中国中西部两期前陆盆地的形成及其控气作用

前陆盆地是指呈线性收缩于造山带和克拉通之间、由造山带逆冲负荷引起挠曲并沉降成狭长的沉积单元。中国中西部中新生代前陆盆地都处于特提斯北缘盆地群东端,其形成主要受特提斯演化控制。中生代以来,中国中西部地区分别在中生代早期、新生代晚期发育两期前陆盆地,又被分为3类、4种相应的前陆盆地(前陆逆冲带),主要由前陆盆地早期拉张环境下的细粒沉积物或碳酸盐岩和前陆挤压期的粗粒沉积物叠置而成,成为前陆盆地特有的二元结构。发育了前陆盆地特有的天然气地质特征,即拉张构造背景下沉积有效的烃源岩层系、挤压背景下发育前陆逆冲带、喜山期形成成排成带的大型圈闭。早期前陆逆冲带被后期构造改造叠加,主体部位构造圈闭破坏严重,冲断带前锋、前渊、前缘斜坡和隆起部位圈闭保存较好;晚期前陆逆冲带与前缘隆起构造圈闭发育,成藏条件好,是近期勘探的主攻目标。     

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柴达木北缘地区前陆盆地背靠相对活动的南祁连造山带,面朝相对稳定的柴达木微板块,在中生代（至少侏罗纪）曾历经强烈的挤压作用,形成了一系列与褶皱—冲断作用有关的构造样式。该前陆盆地在平面上呈狭长状,沿南祁连山前绵延分布。根据地震剖面解释及地质资料综合分析表明,柴北缘侏罗纪沉积盆地具较典型的前陆盆地剖面形态,且该前陆盆地呈现背驮式渐次向前（盆内）发展演化模式。柴北缘地区逆冲推覆构造及其前陆盆地起始于印支运动,形成于燕山运动,改造于喜马拉雅期。柴北缘前陆盆地由南祁连造山带往盆内,可以划分为：南祁连造山带、柴北缘逆冲叠瓦扇带、隐伏逆冲前缘带及前缘斜坡带四个构造单元。在柴北缘前陆盆地中,最有利于油气富集的构造部位为柴北缘逆冲叠瓦扇带至隐伏逆冲前缘带     

库车前陆冲断带西部古近系盐构造三维离散元数值模拟

以库车前陆冲断带西部古近系盐岩层系为重点,研究盐构造主应力方向和垂直挤压方向的变形特征,探讨库车前陆冲断带西部盐构造形成的控制因素及其形成机理。通过三维离散元数值模拟方法,以克深和大北工区为例,对库车前陆冲断带西部典型盐构造的形成机制进行分析。研究得出:克深和大北工区的盐构造变形是前展式的,且变形主要集中在山前位置;靠近挤压端基底的早期隆起、先存断裂、同沉积作用以及盐岩层的初始沉积中心,影响了盐构造的形成;垂直挤压方向上,靠近挤压端的盐岩具有较强的侧向流动性,盐岩有向中部运动的速度分量,且越靠近中部运动速率越大,导致盐岩向中部聚集并强烈变形,发育复杂的褶皱样式并出现盐构造与源盐分离的构造组合,局部随逆冲断层冲破地表。相较于二维模拟研究,三维模拟能够完成盐构造主应力方向及其垂直方向的多角度分析,完整认识盐构造形成机制,为盐构造相关油气藏的勘探提供指导。图14表1参37     

前陆盆地形成与演化砂箱物理模拟启示——以四川盆地西部龙门山为例

通过砂箱物理模拟实验揭示冲断带-前陆盆地系统形成演化过程中,单一构造剥蚀、沉积作用和剥蚀-沉积耦合过程对其盆-山系统形成演化的控制影响作用,尤其聚焦于龙门山-川西前陆盆-山系统沿走向变化的构造剥蚀-沉积作用对其盆-山系统的控制作用。单一构造剥蚀作用过程模拟揭示浅表剥蚀作用强度与冲断带楔形体楔长、楔高呈负相关性;构造剥蚀作用使冲断带后缘逆冲断层更加易于发生断层再活化与无序冲断,制约着冲断带前陆向扩展。浅表沉积作用导致楔形体前缘冲断层上覆物质加载、更易于发生断层闭锁,促使冲断带楔形体前陆向/前展式扩展生长。沿走向变化的剥蚀-沉积作用过程导致冲断带楔形体后缘深部层系剥蚀走向变化、断层产状变陡,前陆盆地中前陆向断层明显减小、其倾角减缓,且反向冲断作用加强(乃至导致主断层反向冲断),尤其走向差异性导致前陆盆地发育斜向断层。受控于龙门山冲断带-川西前陆盆地系统晚三叠世以来走向差异性剥蚀-沉积作用,川西前陆盆地中南段发育晚白垩世—新生代再生前陆盆地,可能形成前陆盆地前缘斜向断层-龙泉山断层。     

