伸展盆地分析

伸展盆地分析何登发中国地质大学（北京）Talk4主要内容基本概念伸展盆地特征大陆裂谷盆地的油气聚集华北中、新生代岩石圈减薄实例1:渤海湾盆地分析实例2:松辽盆地分析伸展盆地:基本概念伸展盆地是在引张作用下与地壳和岩石圈产生伸展、减薄作用有关的一类裂陷盆地。裂谷是最常见的一种伸展盆地，是“由于整个岩石圈遭受伸展破裂而引起的，并且常常是一侧为正断层限制的断陷盆地”。除了裂谷外，坳陷、坳拉槽和被动大陆边缘也属于伸展盆地。裂谷、坳陷、坳拉槽与大陆边缘的关系裂谷的一般特征和类型裂谷的形成与伸展作用有关。在威尔逊旋回的各个阶段和各种不同的板块构造环境中均可以见到裂谷的形成。它们是：(1)与大陆裂开和漂移作用有关的裂谷；(2)与俯冲作用有关的裂谷；(3)与大陆碰撞作用有关的裂谷。裂谷的一般特征和类型与大陆裂开和漂移作用有关的裂谷可分成大洋的、大陆间的和大陆内部的裂谷三种类型。现代大洋裂谷是沿大洋中脊延伸并受正断层限制的裂谷。谷底和谷肩均为洋壳。大洋中脊及其裂谷为转换断层所横切。其它特征主要是：(1)浅震；(2)活动的火山作用；(3)呈对称状正、负交替的磁异常；(4)高热流值。实例是大西洋、印度洋中脊上发育的裂谷。裂谷的一般特征和类型现代大陆间裂谷是裂谷的下面为洋壳，谷肩是陆壳，它们是大陆裂谷演化为大洋裂谷的过渡产物．例如，在印度洋附近的亚丁湾和红海南部。现代大陆内裂谷的下面为陆壳，谷肩也为陆壳。但裂谷下面陆壳厚度要比周围薄一些。(1)负布格重力异常(2)高热流(90至115mWm-2

，也即是大于2H.F.U)(3)火山活动东非裂谷是典型的大陆裂谷系裂谷作用两类裂谷作用(Sengor和Burke,1978;Baker和Morgan,1981;Tureotte,1983;Morgan和Baker,1983;Keen,1985):主动裂谷和被动裂谷作用。在主动裂谷作用中，地表变形与热柱或热席对岩石圈底部的撞击作用相伴生。来自地幔柱的传导加热作用，来源于岩浆生成的热传递作用或者是来源于对流加热作用均可以使岩石圈变薄.如果来自于软流圈的热流很大，大到可使大陆岩石圈较迅速地减薄，这将引起均衡隆起。为隆起产生的张应力于是引起裂开作用。主动裂谷的实例是东非裂谷.裂谷作用被动的裂谷作用:首先是大陆岩石圈的张应力引起它破裂，其次才是热的地幔岩贯入岩石圈。地壳穹隆作用和火山活动仅是次要过程(Turcotte和Oxbugh，1973).Mckenzie(1978)所提出的有关沉积盆地成因的模式属于这类被动裂谷作用。如果被动裂谷作用发生，首先产生裂谷作用，随之发生穹隆作用，因此裂谷作用是区域应力场的被动响应。RioGrande裂谷可能是由于这种被动裂谷作用产生的.Segnor和Burke(1978)讨论了裂开作用和热穹窿火山活动的相对时间，并根据它推测主动或被动裂谷.裂谷作用两类裂谷作用(Sengor和Burke,1978;Baker和Morgan,1981;Tureotte,1983;Morgan和Baker,1983;Keen,1985):主动裂谷和被动裂谷作用。被动的裂谷作用:首先是大陆岩石圈的张应力引起它破裂，其次才是热的地幔岩贯入岩石圈。地壳穹隆作用和火山活动仅是次要过程(Turcotte和Oxbugh，1973).Mckenzie(1978)所提出的有关沉积盆地成因的模式属于这类被动裂谷作用。如果被动裂谷作用发生，首先产生裂谷作用，随之发生穹隆作用，因此裂谷作用是区域应力场的被动响应。RioGrande裂谷可能是由于这种被动裂谷作用产生的.大陆裂谷发育为被动大陆边缘、坳拉槽的示意图裂谷的一般特征和类型

