松辽盆地构造演化及对油气成藏的控制.docx

松辽盆地构造演化一、 松辽盆地区域构造背景松辽盆地是中国最主要的含油气盆地之一。它位于我国东北部的黑龙江及其支流勾勒出的“鸡首”的中部，主要由大小兴安岭、长白山环绕的一个大型沉积盆地。该盆地跨越黑龙江、吉林、辽宁三省，面积约26万平方公里，松花江和辽河从盆地中穿过，这里埋藏着一个巨大的黑色宝库大庆油田和吉林油田。作为一个侏罗白垩纪沉积盆地，松辽盆地曾是一个大型的内陆湖盆，湖中和四周繁衍着丰富的浮游生物和其他动植物，其北部与现代的松嫩平原范围大体重合，唯独南部边界与当今地貌大相径庭。原因是侏罗纪和白垩纪时，古辽河与古松花江、古嫩江同入古松辽湖，来自东方的挤压力使盆地渐渐整体上升和萎缩，辽河无力逾越重重丘陵，只得回首南流，最终使得松辽盆地超出松嫩平原。松辽盆地从古生代以来，主要经历了中生代及新生代二次板块运动。中生代的板块运动产生了安第斯山型的锡霍特阿林弧及弧后松辽三江盆地。新生代板块运动塑造了现今亚洲东北部大陆边缘岛弧海沟系。松辽盆地形成时与三江盆地连在一起，均属弧后盆地。在其发展过程中，由于郯庐断裂的北部分支伊兰伊通断裂的平移运动，使松辽盆地与三江盆地在发展过程中，彼此逐渐错开并在扭动断裂牵引作用下，松辽盆地东侧及三江盆地西侧逐渐隆起，使其成为各自独立的盆地。因此，松辽盆地是一个与扭动断裂有关的弧后盆地，具有边形成、边扭动、边发展的特点。20世纪上半叶，美国、日本的地质工作者都曾在这一带进行过石油调查和勘探，但没有发现石油。1959年9月26日，松基3井是打出了第一口喷油井。这口井的喷油标志着大庆油田的发现，在我国石油工业的发展史上具有里程碑的意义。二、 原型盆地类型松辽盆地的形成与发展与亚洲东北部地区的地质发展有密切关系。通过对亚洲东北部地区古生代以来的板块构造演化分析，我们可以知道松辽盆地属于在晚古生代冒地槽基础上发育起来的一个中生代弧后盆地。其形成与发展大致经历了以下几个阶段：1.晚古生代时期此时期松辽盆地处于蒙古鄂霍茨克大洋板块与太平洋大洋板块的交界附近。其西侧为大兴安岭优地槽，东侧为佳木斯隆起。从目前松辽盆地已钻到的基底岩性分析：其西部属轻微变质或未变质的上古生代地层（石炭二叠系），而东侧为前古生界的片麻岩、片岩等深变质岩系。故推测当时松辽盆地基本上属于大兴安岭优地槽与佳木斯隆起之间的过渡地带，具冒地槽沉积特点，可能从东向西发育有较厚的石炭二迭纪地层。总之，这一时期轻微变质或未变质的石炭二叠纪地层与佳木斯隆起上的片麻岩、片岩等前古生界变质岩系共同构成了现松辽盆地的基底。2.三叠纪中侏罗世时期该时期是松辽盆地的上升剥蚀阶段。古生代末期，西伯利亚大陆板块与中朝大陆板块碰撞相连，构成了统一的古亚洲大陆。因此从中生代开始，控制松辽盆地发展的主要因素是亚洲东北部大陆板块与太平洋大洋板块之间的板块运动。晚古生代末期至中三叠世时期是亚洲东北部大陆边缘由被动的大西洋型转化为活动的太平洋型的过程。来自太平洋大洋板块方向的巨大挤压力，使亚洲东北部大陆板块不断向上扬起，大洋板块逐渐下沉，于是太平洋大洋板块逐渐形成俯冲带，大陆板块也在重力作用下沉降。所以在晚三叠世一中侏罗世末期，沿亚洲东北部大陆边缘地区发育了锡霍特阿林日本地槽（即中生代地槽），而位于此地槽西侧的松辽盆地仍处于隆起状态。