前陆盆地构造作用的沉积响应

前陆盆地与造山带具有良好的耦合性,可以用盆山耦合的思想来研究前陆盆地与构造事件的响应关系。逆冲构造运动对盆地的可容纳空间产生了深刻的影响,从而对盆地充填和层序叠置样式起重要的控制作用。整个前陆盆地区域具有两个阶段的盆地发展过程,第一个沉积阶段与冲断带附近的载荷侵位引起的构造沉降密切相关,第二个阶段发生于冲断带的侵蚀期,导致了盆地的再次沉积。前陆盆地不同的沉积层序是不同的构造事件的沉积响应。     

西昆仑山前印支运动期构造对后期构造和沉积的影响

印支运动期古构造对塔里木盆地西南缘西昆仑山前后期的构造变形和侏罗纪—白垩纪的沉积都具有十分重要的控制作用。但由于新生代以来的强烈改造,研究区印支运动期构造特征识别较为困难。选择新生代构造活动相对较弱的西昆仑山前中段,野外露头调查、钻井和地震资料等综合研究表明,西昆仑山前发育印支运动期褶皱冲断带,形成一系列逆冲断层和北东翼陡、南西翼缓的背斜,这与晚三叠世塔里木板块与羌塘地体最终完成陆—陆碰撞形成的北—北东向挤压有关。印支运动期发育的古断层在喜马拉雅运动晚期挤压下复活,从而造成两期背斜上下叠置,构造高点重合。因此,印支运动期构造格局极大地限制了喜马拉雅运动晚期的构造变形。印支运动期古构造奠定了中生代的古地形格局,并对侏罗纪—白垩纪沉积起到了重要的控制作用。受深部印支运动期逆冲断层控制的北西—南东向斜列式分布的古隆起,是造成该区白垩系分布和储集层物性差异的重要原因。     

喜马拉雅运动与准噶尔盆地南缘油气成藏

喜马拉雅运动期源自特提斯构造域的强大挤压应力使北天山快速、大幅度隆升,并向盆地冲断,在盆地南缘发育了陆内造山型类前陆坳陷。喜马拉雅运动控制着准噶尔盆地油气晚期成藏:快速沉积的巨厚磨拉石建造使中、新生界烃源层在南缘山前坳陷中成熟排烃;在盆地南缘形成了喜马拉雅运动期成排成带的背斜构造,在盆地北部形成了一些平缓的低幅度背斜构造,为晚期油气成藏提供了有利场所;喜马拉雅运动在全盆地强化了断裂的运移通道作用。     

柴达木盆地西部阿尔金斜坡地区盆山演化与油气勘探

通过高分辨、高精度古地磁测年剖面和地震生长层序分析,柴达木盆地西部阿尔金斜坡地区新生代以来至少发生了10次构造运动、3期构造幕,反映了阿尔金地区经历了3次加速隆升的过程。该区整体具准前陆特征,下第三系以逆冲作用为主,沉积、沉降中心相对稳定,是柴西主要烃源岩发育区;上第三系以走滑挠曲为主,沉积、沉降中心沿阿尔金断裂带由西南向东北明显迁移。垂直阿尔金造山带向盆内区可划分为山前高断鼻带、中部低断鼻带、盆内下第三系冲断前锋和反冲带。柴西阿尔金斜坡地区现今构造圈闭是多期冲断、走滑、掀斜隆升叠加作用的结果,发育构造圈闭、地层不整合圈闭、岩性圈闭,具有一定的油气勘探潜力。     

