被动大陆边缘页岩沉积古环境及其对有机质富集的控制:以上扬子渝北地区下志留统龙马溪组为例

目前对于被动大陆边缘沉积古环境演化的研究相对较少,特别是对上升洋流活动变化规律认识不足,导致对有机质富集主控因素认识不清。据此,以渝北地区下志留统龙马溪组为例,基于岩心/露头、矿物岩石学、有机地球化学和元素分析等资料,探讨被动大陆边缘页岩沉积古环境及其对有机质富集的控制。研究表明,区内有机质富集受保存条件、陆源输入和古生产力水平等因素控制,但不同时期主控因素存在差异:鲁丹期(LM1-LM5沉积期),保存条件、陆源输入和古生产力水平共同控制有机质富集,TOC含量最高;埃隆早期(LM6沉积期),盆地进入挠曲—迁移期,构造活动增强,渝北地区障壁开口打开,上升洋流活动增强,保存条件变差是造成TOC含量降低的主因;埃隆中期(LM7沉积期),迁移作用增强,障壁开口进一步打开,上升洋流活动达到最强,保存条件变差和古生产力水平急剧升高是导致TOC含量与LM6沉积期差异不大的主因;埃隆晚期(LM8沉积期),障壁开口向西北方向迁移,TOC含量降低,有机质富集主控因素与LM1-LM5一致;特列奇早期(LM9沉积期),海平面降至最低,以富氧环境为主,TOC含量降至最低,保存条件是控制有机质富集的主要因素。总体而言,研究区不同时期有机质富集主控因素变化与构造活动和海平面变化引起的沉积古环境变化密切相关。

沉积过程对被动大陆边缘构造热演化影响研究

在被动大陆边缘形成过程中,沉积过程会促进岩石圈挠曲均衡调整和产生沉积热披覆效应,影响大陆边缘结构和热演化过程,是被动大陆边缘伸展破裂机制研究和油气盆地烃源岩演化的重要控制因素。本文总结了被动大陆边缘构造热演化研究进展,分析了沉积过程对其构造热演化的影响。多种地质证据表明,沉积-剥蚀过程会通过调整裂谷体系中的负载分布和地壳后续变形等,对裂谷断层发育、大陆边缘形态及对称性、裂后异常构造沉降和岩浆作用等有重要影响。然而,目前被动大陆边缘形成过程数值模拟研究仍较少考虑二维(2D)或三维(3D)剥蚀-沉积过程,不能较好地恢复沉积盆地热史和生烃史。通过耦合2D或3D沉积过程的岩石圈构造演化模型,可以对被动大陆边缘构造热演化带来新的、全面的认识。

被动大陆边缘张裂特征与南海北部陆缘构造属性

大陆边缘研究是板块构造运动史重建、地球环境演变研究与矿产资源开发的关键。火山型(volcanic passive margins)与非火山型(magma-poor passive margins)大陆边缘作为被动大陆边缘的2种基本类型,在结构特征、演化过程、洋陆过渡带等方面存在一定的相似之处,但二者在形成机制、构造过程、沉积特征等方面显著不同。向海倾斜的基底反射层(SDRS)以及其下高速异常体是火山型被动大陆边缘的典型标志,而非火山型被动大陆边缘以低角度拆离断层(S反射面)为主要标志。我国南海地处三大板块与两大构造域的结合部,构造特征复杂,北部大陆边缘构造属性一直备受争议。以国外典型被动大陆边缘研究成果为基础,开展多尺度构造综合研究与数值模拟分析,是行之有效的研究手段。

