我国中西部前陆盆地的发育特征和特殊性

我国中西部前陆盆地的发育特征和特殊性

中国中部和南部广泛分布着不同大小的中新世前陆盆地，主要包括keta、准南、哈、塔西南、柴北缘、酒精、雅布拉湖、川西南、楚雄、鄂尔多斯等沉积盆地（图1）。在这些前陆盆地内部蕴含着巨大潜力的油气资源,构造圈闭发育,是高效大油气田勘探的主要场所(邱中健和龚再升,1999;贾承造和魏国齐,2002)。据第三轮油气资源评价(2002年),中国12个重点前陆盆地的石油资源量67×108t,天然气资源量76689×108m3。目前已经在7个前陆盆地中探明天然气6710×108m3,石油26×108t。其中获得勘探大突破的前陆盆地有准噶尔西北缘、库车和酒泉盆地等(邱中健等.2002);近期在前陆盆地中勘探获得重大发现的有川西(邛西3、黎雅1、矿1井),准南(霍10井),塔西南(阿克1、柯深101),柴北缘(马北1井)等。随着前陆盆地的经典概念进入中国特定的复杂构造地质环境中以来,前陆盆地的概念在不断地变化发展和调整,用前陆盆地的共性来研究中国前陆盆地的同时,更要注意中国前陆盆地的特殊性(Dickinson,1974;Bally&Snelson,1980;朱夏,1986;Graham,1993;贾承造等,1997,2001,2002,2003;张渝昌,1997;赵文智等,1999;魏国齐等,2000;靳久强等,2002)。对于中国前陆盆地的定义,要从它的构造演化入手研究其特殊性。1柴达木盆地内部构造演化通过对各个盆地的构造变形、沉积特征及其所处的大陆动力学背景进行综合分析和研究,发现中西部盆地的基本特点是“两期三类前陆盆地”。即受中国西部古亚洲洋、古特提斯洋和新特提斯洋演化的影响,晚古生代以来前陆盆地的可以划分为两期、3类前陆盆地。两期为海西—印支期前陆盆地和喜山期前陆盆地,3类指海西—印支期的周缘前陆盆地和弧后前陆盆地、喜山期再生前陆盆地(表1)。海西-印支期时期是中国大陆小型克拉通聚敛的主要时期。晚石炭世—早二叠世时期古亚洲消亡,准噶尔板块、塔里木板块、华北板块与西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块相继发生碰撞(李春昱等,1982;Hsu,1988;Hendrix,1994;贾承造,1997;Zhang,1997;卢华复等,2000)。在准噶尔盆地西缘、南缘、北缘和塔里木盆地的北缘分别形成周缘前陆盆地;中三叠世末期和晚三叠世,随着古特提斯洋的组成部分秦岭洋、金沙江洋和昆仑洋的消亡,扬子板块与华北板块、中咱微板块与扬子板块,羌塘微板块和塔里木板块等相继碰撞拼合,导致了东古特提斯造山带的形成(包括秦岭造山带、昆仑山造山带和龙门山等造山带),同时也导致了塔里木盆地南部的弧后前陆盆地发育、川西周缘前陆盆地、鄂尔多斯西缘周缘前陆盆地、合肥周缘前陆盆地、川东北周缘前陆盆地的形成。喜山期是新特提斯洋的俯冲消亡(印藏碰撞)与欧亚大陆的内部变形时期,在印藏板块碰撞的远距离效应影响下(Allegreetal.,1984;Hendrix,1994;Tapponnieretal.,2001),使得古天山、祁连山、昆仑山、龙门山等造山带重新活动,这些陆内造山带向盆地的冲断,导致中国西部的盆地进入“再生前陆盆地”阶段(贾承造等,2001;杨树锋等,2002)。典型前陆盆地分析表明:(1)川西前陆盆地在三叠纪晚期为典型的周缘前陆盆地,从龙门山向四川克拉通方向,前陆盆地的冲断带、前渊、前缘斜坡和前缘隆起发育完整;新生代早期的再生前陆盆地仅仅局限于川西盆地的南部。龙门山褶皱冲断带南、北段在构造几何学和变形时间上存在明显的差异(贾东等,2003;陈竹新等,2005)。