全球沉積盆地的類型及演化特征

康玉柱

中國石化石油勘探開發(fā)研究院

全球共發(fā)育上千個沉積盆地，它們的形成演化以及所經(jīng)歷的構(gòu)造作用非常復雜，國內(nèi)外的許多專家、學者都對沉積盆地類型進行過多種劃分，但目前尚未達成共識。筆者基于對全球主要大型盆地進行的幾十年的研究工作成果，對沉積盆地提出以下劃分標準：①大地構(gòu)造背景及環(huán)境、構(gòu)造體系特征、地球動力學因素等；②盆地形成演化及縱橫向結(jié)構(gòu)特征；③盆地充填沉積及相變。據(jù)此將上千個沉積盆地總體上劃分為3大類型：克拉通盆地、斷陷盆地、前陸盆地等。不同類型的沉積盆地其演化特征、沉積體系及油氣分布規(guī)律等均有著很大的區(qū)別。因此，研究盆地類型及盆地演化特征，不但可以豐富石油地質(zhì)理論，而且對油氣勘探工作也有著重要的指導作用。

1 古生代克拉通盆地

1.1 克拉通盆地的概念

克拉通盆地的概念：有廣泛沉積、—般規(guī)模較大，以淺海相沉積為主，構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，巖漿活動較弱，多呈碟狀、大而平緩的沉積盆地。該類盆地主要發(fā)育在古生代及中生代早期。全球克拉通盆地分布廣泛，在各大地塊均有。如中國塔里木、四川、鄂爾多斯盆地，俄羅斯西伯利亞盆地，美國密執(zhí)安、二疊盆地，中東波斯灣盆地，非洲利比亞木祖克盆地等（圖1）［1－2］。

1.2 克拉通盆地的演化

1.2.1 中國克拉通盆地的演化

中國大陸的形成及演化情況如表1所示。

中國克拉通盆地演化共分4個階段（表2），塔里木、華北、揚子等古生代克拉通盆地演化特征如圖2所示［3－6］。

1.2.1.1 裂陷—克拉通盆地演化階段（Z—O2）

圖1 全球典型克拉通盆地剖面圖

表1 中國大陸形成與演化表

表2 中國克拉通盆地震旦紀—古生代演化階段表

圖2 中國華南—塔里木—準噶爾—西伯利亞古生代盆地演化剖面圖

震旦紀早期—早寒武世昆侖—秦嶺裂谷帶已擴張成洋盆，發(fā)育了完整的洋脊型蛇綠巖套，華南陸塊與華北—塔里木—柴達木陸塊分離。此時，后3個陸塊尚未分離，遍布于華北陸塊南緣，如河淮、豫西、北秦嶺、北祁連鏡鐵山、北山，柴達木陸塊歐龍布魯克、阿爾金山，塔里木陸塊魯克塔格等地，震旦系—下寒武統(tǒng)冰磧巖是充分的證據(jù)。祁連—阿爾金的裂谷期延續(xù)到中寒武世早期。甘肅郭米寺一帶早寒武世晚期—中寒武世早期大面積出露的富鈉酸性火山巖和少量雙峰式基性火山巖，含有多金屬硫化礦產(chǎn)的較深水硅泥質(zhì)沉積標志了裂谷軸之所在。中寒武世中晚期洋脊型—裂谷型蛇綠巖的出現(xiàn)表明北祁連已從裂谷階段演化到了洋盆階段。這時塔里木陸塊和柴達木陸塊與華北陸塊分離成為3個獨立的陸塊。

北祁連和昆侖—秦嶺洋一起組成古中國洋，其中后者是主洋盆。

由于古中國洋的擴張，華北陸塊南緣、塔里木陸塊東南—南緣、柴達木陸塊兩側(cè)和華南陸塊北緣從邊緣裂谷發(fā)展為大西洋型離散邊緣，而陸內(nèi)裂谷則分別形成賀蘭拗拉槽和龍門山裂陷盆地。因而，各地塊邊緣為裂陷盆地，向內(nèi)變成克拉通盆地。有些區(qū)段，如西昆侖和北祁連在中—晚寒武世就開始了早期俯沖。西昆侖新藏公路庫地一帶早期的洋內(nèi)俯沖形成洋內(nèi)弧，有島弧型鈣堿質(zhì)安山巖、玄武安山巖、安山角礫巖和蛇紋質(zhì)—安山質(zhì)火山復理石直接覆蓋在大洋拉斑玄武巖、碧玉巖之上。接著洋盆向兩側(cè)俯沖，形成南、北兩個陸緣深成巖漿帶（距今460～520Ma）。北祁連昌馬—清水溝—百經(jīng)寺一線分布有晚寒武世高壓藍片巖變質(zhì)帶和俯沖雜巖以及早中奧陶世含基質(zhì)巖石的礫巖，表明該時期之前也曾有過一次洋殼俯沖和蛇綠巖的構(gòu)造侵位和剝蝕作用。但廣泛存在于北祁連玉石溝—昌馬的中奧陶世蛇綠巖和秦嶺的拉斑玄武巖Rb－Sr全巖等時線年齡為距今447.8～41.9Ma（張國偉等，1988）。這使我們相信，就整個古中國洋而言，擴張作用持續(xù)到早中奧陶世，洋殼達到最大寬度。

