盆地实例分析 四川盆地基底及深部地质结构研究的进展

根据对近年来区域地质、多种地球物理资料和深钻井资料的综合研究，认为四川盆地属扬子板块，岩石圈巨厚，最厚可达２００ｋｍ，川西高原属青藏板块的东缘，同时位于中国南北构造带中段，软流圈呈北东向上隆，岩石圈减薄，其最薄处厚度约７０ｋｍ左右，四川盆地的基底由结晶基底与沉积岩变质基底组成，上震旦统为该地区在扬子古板块形成后的第一套沉积盖层。基底的性质、厚度、埋深在不同地区各不相同，从而决定了盆地内部构造区的划     

四川盆地的磁场特征及地质意义

根据航磁测量资料,对四川盆地的磁场特征进行了分析,确定了盆地的边界及范围,并在编制四川盆地变质基底深度图、构造区划图的基础上,对盆地的基底结构、性质及其深度变化特点以及构造格局、盖层厚度等方面进行了研究。研究表明四川盆地基底由前震旦系变质岩系组成,埋深可达5~12 km,盖层为震旦纪一古生代和中新生代地层;盆地的发生和发展主要受NE向和近EW向构造制约,呈"四坳三隆"的构造格局。这些认识和结论,为今后在该盆地进行油气勘探提供了参考依据。     

四川盆地：周缘活动主控下形成的叠合盆地

四川盆地位于扬子板块西缘和青藏高原东缘,地震勘探资料等揭示盆地前寒武纪基底保存完整的古俯冲带和地堑-地垒结构,说明盆地基底后期构造活动非常稳定;显生宙以来经历晚震旦世-石炭纪、二叠纪-中三叠世两幕克拉通边缘强拉张-强挤压,而克拉通内弱拉张-弱挤压的构造演化过程,体现出盆地内部稳定性结构沉积演化特征。克拉通内弱拉张初期以海相碳酸盐岩大面积稳定沉积（即震旦系灯影组和二叠系栖霞-茅口组）和随后的风化壳岩溶作用（即桐湾期、东吴期等不整合面）为特征,弱拉张期以拉张槽（如：绵阳-长宁拉张槽和开江-梁平拉张槽等）的形成为典型特征;弱挤压则以古隆起（如：加里东期乐山-龙女寺古隆起、印支期泸州古隆起等）的发育为典型特征。四川盆地晚三叠世后的前陆盆地演化阶段受控于其周缘造山带逆冲推覆构造活动,是现今地貌和构造盆地的主要建造期,形成了四川盆地周缘突变（线型）和渐变（弥散型）两种盆山结构。盆地西边界（龙门山）和北边界（米仓山-大巴山）即是线型突变边界,也是扬子地块（板块）的边界,边界几何形状和扬子板块刚性特征对盆山系统结构-构造特征等有较大的控制作用;四川盆地的东边界（齐岳山-大娄山）和西南边界（大凉山）即是渐变弥散型边界,同时也是板（陆）块内部的边界,它们受控于邻区（盆外）的构造变形和盆内沉积盖层中滑脱层的分布特征。受控于盆地（克拉通）周缘活动,四川盆地垂向上前寒武纪基底与盖层、盖层内早期和晚期构造具解耦特征。基底与盖层构造的解耦有利于盆地内部前寒武纪基底结构构造的保存和盖层内大型隆-坳结构的形成演化;盖层内早期和晚期构造的解耦有利于早期构造免遭后期破环,对深层油气藏的保存意义重大。总之,四川盆地可能是具独特形成过程和特征的叠合盆地新类型,其突出特征表现为周缘活动、内部稳定及早期和晚期构造解耦。     

四川盆地基底结构的新认识

四川盆地基底已研究多年,取得一定的共识;但有些基础地质问题,尚值得探讨。如四川盆地西缘的基底是否属大扬子地台的一部分？盆地基底从老至新由不同时代前震旦系三层结构组成,对后期古隆起形成有什么影响？其板块构造演化模式是什么？盆地基底断裂对后期构造变形有什么影响？四川盆地深部岩石圈结构特征,对中新生代构造变形及地温场有何影响等等,将是人们勘探油气关心的基础地质问题。该文在近几年来积累的大量地质和地球物理     