东非被动大陆边缘盆地结构构造差异与油气勘探

基于板块构造理论,通过研究地震、地质及相关文献资料,恢复东非被动大陆边缘主要地质时期原型盆地及岩相古地理,开展盆地结构构造特征及其沉积充填差异分析,结合已发现的15个油气藏解剖,建立3种成藏模式,探讨该区有利成藏组合及下一步勘探方向。东非被动大陆边缘盆地群历经晚石炭世—三叠纪卡鲁(Karoo)期陆内夭折裂谷、侏罗纪陆内—陆间裂谷及白垩纪以来的被动大陆边缘盆地3个原型阶段,各个盆地裂谷层系普遍发育,受拗陷期沉积充填厚度大小影响,形成"断陷型"、"断坳型"和"三角洲改造型"3类被动陆缘盆地:"断陷型"拗陷期沉积最大厚度小于3 000 m,形成"单源-构造型"成藏模式,勘探方面以寻找裂谷层系顶部发育的大型构造类圈闭为主;"断坳型"拗陷期沉积最大厚度大于5 000 m,形成"双源-双组合型"成藏模式,勘探方面以上、中斜坡大型滑动—滑塌—碎屑流沉积砂体为目标;"三角洲改造型"拗陷期沉积最大厚度大于6 000 m且发育高建设性三角洲,从岸向海形成独特生长断裂、泥底辟、逆冲推覆、前渊缓坡四大构造带,形成"三源-多组合型"成藏模式,其四大构造带均可形成大型油气田。

被动大陆边缘盆地分类及其油气分布规律

基于板块学说理论,综合对比研究全球66个被动大陆边缘盆地的地震地质,根据盆地结构构造差异将该类盆地划分为断陷型、无盐断坳型、含盐断坳型、无盐坳陷型、含盐坳陷型、三角洲改造型和正反转改造型7个亚类。全球被动大陆边缘盆地是伴随中、新生代大西洋、印度洋等的形成而生成的,经历了裂谷期陆内裂谷、过渡期陆间裂谷、漂移期被动陆缘3个原型阶段的叠加。"断陷型"盆地以下部湖相/海相裂谷层系油气系统为主,上部较薄的坳陷层系仅作为区域盖层,大油气田主要富集于裂谷层系构造类圈闭之中;"无盐断坳型"盆地下部裂谷层系与上部坳陷层系均较发育,裂谷层系发育构造型成藏组合,坳陷层系斜坡扇体油气富集程度高;"含盐断坳型"盆地大油气田主要富集于盐下裂谷层系潟湖相碳酸盐岩和盐上坳陷层系深水斜坡扇;"无盐坳陷型"盆地因具有"窄陆架、陡陆坡型"盆地结构,大油气田主要分布于坳陷层系海底扇群中;"含盐坳陷型"盆地仅坳陷层系油气系统活跃,发育斜坡扇、盐构造及生物礁等多类圈闭;"三角洲改造型"盆地从岸向深水形成独特的生长断裂-泥底辟-逆冲推覆-前渊缓坡4大环状构造带,各带上均可形成大油气田;"正反转改造型"盆地属受中新世以来全球造山影响的被动大陆边缘盆地,油气富集于反转层系挤压背斜之中。

东非被动大陆边缘盆地构造—沉积特征及其对大气田富集的控制作用

东非海域近5年来发现了一系列大气田,主要分布于鲁武马盆地和坦桑尼亚盆地,可采储量达3.8×1012m3。通过区域构造演化、盆地构造—沉积特征研究,认为该区主要经历了3期构造—沉积演化阶段:1晚石炭世—早侏罗世卡鲁裂谷期,以河流相、湖相和三角洲相沉积为主;2中侏罗世—早白垩世马达加斯加裂谷期,以陆相和浅海相沉积为主,发育主力烃源岩;3晚白垩世—第四纪马达加斯加漂移期,以被动大陆边缘沉积为主,海底扇、斜坡扇和重力流水道等浊积砂岩构成主力储层,泥岩构成良好的区域性盖层。大气田主力成藏组合包括鲁武马盆地渐新统—上新统、古新统—始新统砂岩及坦桑尼亚盆地渐新统、上白垩统砂岩。鲁武马盆地大气田主要分布于深水区逆冲断层带及其前缘,重力滑塌和侏罗系盐底辟构造使鲁武马三角洲前缘广泛发育逆冲断层带,逆冲断层成为良好的油气运移通道,油气自深部烃源岩向上运移、聚集于逆冲断层带砂岩储层中;坦桑尼亚盆地大气田主要分布于斜坡重力流水道砂岩中,南北向正断层控制油气富集。

