盆地分析(10)克拉通盆地分析

第十讲克拉通盆地构造分析第一节克拉通的构造环境一、基本概念克拉通（craton）通常是指地壳上已经达到稳定，并在漫长的地质时期（至少是古生代以来）已很少受到较强变形的部分。Kober（1921）用Kratogen表示地壳较稳定部分，与造山带对应。Stille（1936）改称为Craton，它包括大陆地盾和地台。地台具有双层结构，下部为褶皱变质基底，上部为沉积盖层。地台活动以升降运动为主，岩相和厚度稳定，岩浆活动和区域变质作用都较弱；克拉通内部有大面积基底岩石出露的地区称作地盾，它们长期隆起，遭受剥蚀，缺少盖层或仅在局部有沉积，如加拿大、波罗的等地盾。一、基本概念板块构造中的克拉通主要是指大陆板块内的稳定大陆块体。在克拉通基础上形成的面积广、形状不规则、沉降速率相对较慢并以拗陷为主要特征的盆地称为克拉通盆地（cratonbasin）。地质历史时期，围绕陆核的活动带不断转变为稳定的地壳单元，这一过程称为克拉通化。大陆地壳通过克拉通化不断增生扩大。中国大陆构造经历了多旋回的演化。古生代以来，主要表现为冈瓦那大陆的裂解、离散和亚洲大陆的增生、造山活动。中国有三个主要的古地台区，即中朝地台、扬子地台和塔里木地台。中朝地台是早元古代末固结的克拉通，扬子地台和塔里木地台则是晚元古代固结的克拉通。中国大陆与北美、欧洲大陆不同，不具有巨型的前寒武纪克拉通，而是有一些微小的克拉通块体和其间由许多造山带组合而成的拼贴大陆或复合大陆，呈现出复杂的镶嵌格局。二、克拉通的旋回性和幕Sloss指出，大陆克拉通显生宙历史中有三种类型的全球幕出现，即下降幕、上升幕和震荡－破裂幕存在。（1）下降幕：逐渐下沉形成广阔的陆表海，这种下沉具有差异性，形成盆地和隆起。可能与克拉通同大洋间板块聚敛或扩张的时间相对应。（2）上升幕：相对于海平面的缓慢上升，克拉通表面无明显的构造和地形起伏。克拉通的上升幕可能与大陆边缘的相对平静构造期或挤压碰撞期有关。上升幕是以一个大型不整合为代表，以侵蚀作用为主。（3）震荡－破裂幕：克拉通发生相对于海平面总体上升的脉动垂直运动，常伴有高角度的块断隆起和相关盆地，并有火山作用。这些可能受基底断裂和基底挠曲的控制，出现于远离聚敛边缘的克拉通环境。在克拉通边缘，差异大的升降会造成克拉通边缘扩张和弧间盆地发展。克拉通张裂作用通常在震荡－破裂幕期间发生。Sloss（1976）对美国西部、加拿大和东欧的古生代和中生代岩层的保存面积和沉积速率作了比较。克拉通存在沉积和侵蚀交替的幕，不同克拉通的下降幕和上升幕是同时或大致同时的，具同时性(图6－2）。Sloss（1978）又对比了撒哈拉、西内陆、湾岸、阿基坦、伏尔加－乌拉尔、西西伯利亚等六个中新生代克拉通盆地，也指出了盆地间沉积和侵蚀幕明显的一致性(图6－3)。Sloss认为，沉积和剥蚀受全球海平面升降的控制，克拉通下降幕与陆缘板块聚敛期相一致，也与板块扩张加速、洋脊抬高、海洋高水位期一致。但也有学者不同意全球海平面变化周期性和克拉通幕的同时性观点。三、克拉通的后期变形克拉通的后期变形可以有多种样式。中国的克拉通受印支、燕山、喜马拉雅等多期活动影响而发生活化。随着盆地油气勘探的进展，在覆盖区发现了复杂的克拉通后期变形，在四川、华北、塔里木地区都有发现，并且是多期叠置和复合的。有些古生代克拉通沉积区在中、新生代印支、燕山、喜山期发生强烈反转，产生隆升剥蚀、褶皱、断裂，早期曾有过生烃、成藏的过程，但到后期受到严重的破坏，如山西沁水、湘鄂西、滇黔桂等地区。克拉通演化与造山带的演化有密切关系。在造山带前身大洋发育期，克拉通形成被动边缘，物源来自克拉通，以浅海相碎屑岩和碳酸盐岩为主。板缘俯冲和碰撞作用在克拉通内可以产生远距离效应，不仅产生挤压，而且还产生滑移线场、张裂、大陆逃逸和重力滑动等各种变形。第二节克拉通盆地的类型及其沉降成因一、克拉通盆地的类型和特征克拉通盆地按其所处的大地构造位置可划分为两类：克拉通内部盆地和克拉通边缘盆地．