Question

沉积盆地的定义与分类

Answer 1

一、沉积盆地的定义

盆地作为一个地貌术语是指岩石圈表面三度空间上的凹地。早期对沉积盆地的定义:向一个共同中心倾斜的岩层，其中岩层由四方八面向中心倾斜(丹尼斯，1983)。

李国玉等(2002)认为，凡是地壳上陷落而充满沉积岩的地方均可称为沉积盆地。沉积盆地均应含油气，但有工业性和非工业性之别。从地质角度讲，沉积盆地内，除石油天然气外，煤炭、油页岩也是主要能源矿种。其次还会有重要的金属矿和铀矿等。

陆克政(2001)认为:含油气盆地是含有油气的盆地，即指已经发现有油气的盆地。确切地说，含油气盆地是具备成烃要素、有过成烃过程并已发现有商业价值的油气聚集的沉积盆地。

王成善等(2003a)对沉积盆地的定义为:地球表面或者可以说岩石圈表面相对长时期沉降的区域，换言之，是基底表面相对于海平面长期洼陷或坳陷并接受沉积物沉积充填的地区。沉积盆地既可以接受物源区搬运来的沉积物，也可充填相对近源的火山喷出物质，当然也接受原地化学、生物及机械作用形成的盆内沉积物。因此，沉积盆地既可是大洋深海、大陆架，也可以是海岸、山前、山间地带。从构造意义上说，沉积盆地是地表的“负性区”。相反，地表除沉积盆地以外的其他区域都是遭受侵蚀的剥蚀区，即沉积物的物源区，这种剥蚀区是构造上相对隆起的“正性区”。隆起的正性区遭受侵蚀剥蚀，使其剥蚀下来的物质向负性的沉积盆地迁移，并在盆地中堆积下来，这实际上就是一种均衡调整(或称补偿)作用。

孙万禄(2005)，将原始沉积岩层或是经过构造变形后下拗的沉积岩层，其褶皱核部由较新地层组成的(复式)向斜定义为沉积构造盆地，而将经过构造变形不完整的盆地称为盆(地残)片。赋存石油与天然气(含煤成气)的沉积构造盆地称含油气盆地。赋存煤炭的沉积构造盆地称为含煤盆地。赋存煤层气的沉积构造盆地称为含煤层气盆地。

《地球科学大辞典》(2005a)对沉积盆地的定义为:相当厚的沉积物充填的地壳大型坳陷。从石油地质学看，要使一定面积上沉积物能堆积到相当大的厚度，该地区的地壳必然在整体上具有下沉趋势，即它是与沉积同时的同生坳陷。一个沉积区有自己的边界，在边界内沉积物有规律地分布，反映了沉积时或沉积岩原生状态时的古地理—古构造环境，因而它又可称为原生盆地或原型盆地。

按目前公认的定义，沉积盆地是指“地壳中凹陷下沉并有沉积物堆积的大范围低洼地区。有盆形、槽形、湾形等。按不同特点可以分为大洋型地壳盆地、大陆型地壳盆地以及过渡型地壳盆地;大陆边缘盆地、克拉通盆地以及断陷盆地等。”(《地球科学大辞典》编委会，2005a)

经综合考虑，本书给予二氧化碳地质储存沉积盆地(carbondioxidestoragebasin)的定义是，具有良好的储盖组合和圈闭条件，可供工程性CO₂地质储存的沉积盆地。

上述定义，从不同角度对沉积盆地的特征进行了高度概括。此外，下列概念对沉积盆地的理解亦有帮助(《地球科学大辞典》编委会，2005b)。

原型盆地(prototype basin，protogenous basin):又称原生盆地(primary basin)。巨厚沉积物沉积阶段的盆地原型。强调从现有的沉积实体去恢复沉积时的古地理和古构造来认识原型盆地，有利于揭示生烃和储集之沉积物的分布规律。

构造盆地(tectonic basin):①四周地层向中心倾斜的大型坳陷区，平面上为近浑圆形的大型向斜构造，曾发生持续沉降并为巨厚沉积物所充填的地区，是地台区的典型构造类型之一，有时和地理学上的盆地相一致(如塔里木盆地)，有时又与地理学上的盆地不同(如鄂尔多斯盆地)。②造山带中一种窄长型的、中小型的断陷盆地，即山间盆地。

