【摘要】：中國中西部大型擠壓性盆地山前沖斷帶獨特而復雜的變形結(jié)構(gòu)樣式、油氣成藏特征是復合大陸動力學背景下的產(chǎn)物,不同于典型板塊體制下的相關(guān)結(jié)構(gòu)及油氣響應(yīng)。板塊體制背景下的山前沖斷帶以薄皮構(gòu)造發(fā)育為特征,而中西部地區(qū)板內(nèi)環(huán)境的山前沖斷變形具有結(jié)晶基底乃至整個地殼卷入的厚皮構(gòu)造性質(zhì)。傳統(tǒng)的厚皮構(gòu)造、薄皮構(gòu)造的山前沖斷結(jié)構(gòu)劃分方式顯然難以滿足復合大陸動力學研究的需要,兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系與類型差異及其對油氣成藏的控制作用急需深化研究。通過此項研究取得的成果將對推動復合大陸動力學的理論研究和山前帶油氣勘探均具有重要意義,有助于進一步明確山前構(gòu)造變形結(jié)構(gòu)及其對油氣成藏富集的控制作用,從而提高油氣分布預測水平。論文以中西部大型盆地典型山前帶為研究對象,運用構(gòu)造地質(zhì)學、地球物理學、地質(zhì)綜合分析類比、構(gòu)造物理模擬實驗等理論或技術(shù)方法,通過對典型多尺度地球物理剖面、野外地質(zhì)露頭和油氣分布特征的詳細研究,以“變形機制-結(jié)構(gòu)分類-油氣響應(yīng)”研究為主線,將典型山前沖斷類型差異與深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、大地構(gòu)造演化背景結(jié)合起來,分析地殼淺層構(gòu)造變形的深部動力學機制,建立復合大陸沖斷變形結(jié)構(gòu)分類模式。在此基礎(chǔ)上,開展中西部典型山前帶的結(jié)構(gòu)分類,并與規(guī)模油氣的分布結(jié)合起來,分析變形帶的結(jié)構(gòu)模式差異與當前油氣分布的關(guān)系,建立變形帶構(gòu)造演化與油氣成藏匹配的動態(tài)過程,揭示變形帶的油氣成藏主控因素,以此指導山前沖斷變形結(jié)構(gòu)模式下的油氣分布預測。中西部地區(qū)大型盆地及周緣造山帶深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)在地球物理場、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及沖斷時序演化等方面具有差異性特征。中西部大型盆地位于正常型地殼與巖石圈區(qū),其周緣造山帶則處于莫霍面深度梯級帶,巖石圈底界多表現(xiàn)為起伏跌宕、局部上涌擾動特征。中西部典型山前帶所處盆山體系巖石圈具有不同流變學特性:大巴山、雪峰山、六盤山等沖斷帶等具有垂向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,殼內(nèi)層系耦合程度高、殼內(nèi)軟弱層相對不發(fā)育,幾乎沒有地殼橫向縮短形成的“山根”;而龍門山、天山兩側(cè)等沖斷帶垂向結(jié)構(gòu)相對復雜,深地震反射界面錯斷不連續(xù),殼內(nèi)塑性層發(fā)育,存在明顯的“山根”。“山根型”山前沖斷帶主干剖面重新解釋表明,盆區(qū)“剛性”高密度巖石圈向周緣低密度地殼或巖石圈發(fā)生不同程度的俯沖,俯沖的深度及規(guī)模受控于殼內(nèi)或巖石圈地�！八苄詫印卑l(fā)育的程度和部位。深俯沖導致中、上地殼發(fā)生反向拆離沖斷,形成造山帶向盆地發(fā)生多層次逆沖沖斷格局,“塑性層”起到了分割斷裂、褶皺等變形層的作用。此類山前沖斷帶淺層構(gòu)造具有明顯的分帶、分段特征,巖層縮短以斷片疊置為主,山帶隆升與盆地沉降呈鏡像關(guān)系,隱伏三角或沖斷構(gòu)造發(fā)育。