(2)柴达木盆地北缘的主要变形样式为走滑-挤压构造,相对来说断层系统沿走向滑动的距离远大于沿倾向冲断推覆的距离。柴达木盆地内部的变形动力学机制来源于阿尔金的左旋走滑作用,多条基底走滑断层源于由阿尔金构造带,并且逐步向东扩展,导致盆地北缘主要变形样式为走滑冲断。柴达木盆地北缘中新生代盆地演化经历了早侏罗纪—断陷盆地、中—晚侏罗纪和早白垩纪—坳陷盆地、晚白垩纪—盆地整体挤压隆升(古隆起)、早第三纪—弱伸展沉降盆地、晚第三纪早期(始新世一渐新世)—坳陷型盆地、中新世(上干柴沟组沉积)以来—走滑冲断的构造演化历程。(3)准噶尔盆地南缘从晚古生代晚期以来经历了周缘前陆盆地(晚石炭世—二叠纪)、陆内坳陷(三叠纪—早第三纪)和再生前陆盆地(晚第三纪以来)三个盆地发育阶段。晚古生代巴音沟—大南湖蛇绿岩为代表的大洋关闭形成了准南晚古生代前陆周缘盆地;中新世以后侏罗纪断陷盆地的构造反转形成再生前陆盆地。(4)川北大巴山前陆盆地经历了两大演化阶段。晚古生代—早三叠世周缘前陆盆地早期演化阶段,到中三叠世,整个川东北地区为陆相磨拉石盆地,这时的周缘前陆盆地持续发育,进入后期阶段。中三叠世之后发育了两期陆内变形即燕山期(J3-K1)大巴山低幅度构造活动期和早白垩时期是大巴山冲断带的强烈改造期。大陆岩石圈动力学及综合地球物理研究表明,中国中西部前陆盆地均发育小型克拉通基底。晚二叠世以来大小不一、形态各异的多块体小型克拉通的聚合碰撞作用是中西部前陆盆地群形成的基本动力学过程。这些小型克拉通的多块体聚合碰撞造就了中国中西部前陆盆地的特殊性和多样性;小型克拉通岩石圈结构和流变学的不均一性是构成中西部前陆盆地差异性的基础。新生代期间受印藏碰撞的影响,中西部地区原来(中生代时期)已经焊接的小型克拉通群体,在广阔的弥散变形作用下发生构造复活,块体之间相互作用重新调整定位,导致了块体边界构造的强烈活动,形成了一系列环绕青藏高原周缘的再生前陆盆地群。2前陆盆地构造格局随着前陆盆地理论在中国油气勘探领域内的运用,在库车、酒泉、川西、准南、柴北缘等发现了天然气,特别是库车前陆盆地克拉2大气田的发现直接加快了中国前陆盆地地质理论研究的进程。在这期间,地质家和勘探家们对中国前陆盆地的认识达成基本共识:中国前陆盆地与国外前陆盆地相比具有明显的特殊性和多样性。首先,这些前陆盆地在空间上表现出彼此复合的特点,在时间上又有多期盆地相互叠合的现象;其次,它们往往发育在中新生代陆内弥散变形的盆山耦合部位,呈现为小型克拉通边缘的不对称箕状坳陷;并且,不同的盆地之间具有较大的差异性,每个盆地具有独特的发生、发展和变形历史,表现出明显的多样性(张渝昌,1997;贾承造和魏国齐,2002;贾承造等,2003;靳久强等,2002;卢华复等,2000;赵文智等,1999)。晚古生代以来由众多小陆块拼贴而成的统一中国大陆主体,在中新生代受南缘特提斯构造域演化控制,形成统一应力机制控制下的独特盆山系统(杨树锋等,2002)。中国中西部前陆盆地具有如下构造特征:(1)小克拉通盆地被大型造山带所环绕;(2)陆相盆地中充填着巨厚的磨拉石堆积;(3)早期前陆盆地遭受晚期构造活动的强烈改造;(4)统—的构造应力作用控制区域性的盆地沉降和沉积;(5)构造变形样式复杂多样,包括了不同类型的断层相关褶皱和盐构造。上述构造特征决定了中国中西部前陆盆地的油气地质特征:(1)盆地改造强烈,大陆边缘坳陷有利烃源岩通常被卷入到造山带及其逆掩推覆带之下,盆山结合部位构造变形强烈,构造圈闭发育。(2)生气母质具有埋藏深、演化时间长和气源丰富的特点;陆相沉积以生气母质为主,再加上巨厚的新生代磨拉石沉积覆盖,有机质热演化程度高,例如川陕区和新疆区前陆盆地的勘探对象以天然气为主。(3)具有多期成烃、晚期成藏的特征;两期前陆盆地决定了两个主要的生烃期,即石炭一二叠系烃源岩在燕山期生烃,中下侏罗统烃源岩在喜山期生烃。