改造型盆地(reforme dbasin):又称残留盆地(relictbasin)。经过不同程度改造的沉积盆地。地质历史上的沉积盆地大多经历不同程度的改造作用，改造型盆地的研究要侧重地质历史中沉积物的变化过程，强调对现存沉积岩实体和保存下来的油气的研究。

叠合盆地(superimposedbasin，superimpositionbasin):又称叠加盆地。若干不同盆地(不同构造层)纵向叠置的一种复杂结构的盆地。每个时期的盆地都有自己相对独立的原型，不同原型的叠加反映了古地理环境和古构造格局的演变。因而后期沉积不仅可与前期沉积范围不同，而且是对前期原型盆地的改造。

盆地基底(basementofbasin):①基底一词来自大地构造研究的地槽－地台学说。当地槽转化为地台时，其各类沉积建造经历了相当强的变形和/或变质。而与其上的地台型沉积建造构成明显的不同。前者称为基底，后者称为盖层。因而盆地基底就是其下的变质岩或结晶岩。经深入研究发现，古老地台上的盖层底部可有轻微变质，有时出现基底和盖层间的过渡性的建造。②在石油地质学中，当目标主要针对较年轻的盆地沉积(如中、新生界)时，也可把盆地沉积之前较老的沉积岩(它们之间有明显的角度不整合和构造的不吻合性)也称为基底，这时可特称盆地具双重基底。

需要指出的是，当我们使用盆地这一术语时，不一定是指沉积盆地。实际上，盆地有3种类型:地貌的、构造的和沉积的(王成善等，2003)。地貌盆地是被高地天然围绕的地表低地区，地貌盆地有陆上的，也有水下的。陆上地貌盆地从封闭洼地(山间平原)到流贯大陆的冲积河谷，前者如现今中国的四川盆地，后者如亚马孙(Amazon)盆地。这些坳陷可以是被沉积物或火山喷出物质充满，形成充填盆地，也可能是未被充填满的或者是大部分被水和空气充填的，形成所谓的饥饿盆地(starved basin)。从均衡观点来看，后者属欠补偿盆地。水下地貌盆地从冰缘、冰核近湖泊到洋盆都有。地貌盆地的存在，对于沉积盆地的形成是必需的。

把构造盆地或沉积盆地与地貌盆地区别开来是一个很重要的问题。前者是沉积盆地后期变形和构造破坏的结果。如四川盆地，现今时期属于地貌盆地;当我们研究古代沉积物时也把它称之为四川盆地，就属于构造盆地的范畴。对于古老的沉积盆地，保存下来的大都呈构造盆地，甚至有些在板块运动中已消减到岩石圈再循环。

二、沉积盆地的分类

20世纪40年代以来，人们就一直不停地对沉积盆地进行着分类，各派纷争，互有推进。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。

陈昭年(2005)根据盆地发育的地球动力学环境，将沉积盆地分为3大类:裂陷盆地、压陷盆地和走滑拉分盆地，进而依据其所处大地构造位置和盆地发育特征把盆地细分为10个亚类。

(一)裂陷盆地

就目前的统计资料看，拉张环境发育的裂陷盆地是最重要的产油盆地，这在中国尤为突出，如1992年全国总产油量(约1.4×10⁸t)中有超过80%的产于裂陷型含油气盆地。该类盆地的形成往往与岩石圈减薄、破裂有关，地幔上涌和岩石圈内部的韧性剪切(Morley，1989)可能是引起岩石圈减薄的主导因素。

图3－4裂陷盆地演化示意图

1.陆内裂谷盆地

裂谷是指由于整个岩石圈减薄和遭受伸展破裂而引起的，并且常常是一侧为正断层限制的断陷盆地。内陆裂谷位于陆壳板块内部，由于地幔物质上涌使岩石圈减薄，在地壳上部产生张性破裂，并逐渐演变成裂谷盆地。由于处于大陆扩张初期，岩石圈并未被拉开，只是当裂陷发育到一定程度时，地幔物质趋于稳定，裂谷的发育也由断陷阶段转化为坳陷阶段(热沉降阶段)(图3－4)。

