大陆裂谷盆地演化的流体驱动力动态研究

3 动态分析本项动态研究的目的是为了阐明与大陆裂谷盆地形成的初始断陷和挠曲坳陷阶段相当的热流体状态的分布范围。该数学模型通过改变同裂谷沉积岩相水文地质性质以及附加的地球动力模型的构造和热边界条件,来预测盆地流体动力的动态变化。动态研究分为两部分。第一部分数学模型是以盆地形成初始阶段的热流体动态为特征,盆地沉降是沿线状裂谷系由断块运动产生的。第二部分模拟研究是以盆地形成     

南里海盆地砂页岩层压实过程中的侧向流体运移

南里海盆地中砂岩和页岩两者均存在着超过静水压力的孔隙流体压力。该盆地的孔隙压力数据说明,砂、页岩之间存在着差别相当大的过剩水压头。资料表明砂岩正作为它的上覆和下伏压实页岩的排泄渠道,且那些流体通过砂岩从盆地内部向北部排泄区做侧向区域性的流动。流体运动的主要驱动力是页岩的压实。本文介绍用一阶数学分析的方法,试图检验砂岩的渗透率是否适合区域流动系统的要求,分析结果表明区域砂岩的渗透率范围1—30md,看来这个范围是合适的。该结果支持了南里海盆地侧向流体流动是区域性的设想。如果盆地内有流体的垂向输导,由于其垂向足够的非渗透性,不能提供区域流动系统的主要通道。砂岩内的侧向流动表明,这种地层层序可划分为若干水压力彼此孤立的水平单元,这一结论对指示油气运移是重要的。     

裂谷、拉分盆地及前陆盆地中构造旋回层的发育:幕式构造运动的沉积反应

不对称的裂谷、拉分盆地和前陆盆地填充物的最厚部分,一般是由大型(数百米到数千米厚)、构造成因旋回层组成,包括细粒的海相、湖相或纵向河流沉积与粗粒的横向辫状河道平原或冲积扇相沉积。根据地形与粗颗粒大小之间的概念关系和Davis地貌发育理论的应用,盆地中粗粒碎屑出现的时间就代表物源区构造复活的开始。我们在此提出相反的解释,即构造旋回层中粗粒沉积物之上细粒沉积物的开始出现是构造活动重新开始的最好标志。这种解释与下述几点是吻合的:(1)现代实例;(2)物源区与沉积盆地地貌学关系的研究;(3)不同沉积环境对沉降的反应速度的差异;(4)构造隆起速度与侵蚀速度的不同;(5)碎屑楔渐进作用的控制条件。在我们的模式中,广泛发育的粗粒碎屑楔状体的进积作用是构造稳定期的标志。     

沉积盆地中的流体流——垂向裂隙中孔隙水的流动模式

开放裂隙为沉积盆地中的流体运动提供了高渗透性路径。流体沿渗透性或开放性裂隙和断裂流动的势能取决于流动的连续性(对流除外)。由于石英具渐溶性,向上流动的流体冷却可能产生胶结,而碳酸盐则产生溶解。其过程的速率和持续性取决于裂隙的供流机制、裂隙几何形态、切割沉积层的渗透性、压力及温度梯度。热耗散传递给围岩引起非均衡热分布可引起瑞雷对流。为了分析这些问题,引入一简单模型,设单一裂隙作为流体重直运移的通道,除裂隙进出口外,没有流体穿过裂隙壁而进入裂隙。设想流体进入裂隙底部的机制有四种:孔隙水欠压实流、被切割的超压层的压实流、裂隙下部沉积物中压实水汇聚流及含水层中汇聚的排液流。不考虑水从基底排出。我们发现,这些供给流都不可能产生高于1～100m/a的流体速率,且流体皆为层流。流体在裂隙顶部排出口的温度增量小于1％,裂隙中的垂向温度梯度接近地温梯度。如果热水是沿构造变形过程中的基底断裂输送上来的话,则其上覆层中流体速度要高许多。但这也取决于近地表的渗透性。热流大多数在地表冷却,且产生矿物沉淀。多数情况下,孔隙水欠压实流和层流只能提供有限的孔隙水流量,不会影响胶结作用,也不会对裂隙围岩产生明显的热效应。裂隙下部沉积体或切割含水层的汇聚流能形成总流量很高的流体,足以使开放裂隙完全胶结起来,但流体流必须持续很长时间;若流体的流速为1～100m/a,则裂隙胶结50％需0.3～30Ma。当裂隙延伸到地表或海底时,流体可达到最大流速,而当裂隙没有延伸到沉积表面时,由于孔隙水在裂隙顶部沉积层中经历取代作用,流速会减慢。流体从沉积层流入裂隙不象流体在裂隙中流动那样较顺畅。离开裂隙仅几米远的沉积岩只能接受比裂隙低得多的流体流量。因此,裂隙会因在大量硅质进入围岩砂岩层之前胶结而闭合。围岩中的等温线斜率大多数情况下小于10°～20°。裂隙围岩中非瑞雷对流速度太小,不能产生任何如石英胶结等明显的成岩作用。这些有关沉积盆地裂隙中流体流动的定量研究对承压环境中的成岩、热传导、矿物形成等模式的建立具有非常重要的意义。     