巴西被动大陆边缘盆地群大油气田形成条件

基于板块构造演化与岩相古地理特征,确定了巴西东海岸被动大陆边缘盆地群经历了早白垩世巴雷姆期陆内裂谷、阿普特期陆间裂谷、阿尔比期以来的被动大陆边缘3个原型阶段,分别充填了湖相及河流三角洲、过渡相碳酸盐岩与蒸发岩、海相碎屑岩为主的沉积体系。其中,陆内裂谷阶段湖相烃源岩为大油气田形成奠定了丰富的资源基础;陆间裂谷期碳酸盐岩及被动陆缘阶段海相浊积砂体形成两类优质储集层;陆间裂谷期蒸发岩及被动陆缘阶段海相页岩分别为碳酸盐岩及浊积砂体形成高效区域盖层。裂谷期湖相烃源岩始新世—中新世开始生排烃,油气首先沿裂谷期断层及砂砾岩体进入盐下储集层中,如果不发育盐窗,油气直接被盐岩高效封盖在下伏的以碳酸盐岩为主的地层中,形成盐下碳酸盐岩成藏组合;否则油气则会沿盐运动形成的断层运移至盐上被海相页岩"包裹"的浊积砂体之中富集,形成了"双保险"型大油气田成藏模式。搞清该盆地群大油气田的主控因素与成藏模式,不但深化了被动大陆边缘盆地油气富集规律,而且能为中国石油公司制定南美油气发展战略奠定地质基础。

南大西洋被动大陆边缘盆地大油气田形成条件与分布规律——以巴西桑托斯盆地为例

南大西洋被动大陆边缘主要经历了前裂谷期、裂谷期、过渡期、漂移期4个演化阶段,发育了4套相应的沉积层序,并形成了巴西(坎普斯、桑托斯及埃斯皮里图桑托盆地等)和西非(尼日尔三角洲、下刚果、加蓬及宽扎盆地等)沿岸一系列被动大陆边缘盆地。近年来,桑托斯盆地深水区发现了Tupi和Jupiter等多个巨型油气田,作为典型的南大西洋被动大陆边缘盆地,其具有代表性的油气地质条件与分布规律可为其他盆地对比和借鉴。桑托斯盆地主力烃源岩为盐下巴雷姆阶—下阿普特阶湖相页岩和盐上赛诺曼阶—马斯特里赫特阶深海相页岩,储层包括盐下裂谷期的湖相碳酸盐岩与盐上浊积砂岩,南大西洋广泛发育的阿普特阶蒸发岩为区域盖层,同时这套蒸发岩对整个盆地的圈闭形成及油气运聚起着控制作用。结合该盆地发育的Guaratiba—Guaratiba/Guaruja/Ilhabela和Itajai-Acu-Ilhabela/Marambaia两个含油气系统与Guaratiba、Guaruja及Ilhabela等5个成藏组合特征,总结了桑托斯盆地大油气田的分布特点与控制因素,对比巴西与西非其他盆地的油气地质条件,分析认为南大西洋深水区盐下裂谷期沉积地层油气资源丰富,勘探潜力巨大,可作为今后油气勘探的重点目标。

非洲东西部被动大陆边缘盆地油气分布差异

以板块构造理论为基础,通过分析非洲东西部被动大陆边缘盆地的形成和演化,对比盆地的勘探数据,总结了两个地区的石油地质条件与油气分布差异,并探讨了其成因。非洲东西部共发育30个被动大陆边缘盆地,该类盆地是冈瓦纳大陆裂解,非洲与南北美洲、南极洲、印度分离的产物。板块分离过程的演化差异引起了不同的构造和沉积特征及油气分布差异。西非三角洲盆地和盐拱发育的含盐被动大陆边缘盆地油气资源丰富,尤其是深水区的油气资源量要远远大于东非,这是由于西非盆地形成时发育了巨厚的高品质烃源岩和塑性地层,且上覆有大型水系带来的巨厚碎屑岩沉积物,有利于烃源岩成熟及深水浊积砂岩、同生断层及变形构造圈闭的形成。

