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断陷盆地构造特征及典型实例、成因及油气地质意义

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断陷盆地构造特征及典型实例、成因及油气地质意义目录一、断陷盆地及其典型构造样式概述 1二、典型构造特征、成因及油气地质意义 31、断裂构造 32、背斜构造 63、潜山构造 74、底辟构造 95、火成岩构造 126、反转构造 13三、结论 17参考文献 18摘要:断陷盆地是一种非常重要的含油气盆地,以发育构造断裂为特征,同时又由于构造运动的差异性,产生了许多不同构造特征的构造样式:底辟构造、火成岩构造、反转构造等。不同的构造对于油气的分布和聚集又有其独特的地质意义,所以研究断陷盆地对油气的勘探和开发非常重要。我国在地史时期构造活动多样且频繁,在现今东部各盆地中可见典型的各类断陷盆地,其中也探明并开发出了巨大的油气资源,由此说明断陷盆地与油气的关系是十分密切的。关键词:断陷盆地 构造成因 构造特征 油气分布一、断陷盆地及其典型构造样式概述断陷盆地指断块构造中的沉降地块,又称地堑盆地。主要构造形式常见地堑和半地堑两种形式,断陷盆地横剖面多呈两侧均陡的地堑型或一则陡一侧缓的箕状型陡侧为正断层(图 1。单断型断层倾角高达 30 ~ 70 ,落差几千米,具有同生断层的性质;缓侧一般为宽缓的斜坡。断陷盆地内部可分为陡坡带、缓坡带和中部深陷带(图 1,沉降中心位于陡坡带坡底,沉积中心位于中部偏陡坡侧。 凹陷内部还有主干断层控制次级沉积中心和水下隆起分布。我国东部古近纪的一些含油气盆地,如渤海湾盆地、南襄盆地、江汉盆地、松辽盆地、苏北盆地等,均属于断陷湖泊,并以箕状居多,多数具有大陆边缘裂谷性质,少数为山间小断陷湖泊。我国中部、西部内陆的一些断陷湖泊多属山间或山前的小断陷湖泊,其多沿区域大断层分布,往往位于次一级断层与主断层的交汇处。低于海平面的断陷盆地被称为大陆洼地。图 1陷盆地常见形式图 1相断陷盆地地质相的层次划分及其关联性断陷盆地是一种典型的构造活动型盆地,表现为时间上的阶段性、幕式性和空间上的差异沉降,造成盆地内构造古地貌的极大变化 ,并由此导致了盆地内不同构造部位发育不同类型的构造坡折带及其控制的层序边界类型、构成样式发生显著变化(图 1相断陷盆地层序构成样式(据任建业等,2004)置 3) ,层序边界与湖扩面一致。而在物源供给较强的部位(位置 1) ,如下盘源区为继承水系的部位,层序构型以加积型副层序组叠置样式为特征,这种层序构型是由于正断层上盘的高速滑移导致可容空间持续发育的结果。构造转换带(位置2)是主要的入盆水系发育部位,物源供给充分,序一般发育由完整的体系域构成的Ⅰ型层序。在盆地上盘缓斜坡部位(位置5) 。缓坡断坡带或者弯折带的发育部位(位置 4) ,该部位盆地的沉降除了缓坡带本身的沉降分量之外,又叠加了断层或褶皱弯曲的沉降,所以这个部位是缓带上沉降较快,可容空间较大的位置,由于其控制断层一般是盆地内的二级断层, 因此可容空间增加的幅度要比陡坡断坡带小。类似于被动大陆边缘的陆架置 6) ,层序构型的主要控制因素是沉积物的供给,中等沉降区深盆内,相对湖平面的下降可能形成低位扇或者有机质含量较高的有机沉积。