1、,含油气盆地分析,长江大学地球科学学院,主 讲 人: 胡 望 水,2003,2003年11月,压陷（挠曲）盆地,压陷盆地或前陆盆地：泛指那些在挤压作用下地壳收缩变形过程中形成的沉积盆地,压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制,“压陷作用”： 将在挤压力作用下地壳或岩石圈发生破裂并致使一部分地壳断块体（或板块）相对上升，而另一些地壳断块体（或板块）相对陷落成为盆地的构造作用称为。“压陷作用”仅限于指尺度较大的地壳断块之间的逆冲作用和挤压引起的地壳中浅部构造层大尺度的褶皱变形。例如，大洋岩石圈俯冲到大陆岩石圈之下（B型俯冲）、一个大陆地壳断块体（或板块）上冲到另一个地壳断块体（或板块）之上（A型俯冲）以
2、及挤压造成的大尺度的褶皱变形等等。,一、压陷-挠曲作用,压陷作用使一个（一些）地壳断块体（或岩石圈板块）上冲到另一个（一些）地壳断块体（或岩石圈板块）之上，下伏的地壳断块体在受到上覆地壳断块体的垂直载荷作用时还会发生挠曲变形，这种构造作用称为挠曲构造作用。在板块运动过程中，由于板块俯冲、大陆碰撞或板块的构造作用、火山作用等都会造成岩石圈的某些部位受到垂直载荷作用，从而使岩石圈发生向下弯曲的挠曲变形。 当大洋岩石圈俯冲到大陆岩石圈之下，即所谓的B型俯冲，这时大陆岩石圈作为负荷压在大洋岩石圈之上并使大洋岩石圈发生挠曲作用。当两个大陆岩石圈发生碰撞时，其中一个大陆岩石圈俯冲到另一个大陆岩石圈之下，即
3、所谓的A型俯冲，这时压在下面的大陆岩石圈发生挠曲作用。,“压陷”和“挠曲”通常是挤压动力学过程中有密切联系的两种构造作用方式。挠曲作用造成的地壳变形实际上是一种“横弯褶皱”变形，它只是引起地壳表面的垂直升降位移，并不引起地壳的大规模收缩应变。压陷作用 不单是造成地壳的收缩应变，而且为挠曲作用提供了构造负荷。因此，应该说“压陷”是挤压体制下盆地的最根本的动力学机制，“挠曲”是盆地形成过程的具体体现。,二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模型岩石圈板块内部受垂直载荷作用力使岩石圈发生挠曲，理论上相当于无限长的“板”受垂直载荷力作用的挠曲。而板块（或地壳断块体）边界所受垂直载荷作用力相当于半无限延伸的“板”
4、（或“悬臂梁”）在端部受垂直载荷力的挠曲。,最大挠曲点x=0,无挠曲点W=0,一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型压陷（挠曲）盆地的形成与板块之间的相互聚敛运动和板内挤压的构造环境有关。依照盆地在板块构造中的位置或板块构造运动的关系.,压陷（挠曲）盆地类型及其特征,大洋俯冲,大陆碰撞,陆内俯冲,不同大地构造背景形成的三种类型前陆盆地,前陆盆地是指位于造山带和稳定克拉通之间的、由造山带冲断席负荷引起挠曲沉降而形成的沉积单元,3种类型前陆盆地,周缘前陆盆地（Peripheral foreland basin）：位于面对陆-陆碰撞阶段造山带外弧的地方。相当于Bally和Snelson（1980）
