[科普中国]-幕式构造作用

简介

不同构造体制控制的盆地原型的演化形成了盆地的叠合，各个盆地原型之间一般被区域性的不整合界面所分隔。盆地发育过程更为精细的解剖发现，一个盆地原型盆地的形成和发展演化过程也显示了特有的节律性或阶段性。如在断陷盆地或转换 －伸展型盆地的演化过程中，边界断层的活动往往显示出快速拉伸的构造活动期和微弱拉伸的构造平静期的交替变化。在前陆盆地的演化过程中则是逆冲加载的构造活动期与构造活动微弱或停止的构造平静期的交替变化。这种在构造活动性盆地演化过程中构造作用的幕式性或脉动性，称之为盆地的幕式构造作用。1

原因幕式构造作用的概念一般局限于同一个盆地原型的演化过程的描述。我国陆上及海域裂陷类盆地如渤海湾、松辽、东海及南海北部诸盆地中均发现了同裂陷期充填序列中的多个不整合面。这些不整合面分隔了二级层序地层单元，一般各相当于一个裂陷幕，每一个裂陷幕中包括了多个更低级别的构造事件所控制的三级层序(李思田、路凤香、林畅松等 1997;龚再升，李思田等，1997;JianyeRen，2002)。盆地沉降史的定量动力学模拟表明其沉降速率变化的周期性，即各自具有加速沉降至减速的过程(Lin等，2002)。每个二级层序末期常发生一定程度的反转和剥蚀削顶现象。此种过程表明了盆地同裂陷期的幕式伸展作用。盆地的幕式伸展作用在盆地的局部构造格架和岩浆活动方面也有一定的响应。

前陆盆地的幕式构造作用起因于造山带一侧的多期次的构造加载过程。据岩石圈的黏弹性挠曲理论，一次逆冲加载将导致岩石圈挠曲，盆地快速沉降，随后逆冲作用的变弱和停止可使盆地的沉降减慢，最后由于剥蚀和应力松弛等造成岩石圈回弹隆起，形成剥蚀和不整合界面。上述构造演化过程表现在构造沉降速率上即为每一构造层序的发育是从沉降速率迅速加快开始。林畅松等(2002)对库车前陆盆地的构造地层演化的研究表明，在一次构造幕作用期间形成的构造层序的内部构成上有如下特征：构造层序发育早期的逆冲作用一方面由于强烈造山，形成山前巨厚的扇砾岩带，如图在构造层序Ⅰ至Ⅳ的下部沉积序列都发育有同逆冲构造期的冲积扇沉积;另一方面，逆冲体的重力加载引起快速挠曲沉降，导致了区域性的水进。随后由于逆冲造山作用减弱，山前高差减小，缺少反映构造明显活动的边缘扇砂砾岩带的发育。同时，由于逆冲挠曲作用减弱，盆地沉降变缓，以河流和河流三角洲沉积为主的碎屑体系向盆地推进，形成了构造层序上部的水退序列。

构造活动性盆地的幕式充填演化控制了盆地内部不同级别的沉积旋回，这些不同级别的沉积旋回往往可以与盆地内不同级别的层序地层单元对比。因此，通过从盆地的充填记录恢复盆地的构造演化历史，并用多级别幕式构造作用的观点解释盆地地层单元的构造 －地层分析方法有助于准确全面地了解构造活动性盆地的发展演化历史，也有助于从不同的尺度上预测油气的生、储、盖的最佳组合。1

幕式成藏幕式成藏提出在地质历史上，突发性的、快速的、幕式发生的地质事件己众所周知。如地震的突发性和周期性构造事件的节律性比等，均是己被广泛证实的幕式地质事件。一方面一些石油地质学家也提出了含油气盆地周期性演化的思想。另一方面，矿床学家们发现，地质历史上的成矿作用也具有明显的周期性或阶段性，特别是许多热液脉状矿床的形成往往都是幕式的，这些矿床经常被发现在古断层带上部的脆性区域，其结构特点表明成矿作用是热液流体沿断层发生快速的、脉冲式的和间歇性向上充注的结果。

