（构造地质学专业论文）湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用.pdf

摘要 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 摘要 论文通过对湘鄂西区块及邻区中生代以来的构造变形样式、火山活动、层序地 层格架、充填序列、物源、沉积物碎屑组构等方面的资料分析，结合秦岭一大别造 山带及江南造山带研究成果，从岩石圈尺度，从壳幔相互作用与盆山共轭、互为一 体的角度，开展了湘鄂西区块区域构造特征、构造演化特征，主要构造样式及形成的 动力学背景，构造热事件与油气形成的关系等方面的深入研究，结合石油地质学的 研究，提出了研究区下一步油气勘探的方向。论文取得以下认识： 1 研究区处于特殊的大地构造部位，地台演化的时代较长，形成了一套稳定的 地台型沉积，为油气的形成提供了前提条件。经历了多期次、多方向的构造作用， 引起地壳演化不均一，形成研究区多种构造样式。研究区主要的构造样式是在燕山 期形成的，但也受到了基底构造的直接影响，所以比较复杂。其构造样式可以分为 挤压块断、伸展断块、逆冲褶皱三种基本类型。研究区地壳演化经历了早元古代一晚 元古代早期的地槽构造层的形成、震旦一志留纪的发生扬子陆块发生整体稳定沉降的 地台发育阶段，发生裂解、坳陷作用，形成浅海沉积的泥盆纪一中三叠世的后地台阶 段，以及晚三叠世以来发生差异块断作用的构造活化阶段。 2 热演化年龄值从1 9 8 4 士l o 4 5 8 o - j = 7 6 ma ，说明研究区自中生代以来，至少 发生过三次明显的构造热事件：它们分别发生在1 9 8 m a 左右( e p 支期) 、1 5 4 m a 左右( 燕 山期) 、7 0 m a 左右( 早第三世) 。代表了印支燕山期以来经历的构造改造时代。 3 从本区生、储、盖、保及构造条件诸方面进行综合分析评价，认为下组合为 主要的烃源岩，花果坪复向斜、桑植一石门复向斜、宜都一鹤峰复背斜为最有利的3 个构造单元，提出2 种不同类型的成藏预测区。本区内油气保存单元具有上、下两 个组合，4 个保存单元系列，总体分为3 个保存条件区，其中花果坪复向斜宣恩地区 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 以北为有利保存单元区，五峰、庙岭及磺厂一桥头一带为较有利保存单元区。 4 数值模拟揭示，研究区中生代以来盆山体系演化受控于统一的动力学系统， 是统一动力学系统在不同地质历史时期耦合作用的结果。印支一早燕山挤压期主要 受控于华北与华南陆块间的陆陆碰撞作用，晚燕山一喜山伸展期受控于太平洋板块 的俯冲及随后的地幔调整作用。 5 根据油气地质条件和构造改造的研究，提出湘鄂西区块下古生界油气 勘探集中在花果坪复向斜、宜都一鹤峰复背斜、桑植一石门复向斜、秭归复向 斜四个区块( 带) ，并分别进行评价及预测。 关键词：构造演化，油气成藏，控制作用，湘鄂西区块 a b s t r a c t t e c t o n i ce v o l u t i o na n di t sc o n t r o l l i n ge f f e c tt o h y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o ni nw e s t e r na r e ao fh u n a n h u b e i b ys uy o n g ( s t r u c t u r a lg e o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f c h e ng u a n g h a o a b s t r a c t b a s e do nt h es y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h es t y l e so ft e c t o m cd e f o r m a t i o n ，v o l c a n i c a c t i v i t i e s ，s e q u e n c es t r a t i g r a p h i c a lf r a m e w o r k , s e d i m e n tf i l l i n gs e q u e n c e ，s e d i m e n t p r o v e n a n c ea n de l a s t i cf a b r i ce ta 1 s i n c em e s o z o i ci nw e s t e r nh u n a n - h u b e ia n dt h e a d j a c e n ta r e a s ，a d d e dw i t ht h es t u d i e