

扭动为特点,以新疆最为典型,形成扭动的天山造山带、甘肃北山造山带、阿尔金山等造山带的再次强烈上升以及塔里木、准噶尔、吐一哈等前陆盆地、山间盆地的挤压断裂下陷。中中部的鄂尔多斯、四川盆地均为早元古代稳定了的古地台,仅受上述三方面应力交汇作用影响,故其盆地性质仍然保持稳定克拉通边缘拗陷性质，沉积速率较小,沉积盖层厚度较薄,但却长期处于继承性拗陷状态。

（二）中国主要含油气盆地分类

中国主要含油气盆地可划分为三类八种结构。三类包括裂谷类或张扭类盆地、压性或压扭性盆地以及克拉通盆地。前二者又可进一步划分为一元、二元以及多元三型结构,后者则可分为继承性拗陷与间断拗陷两种结构（表一）。

1.1地堑一拗陷转化型盆地

主要指地壳先期受基底隆起或区域张扭力作用而产生的地堑一地垒构造,后由于应力场转化而形成全面拗陷。前者盆地沉积呈现多中心状态,后者转化为单一中心。这里所指应力场转化实际指的是地慢上升拱起及其以后收缩下降的转化过程。

1.1.1一元结构

属断陷型盆地，一般具有窄而长的条形形态，多数为单一时代的断陷沉积。沉积物粗而厚，旋回性及韵律性均较差,火山活动多,形变不甚明显,岩石胶结及分选程度亦差。如图1所示,洞庭湖地堑、海拉尔断陷、依兰伊通断陷,这些地堑型断陷,至今未见到工业油气流。

1.1.2二元结构

属地堑一拗陷转化型盆地。一般盆地面积较大,沉积较厚,生储盖条件优越,局部构造发

育,聚集条件多种多样。在演化上盆地下部为地堑地垒结构,上部转化为拗陷沉积。平面属于断拗结合,垂向上属断拗转化。该类型生储盖组合由于受下部地堑地垒结构影响,一般地堑部分沉积厚,沉积粒度细,含有机质丰富,有利于生油。地垒部分沉积厚度小,沉积粒度粗,储层育,孔渗条件好,具有良好储盖组合,聚集条件优越。地堑地垒二者结合,有利于形成大型油田或气田。我国东北的松辽盆地,西北的酒西盆地以及南海北部的珠江口盆地、北部湾盆地（图2）和江汉盆地、苏北盆地、南襄盆地均属二元结构类型。

1.1.3多元结构

属地堑一拗陷一地堑一拗陷型,即盆地在元古界基底之上,始生代和古生代由裂谷一地台型盖层,中新生界下部为地堑型结构,新生代晚期转化为拗陷型统一下陷沉积的双层二元结构。这种类型结构有利于形成多源多类型复合油气藏群,是至今国内大型油气田赋存的最重要盆地结构类型。渤海湾盆地是这种结构的典型代表（图3）。

2.断块隆凹一拗陷转化型盆地

主要指盆地演化过程由初期半裂谷式构造应力场或压扭性构造应力场转化为后期挤压拗陷应力场所形成的一元或多元结构的沉积盆地。

2.2.1一元结构

属挤压拗陷型，垂向上无应力场转化,从上到下只有一种挤压应力场。沉积中心与拗陷中心一致。一般沉积粒度较细,分选性好,有一定的旋回性及韵律性,且具有生油能力,如百色盆地、楚雄盆地、都阳湖盆地等（图4）。

2.2.2二元结构

属断块隆凹一挤压拗陷沉积盆地。即盆地下部为断块的隆起和凹陷,应力场有一定的方向性。有些盆地这种断块一凹陷的断块实则为裂谷过程,如塔里木盆地的二叠纪。上部转化一拗陷中心的拗陷,构造应力场与前者方向不一,多为区域不整合。二元结构盆地的应力场变化反映了盆地演化史的重大变化。纵阅国内外油气田的盆地资料,这种结构大油气田最多,实由