Segnor,Burke和Dewey(1978)还划分出一种在形态上与坳拉槽相似的碰撞谷这种裂谷的发育与大陆碰撞有关.两个大陆在其碰撞时除了产生平移断层外,还在与碰撞带垂直相交的方向形成拉张应力,产生碰撞谷.PaulTapponier和PeterMolnar(1975)在讨论碰撞作用形成走向滑移断层的同时,曾指出贝加尔地堑系和山西地堑系是由于喜山运动时印度板块与亚洲大陆碰撞时所产生的拉张应力场引起的。裂谷的一般特征和类型弧后裂谷和弧后边缘海盆地与俯冲作用有关，虽然也属伸展盆地，但与聚敛型板块活动有关。主要为两种类型:一种它们常常是早期弧后裂开，晚期演化为弧后边缘海,为小洋盆，具洋壳。与西太平洋主动大陆边缘有关的边缘海属此类型。另一种类型弧后盆地与安第斯型主动大陆边缘有关，分布于山弧后方,在大陆壳上发育。伸展盆地的演化(一)与大陆裂开和漂移作用有关的裂谷演化呈下列四条路线：1．大陆内裂谷→大陆间裂谷→大洋；2．大陆内裂谷→坳拉槽；3．大陆内裂谷→被动大陆边缘；4．大陆内裂谷→大陆内坳陷。伸展盆地的演化(一)与大陆裂开和漂移作用有关的裂谷演化呈下列四条路线：1．大陆内裂谷→大陆间裂谷→大洋；2．大陆内裂谷→坳拉槽；3．大陆内裂谷→被动大陆边缘；4．大陆内裂谷→大陆内坳陷。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)与俯冲作用有关的弧后盆地

这类盆地与主动大陆边缘的俯冲作用有关,

由于俯冲作用在火山弧后方形成弧后盆地,

推测它们开始为弧后裂谷,

以后演化为边缘海盆地、弧间盆地等。弧后盆地有四类:1．在岛弧后方，由于俯冲作用引起的地幔上涌，产生拉张应力，开始使大陆裂开形成裂谷，继续扩张，最终形成洋壳组成的小洋盆，它们被称为西太平洋型弧后盆地，如日本海，汤加克马德克、马里亚纳海盆、南中国海等。

Karig把这类盆地分为下列类别(W．Dikinson，1977)：

(1)活动扩张型，相当于弧间盆地，分布于火山弧和残留弧之间，热流值高，如汤加，克马德克，马里亚纳海盆。

(2)不活动扩张型，相当于边缘海盆地，又分为两类：(A)较年青的不活动扩张型，有高热流值，如日本海(B)较老的不活动扩张型，具正常热流值，如西菲律宾海，南中国海。伸展盆地的演化(二)与俯冲作用有关的弧后盆地2．弧后盆地发育与安第斯型主动大陆边缘有关.由于俯冲作用，在大陆地区发育火山弧(不是岛弧),称为山弧.山弧后方与稳定大陆之间的沉积盆地属安第斯型弧后盆地。盆地虽然也系伸展和扩张产物，但不同于第一类，为大陆壳。例如美国西部盆地山脉省即属于这一类弧后裂谷盆地。伸展盆地的演化(二)与俯冲作用有关的弧后盆地3.第三类弧后盆地和第二类一样为陆壳，但为浅海，例如苏门答腊盆地。这类火山弧称为裙弧，为裙弧弧后盆地，也有人称为陆缘海盆地。这类弧后盆地在性质上似乎离典型的岛弧较远，却更接近于安第新型弧后盆地。4.第四类弧后盆地也位于岛弧后方,但为转薄的陆壳，例如琉球岛弧后方出现较深水的冲绳海槽,但该海槽在深度和面积上皆不及典型的边缘海盆地,