四川盆地威远地区基底花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义

四川盆地内仅有5口井钻穿沉积盖层进入基底,而对基底形成时代与发育构造环境的研究较为薄弱。四川盆地威远地区威117井基底取心资料说明基底由花岗岩类组成,花岗岩锆石SHRIMP U-Pb精确定年结果表明其结晶年龄为794±11 Ma,属于新元古代,该年龄与盆地周缘的花岗岩体结晶年龄具有一致性。结合地球化学特征与岩浆成因类型分析,表明该花岗岩体形成于由挤压向伸展环境的转化阶段,即板块俯冲造山运动结束后向陆内大陆裂谷转化阶段的产物,属于Rodinia超级大陆初始裂解阶段。综合分析认为800 Ma左右是四川盆地具有意义的重要地质时期,是盆地基底形成、构造运动性质发生重要转变的主要时期,越过该时期四川盆地处于大陆裂谷伸展构造环境。     

盆地岩石圈结构与油气成藏及分布

本文综述了大陆岩石圈研究现状和克拉通盆地、裂谷盆地和前陆盆地的岩石圈结构特征,指出在古裂谷、褶皱带或区域性深断裂等陆壳构造薄弱带上发育起来的多期叠合盆地,具有很好的含油气前景。大型含油气盆地往往存在地幔上隆、地壳减薄和地壳内低速层,盆地基底沉降与盖层沉积厚度较大。适度的后期构造活动改造和岩浆活动有利于沉积盆地内油气生成与保存。     

宜昌黄陵隆起构造演化及其对中下扬子页岩气勘探的启示

2013年以来,在四川盆地周缘黄陵隆起南部斜坡带的下寒武统、震旦系取得页岩气勘查的重大发现和突破,开拓了盆外复杂构造区页岩气勘查新方向。依据已有研究成果、区域地质资料、物探资料和钻井资料等,提出黄陵隆起从元古界以来经历了前震旦纪结晶基底形成、震旦纪初的岩体侵入、震旦纪—中侏罗世沉降沉积与隆升剥蚀交替发展、晚侏罗世—古近纪快速隆升削顶4个构造演化阶段。黄陵隆起独特的构造演化史对页岩气成藏起到了重要作用,其中震旦纪—中侏罗世沉降沉积与隆升剥蚀交替发展使早期烃源岩埋深适当,热演化程度和孔隙度适中;而强硬基底则保护了沉积盖层的相对完整性和连续性。考虑构造演化史、基底特征、盖层发育以及烃源岩等因素,对中、下扬子地区类似古隆起进行系统梳理分析,发现四川盆地外围的雪峰隆起、黔中隆起与南华北盆地的霍邱隆起石油地质条件较好,通过进一步的地质地球物理和钻探工作,有望取得油气调查的发现和突破。      

柴东盆地重磁场特征及构造单元划分

本文通过对柴东盆地各地质体（层）物性参数和重磁场特征分析，推断解释盆地的基底结构、岩相特征，磁源体埋深，断裂构造性质及其控盆作用和对沉积覆盖层凹凸格局的影响，对柴东盆地的基底及盖层构造单元进行了划分。笔者建议在相对稳定的地区，寻找基底埋藏浅、沉积盖层厚度较薄，有利于轴成矿的斜坡带。     

米仓山地区构造演化

米仓山地区构造变形序列和构造沉积、岩浆、变质同步事件记录了五大构造发展阶段演化历史。克拉通结晶基底的形成与古裂陷开合构造有关，褶皱基底形成于扬子古板块活动大陆边缘环境，澄江期基性超基性、碱性、中酸性侵入岩序列发育良好，与古大陆裂谷活动有关，克拉通沉积盖层形成于被动大陆边缘，中新生代构造格局为大型推覆—滑脱构造。     

死海（约旦）里散半岛的重磁勘查

里散半岛位于非洲板块和阿拉伯板块交接处的死海盆地中。该盆地面积大，构造简单且有下沉运动，说明它是一拉张型盆地。由重力异常数据发现死海盆地可划分成沿南北延伸各约３０ｋｍ长的几个块体，里散半岛是其中最深的一个。中生代沉积厚度约６ｋｍ，更新世沉积厚度为９ｋｍ。死海盆地的拉张距离为２０ｋｍ，表明死海盆地的年龄约３．３Ｍａ。里散半岛下部的前寒武纪结晶基底磁化率较高，这与区内延续的构造活动性有关。     

扬子地区晋宁期板块构造的探讨

扬子地区在晋宁造山期(1.05—0.85 Ga)发生过板块俯冲活动,其活动模式为青康滇古大洋板块向东南扬子古大陆板块俯冲,浙赣粤古大洋板块向西北的扬子古大陆板块俯冲。两个不平行的古大洋板块相对俯冲所产生的合应力,造成扬子古大陆板块朝北北东向移动,而与华北古大陆板块发生碰撞。     

