沉积盆地分析 美国科罗拉多州和犹地州盆地二叠系的地层格架是一典型实例（图1）该盆地平面上为不规则半圆状, 剖面上显示出不对称形态盆地内部几何形态采用岩性地层单元来反映盆地北东部Cutler群被看作一个单元, 由厚达5000m以上的砾岩、长石砂岩和红色页岩组成, 代表沿Uncompahgre隆起带边缘一线的冲积扇和河流沉积盆地西南部四个组分别构成四个单元, 厚均1000m,最老的Halgaito组为红色粉砂岩、砂岩和页岩, 组Ceder Mesa组为砂岩,Organ Rock组为红色粉砂岩和页岩, 顶部的Dechelly组为风成砂岩, 总体上代表了Cutler冲积扇、河流向外侧的古地理扩展和当时的冰水沉积相当然, 如果描绘整个paradox 盆地的地层格架时, 则二叠系的五个岩性地层单元均可看成一个时间地层单元在研究盆地的地层格架的同时, 很有必要了解其控制因素一般说来, 其控制因素不外乎三种：（1)沉积物的沉积速率；(2)盆地的沉降速率；(3) 海平面的变化速率这些因素及其相互关系决定了盆地的地层格架Curtis 在假定海平面不变的前提下例举了盆地三角洲复合体充填过程中沉积速率（Rd）和沉降速率(Rs)之间的关系( 图2)。
这种关系对地层格架的形成起到了控制作用当沉积速率大于沉降速率时，地层格架表现出前积型；当沉积速率小于沉降速率时, 地层格架表现为退积型；当沉积速率等于沉降速率时，地层格架趋于稳定图2 三角洲复合体中沉积速率（Rd）与沉降速率（Rs）之间相互关系层的堆积性质是指地层单元的性质, 最终涉及到沉积环境区域和地方性层的式样的圈定能提供许多有关沉积过程和沉积环境的信息按盆地分析流程, 在详细研究地层格架前期必须做大量地层对比、沉积相分析和沉积体系研究工作, 这样才能正确地选择和划分出地层单元的界线, 确定地层单元的性质尤其在这种基础上的岩性地层单元或岩性单元的划分无疑更能有效地反映层的堆积性质, 最终体现出沉积环境例如，前陆盆地在剖面上具明显的不对称性, 靠近褶皱山系一侧为陡坡地形, 靠近地台一侧为缓坡( 图3)由于这种地形上的不对称性, 致使前陆盆地中沉积相的平面分布出现不对称性盆地发育早期, 靠近褶皱山系一侧以深海浊积扇沉积为主, 靠近地台一侧为浅水台地相沉积盆地发育中期, 褶皱山系一侧为大陆斜坡相沉积, 中间为过渡型沉积, 地台一侧为三角洲河流相沉积; 盆地发育晚期, 褶皱山系一侧为扇三角洲, 地台一侧为河流、冲积扇、沼泽等, 中间为湖泊、三角洲沉积, 其中以扇三角洲、冲积扇、河流相沉积为主。
从整个发展阶段看, 前陆盆地沉积序列早期以深海沉积和台地沉积为主, 到了中晚期则以陆相沉积为主, 沉积最厚图3 阿巴拉契亚前陆盆地沉积相域几何结构图从垂向序列上看, 前陆盆地的沉积具反粒序特点, 其形成、发展和消亡的演化历程为一逐渐水退的过程早期为非补偿型沉积, 中期为近补偿型沉积, 晚期则为超补偿型沉积,反映了前陆盆地发生、发展及消亡的过程三）构造分析在油气勘探活动中, 盆地构造分析是石油地质学家十分重视的课题之一盆地整体动态的研究, 就是分析盆地在时间和空间上的演化过程和地球动力学背景, 分析盆地在内外地质作用下其性质发生改变的过程、盆地内部的形变特征及其形成的周围构造环境, 包括盆地与造山带的相关关系构造分析主要包括了基底构造特性, 古构造运动面及构造演化阶段, 各演化阶段基本构造单元划分, 构造样式及其配置, 盆地整体构造格架其中古构造运动面的识别是划分盆地演化阶段确定高级别层序地层单元边界的重要基础, 识别和划分盆地中隆起和坳陷的次级单元及其配置关系是盆地整体构造格架分析的最重要的内容近年来, 随着盆地研究的逐步深入, 盆地构造分析在理论和实践方面均取得了重大进展盆地分析已开始从盆地分类学转向对盆地动力过程的研究, 强调盆地整体动力作用和盆地形成过程,注重盆地各演化阶段原型的分析。
