《含油气盆地分析》研究生课件02第2讲伸展裂陷盆地

1、含油气盆地分析第二讲 裂陷盆地构造学分析0 引言在介绍盆地分析的总论（板块构造和含油气盆地分类）后，本讲开始介绍盆地分析各论（构造学分析，地层程序分析，沉降史和热史分析，石油地质分析和评价）盆地构造学分析： 1）盆地的成因； 2）类型及其特征； 3）构造样式； 4）盆地演化裂陷盆地是中国含油气盆地的主要类型，另一方面也是伸展构造构造的重要表现形式1 裂陷作用与裂陷盆地的成因一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义 裂陷作用（Rifting)：引张力作用于岩石圈，并导致其大规模开裂和断陷的地质作用过程，是造就岩石圈伸展构造和既裂又陷的构造过程。最特征的产物的大陆裂谷。岩石圈的伸展裂陷作用裂陷沉降机制一、

2、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义 伸展构造（Extentional tectonics)：裂陷作用形成的，一切使地壳或岩石圈沿水平方向发生伸长变形的构造的总称。 其中裂陷盆地（Rift basin)是地壳浅层次的大型伸展构造, 在盆地形成过程中地壳发生伸长。平衡地质剖面恢复古构造（黄骅盆地K85-121剖面）裂陷盆地在演化过程中沿水平方向的伸展变形二、主动裂陷和被动裂陷 两种裂陷机制根据引张力的起因，Sengor & Burke(1978) 将岩石圈的裂陷作用分为： 主动裂陷（active rifting) 被动裂陷 (passive rifting)软流圈物质主动上涌水平扩张裂陷过程是深部物质上

3、涌的反映主动裂陷主动裂陷：裂陷过程是深部热物质主动上涌的反映 被动裂陷：力源是区域水平引张力裂陷作用导致热物质的被动动上涌。主动裂陷和被动裂陷的最大区别： 裂陷盆地形成前是否出现区域上的热隆起，或者说，裂陷盆地的形成和发展是否是区域热隆起的后续构造事件。不同裂陷作用的构造事件序列（逻辑关系上）1）热隆起2）火山活动3）裂陷盆地形成4）热沉降1)裂陷盆地形成2）热隆起3）火山活动4）热沉降主动裂陷被动裂陷三、大陆伸展模式 几何模式1、纯剪切和简单剪切纯剪切（pure shear): 变形过程中应变主轴方向保持不变的变形方式。变形构造具有对称性（共轴变形）。简单剪切（simple shear):变

4、形过程中应变主轴方向始终保持变化的变形方式。变形构造是不对称的（非共轴变形）。2、纯剪切伸展模式（Mckenzie)用纯剪切的模式来解释岩石圈的伸展变形在引张力作用下，中、上地壳发生脆性破裂，下地壳和上地幔发生均匀的韧性伸展（颈缩作用）上部地壳：脆性共轭正断作用，下地壳和上地幔以均匀伸展减薄软流圈在均衡中上升，并导致岩石圈的部分熔融和火山作用的发生，进一步伸展可以使岩石圈完全断裂，出现洋壳。3、简单剪切伸展模式(Wernicke)用简单剪切的模式来解释岩石圈的伸展变形大型低角度拆离断层是大陆伸展变形的主要运动面，上盘系统进一步被大量的正断层肢解地壳的脆性伸展区域和上地幔的韧性伸展区域在垂向上不

5、重叠4、分层拆离伸展模式(Eaton)地壳的伸展构造是分层次的，不同层次的伸展方式可以不同浅层以简单剪切伸展，深层则以纯剪切机制伸展地壳的脆性伸展区域和上地幔的韧性伸展区域在垂向上部分重叠2 裂陷盆地的类型及其特征在板块离散、俯冲和碰撞作用中均可以形成一、裂陷盆地的类型陆内裂陷（大陆裂谷）盆地陆间裂谷盆地裂陷槽 被动大陆边缘盆地 弧后裂陷盆地弧内裂陷盆地撞击裂谷二、各类裂陷盆地的基本特征基 底：变薄了的陆壳或过渡壳动力学机制：伸展作用形成盆地结构和构造样式：地堑、半地堑或它们的复杂结构；以正断层为主体的伸展构造样式。演 化：早期的断陷，晚期的拗陷（热沉降） （进一步分类是根据板块构造环境）1、

