裂谷型盆地的構(gòu)造地層分析

姜敏+王紅峰+馬濤+王學(xué)軍

[摘 要] 裂谷盆地是最常見的，也是最早發(fā)生的一種伸展性盆地，作者在廣泛收集資料，進行文獻資料系統(tǒng)調(diào)研的基礎(chǔ)之上，介紹了裂谷盆地的一般特征和類型，形成機制，構(gòu)造、地層特征及與油氣運移和成藏的關(guān)系等基本內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞] 裂谷盆地；油氣運移；形成機制；構(gòu)造特征

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 21. 077

[中圖分類號] P618.130.2+5 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）21- 0180- 05

1 前 言

伸展盆地是指與巖石圈（先） 伸展（后） 減薄或（先） 減?。ê螅?伸展作用有關(guān)的一類盆地 。其中裂谷（伸展斷陷盆地）是最常見的類型。Burke等對裂谷定義曾做如下補充和修改：“裂谷是由于整個巖石圈減薄和遭受伸展破裂而引起的， 并且常常是一側(cè)為正斷層限制的斷陷盆地”。在中國， 大多數(shù)石油地質(zhì)學(xué)家將裂谷稱之為箕狀斷陷盆地， 或者是伸展斷陷盆地 ， 或者是裂陷盆地 。除了裂谷外，坳陷、坳拉槽和被動大陸邊緣也屬于伸展盆地。圖1表示了裂谷與只經(jīng)過區(qū)域沉降但缺乏大型伸展斷層的坳陷、坳拉槽。

和被動大陸邊緣的主要區(qū)別。在真正的裂谷中，由于巖石圈上隆、減薄或區(qū)域應(yīng)力場產(chǎn)生的張性偏應(yīng)力足以克服巖石的破裂張度，從而形成斷層。如果張性偏應(yīng)力不足以造成脆性破裂，那么隆起或沉降作用就會在無斷裂的情況下進行。如果熱源供應(yīng)中斷并不再有新的熱源，那么巖石圈就會發(fā)生熱收縮作用并引起熱沉降。當(dāng)裂谷繼續(xù)伸展，在擴展中心形成新的洋殼時，就開始了裂谷系向被動大陸邊緣演化階段，即裂谷-漂移階段。被動大陸邊緣楔狀沉積體記載了巖石圈對其持續(xù)不斷的冷卻作用及大量沉積物本身負載的響應(yīng)。

裂谷型盆地是中國東部重要的含油氣盆地，其形成和演化對沉積層序、構(gòu)造特征以及油氣的形成、運移和聚集起著重要的控制作用。

2 裂谷的一般特征和類型

裂谷的形成與伸展作用有關(guān)。在威爾遜旋回的各個階段和各種不同的板塊構(gòu)造環(huán)境中均可以見到裂谷的形成。它們是：①與大陸漂移作用有關(guān)的裂谷；②與俯沖作用有關(guān)的裂谷；③與大陸碰撞作用有關(guān)的裂谷。

與大陸裂開和漂移作用有關(guān)的裂谷可分成大洋的、大陸間的和大陸內(nèi)部的裂谷三種類型。

現(xiàn)代大洋裂谷是沿大洋中脊延伸并受正斷層限制的裂谷。谷底和谷肩均為洋殼。大洋中脊及其裂谷為轉(zhuǎn)換斷層所橫切。其他特征主要是：①淺震；②活動的火山作用；③呈對稱狀正、負交替的磁異常；④高熱流值。實例是大西洋、印度洋中脊上發(fā)育的裂谷，大洋裂谷和大洋中脊一樣，隨著時間改變位置和分叉，常常是一個分支喪失其活動性后，即成為巨大補償凹陷的中心，可以舉大西洋北部的形成作為實例。大西洋中脊裂谷體系在中生代分布在加拿大的拉布拉多海中格陵蘭島之間。到新生代，裂谷系開始在現(xiàn)在的大西洋北部地方發(fā)育，而在巴芬灣-拉布拉多海，裂谷階段為寬的坳陷階段所代替，裂谷本身迅速地為坳陷沉積物所覆蓋。