二、典型构造特征、成因及油气地质意义1、断裂构造断裂构造又称断裂。断裂或断裂构造是指岩石因受地壳内的动力,沿着一定方向产生机械破裂,失去其连续性和整体性的一种现象。断裂构造是岩石破裂的总称,包括劈理、节理、断层、深大断裂和超壳断裂等。断裂可以作为石油天然气二次运移的良好通道,油气沿断裂通道运移比在岩石孔隙中运移更加容易。实践证明,含油气盆地断裂的形成及演化过程控制着沉积充填过程和油气成藏过程。因此,断裂作为沟通烃源岩与圈闭的桥梁与纽带,对油气的生成、运移以及聚集场所(圈闭)都有一定的控制作用。一般断裂构造发育断块油气藏、断鼻油气藏、断背斜油气藏。下面以渤海湾盆地兰聊断裂及东濮凹陷的主要断裂为例,介绍断裂构造。(1)构造特征从构造应力背景及运动背景来看,郯庐断裂在新生代的右行平移运动,兰聊断裂与郯庐断裂具有相似之处,由右行简单剪切形成的各组断裂兰聊断裂在东濮凹陷形成过程中的右行平移运动,凹陷内的主要基底断裂的形成及运动与兰聊断裂的右行平移走滑运动有着密切的构造联系。根据 人(1973)以及 人(1985)等对剪切运动及其派生构造的实验研究,确认可以得到以下 6 组断裂(图 2, (1)与主剪切同旋向的走滑断裂或里德尔剪切断裂 (R );(2)反向走滑断裂或共扼的里德尔剪切断裂(R’);(3)P 剪切断裂,为与主剪切同旋向的走滑断裂;(4)张性断裂 (T);(5)平行 于主剪切带的剪切断裂 (Y ) 和(6)X 剪切断裂。这些断裂与主剪切之间的几何角度关系见(图 2。东濮凹陷切割基底的主要断裂(图 2,这些断裂在图 2都能找到其相对应的断裂类型。新生代以来本区断裂的走滑平移作用主要表现为兰聊断裂的右行平移运动及其对木区所施加的构造形响。因而本区的基底断裂多是兰聊断裂所派生的并经其长期改造的次级断裂。图 2 2北东向断裂相当于 R 剪切断裂,其平移运动与兰聊断裂同旋向,均为右行平移;北西西向的断裂,对应于与 R 剪切断裂共规的 R’剪断裂,为左行平移断裂;东西向的断裂为张性断裂,与 T 断裂类比;还有南北向的裂,相当于 P 剪切断裂,也具有与兰聊断裂同旋向的右行平移性质。北东向的断裂是主要的基底断裂,它们与兰聊断裂一起控制了凹陷的沉积,并形成两连一隆一斜坡的构造格局;而近东西向和北西西向的断裂,则是东蹼凹陷形成南北分块的主要断裂构造。这些断裂间相互配置组合、作用,形成了大大小小的基底断块。兰聊等断裂的运动导致这些基底断块的运动,使其上覆沉积盖层产生破裂,形成了众多的盖层断裂,这些盖层断裂都不切割四陷的基底。盖层断裂数虽多且相互切割,在凹陷内形成数百个大小不等地质块体,致使东蹼凹陷呈现极其复杂的构造形态。兰聊断层位移沿走向变化产生一系列横向背斜和向斜,横向背斜相对向斜而言是凹陷内的高地势带。其长期存在加大了凹陷的分隔性,使凹陷存在多个沉积中心,从而限制了水体的循环,促进了半地堑内封闭水体的形成,有利于烃源岩的发育,与兰柳断层 4 个断层段对应的 4 个串状分布的半地堑(如濮城、前梨园、东明和葛岗集)是东濮凹陷的主要烃源岩分布区。分隔半地堑的横向背斜从多个方向邻近生油中心,因而是有利的油气运移指向区。