6、与板内裂陷作用有关的裂陷盆地1）、陆内裂陷（大陆裂谷）盆地（陆内宽裂陷盆地和陆内窄裂陷盆地）变薄了的陆壳陆相碎屑岩陆内幔源玄武岩夹层2、与大陆裂开板块离散运动有关的盆地陆间裂谷盆地：过渡壳和洋壳，蒸发岩、 和红层裂陷槽 ：平面上呈三角形 或梯形，盆地宽度和沉积物厚度沿一个方向与规律变化 被动大陆边缘：过渡壳为主，海相浅海碳酸盐岩和碎屑岩，无火山岩，存在破裂不整合贝努埃裂陷槽3、与板块聚敛作用有关的裂陷盆地弧后裂陷盆地：基底为过渡壳或洋壳，火山碎屑岩，基底是火山弧或洋壳弧内裂陷盆地：基底为过渡壳，火山碎屑岩，基底是火山弧弧后裂陷盆地的形成4、与板块碰撞有关的裂陷盆地撞击裂谷：过渡壳贝加尔裂谷3

7、裂陷盆地的构造样式 正断层是板块裂陷盆地在内的基本构造要素，并往往作用控制盆地形成的边界断层。因此，裂陷盆地的构造样式取决于盆地中主干正断层及其组合的几何学和运动学特征。1、正断层的特征和类型旋转性：旋转，非旋转平曲性：平面，铲式，坡坪式一、裂陷盆地的剖面构造样式组合类型非旋转平面式旋 转 平 面 式旋 转 铲 式旋 转 坡 坪 式2、裂陷盆地剖面构造样式由非旋转平面式正断层控制的“地堑和地垒”由旋转式平面正断层控制的“多米诺式半地堑”由铲式正断层控制的“半地堑”或“滚动半地堑”由坡坪式正断层控制的复式半地堑二、裂陷盆地的构造变换带正断层平面上与多种组合型式（图）。沿着构造走向，断层的位移往往

8、是相互消长。这种消长是靠变换带来实现的。变换带(accommodation zone)存在多种型式，包括变换断层（也称传递断层，transfer fault)，走向斜坡（strike ramp), 凸起带（high zone)等Morley(1990)将变换断层分为三类四型变换断层和普通走滑断层的区别相互错动只发生在被传递的正断层之间的那一段上；错动突然终止，一般终止于被传递的断层上；断层所预期的错动方向与平移断层相反。盆地内断层系统的分布规律不协调伸展理论伸展盆地内断层的复杂性被形容为：“摔破了的盘子，又被踢了一脚”一般都采用多期叠加来解释，有的很难解释。复杂的断层分布和组合可以用构造地质学

9、新理论不协调伸展理论（童亨茂，1995，1998，2003）来简单解释实例1：渤海湾盆地黄骅坳陷张巨河复杂断块区实例2：渤海湾盆地南堡凹陷实例3：北部湾盆地涠西南凹陷中国石油大学（北京）构造物理模拟实验仪渤海湾盆地区域构造轮廓简图张巨河地区发育三个方向的断层北东向（张北断层）近东西向断层（张东断层）北东东向1、实例1：渤海湾黄骅坳陷张巨河构造三个方向的断层如何形成、如何组合？构造叠加模式：三组断层先后形成，相互叠加存在两方面问题张北断层和张东断层很早都开始对沉积起控制作用，没有先后关系。三个方向的断层在不同的区域发育。设计实验模型最终实验模型模拟实验解释图三维地震资料解释图本实验成果是不协调伸

