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中国大型走滑断裂的复位研究与油气资源战略选区预测

已有 10191 次阅读 2008-4-8 14:07

《地质通报》2006年 第25卷 第9~10期:1022-1027

 

 葛肖虹1,2,任收麦3,刘永江1,袁四化1

 

1. 吉林大学地球科学学院

2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院

3. 国土资源部油气资源战略研究中心

 

摘要:我国西部的阿尔金断裂和东部的郯庐断裂是亚洲大陆上规模最大的两条走滑断裂带,过去曾被认为是长期发育的深大断裂,近20年研究成果表明,阿尔金断裂带全长约3500km,左行走滑活动起始于晚中生代,累积错距350-400 km左右,同步错移了晚白垩世以前相连的塔里木西南和柴达木盆地,分隔了曾经统一的古生代克拉通盆地和侏罗纪笈状断陷的原型盆地,因此,塔里木西南盆地油气资源的勘探评价应该和柴达木盆地对比进行;巴丹吉林、腾格里沙漠掩盖下的阿拉善地块实际与北塔里木地块相对应,是西域板块的东北部,在侏罗-白垩系陆相盆地沉积之下可能保存了古生代克拉通沉积,该地区可作为有潜力的油气资源战略选区。东部的郯庐断裂中段,大型左行走滑发生在早白垩世晚期,苏北和胶东地块是扬子板块北向错移的部分,南黄海中部隆起带是苏北盆地建湖隆起的东向延伸,可作为震旦-三叠系海相碳酸盐岩油气藏的勘探目标区;郯庐断裂北段佳(木斯)-依(兰)断裂切错了松辽与泛三江-哈巴罗夫斯克盆地,敦(化)-密(山)断裂左行错移了鸡西-七台河盆地和虎林盆地。上述晚中生代以来活动的大型左行走滑断裂带,同步错移了古生代的褶皱带和克拉通盆地及晚中生代以前的原型盆地,控制了晚中生代以来断裂两侧盆地的沉积形成与构造特征。因此,对它们的构造复位研究,有助于恢复被断裂错移的原型盆地,有助于拓宽我国东、西部油气勘探的新视野和新思路,同时对拓宽东北地区油气资源潜力区和重新认识松辽盆地形成背景与成盆机制有重大的理论与实践意义。

 

 

我国油气勘探程度东高西低,海洋更低,战略资源潜力区应该在西部、海洋和东部大油田的深部、外围及邻国俄罗斯远东地区;油气资源潜力的挖掘,一靠开辟勘探新区,二靠观念挖潜,要根据近十年来我国区域构造基础理论研究的新进展,重新调整原有的勘探思路与部署,扩展眼界,改变一些习惯成俗的旧观念。比如过去在东、西部油田勘探工作中就盆论盆的情况比较普遍,只对一个盆地中-新生界陆相油气藏实施勘探,而忽视周边,忽视深部,忽视相邻盆地的对比等等,只有观念更新才可能有勘探的新思路,也才可能打出新的场面。我国中-新生代含油气盆地多数是发育在古生代克拉通盆地之上的复合型盆地,过去只重视中-新生界陆相油气藏的勘探与开发,而往往忽略了下部的古生界克拉通盆地,因此注意深层和盆地隆起部位古生代克拉通盆地海相碳酸盐岩油气藏的勘探与开发[1]是老油田挖潜的一个重要方向。我国西部的阿尔金断裂和东部的郯庐断裂是中亚和东亚大陆上规模最大的两条走滑断裂带。过去限于资料和当时的科学技术水平曾经被认为是长期发育的深大断裂[2,3],经过近二十年多来中外学者的研究,基本确认它们都是晚中生代以来活动的大型左行走滑断裂带[4,5],它们不同程度地同步错移了古生代的褶皱带和克拉通盆地,以及晚中生代以前的原型盆地,控制了晚中生代以来断裂两侧盆地的沉积形成与构造特征。因此,对它们的构造复位研究,有助于恢复被断裂错移了的原型盆地,有助于拓宽东、西部油气勘探的新视野和新思路。

