叠合盆地

盆地类型

叠合盆地是指由若干不同盆地(不同构造层)纵向叠置的一种复杂结构的盆地。

叠合盆地的定义

对叠合盆地的概念和定义,已有不少论述。其出发点不同,认识也不尽一致。对定义的内涵及外延作进一步说明:

(1)组合盆地:即不止一个盆地,至少由上叠和下伏两个盆地共同组合而成。

(2)不同世代:下伏盆地和上叠盆地具有早、晚或先、后的时序关系,分处于不同地质时代。

(3)相对独立沉积盆地:在成因、演化和沉积等方面,下伏盆地和上叠盆地相对独立,没有承袭关系;两者分属于两个特征差别较大的构造体制或成盆期。由于中国大陆重要的区域构造变动和成盆的多期性,在论及叠合盆地时,必须明确指出下伏和上叠盆地各自的具体发育时限,才可能进一步讨论该盆地的属性及其意义和油气地质特征。

(4)上下沉积叠置:“上下叠置”是为了与平面上相邻并列的组合盆地相区别;“沉积叠置”旨在强调与构造叠置的不同。如大型拆离滑覆构造作用可使分处异地的两个沉积盆地在拆离构造面上下同地叠置。此构造叠置关系与沉积叠置组合貌似而质不同。两者形成的动力学环境、盆地组合结构关系、构造-热演化特征、油气赋存条件和成藏、分布特点等差别较大。构造叠置所形成的现象,如异地盆地在同地上下叠置、较老盆地叠于较新盆地之上、上叠盆地变形强于下伏盆地等在沉积叠合盆地一般也不会存在。所以,强调两者的区别对科学研究和油气勘探是必要的。

在构造活动强烈、基底结构复杂及隆坳起伏较大的地区,如造山带及其两侧山陆过渡带、青藏高原和我国南方等地具备发生较大规模拆离滑覆作用的环境,有可能形成构造叠置盆地。在这些地区,构造拆离面之下的盆地,油气保存相对较好,值得注意。

叠合盆地的上、下盆地虽以沉积方式叠置,但对较大型叠合盆地而言,上、下盆地通常被具有区域意义和“改朝换代”性质的重要构造运动所分隔;早、晚盆地一般为构造变革前、后两种不同构造体制的产物,分别代表了不同的地球动力学环境。也正是地球演化过程中不同构造体制的演变和更迭,才产生了多期成盆和叠合盆地形成的区域背景和条件。所以,对叠合盆地的研究不仅具有重要的油气地质应用价值,而且有着重要的科学理论意义。

将叠合盆地划归为改造盆地,是因其下伏盆地被重新叠加深埋后,虽其沉积实体部分或整体被保存,但其原型、结构和地质环境则发生了变化,即下伏盆地的原始沉积面貌已遭受了较明显的改造。

有必要强调指出,叠合盆地在形式上是上、下两个盆地的沉积叠置。但由于油气的可流动性,油气具有生成的多期性且滞后于烃源岩形成期等特点,在叠合盆地形成和改造过程中,促使了上、下盆地油气聚集、成藏及分布的密切关联和整体性。对于油、气矿产的成藏(矿)作用和组合模式、分布规律和资源规模等方面,整体已不等于个体的简单拼合或相加。即叠合盆地更为丰富和复杂,有其自身的特点和内涵,绝不是可用其所组合的几个独立盆地的简单拼合所能替代。

类型划分

不少学者结合中国实际情况从不同角度对叠合盆地进行了分类,诸分类方案各有特点,也促进了勘探研究的深入。笔者从叠合盆地主要构成要素的地质特征和时空组合关系出发,探讨叠合盆地的类型。叠合盆地由上叠盆地、下伏盆地和两者之间的叠合(面)关系3个要素所构成。进行叠合盆地类型划分时,应将三者作为一个整体来进行全面分析和综合研究。

主要研究的内容包括:

①原盆特征:包括盆地属性、展布范围、结构构造、沉积建造、沉积环境(海相、陆相等)等。

②下伏盆地保存状况:总体保存或改造较弱;改造较强,区域差异改造明显。

③上叠盆地与下伏。

盆地的差异程度:相近或相异。

④下伏盆地热演化程度:低—较低:烃源岩大部未成熟;较高—高—很高:烃源岩大部分已成熟。

⑤上叠盆地连通性:相对独立或联系密切。

⑥叠合方式和接触关系:易延渐变或改造突变。

⑦间断时间:短暂,较长或很长。

⑧叠合程度:部分、大部、主体或全部重叠。

原盆地特征是研究和评价所有含油气盆地的基础和基本内容。

对叠合盆地和其上、下盆地来说自然不能例外。叠合盆地其所以引人关注,主要是其下伏盆地油气生成条件良好。下伏盆地的原盆地面貌与沉积建造的改造强弱和热演化程度直接影响整个叠合盆地油气的生成条件和资源规模。

上叠盆地在展布规模、构造属性及其内部结构格局和沉积建造等方面与下伏盆地的相似或差异程度对上、下盆地油气赋存和成藏均有重要影响。

在叠合盆地中,上叠盆地的油气部分或主要来自下伏盆地。所以,上、下盆地的连通性及沟通方式(如断裂、褶皱、储层、深部流体或岩浆等)是影响上叠盆地油气赋存、成藏和分布特点的重要因素。

上叠和下伏盆地的间断时间、叠合方式、接触关系和叠合程度等是最具有叠合盆地个性的专属特征,明显影响两个盆地的其他地质特征,并制约油气的赋存、成藏及分布特点和资源规模。在我国,上叠和下伏盆地各自成盆期间断的时间差别较大,叠合关系复杂多样,在叠合盆地类型划分时应充分考虑。

根据上述叠合盆地组合、结构要素的主要内容,以盆地演化和改造过程为主线,将上叠和下伏盆地的地质特征及其叠合的时空关系作为一个整体,突出叠合三要素中叠合程度、差异程度、改造程度和上、下盆地的叠置方式、间断时间及含油气特征的差异,将叠合盆地划分为易延叠合型、改造叠合型、差异叠合型)和多重叠合型4种类型。其中前3种为单组合叠合盆地,后1种属多组合叠合盆地,分别相当于贾承造等论及的“简单”或“复杂”叠合盆地。

各类盆地基本特征与油气赋存特点

油气为流体矿产,极易随所处环境的变化而发生流动,改变其分布状态、位置和资源规模,或消失。

叠合盆地油气的聚散、成藏、定位和分布等既严格受上、下盆地各自成盆期和成盆期前构造格局的控制,又明显受成盆期后每一次构造运动和任一种改造形式的影响;同时,下伏盆地还要受上叠盆地形成演化和改造特点的制约。叠合盆地类型的不同,其油气成藏和分布特点也必然有其相关的共性和鲜明的个性。

易延叠合型

易延叠合型指上、下盆地的叠合是在断续继延中改变,在转变中叠加续延。这类盆地的下伏和上叠盆地分别形成于构造性质完全不同的地球动力学体制中,其差别是明显的;但两者间隔的时间较短,特别是在间隔期及其前后没有发生强烈的构造变形,盆地的总体面貌、构造特征也没有出现重大改变,一般叠合程度较高。在全球构造体制发生重大变革期前、后形成的两个盆地,其上、下叠置却以“平稳过渡”的形式完成。故冠以“易延”二字来说明和突出其鲜明个性。

在经典的板块构造演化和沉积盆地形成的格架中,于大洋关闭和大陆碰撞两种性质完全不同的构造环境之间出现的残留洋盆地体现了易延叠合盆地形成的区域构造环境和地质特征。

在我国大陆,易延叠合盆地的典型代表为中生代陆相鄂尔多斯、四川盆地分别与晚古生代海相-海陆过渡相-陆相大华北盆地和上扬子盆地的叠加。在其上叠盆地开始发育和叠加时期,盆地的性质和特征与残留洋盆地有些相似之处,其中四川盆地更为明显。

