盆地动力学与能源资源——世纪之交的回顾与展望

沉积盆地是人类最重要的资源宝库。当今人类社会正面临环境、资源与灾害问题的严峻挑战 ,要获得对人类社会繁荣发展至关重要的能源资源就需要更深入地研究盆地。盆地动力学是当今沉积盆地理论研究领域的主要趋向。为了认识盆地的成因及演化过程中的一系列特征 ,不仅需要了解盆地与板块构造格架的关系 ,还需要了解其与深部地幔对流系统的关系。天然地震层析、岩浆岩石学地球化学和盆地模拟技术的综合应用提供了研究这一重要问题的手段。盆地中流体系统的研究对油气成藏和层控金属矿床成矿以及对地下水资源的利用和保护具有关键意义 ,以往研究薄弱的这一领域将成为多学科研究的聚焦点。盆地及其中的油气、煤和放射性矿产等能源资源研究和勘探事业的发展一直有赖于高技术手段、高精度的地球物理技术 ,如三维、四维和多波地震探测 ,以及计算机模拟技术。在新世纪之初将更精确地提供地下地质体和流体活动的影像。计算机模拟技术将成为研究地质与成藏过程的不可缺少的手段。应用新理论和新技术重新观察和审视沉积盆地的内部构成将带来资源勘查的更大发展     

中国盆地动力学研究现状及展望

沉积盆地既是人类最重要的资源宝库,又包含了丰富的全球气候变化、流体流动和地球动力学等相关信息。人类社会对矿产资源和水资源的大量需求推动盆地分析领域的快速发展,地球科学家对沉积盆地开展了多年的系统性探索,在盆地形成和演化机制、沉积充填、盆地流体及相关资源的聚集过程等诸多方面的研究取得了一系列重要的进展和突破,形成了一门新兴的学科—盆地动力学。近年来,我国学者在大型叠合盆地和大陆边缘盆地的动力学过程、陆相盆地层序地层、深水沉积、源—汇系统等方向取得了显著成绩和突出进展。相关成果不仅有效地服务于能源、矿产、水资源等各类资源勘探,而且为地球动力学、重大构造事件、全球环境变迁及气候演变研究提供了丰富资料和详实证据。     

沉积盆地动力学的研究现状、问题与展望

沉积盆地动力学研究沉积盆地在地质历史时期的地质结构特征、成因机制及其对成矿、成藏的控制作用, 是地球动力学研究的重要组成部分.30多年来, 沉积盆地动力学经历了沉积盆地的板块构造分类与构造环境解释、盆地动力学的兴起, 盆地综合建模与盆地系统动力学3个发展阶段; 在沉积盆地的深部构造背景、盆-山关系、沉降机制、充填模式及其对能源、矿产的控制方面取得重要进展.目前, 在对不同层次、不同尺度、不同机制的盆地动力学综合分析, 全3-D和4-D盆地动力学模型的构建与检验, 及学术界与工业界的充分结合等方面面临重要挑战.需解决一系列关键科学问题: 沉积盆地的深部结构、过程与盆地形成; 沉积盆地的构造-气候古地理; 多旋回沉积盆地叠合动力学过程与原型盆地演化; 叠合盆地复合成矿(藏)系统流体运聚及其资源、能源效应等.基于大数据综合集成、多学科交叉渗透、观测技术与分析方法的不断进步与完善, 盆地动力学将在其结构构造、形成演化及其控矿(藏)的4-D综合模型方面取得突破, 并为人类社会、经济发展做出贡献.     

中国南部及邻区能源资源成矿区带数据集

能源矿产是国家安全和经济发展的战略资源,加强我国及周边地区油气和煤等能源资源的研究和开发利用意义重大。依据板块构造和大陆动力学以及油气与煤成藏地质学理论,以深部构造控制盆—山发育、盆—山耦合和热动力系统控制成矿的研究工作思路,应用70个油气田、471个煤田的基础地质资料,从沉积盆地发育的区域地质特征、成矿地质条件和成矿单元诸多方面,在地理信息系统（GIS）平台上提示了该区板块构造格局与能源资源的时空分布规律。中国南部及邻区能源资源可划分为3个成矿域,每个成矿域又可进一步划分为成矿省、含矿区（盆地）、矿田聚集区带、矿田（油气田）五个级别的成矿区域。数据集由构造带（断裂带和造山带）类型和时代、盆地类型和时代、能源矿产资源类型和丰度、成矿区带等元数据组成。该数据集是在区域大地构造研究的基础上,结合沉积盆地能源矿产（石油、天然气、煤）资源评价资料,综合分析成矿区带特征,利用地理信息系统（GIS）建立的一套完整的数据库,不仅是对中国南部及邻区区域地质认识和沉积盆地能源资源勘查工作成果的集成,而且为国家科学地引导地质找矿工作部署提供理论基础。     

