盆地原型恢复方法及评价

盆地原型恢复方法及评价盆地的改造作用盆地的后期改造作用后期改造强烈，是中国含油气盆地的重要特点之一（刘池洋，1996），它是由中国大陆本身的结构、演化和所处的特殊大地构造位置所决定的，一般具有如下显著特点：（1）波及广，空间上差异明显；（2）强度大，盆地越老改造越强；（3）时间新，愈新愈烈；（4）期次多，不同期次特点有别。引起后期改造的地质作用主要有：构造运动、剥蚀（及搬运）作用、埋藏作用和热力作用等。根据盆地后期改造的主要动力学特征及改造形式，可将改造型盆地分为以下七种类型（刘池洋、孙海山，1999）：（1）抬升剥蚀型其特征是沉积盆地在后期抬升，遭受剥蚀。根据剥蚀强度的不同，又可分为以下两类：①抬升裸露型——盆地抬升一般为整体性，剥蚀较弱，盆地发育晚期沉积的地层遭受不同程度的剥蚀，但盆地原型和主体沉积地层改造相对较弱。如美国二②剥蚀残留型——以差异抬升为主，后期剥蚀甚烈，盆地原型大都不复存在，沉积体大部分残留。如山西沁水盆地、西藏羌塘盆地等。（2）叠合深埋型这类盆地的部分或大部分地区在后期发生沉降，被新的沉积盆地叠加覆盖而深埋其下。前期盆地的原型基本未保持，但沉积实体部分甚或整体被保存。如中生代陆相鄂尔多斯盆地和四川盆地之下的古生代海相盆地，中国海域的前第三纪盆地等。（3在盆地发育晚期或之后，深部热力作用活跃，岩浆活动强烈，沉积地层遭受强烈的热演化。盆地烃源岩进入高成熟或过成熟阶段，甚至地层已发生不同程度的变质。如塔里木早古生代盆地、中国诸造山带内及其邻近众多古生代残留沉积（4）构造变形型这类盆地后期遭受了（多期次）较强烈的变形改造，构造特征复杂，类型多样；新老地层有出露，并遭受不同程度的剥蚀。如位于构造活动带内或附近的盆地或盆地的边缘地带。（5盆地后期被断裂切割或走滑断错成若干个断块，断块的差异升降活动与强烈而又不均匀的剥蚀改造作用，使盆地被肢解或平移错开成若干个大小不等的残留盆地。如滇黔桂地区古生代海相盆地和三江地区中生代盆地等。（6）反转改造型盆地发育末期或之后，发生较强烈的与盆地发育过程力学性质相反的构造运动，从而使盆地消亡或后期遭受较明显的反转改造（又可分为正反转和负反转两类）。如我国东、西部中生代盆地在新生代分别遭受了负反转和正反转改造。（7）复合改造型为以上两种或多种改造作用的结果。这类盆地中国普遍存在。中国的沉积盆地一般都经历了多旋回复杂的演化，并遭受多期次显著的后期改造，中、古生代盆地和中西部各时代盆地的后期改造尤为强烈，因此上述几种类型的改造作用会彼此影响，改造形式有机相联，难以截然分开，故以复合型为多。此外，较大型盆地改造的作用、形式和强度以及油气成藏特点和分布规律等，在同一盆地的不同地区都会有区别。2．原型盆地的恢复所谓盆地的原型就是一定的地球动力施加在某一岩石圈物质上所产生的沉降结构和沉积实体（张渝昌、徐旭辉，1998）。之所以要对盆地原型进行恢复，是因为油气勘探中迫切需要了解古沉积坳陷——可能的生油坳陷的确切分布。盆地原型恢复的内容主要有：（1）盆地充填——充填物质、充填格架；（2）盆地性质——沉积岩组合、火山岩（稀土元素、微量元素分析）；（3）盆地类型；（4）原生生油坳陷原型盆地理论提出与发展盆地分析研究始于20世纪60年代初，是石油地质学家为了解盆地的沉积演化和古地理格局而进行的工作。近来，随着地学领域各学科的发展及地球观的转变，沉积盆地分析进入了新的发展阶段，研究内容涉及地球动力学演化、盆—山耦合的制约关系及原型盆地恢复研究等诸多领域。原型盆地恢复研究业已成为现今含油气盆地分析的热点。盆地原型的概念，首先是由Klemme(1980)提出的。虽然他提出的原型(prototype)在概念上并不完全与盆地形成的地球动力学相关，尤其是他用构造形式(structureform)来区分盆地时更带有形态分类的色彩(Klemme，1991)。但当时其提出的基本原型所包含的时代观念，和现今盆地原型的出发点是一致的。在此基础上，盆地原型的理论不断完善和发展。