准南前陆冲断带构造特征及其对油气成藏的影响

自晚古生代以来,准噶尔盆地先后经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅多期构造运动,伸展、挤压、剪切等构造作用交替进行,多旋回构造发展造成多期活动、类型多样的构造组合,形成了众多不同级次的断裂,发育了许多不同类型的褶皱构造,特别是准噶尔盆地南缘,受天山造山带及邻区构造演化控制,多期不同类型盆地和构造变形叠加,使得准南前陆冲断带断裂发育、构造复杂。指出受新近系以来的强烈冲断构造变形作用,准南前陆冲断带具有自南向北扩展的复杂多变的新生代逆冲挤压构造和埋藏式的冲断楔前缘,发育台阶状逆断层及各类断层相关褶皱,具有“东西分段、南北分排”的特征;造山带隆升时产生的力源在释放过程中克服的阻挡对象不同,导致冲断带东段、中段、西段不同的构造具有相似的构造变形特征的同时又表现出一定的差异。     

论准噶尔盆地构造及其演化

在各时期沉积构造格局及厚度时空演变特征分析的基础上,阐述了准噶尔盆地不同时期沉积一构造空间展布的规律,分析了加里东运动末期、晚二叠世一中三叠世、中侏罗世末期和喜马拉雅运动期等不同时期盆地基底一盖层、前陆盆地变形的动力学演化,提出了盆地构造的变形响应及其组合样式;褶皱基底形成的动力学模式及其演化规律;前陆冲断带一前陆凹陷一前缘隆起带一中央隆起带构成了晚二叠一早三叠世准噶尔盆地的整体变形格局;晚三叠一中侏罗世末期盆地基底一盖层经历了东西向挤压一盆地剪切拉分一南北向挤压的动力学环境;晚侏罗世西北缘推覆构造为南北向挤压造成,盆内陆梁隆起以斜冲一走滑构造变形为特征;喜马拉雅运动期盆地周缘构造定型为6个样式不同的构造段.     

中国环青藏高原新生代巨型盆山体系构造特征与含油气前景

受印度-欧亚大陆碰撞及其持续的汇聚作用影响，中国中西部地区新生代构造最为显著的特征表现为环青藏高原的巨型盆山体系及盆、山结合部位的前陆盆地（及前陆冲断带）。结合大量的地质、地球物理资料，首先提出了环青藏高原巨型盆山体系的概念，描述了其分布特征，探讨了该体系的深部构造特征和成因动力学机制。重点研究了该体系内前陆盆地的构造特征，认为该体系内前陆盆地是喜山期再生前陆盆地（及冲断带）与海西晚期-印支期周缘、弧后前陆盆地组成的叠合式前陆盆地，其原型盆地包括海西-印支期周缘前陆盆地（如塔里木盆地北部、川西、鄂尔多斯盆地西缘等）、海西-印支期弧后前陆盆地（如塔里木盆地南部等）、喜山期再生前陆盆地（如库车、塔西南、准南等）。上述两期、三种原型盆地，在喜山期冲断隆升活动作用下，形成四类叠合式前陆盆地：叠加型、新生型、改造型和早衰型。中国环青藏高原巨型盆山体系内广泛发育多个前陆冲断带，构造变形极为复杂，主要构造样式有断层相关褶皱组合、盐相关褶皱、走滑-冲断构造组合等。最后分析了该体系内前陆盆地（及前陆冲断带）的油气地质条件，认为该区油气地质条件优越、油气资源丰富，是今后中国油气勘探的重要领域。     

塔里木库车新生代前陆盆地构造特征及形成演化

库车前陆盆地位于塔里木北部,北界为南天山南缘大断裂,南界则在不同时期不尽相同.新生代库车前陆盆地的形成与南天山造山带的发育密切相关,二者均是在早古生代洋盆及被动大陆边缘基础上发展起来的,经历了晚古生代南天山洋盆俯冲关闭及褶皱冲断、中生代天山夷平及泛湖发育、以及新生代陆内俯冲造山成盆的演化.就库车前陆盆地来说,可分为两个大的演化阶段：古生代板块构造演化阶段和中新生代陆内构造演化阶段.库车前陆盆地自北而南划分为南天山南缘逆冲断裂构造带、拜城-阳霞坳陷变形带、塔北前陆斜坡带和塔中前缘隆起带等四个构造单元.库车前陆盆地油气资源丰富,可以识别出三个油气系统,即中上三叠统湖相泥岩油气系统、上三叠统和中下侏罗统煤系泥岩油气系统、以及上三叠统和中下侏罗统煤岩油气系统.     

