前陆冲断带构造-沉积响应研究进展

前陆冲断带是前陆盆地内油气聚集的主要场所,也是油气勘探中最难的领域。对于前陆冲断带构造-沉积响应的研究,是伴随着前陆盆地的勘探分析开展的,并且在近年来随着勘探理论分析及技术方法手段的提高,其研究程度逐步提高。在大量文献、资料调研基础上,评述国内外前陆盆地冲断带构造-沉积响应研究历程及最新进展,并指出当前存在的关键问题与难点,对其今后研究发展趋势作出展望。

天山南北前陆盆地冲断带沉积砂体对构造逆冲作用响应动力学

通过对中西部前陆盆地冲断带垂直隆升高度与水平挤压缩短的分析,认为前陆冲断带的构造逆冲作用是一种综合作用,是分别由垂直方向的隆升力和水平方向的前展力组成的矢量合力,两种力的联合作用控制了冲断带的沉积充填特征。垂直隆升作用产生逆冲型断层,形成垂向运动位移量,使冲断带山体隆升、盆地沉降、产生可容纳空间。水平前展作用产生走滑型断层,形成水平滑动位移量,使山体前移、物源前进。由此,将天山南北前陆盆地冲断带古近纪—新近纪的构造逆冲作用划分为5个阶段,分别对应着3套粗粒沉积物与2套细粒沉积物。①古近系底部砂砾岩是早喜马拉雅运动初始期逆冲推覆的标志,同时也是以水平前展力为主阶段(垂直隆升力为辅联合作用)陆源碎屑沉积充填的产物;②新近系底部发育的砾质粗碎屑沉积体是中喜马拉雅运动初始期逆冲推覆重新活动的标志,是冲断负载初期以水平前展力为主构造逆冲作用的结果;③新近系顶部库车组/独山子组底部砾质粗碎屑沉积体发育在中喜马拉雅运动晚期,是基底回弹抬升后期、水平前展力作用下大量沉积物供给、砂体进积的产物。古近系与新近系的2套湖相泥岩沉积,是在垂直隆升力为主作用阶段,山体抬升导致山前挠曲沉降加剧,致使湖平面上升而出现广泛沉积的结果。

四川类前陆盆地盆-山耦合系统和沉积学响应

依据四川盆地晚三叠世须家河期至白垩纪盆地构造和沉积演化史的综合分析结果,认为该盆地属于发育在大型周缘前陆盆地基础上的陆内压性叠合盆地,具类前陆盆地性质。盆地形成和演化受周边龙门山、米仓山-大巴山和雪峰山3个造山带多期次非同步异方位的逆冲推覆活动控制,可划分为受盆缘造山带逆冲推覆作用控制的川西、川东北和川东南3个盆-山耦合次系统,区域上构成了独具特色的"三坳围一隆"构造-沉积格局。对应各造山带异方位的交替逆冲推覆活动,盆-山耦合过程又可划分为早期周缘前陆盆地(T3m→T3xt)、中期类前陆盆地(T3x→J3)、晚期萎缩衰亡(K)3个演化阶段。各演化阶段盆-山耦合过程的沉积学响应具有特征的异同性:差异性为对应各造山带逆冲推覆应力方位的变化,各亚阶段沉降-沉积中心位置各异,往复迁移于川西、川东北和川东南3个坳陷带;相似性为各次系统地层分布都呈自前缘坳陷带向前陆斜坡带和前陆隆起带上超减薄变细的楔状体,具有相似的沉积组合、相带展布和油气地质特征。

准噶尔西北缘前陆冲断带三叠纪—侏罗纪逆冲断裂活动的沉积响应

笔者从冲断活动的产物———各种成因扇体(冲积扇、水下扇、扇三角洲)出发,由160口单井剖面、15条联井剖面、8个层位平面渐次展开了准噶尔西北缘前陆冲断带三叠—侏罗纪逆冲断裂活动的沉积响应研究。三叠纪扇体在乌尔禾—夏子街地区发育叠置程度最好,T1b到T3b,其由盆内向盆缘老山方向退缩迁移明显,并具T1b到T2k1由盆缘向盆内、T2k2到T3b由盆内向盆缘迁移的2个进退波动变化。侏罗纪扇体在八道湾组最为发育,总体叠置关系较差,J1b到J2t,均呈由盆内向盆缘老山退缩沉积的退覆式迁移特征。三叠纪到侏罗纪,总体为由强到弱的退覆式冲断活动及扇体迁移模式,即随主要同生控扇断裂分布由盆缘向老山方向退缩迁移,冲断活动强度由盆缘向盆地方向逐渐减弱直至停息;相应地,各期扇体平面上分布规模渐小,总体呈由盆内向盆缘老山退缩迁移的沉积响应,两者耦合性良好。各类扇体的沉积分布受不同时期同生断裂活动的严格控制,其时空叠置及迁移规律的差异是红山嘴—车排子、克拉玛依—百口泉及乌尔禾—夏子街各构造带冲断作用地域性及作用强度差异性的沉积响应。进而引入“活动性指数”的概念与方法,对前陆冲断带同生断裂的冲断活动强度进行了定量化统计分析,并根据冲断推覆事件的地层、沉积标识划分出T1b-T3b、J1b-J2x、J2t三套构造层序,识别出三叠—侏罗纪的3个逆冲推覆幕、6次逆冲推覆事件。