5、的与A型俯冲有关的Perisutural basin。退弧前陆盆地（弧后前陆盆地）（Retroarc foreland basin）：位于岩浆弧的后面，与大洋岩石圈俯冲作用关，相当于Bally和Snelson（1980）的与B型俯冲有关的Episutural basin。,1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地,与B型俯冲有关的压陷（挠曲）盆地：海沟、斜坡、弧前地区和弧后地区由挤压作用形成的沉积盆地。,（1）海沟：指两个板块发生B型俯冲作用的地带，堆积物包括来自岩浆弧上的碎屑和B型俯冲过程中刮落下来的大洋地壳及其表层的深海沉积物等。,菲律宾、 鄂霍次克海,关岛、马里亚纳群岛,日本岛,日本
6、海,中国大陆,增生楔上沉积物很少 构造变形很强,（2）斜坡地带：位于岩浆弧与海沟的斜坡上，盆地基底由俯冲杂岩组成,（3）弧前盆地：位于岩浆弧轴部向海沟方向一侧的盆地，或弧沟间隙区的盆地，靠俯冲带一侧则发育挤压褶皱和逆冲断层或逆冲走滑断层，靠岩浆弧一侧可以出现正断层，甚至整个弧前盆地都位于伸展的岩浆弧基底之上并进一步发生伸展变形。,（4）弧后前陆盆地：北美型大陆边缘的岩浆弧后面常发育逆冲断层带，在断层下盘发育挠曲盆地，常与相邻的岩浆弧平行延伸。,美国西海岸,美国西部盆地,海岸 山脉,落基山脉,2、与板块碰撞有关的压陷（挠曲）盆地,(1）残留洋盆。指碰撞造山带内部或边缘以尚未俯冲消失的洋壳为底的盆
7、地。碰撞作用发生后，沿碰撞带走向可能过渡到B型俯冲带。,（3）山间盆地：指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳（通常是克拉通或早期的褶皱带）为基底的压陷盆地，即以逆断层为盆地边界的断陷盆地。,(2)周缘前陆盆地：指造山带与克拉通之间的前陆地区发育的挠曲盆地，以瑞士的阿尔卑斯山前的磨拉石盆地最为典型。,典型前陆盆地的油气地质特征,前陆盆地形成之前有被动陆缘发育阶段 前陆盆地发育具有三个完整的沉积演化阶段 海相沉积在前陆盆地演化中占据重要地位 沉积发育受控于相邻逆冲带的演化呈多旋回性 盆地剖面具不对称性并由独特的部分构成 褶皱冲断带(Thrust belt) 深坳陷(Deep depres
8、sion) 前陆斜坡(Foreland slope) 前缘隆起(Forebulge)。,前陆盆地形成之前有被动陆缘发育阶段,前陆盆地发育具有三个完整的沉积演化阶段,沉积发育受控于相邻逆冲带的演化呈多旋回性,3、与克拉通内部挤压环境有关的压陷（挠曲）盆地克拉通板块内部受到挤压作用可以使原先的地缝合线再次活动，或使统一的克拉通破裂，发生板内造山，这一构造过程中也能形成一些压陷（挠曲）盆地。（1）板内压陷（挠曲）盆地。指克拉通内部或远离造山带主体的山前地区由逆断层A型俯冲造成的压陷（挠曲）盆地。如美国西部落基山前的克拉通内部的风河盆地。我国西部的中新生代盆地。,除青藏地区外,大都是古生代碰撞造山,中
9、新生代陆内造山,陆缘前陆盆地与陆内前陆盆地,前陆盆地总是与造山带相伴生,碰撞造山带和陆内造山带控制了陆缘和陆内两类前陆盆地 陆缘前陆盆地与大陆边缘的演化及碰撞造山带(环太平洋型和特提斯型造山带)有关 周缘前陆盆地与被动大陆边缘的演化有关 弧后前陆盆地与主动大陆边缘沟弧盆体系有关 陆内前陆盆地与后碰撞期的陆内造山带或再旋回造山带有关,与陆缘前陆盆地对应的是陆内型前陆盆地 陆内前陆盆地与后碰撞期陆内造山带或再旋回造山带有关 中国西部前陆盆地大都属于陆内前陆盆地,上述各种类型的压陷（挠曲）盆地，有些是短命的，只存在于现代板块构造系统中。例如，与B型俯冲有关的海沟、斜坡和弧前盆地以及发育在介于俯冲与碰
