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沉积盆地概念及分类-讲座

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沉积 盆地 概念 分类 讲座
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一、沉积盆地的概念,盆地是指地壳上具有相同或相似发育特征(包括沉积特征、应力环境、发育时间和过程)的统一的沉陷单元。当盆地中发育相当厚度沉积物且中心比周围厚得多时,称其为“沉积盆地”。当地壳表面具有明显的地形凹地时,称为 “地貌盆地”。地貌盆地可以有较厚沉积,也可以只有少量沉积物。由后期构造作用改造而成的盆地叫“构造盆地”,其中沉积物厚度与周围比较没有明显差别,是在构造盆地发生之前就沉积的,实际上是封闭的区域向斜。含油气盆地是指有过油气生成,并运移、聚集成为工业性油气田的盆地。含煤盆地、含矿盆地,二、盆地分类概述,盆地分类原则的不同,可能使同一盆地有不同的名称:如根据盆地规模可分为;超巨型 (>100万km2)、巨型(50-100万km2)、大型(10-50万km2)、中型(1-10万km2)、小型(<l万km2)据盆地的平面形态:圆形、椭圆形、长条形、三角形、菱形等据盆地的剖面形态:对称的和不对称的盆地,据盆地边缘性质:断陷型和坳陷型、断陷型又分为单断(箕状)和双断(地堑)型据沉积作用与盆地形成时间的配置关系可分为:先成盆地、同生盆地和次生盆地,二、盆地分类概述,据盆地形成的地质时代或构造阶段:元古代、古生代、中生代、中新生代盆地等,或加里东期、华力西期、印支期、燕山期、喜山期盆地等:据盆地下伏地壳结构可分为:陆壳、洋壳和过渡壳上的盆地,薄壳和厚壳盆地等;据盆地发育经历的旋回性有:单旋回和多旋回盆地等;据盆地发育时充填补偿情况分:过补偿盆地、补偿盆地和补偿不足的饥饿盆地)。,二、盆地分类概述,(一)以槽台理论为基础的盆地分类    固定论-槽台理论认为地壳构造运动以垂直方式为主。它在70年代前颇为盛兴。 Weeks(1952)和Успенская(1967)把含油气盆地划分为“地台区” 和“活动区”两大类。    在我国石油勘探中应用最广的是Брод (1965)的盆地分类:地台平原型盆地、山前坳陷和山间坳陷。,二、盆地分类概述,(二)以板块构造理论为基础的盆地分类   Dickinson(1976)的分类观点被广泛采纳  Dickinson把盆地分为“裂谷型”和“造山型”二大类前者是以离散板块运动和张性构造为主,由于地壳变薄发生下沉作用;后者以聚敛板块运动和压性构造为主,由于板块俯冲而引起地壳下沉,也可能由于沉积负荷加大而促进地壳下降。细分为16种盆地。,二、盆地分类概述,(三)以地球动力学为基础的盆地分类    80年代以来,许多学者在岩石圈动力学研究基础上提出了相应的盆地分类方案。认为盆地内沉积及构造样式的演化是受地球动力学环境所控制,据此将盆地划分为4大类,然后再依据盆地所处的地壳结构和大地构造位置进一步细分。张裂环境压缩环境剪切环境重力环境,沉积盆地的类型与特点,根据盆地发育的地球动力学环境,可把沉积盆地分为3大类:张性盆地、压性盆地和剪切盆地。进而依据所处大地构造位置和盆地发育特征把含油气盆地细分为10亚类。陆内裂谷、大陆边缘和前陆盆地是最重要的油气聚集区。不同时期、不同类型的盆地可以在时间和空间上叠合,从而形成更加复杂的叠加盆地,如塔里木盆地。,一、张性沉积盆地,(一)内陆裂谷盆地(大陆裂谷盆地)1. 内陆裂谷盆地:大陆内部区域性岩石圈规模的正断裂所控制的纵长形沉降谷。 2. 一般特征 :(1)下伏地壳为大陆型地壳;(2)沉积盖层常具有双层结构;(3)地温梯度常较高(一般大于30度/千米); (4)同沉积正断层控制裂谷的格架,断层常为铲形;,一、张性环境发育的含油气盆地,就目前的统计资料来看,张性环境发育的含油气盆地是最重要的产油盆地。 