北海沉降的定量分析

北海盆地的北部和南部的地层及地球物理图被用来研究克拉通内的盆地建造机制,这些图包括:(1)10个地层单元的构造沉降;(2)预测的和观测的沉积超压;(3)压实常数的地理变化;(4)基底断裂延伸;(5)自由空气重力;(6)挠曲刚度;(7)热流;(8)预测烃的成熟度。     

南非科拉斯---辛克莱尔---杭济裂谷——一个中元古代晚期裂谷系的火山作用、沉积作用、年代关系及其地球物理学特征

沿卡拉哈里克拉通的西缘和北缘呈线状排列着许多中元古代晚期轻微变形的火山沉积盆地。尽管许多学者对这些盆地组合进行了比较,并在岩性上进行了对比,但部分放射性年龄与这些解释相矛盾。很少有人从区域构造上来解释这些盆地。Watters的火山弧假说与火山岩总的地球化学特征、粗碎屑大陆红色岩系以及构造样式相矛盾。沉积坳槽是一些狭窄的以断裂为边界的大陆裂谷地堑,其构造样式与沉积作用方式受强烈的垂直构造作用控制。本文提出,这些盆地是沿扩展着的大陆裂谷系,即科拉斯-辛克莱尔-杭济裂谷系(KSG裂谷)的两个分支发育的。放射性年龄数据表明,盆地年龄沿着裂谷从南支向北支明显变新。裂谷的地球物理特征以布格正重力异常为主,两侧重力值呈线形降低。盆地中含有特征的双峰式火山岩,在辛克莱尔盆地中含有中性火山岩。与火山喷发同时,有浅成花岗岩沿裂谷侵位。本文认为KSG裂谷可能存在一个北部沿岸分支,并讨论了三联点的位置。裂谷作用可能是连续发展的,并且导致西南非洲纳米比亚达马纳裂谷的发育。非洲板块(卡拉哈里与刚果克拉通)在1050Ma～950Ma前向南迁移,可能有一固定地幔柱导致KSG裂谷与达马纳裂谷的发育。并与肯尼亚的裂谷迁移作了对比。KSG裂谷的区域走向和构造经历了拉张与挤压几次反复活动。其中最突出的事件是达马纳造山带的形成,其延伸方向与中元古代晚期裂谷的区域走向一致,但是断裂构造却一再活动至今。     