而“無根”型沖斷帶因巖石圈的整體剛性特征,深、淺變形在基底面附近解藕,強烈的構(gòu)造變形主要集中于淺層,表現(xiàn)為沉積蓋層的多層次滑脫沖斷。此類山前沖斷構(gòu)造變形呈過渡性分帶特征,分段性較弱,以寬式滑脫沖斷褶皺為主,造山帶與盆地同步漸變隆升。大型中西部山前帶沖斷演化過程在時序上與中生代以來新特提斯的幕次閉合、碰撞期次一致。基于典型山前帶深、淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析,劃分出前緣突破型、三角帶型與推覆型3類中上地殼前緣沖斷的幾何學樣式。前緣突破型,即地層縮短量通過沉積蓋層內(nèi)部“軟弱層”滑脫調(diào)節(jié),并通過其向前緣傳遞擠壓應(yīng)力,形成出露地表的沖斷層及斷層相關(guān)褶皺,主要發(fā)育典型疊瓦沖斷或雙重式逆沖構(gòu)造。大巴山前沖斷帶、雪峰山前沖斷帶、六盤山前沖斷帶等是此類的典型。三角帶型,即地層縮短量通過沉積蓋層內(nèi)部傾向盆地的被動反向逆沖斷層消減、吸收,蓋層被動地向造山帶方向逆沖,典型的有龍門山前沖斷帶北段、米倉山前沖斷帶等。推覆型,即快速隆升的造山帶前緣,地殼規(guī)模的逆沖斷裂吸收大部分構(gòu)造應(yīng)變量,構(gòu)造變形集中在主斷裂周邊,主斷裂前方變形無論是地層縮短量還是構(gòu)造位移均相對較小,典型如博格達山前沖斷帶、庫魯克塔格山前沖斷帶等。根據(jù)3類地質(zhì)模型建立了相應(yīng)的構(gòu)造物理模擬實驗?zāi)Ｐ?開展了無滑脫層、基底面/上地殼滑脫、雙滑脫層等多組單因素構(gòu)造物理模擬實驗。上地殼沉積蓋層無滑脫層模型實驗條件下,主要發(fā)生基底卷入式構(gòu)造變形,以發(fā)育高角度沖斷層為主,且構(gòu)造變形主要集中邊界斷層附近,變形范圍窄。殼內(nèi)塑性層-沉積蓋層滑脫層模型實驗條件下,早期表現(xiàn)為寬式疊瓦沖斷構(gòu)造,晚期演變?yōu)槎询B式或堆垛式三角帶,變形帶逐步收窄。實驗結(jié)果表明,邊界力學條件與中上地殼變形介質(zhì)條件是控制山前沖斷沉積蓋層變形結(jié)構(gòu)的主要控制因素。基于深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征差異與構(gòu)造物理模擬實驗結(jié)果,對中西部山前沖斷的動力學模式進行了討論。中西部山前帶的沖斷變形,本質(zhì)上是在碰撞遠程擠壓力作用下,因深部物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)的差異而引發(fā)不同層次的陸內(nèi)變形響應(yīng)。下地殼陸內(nèi)楔入式俯沖及其中上地殼反向拆離滑脫沖斷的復合模型與地殼縮合環(huán)境下中上地殼多層次滑脫沖斷模型分別提供了“山根型”、“無根型”山前沖斷帶變形結(jié)構(gòu)差異形成的合理性解釋�；谥形鞑可角皼_斷構(gòu)造變形模式,以“主滑脫層深度為主,兼顧構(gòu)造變形樣式”的原則,提出了從造山帶向盆地方依次劃分出厚皮帶、過渡Ⅰ帶、過渡Ⅱ帶和薄皮帶4分的分類分帶方案,并依組合類型劃分無過渡帶型、過渡Ⅰ帶型、過渡Ⅰ+Ⅱ型、過渡Ⅱ型等4種過渡帶組合類型。它們代表了復合陸內(nèi)山前沖斷厚皮構(gòu)造向薄皮構(gòu)造轉(zhuǎn)換的4種類型,深、淺層滑脫層發(fā)育狀況及擠壓持續(xù)時間聯(lián)合控制了厚皮帶向薄皮帶轉(zhuǎn)換的方式。無基底面滑脫層發(fā)育時,主要通過殼源推覆斷層實現(xiàn)厚皮向薄皮構(gòu)造的轉(zhuǎn)換;基底拆離滑脫則是厚皮向薄皮轉(zhuǎn)換的主要方式,而作用力的方式則決定拆離滑脫形成的過渡帶組合類型。