特约主编致读者

李思田教授是我国著名的沉积地质学家和地质教育家。他长期致力于沉积盆地与能源资源的教学和研究工作。他治学严谨、不畏艰辛、锲而不舍、不断开拓和创新。在盆地分析、沉积体系、层序地层及能源资源预测等方面形成了一套有特色的理论和方法体系,并为我国的煤、油气资源勘探和预测做出了突出贡献。他数十年如一日,呕心沥血,言传身教,培育了一大批优秀的地质人才。值此李思田教授80华诞暨从事地质事业60周年,特出版“盆地动力学的研究进展、发展趋向及新挑战”为主题的专辑,予以庆贺。     

能源盆地沉积学及其前沿科学问题

赋存油、气、煤和（或）铀能源矿产的沉积盆地,称为能源盆地。沉积作用及建造是影响油气煤铀同盆共存、成藏及分布的重要因素和物质基础。能源等沉积矿产及其形成,是沉积学的重要组成部分。通过讨论能源盆地沉积建造与油气煤铀赋存成藏及分布的内在联系,提出成煤建造在盆地演化和空间分布上,总体处于成油气建造和成铀建造的过渡、衔接部位和承前启后的演化阶段。并探讨了厚煤层的初始成煤物质来源与成因,蚀源区物源对盆地沉积建造、油气储层和铀成矿的重要影响。分析认为当前存在重先进技术观测测试,轻露头区精细剖析的倾向;对后期改造的影响程度和原盆古沉积面貌恢复的水平尚需重视和提高。能源盆地沉积学内涵的自然外延领域广阔,与之相关的前沿科学问题颇多。应将沉积学置于盆地形成演化和改造的时空过程中,兼顾地球环境和生物演变进程,进行整体、动态、综合研究。重点讨论了其中部分相关前沿科学问题,如:沉积盆地动力学、地球环境及生命演变对沉积和成矿作用的影响、有机与无机相互作用对能源矿产形成的影响、事件沉积学及深部作用与成矿作用的关联、能源矿产空间分区性及偏富极形成的沉积学环境、沉积建造和沉积矿产年代学等。     

沉积学和盆地动力学现状及发展动态简析

沉积学和盆地动力学已发展成为地质科学中重要的分支学科,且具有强大的社会需求。通过总结1987—2020年沉积学和盆地动力学学科的国家自然基金面上和青年项目的申报和资助特点,为今后的相关研究提供参考和借鉴。分析结果显示:“八·五”和“十二·五”期间,该领域申报项目数量较大,获得批准资助的项目总数迅速增高,表明该时期是我国在沉积学和盆地动力学发展的关键时期,领域内青年科技人才培养得到了一定的发展。该学科基金的申报方向主要分为3大类:基础沉积学和盆地动力学、应用沉积学和盆地动力学及交叉沉积学和盆地动力学。“十四·五”期间:1）基础沉积学和盆地动力学的方面更加注重古环境和古气候等研究;2）应用沉积学和盆地动力学的研究在大地构造—沉积上继续占据优势,在沉积成矿上,也会继续发展增强;3）交叉沉积学和盆地动力学类的申报更加侧重于碳酸盐岩沉积和生物沉积,其次,计算机模拟技术在沉积学上的应用也可能成为未来的重要的方向和领域。     

中国沉积学近十年来的发展现状与趋势

中国沉积学经历了从20世纪初至21世纪百余年的发展历程.进入21世纪以来,中国沉积学在盆地动力学、层序地层学、源-汇系统、沉积体系和沉积相、古地理学、前寒武纪沉积学、现代沉积环境、深时地质与沉积学、生物沉积学等多领域的研究中取得了重要进展.在深时古气候与全球变化、古环境变化及第四纪沉积等领域的研究与国际同步发展或已迈入国际研究前沿.同时,形成了陆相层序地层和盆地沉积充填动力学、含油气盆地沉积学等独具我国特色的研究方向,取得了一系列重要进展并围绕国家能源需求做出了重大贡献.但目前我国沉积学研究仍以跟踪国际前沿为主,而原创性的、引领性的研究较少.我国沉积学在温室陆地气候与古地貌重建、重大地质转折期的沉积和生物过程、源-汇系统、前寒武纪超大陆演化与早期地球环境等领域有望取得具有国际前沿的开拓性成果.     