需要强调的是，对松辽盆地的形成与发展有重要作用的郯庐断裂带，在此时期已经进入平移初动期。3.晚侏罗世早白垩世时期由于太平洋大洋板块不断地向亚洲东北部大陆板块下俯冲，两板块剪切摩擦引起温度升高，在俯冲带前缘逐渐开始形成熔岩岩浆并上升为火山。连续的俯冲势必在距海沟一定距离的大陆壳上形成火山弧。锡霍特阿林日本大陆前缘火山弧就是从晚侏罗世开始形成的。伴随着锡霍特阿林日本火山弧的形成，其后的松辽盆地及三江盆地所在的地区处于弧后地壳拉张断陷区，形成深断裂，所以此时期松辽与三江作为一个统一的弧后盆地，进入盆地早期断陷发育阶段。而此时郯庐断裂进入平移高潮期，沿断裂有大量中性火山侵入与喷发，郯庐断裂的平移逐渐切割了松辽与三江盆地，因此松辽与三江盆地虽然是统一的弧后盆地，但从其形成开始，就受郯庐断裂的影响，处于边形成、边彼此分开的状态。4.早白垩世晚白垩世末时期白垩纪是中生代板块运动的尾声，海底扩张及地幔对流大大减弱。松辽盆地经前一阶段的断陷发育以后，其下的深部地壳物质大量上升，从而破坏了其与两侧地槽褶皱系之间的地壳均衡。所以此时期松辽盆地地区必然在重力作用下进行地壳均衡调整，从而这一时期是松辽盆地的拗陷发育阶段，也是油气生成、运移和聚集的最主要时期。这一时期不但是松辽盆地主要发育时期，也是松辽三江盆地向现今松辽盆地发展改造的时期。5.晚白垩世末第四纪时期由于伊兰伊通断裂从晚白至世至老第三纪初期，逐渐由终止左旋移动转而裂谷发育阶段（相当于下辽河裂谷盆地发育时期）。从而使位于裂谷西侧的松辽盆地进一步受挤压而上升，使其进入萎缩阶段，并进一步发展成今面貌。三、 松辽盆地典型构造样式松辽盆地内沉积盖层的构造，基底都有不同程度的卷入，深层基底卷入程度相对较高，沉积盖层的构造主要受基底的断裂和岩性控制，局部存在构造滑脱现象。由于经历了多次叠加变形，于是在盆地内不同层次上可以出现不同的构造样式。虽然给石油勘探带来了复杂性，但也扩大了潜在的油气勘探领域。6个一级，36个次一级构造单元。中央坳陷：多期沉积、沉降中心，盆地主要产油区，大庆长垣。松辽盆地构造单元示意图松辽盆地地震地质解释构造横剖面( 位置见图2 中的A-A)1.张性构造样式松辽盆地以正断层的广泛发育为特征，区域性正断层占主导地位。在引张应力作用下，地壳和岩石圈产生伸展、减薄作用，产生伸展盆地。在盆地内部发育的正断层有两种类型：一种是同沉积的生长断层，另一种是后生断层。这两种正断层组合成盆地中最广泛的构造样式张性断块。生长断层在断裂活动时期有沉积作用。在垂向的发育方向，生长断层是自下而上生长，而后生断层是自上而下延伸。生长断层由于它影响和控制着上、下盘沉积岩性和厚度的发育，其上、下盘沉积可以说是两种沉积环境，因而两盘地层不易对比，它长期发育且往往表现为塑性形变。而后生断层与沉积作用无关，断层两盘的地层可以对比，通常发生在构造运动短暂的强烈活动期，且大多数表现为刚性形变。张性断块在平面上可以与其它样式相区分，在剖面上，显然没有挤压作用，即使出现翘曲，也远不如压性断块明显，正断层构成的断块断面呈阶梯状且伴有旋转。纵断层走向与区域拉张应力方向垂直，斜列断层切过断层边角，使相切的两侧同等隆起，似乎与侧列式构造联合形成一个统一的地堑沉降体系。