鄂尔多斯和四川盆地现今地质特征的明显差异,主要是后期改造的形式和强度显著不同所致。在中生代演化过程中,两盆地的相同或相似是根本的。这两个叠合盆地之上、下盆地分别形成于中、古生代,分处于全球构造动力学环境发生重大转变期前、后,但其间没有发生强烈的构造变形或重大地质事件。主要特征是:上、下盆地之间沉积间断时间较短(四川盆地大部为渐变过渡而来),叠合程度高;上叠盆地沉积前,下伏盆地改造较弱、保存良好,热演化程度总体较低;上下盆地的接触关系多为整合—假整合;除盆地边部和后期活动较强的地区外,上、下盆地一般连通性较差;上、下盆地的差别主要是大的沉积环境由海相向陆相的转变,而少有构造属性的重大改变和强烈的构造变形等。在全球构造体制发生重大变革期及其前后,出现这种盆地叠合关系在全球甚为罕见。将这种盆地称为残延克拉通内盆地。所以将这两个盆地单独作为一种叠合盆地类型列出,对基础地质理论研究或油气地质研究和勘探都具有重要意义。

如果将准噶尔盆地晚古生代海相-海陆过渡相与中生代陆相之间也看作叠合盆地的话,该盆地此阶段的叠合似乎也具有上述特点。对此,尚需进一步研究。易延叠合型盆地的原型实际上是两个热演化程度总体不高、较为完整的大型盆地的上下叠置。这无疑在空间上大大增加了这类盆地油气资源的规模和丰度,同时决定了该类盆地含油气面积大、整体性较强(分化性差)及上、下盆地连通性较差、致使各自构成相对独立的成藏体系、生储盖圈组合和上盆出油及下盆产气等明显特点。在盆地边部和后期构造变形较强的地区,上、下盆地的连通性明显变好,油气的成藏有更多的联系和组合形式。

这几个盆地均是陆相与海相-海陆过渡相大型盆地的叠加,其原型总体具有克拉通内盆地属性,下伏盆地的范围远大于上叠盆地。后期强烈的改造又使叠合盆地的范围大为缩小,进一步提高了这类盆地含油气面积的比例和油气资源单位面积的丰度。

这类盆地貌似简单,但其油气地质内涵极为丰富,如:鄂尔多斯盆地天然气地位的快升和四川盆地普光大气田的发现,第二和第三次油气资源评价中,鄂尔多斯和准噶尔盆地资源量的剧增等。所以,划归该类的上述3个盆地,虽然油气勘探历史较长、勘探程度较高、探明和生产的油气较多,但其未来油气勘探前景仍较好。

改造叠合型

这里强调的“改造”,主要指上叠盆地成盆期前或期间下伏盆地遭受了明显的改造,不包括上叠盆地或叠合盆地形成之后的改造。后者在油气勘探和评价时必须考虑,在盆地类型划分时不应顾及。

这类盆地的下伏盆地遭受剥蚀、变形或热力等内外地质作用的改造强烈,原盆地面貌改观明显;上、下盆地的沉积建造、构造特征等差异较大;间隔的时间相对较长,但一般或大部地区叠合程度较高;上、下盆地的连通程度和方式因盆地有别,主要受上叠盆地构造特征和后期改造方式及强度的制约。

改造叠合型盆地以大华北(鄂尔多斯)、上扬子(四川)、塔里木等盆地晚/早古生代的叠加为代表。这些盆地寒武—奥陶纪为海相沉积环境,沉积范围一般都超出其所依存的克拉通。在古生代中期,盆地的构造背景、沉积环境、建造特征及展布均发生了重大转变。大华北盆地和上扬子盆地主体缺失的地层分别为中奥陶统—下石炭统、中志留统—下石炭统,下伏盆地遭受剥蚀等作用改造的时间长达100Ma以上。塔里木盆地在志留纪—泥盆纪期间,构造运动频繁。沉积范围多次明显变迁且总体缩小,沉积充填与剥蚀改造在时间上交替、在空间上同存。其沉积特征和构造环境与期前、之后均差别很大,体现了地球动力学环境的重大变革和转换。特别是泥盆纪末的库米什运动,为塔里木盆地最重要的构造变动事件之一,形成了广泛分布的石炭系与下伏地层间的区域角度不整合面,隆起剥蚀面积达30×104km2。