現(xiàn)代大陸間裂谷是裂谷的下面為洋殼，谷肩是陸殼，它們是大陸裂谷演化為大洋裂谷的過渡產(chǎn)物，例如，在印度洋附近的亞丁灣和紅海南部。

現(xiàn)代大陸間裂谷的下面為陸殼，谷肩也為陸殼。但裂谷下面陸殼厚度要比周圍薄一些，現(xiàn)代大陸內(nèi)裂谷作用的特征是：①負布格重力異常；②高熱流；③火山活動（表1）。東非裂谷是典型的大陸裂谷系，其特征是在兩個大的隆起區(qū)發(fā)育，即北部的埃塞俄比亞和東南的東非隆起，在北非還發(fā)現(xiàn)了其他窟窿隆起，例如在Tibesti和Hoggar區(qū)的隆起。這些隆起常常與廣泛分布的火山活動相伴生，但缺乏裂谷，其他裂谷系是美國西部的RioGrande裂谷，歐洲的萊茵地塹和中亞的貝加爾裂谷。

一般將裂谷作用歸為兩類，即主動裂谷和被動裂谷作用。在主動裂谷作用中，地表變形與熱柱或熱席對巖石圈底部的撞擊作用相伴生。來自地幔柱傳導(dǎo)加熱作用，來源于巖漿生成的熱傳遞作用或者是來源于對流加熱作用均可以使巖石圈變薄。如果來自于軟流圈的熱流很大，大到可以使大陸巖石圈迅速地減薄，這將引起均衡隆起，為隆起產(chǎn)生的張應(yīng)力于是引起裂開作用。主動裂谷的實例是東非裂谷在被動的裂谷作用中首先是大陸巖石圈的張應(yīng)力引起它破裂，其次才是熱的地幔巖貫入巖石圈。地殼窟窿作用和火山活動僅是次要過程，McKenZie（1978）所提出的有關(guān)沉積盆地成因的模式屬于這類被動裂谷作用，首先產(chǎn)生裂谷作用，隨之發(fā)生窟窿作用，因此裂谷作用是區(qū)域應(yīng)力場的被動響應(yīng)。Rio Gande被動裂谷作用產(chǎn)生的。

Segnor和Burke（1978）討論了裂開作用和熱窟窿火山活動的相對時間，并根據(jù)它推測主動或被動。但實際上難以確定裂谷究竟屬于主動裂谷或被動裂谷，因為對于小的地幔熱流來說，隆起量可能是很小的。

主動裂谷與熱點有關(guān)的現(xiàn)象是地殼大面積呈窟窿上升和呈三聯(lián)破裂，紅海-蘇伊士-亞喀巴灣裂谷系.紅海-亞丁灣-埃塞俄比亞裂谷系（圖2）魯瓦湖-馬拉維-魯瓦哈、魯菲吉裂谷系均屬于這種三聯(lián)裂谷系的實例。三聯(lián)裂谷中每支裂谷發(fā)育不平衡如紅海-亞丁灣-埃塞俄比亞裂谷系，其中紅海南部和亞丁灣兩臂已發(fā)育為陸間裂谷，而另一臂埃塞俄比亞裂谷仍處于大陸內(nèi)裂谷狀態(tài)，發(fā)育不足（圖3）。

大西洋被動大陸附近的尼日爾盆地也是這樣一種三聯(lián)裂谷系中發(fā)育不足的一臂演化結(jié)果。原為三聯(lián)裂谷，演化中其他兩臂發(fā)育為大洋，另一臂由大陸內(nèi)裂谷發(fā)展為與海岸線近乎垂交的坳拉槽。大的河流沿坳拉槽搬運碎屑物質(zhì)進入大洋，形成前積的三角洲和海底扇沉積體系。