1.2.1.2 俯沖消減古克拉通盆演化階段（O3—S2）

晚奧陶世初期，古中國洋進入以俯沖為主的階段，此時洋盆雖然還在擴張，但其速度已抵不上俯沖速度，洋盆逐漸消減。據(jù)對秦嶺地區(qū)的研究成果，洋盆擴張速度為0.9cm／a，俯沖速度為4.2cm／a，洋盆以3.3 cm／a的速度消減。俯沖時，在俯沖帶首先引起的地質(zhì)事件之一是變質(zhì)作用，稍后在上馱陸塊形成活動大陸邊緣。因此雙變質(zhì)帶和活動大陸邊緣是鑒別古俯沖帶位置、時距和指向的主要標志。對變質(zhì)帶和活動邊緣配置情況的研究表明：古中國洋各區(qū)段具有不同的消減方式。

在昆侖—秦嶺洋東段東秦嶺地區(qū)，從陜西商縣、丹鳳、商南，經(jīng)河南西峽到信陽，東西延伸千余米的洋殼蛇綠巖帶中發(fā)育低溫高壓變質(zhì)帶（榴輝巖、藍閃石）（葉大年，1979；安三元，1985），其北平行分布著以矽線石為特征礦物的高溫低壓變質(zhì)帶，組成雙變質(zhì)帶。這時在上馱陸塊——華北陸塊南緣的早期被動邊緣轉(zhuǎn)化為弧盆系活動大陸邊緣，而華南陸塊北緣仍保持被動邊緣構(gòu)造／建造特征。因此，古中國洋的東段俯沖極性是向北的，具明顯的張性弧特征（秦德余等，1992）。阿爾金斷裂以西的西昆侖段為雙向俯沖，兩側(cè)形成具有壓性特征的深成巖漿弧。位于兩者之間的東昆侖段具有與西段相似的性質(zhì)，為向北單向俯沖及張性弧，而弧后有明顯的擴張洋盆（祁曼塔格弧后洋盆）。形成島弧火山巖的同位素年齡（丹鳳群，奧陶系—志留系）距今447Ma左右，另外參考島弧花崗巖同位素年齡（距今425～382Ma），推定昆秦主洋盆俯沖起始時間為距今477Ma左右，相當于晚奧陶世早期，結(jié)束于志留紀晚期。俯沖消減作用持續(xù)了50～75Ma，是一個相當長的過程。

1.2.1.3 擠壓隆升階段（S3—D）

古中國洋經(jīng)歷了晚奧陶世—志留紀俯沖，洋盆逐漸消減殆盡，兩側(cè)陸塊（或島弧）逐漸接近，最后于晚志留世—泥盆紀發(fā)生碰撞，陸塊邊緣強烈變形隆升，碰撞型花崗巖巖基侵入（距今325～420Ma）形成規(guī)模巨大的秦—祁—昆造山系。華北、塔里木、柴達木和華南諸陸塊重新拼合，形成古中國聯(lián)合陸塊。在造山系前陸或（和）弧后區(qū)因構(gòu)造負載、地殼撓曲產(chǎn)生碰撞前淵。

1.2.1.4 拉張—擠壓克拉通內(nèi)坳陷盆地演化階段（C—P）

早石炭世外特提斯洋和古亞洲洋擴張，海平面上升主要為淺海相沉積，到晚石炭世晚期來自于南北擠壓，海平面下降，局部地區(qū)變成陸地。

早二疊世再次拉張作用，不少地區(qū)海平面上升，但準噶爾、天山南部及塔里木出現(xiàn)裂谷，有大量火山噴發(fā)，在內(nèi)蒙古賀根山及東北張廣才嶺、大興安嶺等也有裂谷并伴有火山噴發(fā)活動。

