Question

叠合盆地与叠合构造单元

Answer 1

叠合盆地是指在地壳的某一时期某一负向构造单元内，多类型沉积盆地能够相对集中地发育而形成的沉积盆地，是地壳多阶段、多旋回构造运动的产物。叠合盆地的最大特点是多套海相（或陆相、或海陆交互相）沉积层序在垂向的叠置，以及不同时代的沉积盆地在平面上的复合，往往这些叠合或复合的盆地之间发生过较大规模的构造运动。如前所述，渤海湾盆地自中元古代以来经历了裂谷克拉通—被动大陆边缘克拉通—主动大陆边缘克拉通—汇聚型克拉通—陆内盆地发展的多阶段、多旋回的历史，从而形成了广泛分布的叠合盆地。

目前，多数学者重视不同演化旋回的盆地叠合。例如，Bally和Snelson提出的（1980）“中国型盆地”被多数学者认为叠合盆地，这一叠合盆地是指古生代海相与中生代陆相盆地的叠合，是2个不同演化旋回的盆地叠合。这些盆地不是一个由具有固定边界的盆地基底经过多次沉降和构造变动而形成的，也不是由多期负向构造上下简单叠覆而形成，而是由一系列陆、海地质单元经历多期次、多方位构造叠加复合，并在最新一期构造变动中定格形成（朱夏，1986）。但是，目前对于同一演化旋回不同演化阶段的盆地叠合研究较弱。

前晚三叠世盆地主要以海相、海陆过渡相或者大型陆相盆地沉积为主，在不同演化旋回的不同演化阶段，主要受盆地边缘活动带的控制，在统一的应力作用下盆地整体具有相对一致的隆升和沉降历史，内部断裂活动较弱，沉积相具有逐渐过渡的关系。因此，可主要根据各阶段盆地的隆坳形态在平面和剖面上的叠置关系对叠合盆地进行分析——面式叠合。

晚三叠世以来，构造面貌主要受控于不同时期、不同级别、不同性质的断裂构造，这些断裂具有不同的几何学和运动学特征，控制了不同时期和不同空间上的正向和负向单元，具有相干性叠置的关系，各期性质不同的构造单元形成了不同的叠合特征。本书提出叠合构造单元的概念，以期更准确把握该类型叠合盆地内部不同构造位置的石油地质条件。

1.叠合盆地

（1）前中生代盆地的面式叠合

1）中—新元古代盆地叠合。中元古代的裂谷盆地叠合了新元古代新生的坳陷盆地。中元古代裂谷盆地是一个单独的演化旋回，对应华北板块两侧大洋盆地的形成、发展和消亡过程；新元古代开始了一个新的演化旋回，即华北板块南北两侧新的大洋盆地形成、发展和消亡的演化旋回，新元古代处于这一演化旋回的开始阶段——坳陷阶段。在这一背景下，中元古代的裂谷盆地叠合了新元古代新生的坳陷盆地。华北盆地北部，盆地形态由中元古代的北东向狭窄条带状改变为新元古代的近圆形，但从该时期叠合盆地的平面和剖面的复合和叠置关系分析，新元古代的沉积范围明显与中元古代的最大沉降区范围相一致（图2-4-2），说明前者的产生受到后者的影响或控制。在盆地对比一节中已经提到，裂谷型克拉通盆地普遍具有的在前期裂谷之上叠置不同演化旋回坳陷的性质。