松辽盆地北部五大断裂带的张性断块相对集中的发育区是：嫩江断裂带；齐西敖古拉哈拉海断裂带；黑鱼泡头台断裂带；任民镇肇州断裂带；太平山肇东断裂带。在平面上表现有侧列、狗腿状和横向断层型式。在剖面上表现为非直立断层，常见有地垒、地堑、半地堑、阶梯状等型式。断面的形态分为平面状和犁式，深层的断距远远大于中浅层的断距，深层的断距一般为几百米，甚至可达上千米，而中浅层的断距为几十米。2.压性构造样式松辽盆地压性构造主要是在白垩纪末第三纪时期形成，尤其是第三纪时期，由于日本海地区裂谷活动及陆壳拉断，大陆边缘出现突发性的弹性收缩，挤压显著。盆地东部大部分隆起并遭受剥蚀，沉积范围局限在盆地的中部和西部，来自东侧的挤压，使盆地发育一系列背斜构造带。松辽盆地的压性构造样式表现为逆断层和波状褶皱。期张扭性跟压性构造的叠加3.扭动构造样式扭动构造是指在扭应力或剪切应力场作用下产生的变形，表现为多种构造型式，其中扭断裂（或走滑断裂）是最主要的表现形式。松辽盆地的扭动构造不仅在宏观上表现为断裂带上断层呈雁行排列和大庆长垣上的雁行褶皱，而且在岩心观察中也能看到扭动现象。4.反转构造构造反转指的是变形作用的反转，它属于构造叠加的一种类型。松辽盆地的反转构造十分明显，由反转构造组成了松辽盆地北部四个反转构造带：朝长反转构造带；隆胜合任民镇反转构造带；大庆长垣反转构造带；乌裕尔敖古拉反转构造带。松辽盆地的反转构造四、 松辽盆地构造演化松辽盆地是中国东部晚中生代以来裂谷盆地群中发育最早（Reneal，2002）、保存最完好的盆地，是中国东部岩石圈减薄的中心之一（刘俊来等，2008）。松辽盆地中西部的裂谷作用自下白垩统沙河子组沉积期持续到营城组沉积期，东部从下白垩统沙河子组沉积期持续到登娄库组沉积期。中浅层伸展构造的基本要素是断陷盆地边界主断裂，基本结构单元是半地堑和半地垒，横向上呈多米诺型垒堑构造。松辽盆地从下到上可划分为基底构造层、断陷层、坳陷层和反转构造层等四个构造层，每个构造层之间均以明显的区域不整合为界。松辽盆地构造位置示意图( 据李安峰等, 1998 修改)1. 德尔布干断裂; 2. 松辽盆地北西缘断裂; 3. 温都尔庙西拉木伦断裂; 4. 赤峰开源断裂; 5. 嫩江断裂; 6. 牡丹江断裂; 7. 敦化密山断裂; 8. 塔溪鸡西断裂; 9. 依兰伊通断裂. . 萨彦额尔吉纳加里东期褶皱带; . 海拉尔盆地; . 大兴安岭海西早期褶皱带; . 内蒙古吉林海西晚期褶皱带; . 青龙呼兰加里东期褶皱带; . 张广才岭海西晚期褶皱带; . 佳木斯地块; . 那丹哈达中生代活动陆缘; . 松辽盆地基底构造层泛指裂陷成盆以前的各种岩石与构造变形，主要包括石炭纪二叠纪的浅变质岩和各个时期的花岗岩。基底构造层对应前裂谷期。在侏罗纪以前，松辽盆地的主体松嫩地块是由古亚洲洋闭合期间众多微陆块相互拼贴增生的产物，其基底构造线受板块边界形态影响不同地区可能不同，但其性质以挤压逆冲为主。在中晚侏罗世，松辽盆地基底处于复杂的地球动力学背景之下。一方面，蒙古鄂霍次克大洋板块从西向东逐渐消亡。古地磁数据显示，华北板块此时古纬度基本不变，而西伯利亚板块则明显地向南漂移，说明两者之间具有明显NS向挤压缩短变形，使东北地EW向压性构造的活动一直持续到中侏罗世。