Segnor，Burket和Dewey（1973）還劃分出一種在形態(tài)上與坳拉槽相似的碰撞谷，這種裂谷的發(fā)育與大陸碰撞有關(guān)。兩個大陸在其碰撞時除了產(chǎn)生平移斷層外，還在與碰撞垂直相交的方向形成拉張應(yīng)力，產(chǎn)生碰撞谷。Paul Tapponiert和PeterMolnar（1975）在討論碰撞作用形成走向滑移斷層的同時，曾指出貝加爾地塹系和山西地塹系是由于喜山運動時印度板塊與亞洲大陸碰撞時所產(chǎn)生的拉張應(yīng)力場引起的。endprint

萊茵地塹系也是這種類型裂谷的實例，由于在平面上這種碰撞裂谷與造山帶近乎垂交很像前述的坳拉槽。Burke可以根據(jù)其地質(zhì)發(fā)展歷史區(qū)別它們。其方法是確定和重塑裂谷的形成時期和歷史。如果它是與大洋張開期同時期開始的，那么它應(yīng)為坳拉槽。如果阿爾卑斯褶皺帶垂直相交。萊茵地質(zhì)歷史的開始是與中始新世阿爾卑斯碰撞事件同時發(fā)生的，而波蘭坳陷是坳拉槽。Grenville造山運動的碰撞也被援引為是北美大陸裂谷形成的原因。

弧后裂谷和弧后邊緣海盆地與俯沖作用有關(guān)，雖然也屬伸展盆地，但與聚斂性板塊活動有關(guān)。主要為兩種類型，一種類型常常是早期弧后裂開，晚期演化為弧后邊緣海，為小洋盆，具洋殼。與西太平洋主動大陸邊緣有關(guān)的邊緣海屬此類型。另一種類型是弧后盆地與安第斯型主動大陸邊緣有關(guān)，分布于“山弧”后方，在大陸殼上發(fā)育。由于它們的形成機制不太清楚，有可能為俯沖誘發(fā)熱對流作用，也可能為仰沖大陸板塊牽引翹曲作用產(chǎn)生，因而難以肯定它們究竟屬于主動裂谷，還是被動裂谷。

3 裂谷盆地的形成機制

盆地的形成研究首先要涉及盆地的沉降機制。沉降是盆地形成的前提，盆地的構(gòu)造沉降量的大小直接與巖石圈的拉薄程度、熱衰減、重力均衡等作用有關(guān)。

由于裂谷盆地是地球表面廣泛發(fā)育的、重要的煤油氣盆地類型，長期以來受到地質(zhì)學(xué)者的重視，在盆地動力學(xué)的研究方面積累了大量的成果，是近二十多年來取得突出進展的領(lǐng)域。

上面已指出，從內(nèi)陸裂谷到被動大陸邊緣存在一系列與拉伸作用有關(guān)的盆地類型，如現(xiàn)代的東非裂谷、萊茵地塹、大西洋被動大陸邊緣等，它們具有一些共同的特征：

（1）處于大陸離散、裂解或拉伸的地殼或巖石圈變薄帶。

（2）高的熱流值（80-115mW2m）。

（3）基性、中基性火山巖、巖漿活動。

（4）負布格重力異常。

（5）伴生過區(qū)域隆起。

3.1 主動裂谷盆地成因

裂谷盆地的形成主要是由于深部熱地幔上升導(dǎo)致巖石圈表面的變形和裂陷而形成的。東非裂谷被看作是主動裂谷的典型例子，有廣泛的隆起、裂谷系，火山作用明顯。

熱柱、熱地幔羽（thermalplume）在巖石圈的底部上拱、快速的加熱減小巖石圈的密度，導(dǎo)致區(qū)域性的均衡上隆，上隆作用派生的拉張應(yīng)力造成裂谷作用。來自地幔羽的傳導(dǎo)熱、巖漿侵入熱或?qū)α鳠峥梢饚r石圈受到拉伸的變薄。