那么，地壳中油气的运聚成藏在地质时间尺度上究竟是缓慢渐进的还是快速幕式的了如果存在幕式成藏事件，其意义如何了这个问题一直未受到石油地质家们的普遍思考和注意。长期以来，石油地质家们习惯认为，油气藏的形成首先是烃源岩埋藏到一定深度后(生烃门限)发生生烃作用，当烃源岩中的含烃饱和度达到一定值(排烃门限)时开始排烃进入储集层，进入储集层中的油气在浮力、水动力、构造应力等的作用下发生缓慢的二次运移，直到遇到合适的圈闭才聚集成藏。换言之，油气的运聚成藏是一个缓慢渐进的过程。然而，这种情况实际上只适用于构造稳定、断裂活动不活跃、且为正常压实的盆地。2

幕式成藏的证据1、成藏的年代学证据

成藏年代学研究表明，许多具有多期构造活动或具有超压的盆地，其油气藏的形成一般都具有多期性。而且成藏期并不完全受烃源岩热演化史或生烃高峰期控制，而与区域性的构造运动或断裂活动时间相一致，或者与超压流体封存箱边缘封闭层的破裂时间一致，反映这类盆地油气藏的形成具有与构造活动或孔隙流体压力演变同期或准同期的幕式特点。

2、断层作为流体幕式运移通道的证据

研究表明，断层是油气发生幕式运移的重要通道，其证据主要有以下几方面:

（1）矿物学证据。流体沿断层的周期性活动必然造成断裂带及其周围岩石发生一定的矿物学变化。

（2）热异常证据。热异常也是流体沿断裂发生幕式运移的一个重要证据。假定断层附近流体流动比较集中，则将导致地热的异常高值。

（3）油气富集证据。油气沿断裂带集中分布是断裂作为油气运移重要通道最直接的证据。调查发现，油气田、特别是高富集度大中型油气田的形成和分布往往与断裂有关，这与断层的地震泵作用有着密切联系。由于地震泵吸作用，当断裂活动时，断裂带附近的流体势迅速降低，从而成为地下流体汇聚的中心。

幕式成藏的机理分析认为，幕式成藏主要有3种机理，即构造幕(构造泵)作用、断层阀效应以及超压积聚效应。

1、构造幕(构造泵)作用

众所周知，地壳运动是一种相对稳定与相对强烈不断交替的幕式过程。在构造活动期，地下流体的运动也比较活跃，而构造稳定期地下流体的活动则相对较弱。因此，构造稳定期与活动期的不断交替，必然造成地下流体的周期性活动，从而形成流体的幕式流动现象。

2、断层阀效应或地震泵作用

油气沿断层发生幕式运移与成藏是幕式成藏最主要的方式，许多大中型油气田主要沿断裂分布的事实说明，断裂特别是规模较大的断裂带曾是油气运移的主要通道。

3、超压积聚效应

这是超压流体封存箱式成藏的主要机理。由于无论是由成烃增压或是其它原因形成的超压封存箱，其内部流体都要经历一个压力积聚的过程，因此一旦压力达到静地压力或者达到封存箱边缘封闭层的破裂压力梯度时，便可能造成封闭层的破裂和封存箱内流体的迅速向外排出，直到封存箱内的流体压力降至正常的静水压力时，封闭层才重新愈合，从而进入新的超压积聚一封闭层破裂旋回。

幕式成藏的特点和规律分析认为，幕式成藏主要具有以下特征和规律:

(1)幕式成藏是一种普遍存在的成藏方式。无论是在多构造运动的盆地还是构造较稳定的盆地、断层发育的盆地还是断层不发育的盆地、有异常压力分布的盆地还是异常压力不发育的盆地，都可能有幕式成藏存在，只是不同的盆地其重要性和意义不同而己。相对而言，多构造运动、断裂发育的盆地以及异常压力比较发育的盆地，幕式成藏往往占有重要地位，而在构造稳定、断裂和异常压力均不发育的盆地，渐进式成藏可能居主导地位。总体而论，由于前陆盆地构造活动相对强于克拉通盆地，因而前陆盆地一般以幕式成藏为主，而克拉通盆地则多以渐进式成藏为主。然而，由于世界绝大多数含油气盆地都不同程度地存在一定的构造运动与断裂活动，或者即使构造比较稳定也往往存在一定的异常压力，因此幕式成藏应当是一种普遍存在的现象。相反，那种构造稳定、缺乏断裂活动、且异常压力也不发育的盆地，则是极少数的。由此认为，与渐进式的成藏相比，幕式成藏是含油气盆地的一种十分重要的成藏方式。