该类盆地的一般特点是:①位于大陆板块内部;②沉积盖层常具有双层结构———下部的断陷期沉积和上部的坳陷期沉积，后者的范围一般超越了断层的控制范围;③地温梯度高(一般大于3℃/100m)，裂谷发育初期常有基性喷出岩;④同沉积正断层控制着断陷及盆地格架，断层常为铲型，控制的断陷形态有箕状和地堑式;⑤主要圈闭类型有滚动背斜、掀斜断块、底辟及地层圈闭。当后期受到挤压或走滑应力作用时可发育挤压背斜或雁列褶皱。中国目前最大的产油区———松辽盆地即是此类型盆地。

不同发育阶段的裂谷有不同的形态特征。如东非裂谷、莱茵地堑仅经历了裂谷期;而北海盆地、松辽盆地、渤海湾盆地经过了从断陷到坳陷的演化过程。两类裂谷形态存在明显差异，后一类盆地对油气聚集更有利。

图3－5威林斯顿盆地麦迪生灰岩(密西西比亚系)顶部构造等高线图与横剖面图(据陈发景，1982)

2.陆内坳陷盆地

这类盆地位于克拉通内部，平面上呈近圆形，剖面上为碟状(图3－5)。构造一般比较简单，主要为长垣隆起和穹隆。沉积特征是:在剖面的最下部和最上部及局部边缘为非海相地层，中部发育典型的浅海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积;沉积厚度可小可大，如美国的伊利诺伊盆地、密执安盆地、威林斯顿盆地等，一般为3000～4000m，而西西伯利亚盆地中新生界就厚达4000～8000m。

关于这类盆地的成因，有人认为是重力作用的结果，Dickinson(1976)则把其归因于地幔上涌。开始它可使地壳隆起并形成张裂地堑，但并未继续裂开发育成裂谷，而是整体下沉接受坳陷型沉积。地幔上涌形成的地堑张裂常显示三叉形式，其后热沉降影响的区域是以地幔柱为中心的圆形，因此该类盆地呈近圆形。盆地坳陷深度与地幔上涌的强度和持续时间成正比。一般来说，该类盆地地温梯度较低。

3.大陆边缘盆地

位于离散型板块边缘，也称被动大陆边缘或大西洋型大陆边缘。在被动大陆边缘的滨岸区、陆架区和陆坡区，常发育良好的含油气盆地。其下部常为裂谷期陆相沉积;上部为向海推进的陆相或浅海相陆源碎屑、碳酸盐岩、三角洲和水下扇。Dickinson把这种陆缘沉积称为冒地斜棱柱体(图3－6)。

大陆边缘盆地的演化经历了内陆裂谷、陆间裂谷、窄大洋和大西洋4个阶段。

这类盆地具有良好的储、盖组合和圈闭条件，因而有丰富的油气资源。圈闭类型与裂谷盆地基本一致，而生物礁的发育更增加了其油气潜力。陆缘盆地主要分布在大西洋沿岸，南海北缘的珠江口盆地和莺－琼盆地已证明具有丰富的油气资源。

4.陆间裂谷盆地

当内陆裂谷进一步拉开、地壳强烈减薄、形成过渡壳时，内陆裂谷就演变成陆间裂谷，当陆壳完全分开时，裂谷轴部可有部分洋壳发育(图3－7)，因此也称为原始大洋裂谷。如果进一步扩张，就形成了洋盆。

较典型的陆间裂谷盆地有红海裂谷和加利福尼亚湾。该类盆地早、中期演化与内陆裂谷发展的早、中期相同，地层为沉积岩、熔岩和蒸发岩。当有河流在裂谷末端注入时，三角洲或浊流沉积会代替蒸发岩。

5.新生洋盆

当大陆完全被拉开，形成以洋壳为基底的新生盆地时称为新生洋盆。洋中脊的不断扩张使洋盆不断扩大，大洋岩石圈逐渐下沉形成宽阔平坦的坳陷，沉积很薄，但从洋中脊向外逐渐加厚，可形成浊积深海平原。该类盆地的石油地质意义不大。

