中西部典型山前带冲断结构模式与油气分布

发布时间：2020-06-16 05:27

【摘要】：中国中西部大型挤压性盆地山前冲断带独特而复杂的变形结构样式、油气成藏特征是复合大陆动力学背景下的产物,不同于典型板块体制下的相关结构及油气响应。板块体制背景下的山前冲断带以薄皮构造发育为特征,而中西部地区板内环境的山前冲断变形具有结晶基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质。传统的厚皮构造、薄皮构造的山前冲断结构划分方式显然难以满足复合大陆动力学研究的需要,两者之间的转换关系与类型差异及其对油气成藏的控制作用急需深化研究。通过此项研究取得的成果将对推动复合大陆动力学的理论研究和山前带油气勘探均具有重要意义,有助于进一步明确山前构造变形结构及其对油气成藏富集的控制作用,从而提高油气分布预测水平。论文以中西部大型盆地典型山前带为研究对象,运用构造地质学、地球物理学、地质综合分析类比、构造物理模拟实验等理论或技术方法,通过对典型多尺度地球物理剖面、野外地质露头和油气分布特征的详细研究,以“变形机制-结构分类-油气响应”研究为主线,将典型山前冲断类型差异与深部地质结构、大地构造演化背景结合起来,分析地壳浅层构造变形的深部动力学机制,建立复合大陆冲断变形结构分类模式。在此基础上,开展中西部典型山前带的结构分类,并与规模油气的分布结合起来,分析变形带的结构模式差异与当前油气分布的关系,建立变形带构造演化与油气成藏匹配的动态过程,揭示变形带的油气成藏主控因素,以此指导山前冲断变形结构模式下的油气分布预测。中西部地区大型盆地及周缘造山带深部地质结构在地球物理场、地质结构及冲断时序演化等方面具有差异性特征。中西部大型盆地位于正常型地壳与岩石圈区,其周缘造山带则处于莫霍面深度梯级带,岩石圈底界多表现为起伏跌宕、局部上涌扰动特征。中西部典型山前带所处盆山体系岩石圈具有不同流变学特性:大巴山、雪峰山、六盘山等冲断带等具有垂向结构稳定,壳内层系耦合程度高、壳内软弱层相对不发育,几乎没有地壳横向缩短形成的“山根”;而龙门山、天山两侧等冲断带垂向结构相对复杂,深地震反射界面错断不连续,壳内塑性层发育,存在明显的“山根”。“山根型”山前冲断带主干剖面重新解释表明,盆区“刚性”高密度岩石圈向周缘低密度地壳或岩石圈发生不同程度的俯冲,俯冲的深度及规模受控于壳内或岩石圈地幔“塑性层”发育的程度和部位。深俯冲导致中、上地壳发生反向拆离冲断,形成造山带向盆地发生多层次逆冲冲断格局,“塑性层”起到了分割断裂、褶皱等变形层的作用。此类山前冲断带浅层构造具有明显的分带、分段特征,岩层缩短以断片叠置为主,山带隆升与盆地沉降呈镜像关系,隐伏三角或冲断构造发育。而“无根”型冲断带因岩石圈的整体刚性特征,深、浅变形在基底面附近解藕,强烈的构造变形主要集中于浅层,表现为沉积盖层的多层次滑脱冲断。此类山前冲断构造变形呈过渡性分带特征,分段性较弱,以宽式滑脱冲断褶皱为主,造山带与盆地同步渐变隆升。大型中西部山前带冲断演化过程在时序上与中生代以来新特提斯的幕次闭合、碰撞期次一致。基于典型山前带深、浅部地质结构分析,划分出前缘突破型、三角带型与推覆型3类中上地壳前缘冲断的几何学样式。前缘突破型,即地层缩短量通过沉积盖层内部“软弱层”滑脱调节,并通过其向前缘传递挤压应力,形成出露地表的冲断层及断层相关褶皱,主要发育典型叠瓦冲断或双重式逆冲构造。大巴山前冲断带、雪峰山前冲断带、六盘山前冲断带等是此类的典型。三角带型,即地层缩短量通过沉积盖层内部倾向盆地的被动反向逆冲断层消减、吸收,盖层被动地向造山带方向逆冲,典型的有龙门山前冲断带北段、米仓山前冲断带等。推覆型,即快速隆升的造山带前缘,地壳规模的逆冲断裂吸收大部分构造应变量,构造变形集中在主断裂周边,主断裂前方变形无论是地层缩短量还是构造位移均相对较小,典型如博格达山前冲断带、库鲁克塔格山前冲断带等。根据3类地质模型建立了相应的构造物理模拟实验模型,开展了无滑脱层、基底面/上地壳滑脱、双滑脱层等多组单因素构造物理模拟实验。上地壳沉积盖层无滑脱层模型实验条件下,主要发生基底卷入式构造变形,以发育高角度冲断层为主,且构造变形主要集中边界断层附近,变形范围窄。壳内塑性层-沉积盖层滑脱层模型实验条件下,早期表现为宽式叠瓦冲断构造,晚期演变为堆叠式或堆垛式三角带,变形带逐步收窄。实验结果表明,边界力学条件与中上地壳变形介质条件是控制山前冲断沉积盖层变形结构的主要控制因素。基于深部地质结构特征差异与构造物理模拟实验结果,对中西部山前冲断的动力学模式进行了讨论。中西部山前带的冲断变形,本质上是在碰撞远程挤压力作用下,因深部物质组成与结构的差异而引发不同层次的陆内变形响应。下地壳陆内楔入式俯冲及其中上地壳反向拆离滑脱冲断的复合模型与地壳缩合环境下中上地壳多层次滑脱冲断模型分别提供了“山根型”、“无根型”山前冲断带变形结构差异形成的合理性解释。基于中西部山前冲断构造变形模式,以“主滑脱层深度为主,兼顾构造变形样式”的原则,提出了从造山带向盆地方依次划分出厚皮带、过渡Ⅰ带、过渡Ⅱ带和薄皮带4分的分类分带方案,并依组合类型划分无过渡带型、过渡Ⅰ带型、过渡Ⅰ+Ⅱ型、过渡Ⅱ型等4种过渡带组合类型。它们代表了复合陆内山前冲断厚皮构造向薄皮构造转换的4种类型,深、浅层滑脱层发育状况及挤压持续时间联合控制了厚皮带向薄皮带转换的方式。无基底面滑脱层发育时,主要通过壳源推覆断层实现厚皮向薄皮构造的转换;基底拆离滑脱则是厚皮向薄皮转换的主要方式,而作用力的方式则决定拆离滑脱形成的过渡带组合类型。中西部典型山前带厚皮构造向薄皮构造主要是通过过渡带实现转换的。“山根”型山前冲断带基本以过渡Ⅱ或过渡I+Ⅱ为主,如天山两侧山前带、龙门山前中北段山前带;而“无根”型则主要以过渡I或无过渡带为主,如大巴山前、六盘山前、博格达山前等。现今规模油气分布在特定的变形带内,过渡Ⅰ带、过渡Ⅱ带是油气分布的有利变形带。通过对金马-鸭子河、克深等典型油气富集构造区带的演化与油气成藏过程的匹配分析,结果表明不同的变形带具有不同的油气成藏的关键要素与富集特征。厚皮带油气富集的关键是反转推覆带与生烃凹陷的空间匹配,油气富集主要位于主断裂下盘,成藏期与构造反转期一致,以岩性、构造-岩性油气藏为主。过渡I带油气成藏富集的关键是晚期的保存条件,油气成藏具有边成藏边调整的特点,现今油气藏多为残留保存型,以构造、构造-岩性油气藏为主,带内前缘是油气勘探的有利部位。薄皮带的油气成藏特征与过渡I带类似,构造发育程度与保存条件是油气成藏的关键。过渡II带通常具有两期成藏、晚期为主的特征:早期与过渡I带类似,边成藏边调整;后期随着断片垂向叠置,烃源岩再次埋藏生烃,会促成油气的二次生烃与运移成藏。晚期油气的充注条件是过渡Ⅱ带油气成藏与富集的关键,中后缘是油气富集相对有利的位置。中西部山前带的油气勘探应重点关注过渡I带、过渡II带两个有利变形带,在深化关键因素评价基础上,进一步落实有利区带及其勘探目标。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13
【图文】：