克拉通盆地按其发育又可划分为：克拉通单旋回盆地和克拉通多旋回盆地。前者是指以古生界海相沉积为主，其上缺少中、新生界覆盖，如鄂西、滇黔桂等地；后者以古生界海相沉积为第一旋回，中、新生界为第二旋回，如鄂尔多斯、四川、塔里木等盆地。勘探证明多旋回叠合盆地多具较大的含油气潜能。在古生代盆地中既有大型克拉通盆地，也有中小型盆地。古生代原型盆地多受后期变形改造，现今多是残留盆地。大型克拉通盆地常是多期的复合，各期发育着不同类型原型盆地。二、克拉通内盆地的分布克拉通内盆地出现于远离板块边缘的地区，其底部为大陆壳。这种盆地在各大陆上都有广泛分布。如北美洲的克拉通内盆地有伊利诺斯、威利斯顿、密歇根、哈德逊湾等大型盆地（图6－4）。其中含大型油田的盆地有伊利诺斯、威利斯顿盆地。二、克拉通内盆地的分布南美洲有巴拉那、北亚马逊盆地等大型克拉通内盆地，巴拉那盆地尚无工业性油气流，北亚马逊盆地有较大型油田。非洲的克拉通内盆地中，锡尔特、伊利兹、撒哈拉、乍得等盆地具大型和较大型油田。欧洲的克拉通内盆地中，含大型油田的盆地有北海、西北德盆地；俄罗斯克拉通内盆地中，西西伯利亚盆地具大型油田，波罗的盆地有油田。在澳洲的克拉通内盆地中，鲍恩、坎宁、库珀、瑟拉特等盆地有油气田发现。中国的克拉通内盆地中，塔里木、四川、鄂尔多斯盆地有大型油气田发现。三、克拉通盆地的实例克拉通盆地的基本特点是，岩相和厚度都相对稳定，总厚度不大，通常没有大规模基底卷入式同生断层作用。1．密歇根盆地位于北美克拉通内部，以前寒武系为基底，平面为圆形，剖面为碟形，盖层沉积厚约4500m。主要有五套岩系，即寒武－奥陶系、志留系、下中泥盆统、密西西比系和宾夕法尼亚系，以碳酸盐岩和蒸发岩为主，次为页岩和砂岩，为海岸和陆架沉积。志留系蒸发岩和塔礁发育。其上为侏罗系红层不整合覆盖（图6－5）。1．密歇根盆地过去认为密歇根盆地是一个典型的克拉通内坳陷或平缓台向斜（图6－6、6－7）。但地震及钻探资料表明在晚元古宙，该区有一个大陆三叉裂谷系，其中的一支向南延伸，埋于密歇根盆地之下，在裂谷支中火山活动强烈。张裂活动、玄武岩发育和伴随的下沉时间是11亿年，而热沉降开始的时间，大约是520～500Ma。密歇根盆地是一个含油气盆地，其成油条件不及伊利诺斯、威利斯顿盆地。主要生油层是前寒武系湖相页岩、奥陶系－密西西比系暗色页岩。储层有泥盆系海相碳酸盐台地相和志留系塔礁。主要圈闭是被碳酸盐岩和泥岩所封闭的塔礁、不整合和断层封闭等。2．西西伯利亚盆地基底由前寒武纪结晶基底、加里东期和海西期褶皱基底所组成。盆地基底理深为3～12km。三叠纪为裂谷发育阶段，中部的地堑从北冰洋伸入，在一系列窄裂谷中充填陆相碎屑岩夹火山岩。侏罗－白垩纪时为陆内拗陷阶段，广泛海侵，发育滨浅海相和三角洲相沉积。下侏罗统为陆相沉积，上侏罗统海相层序含重要生油层（图6－11）。白垩系在盆地中央是海相，周边为陆相。油气藏和三角洲砂体密切相关。第三纪以来坳陷萎缩，发生海退，陆相沉积发育。在过去30年中西西伯利亚已发现超过1700个油气藏。3．塔里木盆地为前震旦纪基底，形成于8亿年前的塔里木运动。（1）震旦一奥陶纪塔里木盆地东部为库鲁克塔格－满加尔拗拉槽，西部为塔西克拉通内坳陷(图6-12)。库鲁克塔格－满加尔拗拉槽是随着板块东北缘张裂作用而形成的，由北东向南西发展，开始形成于震旦纪和早寒武世，发展于中晚寒武世和早奥陶世，晚奥陶世末结束。(2)志留－石炭纪这一时期塔里木板块北缘为活动陆缘，盆地主体属克拉通内坳陷，部分为克拉通边缘拗陷。志留纪时，在克拉通内坳陷中，沉积了陆棚相与滨岸相砂岩、粉砂岩，厚1200m（图6－13）。泥盆纪时，盆地主要为克拉通内拗陷，柯坪地区为滨海相－陆相碎屑岩，厚一千余米，库鲁克塔格地区为海相砂岩，厚1600m。仅塔西南为克拉通边缘坳陷环境，为陆棚与三角洲相砂岩夹白云岩、生物灰岩（图6－14）。石炭纪时，塔里木板块北缘为复杂的南天山裂陷－洋盆体系。盆内北部为塔北古岛链。其南部为克拉通内拗陷，为台地相及潮坪相，分布广泛。