so nq i n l i n g d a b i ea n dj i a n g n a no r o g e n i cb e ， t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e g i o n a lt e c t o n i c sa n di t s e v o l u t i o n ，t h em a i ns t r u c t u r es t y l e sa n dg e o d y n a m i c so ft h e i rf o r m a t i o n ，t e c t o n i c g e o t h e r m a le v e n t sa n dt h ei n f l u e n c eo nh y d r o c a r b o nf o r m a t i o ni nt h ea r e a ，f r o mt h e v i e wo fl i t h o s p h e r es c a l e c r u s t - m a n t l ei n t e r a c t i o na n db a s i n r a n g ec o u p l i n g i n c o m b i n a t i o nw i t ht h es t u d i e so np e t r o l e u mg e o l o g y , t h i sp a p e r p r o p o s e dt h ep o t e n t i a l e x p l o r a t i o np m s p e c t si n t h i sa r e a a n dt h em a i nc o n c l u s i o n sa l ea st h ef o l l o w i n g s ： 1 p a r t i c u l a rt e c t o n i cs e t t i n g ，l o n g t i m ee v o l u t i o no ft h ep l a t f o r m ，s t a b l e d e p o s i t i o no fp l a t f o r m - t y p ef a v o rt h ef o r m a t i o n o fh y d r o c a r b o n e x p e r i e n c i n g t e c t o n i c so fm u l t i p l es t a g e sa n dd i r e c t i o n sw h i c hr e s u l t e di nh e t e r o g e n e o u sc m s t a l e v o l u t i o n t h i sa r e ai sc h a r a c t e r i z e db ym u l t i p l es t r u c t u r es t y l e s f o r m i n gd u r i n g y a n s h a n i a np e r i o da n di n f l u e n c e db yt h eb a s e m e n tt e c t o n i c s t h em a i ns t r u c t u r es t y l e s i nt h er e s e a r c ha r e aa r es u b d i v i d e di n t ot h r e et y p e s - - c o m p r e s s i v ef a u l tb l o c k , e x t e n s i o n a lf a u l tb l o c k a n dt h r u s tf o l d t h ec r u s t a le v o l u t i o ne x p e r i e n c e dt h r e es t a g e s ： a ) s t a g eo fp l a t f o r md e v e l o p m e n t ，w h i c ho c c u r r e dg e o s y n c l i n a ls t r u c t u r a ll a y e rd u r i n g e a r l yt ol a t ep r o t e r o z o i c a n dw h o l es t a b l es u b s i d e n c eo fy a n g t z eb l o c kf r o ms i n i a nt o s i l u r i a np e r i o d ；b ) s t a g eo fp o s tp l a t f o r m ，w h i c ho