横向背斜作为高地势带在断层生长过程中,随着半地堑范围的不断扩大,半地堑内地层同横向背斜方向易于形成上超、尖灭和相变等圈闭类型。(2)断裂构造与油气关系研究还表明,在断层上盘沉降的同时下盘相对沉降量很小。因而在断层位移量极小处,相对于上盘而言,是凹陷中的构造高带;而相对于断层下盘而言,它是构造低带,是断层下盘碎屑物质进入上盘半地堑的通道。而且由于地形高差明显变小,地形相对平缓,河流河程相对较长,因而向湖盆中推进较远,物性也较好,这明显有别于断层段中部深湖陡崖式的以本他和短程冲积为主的沉积。因此,对于兰聊断层横向背斜都可能是沙三期兰聊断层下盘碎屑物质进入上盘半地堑的通道,是有利的储层发育区。进入沙二期后,兰聊断层分段活动减弱而进入断层连锁活动阶段,下盘低地形逐渐消失,这些构造高带也迅速沉降而成为半地堑的一部分,并接受细粒沉积,易于形成下储上盖的有利组合。目前,在白庙地区己发工业油气田,油气分布在纵向上呈尘“宝塔”状,沙三段为主要储层,并表现为湖底扇砂、砾岩相,砂、砾岩向两侧半地堑中逐渐相变为深湖相暗色泥岩;沙三以后则主要为以三角洲相的粉砂岩和泥岩为主,显示出明显的向上变细的趋势,因而演化为有利的油气勘探目标。2、背斜构造背斜构造则是褶皱形成的一种构造单元,与向斜相对。背斜顶部受张力作用,岩性脆弱,易被侵蚀,在外力作用下形成谷地。向斜与背斜的情况相反,底部岩性坚硬,不易侵蚀,易接受沉积。背斜在外力作用下反而成谷,向斜在外力作用下反而成山,这种情况称为“地形倒置”,是外力作用的典型体现。背斜构造对油气藏的形成具有和重要的积极意义,其有利于油气藏的形成。背斜构造往往发育普通背斜油气藏、逆牵引背斜油气藏(图 2披覆背斜油气藏、断背斜。这类构造的成因主要是压实作用。逆牵引背斜亦称滚动背斜,是一种与生长断层有关的褶皱,是指地层向断面的“回倾” 。可形成逆牵引的断层一般为生长断层,构造与沉积同步,一般临近生油区,生长断层又可以作为油气运移通道,所以它是一种极为有利的储油圈闭。中国东部陆相断陷盆地中逆牵引构造十分发育,如济阳坳陷内的几乎每一条基底断层的下降盘都存在或大或小的逆牵引构造。惠民凹陷大芦家构造也是图 2 2,该构造位于临邑大断层的下降盘,为一生长断层,阳坳陷惠民凹陷大芦家构造南北向地震剖面(上)及 造图(下)位于第三系不整合面之下较老地层的突起含油体, 是中国东部断陷盆地中重要的油气藏类型。目前,已在冀中、济阳、辽河、渤中、东濮、准噶尔、酒泉、二连、百色、松辽、东海、北部湾和苏北等盆地发现了多个潜山油气藏。下面以江汉盆地为例来介绍潜山构造的油气藏。(1)潜山构造区域概况江汉盆地是在扬子准地台上发育起来的中新生代陆相断陷盆地。基底的形成经历了晋宁期至中燕山期的漫长地质历史过程, 期间发生了多次构造运动。目前, 在盆地内共发现 5 个潜山带:万城潜山带、潜北潜山带、新沟潜山带、通海口潜山带和天门潜山带, 分布在江陵凹陷、潜江凹陷、小板凹陷和沔阳凹陷的周缘(图 2 位于盆地或凹陷的边缘, 并与大断裂带具有密切的成因联系。 (2)潜山构造成因及特征江汉盆地所发现的潜山在成因上可分为断块型潜山、隆升型潜山、侵蚀型潜山和褶皱型潜山 4 种( 图 2。