塔里木盆地雅克拉断凸断裂差异变形特征及其控制因素

在三维地震资料解释的基础上,研究了雅克拉断凸断裂差异活动特征,探讨其控制因素。受控于白垩系厚层泥岩和新近系吉迪克组膏盐岩,雅克拉断裂构造的发育具有明显的分层性：下构造层发育大型的基底卷入型逆冲断裂,中构造层发育呈雁列式密集分布的张扭性断层,上构造层发育盖层滑脱型逆冲断层。自下而上断裂构造变形强度逐渐减弱。雅克拉断凸断裂构造的演化经历了晚古生代逆冲断裂发育阶段、中生代逆冲断裂复活调整阶段、新近纪早期张扭性断裂发育阶段、新近纪晚期滑脱型逆冲断裂发育阶段等4个关键阶段。晚古生代的断裂活动与北昆仑洋和南天山洋闭合引起的周缘地体与塔里木地块的碰撞拼合相关,中生代和新生代的断裂活动是印度欧亚板块碰撞的远程效应在塔里木盆地内的构造响应。     

准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带构造特征及物理模拟实验

依据大量地震勘探资料,对准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带的构造特征进行了系统研究,并将其构造演化划分为碰撞前陆盆地、前陆盆地逆冲推覆、陆内拗陷逆冲褶皱、陆内拗陷抬升剥蚀和覆盖定型5个阶段。在此基础上,采用构造物理模拟实验方法对研究区典型剖面晚石炭世以来的构造演化进行了正演模拟,取得了与实际地质情况较高的吻合度。模拟结果表明,乌夏断裂带经历了由前陆盆地“前展式”逆冲向陆内拗陷“后展式”逆冲的转变。同时,实验结果进一步证实,NW-SE向挤压应力场的控制是乌夏断裂带形成、演化的根本原因,其主要受控于板块活动及造山带、边界控盆断裂的活动等关键因素。      

塔里木盆地前陆冲断带含油气构造样式及成藏主控因素

塔里木盆地前陆冲断带具有丰富的油气资源,油气主要分布在前陆冲断带与逆冲断层相关的构造圈闭中。通过研究前陆冲断带构造特征,建立了横向叠瓦式、垂向叠瓦式、台阶状叠瓦式、单冲背斜式、双冲背斜式、对冲背斜式、背冲背斜式、同心背斜式和反冲断鼻式等9种含油气构造样式。构造区带和构造样式的多样性,以及与烃源层、储集层和盖层空间组合关系的多样性,形成了多种多样的油气成藏模式。无论哪种成藏模式,断层和盖层都是决定天然气成藏的关键要素。以断层发育为核心的断-源-储-盖的空间组合决定了圈闭的形成、油气的输导能力、圈闭的封闭性和充满度,从而最终决定了天然气的成藏。     

准噶尔盆地结构构造与油气田分布

准噶尔盆地是晚古生代以来多期形成的复合叠加前陆盆地。原型盆地的成盆期包括：晚石炭—二叠纪碰撞造山期的碰撞前陆盆地;三叠纪—早、中侏罗世与北天山、西准噶尔山、阿尔泰山、博格达山复活有关的前陆盆地,这两个阶段有多个沉积—沉降中心;与北天山均衡活动有关的晚侏罗世—白垩纪—早第三纪前陆盆地;晚第三纪—第四纪与北天山强烈复活有关的前陆盆地。每个坳陷由褶皱—冲断带、陡坡带、沉降中心、缓坡带和前隆组成。三个隆起为叠加的前隆。部分前隆因后期改造已不明显。克拉玛依坳陷是最有利的生油气坳陷,北天山山前侏罗纪前陆坳陷次之,潜力巨大。克拉美丽山前石炭—二叠纪坳陷、博格达山前二叠纪坳陷后期改造强烈,对油气破坏较大。北天山山前三叠纪坳陷也有一定的生烃条件。乌伦古坳陷后期沉降较小,成熟度较低,难于形成中型以上规模的油气田。     