在鄂尔多斯盆地和四川盆地所在地区,中生界和上古生界的叠合与上、下古生界的叠合差别很大,与塔里木盆地也明显不同。故将其划归不同类型,这有利于更深刻的认识和揭示各盆地的叠合特征、油气赋存和成藏等个性。

这类盆地的上、下盆地,油气的赋存条件、成藏特点、资源规模、分布范围等差别较大,两者成藏的独立性和连通性因盆地而异。下伏盆地烃源岩时代老,形成于400Ma前,一般都有多期次聚散和成藏的历史,油气成藏期复杂多样,应以生气为主。这些烃源岩发育、再次叠加深埋、油气的生排运聚与最终成藏定位的时间间隔长,一般可达200～400Ma,是典型的超晚期成藏定位。

下伏盆地在叠合之前遭受改造的形式和强度,特别是剥蚀强度和热演化程度及其空间分布的差异性,对其油气资源规模和展布规律影响较大。如塔里木盆地海相地层的主力烃源岩为寒武-奥陶系,在晚古生代上叠盆地沉积前,寒武系烃源岩已经成熟。在盆地东部及中部,寒武-奥陶系烃源岩已经成熟和高—过成熟,所形成的油气藏,在古隆起因暴露地表遭强烈风化降解而成为沥青砂、稠油和干沥青。钻井中已发现面积约7×104km2的志留系沥青砂,主要分布在塔北、塔中、巴楚及塔东等古隆起。大型克拉通内盆地的热演化,特别是构造热事件导致的异常热力作用,在空间上的分布和影响明显不均。如塔里木盆地除东部外,现今大部地区中上奥陶统烃源岩尚为中等成熟,从而使盆地形成并保存着源于寒武—奥陶系海相烃源岩的工业油藏。

中国古时代海相叠合盆地的油气藏特点是:①后期改造强烈,油气多有逸散;②上覆地层叠加,重新聚集成藏;③不同程度地保留古油气藏形成和分布的部分特点。

差异叠合型

差异叠合型盆地的上叠盆地和下伏盆地在面积大小、地质特征、构造属性、间断时间、叠合程度等方面差异较大。

由于上、下盆地的明显不同,下伏盆地的原始面貌大多遭受了改造,其改造强度和热演化程度因盆地有别。如新生代酒西盆地和花海盆地相邻,又叠合在同一原型(K1)盆地之上,但两者的油气勘探结果相差悬殊。在花海盆地迄今尚未发现工业油气藏,在叠加前下伏盆地的烃源岩(K1)已经受较高热演化为其主要原因。南华北盆地的主力烃源岩石炭-二叠系煤系地层在新生代叠加前遭受了中生代构造热事件强烈而不均匀的改造,这应是该盆地油气勘探一直没有突破的关键因素。这类盆地特征复杂、叠合形式多样,油气赋存-成藏特点因盆而异,油气资源规模分别受下伏盆地和上叠盆地的共同制约明显。

从油气地质研究和生产勘探的应用考虑,按上、下盆地面积的相对大小,将该类盆地可细分为2个亚类。

(1)上小/下大:即上叠盆地的面积小于下伏盆地。如:第三纪酒西、酒东、花海小型盆地叠置在面积较大的早白垩世酒泉中型盆地(群)之上;我国西部新生代晚期诸小型陆内前陆盆地[20]与下伏中生代或古生代大中型盆地的叠合也应属此类。

这类盆地的油气主要源于下伏盆地,上叠盆地一般不具有生烃条件,或生烃能力较差。储集岩层在上、下盆地甚至基底均可能存在(如酒西盆地),故可出现中生界自生自储、中生新储和中生古储等多种成藏组合。