1  中国西部的阿尔金断裂带

作为青藏高原的西北边界,一支主断裂位于阿尔金山南侧,由多条北东东向左行斜列的断裂所组成,西起拉竹龙,东过金塔,延伸至西拉木伦河,全长约3500km[5] ,左行走滑起始于晚中生代,累积错距350400 km左右[6];另一支沿塔里木盆地东南缘民丰、且末一线即在盆地中隐伏的车尔臣断裂(NE650走向),向北东切过星星峡、东阿尔泰山和海拉尔盆地,沿德尔布干断裂延伸至鄂霍茨克海,全长约4500 km[7],左行走滑起始于新生代,累积错距不足100 km。它们是中亚大陆上晚中生代-新生代规模最大的左行走滑断裂带,亦可称为广义的阿尔金断裂带(图1。对阿尔金主断裂中段年代学、运动学的研究成果说明,断裂切割了早-中侏罗世原型盆地,获得了与断裂同变形期新生矿物云母、钾长石的激光40Ar/39Ar 97~89Ma[8]178.4~137.5Ma[9]两组年龄因此我们认为断裂起始时间可能在早-中侏罗世之后到晚白垩世之间,是科瑞斯坦微板块在尼泊尔拼贴碰撞的产物,与喜马拉雅西构造结的初始形成时期(102~85Ma)同步[101112]。嗣后,新生代以来由于印度板块与欧亚大陆板块弧-陆、陆-陆碰撞的影响断裂自西向东延伸,经历了46-35Ma25-22 Ma3-2.6 Ma1-0.7 Ma四次脉冲式的走滑错移与青藏高原脉冲式隆升同步[13],既是高原西北的挤压隆升边界,又是伸展边界,至今仍在活动。它肢解了原有的西域克拉通(塔里木、阿拉善、柴达木地块)[14],不同程度地同步错移了晚中生代-新生代以前的构造带、地块与原型盆地,造就了中国西部大陆构造的新格局[15](1):阿拉善-河西走廊与北塔里木盆地(地块)、北祁连加里东褶皱带与塔里木盆地中部满加尔坳陷、中祁连隆起带与塔里木盆地中部隆起带、南祁连-柴达木盆地(地块)与西南塔里木盆地(地块)、东昆仑与西昆仑构造带双双对应。这对重新评估中国西北地区油气资源的战略远景具有重要意义[16,5],比如晚白垩世以前塔里木西南盆地和柴达木盆地相连,构成统一的原型盆地即古生代克拉通盆地和早-中侏罗世笈状断陷的原型盆地;晚白垩世-古近纪期间由于阿尔金断裂的影响,二者既分隔又连通,古-始新世期间塔里木西南盆地为海湾,柴达木西部地区很可能是与之连通的残留泻湖的陆缘部分,这就是为什么柴达木西部地区始新统下干柴沟组具有咸化湖相泥岩沉积,高含盐度20-60‰,高碳酸盐含量30-50%,并有如此丰厚油气资源的原因[2];晚新生代以来两个盆地的构造带都受到阿尔金断裂左行走滑牵引的控制,形成反“S”型成排成带的构造带。因此,对于塔里木西南盆地油气资源的勘探评价应该和柴达木盆地对比进行。

另外,巴丹吉林、腾格里沙漠掩盖下的阿拉善地块实际与北塔里木地块相对应,是西域板块的东北部,晋宁期形成基底,西部、南部发育南华系冰积岩,下古生界亲扬子板块[17],上古生界近中朝板块,属于古生代克拉通,阿拉善地块前寒武纪基底的出露,是中亚造山带前缘中-晚侏罗世挤压后早白垩世伸展作用的产物,古生代期间并不完全是古陆,其南缘河西走廊北侧出露的古生界都是一套没有变质或轻微变质的浅海陆棚和滨海相沉积,因此阿拉善地块在侏罗-白垩系陆相盆地沉积之下应该保存这套古生代克拉通沉积。只是由于自然条件恶劣,这里的地质研究程度低,油气勘探工作比较薄弱,迄今没有获得重大突破。但是,从区域构造条件分析,阿拉善地块除雅布赖山-合黎山弧形山脉北侧受中亚造山带影响,有大量晚海西期花岗岩侵入,东侧晚海西-印支期受西域板块与中朝板块走滑拼贴的影响在贺兰山西侧发育近南北向的动力变质带以外,大部分地区古生代和中-新生代处于比较稳定的构造环境,尤其在雅布赖山-合黎山弧形隆起带的南北两侧都出现了白垩纪大型伸展盆地,新生代构造变形微弱。因此,巴丹吉林、腾格里沙漠掩盖下的侏罗-白垩系陆相盆地及下覆古生代克拉通沉积应该作为有潜力的油气资源战略选区加以重视。

