年代古地理学: 理论与实践*

古地理学研究和探讨的是地质历史时期的地表环境,是构造—环境(气候)—物质相互作用的产物。传统的古地理学及相应的构造古地理、生物古地理学等对大地构造演化及古大陆重建、油气勘探等起到了重要的作用。随着地球演化的深入研究,在多层圈的相互作用,特别是古气候、古环境等研究基础上,需要有机地把地表环境和构造环境相结合,并且综合考虑深层及浅层地质过程对古地理格局的形成和演化的制约。在传统的古地理学基础上,提出一个新的学科——年代古地理学,用以研究和探讨地质历史时期的地表过程。该学科是精细的同位素年代格架下的不同动力学—运动学—物质迁移—环境变迁形成古地理的研究,或者物质—力学—环境(气候)相互作用下的古地理格局的研究。旨在研究和探讨地表过程,亦即形成地表环境的过程,强调同一时间的多元性、不同空间的差异性和不同尺度的穿时性。文中以近年来研究的台湾、扬子及华北克拉通等地区的精细时间尺度下的古地理环境为例,进一步剖析年代古地理学对于重新理解和认识古构造格局演化的重要性。     

歧深地区双超压系统发育特征及油气成藏效应

在钻井实测储层压力(DST)、计算泥岩压力及地震资料解释的基础上,对歧深地区超压体系发育特征、分布规律和成藏效应进行了深入分析,认为歧深地区具有"三层压力结构,两个超压系统"特征。压力结构在纵向上可以划分为常压系统、上部弱超压系统和下部超压系统。超压从东营组开始出现,歧口凹陷中心超压最强,北大港东翼、歧口凹陷及板桥凹陷超压次之。双超压结构对歧深地区油气聚集有明显的控制作用,从而形成了"上油下气"分布格局,由此建立了"双压控藏"模式。     

塔里木盆地寒武系烃源岩分布的重新认识及其意义

塔里木盆地台盆区海相烃源岩的分布是制约油气勘探的主控因素,在构造—古地理背景分析基础上,通过典型井地球化学分析结合测井标定与地震追踪,重新厘定寒武系主力烃源岩分布。结果表明,东部烃源岩主要分布在中-下寒武统泥页岩中,西部烃源岩主要分布在下寒武统泥页岩中,中-上寒武统—下奥陶统碳酸盐岩缺乏有效烃源岩,单井纵向厚度标定东部低于100 m、西部低于40 m,远低于早期预测厚度。寒武系烃源岩并非满盆分布,主要分布在满东凹陷、满西台内洼,并发现塔西南南缘可能发育大面积陆缘斜坡烃源岩,而巴楚—麦盖提、塘古—塔中、塔北等基底古隆起区缺乏烃源岩。受控前寒武纪古隆起与寒武纪弱伸展背景影响,寒武系发育4种构造背景下的烃源岩：主要为台间盆、台内洼烃源岩,以及可能存在被动陆缘斜坡、板块边缘裂谷烃源岩。     

吐格尔明背斜核部花岗岩的年代学、地球化学与构造环境及其对塔里木地块北缘古生代伸展聚敛旋回的揭示

塔里木盆地北缘库车坳陷东部地区吐格尔明背斜核部花岗岩发育,该套花岗岩侵位于以云母石英片岩为主的元古界基底岩系中,上覆的三叠系以角度不整合与其接触。本区花岗岩的研究对揭示库车地区的基底性质与构造演化历史具有重要意义。对吐格尔明花岗岩锆石的U-Pb年代学和岩石地球化学的研究表明, 吐格尔明背斜核部的花岗岩锆石为典型岩浆成因锆石,其锆石SHRIMP U-Pb定年结果分别为626.4±5.2Ma~643.3±4.0Ma,表明它们的形成时代为新元古代晚期埃迪卡拉纪早期。该套花岗岩的SiO₂ (67.95%~78.59%)和Al₂O₃ (11.81%~16.21%) 含量均很高,A/CNK在1.2~1.6,为硅和铝过饱和类型,属典型的过铝质花岗岩;稀土元素总量为106×10^-6~207×10^-6,稀土元素配分曲线呈右倾型,具有明显的负Eu异常;高场强元素(Ta、Nb、Ti等)具有明显的负异常,大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr等) 具有明显的正异常。吐格尔明花岗岩是由地壳物质在底侵热源或构造动力作用下引起的局部熔融形成的,属典型的壳源成因类型,形成于挤压环境向伸展环境转化阶段,推测塔里木北缘在震旦纪已开始伸展,代表了古亚洲洋早期的伸展构造环境。实验测得花岗岩钾长石⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄平均为291.4~255.8Ma,代表了花岗岩的隆升剥蚀年龄,反映出吐格尔明花岗岩在二叠纪受到挤压发生剥露的过程。因而从年代学框架上更好地约束了塔里木地块北缘在古生代由伸展裂解到聚敛隆升的构造旋回。     