但是小型克拉通陆块的复杂拼合过程造成了油气生成、运移和聚集过程的易变性,因此保存条件就成为勘探的关键。以晚期成藏为主预示了现今所有的构造圈闭都值得重视,这样就大大解放了勘探思路,开拓了勘探领域。(4)区域性的多套生储盖组合普遍发育。例如早期前陆盆地发育晚古生代石炭—二叠系海陆交互相烃源岩和三叠系储盖组合;晚期前陆盆地生储盖组合表现为中下侏罗统煤系烃源岩、白垩系砂岩储层和第三系膏、泥岩盖层。(5)盆地结构复杂、勘探难度大;盆地类型多样,不同的盆地应开展有针对性的勘探部署和综合研究。根据前陆盆地的盆地结构和演化组合,可将中国西部的前陆盆地划分为4种演化组合,即叠合型组合、改造型组合、早衰型组合和新生型组合(表2)。叠合型组合前陆盆地的主要特征为喜山期前陆盆地结构完整,叠加在晚古生代—印支期前陆盆地之上,两期盆地结构叠合较好,主要发育发育在天山造山带的南北两侧和昆仑山造山带的北侧,如库车地区、准南地区、塔西南地区。改造型组合前陆盆地是指前陆盆地主要形成于印支期,但经历喜山期冲断变形的改造,早期前陆盆地的形态发生了一定的改变,喜山期前陆盆地不发育或很弱。该类组合主要发育在四川盆地西缘、四川盆地东北缘和鄂尔多斯盆地西缘。早衰型组合前陆盆地所代表的前陆盆地主要形成于印支期,其后主要是伸展型的断陷和区域性拗陷盆地,喜山期冲断变形影响很弱,但从现今的构造剖面图上,仍能清楚地分辨出印支期的盆地具有前陆盆地系统的结构特征,周围造山带与盆地内部具有较好的对应关系,该组合类型主要发育在准噶尔西部和东部。新生型前陆盆地组合是指前陆盆地主要形成于喜山期,印支期的前陆盆地不发育或着从现有的资料还无法论证在印支期是否发育前陆盆地。这类盆地组合主要发育在祁连山造山带的两侧,如酒泉盆地和柴达木盆地北缘。3前陆盆地气藏保存的地质背景和勘探方略我国中西部前陆盆地对天然气聚集成藏的主控因素表现为:(1)前陆盆地之前的伸展断陷构造背景下通常发育有丰富的烃源岩层系,如晚古生代被动陆缘(或裂陷盆地)和早中侏罗统断陷盆地;(2)前陆盆地内充填沉积巨厚的复理石或类复理石等碎屑岩沉积,可以构成良好的储集层;(3)前陆冲断带中广泛发育的断层相关褶皱往往形成许多有效的构造圈闭,通常作为首要勘探目标;(4)前陆盆地的构造变形时间与油气运移的时间具有同时性,褶皱冲断构造的变形过程就是驱使油气运移聚集的过程,特别是沿断层带的油气运移是前陆盆地油气运移的主导方式;(5)不同期次、不同规模逆冲断层的开启和封堵性状决定了构造圈闭的保存条件。对这些前陆盆地的油气勘探始于20世纪50年代(魏国齐和贾承造,1998;邱中健和龚再升,1999;邱中健等,2002;李景明等,2002),从1998年发现克拉2大气田(探明天然气地质储量2840×108m3亿方)以来,接着酒泉盆地穹窿山油田的发现,揭开了前陆盆地勘探新的阶段。根据各个盆地的地质认识水平、勘探现状和天然气成藏条件,中国前陆盆地天然气勘探方略可分为4个层次的勘探领域。其中现实增储的天然气勘探展开区为库车和川西;战略突破领域为塔西南和准南;战略准备领域为鄂尔多斯西缘逆冲带、大巴山前和柴北缘;天然气勘探远景区为吐哈北缘、博格达山北缘(准东)、准葛尔西北缘、酒泉、塔东南、楚雄、柴西、潮水等地区。中生代早期前陆盆地气藏保存的有利部位是冲断带前锋、前渊凹陷两边的斜坡和前缘隆起部位目的层都集中在侏罗系泥岩之下;新生代再生前陆盆地逆冲带和前缘隆起部位有利成藏,第三系膏泥层之下是勘探的主攻层系。4天然气勘探方向晚二叠世以来大小不一、形态各异的多块体小型克拉通的聚合碰撞作用是导致中西部前陆盆地群形成的基本动力学过程。这些小型克拉通的多块体聚合碰撞造就了中西部前陆盆地的特殊性和多样性。综合研究分析表明,我国中西部盆地的基本特