准南西段构造样式及逆冲推覆构造特征

准噶尔盆地南缘油气勘探的潜力是巨大的,但构造复杂、勘探难度大,因而运用断层相关褶皱的构造分析理论来研究该盆地南缘西段山前冲断带的复杂构造变形,有助于建立更为合理的构造解释方案,降低油气勘探的风险。为此,依据断层相关褶皱分析理论确定了该盆地南缘西段山前冲断带2种逆冲推覆构造样式,进而得出以下认识：①该盆地南缘3套构造滑脱层（中下侏罗统煤系地层、白垩系吐谷鲁群泥岩层、古近系安集海河组泥岩层）控制了南缘逆冲推覆断裂的发育特征,逆冲推覆断裂发育的层位及特征对南缘区域构造展布特征及局部构造样式都起到了明显的控制作用;②该盆地南缘山前冲断带发育2种逆冲推覆构造模式,即后翼冲断-前翼深层楔形逆冲及浅层的断层传播褶皱、后翼反冲-前翼深层断层转折褶皱及浅层的断层传播褶皱;③该盆地南缘背斜构造是多种构造样式叠加的复合背斜,南缘下组合构造圈闭与中上组合相比构造相对宽缓,勘探领域广阔。     

四川盆地西北部前陆盆地构造演化对古生界海相油气成藏的影响

针对四川盆地西北部古生界海相油气成藏的复杂性和平面分带性,研究梳理了古生界油气成藏特征,探讨了不同构造背景下油气聚集的差异化特征,揭示了前陆盆地构造演化对古生界海相油气成藏的影响。研究认为四川盆地西北部地区前陆盆地构造运动在纵向上促进了古生界烃源岩的热演化进入高成熟—过成熟阶段,在横向上对逆冲推覆带—坳陷带烃源岩热演化具有一定的延迟效应。前陆盆地构造深埋作用造成储层具有低孔低渗特征,挤压运动使储层孔隙度呈现逐渐降低的趋势。逆冲断裂破坏了前陆冲断带地区盖层的封盖能力,降低了圈闭的有效性,前缘隐伏带和坳陷带发育断块圈闭和构造—岩性圈闭,保存条件较好。综合分析认为逆冲推覆带受不整合面—断层疏导体系影响,古生界油气藏具有“早油晚气、后期调整、保存控藏”的特征,前缘隐伏带受渗透层—断层组合的阶梯状疏导体系控制,具有“多源充注、多期运聚、通源断裂控藏”成藏特征,而坳陷带主要受层间断裂垂向疏导体系控制,气藏具有“近源充注、持续供烃、层间断裂控藏”成藏特征。综合分析认为,前缘隐伏带是川西海相深层油气突破的有利地区。     

准噶尔盆地南缘托斯台背斜的几何学分析

位于准噶尔盆地南缘西段的托斯台背斜经历了强烈的构造变形,地表出露丰富的断层相关褶皱现象,是北天山山前典型的断层相关褶皱及其叠合的复杂构造单元。笔者从过托斯台背斜地震剖面的构造分析入手,以地表和钻井揭示的构造现象为约束条件,配合基于断层相关褶皱几何变形的数值模拟,建立了与实际数据吻合的构造几何模型,将构造解释的多解性限制在合理的范围内,并通过正演平衡地质剖面制作,再现了托斯台构造几何变形的运动学过程。分析表明准噶尔盆地南缘山前西段存在多期次的构造逆冲推覆与叠加,侏罗纪至白垩纪期间,构造活动以向地表逆冲推覆为主,形成垂向叠加的双重构造;喜山晚期,则以隐伏逆冲为主,形成现今的托斯台断坡背斜,推覆位移量达12km。     

陆内山前冲断结构分带的构造物理模拟实验

冲断带物理模拟实验的现有模型无法模拟完整变形带，不完全符合中国复合陆内冲断的构造背景。通过设计具有横向、垂向流变差异的"挤压-碰撞"模型，模拟了冲断结构的分带特征和过渡带内逆断层演化。几何学分析表明，改进的实验模型可以模拟完整的变形带，从腹陆向前陆依次为厚皮带、过渡带、薄皮带，分别对应造山带、冲断带和盆地；断层的发育规律方面，实验模型与地质模型亦具有较好对应关系。运动学分析表明，过渡带内逆断层的演化经历了脆性变形、韧-脆性变形和韧性变形3个阶段，但有无滑脱层会造成逆断层的演化有所差异。横向上断层发育规律分析表明，初始破裂角小和演化时间短是冲断带内前缘逆断层倾角小于后缘的成因机制。