准噶尔盆地古隆起的分布与基本特征

准噶尔盆地外侧三大边界动力体系的作用及基底结构的差异性导致准噶尔盆地在不同地质时期发育不同性质的隆起构造。石炭纪晚期东北侧的造山作用形成了盆地北部隆起,晚二叠世北部隆起分异为陆梁隆起与乌伦古坳陷;早二叠世西北侧的造山作用形成了车排子隆起,随后的冲断作用形成了克拉玛依——夏子街断裂带。燕山期的压扭作用形成了沉积盖层中的车排子——莫索湾隆起。新生代北天山向北的冲断作用导致准噶尔盆地南部地区急剧挠曲沉降,盆地向南掀斜,隆起向北迁移。据基底的性质、形成时间、活动方式、地质结构与保存状态等特点将准噶尔盆地的隆起划分为继承型、间断型、掀斜型与冲断带型等4种基本类型。     

地震资料中柱状流体运移通道形态参数及其地质意义

深部流体在向上运移的过程中,能够形成垂直-近似垂直的柱状通道,如气烟囱构造、流体逸散管道等。利用高分辨率地震资料,能够直观地对这些柱状地球物理异常进行精细的描述与刻画,从而统计其形态参数。综合不同海域的研究成果,本次研究系统总结归纳了柱状流体运移通道的8个重要参数,分别是发育层位、终止层位、平面形状、直径、高度和宽高比、反射偏移、椭圆率、拟合椭圆方位角。形态参数分别与通道群在平面上的展布方位、特殊的海底异常地貌(如海底麻坑、丘状体等)、深部构造发育与分布(如底辟、断层等)等进行耦合关联,能够进一步揭示柱状流体运移通道的地质含义。可将形态参数分为:(1)从形态学上对柱状通道进行直接分类的参数;(2)指示柱状通道形成诱发因素或形成过程的参数;(3)划分柱状通道幕式流体活动及期次的参数;(4)定义柱状通道中流体活动时间区间的参数;(5)间接反映柱状通道中流体通量相对大小的参数。实际研究过程中,单一形态参数难以准确反映出复杂地质背景下柱状通道的真实地质含义,多参数组合、相互对比验证,能够更好地对柱状流体通道的地质含义做出综合分析。     

临清拗陷东部构造样式及其形成演化

临清拗陷东部自中生代以来构造体制多次转变,盆地演化及构造特征复杂,发育多种类型的构造样式.以盆地分析理论为指导,通过对全区的地震资料的精细解释,总结研究区的构造样式类型,并对其成因进行分析,探讨构造演化上古生界煤成气成藏的控制作用.结果表明:临清拗陷东部构造样式可分为挤压、伸展和反转3种,其中,挤压构造样式以叠瓦逆冲为主,伸展构造样式分为掀斜断块、滑动断阶和重力背形3种,反转构造样式分为正反转和负反转2种.研究区在地质历史上构造活动剧烈,经历印支运动和燕山晚期运动的强烈挤压、燕山早期运动的弱挤压作用以及燕山中期和喜山早期的强烈拉张,不同类型的构造样式由不同的构造运动所形成;上古生界煤成气成藏主要受构造演化所控制,主要发育4种油气藏类型.该研究将对研究区上古生界煤成气勘探提供指导作用.     