断块型潜山指基岩经剥蚀被盖层覆盖时还未切开, 而是在盖层沉积后断裂, 并随盖层块体一起抬升倾斜的断块山; 隆升型潜山系指持续上升而受长期剥蚀的隆起, 后被覆盖的地貌山; 侵蚀型潜山为不整合面下的基岩经风化溶蚀出现差异, 残留凸起被盖层所覆盖的地貌侵蚀山; 褶皱型潜山为基岩褶皱时不断遭受剥蚀, 盖层沉积后基岩又随盖层一起抬升而形成的地貌山。图 2)油气构造特点根据潜山形态和可能形成的油气藏类型, 预测江汉盆地潜山可能的油气成藏模式有残丘型块状和层状、断块型块状和层状 4 种类型 (图 2潜山构造主要是由于差异剥蚀作用形成, 储层受垂向风化淋滤作用的改造,该油气藏位于潜山面附近的风化淋滤带, 具有统一的油气水界面, 属于有底水分布的块状油气臧。潜山构造主要是由于差异剥蚀作用形成, 由于基岩主要为层状介质, 且物性在纵向上差异较大, 顺层理、层面和裂缝方向的风化淋图 2油气藏位于不整合面以下一定深度的储层发育段, 该油气藏可能具有多个油气水界面。潜山构造主要受断层与差异剥蚀的共同作用形成, 储层受垂向风化淋滤作用的改造, 油气藏位于潜山面附近的风化淋滤带, 具有统一的油水界面, 为底水块状油气藏。潜山构造主要受断层与差异剥蚀的共同作用形成, 储层主要受顺层理、层面和裂缝方向的淋滤作用改造而发育, 油气藏位于不整合面以下一定深度的储层发育段, 该油气藏可能具有多个油气水界面。底辟构造分为深源型和浅源型两大类。浅源型底辟构造有凸起差异负荷型、基底断层控制型、重力扩展差异负荷型及盖层断层控制型4种成因类型。凸起差异负荷型是由塑性岩层上覆沉积层的差异负荷作用使塑性岩层向古凸起上流动形成的;重力扩展差异负荷型是由古斜坡上塑性岩层因其上覆沉积层差异负载作用而流动集中上拱形成的;基底断层控制型是由基底断层活动导致塑性岩层流动集中所引起的;盖层断层控制型发育于断层下盘,它是塑性岩层上覆沉积层拉张断裂导致塑性层流动上拱所形成的。深源型底辟构造是指岩浆沿深大断裂侵入或喷发导致盖层变形所形成的构造。绝大多数浅源型底辟构造发育定型于油气盆地演化的中晚期,与油气运聚有良好的时空配置关系,各类底辟构造有其独特的控油作用。该构造类型亦成为“挤入构造” 。在渤海湾盆地的济阳坳陷、黄骅坳陷已发现了此类构造。从类型上看,不仅有泥底辟构造,而且有盐底辟构造和火成岩构造;有刺穿型,也有隐刺穿型。分布范围广泛,种类繁多。(1)盐底辟盐丘的生长是盐岩在高温高压下塑性变形的结果。江汉盆地下第三系含盐系地层极为发育,在一定温度、压力等地质条件下,盐岩、芒硝、硬石膏等蒸发岩及具塑性的泥岩为主的地层形成了盐丘、盐背斜、盐鼻等不同类型的盐构造。江汉盆地下第三系的盐源层,主要包括下第三系古新统沙市组下段和下第三系上始新统潜江组潜四下段。江汉盆地主要的盐构造都是与这两个层段塑性上拱有关。江汉盆地的盐构造多属于未刺穿或隐刺穿的盐构造。在含盐盆地中,盐构造分布在盐岩最发育的深凹陷内,常集中成带分布组成“盐长垣” 。如潜江凹陷北部的王场—广华盐长垣由广华、王场等盐构造组成,呈北东向展布;江陵凹陷的荆沙盐长垣由花园、沙市等盐构造组成,呈北西方向延伸。其延伸方向可能与区域构造控制线有关。根据盐构造盐核的形态及盐上层的构造特点,江汉盆地盐构造可以分为盐丘、盐背斜及盐鼻三类(图 2图 2江汉盆地盐底辟构造类型模式图(据江汉油田石油地质志编写组,1991)(2)泥底辟泥底辟构造样式比盐膏底辟构造要广泛得多,因为盐层只存在于特殊沉积环境中都有沉积。