3.2 被動裂谷盆地成因

巖石圈首先受到拉張、破裂和變薄，造成熱地幔上隆，地殼的隆升和火山作用是隨后出現(xiàn)的，裂谷作用是拉伸作用的響應(yīng)。典型的例子是Rio Grande裂谷（美國西部）。被動裂谷作用得到廣泛的接受。但巨大的拉張應(yīng)力的成因（如板塊漂動的動力）是爭論的焦點。

3.3 斷陷盆地的構(gòu)造特征與油氣的關(guān)系

箕狀斷陷盆地可分為早、中、晚期斷陷，坳陷和萎縮隆升五個演化階段。不同階段，其變形和沉積充填特征不一。斷陷早期，構(gòu)造坡折帶不發(fā)育，以干旱的沖積—濱淺湖沉積體系為主；斷陷中期，發(fā)育單斷式構(gòu)造坡折帶，以比較濕潤的沖積—濱淺湖—半深湖沉積體系為主；斷陷晚期是斷陷湖盆擴張的鼎盛時期，發(fā)育多斷式構(gòu)造坡折帶，以濕潤的濱淺湖—深湖相沉積體系為主；坳陷期，構(gòu)造穩(wěn)定，地勢平坦，相類型比較齊全；萎縮階段，湖盆遭受強烈的剝蝕，沉積基本缺失。

研究表明，并不是每個箕狀斷陷都要經(jīng)歷上述五個演化階段。事實上，箕狀斷陷可經(jīng)歷不同的演化階段，這種演化是不可逆的，據(jù)此，可將箕狀斷陷分為非成熟、成熟和過成熟三類。不同類型的箕狀斷陷，其含油氣系統(tǒng)特征不相同。中期斷陷、晚期斷陷和坳陷期三個演化階段是盆地?zé)N源巖和儲集砂體發(fā)育的黃金時期，經(jīng)歷了這三個演化階段的成熟和過成熟箕狀斷陷的油氣勘探前景較好。因此，各個過成熟斷陷由于烴源巖極為發(fā)育，加上各種類型的構(gòu)造坡折帶控制的不同類型的儲集體也極為發(fā)育，其含油氣前景就最好；成熟斷陷由于沒經(jīng)歷后期斷陷演化階段，其含油氣前景則次之；而非成熟斷陷的含油氣前景最差。這已由東部地區(qū)幾十年的勘探成果所證實。另外，對于勘探程度相對較高的老區(qū)油氣勘探來說，目前大多已進入隱蔽油氣勘探階段，研究不同構(gòu)造演化階段，構(gòu)造坡折帶的形成和演化與分布，進而預(yù)測沉積砂體的分布，尋找有利的隱蔽油氣藏也有重大的意義。

3.4 斷陷盆地的巖性、地層油藏的成藏特征

油氣總是由高勢區(qū)向低勢區(qū)運移，處于低勢區(qū)的正向構(gòu)造帶有利于油氣聚集，是主要的勘探方向，這一規(guī)律已為勘探實踐所證實，并形成“環(huán)洼聚油理論”。因此，在以往構(gòu)造油藏的勘探中，特別注重各種類型的正向二級構(gòu)造帶；但在近幾年巖性、地層油藏的勘探實踐中發(fā)現(xiàn)，巖性、地層油藏既可分布在低勢區(qū)，也可分布于高勢區(qū)，吉爾嘎朗圖凹陷洼槽區(qū)巖性油藏的勘探充分地說明了這一點。

從圖6可以看出，油氣主要從高勢區(qū)向低勢區(qū)運移，即由生油洼槽向正向構(gòu)造帶運移聚集。按照油氣主要從高勢區(qū)向低勢區(qū)運移，并在正向構(gòu)造帶聚集的認識，以往的勘探主要圍繞低勢區(qū)———正向構(gòu)造帶展開，發(fā)現(xiàn)了以構(gòu)造油藏為主的錫林稠油油田、寶饒稀油油田及罕尼構(gòu)造油藏。但隨著構(gòu)造油藏勘探程度的提高，勘探難度越來越大。近兩年，立足比較豐富的剩余資源基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變找油思路，加強高勢區(qū)隱蔽油藏的勘探，發(fā)現(xiàn)了一批巖性油藏，初步展示了滿洼含油的態(tài)勢，基本實現(xiàn)了不同類型油藏在不同構(gòu)造單元、不同區(qū)帶、不同層系、不同類型砂體中的疊合連片分布（圖7） 。