塔里木盆地东北部草湖凹陷构造—地层特征与演化

草湖凹陷位于塔里木盆地的东北部,其构造运动的多旋回特征十分显著,目前已在草2、草4等井发现了油气。剖析草湖凹陷的构造-地层特征与演化是深入认识研究区的含油气潜力、持续拓展油气发现的基础。基于研究区最新的探井和地震资料,结合周缘1:200 000区域地质填图成果,建立了研究区内的地层系统;依据不整合面的发育特征,划分了构造-地层层序及形成演化阶段。研究认为,草湖凹陷自震旦纪以来经历了多次构造运动,形成规模不等的角度不整合和平行不整合,通过井震标定和地震剖面的解释,识别出10个不整合面,分别是震旦系底界、上奥陶统底界、上泥盆统底界、石炭系底界、三叠系底界的角度不整合和寒武系底界、侏罗系底界、白垩系底界、古近系底界的平行不整合。据此将草湖凹陷自下而上划分为4个构造层、10个构造亚层。在遵循构造演化阶段划分依据的前提下,利用平衡剖面软件,恢复了草湖凹陷的形成演化,将其演化划分为4个阶段:前震旦纪基底形成期;震旦纪-志留纪发育期;泥盆纪-二叠纪定型期;三叠纪至今调整、改造期。     

北天山北缘构造剖面测量及多期构造变形

天山北缘为典型的大陆内部活动构造特征,发育准噶尔盆地南缘逆冲带,主要表现为新生代时期形成的多排平行山体的背斜和逆冲断层。为了详细研究该区主要构造变形特征和变形形成时间,2005年我们对天山北缘进行了详细的地表地质剖面测量,之后进行了多年地表地质区域调查,落实了关键砾岩地层时代,充分结合卫星遥感影像资料、二维三维地震剖面和钻井测井资料,应用断层相关褶皱理论,完成了一条近SN向的长度50 km的金钩河-安集海河构造地质大剖面。野外观察和地质测量以及生长地层和生长地层不整合分析表明,安集海深层背斜初始形成时间为中新世早期,在第四纪西域组（Q1x）、乌苏群(Q2)和第四纪中晚期(Q4)最终定型的浅表背斜,深层为断层转折褶皱和中浅层反冲的楔形构造叠加组合而成;霍尔果斯深层背斜初始形成时间为中新世晚期,在第四纪中晚期Q4最终定型,构造样式为深层断层转折褶皱、中深层楔形构造和浅层断层扩展背斜叠加组合而成。区域地质调查发现一条近东西走向285°,发育在中生界地层的准南走滑断层,该断层位于准南边界逆冲断裂以北,形成时间最晚（Q4）。根据准南安集海背斜、霍尔果斯背斜和准南边界逆冲断裂初始形成时间,可以认为准南构造初始逆冲次序为后展式,然后整个逆冲带从第四纪早期西域组晚期开始一直活动到现今。     

渤海湾盆地冀中坳陷古潜山的三维地质结构特征

地质结构研究是开展盆地分析与油气勘探的重要基础。渤海湾盆地冀中坳陷以古潜山油气田著称于世,潜山地质结构的精细研究是深化油气勘探、进一步获得油气发现的关键。本文基于对覆盖整个冀中坳陷的2D 和3D 高精度地震资料的系统解释及对钻达潜山的数百口探井资料的综合整理与分析,开展了潜山地层与断裂系统的精细解析,整体揭示了潜山的三维地质结构。研究表明,冀中坳陷内发育长城系底、寒武系底、石炭系底、中生界底、古近系底和新近系底6个区域性不整合面,据此,在纵向上划分出7个构造层。冀中坳陷内切穿潜山顶面的断裂按其走向可以分为NE、NW 和近EW 向3 组。其中,NE 向断层最为发育,NW向断层多发育于坳陷中部偏东。以近EW 向的徐水-安新断层和衡水断层为界,将冀中坳陷分为北、中、南3 段,各段的构造样式存在明显的差异。从潜山成因类型的角度出发,根据潜山的地层组成、构造演化、控山断层及潜山本身几何学特征等因素,在坳陷内划分出42个潜山构造带,并详细总结了重点潜山带的发育特征。前中生代的构造-沉积演化为潜山的发育奠定了良好的物质基础,印支运动和燕山运动早期的挤压事件对潜山地层有着明显的改造作用,晚侏罗世以来的多期伸展控制了坳陷内不同成因类型潜山的形成-调整-定型过程。