包邮中国西部大型盆地海相碳酸盐岩油气地质理论与勘探实践

第1章中国西部海相碳酸盐岩盆地的大地构造背景与原型盆地演化 1.1海相沉积盆地的大地构造背景 中国西部地区的沉积盆地大多经历了长期多阶段复杂构造演化，自下而上发育了早古生代海相、晚古生代（—中生代初）海陆过渡相和中、新生代陆相等沉积建造，盆地具有复杂的叠加地质结构，被称为叠合盆地（朱夏等，1983；赵重远和周立发，2000；何登发等，2005b；李德生，2007）或多旋回盆地（Kingston et al.，1983）。目前在这些叠合盆地的中、新生代陆相湖泊沉积中发现了一系列大中型油气田，近年来在晚古生代海陆过渡相沉积中发现了丰富的天然气资源，如鄂尔多斯盆地北部的苏里格大气田，储量超过5×1012m3，在海相沉积中发现了轮南-塔河、塔中Ⅰ号带、普光、龙岗等大型油气田。因此，了解沉积盆地形成背景和演化对未来的油气勘探具有重要的指导意义。 1.1.1地球物理场与主要构造单元 1.1.1.1地球物理场及深部地质结构特征 深部地质结构主要包括沉积盖层之下的基底结构、地壳结构和岩石圈结构，通过深部地球物理勘探的方法获取资料。结合西部地区区域重磁、全球地学断面（GGT）、深反射地震测深、大地电磁测深等资料，可以研究地球物理场特征及其在基底、地壳和岩石圈等结构上的差异。 1.地球物理场特征 布格重力异常反映的是地壳内各种偏离正常地壳密度的地质体，既包括各种剩余质量的影响，也包含地壳下界面的起伏在横向上相对上地幔质量亏损（山区）或盈余（海洋）的影响。 我国的布格重力异常是以青藏高原为低值中心，布格重力异常达-500mGal左右，向北、向东方向逐渐升高，形成东高西低、北高南低的总趋势，并被纵、横贯于全国的两大梯级带分割成台阶状的三级区域场，在此基础上叠加了许多局部异常和小规模的梯级带。主要的重力梯级带包括大兴安岭-太行山-武陵山重力梯级带、青藏高原周边重力梯级带。在局部重力异常中，东西走向的布格重力异常带包括天山-阴山-燕山重力低异常带、秦岭-大巴-大别山重力低异常带等；也存在部分走向为北东向的布格重力异常带，而且以线状、串珠状为主，如郯庐-辽-吉重力高异常带等。而在准噶尔、塔里木、四川等盆地显示的为等轴状或团块状重力高或重力低异常。 2.莫霍面和岩石圈结构特征 由中国1∶500万地壳厚度图（图1-1）可以看出，青藏高原地区处于地壳增厚区，地壳厚度为50～72km。而西北地区、中部地区（准噶尔盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地）处于正常型地壳区，平均厚度在43km左右。 图1-1中国1∶500万地壳厚度及分区图（据郝天珧等，2014，修改） 在中国西部地区存在明显的莫霍面深度梯级带。①贺兰山-龙门山梯级带：该梯级带长度约4000km，近SN向；莫霍面深度等值线梯度变化在龙门山段十分强烈，从西到东约260km宽度内莫霍面深度变化为58～44km，抬升14km；该梯级带在中国境外向北一直延伸与贝加尔-色楞格梯级带相接，但随着向北延伸梯级带的梯度呈变小趋势，向南因受到印度板块与欧亚板块碰撞构造效应的影响，而未能延伸很远，形成东亚地区一条大型SN向构造带。②天山-阿尔金山-祁连山梯级带：该梯级带近EW向，呈狭长状，构成我国西部南北不同地壳性质的界带；莫霍面深度等值线梯度变化强烈，地壳厚度比周围盆地区域增厚约10km；阿尔金山附近，从北到南约130km宽度内，莫霍面深度变化为49～59km，地壳厚度增加10km；该梯级带是青藏高原周边增厚亚区与北侧正常地壳亚区的分界，将塔里木盆地与柴达木盆地分隔，形成沉积盆地区莫霍面上隆、造山带区莫霍面深度下凹的特殊分布。