图3－6冒地斜棱柱体演化示意图(据Dickinson，1976)

图3－7原始大洋裂谷示意图(据Dickinson，1976)(A)准大陆过渡型地壳;(B)准大洋过渡型地壳

(二)压陷盆地

压陷盆地主要发育在汇聚板块边界及周围。如大洋岩石圈向大陆岩石圈之下俯冲形成的沟弧系，可发育弧后前陆盆地、弧前盆地。当大陆岩石圈相互碰撞时会发育碰撞造山带，在造山带两侧和克拉通边缘可形成周缘前陆盆地。碰撞造山带演化后期存在残留洋盆，造山带内和造山带之间可发育山间盆地。

压陷盆地主要发育缩短构造，如逆冲断裂带、推覆体、挤压断块、不对称背斜和压扭性构造等。前陆盆地和山间盆地具有丰富的油气资源。

1.前陆盆地

前陆盆地(forelandbasin)是指位于线性收缩造山带前缘和相邻稳定克拉通间的狭长盆地。根据前陆盆地所处的大地构造位置可分为周缘前陆盆地(图3－8)和弧后前陆盆地(图3－9)。盆地横剖面呈由造山带侧翼向克拉通减薄的不对称楔状，平面上平行于造山带展布。

图3－8与碰撞造山带毗邻的周缘前陆盆地简图(据Dickinson，1976)

图3－9弧后前陆盆地横剖面简图(据Dikinson，1976)

无论是周缘前陆盆地还是弧后前陆盆地，其本质特点是:①均发育在大陆型地壳上;②由造山带中冲断席载荷引起的挠曲沉降形成;③与板块之间的相互聚敛运动和板块挤压的构造环境有关。

前陆盆地由四个分隔的构造沉积带组成(图3－10)，根据这些沉积带与逆冲带的几何关系将它们分别称为逆冲楔顶部带、前渊带、前隆带和隆外凹陷带(DeCellesetal.，1996)。

图3－10前陆盆地组成示意图(据DeCellesetal.，1996，修改)

前陆盆地造山带一侧发育向前陆区逆冲推覆的褶皱－冲断层带，主要断面为倾向造山带的铲形或阶梯状，常呈叠瓦状组合;盆地近克拉通一侧沉积组合常见的有洪积－河流－三角洲相和浅海相，有时有浊积岩，碎屑物源主要来自造山带，克拉通为次要物源区。沉降中心常逐渐向克拉通方向迁移。

前陆盆地具有丰富的油气资源。西北地区的酒泉－民乐盆地为祁连山北缘前陆盆地，酒泉西部盆地的玉门油田是我国最老的石油工业基地。昆仑山、天山、祁连山等造山带前缘均发育有新生代前陆盆地。

2.山间盆地

山间盆地指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳(通常是克拉通或早期的褶皱带)为基底的压陷盆地，即以逆断层为盆地边界的断陷盆地(图3－11)。如天山褶皱带中的尤尔都斯和焉耆盆地等一些小型盆地。盆地四周被山系所限，造山带附近仍发育向盆内逆冲的褶皱－冲断带，规模可能比前陆区小，山前可以呈向盆内减薄的楔状，但影响范围不大;四周均为物源区，沉积组合主要为冲积、河流、湖相及浅海相。山间盆地除受挤压作用外，走滑断层也常常发育，如柴达木盆地西缘的阿尔金走滑断裂带的活动使盆地内发育典型压扭构造。因造山带一侧向盆内逆冲推覆，可能在褶皱冲断带下掩覆了前陆盆地或山间盆地的部分。

图3－11沿碰撞造山带内部发育的山间盆地简图(据G.Einsele，1992)