Rejuvenation of continental lithosphere beneath an intracratonic basin

The effective elastic thickness of the lithosphere in the Williston Basin region has been determined for several time intervals by fitting an elastic flexure equation to the shape of the basin over time. The elastic thickness increases from about 40 km just after the basin began subsiding (450 m.y. B.P.) to about 80 km at the present.These results agree well with the increasing elastic thickness with age predicted for a cooling, 250 km-thick plate (taking elastic thickness to be depth to the 450°C isotherm) if we assume a thermal age of the lithosphere of about 500 m.y. Radiometric dates of basement in the area, however, generally yield ages of 1.7 b.y. (Churchill Province) and 2.5 b.y. (Superior Province).Because basement ages are generally much greater than the inferred lithospheric thermal age in the Williston Basin region, we suggest that lithosphere in this area was thermally rejuvenated, about 500 m.y.B.P., by the same process(es) responsible for the thermal subsidence of the basin. Temperatures were not high enough in the upper crust to reset most radiometric clocks. Additional support for a thermal event 500 m.y.B.P. comes from fission-track ages and a single Rb-Sr age of basement rocks of about 500 m.y.Lithospheric rejuvenation has been modelled using a one-dimensional finite-difference thermal model. The base of a 250 km-thick plate is heated from 1333°C to 1850°C (approximately the solidus of basalt at that depth) for approximately 100 m.y. With conduction only, the depth to the 450°C isotherm slowly decreases, then slowly increases after heating ceases. Rapid thinning and slow thickening of the lithosphere can be achieved only if convective thinning is simulated in the model. The model with convection yields results consistent with the observed increase in lithospheric thickness as well as the observed subsidence of the basin over time.     

青藏高原东北缘岩石圈密度与磁化强度及动力学含义

利用横贯柴达木盆地南北的格尔木—花海子剖面岩石圈二维P波速度结构以及地震波速度与介质密度之间的关系,建立了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度的初始模型。依据重磁同源原理,在柴达木盆地重、磁异常的二重约束下完成了重磁联合反演,获得了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度分布。结果表明:柴达木盆地地壳厚度沿测线变化较大,平均厚度约60km。在柴达木盆地南缘地壳厚约50km,达布逊湖附近地壳最厚为63km左右,大柴旦附近地壳较薄,为50km左右。柴达木盆地的地壳纵向上可分为三层,即上地壳、中地壳与下地壳。位于盆地中部的中、下地壳分别发育大范围的壳内低密度体,并处于上地幔隆起的背景之上;横向上可将盆地分成南北两个部分,分界在达布逊湖附近。整个剖面结晶基底埋深变化也很大,在达布逊湖附近为12km,在昆仑山北缘基底几乎出露地表。结晶基底的展布形态与地壳底界,即莫霍面呈近似镜像对称。综合研究认为,柴达木盆地的岩石圈结构存在着明显的南北差异,其分界在达布逊湖的北面。在盆地南部,岩石圈介质横向变化较小,各层介质分布正常;在盆地的北侧,岩石圈结构特别在中、下地壳和上地幔顶部横向上发生了变化。壳内低密度体的存在意味着柴达木盆地具有较热的岩石圈和上地幔,加之基底界面与莫霍面的镜像对称分布,形成与准噶尔盆地和塔里木盆地的构造差异。多种地球物理参数所揭示的地壳上地幔结构及其横向变化特点为柴达木盆地构造演化及青藏高原北部边界的地球动力学研究提供了岩石圈尺度的地球物理证据。     

龙门山大地电磁深部结构及汶川地震(MS 8.0)

2008年5月12日汶川发生的MS 8.0地震使四川、甘肃和陕西等省遭受重大人员伤亡及财产损失,本文通过震前完成的穿过龙门山构造带中段的松潘中江大地电磁测深剖面的反演解释,揭示了龙门山构造带及其两侧松潘甘孜褶皱带、川西前陆盆地地壳内部30 km深处电性结构。龙门山构造带东侧四川盆地为上部较厚低阻沉积盖层之下存在连续稳定高阻的扬子基底特征,而以西的松潘甘孜褶皱带分上部和下部两部分,上部为高阻古生界夹低阻中新生界,下部（中下地壳）呈连续低阻层,推测可能存在一个连续稳定的壳内高导层。而龙门山恰好是青藏高原与扬子地台联合作用的结果,形成了上部高阻及下部基底高阻,中间夹西倾低阻带,低阻带最厚10 km,其深度从地表10 km连续向西延伸至20 km深处,与松潘甘孜褶皱带15～20 km的低阻层相连。这个异常低阻带可能是松潘甘孜地块向东向上移动的传输带,北川映秀断层逆冲分量显然大于右行走滑分量,因此汶川地震属于右行平移-逆冲断裂型地震。     