塔西南克拉通边缘坳陷为陆棚与地台相沉积，含较多碳酸盐岩（图6－15）。石炭纪末，塔里木板块与哈萨克斯坦－准噶尔板块最终碰撞拼贴，塔里木板块成为欧亚大陆的一部分，古天山褶皱带形成。（3）二叠纪塔里木盆地中央为一个克拉通内裂谷盆地，沉积岩屑砂岩、泥岩，夹玄武岩、凝灰岩。此外还有大规模基性岩墙群侵入。塔西南克拉通坳陷内为潮坪与河流三角洲相砂泥岩夹生物碎屑灰岩（图6－16）。（4）三叠纪由于羌塘地块的北移和古特提斯洋向塔里木板块的俯冲和碰撞，塔里木盆地处于挤压环境，沉降范围缩小，有库车前陆坳陷、塔北前陆冲断带和中部克拉通内挤压挠曲盆地（图6－17）。主要沉积为湖泊与三角洲相砂泥岩夹砾岩及煤线。（5）侏罗一早第三纪可能由于板内均衡调整，形成克拉通内部沉降型拗陷。侏罗系全盆基本为内陆河湖相碎屑岩夹煤层。白垩系以红色砂岩、砾岩为主，厚数百米至1470m，在塔西南有海相沉积。下第三系为含膏盐红色碎屑岩，塔西南有海相沉积(图6-18)。（6）晚第三纪一第四纪始新世末印度板块与欧亚大陆的碰撞，造成大面积板内受到挤压、抬升。由于天山、昆仑山等迅速抬升造成克拉通内活化山前盆地和山间盆地发育，塔里木盆地南北两间就发育了这类盆地（图6－19）。4．鄂尔多斯盆地中朝地台西部，为太古界和下元古界变质基底。中晚元古代时，该区发育克拉通边缘的拗拉槽。贺兰拗拉槽是秦祁海槽三叉裂谷系伸入中朝地台的一支。古生代时，该区是中朝地台古生代克拉通盆地的一部分。早古生代时，该区大部为克拉通内部拗陷，沉积了400～800m厚的寒武系－中奥陶统台地相碳酸盐岩。西南缘克拉通边缘沉积了碎屑岩和碳酸盐岩，厚逾4000或5000m。加里东运动，秦祁海槽封闭，鄂尔多斯及其西、南缘隆升并遭受剥蚀。4．鄂尔多斯盆地石炭纪至早中三叠世仍为克拉通内盆地。石炭纪时海水向中央隆起超覆，形成海陆交互相含煤系。早二叠世，海水逐步退出，形成内陆湖泊、河流、三角洲流积环境。强烈的印支运动后，华北克拉通东隆西拗，鄂尔多斯地区从晚三叠世形成独立的内陆盆地。盆内沉积了晚三叠世至早白垩世陆相沉积。早白至世末的燕山运动，使盆地整体隆升。第三纪时，盆内大部隆起，周缘产生地堑系。5．鄂尔多斯盆地盆地有中上元古界、下古生界、石炭－二叠系、三叠系延长组、侏罗系延安组等五套生烃岩。前两者以生气为主，中生界以生油为主。主要圈闭类型为大面积的岩性和地层圈闭。已发现奥陶系顶面风化壳大型地层气藏、二叠系的构造－岩性型气田、三叠系和侏罗系的构造岩性型和岩性型油藏。后两者储层皆为砂岩，它们多为低渗透，岩相厚度变化大，油藏面积小。5．四川盆地位于扬子地台西部，呈菱形，基底为元古界变质岩。上震旦统灯影组覆于变质岩之上。震旦纪至中三叠世时，该区是扬子地台古克拉通盆地的一部分。以稳定克拉通海相沉积为主。中三叠世末，印支运动使该区隆升并使海水退出。印支晚期、燕山运动和喜山运动产生强烈褶皱及断裂，在川西产生龙门山逆冲推覆带及其前缘的前陆盆地，在川中为平缓隆起区，在川东、川南产生褶皱带。形成现存残留盆地。5．四川盆地四川盆地是中国最重要的产气盆地之一。盆地沉积地层厚逾6000－10000m。其中震旦系至中三叠统海相地层，厚约3000～6000m，生烃岩层系多，厚度大，面积广，成熟度高。震旦系、寒武系、志留系、石炭系、二叠系和三叠系均具生烃条件。在三叠系以下各层系一般已达高成熟至过成熟，以生气为主，只有侏罗系及局部的三叠系尚处于成熟期，可望从中找到中浅层石油。5．四川盆地盆地含气层系多，主要为震旦、石炭、二叠和三叠系，主要储集空间为成岩作用形成的孔洞及构造裂缝、礁块、砂岩孔隙。主要圈闭类型以构造圈闭最为发育，具成排成带的特点。也发现有生物礁圈闭、地层尖灭和岩性圈闭等。古隆起对气藏富集具控制作用，加里东或威远－龙女寺古隆起对威远震旦系气田有控制作用。印支期泸州古隆起对其周围构造中的气田也有控制作用。四、克拉通内盆地的沉降成因克拉通内盆地沉降的原因尚未得到公认，目前假说很多，多归因于下列一个或几个因