c c u r r e dy a n g t z eb l o c ke x t e n s i o n ， s p l i t t i n g ，d e p r e s s i n g ，a n df o r m i n gm a r i n ed e p o s i ti nd e v o n i a nt om i d d l et r i a s s i c ；a n d c 、s t a g eo ft e c t o n i ca c t i v i z a t i o mw h i c ho c c u r r e dd i f f e r e n t i a lb l o c k sr e s t r i c t e db yf a u l t s s i n c e1 a t et r i a s s i c 2 t h ea g eo fg e o t h e r m a le v o l u t i o nt h a tr a n g e df r o m1 9 8 4 1 0 4t o5 8 0 a ：7 6 m a i n d i c a t e st h a ta tl e a s tt h r e eo b v i o u st e c t o n i ct h e r m a le v e n t sh a v er e s p e c t i v e l y o c c u r r e ds i n c em e s o z o i c ：19 8m a ( i n d o s i n i a n ) ，15 4 m a ( y a n s h a n i a n ) a n d7 0m a ( e a r l yt e r t i a r y ) ，w h i c ha c c o r d i n g l yr e p r e s e n t e dt h ea g e so ft e c t o n i cr e c o n s t r u c t i o n s i n c ei n d o s i n i a n y a n s h a n i a n 3 b a s e do n t h e c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s a n de v a l u a t i o no ft h e g e n e r a t i o n r e s e r v o i r - c a p r o c k , p r e s e r v a t i o na n dt h es t r u c t u r a lc o n d i t i o n s t h el o w e r a s s e m b l a g e ( s i n i a nt os i l u r i a ns y s t e m ) i st h o u g h tt ob et h ed o m i n a n ts o u r c er o c k h u a g u o p i n gs y n c l i n o r e ，s a n g z h i s h i m e ns y n c l i n o r ea n dy i d u - h e f e n ga n t i c l i o r i u m a r et h et h r e ef a v o r i t es t r u c t u r a lu n i t s f u r t h e r m o r e t w od i f f e r e n tt y p e so ft h e i t e c t o n i ce v o l u t i o na n di t sc o n t r o l l i n g a f f e c tt oh y d r o c a r b o na c ：c u m u l a t i o ni nw e s t e r na r e a o f h u n a n - h u b e i h y d r o c a r b o nr e s e r v o i ra r ea l s op r o p o s e di nt h i sp a p e r 1 1 1 eh y d r o c a r b o np r e s e r v a t i o n s y s t e mi sc o m p o s e do ft w oa s s e m b l a g e s ( aa n db ，v e r t i c a l l y ) t h es y s t e mi n c l u d e s f o u rp r e s e r v i n gu n i ts e r i e s w h i c hg e n e r a l l yd i s t r i b u t ei nt h r