图2-4-2 渤海湾盆地中—新元古代盆地叠合图

1—扬子区；2—大洋盆地；3—隆起区；4—中元古界沉积区；5—青白口系沉积区；6—盆地叠加区；7—断裂；8—现今断裂

由于新的坳陷盆地基底本身是一个构造薄弱带，因此该类型叠合盆地非常有利于新生坳陷的沉降，而强烈的坳陷期，有利于烃源岩发育。例如，俄克拉荷马盆地烃源岩主要为坳陷时期上泥盆统的Woodford页岩以及中奥陶统的Simpson群页岩；波罗的盆地最重要的生油层段是坳陷时期下志留统笔石页岩和泥质碳酸盐岩；密执安盆地烃源岩主要是坳陷时期的奥陶系—密西西比系暗色泥岩。所以，新元古代坳陷盆地叠加于中元古代裂谷盆地有利于新元古代强烈坳陷的层序发育及烃源岩形成。叠加在中元古代裂谷之上的青白口系具有形成优质烃源岩的构造和沉积条件，这一有利叠合区以北京为中心，北至锦州，南至曲阳，东至唐山，西至张北。对渤海湾盆地来说，除冀中北部外，其余地区不利烃源岩发育。

2）寒武纪—奥陶纪盆地叠合。寒武纪—奥陶纪早期被动大陆边缘型克拉通盆地叠合寒武纪—奥陶纪晚期主动大陆边缘型克拉通盆地。该时期叠合盆地是同一演化旋回不同演化阶段的盆地叠合，叠合的动力机制是华北盆地南北两侧大洋板块从裂离到汇聚的转变，盆地形态由不对称的鞍状发展为中坳状，两个时期盆地的沉积和沉降中心不相重合，甚至刚好相反，从而在平面上产生多个叠合区（图2-4-3）。

这些叠合区中，多为早期沉降和晚期隆起，或早期隆起与晚期沉降的叠合，所以不存在稳定的沉降中心。尽管存在有早期被动大陆边缘区域与晚期坳陷区域的叠合区，但这些区域主要在沉降的边缘区域，也非有利的叠合区域。

根据前述，被动大陆边缘型克拉通盆地的烃源岩主要在盆地的边缘，主动大陆边缘型克拉通盆地的烃源岩主要在盆地的中部，所以两个时期产生的烃源岩在平面上和剖面上也未能重合。渤海湾盆地主要应重视的是主动大陆边缘型克拉通盆地的烃源岩发育区。

3）石炭纪—二叠纪盆地叠合。石炭纪—二叠纪为汇聚型克拉通盆地的叠合，动力机制是南部和北部大洋盆地闭合而引起的板块碰撞作用。由于南部和北部碰撞作用的不同步性和动力强弱的差异，使前渊、前隆和隆后单元多次调整。其中最主要的调整发生在本溪组和太原组沉积之间，由本溪组沉积时期产生的南北部的双前渊、双前隆和中部共用的隆后单元改变为太原组沉积时期北部的前渊、中部的前隆和南部的隆后单元，说明太原组沉积开始主要表现为北部的挤压和隆升作用，成为主要的物源区，而南部则相对沉降，成为海侵的发起区和海退的归属区。二叠纪在总体海退的背景下，基本继承了太原组沉积期的动力作用方式和构造格局。所以，本项研究主要对本溪组和太原组沉积时期的盆地进行叠合。

本溪组和太原组前渊沉积具有向南部迁移的趋势，说明了北部持续挤压作用的存在，煤系地层也具有相似的迁移趋势，主要出现在前渊和前隆地区。在本溪组和太原组平面叠合图上（图2-4-4），可以划分出多个不同的叠合区，有利烃源岩发育的叠合区主要分布在本溪组北部前隆带与太原组北部前渊叠合区、本溪组中部隆后带与太原组北部前渊叠合区、本溪组中部隆后带与太原组中部前隆叠合区，这些区域主要处于海陆过渡区域，对于煤系烃源岩的发育是有利的。

4）寒武纪—奥陶纪与石炭纪—二叠纪盆地的叠合。针对渤海湾盆地，寒武纪—奥陶纪与石炭纪—二叠纪盆地的叠合，应重视主动大陆边缘型与汇聚型克拉通盆地的叠合。这一时期由于南北向挤压应力的持续作用，断裂构造表现为持续的正反转构造，盆地的沉降中心主要发育在华北盆地的中部。所以，这一时期的叠合对于烃源岩的叠置是有利的。根据前述构造岩相带分析，最有利的叠合区域分布在以曲阳—沧州—河口一线为中心的区域。