我国更为突 出,如1992年总产油量(约1.4亿吨)中有逾80%产自张性含油气盆地,这可能与我国西部压性环境含油气盆地勘探程度低有关。    该类盆地的形成往往与岩石圈减薄、破裂有关;地幔上涌和岩石圈内部的韧性剪切可能是引起岩石圈减薄的主导因素。,(一)内陆裂谷盆地,裂谷是指由区域性断裂所控制的地壳或岩石圈上的纵长形沉降谷。断裂常作为该沉降谷的边界。内陆裂谷位于陆壳板块内部,由于地幔物质上涌使岩石圈减薄,在地壳上部产生张性破裂,并逐渐演变成裂谷盆地。由于处于大陆扩张初期,岩石圈并未拉开,只是当裂陷发育到一定程度时,地幔物质趋于稳定,裂谷的发育也由断陷阶段转化为拗陷阶段。,(一)内陆裂谷盆地,该类盆地的一般特点是:① 位于大陆板块内部② 沉积盖层常具有双层结构--下部的断陷期沉积和上部的拗陷期沉积③地温梯度高(一般大于30度/km),裂谷初期常有火山岩喷出④同沉积正断层控制着断陷及盆地格架断层常为铲型,控制的断陷形态有箕状和地堑式我国目前最大的产油区-大庆长垣即是在这样的构造中,断陷盆地,(一)内陆裂谷盆地,东非裂谷、莱茵地堑仅经历了裂谷期。北海盆地、松辽盆地、渤海湾盆地均经过了从断陷到拗陷的演化过程。两类裂谷形态存在明显差异,后一类盆地对油气聚集更有利。,(二)内陆拗陷盆地,这类盆地位于克拉通内部,平面上呈近圆形,剖面上为碟状。构造一般比较简单,主要为长垣隆起和穹窿。沉积特征是:在剖面的最下部和最上部及局部边缘为陆相地层,中部发育典型的浅海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积:沉积厚度可小可大(如美国的伊利诺斯盆地、密执安盆地、威林斯顿盆地等一般为3000-4000m,而西西伯利亚盆地中新生界就厚达4000-8000m)。,图7-4 威林斯顿盆地麦迪生灰岩(密西西比系)顶部构造等高线图与横剖面图(转引自陈发景,1982)  顶部构造等高线田显示盆地平面上呈近圆形,横剖面表示充填盆地的各时代地层;图例:麦迪生蛆缺失区,(二)内陆拗陷盆地,地幔 上涌,它可使地壳隆起并形成张裂地堑,但并未继续裂开发育成裂谷,而是整体下沉接受拗陷型沉积。地幔上涌形成的地堑张裂常显示三叉形式,其后热沉降影响的区域是以地幔柱为中心的圆形,因此此类盆地呈近圆形。盆地坳陷深度与地幔上活的强度和持续时间成正比。,(三)大陆边缘盆地,位于离散型板块边缘,也称被动大陆边缘或大西洋型大陆边缘。下部常为裂谷期陆相沉积,上部为向海推进的陆相或浅海相陆源碎屑、碳酸盐岩、三角洲和水下扇。在被动大陆边缘的滨岸 区、陆架区和陆坡区,常发育良好的含油气盆地。,OCEAN MARGIN BASINS,从早期过渡型地壳快速下沉时底部为碎屑岩相(A) 进一步发展到以挠曲下沉为主的三角洲碎屑沉积和浅滩碳酸盐沉积(B) 大陆边缘盆地的演化经历了内陆裂谷、陆间裂谷、窄大洋和大西洋4个阶段。,图7-5 大陆边缘盆地演化图解,(三)大陆边缘盆地,这类盆地具有良好的生、储、盖组合和圈闭条件,因而有丰富的油气资源。圈闭类型与裂谷盆地基本一致,而生物礁的发育更增加了其油气潜力。陆缘盆地主要分布在大西洋沿岸,中国海北缘的珠江口盆地和莺一琼盆地,已证明具有丰富的油气资源。,(四)陆间裂谷盆地,当内陆裂谷进一步拉开,地壳强烈减薄,形成过渡壳时,内陆裂谷就演变成陆间裂谷当陆壳完全分开时,裂谷轴部可有部分洋壳,因此也称为原始大洋裂谷。典型的陆间裂谷盆地有红海裂谷和加里福尼亚湾。该类盆地早、中期演化同内陆裂谷早、中期相似。充填地层为沉积岩和熔岩、蒸发岩,当有河流在裂谷末端注入时,三角洲或浊流沉积会代替蒸发岩。陆间裂谷盆地缺乏良好生油岩,沉积岩薄,不易形成大的油气田。