大多数泥辟构造生长强度都比盐丘弱,很少刺穿,很难发育成为像盐丘那样的底辟构造,但是,在特定地质条件下,也可形成泥底辟幅度很大的刺穿构造。泥底辟和盐底辟一样,仅存在于沉积盆地中,从古生代到新生代地层中均有发现,渤海湾盆地也有广泛分布。在断陷盆地的发展过程中,超压泥岩沿断陷两翼负载越来越大,而断陷中心负载相对较小,因而促使超压泥岩由沉积负载的高压区向低压区流动聚集而形成泥底辟(图 2。 图 2陷盆地泥底辟构造形成模式图(据杜劲霜,1984)(3)岩浆岩底辟岩浆底辟构造的形成,主要由于岩浆是熔融体,密度低,在上覆层的差异垂直应力作用下,加之断层的诱发,常常向地表喷溢,形成底辟构造。断层带多是岩浆活动的通道,因此这类构造多沿断裂带分布,且均为刺穿构造。(4)是膏岩盐的特殊力学行为,向上运移形成了大量的潜山披覆构造,底辟构造的形成使上覆地层变形更强烈,甚至产生裂缝,利于改善储层质量。膏岩盐的封盖性已经得到普遍认可,非常有利于油气的保存,如果下面有良好的烃源岩。浆底辟的形成过程释放大量的热量,使该地区具有较高的古地温 ,加速了烃源岩的成熟,其提前进入生烃门限,以进一步促进有机质的热演化。此外也可以使烃源岩发使可发生二次生烃作用。岩浆底辟 常常伴随着热液的活动,可有效改善碳酸盐岩储集性能。与断裂相类似,岩浆岩底辟具有较好的垂向疏导和侧向遮挡性。岩浆底辟形成后,由于冷却作用发生体 积收缩,为油气运移提供良好的垂向运移通道。储层分布规律取决于储集空间的发育程度。在喷发、喷溢、冷凝、结晶和构造运动等因素影响下,火山岩体内部形成各种类型的孔隙和裂缝,孔、缝交织在一起可作为油气储集的空间。松辽盆地在初始张裂阶段、萎缩阶段初期都伴随着大量的火山岩喷发。从目前钻井揭示的成果看,以营城组顶部火山岩分布最广(图 2,其沉积时期形成的巨厚的火山岩既是很好的盖层,也是很好的储集层。统计 24 口探井,只有 4 口探井没有火山岩。通过采用重磁—地震—层序地层—火山岩相分析等多学科综合研究方法,对侏罗系火山岩进行了预测。预测结果表明:火山岩在全区分布广泛,富集区与深大断裂有关,且主要分布在火石岭组和营城组。综合评价结果表明,安山岩、流纹岩是深层天然气勘探的重要对象。层的逆转运动有两种类型:即由正断层转为逆断层(正反转构造)和由逆断层转为正断层(负图 2岭凹陷层序地层简图反转构造) 。一个断陷盆地,由拉张机制转化为挤压环境时,常常是利用原有的张性正断层面发生逆转。使断陷期充填层序变形,或者有限挤出,形成反转构造(如图 2。但也有张性正断层倾向较陡的半地堑发生倒转时,上升盘在原正断层的基础上产生一条较缓倾的逆断层,使整个半地堑发生构造反转的(如图 2。图 2坚硬基底支撑了一个断陷的正反转模式图(据 ,1989) 图 2地堑反转时上升盘产生一条缓倾的逆断层模式图 (据 ,1989)早期断裂系统重新活动,是产生反转构造的基础。也就是说,一旦一个断裂系统贯穿地壳,就会在某些范围内被后来的变形阶段再次利用。正反转构造是否能形成油气藏,关键在于反转期(圈闭形成时间)与油气运移时期的匹配。反转构造形成于油气运移期有利于形成油气藏;相反,反转构造的形成晚于油气运移期不利于油气藏的形成;反转构造抬升过高也会使形成的油气藏遭受破坏。