被动大陆边缘伸展–破裂过程研究进展

深地震探测、大洋钻探及野外露头观测等技术方法的联合运用,极大地推动了对大陆边缘地质过程的认识。目前对大陆边缘,尤其是对被动大陆边缘的结构、演化和发育机制的认识,正在经历一场前所未有的变革。文章从基本的概念和分类开始,综述了全球已探测到的几种主要大陆边缘类型的盆地结构、深地壳?岩石圈结构、圈层速度、沉降特点和破裂方式的研究进展,讨论了被动大陆边缘的发育和演化的机制。综合已有研究进展,指出富岩浆型和贫岩浆型陆缘在裂前和裂陷期具有相似的岩石组成和裂陷结构特征,只是在破裂前后由于岩浆量的不同而发生了结构的分异。贫岩浆型陆缘中的全岩石圈断裂型、上地壳过渡型、下地壳剥露型、上地幔剥露型,甚至下地壳+上地幔剥露的组合类型陆缘,是被动陆缘在张裂期由于岩石圈各层流变结构等因素的差异发生分异演化的结果。贫岩浆型陆缘下地壳高速体主要来源于地幔蛇纹岩化,而富岩浆型陆缘则主要来源于高温地幔熔融产生的底侵或侵入,局部可能继承了前张裂期的高速变质岩体。上述大陆边缘研究成果为研究南海的结构和演化提供了很好的对比和借鉴。

被动大陆边缘大型峡谷供给型深水扇沉积与油气成藏——以西非刚果扇为例

被动大陆边缘大型峡谷供给型深水扇是一种典型且重要的深水扇类型,深入了解其沉积和油气成藏特征对于全球相同类型深水扇认识的深化具有很强指导意义。通过对第四纪刚果扇调查数据的梳理和解剖,认为第四纪刚果扇是由分割的北扇、南扇和轴扇叠置而成,各分割扇体内发育多套浊积体系。东西方向上各分割扇体以向海进积为主,扇体内水道体系沉积中心东西向迁移距离约100km;南北方向上扇体从北部—南部—中部逐渐迁移,分割扇体内部的浊积体系分别呈逆时针(北扇)、顺时针(南扇)和从SE向NW(轴扇)迁移。沉积构型要素以水道—天然堤和前端朵叶体为主,平面呈"树枝—树叶"网状。扇体发育主要受物源体系、气候和盐岩变形等异源因素控制。分析指出古代刚果扇与第四纪刚果扇具有相似沉积特征。统计分析表明,刚果扇具有较好的油气成藏条件,其烃源岩是赛诺曼阶—马斯特里赫特阶海相页岩,储层是渐新统—中新统水道或水道复合体砂岩,油气被层间页岩局部封盖,在地层—构造和地层等圈闭内成藏。现阶段油气勘探应以陆架边缘下切水道及峡谷边缘上扇部分网状决口水道为重点。

西非被动大陆边缘重力滑脱构造体系下的塑性构造

论述了西非被动大陆边缘深水环境下的重力滑脱构造体系中的塑性构造。研究发现塑性地层在整个西非被动大陆边缘都有分布,且盐岩塑性层主要分布在西非被动大陆边缘的西南部和西北部,发育层位为过渡期(J-K)构造层之内;中部尼日尔三角洲等塑性层主要为泥岩塑性层,发育层位为古近系和新近系。根据重力滑脱构造体系发育特征可划分为:以正断裂和塑性焊接构造为主的上部重力滑脱伸展构造、以底辟构造为主的中部重力滑脱底辟构造、以冲断裂、塑性褶皱和塑性冲断构造为主的下部重力滑脱冲断构造。根据塑性构造上覆地层的变形过程,塑性构造演化主要经历了后生变形期和同生变形期。塑性构造变形机制主要受基底掀斜作用和上覆地层的沉积速率控制。塑性构造中的底辟、褶皱、冲断及塑性焊接构造对油气成藏的控制作用依次减弱。