10、撞过渡阶段的残留洋盆，随着洋壳在B型俯冲带全部消减而成为碰撞造山带。在地壳表面被较好地保存下来的压陷（挠曲）盆地是那些以“稳定”克拉通为基底的前陆盆地，弧后前陆盆地、周缘前陆盆地以及克拉通内部的压陷（挠曲）盆地。,二、前陆盆地和板内压陷（挠曲）盆地的主要特征,1、前陆盆地与板内压陷（挠曲）盆地“前陆”（foreland）一词在板块构造学说提出以前就已广泛使用，意指被褶皱带逆掩的稳定的陆地，也指地槽褶皱逆冲带物质运动所指的方向，相反的方向则成为后陆或腹陆（hinterland，backland）。由于造山带的隆升，在造山带与稳定克拉通之间，在克拉通基础上通常发育一个深陷的盆地，在地槽学中被称为“
11、前渊”（foredeep），Bird和Dewey（1970）、Dickinson首先用板块理论解释了“前渊”的形成和演化，并用“前陆盆地”（foreland basin）一词描述这种类型的盆地。,Dickinson（1974）根据前陆盆地在板块构造中的位置将其分为两类：一类是与碰撞造山作用有关、位于A型俯冲作用带中的俯冲大陆地壳之上并与碰撞造山带（缝合带）毗邻的沉积盆地，称为周缘前陆盆地，如位于阿而卑斯北部山前的磨拉石盆地等；,周缘前陆盆地 如古生代末期及三叠纪的塔北盆地,另一类是与弧后造山作用有关、位于陆缘岩浆弧后的沉积盆地，称为弧后前陆盆地或退弧盆地，如北美西部大陆边缘的科迪勒拉山脉东侧山
12、前地带的一些盆地。当发育有弧后前陆盆地的大陆板块与另一个大陆板块碰撞后周缘前陆盆地与弧后前陆盆地可以分别位于造山带（缝合带）的两侧,弧后前陆盆地,B型俯冲作用之后,还有一些与造山带不相邻，但也是大陆地壳压陷挠曲作用形成的盆地，称为“挠曲类前陆盆地”或“类前陆盆地”。这种盆地属于克拉通内部的压陷（挠曲）盆地。三种构造背景 a、前陆地区的基底拆离（或基底滑移）作用以及伴生的基底卷入式冲断层系统的构造负荷作用，使下盘系统形成压陷（挠曲）盆地；b、由于前陆盆地的前缘隆起进一步受挤压隆升造成的构造负荷作用，使前陆盆地前缘隆起外测（向克拉通方向）凹陷成为一个相对独立的压陷（挠曲）盆地，这种盆地也被称为“破
13、裂前陆盆地”；c、早期的克拉通边缘的夭折裂谷在大陆碰撞造山过程中演化成为拗拉槽，由于拗拉槽层序的构造反转形成褶皱冲断带造成的构造负荷作用，使拗拉槽肩部及外侧地带形成压陷（挠曲）盆地。,2、前陆盆地系统前陆盆地系统（foreland basin system）的涵义包括三方面内容：a、前陆盆地系统是指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳之上的沉积物堆积的潜在地区；b、前陆盆地系统由四个分隔的构造沉积带组成，根据这些沉积带与逆冲带的几何关系将它们分别称为逆冲楔顶部带（wedge-top）、前渊带（foredeep）、前隆带（forebulge）和隆外凹陷带（backbulge）；c、前陆盆地系
14、统的延伸长度大致与褶皱带的长度相等。并非所有的前陆盆地系统的四个构造沉积带都发育完整。,3、前陆盆地与板内压陷（挠曲）盆地的识别标志它们的形成都是在挤压作用体制中与大陆地壳的压陷（挠曲）变形有关。挤压作用的动力来源则是与板块碰撞作用（大陆碰撞、岛弧大陆碰撞或岛弧碰撞）和俯冲作用有关。,这些盆地具有四个共同特征：a、盆地具有不对称性，即靠近构造负荷部位往往是以逆断层（带）为边界，且沉降较深沉积层较厚；b、盆地的演化与造山带（褶皱冲断带）的演化相关；c、沉积充填物质包括两部分，一部分来自造山带或冲断隆起上，一部分来自克拉通地区；d、随着盆地的演化，早期沉积层逐渐被卷入逆冲褶皱带中，并使盆地沉降、沉