盆地形成与演化的动力学类型及其地球动力学机制

借鉴国内外已有的盆地研究成果,在盆地分析的基础上,从岩石圈板块作用、岩石圈深部作用和岩石圈表生作用3个方面,兼顾系统性、科学性和应用性,确立了盆地新的分类原则,由此深入研究了盆地形成与演化的动力学类型,并进一步阐述了盆地形成与演化的地球动力学机制。研究结果表明:在盆地分类中,首先主要根据盆地形成的地球动力学环境如岩石圈板块作用环境、深部作用环境以及表生作用环境来划分大类;再根据盆地形成与演化的各种地质作用及其动力学过程如构造作用(伸展、挤压或剪切过程)、热力作用及重力作用进行主要类型划分;再根据盆地的基底性质和地壳类型(如陆壳、洋壳或过渡壳)以及盆地的沉积充填史和构造古地理等(如海相盆地、陆相盆地或过渡相盆地)细分亚类。盆地形成与演化的动力学类型主要包括:单一构造或热体制下盆地演化时的原型盆地类型、单一重力体制下盆地演化的原型盆地类型、多种构造-热体制下盆地演化的叠合盆地类型以及多种构造-热体制下盆地演化的残留盆地类型。在单一构造或热体制下,从板块作用或壳幔作用角度原型盆地动力学类型主要划分为:伸展盆地(陆内伸展盆地、陆间伸展盆地、大洋伸展盆地和弧后伸展盆地),挠曲盆地(弧后挠曲盆地、周缘挠曲盆地、陆内挠曲盆地),走滑盆地(走滑伸展盆地、走滑挠曲盆地)以及克拉通盆地(克拉通退缩盆地、克拉通扩展盆地和克拉通迁移盆地);单一重力体制下原型盆地动力学类型有负载盆地和撞击盆地;多种构造-热体制下的叠合盆地动力学类型有叠加盆地和复合盆地;多种构造-热体制下盆地演化的残留盆地动力学类型有伸展隆起下局部沉降引起的残留盆地、推覆褶皱隆起引起的残留盆地、俯冲至局部碰撞引起的残留盆地及周边抬升隆起引起的残留盆地。关于盆地形成与演化的地球动力学机制包括:岩石圈的板块作用机制,岩石圈的深部作用机制以及岩石圈的表生作用机制。岩石圈的板块作用机制包括板块伸展、挤压和剪切作用;岩石圈的深部作用机制包括软流圈与超级地幔柱对岩石圈的作用,尤其是壳幔作用;岩石圈的表生作用机制也很重要,包括盆地的重力作用、大气作用、海洋作用和生物作用。通过本文的研究,可以为研究整个岩石圈演化、壳幔作用、地球动力学过程以及成藏成矿机制奠定重要理论基础;同时,对于沉积盆地矿产资源、能源资源、水资源勘探和开发,以及灾害防治和环境保护也具有重要应用价值。     

川黔湘构造带构造样式及深部动力学制约

川黔湘构造带可划分为4个不同的构造带,其中雪峰山构造带地理位置特殊,恰位于华南块体南北向重力梯度带上,两侧岩石圈厚度差异显著,其成因机制历来是争论的焦点。雪峰山构造带基底是一个花状结构,与川黔隔槽式褶皱带构成一个整体,为一个厚皮结构。雪峰山基底在沅麻盆地隆升最高,表现为压扭性构造特点。参考深反射剖面,绘制了研究区浅层与深部结构地质剖面。板块受挤压,中、上地壳与下地壳存在不同的耦合方式,对此分析了研究区下地壳的变形过程。雪峰山下地壳向下存在对冲,形成山根,但并没有俯冲至地幔。随地壳加厚,岩石圈发生弯曲,下地壳与上地幔存在瑞利泰勒不稳定性,并下沉至软流圈地幔。晚中生代,伸展背景下的软流圈上涌使雪峰山以东岩石圈发生拆沉,致使两侧岩石圈厚度出现差异。     