东秦岭-大别造山带南缘印支期以来构造层序耦合特征分析

通过对东秦岭-大别山造山带南缘鄂东地区、荆当盆地、秭归盆地和川东北地区三叠纪-古近纪的构造层序对比研究,划分出三个大的构造层序,并分析了中上扬子地区印支期以来沉积盆地性质转换和迁移过程与构造层序的耦合关系,揭示了东秦岭-大别造山与成盆作用过程。认为早三叠世至中三叠世构造层序Ⅰ记录了扬子地台由克拉通盆地逐渐萎缩的过程,反映了印支期华北板块与扬子板块之间软碰撞未造山的过程;晚三叠世至早白垩世构造层序Ⅱ记录了前陆盆地的三次幕式演化过程,反映了早燕山期华北板块与扬子板块之间呈斜向、剪刀式由东向西陆-陆碰撞关闭以及前展逆冲叠置造山作用过程,与江南逆冲带联合作用形成前陆盆地沉降和沉积中心向西的迁移。晚白垩世至古近纪区域构造背景发生重大变化,构造层序Ⅲ记录了晚燕山期地壳快速均衡隆升,伸展断陷盆地形成演化过程。

河流砾-砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义

河流自山区流至下游盆地过程中,当所搬运的碎屑物在磨损和分选作用下逐步变细至中粗卵砾尺度时,河床沉积在一段相对短的距离内从砾石迅速转变为砂,这一粒度陡变的河段被称为砾-砂过渡带(Gravel-sand Transition,GST)。河流砾-砂过渡带现象具有时间和空间的普遍性。砾-砂过渡带被埋藏在地层中成为砾岩-砂岩过渡带,沉积盆地充填碎屑中的砾岩-砂岩过渡带的位置变化所反映的砾-砂过渡带时空演化历史对区域构造与气候变化有明确的指示意义。基于已有文献,对地质演化时间尺度下砾-砂过渡带的位置变化控制因素及其地质指示意义进行梳理和展望。对世界范围沉积盆地内砾-砂过渡带时空演化历史的重建表明,盆地沉降速率、沉积物供给量与供给沉积物初始粒度分布是控制砾-砂过渡带在盆地内相对位置的主要因素,且不同盆山关系下砾-砂过渡带空间变化具有不同的地质意义。盆山相对位置固定背景下,盆地沉积序列内砾-砂过渡带在垂直造山带方向上的水平迁移反映山脉隆升等构造活动或气候变化引起的盆地沉降速率、沉积物供给量变化;盆山相对汇聚背景下,前陆盆地内砾-砂过渡带向前陆方向的持续迁移反映盆地基底与造山带之间的汇聚过程,砾-砂过渡带迁移速率是约束地壳缩短速率的有效指标。

大巴山地区晚奥陶世—早志留世“宜昌上升”的沉积响应

奥陶纪—志留纪之交,大巴山地区处于宜昌上升的"湘鄂西水下隆起"和西乡上升的米仓山地区之间,长期以来缺乏系统的沉积特征研究。对此,本文从沉积学角度出发,对该地区晚奥陶世临湘组—早志留世龙马溪组沉积特征进行垂向上分析,并开展横向上对比。结合前人的古生物研究成果,笔者等认为该地区晚奥陶世—早志留世存在两幕次的构造—沉积响应,时间上与宜昌上升同步,第一幕发生在凯迪早期临湘组沉积时期,波及范围广,为主幕,主要与扬子北缘扬子板块向华北板块持续俯冲有关,为扬子北缘被动大陆边缘前陆隆起向陆地一侧迁移的结果;第二幕发生在赫兰特期观音桥段沉积时期,可能还包含了凯迪末期和鲁丹早期,为次幕,由赫兰特期冰川作用导致海平面下降所致,位置上大体上与第一幕重合。大巴山东段神农架地区的局部抬升事件是扬子东南缘广西运动远程效应和扬子北缘扬子板块向华北板块俯冲共同作用的结果。这些成果认识对扬子北缘大巴山地区奥陶纪—志留纪之交的构造—沉积演化研究具有重要的地质意义。