,RIFT BASINS,图7-6 原始大洋裂谷示意图解(据Dickinson, 1976),(五)新生洋盆,当大陆完全被拉开,形成以洋壳为基底的新生盆地称为新生洋盆。洋中脊的不断扩张使洋盆不断扩大,大洋岩石圈逐渐下沉形成宽阔平坦的坳陷,沉积很薄,但从洋中脊向外逐渐加厚,可形成浊积深海平原,RIFT BASINS,二、压性环境发育的含油气盆地,挤压型盆地主要发育在汇聚板块边界及周围。大洋岩石圈向大陆岩石圈之下俯冲形成的沟弧系,可发育弧后前陆盆地、弧后盆地、弧前盆地当大陆岩石圈相互碰撞时会发育碰撞造山带,在造山带两侧和克拉通边缘可形成周缘前陆盆地;碰撞造山带演化后期存在残留洋盆,造山带内和造山带之间可发育山间盆地。压性盆地主要发育压性构造,如逆冲断裂带、推覆体、挤压断块、不对称背斜、压扭性构造等。前陆盆地和山间盆地具有丰富的油气资源。,洋-陆碰撞与弧后前陆盆地的形成,洋-洋碰撞与弧前、弧后盆地的形成,陆-陆碰撞与残留海盆地的形成,陆-陆碰撞与周缘前陆盆地的形成,陆-陆碰撞与山间盆地的形成,二、压性环境发育的含油气盆地,挤压型盆地-汇聚板块边界及周围。大洋岩石圈向大陆岩石圈之下俯冲形成的沟弧系,可发育弧后前陆盆地、弧前盆地当大陆岩石圈相互碰撞时会发育碰撞造山带,在造山带两侧和克拉通边缘可形成周缘前陆盆地;碰撞造山带演化后期存在残留洋盆,造山带内和造山带之间可发育山间盆地。,SUBDUCTION,SW PACIFIC SUBDUCTION,TRENCH BASINS,SUMATRAFORE-ARC,SUBDUCTION BASINS,(一)前陆盆地,位于造山带侧翼与克拉通边缘盆地横剖面为由造山带侧翼向克拉通减薄的不对称楔状 ,平面上平行于造山带展布。前陆盆地造山带一侧发育向前陆区逆冲推覆的褶皱-冲断层带,主要断面为倾向造山带的铲形或阶梯状,常呈叠瓦状组合;盆地近克拉通一侧可发育正断层。沉积组合常见的有洪积-河流-三角洲相和浅海相,有时有浊积岩,碎屑物源主要来自造山带,克拉通为一次要物源区。沉降中心常逐渐向克拉通方向迁移。,CLASSICAL FORELAND BASIN,,,,川西前陆盆地地质结构剖面图江油—南充地质剖面图(前陆盆地短轴方向),T3x1+2,T3x3,T3x4,J1+2q,J2s1,J3s,J3p,K1,J2s2,T2l,由西向东的短轴方向上,具有箕状沉降沉积特点。,冲断带,前陆盆地坳陷带,前陆隆起带,,Modern Himalayan Foreland Basin,Modern Zagros Foreland Basin,与碰撞遣山带毗邻的周缘前陆盆地简图,弧后前陆盆地横剖面简图,(一)前陆盆地,前陆盆地的成因可能是因为碰撞造山带尤其是向前陆推覆叠置的褶皱冲断层带产生的巨大构造负荷促使岩石圈均衡调整,从而形成不对称楔状沉降区。前陆盆地具有丰富的油气资源北美洲落基山西侧的前陆盆地是美国、加拿大主要产油区之一,中东的扎格罗斯造山带前陆盆地是伊拉克、科威特,伊朗西南部主要产油区我国西北地区的酒泉一民乐盆地为祁连山北缘前陆盆地,酒泉西部盆地的玉门油田是我国最老 的石油工业基地;昆仑山、天山、祁连山等造山带前缘均发育有新生代前陆盆地。,(二)山间盆地,位于造山带内部(如吐鲁番一哈密盆地)或多个造山带之间(如准格尔、柴达木等盆地)。盆地形态受四周山系所限;造山带附近仍发育向盆内逆冲的褶皱-冲断带,规模可能比前陆区的小,山前可以呈向盆内减薄的楔状,但影响范围不大。四周均为物源区,沉积组合主要为冲积、河流、湖相及浅海相。山间盆地除受挤压作用外,走滑断层也常常发育,如柴达木盆地西缘的阿尔金走滑断裂带的活动使盆地内发育典型压扭构造。山间盆地也具有良好的油气富集条件,由于造山带一侧向盆内逆冲推覆,可能在褶皱冲断带下掩覆了前陆盆地或山间盆地一部分。,三、剪切环境发育的沉积盆地,拉分盆地(Pull—apart basin)发育于区域性走滑断裂带附近,由于两侧断块的相向运动而形成。这种盆地平面上常呈棱形,走滑断层为两个长边边界、正断层为短边边界。