(2)幕式成藏主要受控于区域构造运动、断裂活动和异常压力演化。其在油气藏的形成时间上并不完全受控于烃源岩的热演化历史，而主要取决于烃源岩大量排烃的时间以及二次运移的时间。一般来说，正常的渐进式的油气藏形成，在时间上主要受控于烃源岩的热演化历史，烃源岩的大量排烃时间一般发生在烃源岩埋深达到生烃高峰期或以后不久，然后进入储集层发生缓慢的二次运移，直到遇到合适的圈闭时才可成藏。据此，一般认为，只有在生排烃高峰期以前或稍晚前形成的圈闭才可能有油气藏形成，在此以后形成的圈闭多无油气藏形成，或者形成的只是后期调整产生的次生油气藏。然而，烃源岩中生成的油气并不总能在生烃高峰期后立即由烃源岩排出并发生二次运移，而取决于是否具备大量排烃并发生大规模二次运移的外界条件。一般来说，只有当发生强烈的构造运动或断裂活动时，油气的大规模排烃和二次运移才有可能，而这种排烃往往是突然的、快速的和幕式发生的。正因如此，许多盆地大规模的油气运移与聚集成藏几乎总是与区域性的构造运动和断裂活动相伴随。对于异常压力比较发育的盆地，幕式成藏则主要受异常压力演化的控制。当封隔体或封存箱内流体压力达到岩石破裂压力或地静压力梯度时，其边缘的封闭层将发生破裂，或者当封闭层被断裂活动所破坏时，封隔体内的油、气、水便向外发生幕式混相涌流，从而在封闭层内的渗透层以及箱外正常压力系统中形成油气藏。由于幕式成藏主要受控于区域性的构造运动、断裂活动和异常压力演化趋势，因此盆地的构造演化史、断裂活动史和异常压力发育史往往决定了幕式成藏史。

（3）幕式成藏是一种快速、高效的成藏方式。与渐进式的成藏相比，幕式成藏的最大特点是快速、高效、运移损失小，并常常具有周期性。特别是沿断裂的幕式运移与成藏，由于泄流而积小、流体比较集中、运移动力较强、流速高，因而是效率最高的一种运聚成藏方式。因此，许多高富集度大中型油气田的形成，往往与断裂有关，如克拉2气田。相反，在断裂不发育的盆地，由于油气主要沿不整合而以及渗透性岩层向高部位作侧向运移和充注，泄流而积相对较大，流体比较分散，运移速率较小，运移距离也一般较长，因而成藏效率相对较低，一般难以形成高富集度的大中型油气田，除非在烃源岩内及其附近有优越的圈闭和储盖条件存在。鄂尔多斯盆地便是这类盆地的一个典型，其目前发现的中部下古生界气田与苏里格上古生界气田，均属自源或近源形成的大型气田，但丰度较低。

意义概括起来，幕式构造作用理论在油气勘探方面主要有以下意义:

首先，按照幕式成藏理论，油气藏的形成在时间上并不完全受生烃窗控制，而与构造运动、地层压力演化等密切相关。因此，在进行圈闭评价时，尽管生烃高峰期前形成的圈闭对于油气藏的形成最为有利，但生烃高峰期后形成的圈闭同样可能成为有效圈闭，只要在生烃高峰期后存在断裂活动等构造变动，早期形成的油气藏便可能发生调整而重新聚集。这就使得勘探的领域大大扩大。

其次，按照幕式成藏理论，断裂带附近通常是油气运移最集中的部位，因而是大中型油气田形成的主要部位。

因此，对于幕式成藏条件较好、断裂较发育的盆地断裂带及其附近应是这类盆地勘探的重点地区。2