1、盆地类型与地球动力学的关系从盆地形成的动力学系统来看, 主要有3种地壳应力环境：（1）裂陷盆地其最大主压应力轴是垂直的；（2）压陷盆地其最大主压应力轴是水平的；（3）走滑盆地其最大主压应力轴与最小主压应力轴都是水平的（图4）这种分类与板块边界的种基本类型和盆地边界的控盆断层是一致的，这一分类图解已为Miall 所引用图4 沉积盆地形成与3个主应力系方位多年来, 有关盆地分类学和动力学模型的研究已做了大量工作目前广泛采用的盆地分类方案主要有两种: 即以现今盆地的基本特征和与板块构造背景的密切关系为依据, 将盆地分为克拉通盆地, 陆内、陆间裂谷盆地, 被动大陆边缘盆地, 弧前、弧后盆地, 前陆盆地和走滑盆地等; 和以盆地形成的地球动力学特征为依据, 将盆地分为与张性(伸展) 、压性(缩短挠曲) 和与走滑作用有关的(扭性) 盆地很显然, 前者反映的是盆地的地貌构造类型, 而较少考虑地球动力学背景, 后者反映的则是盆地形成过程的应力状态沉积盆地作为基本的构造单元, 受盆地周围构造环境、边界条件和深部地质作用等因素的控制, 其演化和形成过程是复杂的, 在不同的阶段是变化的, 任何一种理想化的静态的盆地动力学模型往往很难概括盆地形成的具体过程与特性。
如我国西部塔里木盆地, 经历了由古生代被动大陆边缘盆地和中生代前陆盆地很长的历史演化过程, 各阶段盆地动力学特点不同即使是中、新生代盆地不同的阶段其动力学特点也不同, 如位于华北地块南缘褶皱基底上的周口坳陷为一个具挤压和伸展双重性质的复合性盆地, 中生代(J3—K1) 为与大别造山带造山和造山后伸展作用相关的缩短挠曲或前陆盆地; 新生代为发育在刚性岩石圈内的拉张断陷, 其形成机制与华北裂谷盆地在岩石圈深部地质作用和热活动等方面存在很大的差异因此, 近年来盆地分类趋向于由繁向简,向更具实用性的方向发展如1992 年Perrodon 将含油气盆地分为大陆裂谷型、地台型和造山带型3 种基本类型; 李德生将中国的含油气盆地分为拉张型、克拉通内坳陷型和造山带型挤压盆地朱夏根据中、新生代和古生代盆地两种截然不同的地球动力学背景将中国的沉积盆地分为两大范畴, 并提出活动论和阶段论的观点, 强调以历史观和活动论作为盆地分析的基本指导思想陈发景则认为中国的中、新生代盆地主要是板内盆地, 应在确定盆地动力学背景的前提下, 对盆地的基本原型作进一步细分正如Dickinson所指出, 静态的盆地分类学应该走向更具动力学和适应性的分类, 盆地研究的重点应从盆地类型转向盆地的基本形成过程。
由此可以认为, 分析不同演化阶段原型盆地的动力学背景, 对盆地的动力学做更精确的历史过程分析, 往往比确定某些理想化的盆地类型更为重要2、盆地与造山带的耦合关系有关盆地与造山带的耦合关系, 以前陆盆地类型的研究较为深入前陆盆地是在造山过程中构造负荷、沉积负荷和水平挤压应力的共同作用下, 导致地壳挠曲沉降和缩短形成的前陆盆地一般分为两种基本类型, 即周缘前陆盆地和弧后前陆盆地, 前者与板块间的陆陆碰撞有关, 后者与板块边缘的陆弧碰撞有关近年来, 对大陆内造山活动和大陆内地质过程的深入研究, 改变了人们以往关于造山带主要表现为以挤压构造发育为特点和关于挤压造山作用的一些传统认识提出了晚(后)造山阶段的伸展构造, 以及大陆内伸展造山作用的新认识, 开始注意到造山带型盆地沉降与造山隆起(挤压造山和伸展造山) 的密切关系及陆内造山活动的多期性和阶段性如我国西部南天山造山带与库车凹陷带, 中部贺兰山隆起与两侧的巴音浩特盆地、银川地堑和鄂尔多斯西缘坳陷带, 中生代以来为陆内造山, 且挤压造山和伸展造山活动分阶段交替进行这类盆地构造样式与前陆盆地类似, Graham归纳为碰撞后继盆地, 刘和甫根据其动力学特点称为再生前陆盆地和分割前陆盆地。