③喜马拉雅梯级带：该梯级带宽度较大，梯级带走向由西段的NW向转为东段的EW向；莫霍面深度等值线梯度变化强烈，从印度到青藏在垂直于梯级带约500km距离内，莫霍面深度变化为38～66km，深度增加28km；该梯级带是恒河平原-印度次大陆正常地壳与青藏高原增厚地壳的分界，是印度与欧亚两大板块碰撞、挤压形成的过渡带。 中国大陆岩石圈结构复杂。青藏块体地壳成倍加厚；华北块体遭受强烈破坏，岩石圈大幅度减薄；华南块体发育强烈岩浆活动，岩石圈受到强烈改造。其中，大致以170km和85km岩石圈等厚线为界，可以把中国大陆划分为3个厚度不同的岩石圈区：①中亚-青藏岩石圈加厚区，在平面上呈向东尖灭的三角形，东北以阿尔泰山-祁连山-大巴山一线为界，东南缘以宜昌-昆明-达卡-东高止山一线为界，构成一个巨大岩石圈加厚区，岩石圈厚度为170～200km，部分地区达240km，是本区乃至全球岩石圈*厚的地区；②中蒙岩石圈减薄区，包括中国北部、蒙古国和西伯利亚南部，呈向西尖灭、向大兴安岭-太行山一线撒开的三角形，北界为斋桑湖-贝加尔湖-鄂霍次克海一线，岩石圈厚度为85～170km；③滨太平洋岩石圈减薄区，包括大兴安岭-太行山和郑州-南京-广州一线以东陆地及毗邻海域广大地区，岩石圈厚度为50～85km。 在西部地区存在岩石圈*厚地区，其厚度等值线均呈圆形圈闭，包括：①帕米尔地区，岩石圈厚度从中心部位的大于200km向外减薄到185km；②塔里木盆地地区，岩石圈厚度为200～190km；③昌都地区，以昌都为中心，岩石圈等厚线呈一大型圆形圈闭，岩石圈*厚大于200km。 1.1.1.2中国西部地区主要构造单元 1.构造单元划分 根据地球物理场划分出的深大构造、莫霍面和岩石圈等深部结构特征，结合中国板块构造特征，划分了中国主要的大地构造单元，其中Ⅰ级构造单元的边界线是以明显的深大构造带和前人划出的板块边界线得出的，把中国大陆主要分为西伯利亚板块、塔里木板块、哈萨克斯坦板块、柴达木-华北板块、羌塘-扬子-华南板块、冈瓦纳板块等。根据地球物理特征划出的深大构造带，结合深部结构特征，在这主要的6个Ⅰ级构造单元内又划分了Ⅱ级构造单元。后期形成的大型走滑断裂包括：东部的郯庐断裂体系、西部的龙门山断裂带、阿尔金断裂带等（刘训和游国庆，2015）。 中国大陆是全球*新的大陆，是由诸多小地块、微地块及其间的造山带拼合而成的（任纪舜等，1999）。中国西部地区包括以下构造单元：①准噶尔-内蒙古-松辽造山带，北以加里东期的阿尔曼太俯冲带和德尔布干俯冲带为界，南以加里东期中天山北缘俯冲带和海西期赤峰-开源俯冲带为界，其间为古亚洲洋所占位置，经过古生代多次洋壳俯冲消减形成多个俯冲带，到晚海西期完全拼合为中国东西向的海西期褶皱带。罗志立（1983）将该构造带称为准噶尔-松辽板块，肖序常和汤耀庆（1991）称为“古中亚复合区型缝合带”。在这个带内的盆地可能不存在完整的前寒武纪基底，仅保存有大陆碎块和残余洋壳，前者如佳木斯地块，后者如准噶尔盆地。晚海西期至燕山早期，准噶尔及松辽地区火山活动强烈，随后发生拉张（或塌陷），形成许多侏罗纪断陷，再逐步演变成大型陆相含油气盆地。②秦祁昆造山带，该造山带是中国南北大陆*为重要的镶嵌部位，表现为局部紧束和部分散开的特征。主要包括东段的秦岭造山带，中段的祁连、东昆仑、阿尔金造山带以及西段的西昆仑造山带。秦祁昆地区的板块运动具有多岛洋、软碰撞、多旋回造山的特点。该带主要经历了早古生代洋-陆转换、晚古生代海-陆转变以及印支期后的陆内演化三个演化阶段。③塔里木板块，在加里东期因南天山洋拉张而分离出中天山地块，与此同时南天山洋另一支可能从库鲁克塔格向西南延伸，形成满加尔拗拉槽。