中西部典型山前帶厚皮構(gòu)造向薄皮構(gòu)造主要是通過過渡帶實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。“山根”型山前沖斷帶基本以過渡Ⅱ或過渡I+Ⅱ為主,如天山兩側(cè)山前帶、龍門山前中北段山前帶;而“無根”型則主要以過渡I或無過渡帶為主,如大巴山前、六盤山前、博格達山前等。現(xiàn)今規(guī)模油氣分布在特定的變形帶內(nèi),過渡Ⅰ帶、過渡Ⅱ帶是油氣分布的有利變形帶。通過對金馬-鴨子河、克深等典型油氣富集構(gòu)造區(qū)帶的演化與油氣成藏過程的匹配分析,結(jié)果表明不同的變形帶具有不同的油氣成藏的關(guān)鍵要素與富集特征。厚皮帶油氣富集的關(guān)鍵是反轉(zhuǎn)推覆帶與生烴凹陷的空間匹配,油氣富集主要位于主斷裂下盤,成藏期與構(gòu)造反轉(zhuǎn)期一致,以巖性、構(gòu)造-巖性油氣藏為主。過渡I帶油氣成藏富集的關(guān)鍵是晚期的保存條件,油氣成藏具有邊成藏邊調(diào)整的特點,現(xiàn)今油氣藏多為殘留保存型,以構(gòu)造、構(gòu)造-巖性油氣藏為主,帶內(nèi)前緣是油氣勘探的有利部位。薄皮帶的油氣成藏特征與過渡I帶類似,構(gòu)造發(fā)育程度與保存條件是油氣成藏的關(guān)鍵。過渡II帶通常具有兩期成藏、晚期為主的特征:早期與過渡I帶類似,邊成藏邊調(diào)整;后期隨著斷片垂向疊置,烴源巖再次埋藏生烴,會促成油氣的二次生烴與運移成藏。晚期油氣的充注條件是過渡Ⅱ帶油氣成藏與富集的關(guān)鍵,中后緣是油氣富集相對有利的位置。中西部山前帶的油氣勘探應(yīng)重點關(guān)注過渡I帶、過渡II帶兩個有利變形帶,在深化關(guān)鍵因素評價基礎(chǔ)上,進一步落實有利區(qū)帶及其勘探目標。
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P618.13
【圖文】：

2 方成名：中西部山前帶沖斷結(jié)構(gòu)模式與油氣分布有結(jié)晶基底乃至整個地殼卷入的厚皮構(gòu)造性質(zhì)[5]，這類厚皮構(gòu)造與碰撞型造山帶的結(jié)晶基底推覆帶在變形方式、規(guī)模以及巖漿活動等方面均存在巨大差異。板內(nèi)型厚皮構(gòu)造帶與以蓋層收縮為主的薄皮構(gòu)造帶的空間連接及轉(zhuǎn)換關(guān)系，難以用板塊體制下建立的巖石圈簡單剪切模式或俯沖的“雙重倒向”逆沖構(gòu)造模式來解釋。因此，傳統(tǒng)的厚皮構(gòu)造、薄皮構(gòu)造的山前沖斷結(jié)構(gòu)劃分方式已難以滿足復合大陸動力學研究的需要，國內(nèi)學者對此的研究也較為薄弱。

10 方成名：中西部山前帶沖斷結(jié)構(gòu)模式與油氣分布恒河盆地與阿爾卑斯山前帶。此類前陸盆地的前陸沖斷部為往往具有基底卷入、疊瓦沖斷等構(gòu)造特征[70-73]。二是弧后前陸盆地，其形成與洋-陸俯沖（B-型俯沖）相關(guān)。北美落基山西加盆地是此類盆地的典型，其形成演化與剛性克拉通邊緣向晚古生代科迪勒拉巖漿弧下俯沖有關(guān)[74]。由此概念及分類可以看出，經(jīng)典的前陸盆地，都強調(diào)是在克拉通上基礎(chǔ)上發(fā)育的，前陸期沉積體系之上必然是地臺型的沉積。因此，經(jīng)典的前陸盆地與板塊構(gòu)造作用形成背景有密切關(guān)系，其與中國中西部中新生盆地形成的構(gòu)造環(huán)境有明顯差異。

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本文編號：2715601