5）中—新元古代和古生代盆地的叠合。由于中—新元古界具有局部分布的特征，所以，中—新元古代和古生代盆地的叠合仅出现在华北盆地南部和北部部分地区。最有利的叠合区在冀中北部。

图2-4-3 渤海湾盆地寒武纪—奥陶纪盆地叠合图

1—扬子区；2—大洋；3—北部大陆边缘与北部隆起叠加区；4—北部大陆边缘与西部隆起叠加区；5—北部大陆边缘与中部坳陷叠加区；6—中部隆起带与西部隆起叠加区；7—中部隆起带与中部坳陷叠加区；8—南部大陆边缘与南部隆起叠加区；9—南部大陆边缘与中部坳陷叠加区；10-断裂；11—现今断裂

（2）中、新生代盆地的相干性叠合

根据中、新生代盆地演化规律分析，渤海湾盆地的构造演化在早—中三叠世、晚三叠世、早—中侏罗世具有较强的一致性，都是处在北东—南西向的挤压构造应力场的控制下，而此后在北东—南西向张应力和北西—南东向张应力控制下，发育北西向、北东向和近东西向的控凹断裂。因此，各叠合区的差异性主要是由晚侏罗世—早白垩世和新生代由断裂控制的盆地叠合关系所决定。

根据断裂的相干性叠加特征，本项研究提出了叠合构造单元的概念，除了考虑下侏罗统—上白垩统、古近系2期断陷盆地的叠合，也考虑到早—中侏罗世时期盆地的叠加关系，从而划分出3大类6小类叠合构造单元（详见下述）。

图2-4-4 渤海湾盆地石炭纪—二叠纪盆地平面叠合图

1—燕山活动带；2—本溪西部隆起与太原北部前渊叠合区；3—本溪西部隆起与太原中部前隆叠合区；4—本溪西部隆起与太原南部隆后叠合区；5—本溪北部前渊带与太原北部前渊叠合区；6—本溪北部前隆带与太原北部前渊叠合区；7—本溪中部隆后带与太原北部前渊叠合区；8—本溪中部隆后带与太原中部前隆叠合区；9—本溪中部隆后带与太原南部隆后叠合区；10-本溪南部前隆带与太原南部隆后叠合区；11—扬子区；12—南部和北部活动带；13—断裂；14—现今断裂

综上所述，中生代（包括早—中三叠世）之前面式叠合的整体性造成生、储、盖及其组合在面上的差异性，这些差异性具有逐渐过渡的关系，盆地的整体性没有破坏。晚三叠世以来相干性叠合的分割性造成华北盆地不同地区隆升和沉降历史的巨大差异，一方面使前晚三叠世地层及其油气地质特征受到巨大的改造；另一方面晚三叠世以来沉积地层的分布、沉积厚度和沉积环境也受到控制。从而造成了相干性叠合的不同构造单元构造演化史、埋藏史、热演化史、生排烃史的差异性。因此，更应重视相干性叠合。

2.叠合构造单元划分及展布

渤海湾地区前古近纪经历了多期次的盆地发育阶段，在印支运动及其之前，盆地演化表现出相对的统一性，但印支运动之后，渤海湾经历了早侏罗世—晚白垩世、古近纪2期重要的断陷盆地发育阶段，不同区块差异现象明显，造成了该地区多个期次、多种性质的盆地垂向上的相干型叠加，这也造成了渤海湾前古近系石油地质条件的多样性和复杂性，如何准确剖析不同构造区带的生、储、盖、运、聚、保等石油地质条件的时、空组合及匹配关系，对于渤海湾中生界，乃至整个前古近系的油气资源评价及战略选区都具有重要的意义。为此，本项目提出了叠合构造单元的概念。