由于强烈走滑运动使地壳下弯,因此在走滑断层一侧往往为沉降中心。,,图7-12 理想的拉分盆地简图,三、剪切环境发育的含油气盆地,拉分盆地不仅在转换型板块边界发育,而且在汇聚型板块边界和大陆板块内部均可产生。沉积速度高(可达100cm/千年),因此岩相变化大,盆地周缘以冲积扇、洪积扇和河流三角洲相为主,向盆地中央迅速过渡为较深一探湖(海)相为主,并夹有大量的重力流沉积。,三、剪切环境发育的含油气盆地,拉分盆地具有油气聚集的基本条件,走滑运动会提供良好的构造圈闭。无论是张性还是压性含油气盆地,走滑运动和局部平移均可存在。如果走滑运动对盆地演化起一定控制作用,则可形成张扭性或压扭性盆地,盆内也可发育扭动构造。,(三)弧前盆地,位于岛弧与海沟之间,其基底性质取决于岛弧与海沟间地壳的性质,可以是陆壳,也可以是洋壳或过渡壳。弧前盆地沉积主要来自岩浆岛弧的碎屑物弧前盆地水深取决于盆地性质与补偿关系下伏为残留洋壳时水可能较深,可沉积含火山灰的深水细浊积岩和浅水粗浊积岩、陆棚砂岩和三角洲砂岩。物源也可以是非火山高地侵蚀碎屑;赤道区盆缘可形成珊瑚礁。,海沟、斜坡盆地和弧前盆地发育示意图自上面下表示时间从早到晚,(三)弧前盆地,弧前盆地近岛弧一侧为脆性破裂,发育正断层;近海沟一侧挤压性褶皱、冲断层发育。当斜向俯冲时也可产生走滑断层。除秘鲁、厄瓜多尔的塔拉拉区石油可采储量可观(约10亿桶)外,大部分弧前盆地未找到大量油气。主要原因可能是沉积速度快、相变大、储集性差、生油岩多为腐植型且不成熟等。,图7-9 海沟、斜坡盆地和弧前盆地发育示意图自上面下表示时间从早到晚,(四)残留洋盆,当洋壳板块消减末期,陆壳板块发生碰撞,碰撞缝合线走向上结合的时间不一致,使部分地带残存老洋盆,这种收缩大洋盆地叫残留洋盆。盆缘形成大型三角洲体系,向海盆发育海底扇并覆于远洋沉积之上;这种浊积岩就是前造山期复理石。,图7-10 在地壳碰撞造山带形成的陆间缝合带所伴生的沉积盆地演化简图 从上到下时间从老到新,(四)残留洋盆,由喜马拉雅山沿构造走向出现恒河三角洲和孟加拉湾海底扇就是这种侧向变化和穿时相发育的表现。随着俯冲、碰撞继续,残留洋盆逐渐缩小、封闭消失,同时前陆盆地不断扩大,磨拉石覆于复理石沉积之上。这种盆地沉积往往与前陆盆地叠合成为油气勘探目标层系,具有一定的潜力。,三、剪切环境发育的沉积盆地,拉分盆地(Pull—apart basin)发育于区域性走滑断裂带附近,由于两侧断块的相向运动而形成。这种盆地平面上常呈棱形,走滑断层为两个长边边界、正断层为短边边界。由于强烈走滑运动使地壳下弯,因此在走滑断层一侧往往为沉降中心。,,TRANSFORM FAULTS,ESCAPE TECTONICS,ESCAPE TECTONICS,三、剪切环境发育的含油气盆地,拉分盆地(Pull—apart basin)发育于区域性走滑断裂带附近,由于两侧断块的相向运动而形成。这种盆地平面上常呈棱形,走滑断层为两个长边边界、正断层为短边边界。由于强烈走滑运动使地壳下弯,因此在走滑断层一侧往往为沉降中心。,三、剪切环境发育的含油气盆地,拉分盆地不仅在转换型板块边界发育,而且在汇聚型板块边界和大陆板块内部均可产生。沉积速度高(可达100cm/千年),因此岩相变化大,盆地周缘以冲积扇、洪积扇和河流三角洲相为主,向盆地中央迅速过渡为较深一探湖(海)相为主,并夹有大量的重力流沉积。,三、剪切环境发育的含油气盆地,从这些沉积条件可知,拉分盆地具有油气聚集的基本条件,走滑运动会提供良好的构造圈闭。实际上,无论是张性还是压性含油气盆地,走滑运动和局部平移均可存在。如果走滑运动对盆地演化起一定控制作用,则可形成张扭性或压扭性盆地,盆内也可发育扭动构造。,图7-12 理想的拉分盆地简图,
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