典型被动大陆边缘深水盆地构造演化与层序地层学分析

深水油气勘探是当前全球油气勘探的热点和最具发展潜力的新领域,研究被动大陆边缘深水盆地的构造演化过程和层序地层学特征无疑具有重要的理论和实践意义。通过对典型被动大陆边缘深水盆地的综合研究,分析了被动大陆边缘深水盆地的构造演化过程和层序地层学特征,认为被动大陆边缘深水盆地"经历了四大区域构造演化阶段(大陆开裂、大陆裂谷、新生大陆边缘、成熟大陆边缘),相应发育三个不整合(裂开不整合、分离不整合和陆裾转换不整合),可划分为四大构造层序(大陆开裂层序、大陆裂谷层序、新生大陆边缘层序和成熟大陆边缘层序)"。

西非被动大陆边缘构造演化特征及动力学背景

通过对西非被动大陆边缘结构、构造特征,以及边缘发育演化简史的分析,探讨了西非被动大陆边缘形成演化的动力学背景。西非被动大陆边缘的演化主要经历了"同裂谷阶段"、"过渡阶段"和"后裂谷阶段"3个过程,不同构造阶段控制了不同构造样式和沉积分布特征,而控制西非大陆边缘形成、演化的主要动力学因素则是那些发育在长期稳定的非洲板块之下的、由于热聚集而形成的地幔热柱。这些地幔热柱所起的作用不尽相同,其中以早白垩世的Tristan热柱和早渐新世的Afar热柱的作用最为重要。Afar热柱产生的热岩浆是将非洲大陆板块"焊接"、固定起来;而Tristan热柱起到了使南美大陆和非洲大陆分离开的作用。

残留被动大陆边缘盆地——一种被忽略的盆地类型

各种盆地分类中人们忽略了一种盆地类型,即“残留被动大陆边缘盆地”。这种盆地发育在大洋中脊,随着板块会聚已经俯冲到活动大陆边缘之下,大洋收缩到十分狭窄的程度但仍然保持被动大陆边缘的基本性质,且由于俯冲板块的板块拉力和挠曲造成的表层张力张性正断层活动较强烈。由于这种盆地是板块尚未碰撞时发育的,因此与前陆盆地还没有必然联系,随着板块碰撞和前陆盆地的形成,它可以演化成残留洋盆地前陆盆地。广西“钦防海槽”和“十万大山”盆地区,由于早古生代的华夏古陆并不是一个统一的古陆块,因此在中奥陶世—志留纪武夷、闽台微陆块向华南古板块拼贴时,“钦防海槽”即处于“残留被动大陆边缘盆地”演化阶段,其后经历了早泥盆世残留洋盆地、晚古生代特提斯被动大陆边缘盆地、晚二叠世早期前陆盆地、中生代前陆盆地和新生代走滑断陷盆地的盆地性质转化过程。

南大西洋两岸被动大陆边缘盆地油气地质特征对比

通过对南大西洋两岸被动陆缘盆地构造演化、地层发育、成藏要素以及盆地勘探数据的对比分析,总结了两个地区的石油地质条件及油气分布差异,并初步探讨了其成因。西非被动陆缘盆地油气资源量远大于南美东部被动陆缘盆地,前者油气主要赋存于盐上层序,以构造、构造-地层圈闭为主;后者以盐上层序为主,盐下次之,构造-地层圈闭居多。两岸被动陆缘发育的宽窄程度不同,西非大陆边缘宽、窄相间发育;南美东部则具中、南部宽北部窄的特点。总体上,西非沿岸盆地烃源岩品质及成熟度要优于南美东部沿岸盆地,且前者盐上多发育深水浊积砂体,油气运移主要受断裂的控制,以垂向穿层(盐岩)运移为主;而后者盐下碳酸盐岩储集层可能广泛分布,油气运移兼有垂向和侧向运移,油气运移受断裂、不整合和岩性多种因素共同控制。