除此之外，目前華北油田所發(fā)現(xiàn)的巖性油藏多發(fā)育于構(gòu)造負向區(qū)、洼槽區(qū)及正向構(gòu)造帶的翼部等相對高勢能區(qū)。這與盆地的沉積特征和巖性、地層油藏的成藏特征有著密切關(guān)系。

陸相斷陷小湖盆具有多物源、多沉積相類型的特點。在洼槽區(qū)，經(jīng)常分布有湖底扇、濁積扇相的砂礫巖體以及各類三角洲前緣相的河口壩、席狀砂、楔狀砂等沉積砂體。這些儲集砂體往往直接夾于或鄰近主力烴源層，易于形成巖性、地層圈閉。對巖性、地層圈閉而言，自生自儲成藏組合“就近聚集”為最佳成藏方式，因此不論是在低勢區(qū)還是在高勢區(qū)都能夠成藏。

4 結(jié) 語

箕狀斷陷盆地可分為早、中、晚期斷陷，坳陷和萎縮隆升五個演化階段。不同階段，其變形和沉積充填特征不一。中、晚期斷陷和坳陷期演化階段是盆地?zé)N源巖和儲集層發(fā)育的黃金時期，這三個階段形成的構(gòu)造坡折帶附近發(fā)育的各種砂體是箕狀斷陷盆地或凹陷的有利勘探領(lǐng)域。

巖性、地層油藏的分布具有自身的特征，即：巖性、地層油藏主要沿“湖泛面、不整合面、斷面”分布。既可分布于低勢區(qū)，也可分布于高勢區(qū)；既可發(fā)育于低位域，也可發(fā)育于高位域。巖性油藏的分布主要受控于沉積體系，地層油藏的分布主要受控于削截帶和超覆帶，而富集主要受控于有利沉積儲集相帶。在巖性、地層油藏的勘探中，一定要轉(zhuǎn)變勘探觀念，突破構(gòu)造帶聚油、環(huán)洼聚油、低位域聚油等認識。

主要參考文獻

[1]陳發(fā)景，汪新文，陳昭年，等.伸展斷陷盆地分析[M].北京： 地質(zhì)出版社，2004.

[2]Burke K， Dewey J F.Plume-generated Triple Junctions：Key Indicators in Applying Plated Tectonics to Old Rocks[J].Journal of Geology，1973，81（4）.

[3]李德生.渤海灣含油氣盆地的地質(zhì)構(gòu)造特征與油氣田分布規(guī)律[J]. 海洋地質(zhì)與第四季地質(zhì)，1981（1）：5-22.

[4]陳發(fā)景.裂谷構(gòu)造的形成演化和油氣分布（上）[J].地質(zhì)科技情報， 1984（3）：93-98.

[5]馬杏垣，劉和甫，王維襄.中國東部中新生代裂陷作用和伸展構(gòu)造[J].地質(zhì)學(xué)報，1983（1）：23-24.

[6]劉和甫，梁慧社，李曉青，等.中國東部中新生代裂陷盆地與伸展山嶺耦合機制[J].地學(xué)前緣，2000，7（4）：477-486.

[7]王家亮，張金川，張杰，等.海拉爾盆地貝爾凹陷的油氣運聚分析[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17（4）：459-465.

[8]林暢松，潘元林，肖建新，等.“構(gòu)造坡折帶”——斷陷盆地層序分析和油氣預(yù)測的重要概念[J].地球科學(xué)，2000，25（3）：260-265.endprint