15、积中心向逆冲前锋方向（前缘隆起方向）迁移。,1、前陆盆地边缘逆冲褶皱带的构造样式前陆盆地边缘逆冲褶皱带的构造样式是以向前陆方向逆冲的叠瓦状逆冲断层组为特点。靠近造山带部分的逆冲断层的倾斜相对较陡，向前陆方向逆冲断层的倾斜逐渐变缓，而这些逆冲断层向深部产状变得更缓，收敛于基底拆离断层之上，构成叠瓦扇构造。叠瓦扇向前陆方向的逆冲断层可能已经属于前陆盆地系统的“逆冲楔”的一部分。,压陷（挠曲）盆地中的构造样式,一、逆冲褶皱带的构造样式,前陆盆地边缘的逆冲断层可以是基底卷入型的逆冲断层，也可以是薄皮的逆冲断层.,2、前陆盆地内部的逆冲构造样式前陆盆地内部以薄皮逆冲构造为特点 1）铲式逆冲断层与蛇头构造
16、、叠瓦扇构造 逆冲断层面表现为上陡下缓的铲式形态，称为铲式逆冲断层。,2、前陆盆地内部的逆冲构造样式 2）坡坪式逆冲断层与断弯褶皱,2、前陆盆地内部的逆冲构造样式 3）盲冲断层、断展褶皱与断滑褶皱,2、前陆盆地内部的逆冲构造样式 4）双重构造和楔状双重构造一系列向想前陆逆冲的坡坪式逆冲断层的断坪可以连接起来，构成双重构造。,双重构造的顶板断层也可以是一条“被动”的反向逆冲断层，底板断层的逆冲位移在断层前锋端部传递到顶部断层上，称为“楔状双重构造”。,5）冲起构造与逆冲三角带构造前陆盆地中的逆冲断层并非都是向前陆方向逆冲，那些向后陆方向逆冲的断层称为反冲断层。,冲起构造,三角带构造,6）撕裂断层
17、与逆冲调节带逆冲断层系统中还会有一些横向或斜向的断层（图4-22），这些断层的形成是与逆冲断层的位移过程有关的，因而经常具有走滑位移性质，称为撕裂断层或捩断层（tear fault）。在逆冲带中具有调节主干逆冲断层之间的位移的作用的构造都可以视为逆冲调节带或逆冲传递带构造。,前陆盆地中的逆冲断层系统可以认为是在大型逆冲拆离断层（A型俯冲）上盘发育的逆冲断层构造组合，自山脉向前陆地区大致可分为逆冲断层系统的根带、中带和前锋带三部分。逆冲断层带的根带一般位于造山带轴部或靠山脉一侧的前陆盆地边缘。前缘陆地区的逆冲楔状体一般属于逆冲断层系统的中带，逆冲断层系统的前锋一般位于前渊凹陷前缘隆起的斜坡上。从
18、造山带到前陆盆地，逆冲构造系统各部位的挤压强度逐渐减小，挤压收缩应变由大变小，如从阿而卑斯山到侏罗山的横剖面。,二、从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统,锋带,中带,根带,前陆逆冲构造系统中通常存在多个滑脱构造面，并使构造变形具有分层次的特点。,前陆盆地的宽度和深度与造山带构造负荷的大小和前陆区岩石圈的挠曲刚度有关。但是大陆地壳并不是一个弹性的板块，而与粘弹性模型更加接近。而对于粘弹性模型，即使载荷的大小不变，随着时间的推移，发生了挠曲变形的岩石圈板块也会产生应力松弛（relaxation），导致挠曲凹陷（盆地）进一步加深，前缘隆起进一步抬升并向载荷方向迁移。,前陆盆地的演化,一、造山楔的演化与前
19、渊的迁移,变形与前缘隆起的迁移方向 （A）向后陆 造山带收缩作用增强，会使造山楔坡度和质量增大，从而使前陆挠曲度增大，前陆盆地则变得窄而深，使前缘隆起向造山带方向迁移,前陆盆地的演化与造山带的演化有密切关系,（B）向前陆 造山带收缩作用减小而剥蚀作用使造山楔坡度和质量减小，则前陆盆地变得宽而浅，前缘隆起向前陆方向迁移,洋陆碰撞与前陆盆地的形成,被动大陆边缘洋陆碰撞(东太平洋)海岸山脉环太平洋造山带前陆盆地,洋陆碰撞与前陆盆地的形成,洋陆碰撞与前陆盆地的形成,洋陆碰撞与前陆盆地的形成,洋洋碰撞与前陆盆地的形成,活动大陆边缘洋洋碰撞(西太平洋)沟弧盆体系环太平洋造山带前陆盆地,洋洋碰撞与前陆盆地的