2  中国东部的郯庐断裂中段

走滑断裂起始于印支期中朝与扬子板块的碰撞,但断裂的大型左行走滑发生在早白垩世晚期[1819]。苏北和胶东地块是扬子板块向北错移的部分(图2,南黄海则是它们向东部的延伸,无论基底和古生代盖层都是扬子型的,苏北盆地震旦-三叠系海相碳酸盐岩厚度可达20003000m,南黄海可能更厚。南黄海中-新生代盆地则是苏北盆地向东的延伸。过去把诸城-威海缝合带与南、北朝鲜之间的临津江断裂带相连的认识已经被证明是错误的,实际上它被黄海中部的北西向断裂[20]错移到朝鲜半岛南端,因而整个朝鲜半岛大部分都应该属于中朝板块。苏北盆地中,向北突出的弧形建湖隆起,是和宁镇山脉相似的被郯庐断裂左行走滑牵引形成弧形的印支期推覆构造带[21],属于苏北中新生代盆地中的潜伏隆起,它向东部的延伸就是南黄海的中部隆起带,它们应该作为苏北盆地和南黄海盆地震旦-三叠系海相碳酸盐岩油气藏的勘探目标区。

3  中国东北的郯庐断裂北段

属于大型左行走滑断裂带的向北延伸,分为敦(化)-密(山)和佳(木斯)-依(兰)断裂两支,前者发育比较早,后者稍晚,可能发生在引起东亚构造大变革的中白垩事件108~105 Ma[22]。从东北亚地区数字地貌图可以明显看出(3),佳(木斯)-依(兰)断裂切错了松辽与泛三江-哈巴罗夫斯克盆地。松辽盆地早白垩世沉积盆地的东部缺少边缘相,从上个世纪90年代以来就一直使人困惑,近期方正、汤原和三江盆地的勘探成果[3],预示松辽与泛三江-哈巴罗夫斯克盆地应该是被佳(木斯)-依(兰)断裂左行错移的统一的原型盆地,三江-哈巴罗夫斯克盆地东部早白垩世邻海,这就合理解释了松辽盆地早白垩世多次泛海沉积的成因。通过构造复位,松辽-哈巴罗夫斯克-三江原型盆地的长轴不是NNE向,而是NEE向,那么盆地的成因就很难象20世纪8090年代以来多数学者认为的那样,是西太平洋构造带后缘的裂谷系所引起的,而应该归属于古亚洲构造域中亚造山带内早白垩世的裂陷-伸展盆地。其成因与中侏罗世末-晚侏罗世期间中亚大陆南北向陆-陆汇聚碰撞 [23,24,25]挤压之后地壳增厚,早白垩世(124120Ma)由于地幔软流圈物质上拱,岩石圈拆沉发生大规模底侵事件[26]引起的地壳松弛伸展作用有关,严格讲应该属于弧形中亚造山带东翼的伸展-裂陷盆地,向西和二连盆地、雅布赖山北缘白垩纪盆地、酒泉盆地以及吐鲁番-哈密、准噶尔盆地等属于统一构造背景下形成的弧形伸展-裂陷盆地群。西太平洋构造带后缘裂谷系的影响则主要表现在新生代和现今松辽盆地的地貌与地热分布。

早白垩世的油气资源除松辽盆地以外,真正有油气资源前景的地区,还应该在三江盆地东北部和俄罗斯境内的哈巴罗夫斯克盆地,因为当时它们紧邻大陆边缘,早白垩世全球海平面上升出现缺氧事件的背景下[27],这里存在海湾-泻湖相的沉积环境,有利于生油岩的形成。对于松辽盆地则应该注意深层侏罗系与古生界的天然气藏。近年来鸡西-七台河盆地油气远景已被确认,那么被敦(化)-密(山)断裂左行错移的东南盘,虎林盆地的油气远景亦应引起足够的重视。

4 结论与讨论

我国大型走滑断裂的形成,西部多半与中-新生代大陆板块的陆-陆碰撞,东部多半与晚中生代古太平洋洋壳板块与古亚洲大陆板块之间左行走滑运动的宏观背景有关。中国西部阿尔金断裂现今的规模无疑是印度板块与欧亚大陆板块多期次陆-陆碰撞的结果,我们认为它起始于早-中侏罗世之后到晚白垩世之间,不同程度地同步错移了晚中生代-新生代以前的构造带、地块与原型盆地。塔里木西南和柴达木盆地新生界下覆的古生代克拉通盆地和早-中侏罗世笈状断陷就是被错移了的原型盆地,晚新生代以来两个盆地的构造带都受到阿尔金断裂左行走滑牵引的控制,形成反“S”型成排成带的构造带。因此,两个盆地油气资源的勘探评价应该对比进行;巴丹吉林、腾格里沙漠掩盖下的阿拉善地块与北塔里木地块相对应,这里除了侏罗-白垩系陆相盆地以外,下覆古生代克拉通沉积也应该作为有潜力的油气资源战略选区至于前中生代是否存在阿尔金断裂?一直是地学界长期争议的问题,作者已在多篇论文中[5,12,28]涉及和讨论了这一问题,限于篇幅在此恕不展开讨论。中国东部的郯庐断裂中段,大型左行走滑发生在早白垩世晚期,苏北和胶东地块是扬子板块北向错移的部分,南黄海中部隆起带是苏北盆地建湖隆起的东向延伸,可作为震旦-三叠系海相碳酸盐岩油气藏的勘探目标区;郯庐断裂北段佳(木斯)-依(兰)断裂切错了松辽与泛三江-哈巴罗夫斯克盆地,敦(化)-密(山)断裂左行错移了鸡西-七台河盆地和虎林盆地,对上述盆地油气资源前景的新认识有助于拓宽东北地区油气勘探的新思路