地中海一个晚中新世礁台地对高频海平面升降的沉积响应

Mallorca的上中新统礁复合体是一个三级沉积层序,它揭示了碳酸盐沉积对高频海平面变化旋回的响应。这个礁复合体展示了一个四级至七级的多级别高频单元叠覆的构成格式,其建筑块是以不整合为界的S形单元,而不是准层序。这些“S形单元”叠置成“S形单元层系”,S形单元层系叠置成“S形单元层系组”,并由这些层系组叠置成“层系组系”。所有这些增生单元都具有沉积层序的特征,但又不同于Exxon模式和其它碳酸盐层序地层模式。造成这些偏差的原因在于海平面的波动而造成的碳酸盐生成量的变化,海平面的波动在无重大沉降作用时决定了可容空间的变化。所有这些高频层序都由四个体系域组成:(1)低位体系域:形成于海平面变化旋回的初始上升期,由进积礁相和向盆内变薄的开阔陆架相组成;(2)填积体系域:形成于海平面上升期间,由薄层的泻湖至开阔陆架相组成,不显示向陆方相迁移的特点;(3)高位体系域:形成于海平面变化旋回的高端,由进积礁相和向盆内变薄的开阔陆架相组成,缺少或只有薄的泻湖沉积层;(4)退覆体系域:形成于海平面下降期间,由薄的下超礁相组成,这种礁相向盆内逐渐变成开阔陆架凝缩层,凝缩层和台地顶部侵蚀面相当。在这些体系域之间,根据岩性相变化可识别出两个边界面;即退覆体系域顶部的侵蚀面和其基底的下超面,两个界面向盆内合并于一个凝缩层。相应于海平面变化旋回的最低点的层序边界向陆是一个侵蚀面,向盆内则延续在相当的凝缩层中。     

斜坡再调整:海底扇-裙形成的一个新模式

在提出海底峡谷和海底扇-裙形成的新模式中,可利用盆地充填的数值模拟表示斜坡均衡作用的简单概念。该模式认为,侵蚀削蚀、沉积物跌积(by-pass)和海底扇-裙复合体海相超覆的形成与沉积盆地内自然地理的变化状况相关。盆地边缘可划分为两种类型:(1)进积边缘表示均衡的沉积剖面朝向盆地推进。它形成于沉积物扩散作用和重力流作用与沉积物供给、盆地沉降及盆地自然地理相均衡的背景;(2)当上部坡度超过均衡坡度时形成侵蚀边缘,其特征是侵蚀、滑塌和沉积物跌积形成的沉积物均通过重力流作用而移置到下部斜坡环境。当深海陡坡(即过陡坡边缘)被超覆和加积的扇-裙沉积物埋藏时,侵蚀边缘转变为进积边缘。当海平面发生相对快速上升,盆缘发生构造变形(如断层作用)或沉积物从碳酸盐变为硅质碎屑时,进积边缘可发育深海陡坡,并变为侵蚀边缘。既然海平面的相对下降在大陆架边缘变为沉积物源区的过程中起着主要作用,斜坡不整合和超覆海底扇-裙系统的形成主要受由变化的盆地自然地理所触发的斜坡再调整作用控制。     

北海岩石圈伸展特征

最近,一个引人注目的争论是大陆岩石圈究竟是通过扩展(纯剪)伸展,还是通过单剪伸展。遗憾的是很多观察到的资料都能用来支持其中的任何一个观点。这里我将证明,对于伸展沉积盆地,开裂后热沉降的几何特征一般是最易获得的能区别两种模式的观测资料。英国北海北部的沉降几何特征表明岩石圈简单剪切模式似乎是不可能的,而盆地的演化可充分地用扩展模式来解释。     

钙质胶结作用与油气运聚的关系综述

岩心中油气分布不均一和钙质胶结共存现象很普遍。碳酸盐岩溶解沉淀是烃源岩-流体-储集层相互作用的结果,其在烃源岩中发生溶解,而在储集层中发生沉淀。每个水文地质旋回可分为两个阶段:盆地沉降沉积时期的泥岩压榨水离心流阶段和盆地抬升剥蚀时期的大气水下渗向心流阶段,而碳酸盐岩溶解沉淀和油气运聚属于水文地质旋回的一部分。储层中界面类型包括构造成因界面、沉积成因界面和成岩成因界面,其对碳酸盐岩溶解沉淀和油气运聚影响很大。     