10、展理论提出的基础性成果实例2：北部湾盆地涠西南凹陷T90T90断裂系统三维形态图T50T40断裂系统三维形态图T31断裂系统三维形态图平面模拟实验模型实验结果与三维地震资料解释成果图的对比T31后2个地区的实验成果是不协调伸展理论提出后的验证性成果不协调伸展理论要点决定构造变形（断层分布和组合）的原因区域构造作用方式和方向基地先存构造（断裂）递进变形过程（盖层的厚度及演化过程）不协调伸展理论要点伸展盆地中复杂的断层组合可以在递进变形过程中逐渐形成不协调伸展形成的断裂系统是有成生联系的、有机关联的、分布和活动，以及对沉积、成藏的控制作用都是有规律的不协调伸展是伸展盆地内的基本变形方式4 裂陷盆地

11、的演化 Allen 等（1990）用图示的形式简单地解释了大陆内部伸展型拗陷盆地、大陆裂谷、拗拉槽和被动大陆边缘之间的关系。1、大陆裂谷陆间裂谷新生大洋盆地埃塞俄比亚-红海-亚丁湾三叉裂谷系埃塞俄比亚裂谷：早第三纪为裂谷前穹隆阶段，渐新世至晚第三纪开始裂陷，沉积粗碎屑岩和火山岩红海裂谷：始新世末到渐新世为隆起阶段，早第三纪晚期和晚第三纪初可是裂陷。从演化时间上看，裂陷作用可能是从南东部向北西部扩展。中新世早中期，红海仍然以大陆上的地堑-地垒构造为特征，并开始出现海侵式砂眼。直到上新世晚期在中央海槽出现新洋壳，同位素年龄为3.5Ma。自此开始，一直扩张到现在，已与印度洋的carsberg中脊相连

12、。目前热流密度高达90-180mW/m2，地温梯度在28-50/km以上一、板内裂陷和离散运动与裂陷盆地演化2、大陆裂谷衰退裂谷拗拉槽俄坷拉荷马盆地 美国南部的俄坷拉荷马盆地就是一个自奥契塔褶皱带向北西伸向北美克拉通内部的拗拉槽，它经历了中-晚寒武纪时期的大陆裂谷、晚寒武世-密西西比纪和宾夕法尼亚纪的变形后保留下来。3、大陆裂谷被动大陆边缘巴西东部被动大陆边缘盆地演化可分为裂谷前克拉通阶段、陆内裂谷阶段、过渡阶段和被动大陆边缘阶段。早白垩纪之前为裂谷前克拉通阶段。当时巴西与非洲是一体的大型克拉通坳陷。缺乏生油岩，但有良好的储层。早白垩世尼欧可姆期为裂谷阶段，主要为碎屑沉积，厚约5000米。本阶

13、段的典型油田是卡烙巴油田，它由断块组成，通过断块活动，将上侏罗统储集层与下白垩统的生油岩接触。早白垩世阿普第期为过渡阶段，原先的大陆裂谷部分的裂陷作用基本停止，岩石圈的裂陷作用集中表现为新生洋壳的扩张。这期间巴西盆地发育蒸发岩层系。这期间的底部砾岩可以构成储集层，而局限沉积环境有利于生油岩的形成，蒸发岩可以作为盖层。早白垩世晚期后的被动大陆边缘阶段，包括浅水台地型边缘海和开阔边缘海的演化在大西洋裂开和海底扩张的早期，巴西大陆边缘主要是砂、页岩沉积，接着是台地碳酸盐岩沉积，后者构成良好的储集层。细粗粒砂岩以浊流方式沉积在深水中，由于区域性系东倾斜和下沉，大陆供给的大量沉积物产生前积作用，形成后的碎屑物契状体。深水粗-细砂岩和粉砂岩构成最好的储集层，而相邻的页岩是生油岩，石油地质配置良好4、大陆裂谷或裂陷盆地大陆内拗陷盆地实例一：中俄罗斯盆地中俄罗斯盆地晚元古代早中、期（里菲期）为大陆内裂谷，晚元古代晚期（温德期）至泥盆-石炭纪为大陆内坳陷盆地，演化如下：陆内裂谷阶段：陆相碎屑岩并有火山活动。大陆内坳陷早期阶段：特征是强烈下凹，海进相地层广泛发育，并形成地台盖层，形成巨厚的陆源砂-粘土质岩石以及碳酸盐岩，包含主要的生油和储油层系大陆内坳陷晚期阶段，其特征为上升作用超