e ep r e s e r v a t i o na r e a s t o t h en o r t ho fx u a n e ni nh u a g u o p i ns y n c l i n o r ei st h eb e s tu n i tf o rh y d r o c a r b o n p r e s e r v a t i o n ，a n dw u f e n g ，m i a o l i n g ，a n dh u a n g c h a n g - q i a o t o uz o n e s t a k et h es e c o n d p l a c e 4 n u m e r i c a ls i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ee v o l u t i o no fb a s i n r a n g es y s t e ms i n c e m e s o z o i ci sc o n t r o l l e db vt h eu n i f o r mg e o d y n a m i cs y s t e m a n di st h er e s u l to ft h e c o u p l i n go f t h eu n i f o r mg e o d y n a m i c sa td i f f e r e n tg e o l o g i c a lp e r i o d s ：l n d o s i n i a n - e a r l y y a n s h a n i a nc o m p r e s s i v es t a g ew a sm a i n l yc o n t r o l l e db vt h ec o l l i s i o no fn o r t hc h i n a a n ds o u t hc h i n ab l o c k s a n dl a t ey a n s h a n i a n h i m a l a y a ne x t e n s i o n a ls t a g em a i n l y c o n t r o l l e db yt h es u b d u c t i o no fp a c i f i cp l a t ea n dt h es u c c e d e n tm a n t l er e a d i u s t m e n t 5 a c c o r d i n gt ot h es t u d i e so np e t r o l e u mg e o l o g ya n dt e c t o n i cr e c o n s t r u c t i o n ， t h i sp a p e rp r o p o s e dt h a tt h ep o t e n t i a lh y d r o c a r b o ne x p l o r a t i o np r o s p e c t si nl o w e r p a l e o z o i ci nw e s t e r nh u n a n h u b e is h o u l df o c u si nh u a g u o p i n gs y n c l i n o r e d u h e f e n ga n t i c l i o r i u m , s a n g z h i - s h i m e ns y n c l i n o r e z i g u is y n c l i n o r e k 吖w o r d s ：t e c t o n i ce v o l u t i o n ，h y d r o c a r b o nr e s e r v o i r ，c o n t r o l l i n ge f f e c t ， w e s t e r nh u n a n h u b e ia r e a 声明 声明户明 本人郑重声明：所呈交的博士论文“湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的 控制作用”是本人在导师陈广浩、马永生的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本文不包含任何其它个人和集体已经发表 或者撰写过的作品成果。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确的方式表明。本人完全意识到：本声明的法律结果由本人承担。 博士学位论文作者签名 2 0 0 7 年6 月日 前言 - 刖声 一、选题的目的及意义 本文所指的湘鄂西区块东起湖北宜昌一湖南临澧一线，西至湖北建始茶 山一重庆彭水一线，北抵湖北境内兴山、巴东一线，南达湖南西部张家界一 重庆西阳一线，即东径1 0 8 。