（1）叠合构造单元概念

所谓叠合构造单元是指在相干型叠合盆地内部，依据其在各期次原型盆地中所处构造位置的演变过程的差异性所划定的地质体。

叠合构造单元与叠合盆地具有重要差异，叠合盆地的概念注重的是盆地在时间序列上的演化与叠加，叠合构造单元同时注重了叠合盆地在空间上不同位置的构造演化史、埋藏史、热演化史的差异性，这一概念与以往构造带的概念相比，有着更丰富的内涵（图2-4-5）。

图2-4-5 叠合构造单元类型划分及其相关概念的逻辑关系图（以2期叠合为例）

1）构造单元（或构造带）是某一期盆地的平面组成，而叠合构造单元则是多期盆地叠合后所形成的叠合盆地的平面组成。

2）各期盆地不同构造带（或构造单元区）垂向上组合与叠加的差异性是划分叠合构造单元类型的标准和依据，构造带（或构造单元）的级别也决定了叠合构造单元的级别。

3）构造单元（或构造带）的划分体现的是某一期盆地静态的特征，而叠合构造单元的区划则反映了多期盆地的动态演化过程。

图2-4-6 渤海湾盆地中、新生代叠合构造单元类型平面区划的概念模式图

图2-4-7 渤海湾盆地中、新生代盆地叠合单元类型

（2）叠合构造单元类型及展布

根据叠合构造单元的定义，本书以各构造时期所处盆地的构造位置（坳陷沉积区或隆升剥蚀区）的垂向叠加和组合的差异性作为叠合构造单元类型的划分标准。由于渤海湾盆地古生代至晚三叠世整体演化的一致性较强，晚白垩世时期整体也表现为抬升剥蚀，因此各叠合构造单元的差异性主要是由早—中侏罗世、晚侏罗世—早白垩世的盆地与新生代盆地的叠合关系所决定。依据上述3期盆地格局及其叠加效应，可将研究区划分为3大类6小类叠合构造单元类型（图2-4-6，图2-4-7）：

Ⅰ型叠合构造单元：为持续沉降型，在中、新生代均处于沉降区，接受沉积。

Ⅱ型叠合构造单元：为复杂叠合型，在中、新生代时期，有的阶段处于沉降区，有的阶段处于隆升剥蚀区，依据叠加关系，又可细分为中沉新剥型（Ⅱ₁）、中复新沉型（Ⅱ₂）、中复新剥型（Ⅱ₃）和中剥新沉型（Ⅱ₄）4种次级类型。

Ⅲ型叠合构造单元：为持续隆剥型，中、新生代均处于隆升区。

这些叠合构造单元在渤海湾盆地具有明显的展布规律。太行山以东、盐山—歧口—新港—兰考—聊城断裂带以西（I构造区），在西部，隆起区以Ⅲ型为主，凹陷区以Ⅱ₂和Ⅱ₄型为主，在东部，隆起区以Ⅱ₃型为主，凹陷区以I型为主；盐山-歧口-新港-兰考-聊城断裂带以东，郯庐断裂以西（Ⅱ构造区），隆起区以Ⅱ₁型为主，凹陷区以Ⅱ₂和Ⅱ₃型为主；张家口-蓬莱走滑断裂以北（Ⅲ构造区），在东部和西部凹陷以Ⅱ₃型为主，中部隆起区以Ⅲ型为主，其叠合构造单元展布如图2-4-8所示。

图2-4-8 渤海湾盆地区中、新生代盆地叠合构造单元类型的平面区划

（3）叠合构造单元划分的意义

叠合构造单元概念的提出与划分具有重要的意义。由于前古近系经历了多期构造变动，其中，中、新生代变动差异性大，控制了前古近系烃源岩、储层等成藏要素的残留以及演化过程。在有效烃源岩发育的前提下，演化过程相似的构造部位成藏过程与特征也往往相似。因此，叠合构造单元概念的提出与划分不仅细化了研究单元，划分了具有相似成藏条件的同类单元，而且有利于成藏规律的总结和战略选区工作的开展。