塔里木板块具有前震旦纪基底，沉积了巨厚的下古生界碳酸盐岩地层，晚二叠世后才逐步演化成大型陆相盆地，塔里木盆地是中国*大的上叠克拉通盆地。④华北板块，具有*古老的前震旦纪基底，古生代为统一的海相-过渡相沉积盆地，南缘早古生代以北祁连洋分支向北东延展成贺兰山裂陷槽。印支期开始受古太平洋板块的作用，华北古板块由西向东分解成阿拉善隆起、鄂尔多斯盆地、山西隆起和渤海湾盆地。⑤华南板块，其西北以扬子古板块为基础，东南缘从早古生代起逐步向古太平洋方向增生扩大，先后形成绍兴-宜春至茶陵-彬县和丽水-海丰加里东期俯冲带、长乐-南澳印支期俯冲带和台东喜马拉雅期碰撞带，陆缘增生是以沟-弧-盆地体拼贴方式进行。⑥青藏板块，属特提斯域，其间分布有羌塘地块和冈底斯地块；从北至南有东昆仑海西期俯冲带、可可西里-金沙江-哀牢山印支期俯冲带、丁青-怒江燕山期俯冲带和雅鲁藏布江喜马拉雅期碰撞带。显示从冈瓦纳大陆上分离出来不同时期的块体，逐次从南向北面的劳亚大陆拼结，形成地块与缝合带批次相间的特提斯构造域。 2.主要构造单元间的构造关系 根据各构造单元不同性质的地球物理解释剖面，如深反射地震剖面、P波速度结构剖面、全球地学断面等，研究各构造单元间的相互关系。 1）准噶尔地体和塔里木板块 沙雅-布尔津综合地球物理剖面（图1-2）南起塔里木盆地北缘的沙雅，以NNE走向先后经过了库车、巴音布鲁克、克拉玛依等地区，北至阿尔泰山南麓的布尔津。天山两侧的塔里木盆地和准噶尔盆地是两个刚性块体，在双向挤压的应力环境下变形相对较小。而天山的地壳及地幔顶部密度较低，致使塔里木地块的地壳在库尔勒断裂附近向天山造山带的地壳与上地幔分层插入消减。地壳上部的沉积盖层发生拆离滑脱与逆掩冲断；上、中地壳分别插入天山造山带的中、下地壳；下地壳和岩石圈地幔向天山下面的上地幔俯冲消减。这种深部构造作用，使得盖层沿其下界面向着准噶尔盆地方向滑移，导致了地表所见的断裂和缝合线与相应的深部构造错位，形成不协调的深部和浅层关系。准噶尔盆地之下莫霍面的起伏以及软流圈的变形也是在此背景下形成的。 图1-2沙雅-布尔津断面深部结构（据Zhao et al.，2003，修改） 2）阿拉善地块和华北板块 由阿拉善左旗-临汾段的地学断面（图1-3）可以看出，岩石圈的深度从鄂尔多斯盆地的约120km迅速抬升至银川地区的80km左右，鄂尔多斯盆地之下存在厚的岩石圈根，向西有强烈的横向结构差异，并发生了明显的岩石圈局部减薄。在银川地堑之下的下地壳层存在明显的低速层，可能正是低速层的存在，使深浅部构造解耦，深部岩石圈地幔向上凸起，上地壳和沉积盖层凹陷。 图1-3阿拉善左旗-临汾段地学断面 由青藏高原东北缘六盘山-鄂尔多斯盆地深部地震测深剖面（图1-4）可以看出，六盘山作为秦祁构造带和鄂尔多斯盆地的中间地带，其两侧的深部结构有着明显差别，东侧鄂尔多斯盆地地壳厚度为41.7～48.2km，西侧秦祁地块地壳厚度为50.3～53km，在六盘山地区发生显著的加厚。整个莫霍面形态东浅西深，明显向西倾斜，在六盘山下方莫霍面深度*深为54km。从基底界面、上地壳底面的形态来看，六盘山与鄂尔多斯盆地之间可能存在“鳄鱼结构”式构造（李英康等，2014），使六盘山逆冲推覆到鄂尔多斯盆地之上。在下地壳呈现出明显楔形，表明青藏高原内部地壳厚度向鄂尔多斯地块、阿拉善地块方向变薄。这正是由于印度板块向欧亚板块俯冲、挤压，但遇到刚性的阿拉善地块、鄂尔多斯地块的阻挡，使鄂尔多斯盆地楔形插入秦祁地块之下。 图1-4秦祁构造带-鄂尔多斯盆地深部地质结构及动力学模型（据李英康等，2014，修改） 剖面位置见图1-8 3）扬子板块和青藏高原构造关系 图1-5松潘甘孜-华南地区P波接收函数偏移成像剖面（据王旭等，2016）