晚二疊世，海水基本退出，中國北方大陸為陸相充填，中國南方仍為淺海相，為陸表海沉積，一直延伸到中三疊世末。

1.2.2 西伯利亞盆地演化

該盆地是一個巨大的克拉通盆地，它從里菲系到上古生界經(jīng)歷早期邊緣裂陷和內(nèi)部克拉通到二疊紀末全面克拉通化。中新生代，在克拉通基礎上進—步形成了新的克拉通盆地。因而，該盆地演化經(jīng)歷了3個階段：里菲系—古生代克拉通、早三疊世裂陷—克拉通、中新生代克拉通。

1.2.3 美國二疊盆地

1）拉張克拉通演化階段（C－—O）：該盆地在前寒武系變質(zhì)巖基底之上廣泛發(fā)育上寒武統(tǒng)—奧陶系海相沉積，分布廣泛。

2）擠壓克拉通盆地演化階段（S—D）：這一時期，是在擠壓背景下以抬升為主，部分地區(qū)缺失中下志留統(tǒng)及中上泥盆統(tǒng)，形成了坳隆的構(gòu)造格局，與中國塔里木、揚子克拉通相似。

3）拉張—擠壓克拉通盆地演化階段（C—P）：從石炭紀開始為拉張環(huán)境，海平面上升，廣泛發(fā)育海相沉積體系。晚期在擠壓背景下海平面下降部分地區(qū)為陸相沉積，與中國塔里木克拉通相似。

1.3 克拉通盆地的特征

克拉通盆地一般具有以下主要特征。

1）—般離地塊邊緣較遠，底部多為陸殼，沉積充填厚度介于3 000～6 000m，橫向變化幅度不大［7，9］。

2）盆地面積大，平面上多呈圓形或橢圓形，縱向剖面則顯示為碟狀。

3）盆地沉積速率較低，具多旋回沉降特征。

4）盆地內(nèi)構(gòu)造較簡單，多呈平緩隆坳狀，巖漿活動較微弱。

5）盆地內(nèi)部主要沉積淺海相的碳酸鹽巖及碎屑巖。

1.4 油氣資源潛力

該類盆地在全球分布最廣，具有多時代成油組合（震旦系—奧陶系、志留系—泥盆系、石炭系—二疊系等），目前油氣勘查程度最低，油氣資源潛力最大。

2 中新生代斷陷盆地

斷陷盆地是在拉張背景下，在地殼和巖石圈伸展、變薄作用下，受正斷裂控制所形成的，一般經(jīng)歷早期斷陷和晚期坳陷所形成的盆地。全球斷陷盆地十分發(fā)育且主要發(fā)育在中新生代（圖3）。

隨著斷陷發(fā)展，基底滾動式沉降，造成撓曲頂部的塌陷，形成復雜的塊斷結(jié)構(gòu)。

2.1 斷陷盆地構(gòu)造帶劃分

1）斷階帶：為1條或多條組合的主斷層斷階帶。形成塊斷構(gòu)造，控制斷陷沉積發(fā)育，斷階附近往往形成反牽引褶曲。在復合犁式斷面情況下形成復雜的撓曲塊斷構(gòu)造，成為重要的油氣圈閉。

2）深坳帶：是受主斷層控制強烈下陷的坳陷，沉積以深水相為主，往往接受斷階小型沖積扇及其濁積沉積的混入，坳陷結(jié)構(gòu)比較簡單，沉積厚度向外逐漸減薄，是重要的油源巖分布位置。

3）斜坡帶：是坳陷向外沉積厚度迅速變化的部位，以三角洲相為主。由于基底滾動撓曲，斷塊發(fā)育，形成沉積—構(gòu)造活躍而復雜的地帶，但由于鄰近油源，因而塊斷構(gòu)造和巖相變化帶便成為重要的油氣聚集地帶。

從各大陸目前斷陷盆地發(fā)育的背景來看，雖然都是在隆起基礎上伸展形成的，但在具體形成方式上各有不同，大體上可分3類：①在基底擠壓隆起上因縱張破裂形成，例如松遼盆地侏羅紀斷陷，盆地內(nèi)火山巖系發(fā)育；②在擠榨帶推覆體前鋒順斷層反向重力滑落形成的重力滑動盆地，一般這種盆地規(guī)模不大，沉降幅度也小；③沿大型扭動走滑帶因扭裂松弛而轉(zhuǎn)化形成的斷陷。它們往往在深部與殼內(nèi)或殼幔之間的韌性滑動帶相接而形成斷陷群。目前這種轉(zhuǎn)化形式的盆地已成為中國重要的油氣生產(chǎn)區(qū)。

發(fā)育的斷陷群以斜列、交切、對生等各種形式組合，導致不同的斷陷并列結(jié)構(gòu)。其中對生結(jié)構(gòu)形成并列的中央隆起構(gòu)造帶成了重要的油氣聚集帶。