3.弧前盆地

位于岛弧与海沟之间，基底性质取决于岛弧与海沟间地壳的性质，可以是陆壳，也可以是洋壳或过渡壳(图3－12)。弧前盆地沉积主要来自岩浆岛弧的碎屑物，水深取决于盆地性质与补偿关系。下伏为残留洋壳时海水可能较深，可沉积含火山灰的深水细浊积岩和浅水粗浊积岩、陆棚砂岩和三角洲砂岩。物源也可以是非火山高地侵蚀碎屑，赤道区盆缘可形成珊瑚礁。

弧前盆地近岛弧一侧为脆性破裂，发育正断层;近海沟一侧挤压性褶皱、冲断层发育。当斜向俯冲时也可产生走滑断层。

4.残留洋盆

洋壳板块消减末期，陆壳板块发生碰撞，碰撞缝合带走向上结合的时间不一致，使部分地带残存老洋盆，这种收缩大洋盆地叫残留洋盆(图3－13)。盆缘形成大型三角洲体系，向海盆发育海底扇并覆于远洋沉积之上，这种浊积岩就是前造山期复理石。

沿喜马拉雅山构造走向出现的恒河三角洲和孟加拉湾海底扇就是这种侧向变化和穿时相发育的表现。随着俯冲、碰撞的继续，残留洋盆逐渐缩小、封闭消失，同时前陆盆地不断扩大，磨拉石覆于复理石沉积之上。这种盆地沉积往往与前陆盆地叠合成为油气勘探的目标层系，具有一定的潜力。

图3－12海沟、斜坡盆地和孤前盆地发育示意图(据Dickinson，1976)自上而下表示时间从早到晚

图3－13碰撞造山缝合带发育使残留大洋盆地逐渐封闭简图(据G.Einsele，1992)

(三)拉分盆地

拉分盆地(pull-apartbasin)发育于区域性走滑断裂带附近，由于两侧断块的相向运动而形成。这种盆地平面上常呈菱形，走滑断层为两个长边边界，正断层为短边边界(图3－14)。由于强烈的走滑运动使地壳下弯，因此在走滑断层一侧往往形成沉降中心。

图3－14所示为在碰撞造山带某处时间上的一系列事件，这一碰撞造山带以穿时封闭为标志，在陆间完全缝合的造山地段侵蚀作用在纵向上扩散沉积物，经过正在移动的过程点沿着构造定向将沉积物供给残留大洋盆地中的复理层浊流海底扇。

拉分盆地不仅在转换型板块边界发育，而且在汇聚型板块边界和大陆板块内部均可产生。沉积速度高，因此岩相变化大，盆地周缘以冲积扇、洪积扇和河流三角洲相为主，向盆地中央迅速过渡为以较深—深湖(海)相为主，并夹有大量的重力流沉积。从这些沉积条件可知，拉分盆地具有油气聚集的基本条件，走滑运动会提供良好的构造圈闭。

实际上，无论是张性还是压性含油气盆地，走滑运动和局部平移均可存在。如果走滑运动对盆地演化起一定控制作用，则可形成张扭性或压扭性盆地，盆内也可发育扭动构造。

图3－14理想的拉分盆地简图(据Crowell，1974)

三、二氧化碳地质储存沉积盆地分类

目前，沉积盆地CO₂地质储存研究刚刚开始，暂依现阶段研究需要，按沉积盆地面积、沉积盆地的地域分布以及沉积盆地构造动力学分类等要素初步提出如下建议。

1.沉积盆地面积分类

根据规模盆地可分为:超巨型(>100×10⁴km²)、巨型(50×10⁴～100×10⁴km²)、大型(10×10⁴～50×10⁴km²)、中型(1×10⁴～10×10⁴km²)和小型(<1×10⁴km²)(陈昭年，2005)。

2.二氧化碳地质储存适宜性评价沉积盆地的地域分布分类

根据沉积盆地与大地构造单元的关系，考虑社会经济发展和碳源分布，在李国玉等(2002)分类的基础上，将中国陆域沉积盆地划分为东部、西部、中部和南方四个盆地群(图3－15)。