综上所述,无论中国西部的阿尔金断裂,还是东部的郯庐断裂,对它们构造复位之后都带来了对相邻地区大地构造格架的重新认识,必然也会对被断裂同步错移的构造带和盆地固有的认识带来冲击和挑战,比如被错移的构造带原始的延伸方向是什么?被错移的两个盆地如果曾经是一个统一的原型盆地的话,它们的沉积相带应该如何进行复位对比?这些问题需要通过今后更加深入细致的勘探研究工作去验证和解决。然而只要我们认真回顾对郯庐和阿尔金断裂带认识的历史过程,就会看到,在地质上任何新的认识都是在冲破重重阻力后才被世人所接受的。20世纪50-70年代上述断裂普遍被认为是从元古代就开始活动,属于长期发育、分隔控制两侧构造形成的深大断裂带[23],断裂两侧的大地构造格架从元古代,至少古生代以来就是如此,没有变化。80年代初,当徐嘉炜首次提出郯庐断裂起始于中生代,左行走滑,两盘错移600700 km,改变了中国东部原有的构造格架时[29],曾经在我国地学界引起了轩然大波,但是历史证明了徐嘉炜教授的观点在总体上是正确的。文中提出的若干新认识,除了需要和同行们切磋讨论以外,更需要今后油气勘探实践的检验和证实。

 

 

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1  中国及邻区大地构造略图[15]

Fig.1 Tectonic units of China and its adjacent region

 

图例: 1-3 对接地壳消减带(缝合线): 1 海西期; 2 印支期; 3 燕山期及喜马拉雅期; 4-8 叠接地壳消减带: 4 加里东期; 5 海西期; 6 印支期; 7 燕山期及喜马拉雅期; 8 现代俯冲带; 9-10 逆掩带: 9 燕山期; 10 喜马拉雅期; 11 走滑断裂带; 12-17 陆壳类型与洋盆: 12 北亚型; 13 北亚陆缘带; 14 扬子型; 15 华北型; 16 冈瓦纳型; 17 深海洋盆。

大地构造单元:

I 北亚构造域: 1.SB 西伯利亚板块。2.西伯利亚增生陆缘带:Ku 库兹涅茨克地块; Su 萨彦-乌布苏地块; Bh 巴彦洪格尔地块; Tt 托托山地块; Xa 兴安岭地块。3.KZ 哈萨克斯坦板块: Kc 科克契塔夫地块; UI 乌鲁套地块; Ba 巴尔哈什地块; Yn 伊宁地块; Jg-Tu 准格尔-吐鲁番地块。 4.HL 黑龙江板块: Sn 松嫩地块; Bu-Jm 布利亚-佳木斯地块; XI 锡林浩特地块; Xk 兴凯地块。

II 亚洲中带(华夏)构造域: 1华北型:SK 中朝板块: Kr 朝鲜地块; Gg 京畿地块。2扬子型:YZ 扬子板块: Sp 松藩地块; Sj 苏北胶南地块。3扬子型:NI 南海-印支板块: Hx 华夏地块; Tw 台湾地块; Nh 南海地块4扬子型:XY西域板块:Tn 北塔里木地块; Ts 南塔里木地块;Ax 阿拉善地块;Qd 柴达木地块;Nq北羌塘地块。

III 南亚构造域: 1.QZ 青藏板块: Sq 南羌塘地块; Ls 拉萨地块。 2.ID 印度板块。

IV 环太平洋构造域: Xh 锡霍特-阿林带; Ji 日本内带; Jo 日本外带。




2 苏北-南黄海背景构造略图

Fig.2 The tectonic sketch map showing the background of Subei-Southern Huanghai

 

1-中朝板块;2-中朝板块北缘基底抬起带;3-中朝板块北部大陆边缘带;4-扬子板块;5-扬子板块基底隆起带;6-榴辉岩-碰撞带;7-推覆体;8-走滑断裂;9-中新生代隆起;10-中新生代凹陷;  -宁镇推覆体;-建湖推覆体



3 东北亚地区数字地貌图(高程数据源自United States Geological Survey, 2004

Fig.3  Digital topographical map of the Northeast Asia



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