负反转断层与地层负反转结构的存在,说明早期挤压褶皱中形成了正向构造,正向构造遭受剥蚀,形成古风化壳,给后来盆地基岩油气藏的形成创造了有利的储层条件。下面以松辽盆地南部南部十屋断陷构造为例说明反转构造对油气藏生成的作用。十屋断陷构造特征呈“三隆二凹”,分别是中央构造带、艾家 2 秦家屯隆起带和皮家隆起带(图 2三个隆起带受早期断裂控制,断陷期沉积了一定厚度的地层,受营城组末期和登娄库组末期构造运动影响,地壳抬升,有一定量的反转,各个构造带产生雏形,最终在嫩江组末期受太平洋板块挤压作用下,产生左行走滑构造运动,并沿早期北东向断层方向,生成逆断层,全区最大一次的构造反转产生,同时也产生了一系列近南北向断层,并使构造定型。营城组、登娄库组末期的构造反转影响和控制该区石油和天然气的运移和聚集,其深层天然气分布与在营城组、登娄库组以前就已经形成的构造息息相关。十屋断陷伴随着区域构造运动,发生了两次比较重要的反转(图 2。图 2十屋断陷地震构造特征解释剖面(据杨立英等,2005)(1)局部构造反转阶段( 2屋凹陷位置图营城组末期构造运动是断陷阶段演化鼎盛时期的一次小规模构造反转运动,表现为十屋断陷的局部地区不同程度的隆升和地层剥蚀,1d)沉积时期的构造反转形成了正反转构造。登娄库组末期构造运动导致盆地断陷阶段向坳陷阶段的转化,在地震剖面上反映为 射界面,大剥蚀厚度可达 400 是重要的早期油气藏形成时期。(2)全面构造反转阶段( 2m)嫩江组沉积末期,日本海开始扩张,松辽盆地承受了日本海扩张导致的西向压力,升和构造反转,盆地东南部构造反转尤为强烈,明水组(一方面导致大量的局部构造定型。十屋断陷内剥蚀厚度可达 800 m ,是浅层构造和浅层油气藏形成的最重要时期。三、结论通过对以上不同构造特征的断陷盆地进行成因特征解释,含油气情况的分析,并对我国东部断陷盆地的一些实例进行比较,可以看出断陷盆地构造特征复杂,但是对油气的分布和聚集有着非常重要的作用,是一类非常重要的含油气盆地。参考文献[1] 任建业,陆永潮,张青林. 断陷盆地构造坡折带形成机制及其对层序发育样式的控制[J]004,29(5):597~601 [2] 李鹏举,卢华复,]995,31(1):128~133[3] 童小兰,卢明国,张建华. 江汉断陷盆地潜山油气成藏模式探讨[J]. 油气地质与采收率,2006,13(4):48~50[4] 陈均亮,蔡希源,林春华. 松辽盆地北部断陷盆地构造特征与幕式演化[J]999,20(4)[5] 杨立英,李瑞磊,张江涛等. 松辽盆地南部十屋断陷构造特征研究[J]005,20(3):776[6] 单伟,刘少峰,吴键. 松辽盆地南缘长岭凹陷断陷层的构造特征与应变模式[J]009,28(4):132~134[7] 孙思敏,彭仕苾,]003,24(4)[8] 刘晓峰、解习农、张成等.东营凹陷盐].地学前缘。2005,12(4):403—409[9] 余一欣。周心怀,汤良杰等.渤海海域莱州湾凹陷 地区盐构造特征[J].地质学报,2008,82(6);731—737[10] 胡望水、国科学院上海冶金研究所; 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