(2)上大/下小:即上叠盆地的面积大于下伏盆地,后者也可能是大中型盆地改造残留或肢解的小盆地。

由于上叠盆地的面积较大,一般具有较好的烃源岩,这类盆地的油气大多主要来自该层系。如:叠加在前新生代盆地(或残留沉积体)之上的渤海湾、江汉、苏北、柴达木、焉耆、东南沿海诸新生代盆地;叠置在侏罗系之上的白垩系(纪)松辽盆地等。

在下伏盆地,一般也应发育并可能保存有良好的烃源岩(这是研究和划归叠合盆地的前提),如焉耆盆地的油气均生储于下伏盆地的侏罗系中。但下伏盆地对油气的贡献,因盆地而异,差别较大。

这类盆地上、下盆地的连通程度和成藏组合形式明显受盆地构造属性和构造变动的影响。断陷型上下盆地连通较好,成藏组合多样,以上叠盆地为主;坳陷型盆地连通性较差,上、下盆地的成藏组合相对独立。

多重叠合盆地

所谓多重叠合即两个以上不同世代独立盆地或多个叠合盆地的上下沉积叠置。

前述3种类型均为单组合叠合盆地,即一个上叠盆地与一个下伏盆地的叠加,可作为叠合盆地的3种基本原型。在盆地的结构上,多重叠合盆地可能为这3种原型中任两种甚或3种不同形式的组合,其油气资源的规模和丰度、油气藏(田)的数量和类型均会明显增加,油气成藏特点、组合和分布更为复杂。叠合盆地油气的聚散具有整体性和自身的特点,并不等于其所含的几个独立盆地或单类叠合盆地的简单拼合或相加,因而将多重叠合盆地单独列出,并与前述3种类型并列。

中国大陆活动性强,较为强烈的区域构造运动期次多。大陆演化过程被其划分为多个构造体制不同的构造幕(期),相应地也孕育了多个地质特征不同的成盆期。已证明的重要成盆期至少有5期(世代),大致为中晚元古代、早古生代、晚古生代、中生代和新生代(此为概述,各成盆期的界线常跨越大的代纪界线),各期还可进一步细分为若干个次成盆期。但在同一地区,各重要成盆期一般不可能全部发生,其沉积建造也很难全部保存。在大型盆地所在地区,地史上各主要成盆期的沉积体可能不同程度的共存,但在同一地区少有垂向上全部彼此有序的沉积叠置。在同一地区,诸盆地较大面积的上下叠置,从油气地质和勘探的角度审视,最下部盆地在三盆(地)两重叠合有重要意义,在四盆(地)三重叠合有一定意义,更多盆地的多重叠合实际存在的几率甚少,偶存者其油气地质意义已大为降低。

多重叠合盆地主要形成和保存在结晶基底较均一完整的古老克拉通及边缘。这类盆地的典型代表鄂尔多斯、四川和塔里木盆地分别位于我国华北、扬子及塔里木克拉通之上。鄂尔多斯盆地为四盆三重叠合(中生代/晚古生代/早古生代/元古代)。四川盆地可看作五盆四重叠合(新生代/中生代/晚古生代/早古生代/元古代),但新生代地层主要局限分布于盆地西部。根据塔里木盆地的演化特征,从理论上似应存在五盆四重叠合(新生代-中生代/晚古生代/早古生代/元古代)的组合。面积达56×104km2的塔里木盆地,在中、新生代并不是一个完整统一的沉积盆地。在同一成盆期,多个盆地相对独立并列发展;在不同成盆期,前期盆地有无或沉积边境变化较多。所以,在塔里木盆地可能并不存在从元古代—新生代各期盆地上下沉积叠置的地区,其叠合方式和组合、油气赋存条件和成藏特点更为复杂多样。在上述3个盆地中,真正有较重要油气地质研究意义和勘探价值的是较上部的三盆两叠合组合,但此组合的具体成盆世代组成在不同地区是不同的。