朱夏（1981）指出，一个盆地，尤其是大型盆地，总是包含着若干个由不同的地球动力学机制产生的不同结构部分，并称之为“原型”(Proto-type)，单式的盆地即是这样一个构造沉积体或原型的概念，大而复杂的盆地则包括几个不同的原型。刘和甫（1993）认为原型盆地是盆地沉积时的构造属性类型，即在单一地球动力学系统下或单旋回构造阶段所产生的盆地，又称单旋回盆地，如果把伸展运动作为一个单旋回，则形成系列的裂陷盆地。杜旭东（1999）提出，原型盆地是指在一定的地质历史时期内形成、后未经改造或改造甚微、基本保持了原来盆地的性质和分布范围的原始沉积盆地，与之相对应的是残留盆地。何登发（2004）提出，相应于盆地发展的某一个阶段（相当于一个构造层的形成时间），有相对稳定的大地构造环境（如构造背景与深部热体制），有某种占主导地位的沉降机制，有一套沉积充填组合，有一个确定的盆地边界（虽然此边界常常难以恢复），这样的盆地实体可以称作该阶段的“盆地原型”(prototype)或“原型盆地”。综上可见，原型盆地意指在相对单一的地球动力学系统或单旋回构造演化阶段所形成的具有特定沉积实体的盆地。或者说在整个地质历史演化过程中，不同演化阶段所形成的一个构造层，且对应每一特定构造层所处的演化阶段，有相对稳定的大地构造环境及占主导地位的沉降机制和沉积充填组合，以及确定的盆地边界，这样的沉积盆地实体我们称为原型盆地。然而，由于地质演化的长期性和复杂性，早期的原型盆地多被后期盆地叠加与改造，所以通过对残留盆地充填物及构造背景的分析和研究，恢复盆地原型和分析后期改造作用，对认识叠合盆地油气藏分布规律具有重要意义。陈发景、汪新文（2000）认为，盆地的原型恢复具有重要的石油地质意义，并且在恢复古今应力场、古地温梯度和推测有机质成熟度等方面都需要了解盆地的原型。原型盆地研究思路原型盆地是相对残留盆地而言的，是指一定历史时期形成的盆地，其形成后未经改造或改造甚微，但还能保持原盆地性质及其分布范围。但是，“早期的盆地原型”形成后，在随后的地质历史演化过程中，往往被后期构造运动所改造，甚至破坏，而只能保留原盆面貌的一部分，从而形成多期“原型盆地”的叠加演化，原型盆地恢复便是要重塑每一期的“盆地原型”。原型盆地恢复的思路是综合分析，即把盆地视为一个整体，从时空方面、物质方面来阐述盆地的形成、发展和灭亡。研究内容包括改造前原始沉积地层的分布范围、厚度大小、盆地边界、相带展布、盆地类型、盆地构造、控盆因素等方面。但由于盆地中无露头资料和受勘探程度的限制以及人类对盆地认识的局限性，人们在现有的技术和资料条件下，只能对盆地的一方面或几方面进行恢复。研究方法主要有盆内地层学研究，盆内沉积学研究，尤其是相带类型和分布的研究，盆内外构造学的研究，地质历史学研究以及它们彼此之间的相互结合和渗透等。盆地地层分布范围的确定是原型盆地分析的基础。分析残留盆地中的相带关系，相带的连续与缺失，是否成体系分布是确定其是否为统一盆地的关键，其中盆地边缘相的确认是确定盆地边界的主要方面和主要手段。赵俊青、夏斌、纪友亮等（2005）对临清坳陷原型盆地恢复时，提出了地质外推法、沃尔索相律估算法、反序构造分析法确定原始盆地边界，取得了较好的效果。受多期构造运动影响，残留盆地的地层厚度大多受到了不同程度的剥蚀和改造。对于埋深较大，而资料又较少且后期改造强烈的构造层进行原型盆地恢复时，通过地层剥蚀厚度和原始厚度的恢复，使得我们有能力对其进行原型盆地恢复。此外，剥蚀厚度恢复也是恢复盆地演化史的基础工作，可帮助我们确定烃源岩生油期、生气期，进而评价油气资源潜力，优选勘探目标。盆地类型划分亦是原型盆地恢复的重要内容，除前陆盆地比较特殊外，陆相盆地类型一般为坳陷型和断陷型，理论上二者比较容易区别。盆地类型的研究主要建立在盆地分类方案之上。现今的沉积盆地分类主要以板块构造学说为基础，如Dickinson(1974)、Ba11y(1975)、Kingston(1983)和Ingersoll(1995)等。