斷陷盆地中晚期斷陷作用消失而轉(zhuǎn)化為區(qū)域性撓曲沉降坳陷。坳陷沉降不大，表現(xiàn)為區(qū)域性碟形坳陷，如中國華北和蘇北新近紀以來現(xiàn)在的沉積坳陷以及松遼中晚白堊世坳陷。它們披覆在分割性的斷陷、斷凸上形成統(tǒng)一的沉降坳陷。這種盆地主要分布東南亞、美國東西海岸、墨西哥灣及非洲東西海岸等地區(qū)。

4）斷陷盆地主要發(fā)育兩套油氣成藏組合：早期斷陷和晚期坳陷油氣成藏組合。

2.2 斷陷盆地的特征

斷陷盆地一般具有以下主要特征。

1）該類盆地的形成主要受正斷裂的控制，主要分布在中新生代。

2）沉積速率快，相變大。

3）構(gòu)造較復雜，斷裂發(fā)育，圈閉類型多樣。

2.3 油氣資源潛力

該類盆地一般發(fā)育兩套油氣成藏組合，油氣分布多與斷裂有關，油氣資源潛力大。

3 前陸盆地

前陸盆地是造山帶隆升向臺內(nèi)逆沖形成的前緣坳陷，全球的前陸盆地主要分為2大類，即：海相前陸盆地和陸相前陸盆地。其充填物主要來源于相鄰造山帶，沉積剖面呈箕狀，沉積厚度從造山帶向臺內(nèi)變薄。

這類盆地主要發(fā)育于中新生代，主要分布在中國西部，中東、俄羅斯、美洲、非洲等國家和地區(qū)（圖4）。

圖3 全球典型斷陷盆地剖面圖

3.1 中新生代前陸盆地

前陸盆地形成的地應力性質(zhì)主要為擠壓應力、扭應力、壓扭應力等，其相應的盆地類型包括以下4種［8，11－12］（圖4～7）。

1）逆沖前陸盆地：又細分為單逆沖前陸盆地（如中國的烏魯木齊、庫車、吐—哈、葉城、伊寧前陸盆地）和雙逆沖前陸盆地。

2）走滑前陸盆地：如美國北極斜坡盆地、中東扎格洛斯盆地。

3）逆沖＋走滑前陸盆地。

4）逆沖＋超覆前陸盆地。

圖4 全球典型前陸盆地剖面圖

圖5 南美普圖馬約—奧連特—馬拉農(nóng)盆地剖面圖

圖6 中國塔里木盆地北部庫車前陸路盆地構(gòu)造剖面示意圖

3.2 前陸盆地演化

根據(jù)我國新疆地區(qū)前陸盆地演化、構(gòu)造運動及沉積發(fā)育特征，將中新生代前陸盆地劃分為3個演化階段。

圖7 中亞地區(qū)扎格羅斯前陸盆地構(gòu)造剖面圖

3.2.1 早期前陸演化階段（T—J）

根據(jù)現(xiàn)有資料這一時期可分為以下兩種性質(zhì)的沉積類型。

3.2.1.1 斷陷型沉積

如塔里木盆地的各前陸盆地早期（T—J）均為斷陷型沉積。這套較早的含煤沉積體系，僅發(fā)育在靠近造山帶前緣的狹長地帶。

3.2.1.2 坳陷型沉積

如準噶爾盆地烏魯木齊前陸盆地，三疊系—侏羅系這套含煤系地層廣泛分布于盆地內(nèi)，厚度介于2 000～3 000m，有從山前向盆內(nèi)厚度逐漸變薄的特點。

3.2.2 中期前陸演化階段（K—E）

這一演化時期沉積類型是從斷陷型向坳陷型過渡并形成坳陷型沉積，沉積一套河流—淺湖相砂泥巖夾膏泥巖，厚度大，介于2 000～3 000m。如塔里木盆地白堊系—古近系廣泛超覆于三疊系—侏羅系沉積范圍，烏魯木齊前陸盆地仍然為坳陷型沉積。

3.2.3 晚期前陸演化階段（N—Q）

為快速沉降和擠壓變形時期。這一時期各前陸盆地由于周緣造山帶快速隆起，導致其相應前陸盆地快速沉降，沉積一套河流—淺湖相碎屑巖，局部夾膏泥巖，厚度介于1 000～2 500m，并伴有強烈的擠壓變形作用。喀什前陸盆地這時期沉積厚度可達近萬米；烏魯木齊、庫車、葉城等前陸盆地此時沉積厚度也介于3 500～5 000m。