笔者曾对周口坳陷的形成与大别造山隆起带的耦合关系、动力学特点进行分析, 确定在伸展造山作用下盆地沉降与造山隆起是同步的, 且强度保持一致; 盆内火山岩岩石化学特征与典型的造山带特征基本相同, 分属两个系列, 为向富碱方向演化的钙碱系列和碱性系列地壳和岩石圈结构发生明显变化, 岩石圈厚度由厚减薄, 岩浆活动由深变浅盆地沉降中心随造山带范围扩大逐渐向前陆转移迄今为止, 国内外关于晚造山阶段盆地类型与形成机理的研究尚不多见, 存在较大的争议和不确定性一般用伸展塌陷作用来进行解释, 即当碰撞板块边界应力消失后, 造山带就开始在其重力作用下发生伸展垮塌, 形成伸展构造和裂陷但是这种伸展作用大多数不具有区域上的意义, 没有显著的应变, 而且相对发生的时间较短因此, 系统研究晚造山阶段盆地类型、盆地形成与造山带的耦合关系, 对于深化大陆构造地质学和盆地动力学的研究, 重新评价造山带盆地具有其理论和实际意义3、盆地内构造变形与动力背景关系沉积盆地的构造变形主要受应力、重力的控制, 构造形变特征是盆地演化历史过程中地球动力作用的综合反映系统分析盆地内各种类型的构造特征与样式、形成机制以及空间展布规律, 有助于恢复盆地演化阶段的动力学特点。
第4 期孙家振:含油气盆地构造分析的认识与实践537J1D1Lowell对各种类型的构造样式、发育的板块构造背景、形成的机制进行了系统的总结实践证明, 盆地性质不同其构造样式、组合特征和分布规律也不同如伸展盆地受拉张应力作用, 发育正断裂系统和块断构造, 裂谷系和被动大陆边缘盆地则往往发育具同生性质的铲形正断裂体系和滚动背斜; 压性盆地受挤压应力作用, 发育逆冲断裂体系和各种规模不等的挤压褶皱、滑脱褶皱; 与走滑作用有关的盆地受张扭或压扭应力的作用, 其典型构造为各种花状构造、斜列式的雁行构造盆地在演化过程中受多种因素控制, 盆地整体或局部发生性质转换而使盆地内构造变形复杂化近年来, 反转构造的提出即是对盆地性质和构造变形发生改变的认识的深化如我国伸展盆地内一般缺乏典型的在重力作用下的滚动背斜构造, 构造隆起规模和幅度往往比较大, 可能与盆地性质后期发生转换叠加的挤压应力作用有关对于与走滑作用有关的盆地, 受盆地边界条件限制和块体差异活动强度的影响, 张扭或压扭应力交替作用, 盆地内构造样式及其组合特征较为复杂如位于郯庐断裂北段的伊通地堑和红河断裂带南端的莺歌海盆地的形成均具有走滑伸展双重性质, 盆地内构造样式表现为张性和压性构造共存的特点。
4、盆地内构造活动与油气分布的关系近年来, 有关油气藏的形成与分布, 从背斜控油理论发展到源控论和石油系统论, 取得了一系列重大的进展如复式油气聚集(区) 带的成矿理论和断裂活动对油气的控制作用的认识, 以及流体动力学的研究与超压流体幕式突破概念的提出等研究表明, 油气藏形成过程是复杂的, 盆地形成过程对油气的生成、运移、聚集和保存具有重要的控制作用, 不同类型的盆地其构造活动的历史和动力学机制不同, 对油气的控制作用也不尽相同, 形成风格各异的含油体系如莺歌海盆地形成了以快速沉降、快速堆积、高温高压为特点, 岩性均一, 泥质含量大, 易于形成超压流体囊, 在走滑伸展扭张应力作用下, 盆地内流体包括油气以幕式突破方式的垂向运移为主, 盆地内发育大规模的底辟构造就是这种超压流体向上突破的具体反应油气主要位于底辟构造侧翼和上覆地层中, 底辟构造活动主体为压力释放带和流体通道对于东部的一些陆相断陷盆地如泌阳凹陷、济阳坳陷、江汉盆地, 在相同的快速沉降和高温条件下, 受岩性非均质性的影响, 发育异常高压层但不能形成大规模超压流体囊和幕式突破在重力作用下盆地内发育塑性流动构造, 但未刺穿或微弱刺穿, 油气以侧向运移为主。
油气的分布受多期断裂活动和断块升降运动的控制, 主要位于与断裂、不整合等运移通道相关联的各类复合性圈闭中, 形成复式油气聚集带四）能量场与流体系统分析能量场与流体系统分析主。