分布图,中国中西部,山前带,分布图

2 方成名：中西部山前带冲断结构模式与油气分布有结晶基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质[5]，这类厚皮构造与碰撞型造山带的结晶基底推覆带在变形方式、规模以及岩浆活动等方面均存在巨大差异。板内型厚皮构造带与以盖层收缩为主的薄皮构造带的空间连接及转换关系，难以用板块体制下建立的岩石圈简单剪切模式或俯冲的“双重倒向”逆冲构造模式来解释。因此，传统的厚皮构造、薄皮构造的山前冲断结构划分方式已难以满足复合大陆动力学研究的需要，国内学者对此的研究也较为薄弱。

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10 方成名：中西部山前带冲断结构模式与油气分布恒河盆地与阿尔卑斯山前带。此类前陆盆地的前陆冲断部为往往具有基底卷入、叠瓦冲断等构造特征[70-73]。二是弧后前陆盆地，其形成与洋-陆俯冲（B-型俯冲）相关。北美落基山西加盆地是此类盆地的典型，其形成演化与刚性克拉通边缘向晚古生代科迪勒拉岩浆弧下俯冲有关[74]。由此概念及分类可以看出，经典的前陆盆地，都强调是在克拉通上基础上发育的，前陆期沉积体系之上必然是地台型的沉积。因此，经典的前陆盆地与板块构造作用形成背景有密切关系，其与中国中西部中新生盆地形成的构造环境有明显差异。

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