另外，由于印度地塊向本區(qū)強烈擠壓，使各前陸盆地產(chǎn)生一系列疊瓦式逆沖斷裂帶，并形成2～3排斷裂褶皺帶。

3.3 構(gòu)造變形特征

3.3.1 構(gòu)造帶劃分

根據(jù)前陸盆地演化、沉積及構(gòu)造特征將其劃分為4個帶：逆掩帶、斷褶帶、凹陷帶及斜坡帶。

1）逆掩帶：逆掩帶是造山帶向盆內(nèi)逆沖被掩蓋的部分。新疆地區(qū)各前陸盆地逆沖的距離不等。烏魯木齊前陸盆地逆沖距離為40～60km，庫車前陸盆地南天山造山帶向南逆沖距離為30～40km，葉城前陸盆地昆侖山造山帶向北逆沖距離為60～100km。

2）斷褶帶：由于造山帶的強烈擠壓，靠近逆掩帶形成一系列的斷裂褶皺帶（簡稱斷褶帶），一般有2～3排，有的可形成4排。

3）凹陷帶：鄰近斷褶帶內(nèi)側(cè)往往形成凹陷帶，是中新生代沉積厚度最大、下凹最深的部位。如烏魯木齊前陸盆地的昌吉凹陷、庫車前陸盆地和拜城—陽霞凹陷、葉城前陸盆地的皮山凹陷等。

4）斜坡帶：斜坡帶即凹陷帶與前緣隆起之間的過渡地區(qū)，在沉積構(gòu)造上均顯示為斜坡。如烏魯木齊前陸盆地從芳草湖—莫索灣為斜坡帶，庫車前陸盆地斜坡帶從秋里塔格—牙南斷裂為斜坡帶，葉城前陸盆地從皮山北—瑪扎塔克斷裂為麥蓋提斜坡帶等。

5）構(gòu)造樣式：根據(jù)現(xiàn)有的物探、地質(zhì)資料，將前陸盆地構(gòu)造樣式劃分為8種構(gòu)造模式：擠壓背斜、滑脫背斜、牽引背斜、斷背斜、背沖構(gòu)造、雙重構(gòu)造、疊瓦構(gòu)造、鹽構(gòu)造。

3.3.2 構(gòu)造發(fā)育特點

1）斷裂起主導作用。

2）斷裂形成主要在喜馬拉雅期且為逆沖性質(zhì)。

3）褶皺強度從造山帶向盆內(nèi)變?nèi)酢?/p>

4）存在幾個滑脫層。

3.4 油氣資源潛力

該類盆地一般存在2～3個油氣成藏組合，油氣資源潛力較大。

4 全球3大類沉積盆地特征對比

全球3大類型盆地的生成演化及結(jié)構(gòu)等方面特征有著明顯的區(qū)別［6－7］：①克拉通盆地一般發(fā)育在古生代和中生代早期，它的構(gòu)造較穩(wěn)定、巖漿活動微弱，沉積面積大而廣泛，具有旋回性的特征，它是全球分布最廣的一種盆地類型；②斷陷盆地主要發(fā)育在中新生代，它是在拉張斷裂作用下形成的盆地，其沉積受斷裂控制，一般到盆地演化晚期轉(zhuǎn)化為凹陷型，故有的學者又稱之為斷凹盆地，在演化過程中常伴有巖漿活動，沉積相變快，這類盆地在全球分布較廣，主要發(fā)育在地塊內(nèi)和大陸邊緣地區(qū)；③前陸盆地主要發(fā)育于中新生代，它主要是在壓性應力作用下，造山帶擠壓逆沖形成的前陸凹陷，沉積物主要來源于相鄰的造山帶，盆地沉積剖面呈箕狀，相變快、厚度變化也大，在全球主要分布于各中新生代造山帶前緣，沿造山帶呈狹長狀分布。至于三者的油氣資源豐度狀況，筆者認為克拉通盆地優(yōu)于斷陷盆地，前陸盆地相對較差（表3）。

表3 全球3大類型盆地特征對比表

5 結(jié)束語

1）全球主要沉積盆地多達數(shù)千個，多年來，國內(nèi)外專家、學者們對沉積盆地類型的劃分眾說紛紜。筆者從盆地構(gòu)造演化、沉積體系及結(jié)構(gòu)特征等方面，將全球主要沉積盆地劃分為3大類型：古生代克拉通盆地、中新生代斷陷盆地及中新生代前陸盆地。

2）比較分析各類盆地發(fā)育分布及油氣資源潛力后認為，古生代克拉通盆地分布最廣、油氣資源潛力也最大，中新生代斷陷盆地次之，而中新生代前陸盆地則較差。

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