沉积盆地动力学进展及在油气勘探中的应用

沉积盆地在演化过程中,其沉积充填记录了海陆变迁,构造格局演变及与周围环境的相互作用的具体历史。人类所需绝大部分油气资源也都蕴藏于沉积盆地中。讨论总结前人有关研究成果,综述我国盆地动力学主要研究进展。结合若干实例概述沉积盆地动力学在油气勘探中的应用。二十世纪九十年代,对于沉积盆地的研究上升到了沉积盆地动力学的高度,且与油气勘探的关系越来越密切,已成为油气勘探中不可缺少的分析方法,沉积盆地动力学对油气生成、运移和聚集成藏有着重要的影响。     

用于沉积盆地分析的古环境图

盆地分析是著名的沉积学家P.E.波特(Potter)与F.J.裴蒂庄(Pettijohn)等在前人研究基础上将沉积盆地研究的原理和方法系统化而发展起来的一门沉积学分支学科[6]。这一学科的近代发展趋势则不局限于对盆地内沉积充填的研究,而是与构造研究愈来愈紧密地结合。其基本思想是将沉积盆地作为一个整体,全面分析盆地的地层格架和构造格架、沉积环境以及煤和石油等沉积矿产的分布规律[3][4]。在研究中注意各项地质特征的演化,并通过分析和类比建立各种类型盆地的沉积模式,为矿产资源预测和评价提供依据。盆地分析如同地质学的大多数领域一样,首先是以充分的野外地质观察为基础,并在进一步综合分析的基础上用一整套图件综合反映研究成果,如地层厚度图、岩相图、沉积断面图、沉积物分散类型和古流向图等。     

鹤岗盆地煤层气成藏条件类比分析及潜力评估

为了评价鹤岗盆地煤层气的资源潜力,从煤层气的成藏条件出发,将鹤岗盆地相关的地质、地化参数与阜新盆地进行类比,采用模糊数学方法对两个盆地资源潜力进行评分,并计算出鹤岗盆地煤层气资源总量。结果表明,鹤岗盆地绝大部分地质、地化指标相似于甚至优于阜新盆地;鹤岗盆地煤炭资源丰富,煤阶以气煤-焦煤为主,煤层累计厚度平均64 m,为煤层气的大量生成提供了良好的物质基础。但是,由于岩浆和构造活动以及有效盖层的差异,使不同矿区含气量差别较大,整体表现为东北高、西南低的特征。尽管鹤岗盆地部分煤层含气量和渗透率偏低,但其煤层分布规模大,煤阶中等,其煤层气资源总量可达445.6×108 m3,通过合理开采,可具有较大的工业产能。      

论中国煤炭地质勘查工作在新条件下的定位与重大研究问题

煤炭是我国的主体能源和重要的煤化工原料,新中国成立70多年来煤炭地质勘查工作紧密结合国家战略需求,为国家探明了急需的煤炭资源,保障了国家煤炭能源供应。通过系统总结近年来我国煤炭地质工作取得的主要成果,分析了当前新条件下煤炭地质工作发展面临的重大研究问题,明确了煤炭地质勘查工作定位,提出“1个理论、10个主要技术”的重点攻关研究思路,拓展了煤炭地质勘查工作的研究范围,对保障煤炭资源在我国经济和社会发展中发挥好“稳定器”和“压舱石”作用具有重要研究意义。研究认为：(1)新条件下煤炭地质勘查工作已由以保障煤炭能源资源安全为主发展为既要保障煤炭能源资源安全供应,还要为绿色矿山建设、矿山智能化开采与生态安全服务的煤炭生态地质勘查新阶段。(2)提出了煤炭地质勘查工作今后的重点是资源勘查与利用、地质条件评价与动态地质事件预警、矿山环境治理修复与生态地质层功能作用复原、地质条件改性等方面的10大重点攻关问题。(3)针对煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源赋存特点,需研究建立煤与煤系共伴生矿产协同勘查模式,在关注“煤”的同时,加大对煤系、煤盆地全域性的多矿产聚集规律和各类资源研究,推动煤、煤系及煤盆地多能源...     

The Status Quo and Outlook of Chinese Coal Geology and Exploration Technologies

Coal is China＇s dominant energy resource. Coal geological exploration is the basis of sustainable development of coal industry. Since the late 1990s, the advances in Chinese coal geology and exploration techniques have been shown in the following aspects. （1） The basic research of coal geology has changed from traditional geological studies to earth system science; （2） Breakthroughs have been achieved in integrated exploration techniques for coal resources; （3） Evaluation of coal and coalbed methane resources provides important basis for macropolicy making for China＇s coal industry and construction of large coal bases; （4） Significant advances have been made in using information technology in coal geological exploration and 3S （GPS, GIS, RS） technology. For the present and a period of time in the future, major tasks of Chinese coal geological technology are as follows： （1） solving resources replacement problem in eastern China and geological problems of deep mining; （2） solving problem of integrated coal exploration of complex regions in energy bases of central China, and resources problems induced by coal exploitation; （3） making efforts to enhance the level of geological research and resources evaluation of coal-accumulation basins in western China; （4） strengthening geological research of clean coal technologies; （5） strengthening geological research of the problems in modern coal mining and safe production; （6） promoting information technology in coal resources and major geological investigations.     