裂谷新观点

裂谷总是使地质学家着迷.裂谷是在大陆板块拉开时地壳产生的裂口.裂谷除了告诉我们有关地球的演变史以外,还充当了地形上的槽谷,在这槽谷内,常常完美地保存着纪录地球历史的部分沉积.可是关于裂谷什么形式,在哪里形成和为什么形成,只是最近从构造和沉积的新模式中得以理解.地球上的莱茵河裂谷、死海裂谷、东非裂谷、贝加尔裂谷、死谷裂谷都是众所周知的现象,从很早时候起就引起人们的注意.裂谷提供了良好的保护环境.在这里已发现了我们祖先的遗体,以及从人类演化树分出的猿人的遗体.这些边壁陡峭的深槽穿过不同的无特色的古景观,形成了嵌以湖泊和火山的"项链",为各种生物的栖息生存提供了富饶的被覆、食物和水.在地壳的演变中,裂谷代表一个重要的阶段.在正在漂移开的邻近板块之间,撕成一条裂口.裂谷常常蕴藏着重要的化石燃料,如油、气等.例如北海许多油田正位于埋藏的裂谷之中,这些裂谷是约250百万年前大西洋发展初始阶段时引起伸展的结果.     

裂谷边缘断层的向盆迁移——对相分布和储集性的意义

半地堑活动边缘的向盆迁移在活动的爱琴海伸展区普遍发育,它对全球性同裂谷充填物的相分布和储集性具有重要意义。认识这种现象对预测裂谷盆地中油气藏的保存和分布状况特别重要。西土耳其Gediz地堑的研究实例表明,裂谷活动边缘的向盆迁移可以揭示侧向沉积体系的相分布,严格确定它们的储集性以及提供一个易侵蚀物质的方便来源。同时,它导致了伸展的裂谷活动边缘沉积体系的产生,该体系通常使轴向水系对着向上盘倾斜的斜坡迁移。     

古构造在东非裂谷形成和演化中的作用

通过对比东非裂谷与古构造的发育位置发现,各裂谷区段通常位于与岩石圈缝合线相关的前寒武纪地壳韧性前缘陡冲断层之上.地壳深部糜棱带的韧性伸展活化形成拆离断层,产生初始盆地.最初的断裂发生在岩石圈地幔的缝合带之上,地壳和地幔变形之间没有联系.转换断层带是由代表古横向陡冲断层的NW-SE向大型横推剪切带演化而成.而其它一些NE-SW向深部古老构造的活化形成了相当于大型张裂隙的盆地.自渐新世以来,因阿法尔热点引起的岩石圈大陆破裂(组成东非裂谷)自其起点逐渐向南扩展.从几个原始盆地开始的大陆破裂的扩展在时间和空间上是不连续的.这些原始盆地随后相互连接,形成横穿古前缘或横向陡冲断层及表层走滑断层的裂谷主干分支,当被切割的古大断裂与近NW-SE向的区域运动方向平行时,交会带就发育转换断层.     

地质学家探测加拿大西部克拉通

前寒武纪克拉通保存了陆地演化过程的重要线索。然而,目前对显生宙沉积物之下的广大克拉通地区尚未进行过科学探测。加拿大岩石圈探测工程艾伯塔基底断面项目(ABT)的地质学家们正在研究加拿大西部富含石油的沉积盆地(WCSB)的演化。他们通过多种技术手段来分析沉积盆地内的特征,并解释下部前寒武纪地壳和上地幔的成因。这项工作提供了北美克拉通重要的未知部分的新看法。地震波反射测量揭示了由古老侵蚀山带组成的年代为1.8Ga 以上的加拿大西部克拉通构造。同期进行的大地电磁研究得到了地幔电性结构图象,这种结构首次证实了地幔的结构与地壳变化相关,例如岩石圈地幔随俯冲作用发生的化学变化。穿越沉积盆地2000多公里的区域地震反射网络使我们可通过显生宙期间克拉通激活的古地震记录来研究加拿大500 Ma 的沉积历史。获得的结果可望对前寒武纪大陆构成、地幔岩石圈的发展以及大陆内部的演化有更好的了解。     