20、形成,洋洋碰撞与前陆盆地的形成,洋洋碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞特提斯型造山带陆内造山再旋回造山带(中亚型造山带) 前陆盆地,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆陆碰撞与前陆盆地的形成,陆 陆 碰 撞,洋 陆 碰 撞,洋 洋 碰 撞,环太平洋型造山带,特提斯型造山带,陆缘前陆盆地包括周缘前陆盆地和弧后前陆盆地, 其发展演化均与碰撞造山带有关,周缘前陆盆地与被动大陆边缘的发育有关 构造上位于碰撞造山带缝合线附近 花岗岩岩基和火山岩带位于缝合带的外侧，远离周缘前陆盆地,(据D
21、ickinson,1976),阿科马盆地,奥契塔山,萨宾隆起,N,S,阿科马盆地的发展演化(据Houseknecht,1986) a.晚前寒武纪早古生代;b.晚寒武世早密西西比纪;c.早密西西比纪早阿托卡期; d.中阿托卡期;e.晚阿托卡期得斯莫尼期,周缘前陆盆地发展演化:裂谷型被动边缘阶段 早期深水复理石阶段 晚期陆源碎屑磨拉石阶段等,消减带杂岩体,岛弧海沟间隙,岩基带,褶皱冲断层带,洋壳,弧后前陆盆地,弧后前陆盆地与主动大陆边缘沟弧盆体系的发育有关 构造上位于岛弧造山带岩浆弧的后面 蛇绿岩消减杂岩体位于岩浆弧的外侧，远离弧后前陆盆地,(据Dickinson,1976),缝合带,在前陆盆地的
22、成因研究中，Dickinson (1976)提出了周缘前陆盆地、弧后前陆盆地和破裂前陆盆地的划分方案并得到广泛应用,7、上部淡水磨拉石，是使NAFB最后充填消亡的粗的陆相碎屑沉积； 6、上部海相磨拉石，代表浅海和海湾、河口湾沉积体系；,二、前陆盆地的演化与地层层序,瑞士的北亚宁前陆盆地（NAFB）的实例说明前陆盆地地层变化 的总体特征自上而下包括七个地层单元,5、下部淡水磨拉石，NAFB第一期河流、湖泊沉积； 4、下部海相磨拉石，从陆架搬运到滨岸的沉积； 3、北Helvetic地层代表的由活动造山带泻入的浊流沉积体系； 2、货币虫灰岩和抱球虫灰岩地层代表的前陆盆地的水侵； 1、前陆岩石圈抬升引
23、起的基底不整合。,另一方面，前陆盆地的前身是残留洋盆（对于周缘前陆盆地而言），更早的前身是被动大陆边缘和裂陷盆地（两种前陆盆地的前身或许都经历了被动大陆边缘的演化）。,典型前陆盆地演化与沉积特征,海相沉积在前陆盆地演化中占据重要地位,Dickinson和Suczek（1979）研究发现，在一般情况下碎屑物源区类型与盆地类型之间有一定的关系。他们根据构造背景把物源区分为三大类九种类型：,三、前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀,Dickinson和Suczek（1979）研究发现，在一般情况下碎屑物源区类型与盆地类型之间有一定的关系。他们根据构造背景把物源区分为三大类九种类型：,经统计分析得出以下一些基本规律： （1）来源于克拉通地区的碎屑，石英含量非常高，岩屑非常少。 （2）来源于岩浆弧的砂岩是典型的不成熟砂岩，砂岩中岩屑含量很高。 （3）再旋回（或旋回性）造山带供给的碎屑以丰富的石英和沉积岩变质火山岩的岩屑碎块为特征。,再旋回造山带,大陆和 再旋回造山带,