内蒙古早白垩世五间房含煤盆地煤层煤相分析

内蒙古是我国非常重要的后备煤炭资源基地,煤层大多聚集在白垩纪断陷盆地中,其中,五间房含煤盆地煤炭资源丰富。通过对该盆地东南部3个钻孔57件煤样的煤岩学和煤化学分析,探讨了煤层的煤质特征、煤相类型及其演化规律。研究结果表明:本区煤层以低—中高灰、高挥发分产率和低—特低硫为特征;具有较高的镜/惰比和结构保存指数;煤相类型主要为潮湿森林沼泽相,自下而上,成煤泥炭沼泽覆水程度总体有所加深,上部泥炭沼泽具有水体逐渐加深的水进型特征,下部泥炭沼泽具有水体逐渐变浅的水退型特征。      

东亚地区盆地类型和盆地群特征

东亚地区区域构造经历了多期复杂的演化过程,印支期东亚大陆的地质格局基本形成,燕山期作为重要的构造变革期,在盆地形成演化过程中发挥着重要的作用。根据东亚地区燕山期以来盆地所受三向应力的作用机制（拉张、挤压）以及这种机制对前期盆地的改造程度,考虑盆地自身的地质演化历史,结合前人对沉积盆地类型划分方案的研究成果,将东亚地区沉积盆地划分为6个类型,即克拉通盆地、陆内挤压挠曲盆地、走滑拉分盆地、裂谷盆地、弧前盆地和弧后盆地;同时将不同盆地在成盆时间上"归位"于燕山期前和燕山期后,在平面分布上"归位"于构造域中,形成盆地群的概念,认为同一构造域内的盆地在盆地类型、盆地沉积层序、盆地演化历史等方面具有相对一致性,而在不同的构造域中盆地类型、盆地演化历史均存在一定差异。盆地群内部盆地的可比性和共性以及盆地群之间盆地的差异性的认识,对研究不同盆地的成因和演化具有重要的理论意义,同时为在东亚地区开展低勘探程度盆地的油气资源潜力评价奠定了盆地类比分析的基础。      

超级克拉通盆地发育的构造背景及其形成模式探讨

克拉通盆地是所有盆地类型中最稳定、最长寿的盆地,也是地壳和地幔长期垂向变形最重要的地质记录。地史上面积最大的克拉通盆地(超级克拉通盆地)原型面积常超过200×10^4 km^2,对探讨克拉通盆地成因演化具有重要的代表性意义。目前世界各地的研究可以识别出10余个不同时期的超级克拉通盆地。本文根据超级克拉通盆地基底性质、盆地发育的超大陆构造演化背景及其构造特征,将超级克拉通盆地划分为A型盆地和B型盆地两种类型,它们分别以西西伯利亚盆地和刚果盆地为代表。A型盆地形成于超大陆裂解之前至初始裂解的背景下,基底为前期造山带,为短波长盆地。盆地形态不规则性强,内部均一性相对较低,克拉通盆地边缘可能渐变为弧后盆地或前陆盆地。B型盆地形成于超大陆裂解末期(即下一个超大陆汇聚之初),基底为古克拉通陆块,为长波长盆地,盆地多呈对称的宽缓碟型。A型盆地处于短期活动的热地幔柱之上,伴随早期裂谷作用及其随后的热衰减成盆;B型盆地常处于热点和地貌高地之间的部位,盆地沉降长期受地幔持续缓慢下沉控制。     

下辽河西斜坡带区煤层赋存的可能性

煤层赋存的条件取决于煤系地层沉积时的古地理景观、古气候及构造条件。根据下辽河西斜坡带区以往地质资料,本区发育一套含煤地层,由黑灰色泥岩、粉砂岩与灰白色砂岩、砂砾岩互层,含十余煤层,动植物化石丰富,属晚侏罗世—早白垩世的沙海组、阜新组。本区与赤峰—铁岭盆地群的其它煤盆地皆分布在辽宁省中西部,位于新华夏系第二巨型沉降带与阴山巨型纬向构造带复合部位,都是伴随新华夏系主干断裂而产生的断陷型盆地,无论在煤系沉积特征,还是后期所受构造改造等方面都有很多共同之处,因此认为本区可能有储量丰富的煤炭资源。