而地壳厚度大于一般的边缘海盆地。一般认为冲绳海槽相当于扩张早期阶段的边缘海或弧间盆地，槽内尚未出现典型的大洋地壳。伸展盆地的演化(二)与俯冲作用有关的弧后盆地安第斯型弧后盆地→裙弧弧后盆地→冲绳海槽型弧后盆地→西太平洋型弧后盆地一系列不同演化的盆地裂谷(及大陆内坳陷、被动大陆缘)的形成机制裂谷形成机制的假说：(1)以应力为基础的假说(2)以热作用为基础的假说(3)与重力作用有关的假说裂谷(及大陆内坳陷、被动大陆缘)的形成机制以应力为基础的裂谷成因说：纯张应力说剪切拉张说挤压作用下派生的伸展作用和沉降裂谷(及大陆内坳陷、被动大陆缘)的形成机制与热作用有关的假说:热作用假说认为，被动大陆边缘发生的沉降(Sleep，1971)(Sleep和SnelI，1976)是由于岩石圈热膨胀，开始时发生隆起，随后受侵蚀，接着冷却而引起沉降。这种热膨胀和热冷缩不限于海洋，也发生在大陆岩石圈。如果一个正常的克拉通沿一条新生的断裂或围绕一个火山活动中心，温度升高，这时就会形成隆起。这些隆起遭受侵蚀，其最终结果是沿这样的高热流地区使地壳厚度变薄，当高流停止活动并恢复到正常温度状态时就会使地壳收缩引起沉降。裂谷(及大陆内坳陷、被动大陆缘)的形成机制以重力为基础的假说:重力引起这类盆地下沉有三种因素：(1)相转换(2)基性物质的侵入(3)沉积物负荷(4)大陆地壳向大陆边缘的蠕散作用。GC．肯尼迪模式,定性地说明高原的上升作用GC．肯尼迪模式，说明大陆的上升作用表示在原来1km深的地槽中6km沉积物的影响Bott等认为盆地特别是多旋回盆地形成机制不是单一因素，他认为裂谷→被动大陆边缘就是下列因素形成的。(1)开始为热成因，由于较深的软流圈上涌；(2)初期为伸展作用；在上部脆性层产生犁式正断层，在下部沿韧性层滑脱；(3)基性物质的侵入，使地壳密度增大，加剧了盆地下沉；(4)由于海底扩张，洋壳从中脊往外移动。发生冷却作用引起下沉；(5)沉积物负荷作用加强了这种下沉；(6)在地壳中部和下部的蠕散作用。裂谷(及大陆内坳陷、被动大陆缘)的形成机制裂谷盆地的构造特征与油气运移和聚集(一)油气运移指向对断式翘倾断块体同断式翘倾断块体地堑-地垒式断块体(二)断层在油气运移中的作用1.沿断层面的垂向运移和横穿断层面的侧向运移阶梯状运移;单向垂向运移2．断层封闭作用(或遮挡作用)3.差异排驱压力对遮挡(封闭)作用和圈闭能力的影响裂谷盆地的构造特征与油气运移和聚集(三)断陷盆地中油气聚集

叠加型油气聚集:三层楼结构

我国古近纪裂谷盆地中油气藏类型多种多样.主要是：(1)前第三纪时期发育有：前寒武纪结晶基岩油藏、中、晚元古代寒武纪和奥陶纪碳酸盐岩油藏和中生代火山岩潜山油藏(2)古近纪断陷期有滚动背斜、上升盘牵引背斜、强制性背斜、披盖背斜、屋脊断块、屋脊断块与反翘倾组成的背斜以及韧性层流动上拱形成的盐(泥)丘背斜构造油气藏等。(3)断陷期后为新近纪内部坳陷，无明显背斜构造，主要发育披覆背斜油藏，局部有滚动背斜油气藏。