有的学者也提出了以工业应用为主导的盆地分类方案，如K1emme（1980），但究其基础，都是以沉积盆地所在的板块构造位置、地壳类型和盆地形成的地球动力学环境为划分依据的。具体到原型盆地类型划分时，国内许多学者作了深入的讨论。靳久强、赵文智、薛良清（1999）指出，划分盆地需考虑如下主要因素：盆地的力学性质；盆地几何形态；盆地所处的大地构造位置；盆地的基底性质；地层层序和沉积建造特征。盆地沉积体系恢复则帮助我们再造原型盆地的沉积格局。盆地原始沉积体系的恢复是以盆地残留沉积体系恢复为基础的。盆地残留沉积体系恢复是指根据区域构造研究，结合沉积特点分析，对盆地残留地层进行古地理环境和沉积特征恢复。盆地原始沉积体系恢复则需查明盆地物源区与古水流、盆地边缘相、盆地原始沉积中心，以及现今起分割盆地作用的构造隆起带，在原型盆地形成期的发育特征。可见，原型盆地理论正处于发展阶段，很多细节尚需完善，但作为含油气盆地分析的新理论，它突出了盆地在地层、构造及沉积特征等方面的“原始属性”，以及控制这一属性的构造因素—地球动力学机制。所以，在进行原型盆地恢复与含油气性研究时，应坚持“整体、动态和综合”的原则，进行盆地分析与含油气性研究工作。侏罗系原沉积体系恢复的四种方法原沉积体系的恢复是盆地原型恢复的重中之重，也是盆地原型恢复的关键所在。一方面解释的盆地原型的沉积特征，另一方面也可以在一定程度上接受盆地的构造演化特征，以下以中国西北部侏罗纪原型盆地为例，列举了四种原盆地沉积体系的恢复方法，分别是：边缘相分析；地层接触关系分析；物源区与古水流分析；构造格架分析。边缘相分析为了确定侏罗系的沉积范围，必须识别出盆地沉积时的边缘相。冲积扇沉积代表陆上沉积体系中最粗、分选最差的沉积单元，通常在下倾方向上变成细粒、坡度较小的河流体系，然后过渡到三角洲或湖泊沉积体系。因此冲积扇是最可靠的边缘相沉积。冲积扇在西北地区侏罗系沉积中很是发育。早侏罗世沉积时，冲积扇沉积体系分布于托云盆地、塔里木盆地的洛甫、若羌、轮台、昭苏盆地东北缘、库米什盆地、柴达木盆地、银根-额济纳河盆地、潮水-雅布赖盆地等。中晚侏罗世沉积时，冲积扇成为主要沉积类型之一。如在塔西南、塔东南、库车凹陷、伊犁盆地、尤尔都斯、吐哈盆地、三塘湖盆地等，均可见到广泛分布的冲积扇沉积。这些冲积扇沉积的分布，为我们推测沉积边界提供了重要依据。冲积扇体系向源区一侧，大致为原始沉积边界。考虑到可能已经受后期侵蚀，有些地方可以进行合理的外推，但是外推的范围应是很有限的，因为冲积扇本身就是近源区的沉积。地层接触关系分析残留侏罗纪地层与下伏和上覆地层的接触关系，可以反应侏罗系的沉积背景与后期所经受的改造程度。残留侏罗纪地层下部接触情况，可以反映古地貌和早期构造的特点。在沉积盆地内部，地层通常为整合接触，反映连续沉积，地势低洼，构造以垂直升降作用为主。如塔里木盆地三叠系与侏罗系之间的界线就很难区分。准格尔盆地内三叠系与侏罗系假整合，也反映以垂直升降运动为主。而原型盆地着重点是放在盆地边缘地层间的接触关系上。以中下侏罗统沉积为例，整个西北地区经历了早侏罗世早期到中侏罗世早期的由分割性盆地到广盆的发育过程。因此，在许多盆地的边部存在着J1-2/T间的上超接触关系，尤其是湖盆最大洪泛期形成的相当于三工河与西山窑期与下伏地层的接触关系，也就代表了原始的沉积边界（如经后期剥蚀，应进行恢复）。这种上超关系，已在塔西的北缘，准格尔盆地的西缘和北缘、和什托洛盖盆地等处发现，为恢复原始沉积范围提供了依据。残留侏罗纪地层上部接触情况，可以反映后期所接受的改造程度。地层上部的接触类型有整合、不整合两种类型。整合接触反映了地层的连续沉积及没有任何缺失。不整合接触有剥蚀和间断两种情况、间断表示没有沉积、裸露地表、一般特征是红色粗碎屑、古土壤或根岩，反应过路沉积或抬升的构造动力学情况。剥蚀表示地层中的各种沉积相都有可能出露地表与上覆地层接触，反映一种沉积后的后期改造作用，因而剥