于此种结构属于成油气组合好的类型,有于形成大油气田。如准噶尔盆地、柴达木盆地、吐哈盆地（图5）,国外俄罗斯的蒂曼一伯朝拉盆地、中亚卡拉库木盆地。

2.2.3多元结构

属拗陷一断块隆凹一拗陷型。主要指我国塔里木盆地,它的发展演化可划分三大阶段。a）稳定克拉通拗陷阶段。主要指震旦纪至二叠纪发展演化过程,盆地除东南于田一且末一若羌北向隆起带以及北部库尔勒一阿克苏东西向隆起带未接受沉积外,盆地广大地区均处于稳定拗陷阶段,早古生代拗陷中心在库尔勒一满加尔一带,沉积最厚达8000米。应该指出震旦纪时库鲁克塔克拗陷可能具有拗拉谷性质。上古生代拗陷中心在柯坪一阿瓦提及叶城一带,沉积

最厚可达5000米二叠纪时盆地可能属裂陷期有大量火山喷出。b）中生代一早第三纪断块隆凹发展阶段，此时最大特点在于盆地东北大部分处于拗中凹状态,即在大的拗陷背景下又有多局部断块的凹陷与隆起。盆地西南大部处于隆中凹状态,即在大的隆起背景上,出现局部断陷。目前了解在靠近昆仑山前局部断陷有一个之多。不论是拗中凹还是隆中凹都是在印支运和燕山运动影响下,由于周围山系不断发生断块隆升而发生的。。盆地统一拗陷阶段。晚第三纪中新世开始周志毅,盆地受印支板块北推碰撞远距离效应影响,周围山系再次强烈上升,致使盆地局部断块隆起凹陷转化为整体统一下陷。盆地最大拗陷中心在昆仑山前,沉积厚度9000米,巴楚隆起沉积最薄仅厚500米,阿克苏之南有一局部凹陷中心,沉积厚6000米。

3.克拉通盆地

属继承性和间歇性拗陷型盆地。其发展演化过程构造应力场多数无大的变化

,但也有属于二元结构。此类型盆地尽管沉积厚度不大,但海陆相齐全。古生代以海相为主中生代以陆相为主。拗陷中心虽有旋转扭动,但其最大沉积幅度和沉积速率均较小,而且在漫长

历史中对形成烃源岩、储集层、圈闭等都有最佳匹配,为晚期油气创造了良好条件,有利于中气田形成。如鄂尔多斯间歇型盆地和四川继承型盆地即属此类（图6）。

三．结束语

国外以板块构造学说为指导的盆地分类早在20世纪70～80年代就已建立。由于中国所处的独特的板块构造位置和所经历的复杂的（多旋回性）板块构造演化历史，形成了中国沉积盆地多类型、多期次、多旋回叠加的特点，现今的盆地仅是最后一次主要构造旋回的产物，并不表示其以前的盆地类型、范围和构造面貌，如塔里木盆地侏罗纪时的盆地面貌就和现在差异很大。现今盆地也不能反映古生代的沉积范围，同为裂谷型盆地的松辽盆地、渤海湾盆地和南华北盆地在演化历史以及油气时空分布和潜力等方面都存在着明显的差异。因此，盆地原型分析和盆地的叠加改造分析在总结中国油气分布及其规律方面十分重要，这方面的方法和理论还处于探索阶段。在盆地分析中，整体、动态、历史、综合的指导思想十分重要，只有这样，才能把各期盆地原型的沉降、沉积和构造样式及烃源岩成烃、运移和聚集特征的变化情况真实地解析恢复出来，客观地评价现今盆地整体的油气资源状况和潜力。近年来，尽管不少学者(朱夏，1983；赵重远，1978；王尚文，1983；陈发景，1983；罗志立，1983；张恺，1995;田在艺，1996)都提出过不同的划分方案，但仍需进一步的研究，在中国大陆板块构造演化历史的基础上制定出切实可行的盆地划分方案，这样不仅可对沉积盆地的研究有所建树，而且对中国的油气勘探具有现实的指导意义。