多重叠合盆地的油气赋存环境和成藏机理更为复杂多样,应将其作为一个有机整体,根据形成演化和改造的动态过程,综合研究不同世代盆地油气的赋存条件、成藏机理和内在联系,进而探讨和揭示油气的组合模式和分布规律。

叠合盆地的研究意义

我国含油气盆地多属叠合盆地，具有多层结构，在长期演化过程中经历过多次构造变动，烃源岩种类多，油气经历了多期运移、聚集、乃至破坏的过程，油气成藏机理难以揭示，油气藏的分布状态复杂;针对单一陆相盆地的“源控论”、原于我国裂谷盆地东部复杂断坎构造的“复式油气聚集理论”以及适合于单源单一成藏期简单盆地的“含油气系统”理论均不能有效指导叠合盆地的油气勘探。而我国陆上油气资源的80%赋存在叠合盆地中。面对我国勘探费用高，探井成功率偏低，油气储量增长缓慢的现状，我们感到油气地质理论研究已严重滞后于勘探实践。因此，叠合盆地油气形成富集与分布规律成为急需解决的重大科学问题。

要准确预测叠合盆地油气藏分布，提高叠合盆地油气勘探成功率，必须针对叠合盆地具体地质特点及油气地质基本特征，用新思维、新思路、新理论，寻找不同地质背景和条件下控制叠合盆地油气运聚成藏的主控因素，揭示叠合盆地油气成藏聚散机理，总结叠合盆地油气成藏聚散规律和分布模式，采用正演和反演相结合，上下统筹，“顺藤摸瓜”的思路，不断探索，不断总结，总结一套适合叠合盆地油气勘探的地质理论，开发一套勘探配套技术是解决叠合盆地油气形成富集与分布规律问题、实现叠合盆地勘探大突破的关键，这对于缓解我国日益严峻的能源危机具有重大的意义。

总结

在划分叠合盆地类型时,当上叠盆地面积较大时,之下可能并列共存不止一个下伏盆地。这些盆地的特征不同,其叠合关系和类型就可能有差别。如渤海湾新生代盆地和松辽白垩纪盆地之下,分别有多个中生代盆地和侏罗纪盆地。这种盆地叠合关系不是多重叠合,根据上、下盆地面积的明显差异,可统归为差异叠合型。

由于地质现象的自然性和综合性,叠合盆地本身特征的复合性和复杂性,对某一具体盆地类型的归属,常难惟一。如差异叠合型盆地的下伏盆地,原始面貌大多遭受了一定程度的改造,故也可将其划归为改造叠合型盆地。在具体分类时,前者突出了上、下盆地在结构、构造和展布面积方面的“差异”,一般用于中、小型盆地的叠加为宜;后者强调了上叠盆地沉积前下伏盆地遭受了较长时间及较大范围的改造,建议用于大、中型叠合盆地的分类。据此,根据盆地的显著特点和展布规模进行类型的划分。

叠合盆地为改造盆地的一种类型,具有独特的结构形式和成藏条件。上叠盆地之下又有一套烃源岩或成藏组合是其专属个性的集中表现。所以,叠合盆地油气资源规模及其赋存成藏特点,类似于人类财富积累中的“后生创业+继承遗产”。其中“继承遗产”为叠合盆地所特有,也是有别于非叠合盆地的关键标志。

所以,没有或缺乏有效烃源岩的下伏盆地,除已不同程度变质者外,一般为小型盆地或残留沉积体,不必将其纳入叠合盆地进行研究或类型划分。对于只有储集岩层的下伏盆地,也不必列入叠合盆地之列。

在对叠合盆地进行研究和油气勘探时,应将上、下盆地作为一个相互影响、彼此作用的有机整体,综合研究各自的地质构造特征、成藏体系及组合、分布的独立性、连通性和不同类型叠合盆地及其上、下盆地或地区时空变化的差异性及复杂性,才可能获得较客观的认识和科学结论,提高勘探成效。

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