1 l l 。5 0 、北纬2 8 。5 0 3 l 。2 07 的范围( 图1 ) 。 图l研究区位置图 湘鄂西区块是我国重要的油气勘探区。近四十年来陆续开展了对湘鄂西 地区的油气勘探t 作，取得了一些勘探成果，为研究湘鄂西地区地质结构、 构造和成油气地质条件积累了一定的资料。1 9 9 3 一1 9 9 8 年期问，原1 ，国石油 天然气总公司新区勘探事业部成立了渝鄂湘勘探经理部，对湘鄂西地区重新 进行天然气勘探立项，投入的工作量主要集中于以区域地质结构普奄和桑植 一石门复向斜少数局部构造物探普、概查。江汉研究院、江汉物探处、浙江 石油勘探处、贵州地科所、中科院广州地化所、中国地质大学等单位先后在 研究区进行了地质大剖卣及基础地质方面的研究。尤其是南方海相油气勘探 项目经理部成立以来，对湘鄂西地区下古生界油气勘探重新进行立项，于1 9 9 9 年先后投入了地震、电法、重力和地面石油地质调查勘探工作，揭开了新一 轮湘鄂西地区油气勘探工作的序幕，并加速了研究区油气的勘探。 到目前为止，关于研究区的研究主要开展了对湘鄂西地区地面地质普、详 1 湘鄂两区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 查、湖北及邻区寒武纪一奥陶纪沉移 相研究、湖北及邻区震只系上统一志留系 油气资源评价、鄂湘赣地区海相碳酸盐岩油气资源评价、中扬子地区海相地层 油气资源评价、中扬子地区海相地层油气保存及富集规律研究等研究工作。通 过综合研究，认为湘鄂西地区具备形成油气基本地质条件，同时存在上震r 统 灯影组、下寒武统石龙洞组两套生储盖组合，上震旦统、下寒武统和下奥陶统 三套烃源层，地表也有油气显示，表明曾经历过一定规模的油气聚集。但同时 表明该区油气地质条件复杂，即油气演化程度高、油气成藏及保存条件复杂， 造成对油气勘探工作难度大，勘探成本提高。我们认为近年来在该区油气勘探 进展不大的主要原因是对构造的研究没有透彻，关键在于没有从盆山作用的角 度来研究构造演化的问题。 本文通过对湘鄂西区块及邻区中生代以来的构造变形样式、火山活动、层 序地层格架、充填序列、物源、沉积物碎屑组构等方面的资料分析与研究，结 合秦岭一大别造山带及江南造山带研究成果，从岩石圈尺度，从壳幔相互作用 与盆山共轭、互为一体的角度，建立了研究区盆山耦合作用过程模型。从整体、 动态、综合高度，综合分析了研究区含油气系统的形成与构造演化过程及盆山 耦合作用过程的关系，对油气的勘探具有重要的意义。 二、国内外研究现状 1 湘鄂西区块周边的研究现状及进展 湘鄂区块( 包括江汉盆地在内) 的北部为北两两向的秦岭一大别造山带， 已从二十世纪八十年代以前的区域地质调奋、地表构造研究阶段，进入到二十 世纪八十年代以来的板缘陆陆碰撞造山的动力学与运动学研究阶段；进入到二 十世纪九十年代中期以来的大陆动力学岩石圈三维分层流变学耦合作用研究 阶段；其中大别一苏鲁超高j 玉变质带研究，近年米已成为全球地学研究的热点 与前缘论题。认知东秦岭一大别造山带与周缘盆地间的关系及其间的耦合作 用，对进一步认识陆陆碰撞带、陆内造山( 包括后造山) 机制及其深部动力地 质作用机制i 、口j 题具有十分重要的科学意义。研究区作为秦岭一大别造i i i 带南缘 重要的前陆带，其【| 】翔实记录了造山带南缘的造山作用过程，对山脉隆升具有 十分重要的指示意义。目前上扬子及下扬子地区中生代盆地均进行过前陆盆地 与造山带之间的研究- t 作，中扬子地区这方面的研究工作还有待开展。 2 前言 此外，“江南造山带”八十年代以前视为“江南古陆”，八十代以后众说纷 云，许靖华提出了巨型推覆体的思想，近年来又有人提出走滑造山带的模式( 傅 昭仁等，1 9 9 9 ，2 0 0 1 ) ，深入分析研究区及邻区中生代以来的层序地层格架、 构造体制转换及物源等，同样对认知“江南造山带”构造属性也具有十分重要 的指示意义。 2 盆山作用研究历程 盆山作用的研究是固体地球科学研究的前缘课题之一，是现代大陆动力学 研究的热点领域，是当代系统观、综合观在构造地质学领域的拓展。众所周知， 中国人陆活动性强，盆山关系密切、条块镶嵌，耦合作用是其地壳活动的一大 特色( 刘池阳等，2 0 0 0 ) 。 盆、山作为地球表面的两大基本构造单元，是地球深部内动力地质作用的 结果与外在表现形式，其中详实记录了地壳运动的演化历史。盆山间的相互作 用关系研究，最早可以追溯至槽台地球观时代，那时的构造学家们( h a l l ，1 8 5 9 ) 提出地球上的“山脉前身是地槽，地槽封闭造山”的思想( 吴根耀，2 0 0 2 ) ： 后来重力均衡理论、地球收缩说、膨胀说等从动力学角度解释了盆山间的转换 机制问题；而建立在大陆漂移及海底扩张学说基础上的板块构造理论，则将盆 山间相互作用研究推进到了动力学与运动学研究时代，并建立了系统的盆山转 换作用模式，w i l s o n 旋同即为其典型代表。