石油系统的模式与应用

"石油系统"术语成为油气聚集形成的一种新的观点仅有20年的时间.该概念以地质现象形成的次序为基础,始于油气的生成,然后运移,最后到圈闭.它的事件序列主要取决于沉积盆地的地球动力学,并受控于全球板块构造.因此,主要的石油系统模式能够根据大型盆地类型确定.主要存在三种油气成矿系统,即大陆裂谷型、地台型和造山带型,其中每种类型之间存在一定的差异.裂谷型石油系统提供良好的多层次的油气形成、垂向运移和聚集条件.相反,地台型石油系统有利于形成良好的储集地层,而源岩及长距离的侧向运移通道条件欠佳,因此常形成沥青带;造山带型石油系统有利于在未受构造运动影响的带内形成圈闭,并伴随有较广泛的地表油气显示."石油系统"的概念描述了油气藏的动力学特征和流动层.它对于制定勘探战略具有一定的指导意义.     

裂谷系的含油气丰度评价

对美国、加拿大、东欧和苏联以外的裂谷系的研究表明:这些裂谷系往往与有利的油气聚集区有关。如北海裂谷系、锡尔特盆地和苏伊士湾等大型含油区,其油气丰度受沉积和构造因素相互作用的控制。因而,这些地区具有独特的油气地质结构。已知的一些裂谷系,如上莱茵地堑,所含油气藏的商业性开采价值很小,而目前正处于勘探阶段的红海,还尚未有油气发现。富含油气和贫油气裂谷系的特性及其共性一直是许多勘探者想要搞清楚的问题。裂     

吐哈盆地构造演化特征分析

吐哈盆地由地质历史演化过程中不同时代、不同性质的沉积盆地叠加复合而成,具有双层基底。沉积盖层以中、新生界为主体。按照"南北分带,东西分块"的特点,可划分为五个构造单元、四个构造区。盆地构造特征具有初期伸展,主要成盆期压缩的特点。构造演化分为晚二叠世-三叠纪、侏罗纪、白垩纪-第四纪三个演化阶段。     

分析辽宁省葫芦岛市南票煤田大地构造演化历史

辽宁省南票煤田系晚古生代石炭-二叠纪含煤盆地,属于华北赋煤区。华北赋煤区石炭-二叠系含煤地层属于典型的地台沉积,沉积建造发育于巨型克拉通盆地内,盆地的形成、发展及演化决定于其大地构造背景。华北晚古生代沉积盆地是中朝板块之上的大型克拉通盆地的中国部分,其基底为华北地台(华北板块)。晚古生代时期,海水主要从东部或南东部侵入盆地,北西部亦有海水侵入,在板块内形成范围广阔、坡度极缓的陆表海基滨岸广泛发育的沉积盆地。     

基于Google Earth对冲积扇调查的储层知识库建立

我国陆相盆地广泛发育冲积扇,其内蕴含大量油气资源。准确预测冲积扇储层分布以及规模差异,对指导油气开发有重要意义。在将今论古原则指导下,对现代冲积扇沉积进行了详细地质调查。通过Google Earth软件,测量新疆、柴达木盆地107个冲积扇样本的半径、流域高差、补给河道宽度等定量知识,建立了冲积扇定量地质知识库,分析了冲积扇不同数据分布差异以及定量关系。结果表明,冲积扇的半径、流域高差与河道宽度均保持较高的线性相关研究结果对古代冲积扇研究提供了定量知识信息。     

中国海陆过渡相页岩气有利储层评价标准

北美页岩气勘探开发近年取得重大突破。与北美页岩气相比,我国页岩气开发具有自己的特点。北美页岩气主要来自于海相页岩,中国沉积盆地在多旋回的构造演化过程中,发育海相、陆相、海陆过渡相3类含有机质的泥页岩层系。其中,海陆过渡相较之北美在中国分布面积大,泥页岩在地层中广泛发育,成为中国油气开发勘探的重要领域。就沁水盆地、四川盆地、及鄂尔多斯盆地的海陆过渡相地层为例并与北美页岩气作对比,通过比较有机碳含量,成熟度,黑色泥页岩厚度、含气量等参数,给出多个盆地之间评价的统一参数标准,为未来中国海陆过渡相页岩气的开发提供依据。