[科普中国]-沉积盆地

简介

从不同的角度，“盆地”一词有不同的含义。沉积物堆积之后，由于地壳运动改造而形成的盆地，称为“构造盆地”，又称“沉积后盆地”，如大型的向斜、地堑等。

在某一特定的地史时期，长期不断下沉接受沉积物堆积，沉积物的厚度比周围地区的沉积物厚，这样的区域称“沉积盆地”M.T.Halbouty（1979）曾对沉积盆地下过如下的的定义：沉积盆地是在一定地质时期，在独立的地理区，于相对统一的构造环境中，由来自一处或多处沉积物源的沉积物组成的沉积岩体。

A.W.Bally（1975）对沉积盆地的定义为：包含有超过1km厚沉积物的沉降体制，它现今或多或少地保存有原来的形状。从上述关于盆地的定义可以看出，尽管不同学者的角度不同，但强调的基本内容是相同的。

他们强调了盆地的三个基本属性：

第一，盆地是由一定的物质组成的，即它应该至少含有1km厚的沉积岩层；

第二，盆地都是发育在一定的地质时代的，盆地可以是现代的，也可以是地质历史时期的；

第三，盆地具有一定的空间形态，它应或多或少地保留了它原有的盆状形态。

沉积盆地是地球圈层系统的浅部组成部分，大多数盆地的充填体厚度小于10-20km，但其形成和演化却受控于深部地球动力学过程。世界上大多数裂谷类盆地的构造一热体制直接受控于岩石圈的减薄和隆起的软流圈的状态。1979年哈尔布蒂统计世界上有600个沉积盆地；1982年约翰统计为641个沉积盆地（李国玉，2005）；1986年张亮成根据面积在1000平方千米以上、沉积岩厚度在1000米以上的标准统计，世界上共有960个沉积盆地，但这些数字都大大低估了世界沉积盆地的数量。

根据李国玉等（2005）的统计，仅中国的沉积盆地就有417个。截至目前，世界上已经大规模勘探开发的含油气盆地约有200个，重要的含油气盆地有80个。

在我国的417个沉积盆地中，陆上和近海有重要的含油气盆地12个，即渤海湾盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地、柴达木盆地、吐哈盆地、东海盆地、珠江口盆地、莺歌海盆地和琼东南盆地。

除陆上和近海盆地以外，在我国南海南部海域还有一批重要的含油气盆地，如增木盆地、文莱-沙巴盆地、中建南盆地、万安盆地、北康盆地、南薇西盆地、礼乐盆地、西北巴拉望盆地和笔架南盆地，这些盆地中的大部分都已经有周边国家在进行石油勘探和开发活动。1

世界最大沉积盆地是哥伦比亚—委内瑞拉所在的南美北部大盆地——南美大盆地。

我国第一大沉积盆地是塔里木盆地，第二大沉积盆地是鄂尔多斯盆地。

沉积盆地的分类方案20世纪40 年代以来，人们就开始了盆地的分类工作。板块学说问世以后，以此为基础的分类方案纷呈云涌。国外从Klemme(1970)开始，先后有Dickinson(1974)、Bally(1980)、Kingston(1983)、Miall(1984、1990、2000)、Klein(1987)、Ingersoll(1988)、Allen 和Akkev(1992)等对全球主要盆地进行了研究和类型划分。在国内，赵重远（1978）、甘克文（1982）、李德生（1980、1984）、陈发景（1986）、朱夏（1979、1983）、罗立志等（1982）、刘和甫（1986）、陈景达（1989）和彭作林（1995）等先后利用板块构造的观点对中国的沉积盆地或含油气盆地进行了分类。

综合而言，主要的分类参数有：

①地壳类型：大陆壳、洋壳、过渡壳；②板块的运动形式：聚敛型、离散型、转换型；③在板块上的位置：克拉通内、克拉通边缘、洋中脊等。

目前广泛采用的盆地分类方案主要有两种：一种是以现今盆地的基本特征与板块构造背景的密切关系为依据，将盆地划分为克拉通盆地，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，该方案反映的是盆地的地貌构造形态和板块构造背景；

另一种是以盆地形成的地球动力学特征为依据，将盆地划分为与张性（伸展）、压性（挠曲缩短）和与走滑作用有关的（扭性）盆地，该方案突出的是盆地形成过程的应力状态和地球动力学特征。