另一方面，欧亚大陆东缘在早中侏罗世由被动陆缘转化为主动陆缘，伊泽纳奇(即古太平洋)板块开始NNW向俯冲于欧亚大陆之下，俯冲带大致位于NS向的锡霍特阿林构造混杂岩带。断陷层是指受同沉积正断层控制的晚侏罗世早白垩世陆相碎屑岩、火山岩、火山碎屑岩组合，从下到上依次为上侏罗统火石岭组( J3h)、下白垩统沙河子组( K1s)、营城组( K1y )，其中包括火石岭组和营城组两个火山活动高峰期，前者以安山岩为主，后者则以流纹岩为主，沙河子组火山活动相对较弱，以含煤碎屑沉积为主。登楼库组(K1d)是断陷坳陷转换的产物，早期沉积受同沉积断层继承性活动的控制，在有的断陷盆地，断层活动可能持续到登楼库晚期，因此本研究将其归于断陷层。断陷层对应于断陷期。松辽盆地在经历了中晚侏罗世强烈构造热事件之后，在晚侏罗世末期开始了伸展裂陷，构造体制由左旋压扭逐渐向伸展转变，地壳和岩石圈经历了强烈的减薄和拉张，形成了数目众多、大小不一、构造样式多样的彼此分割的断陷盆地。松辽盆地断陷期并非是单一的拉张背景，而是由早、晚两个脉冲式伸展阶段组成，断陷期早、晚两个伸展阶段各存在一个相对快速伸展高峰和紧随其后的缓慢伸展期。坳陷层包括下白垩统泉头组(K1q)和上白垩统青山口组(K2q)、姚家组(K2y)、嫩江组( K2n), 主要是大型坳陷湖盆中沉积的河湖相碎屑岩，期间有几期短暂的海侵事件和微弱的火山活动，断层活动强度也已大大减弱。坳陷层对应坳陷期。在登娄库组沉积晚期，松辽盆地的伸展幅度大大减弱，整体沉降坳陷，原先彼此分割的断陷盆地相互连通，形成统一的大型湖盆。嫩江组沉积后，松辽盆地遭受数次脉冲式挤压事件，其中嫩江组沉积末期和明水组沉积末期的挤压对盆地影响较大，形成大量的反转构造，造成嫩江组顶面和明水组顶面的区域不整合。此后盆地沉积中心西移，沉积面积萎缩，因此划为反转构造层。在构造反转期，盆地遭受强烈挤压，反转，局部抬升剥蚀。此外，新生代期间盆地经历了数次微弱的挤压与伸展的交替作用，沉积范围萎缩，且伴随长时间的暴露剥蚀。总结来说：盆地的演化可以分为裂陷、坳陷和萎缩三个构造演化阶段（一）裂陷阶段（J2-3K1d）(二)坳陷阶段(早白垩世泉头期-晚白垩世嫩江期)（三）萎缩阶段（K2四方台期-早第三纪）松辽盆地构造演化及其动力学背景简表五、 结论松辽盆地是位于我国东北部的一个大型中生代含油气盆地，其形成与扭动断裂有关，是个典型的弧后盆地，具有边形成、边扭动、边发展的特点。松辽盆地的构造样式较为复杂，主要有张性构造样式、压性构造样式、扭动构造样式和反转构造，尽管构造样式的复杂多样，但其对于研究盆地的区域应力场研究、盆地的演化、油气的运移和聚集都具有十分重要的意义。松辽盆地在构造演化过程主要经历了四个时期，分别为前裂谷期、断陷期、坳陷期和构造反转期。其基底是古亚洲洋闭合期间几个微陆块或地体相互碰撞、拼贴形成的复合陆块，松嫩地块本身可能也是由更小的陆块增生形成的。中晚侏罗世，盆地基底遭受强大的左旋压扭力偶改造，郯庐断裂系北段发生大规模左旋走滑，控制了基底格局、断陷盆地分布及其构造。盆地断陷期由早、晚两个脉冲式伸展阶段组成，早期阶段（侏罗纪末早白垩世初）可能受深部岩石圈拆沉引起的地表热穹窿式双向拉伸控制；晚期阶段(早白垩世)处于中国东部统一的区域伸展构造体制中，是地壳伸展拆离与岩石圈减薄的结果，可能受控于伊泽纳奇板块的座椅式俯冲，隶属古太平洋构造域