川东北新元古代克拉通裂陷的厘定及其深层油气意义

四川盆地安岳震旦-寒武系特大型气田的发现,极大地鼓舞了相关学者对四川盆地深层油气勘探新领域的探索热情,然而,对于川东北地区深层古地理格局的认识尚存在不少争议。本文通过对四川盆地北缘、东北缘新元古代-寒武纪地层剖面的综合调查与区域对比研究,基于关键事件序列的系统厘定,重建了川东北及邻区的新元古代-寒武纪原型盆地地层格架;同时,结合盆内最新实施的深层钻井和地球物理资料解析,基本厘定了川东北克拉通裂陷的演化时限、发育范围、充填序列、区域古地理格局及其演化过程。研究显示川东北克拉通裂陷的演化经历了三个阶段：（1）新元古代板溪期-震旦纪早期为伸展断陷期,与南华裂谷系开启同步,表现为快速充填,区域沉积分异显著;（2）震旦纪陡山沱晚期-寒武纪筇竹寺期为伸展沉降期,沉积厚度小,但烃源岩相对发育;（3）寒武纪沧浪铺期至寒武纪末为挤压扰曲与充填期,发育局限台地-潟湖相含膏岩系。不同于绵阳-长宁克拉通裂陷,川东北克拉通裂陷开启早,其早期为补偿性裂谷充填、中晚期则为欠补偿的碳质泥页岩和碳酸盐岩沉积组合。由此可见,这一新认识或将对川东北深层油气勘探方向预测具有重要意义。     

Formation of diapiric structure in the deformation zone,central Indian Ocean: A model from gravity and seismic reflection data

Analyses of bathymetry, gravity and seismic reflection data of the diffusive plate boundary in the central Indian Ocean reveal a new kind of deformed structure besides the well-reported structures of long-wavelength anticlinal basement rises and high-angle reverse faults. The structure (basement trough) has a length of about 150 km and deepens by up to 1 km from its regional trend (northward dipping). The basement trough includes a rise at its center with a height of about 1.5km. The rise is about 10 km wide with rounded upper surface and bounded by vertical faults. A broad freeair gravity low of about 20 mGal and a local high of 8 mGal in its center are associated with the identified basement trough and rise structure respectively. Seismic results reveal that the horizontal crustal compression prevailing in the diffusive plate boundary might have formed the basement trough possibly in early Pliocene time. Differential loading stresses have been generated from unequal crust/sediment thickness on lower crustal and upper mantle rocks. A thin semi-ductile serpentinite layer existing near the base of the crust that is interpreted to have been formed at mid-ocean ridge and become part of the lithosphere, may have responded to the downward loading stresses generated by the sediments and crustal rocks to inject the serpentinites into the overlying strata to form a classic diapiric structure.     

Tectonic evolution of the triple junction off central Honshu for the past 1 million years

We discuss several models of the evolution of the trench-trench-trench triple junction off central Honshu during the past 1 m.y. on the basis of plate kinematics, morphology, gravity and seismic reflection profile data available for the area. The study area is characterized by large basins, 7–8 km deep on the inner lower trench slope on the Philippine Sea side and the deep (9 km) Izu-Bonin Trench to the east. Between the basins and the trench, there are 6–7 km-deep basement highs. The triple junction is unstable due to the movement of the Philippine Sea plate at a velocity of 3 cm/yr in WNW direction with respect to Eurasia (Northeast Japan), subparallel to the strike of the Sagami Trough. Generally we can expect the boundary area between the Philippine Sea and Pacific plates to be extended because the Pacific plate is unlikely to follow the retreating Philippine Sea plate due to the obstruction of the southeastern corner of Eurasia. The above peculiar morphology of the junction area could have resulted from this lack of stability. However, there are several possible ways to explain the above morphology.

Our gravity model across the trench-basement high-basin area shows that the basement highs are made of low-density materials (1.8–2 g/cm³). Thus we reject the mantle diapir model which proposes that the basement highs have been formed by diapiric injection of serpentinites between the retreating Philippine Sea plate and the Pacific plate.

The stretched basin model proposes that the basins have been formed by stretching of the Philippine Sea plate wedge. We estimated the extension to be about 10 km at the largest basin. We reconstructed the morphology at 1 Ma by moving the Philippine Sea plate 20 km farther to the east after closing the basins, and thus obtained 8 km depth of the 1 Ma trench, which is similar to that of the present Japan Trench to the north. Although this stretched basin model can explain the formation of the basins and the deep trench, other models are equally possible. For instance, the eduction model explains the origin of the basin by the eduction of the Philippine Sea basement from beneath the basement high, while the accretion model explains the basement highs by the accretion of the Izu-Bonin trench wedge sediments. In both of these models we can reconstruct the 1 Ma trench depth as about 8 km, similar to that of the stretched basin model.

The deformation of the basement of the basins constitutes the best criterion to differentiate between these models. The multi-channel seismic reflection profiles show that the basement of the largest basin is cut by normal faults, in particular at its eastern edge. This suggests that the stretched basin model is most likely. However, the upper part of the sediments shows that the basement high to the east has been recently uplifted. This uplift is probably due to the recent (0.5 Ma) start of accretion of the trench wedge sediments beneath this basement high.