1、Dickinson的分类方案

Dickinson(1974)的分类依据盆地相对岩石圈底质类型的位置、地壳类型、盆地相对板块边界的类型划分出5 种：洋盆、裂谷大陆边缘、弧沟体系、缝合带、陆内盆地。该分类缺乏与走滑—转换断层有关的盆地，Reading(1982)予以了补充。Dickinson(1976)在此基础上按照沉降成因和地球动力学型式将盆地分为拉张裂谷型和造山带型两大类，再根据上述原则分为6 个亚类16 种盆地。岛弧造山带和碰撞造山带以外由压缩形成的盆地主要与造山有关，这是Dickinson分类的一个重要见解。该分类的优点是：不但考虑了板块的类型，而且把板块的演化与分类较好地统一起来；缺点是：将转换盆地分别归于造山型和拉张裂谷型，这与板块的基本活动形式不一致。

2、Bally的盆地分类方案

Bally 等的分类方案主要强调：盆地与地缝合带（Geosuture）的关系、岩石圈的刚性程度、板块边缘类型、盆地与B型俯冲带和A 型俯冲带的关系。Bally的分类充分考虑了地球动力学机制，总结了世界上各种盆地类型.

3、Miall 的盆地分类

Miall（1984）根据大洋Wilson旋回和板块边缘性质，在Dickinson（1974）的分类基础上划分出5 种沉积盆地类型：离散型板块边缘盆地、会聚边缘盆地、转换边界盆地、碰撞边缘盆地和克拉通盆地。

目前，大多采用与Miall分类类似的方案。AAPG相关专辑—离散或被动大陆边缘盆地、内克拉通盆地、活动大陆边缘盆地、前陆盆地和褶皱带、内裂谷盆地—是对Miall分类方案的一种认同。本文按克拉通盆地、拉张型盆地、与会聚边缘有关的盆地、与造山有关的盆地及与走滑断层有关的盆地进行基本特征描述。2

不同沉积盆地的基本特征克拉通盆地1、克拉通盆地的分类

克拉通为长期稳定的或仅有微弱变形的地壳（美国地质研究所，《地质词典》）。Bally（1989）指出划分盆地为克拉通的一个前提是至少存在一个前中生代的刚性岩石圈，增生的前中生代复合体可以组成克拉通盆地的基底。因此，克拉通盆地可以位于结晶的前寒武纪基底、古生代基底或者裂陷的或是其它增生的大陆岩石圈物质之上，只要这种物质表现为克拉通性质。

2、克拉通盆地的基本特征

（1）形态特征

① 克拉通盆地的平面形状多种多样，平面和剖面轮廓不规则，但长宽比一般为1:1～2:1。面积可大可小，从11×104km2（巴黎盆地）～350×104km2（西西伯利亚盆地）不等。

② 克拉通盆地纵向上一般呈碟盘状，显示了盆地的不对称和基底的不平整性。

（2）充填样式

① 克拉通盆地位于陆壳或刚性岩石圈之上，与中新生代巨型缝合线无关。

② 盆地中沉积物充填较薄，多为缓慢下沉基底之上的浅水沉积。

③ 盆地基底的沉降常表现为多阶段性，沉降速率较低。

④ 克拉通盆地，特别是位于稳定大陆板块之上的内克拉通盆地常以大面积的浅海—滨海（可有一部分海陆交互相）沉积为主。

⑤ 由于处于构造较稳定的环境，沉积物的形成速度十分缓慢，形成宽而薄的席状砂体，横向上相变不明显，表现出沉积中心与盆地沉降中心基本一致的特征。

⑥ 沉积物以稳定型的内源沉积和陆源沉积为主。内源沉积物以碳酸盐岩为主，其分布与沉积环境的水动力条件密切相关。陆源碎屑沉积岩以石英为主，石英砂岩中常见代表稳定、开阔海环境的海绿石。

⑦ 在盆地沉积的纵剖面上，表现出明显的韵律旋回。克拉通的这种旋回沉积，引发了层序地层学的诞生。

⑧ 在内克拉通盆地中，相对于全球相对海平面的变化，在低水位体系域以陆源碎屑沉积为主，高水位时则形成广袤的碳酸盐岩台地。

（3） 形成时期

克拉通盆地的初始发育时间一次开始于早古生代（540～520Ma），与劳伦大陆的破裂有关，形成了北美克拉通。另一次开始于二叠纪末泛大陆的裂解，从而发育了非洲、澳大利亚等一系列克拉通盆地。