西非被动大陆边缘盆地大油气田形成条件分段对比

以板块学说为理论基础,利用多渠道资料来源,研究了西非沿海原型盆地形成演化过程,分段对比了古沉积环境变化及其对大油气田形成条件的控制作用,建立了"三段""四类"盆地大油气田成藏模式。研究认为,"三段"盆地都经过了陆内裂谷、过渡期陆间裂谷及漂移期被动大陆边缘3个原型阶段,南段"裂谷层系发育型"盆地由于被动陆缘层系不发育,形成"裂谷层系构造-地层型"大油气田成藏模式;中段含盐型盆地以过渡期陆间裂谷盐岩充填为特征,其上、下的漂移期海相及裂谷期湖相沉积均可形成优质烃源岩,盐岩及海相页岩作为优质盖层,形成了"双源-双盖型"成藏模式;北段转换型盆地漂移期海相沉积厚度大,"窄"陆棚、"陡"陆坡型盆地边缘形成了"漂移期浊积砂体群型"成藏模式。尼日尔高建设三角洲盆地形成了独特的"三角洲基浊积砂体型"成藏模式,内环滚动背斜带油气最富集,中环泥运动背斜带、外环逆冲挤压背斜带的浊积砂体中都有大油气田发现。

西非被动大陆边缘盆地盐构造对油气的控制作用

西非被动大陆边缘盐盆地是目前世界油气勘探的重点和热点地区,近年来该区发现的油气与盐构造密切相关。西非被动大陆边缘盐盆地主要集中于安哥拉—喀麦隆段,普遍发育厚层盐层,厚度最大可达1500m,分布范围平均宽度约300km。盐盆地的发育具有明显的分段性,横向上可以将盐盆地划分为坡上伸展区和坡下挤压区。伸展区又可以细分为坡上构造带、生长断层带以及底辟构造带,以发育掀斜地块、滚动构造和龟背斜构造为特征,宽约100～150km;挤压区主要发育盐席、盐舌、逆冲断层和短波褶皱,宽为100～200km。伸展区和挤压区都具有良好的勘探前景,伸展区油气储量比挤压区略大。与盐构造相关的圈闭包括拱形圈闭、盐刺穿侧向封堵和断层遮挡圈闭、不整合圈闭、构造-岩性圈闭等,其中拱形圈闭是非洲西部最有潜力的圈闭。

南海共轭被动大陆边缘洋陆转换带构造特征

南海被动大陆边缘洋陆转换带与典型洋陆转换带相比有其特殊性,南海共轭被动陆缘的构造运动、火山活动以及海底地形的差异表明南、北洋陆转换带具有不同的构造特征。本文利用多条多道地震反射剖面和重力异常数据,研究南海共轭被动陆缘洋陆转换带构造特征差异性,探讨南海被动陆缘的类型和伸展模式。南海北部陆缘洋陆转换带可以划分为两种类型:一类以前缘铲状断块为界与洋壳区分,发育有裂陷期断陷、火山带(埋藏海山带)和不十分发育的向海倾的掀斜断块带;另一类则以海山为界,发育裂陷期断陷、宽缓的低凸起和火山或海山。深反射地震特征显示出了下地壳高速层的存在。南部以裂陷期断陷和明显的向海倾的掀斜断块为特征,以前缘铲式断层为界与洋壳区分。自由空间重力异常由陆向海从高异常值过渡为低异常值再到高异常值,预示着地壳由陆壳→过渡壳→洋壳的变化。结果表明,南海共轭被动陆缘更可能属于非火山型被动大陆边缘,其洋陆转换带的构造差异主要受岩石圈差异伸展变形控制。

世界主要被动大陆边缘深水含油气盆地生储盖组合发育规律

世界被动陆缘深水含油气盆地的演化可划分为裂前期、裂谷期以及裂后期(被动陆缘期),裂后期又可划分出热沉降期和漂移期两个亚期。裂谷期发育的裂谷层序和漂移期发育的漂移层序是构成生储盖组合的主要层序。统计发现,盆地的生储盖组合主要有裂谷期生储盖、裂谷期生或混生-漂移期储盖和漂移期生储盖三种组合。三种生储盖组合类型均主要发育海陆过渡相烃源岩、深海相浊积砂岩储层以及海相泥页岩盖层。不同生储盖类型均有较大油气储量。裂谷期生储盖组合的勘探程度较低,潜力巨大;裂谷期生或混生-漂移期储盖组合的储量贡献较大,仍有较大潜力;漂移期生储盖组合的勘探程度高,储量贡献大,是现阶段深水油气勘探的热点目标。