上述这些类型油气藏与广泛分布的地层油气藏叠加连片形成了复式油气聚集带调节带(或传递带)的基本概念和分类传递带被定义为构造变形中在区域上保持缩短量或伸展量守恒而产生的调节构造(陈发景等,2004)调节带(或传递带)的基本概念和分类传递带(TransferZone)的概念是由DahlstromDDA1970年在研究挤压变形中褶皱-逆冲断层的几何形态时首次提出的。挤压变形带中的应变和位移量在区域上是守恒的，但逆冲断层带各段内的单个构造型式不是不变的。当逆冲断层带沿走向变化时，可以见到一条主逆冲断层通过其他型式的构造(如分支断层或褶皱)传递到或者变换为另一条主逆冲断层。Dahlstrom把这种首尾主逆冲断层之间的构造带称为传递带.调节带(或传递带)的基本概念和分类1990年，MorleyCK等将这种传递带概念应用于研究伸展构造。在裂谷发育期间，控凹的一条主正断层沿走向可以通过其他型式的构造(如分支正断层、凸起、走向斜坡或撕裂断层)传递到或者转换为另一条控凹的主正断层，首尾主正断层和其间的其他型式构造的应变和位移量是守恒的。对于首尾主正断层之间的这类构造，Morley等沿用Dahlstrom的概念称之为传递带。由于transfer这个词除了传递含义外，也有转换、变换等涵义，因此，中国石油地质学者中也有人称之为转换带、变换带或变换构造。调节带(或传递带)的基本概念和分类FauldJE和VargaJR与Morley等的看法有些不同。他们把这类构造划分为传递带(TransferZone)和调节带(Accommodation)两类：一类是传递带，参照GibbsAD于1984年提出的概念，认为传递带的标志是具有大量走滑运动分量的横向断层，正断层和伸展构造体系在这些走滑断层带内终止，走滑断层作用传递正断层或伸展构造体系之间的应变。另一类是调节带，其定义是调节侧列正断层和它们之间应变和位移的一类构造。它相当于Morley等的传递带，其标志是侧列状正断层的叠覆，应变是在叠覆正断层之间直接传递的，而不是通过其间的走滑断层。调节带(或传递带)的基本概念和分类陈发景(2003)认为：(1)Morley等的传递带与国内学者的转换带、变换带或变换构造的涵义是一致的，均系指TransferZone，建议采用传递带表示这类构造；(2)Faulds等的调节带(AccommodationZone)相当于Morley等的传递带。建议采用调节带(或传递带)表示这类构造；(3)Faulds等的传递带与Morley等的传递带内涵有所不同。为了避免混淆，建议取消Faulds等的“传递带”术语，统称之为调节带，然后在研究这类构造带样式时，进一步区分它们(如分支断层、凸起、走向斜坡或走滑断层、撕裂断裂)。调节带(或传递带)的基本概念和分类陈发景(2003)认为：根据中国渤海湾盆地的调节带的实际情况，建议基本上采用Morley等的分类方案，并作些修改。首先按基本几何形态划分为共轭(即反向)型和同向型，分别代表调节或传递倾向相反的断层之间和倾向相同的断层之间的应变和位移的构造。其中共轭(反向)型调节带进一步分为聚敛型(即对向)和背离型(即背向)；其次按正断层彼此的位置划分为接近型、叠覆型、平行型和共线型。其中接近型调节带是指两条断层彼此接近，没有叠覆；叠覆型调节带是两条断层彼此部分叠覆；平行型调节带是指两条断层完全叠覆；共线型调节带是两条断层在一条线上。最后，根据调节带的构造型式划分为凸起型、走向斜坡型和撕裂断层型等.伸展构造体系中传递带对砂体分布的控制横向传递带常常是山间河流进入盆地的入口处沿侧列断层同向叠覆型走向斜坡传递带横向凸起传递带构造幅度很大，地形相应也高，它常常分隔开两个凹陷，并起阻碍粗碎屑物注入的障壁作用，表现为第一个凹陷分布砂质岩，另一个凹陷分布泥质岩伸展构造体系中反转构造研究20世纪20-30年代，一些地质学家(Lamplyugh，1920)注意到沉降区向隆起区转化的构造现象，并提出反转(inversion)作用的概念反转构造又称构造反转，由Glennie和Boeger(1984)首先提出。“构造反转指的是盆地逆转为隆起”Harding(1985年)提出“构造反转即为构造起伏在极性上的变化，当指一个构造时，则系指从原来的构造低变为构造高”。Williams等1989年提出：正反转构造是在伸展断层受挤压作用发生反向运动产生的，而负反转构造则是先存在的缩短构造体系发生伸展产生的。伸展构造体系中反转构造研究狭义反转构造概念由Bolly(1984年)提出，“反转构造是指地堑、半地堑系统、裂谷、坳拉槽由于先存在正断层变形作用拉张力转为挤压力，而由内向外不同程度的反转。1987年3月，英国皇家学会反转构造会议上提出反转构造的定义为：“原先由张扭性断层控制，常发育同断陷期沉积的盆地，后期在挤压作用下发生隆起和局部挤压，由此产生的构造称为反转构造”。反转构造的概念①反转构造是在原来伸展或缩短构造体系上的反向调整构造，反转构造的发生不应改变原型盆地的性质②反转构造的发生依赖于先期形成的断层在应力场改变的情况下发生性质变化而形成，反转构造发生于断层的上盘沉积层序中，几何形态受早期形成的伸展断层控制③并非所有的凹陷内构造隆起都可以称为反转构造，反转构造应是同断陷沉积层序后期反转的结果④大陆裂谷、坳拉槽逆冲推覆、封闭甚至造山或褶皱山系裂陷拉张形成裂谷，洋盆应视为构造极性的反转，可称为构造反转(Tectonicinversion)，而不应作为反转构造的概念范畴⑤伸展构造体系中，反转构造是普遍存在的构造现象，中国东部伸展断陷盆地中广泛发育的反转构造和伸展体系中的横向构造调节带，一同构成伸展构造样式的调节构造，并对油藏的形成、运移、保存起到重要的控制作用。沈华等,2005反转构造的识别(1)不整合面是反转构造识别的重要标志。反转构造的形成一般需要经历3个发展阶段：①剧烈拉张、