（4）基底构造特点

① 克拉通不仅不是不活动的、稳定的和不变形的，相反，它经受过程度不一的变形作用，其中包括几千米的位移。

② 裂谷或坳拉槽可以发育在陆壳之上，属于克拉通盆地的一种类型，但是，它们是一种独特的盆地，具有控制油气产出的条件。

③ 克拉通下伏地壳是不均一的。

3、克拉通盆地的油源基础

① 克拉通盆地源岩发育在寒武纪—早白垩系，源岩主要为泥岩、页岩、碳酸盐岩等。

② 源岩变化厚度较大，从20～1000m 不等，生烃与否主要取决于有效源岩的厚度。

③ 晚期发育的生油岩有机质成熟度低，与盆地后期发展有关。

④ 克拉通盆地的有机质母质类型较好，大多为Ⅰ、Ⅱ型有机质。

4、克拉通盆地的储盖组合

① 包裹式：如三角洲砂体、河流砂体、潮道砂体等四周为页岩所围绕， 油源的供给或靠周缘页岩或靠断层沟通。

② 披盖式：蒸发岩、页岩、泥灰岩、泥岩等在储集层上方形成遮挡。

③ 披盖/侧向式：封隔层位于储集岩上方及侧方。

④ 交互式：储盖组合在纵向上相互叠置，在侧向上错列遮挡，是克拉通内盆地较常见的一种储盖组合，这与海进/海退的旋回式变化有关。

⑤ 自储自盖式

克拉通盆地的生油岩主要发育在坳陷内，而储集岩主要发育在隆起区或斜坡带，因此，生油岩与储盖组合的配置关系以侧变式为主。

5、克拉通盆地的圈闭类型

① 与基底隆起有关的潜山圈闭油气藏。

② 基底隆起之上的（新）构造常为同沉积背斜或与基底（断裂）有关的构造。2

拉张型盆地1、拉张型盆地的分类

从板块构造动力学角度出发，把板块三种主要运动形式中与拉张（或离散） 运动有个的盆地，统称为拉张型（或离散型）盆地。就板块构造位置而言，拉张型盆地主要有板块内部及克拉通内部的裂谷型盆地和大陆板块边缘的盆地，以及板块内部的大洋中脊、大洋盆地和陆隆盆地。

2、拉张型盆地的基本特征

（1）陆内裂谷盆地

① 陆内裂谷盆地边缘较陡、地势较高，沉积物易被搬运离开盆地本地，因而沉积盆地相对处于饥饿状态，碎屑来源于邻近断层陡崖和裂谷中隆升地块，并沿裂谷中少数河道搬运，因此，在地表主要表现为淡水 和咸水的冲积扇和湖泊沉积。

② 陆内裂谷盆地常具有壳—幔镜像倒影关系特征，即盆地区地壳厚度薄，且发育壳内低速层或异常地幔，具负布格重力异常或正布格重力异常峰值、负磁力异常和高电导异常及高热流值。

（2）陆间裂谷盆地

大陆在拉张作用下完全开裂，地幔物质上涌形成新的洋壳，盆地区发育成准大陆型或准大洋型过渡壳，裂谷轴部已位于洋壳之上，并成为典型的初始分离板块边界。

（3）坳拉谷盆地

坳拉谷盆地指克拉通边缘楔入克拉通内部以断层为边界的槽地或地堑，是未发育成熟的裂谷带。当邻近洋盆关闭，转换成褶皱造山带时坳拉谷便残留在大陆上，进一步接受来自于褶皱带的沉积物。Dickinson认为在裂谷初期和早期，坳拉谷主要接受火山熔岩和以断层控制的断崖扇沉积，物质的搬运方向总体上沿裂谷轴部向洋搬运，而邻近的大洋关闭后，物源来自于造山带，向克拉通方向搬运。