东部盆地群是指大别山以北、吕梁山以东，包括黑龙江省、吉林省、内蒙古自治区阴山以北和以东的陆上沿海平原地区。主要受太平洋板块的俯冲作用，盆地地质构造多属拉张型，呈NE—NNE向;西部盆地群指贺兰山—横断山以西的崇山峻岭和浩瀚的沙漠地区，主要受印度板块的挤压作用，盆地地质构造属于挤压型，呈NW—近EW向展布。盆地中分布着成排成带的背斜构造，还有大型地层圈闭，边缘多逆掩断层推覆带;中部盆地群位于东、西部盆地群之间的高山和丘陵地带，受太平洋板块和印度板块双重控制，盆地构造属拉张—挤压复合型，呈NE—NNE向，西部边缘有逆掩推覆带;南方盆地群位于大别山—巫山—横断山以南的陆上地区，中三叠世末成为古陆以后一直是隆起区，仅发育中小型沉积盆地。

3.基于CO₂地质储存逃逸可能性分析的沉积盆地构造动力学分类

现今在陆相沉积盆地分类中，特别强调了盆地所处的构造动力学环境，即按盆地形成的构造动力学背景划分为张性盆地、压性盆地和剪性盆地(图3－16)。

这一分类常与控盆断裂的力学性质一致，如正断层、逆断层和平移断层;也可与板块边界类型相一致，如离散型、聚敛型和转换型。因此按盆地的动力学环境分类具有广泛的适应性，同时也利于研究构造作用与沉积作用的关系和演化规律。

按构造动力学背景，将陆相沉积盆地划分为张性盆地、压性盆地和剪性盆地，仅是3种最基本的标准类型，实际上自然界地质条件是很复杂的。其动力学环境在时间和空间上都是变化的。即使在同一时期、同一位置，也是既有水平运动分量，又有垂直运动分量，使得控盆断裂具有双重力学性质，因而还存在压剪性或张剪性等过渡型盆地。只有通过深入而详细的地质工作，才能正确认识盆地的动力学背景及其在时空上的变化规律。

图3－15中国沉积盆地的地域分布图(据车自成，2002，略有修改)

图3－16断层动力学模式和盆地的形成(主应力轴σ₁>σ₂>σ₃)(据刘和甫，1996)

此外，断层的性质和产状在很大程度上也决定了断层在CO₂地质储存中的封堵或成为CO₂逃逸通道的作用。一般受压扭力作用的断层，断裂带接触比较紧密，断层面具有封闭的性质，有利于对CO₂的封堵;而张性断层恰好相反，相对有利于CO₂逃逸，扭性断层则介于两者之间。

鉴于中国沉积盆地多数是在地质历史时期板块构造环境下形成的产物，而盆地定型构造大都发生在板内体制下。因此，现代板块体制下的沉积盆地构造类型划分方案，并不适合现今中国沉积盆地的构造类型划分。从CO₂地质储存逃逸角度考虑，基于现今沉积盆地变形的动力学环境，将盆地构造类型划分为压性、压扭性、扭性、张扭性和张性5类。

四、沉积盆地地质构造单元划分

在对CO₂地质储存沉积盆地构造单元划分时，可参考行标《含油气盆地构造单元划分》(SY/T5978－94，1995)的划分方案(表3－2)。

表3－2沉积盆地构造单元划分表

通常认为，一级构造单元是盆地内的最大一级构造单元，通称一级构造。一般由隆起和坳陷组成，有时也可划出斜坡和断阶(《地球科学大辞典》编委会，2005b)。

二级构造带由若干个形态相似的三级构造组成的带状区，称作二级构造或二级构造带。二级构造带不仅控制着三级构造的形态、规模、分布、发展史和力学机制，而且还控制着岩性及储、盖组合。因此，某些二级构造带往往是油气的聚集地区，反映控制油气的普遍规律，是石油地质工作的勘探重点。二级构造带的种类甚多，如牵引构造带、背斜带、斜坡带、地层尖灭带、超覆带、盐丘、礁块、披覆和嵌入带等等。其中，背斜构造带是盆地中发育最普遍的二级构造带。中国松辽盆地的大庆长垣，就是一个二级构造带。

三级构造是盆地内最低一级构造单元，如背斜和向斜，常被称为三级构造或局部构造，是形成油气田的基本构造单元，也是组成二级构造(带)的基本构造。