（4）被动大陆边缘盆地

被动大陆边缘及大西洋型大陆边缘，是板块离散的结果。按Dickison(1976)的观点，被动大陆边缘盆地主要有两种类型：冒地斜沉积菱柱体和大陆堤。1

聚型盆地1、汇聚型盆地的分类

根据火山弧的相对位置，分为海沟、增生盆地、弧前盆地、弧内盆地、弧后前陆盆地、边缘海盆地、弧间盆地。

2、 汇聚型盆地的基本特征

（1）海沟和增生盆地

1）海沟

① 水下海沟靠洋方向的洋底由热液沉积和洋壳拉斑玄武岩及其上的远洋沉积和火山灰组成，绝大部分都无陆源沉积物的堆积。

② 地震剖面显示：大多数海沟沉积充填物变形很小。

③ 海沟是长形沉积盆地，其沉积物主要供应来自于盆地一侧，并主要沿横向搬运。

④ 海沟中有4 中类型的沉积相：海沟扇、轴向水道、非水道化片状流、饥饿海沟。

2）俯冲增生盆地

① 俯冲增生盆地最发育的地点是在下冲板块或海沟中有充分的陆源沉积供应之处。

② 沉积物的特征是地层倾向岩浆弧，而构造指向却与之相反；地层厚达数十千米。

③ 俯冲增生体既是一个构造活动场所，也是一个重要的沉积场所。

④ 沉积物主要是半远洋粉砂和泥，浊流沉积也很重要。

⑤ 沉积物的相组合可分为海底峡谷组合、斜坡组合和斜坡盆地组合。

（2）弧前盆地

① 根据盆地基底性质，弧前盆地一般可分为3 种类型：残留盆地、堆积盆地和复合盆地。

② 弧前盆地中的沉积物有3 种来源：俯冲增生体、火山（岩浆）弧，以及某些情况下相邻大陆的纵向补给。

③ 现代弧前盆地一般宽50～100km，长可达数千千米，沉积物可厚10km，覆盖在增生杂岩体之上，可以是地层接触，也可以是断层接触。

（3） 弧内盆地和弧背盆地

① 弧内盆地分布在火山弧内部或火山弧与弧前盆地的过渡地区，沉积物不整合地覆于弧体岩石之上。在大陆边缘弧和一些共生有广阔盆地的大洋弧中，岛弧火山活动的显著特点是其爆发性，它有两种爆发方式，即高对流喷发柱形式，形成广泛的火山灰层和火山碎屑流；另一种是物质搬运方式，这是喷发期内火山灰云、水下火山碎屑流和火山碎屑泥石流或喷发期后的河流、海岸和海洋过程，特别是沉积物块体流的形成过程。

② 弧背盆地发育在弧背褶皱逆冲带的前陆地区，一般开始于板块俯冲的中后期，常称为弧后前陆盆地，同碰撞缝合带前缘盆地——周缘前陆盆地一起构成最重要的两类前陆盆地。在板块汇聚过程中，弧前盆地的形成和演化主要受弧背褶皱逆冲带的控制，这个造山带成为弧背盆地的主要物源区，但弧背盆地也可以接受纵向水流带来的物源。

（4）弧后边缘盆地和弧间盆地

① 现代弧后边缘盆地和弧间盆地主要分布于太平洋西部，也见于大西洋西部和地中海。

② 弧后边缘盆地一般堆积有大量沉积物，它们的地层厚度接近于大陆壳。

③ 有些弧后盆地是拉张性盆地，这是由于与消减有关的洋壳弧后扩张引起的。

④ 控制弧后特性和弧后盆地分布的关键因素很可能是俯冲带相对于上覆板块的侧向运动。

⑤ 弧间盆地中的沉积物包括来自火山岛链的火山碎屑与蒙脱石粘土、生物软泥以及风吹来的大陆灰尘，而缺少陆源物质的注入。虽然大多数盆地是对称张开的，但沉积作用类型却很少对称。

⑥ 弧后边缘盆地则有大量不同类型的陆源物质的注入，它的沉积作用类型同大洋一样复杂。在新生的海盆地壳上覆盖有远洋沉积物，在深海平原中有几千米厚的浊流沉积，在大陆架上有大陆沉积盆地。2

沉积盆地分析盆地研究领域的下列重要进展正在推动着较完整的盆地分析科学系统的形成：

（1）层序地层学以及与之密切相关的沉积体系分析、旋回和事件地层分析等为盆地充填研究带来了新的概念体系与方法；

（2）构造一地层分析使盆地的构造演化与沉积充填的关系更为密切地结合起来；

（3）盆地的形成机制与主要类型盆地的动力学模型, 深部地球物理研究则提供了重要支柱;

（4）盆地热历史研究的理论与新技术；

（5）盆地模拟技术；

（6）盆地演化与地球深部背景和板块相互作用的关系；

（7）盆地演化过程中油气的形成、运移与聚集以及成矿作用的关系。

沉积盆地的基本思想就是把盆地作为一个基本研究单元，进行整体解剖和综合分析。这种旨在阐明沉积环境和气候环境，了解各地层单元形成时的沉积条件和它们之间的古地理关系，探讨构造作用对盆地成因、盆地形成期的构造格架和现今构造轮廓所施加的影响。这种方法正符合系统中具体分析结构怎样决定系统功能的原则。油气的形成、演化与现今存在的形式，是整个盆地演化过程中各结构要素间相互作用达到动态平衡的产物，故整体性研究对含油气盆地分析具有更重要的现实意义。通过地质、地球物理等基础观测资料, 可对盆地进行以下五个方面的分析：沉积分析、层序地层分析、构造分析、能量场与流体系统分析、背景分析。

（一）沉积分析

通过能源盆地分析的多年实践可将主要参数概括为四类：

(1)沉积参数包括盆地充填的岩性特征、充填序列、沉积体系的配置等；

(2)构造参数包括盆地构造架、地层厚度和分布、古构造运动面、低级别同生构造的类型和配置、充填期后形变特征等；

(3)热过程参数包括同期和准同期岩浆活动，反映热历史的各项指标， 如镜质体反射率，粘土矿物的变化和矿物包体测温等；

(4)成矿作用参数包括矿体的质量和数量参数，以煤盆地分析为例，主要煤体分带性和煤质分带性。在上述各项参数中沉积参数常常是最基本的研究内容，因为沉积充填乃是盆地的实体, 沉积环境是各种矿产形成的最直接控制因素。

地震勘探技术的进步和层序地层学方法的出现，使得在盆地研究中能快速地识别不整合间断面及其相应的整合面,并追踪层序界面,划分各级层序地层单元,并建立等时地层格架。在此基础上可以进一步研究沉积体系域及沉积体系的类型和分布,并重建各个时期盆地的古地理环境和沉积体系的分布。

对于中国东部北、中新生代断陷型含煤和含油气盆地分析中,发现盆地的演化阶段具有明显的共性,一般存在个阶段,作者按演化阶段划分成因地层单元,并通过追索和编图,重建了沉积体系域。这阶段是初始充填阶段,以冲积扇和辫状河沉积占优势,明显分化阶段,盆地中心形成浅水湖,周缘形成浅水三角洲和扇三角洲最大水进阶段,或称大湖阶段,湖面扩大,并逐渐转化为深水湖, 冲积沉积体系缩小, 湖相沉积中水下重力流广泛发育, 最好的生油岩形成于此阶段快速充填阶段, 由于构造背景的变化, 源区的上升,三角洲和扇三角洲快速进积, 深水湖泊不再存在全面淤浅阶段, 在盆地中形成平坦的洪泛平原或洼地, 有的地区发育网结河道, 本阶段为最好的聚煤时期, 许多数十亿吨和百亿吨级煤盆地的主煤层皆形成于此阶段, 如胜利、霍林河、伊敏等盆地, 结束充填阶段, 处于区域总体上升背景，冲积沉积体系再次回春, 但发育时期短暂。盆地构造背景的研究表明, 上述沉积充填演化取决于构造体制的变化, 即古构造应力场由右旋张扭向左旋压扭的转化, 前一体制下形成了总体水进程阶段一, 而后几依制下造成了总体水退过程, 直到结束充填。上述个演化阶段沉积体系域的恢复为找煤和油气曾起了重要作用, 多次成功地进行了预测。

（二）层序地层分析

盆地的地层格架是盆地分析最基本、最重要的参数之一, 它是指沉积盆地的外部和内部几何形态以及组成盆地的层的堆积性质。概括地说, 地层格架不仅指盆地的固体几何形态和盆地所包含的地层单元或单元序列的固体几何形态, 而且涉及到单个地层单元的性质, 最终体现了沉积环境。

（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。

（四）能量场与流体系统分析

能量场与流体系统分析主要从地温场, 流体压力场与异常压力体, 古构造应力场, 流体疏导系统,盆地流体流动样式的系统这些方面作分析。在揭示盆地的结构特征基础上, 进一步研究流体系统对油气成藏、成矿和水资源是至关重要的。

（五）背景分析

背景分析内包含了盆地形成演化与板块构造的关系, 盆地演化与地幔对流系统的关系, Moho 面与软流层界面起伏关系, 成藏成矿系统及相关过程的背景分析。盆地深部背景是最终认识盆地成因和演化的关键, 软流层的流动起到决定性作用。现今盆地分析很少局限于基础研究, 大多与油、气、煤、核原料等能源资源的预测和勘探紧密结合进行的。通过这些资料可以进行盆地演化过程的定量动力学模拟, 其中包括盆地的沉降史, 盆地的热历史,压力系统的演化, 烃类的生成和排出, 流体成分变化和运移, 构造变形史, 成岩过程及孔隙演化史。根据所得出的成果可应用于烃类成藏及金属、非金属矿床成矿, 地下水资源, 地球科学基础等研究。2