这些早期盆山间相互作用研究总体 上强调了以盆地发育开始，以造山作用而结束的盆山作用过程。 早期的槽台学说， 注重盆山间的相互转换作用研究即“地槽封闭为造山 带，后逐渐演化为地台”，忽视了约束条件。经后人发展，地槽、陆间地槽、 克拉通问地槽、优地槽、冒地槽相继提出，并衍生出了正、准地槽，正、准、 活化地台、地洼等概念，但忽视了盆山间耦合作用的动力学机制研究及耦合作 用过程研究，仅建立了简单条件下的水平挤压褶皱造山模型，并长期影响着造 山带的研究工作。 二十世纪六十年代兴起的板块构造理论，认识到一般地槽在空间上皆位于 大陆边缘或板块边缘，凶而逐渐意识到造山作用、造山带与陆缘( 板缘) 这种 特定的构造部位存在着同定的专属关系即造i 山约束条件，建立了w i l s 0 1 3 旋回 模型，提出了裂谷、拗拉谷盆地以及洋盆、弧前海沟盆地、弧后盆地、残留洋 3 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 盆地等盆地类型，建立了陆缘a 型、b 型府冲造山及陆间叠接、对接碰撞造山 的系列模型；将水平挤压造山模型发展成为同圈层问的相互聚合作用模型，建 立了系统的沟一弧一盆体系，衍生出前陆盆地、后陆盆地、逆冲推覆构造、拆 离滑脱构造等，从时空关系上认识到了盆山耦合作用及岩石圈的非均一性、应 力应变的差异性等。但忽视了板内( 陆内) 岩石圈的非均一性及板内造山作用 研究。 3 盆山耦合作用研究进展 近年来，随着地球科学理论的发展与国际间深部地球物理、深部钻探计划 的实施，大陆岩石圈圈层结构及各圈层间的相互作用被不断揭示，大陆动力学 获得了空前的发展，盆山作用关系研究进入到多圈层多因素约束条件下的相互 耦合作用的动力学与运动学研究时代( 龚一鸣，1 9 9 6 ) 。与此同时，地质学家 们注意到： 固体地球具有多圈层结构特征。岩石圈三维结构复杂、具流变学分层特 征，深、浅层壳幔间作用存在耦合关系，壳表构造与幔源构造可能同步、致， 可能滞后交叉、呈“立交桥式”结构( 任纪舜等，1 9 9 0 ) 。认识到板块运动是 通过多层次的圈层拆离一滑脱和多级序的剪切破裂滑移而实现的( 龚一鸣， 1 9 9 6 ) 。 固体地球不同圈层间存在相互作用。由于地球演化的非均衡性，其内部 物质与能量在垂向上调整尚未平衡，幔源物质和热流不断上升、进行新的垂向 调整，最终导致地壳内部局部热异常和弱化、地壳活化，形成在统一应力场作 用下发生的构造变形、产生地表盆岭起伏。如：地幔柱作用模型，岩浆底侵作 用模型( f y f e ，1 9 7 3 ：金振民等，1 9 9 6 ) ，上地幔拗隆块体波动式运动模型( 陈 沪生，1 9 8 4 ；陈沪生等，1 9 9 9 ) ，华北地壳东部拆沉作用模型( 高山等，1 9 9 7 ， 1 9 9 9 ) ，华北地壳东部显生宙“蘑菇云”模型( 路凤香等，2 0 0 0 ) 以及下地壳 层流作用模型( 李德威，2 0 0 0 ) 等，从更高层次上完善了盆山耦合作用的动力 学机制问题。 固体地球演化具阶段性特征，即不同地质时期构造体制不同，盆山耦合 作用的约束条件不一，动力学机制不一，形成的造山带及盆地各具特色。如： 秦岭造l i i 带在元古代阶段为洋盆或过渡性洋盆，洋陆一陆陆碰撞后形成古秦岭 4 前言 陆问造山带；古生代期间为海盆，陆陆碰撞后，形成中秦岭陆间造山带；印支 一燕山期以来演化为内陆陆相盆地，经陆内a 型府冲后，形成新秦岭后造山带 ( 杨志华等，1 9 9 9 a ) 。此外，西昆仑造山带与塔里木盆地、天山造山带与准噶 尔、塔里木盆地、东特提斯造山带与盆地、阿尔卑斯造山带与l 1 1 前前陆盆地等 都有同样的特点。 活动性大陆板内造山与成盆具有多样性和多阶段特征。 与稳定陆块( 北美、俄罗斯地台) 相比，活动性陆块( 如中国陆块) 有其 特殊的造山造盆活动规律。二十世纪中叶中国的大地构造学家们就曾注意到这 一点，他们提出了准地台、准地槽的概念，创立了地洼、波浪镶嵌构造学说等， 以区别于稳定地台区。同时他们也注意到了造山造盆作用的因素及约束条件复 杂，机制具有多样性、多阶段特征，建立了多旋回发展的槽台理论及地质力学 理论。经以后几十年的完善与发展，“多期造山与复合叠加成盆”的思想已被 我国地学界广泛接收，如：太古一早中元古代的陆核增生造山模式，晚元古一 古生代的多岛洋模式，中一新生代的板块俯冲模式及板内复合造山与多幕式伸 展成盆模式，包括东北亚伸展造山与幕式成盆模式，东部中生代早期侧向挤出 模式，东、西部走滑造山与幕式成盆模式( 刘和甫等，1 9 9 9 ；傅昭仁等，1 9 9 9 ) ， 西北地区挤压与走滑复合造山叠合成盆模式( 丁道桂等，1 9 9 6 ) ，以及东部低 角度府冲模式等。 4 盆山耦合作用研究方法 运用造山带研究成果重建沉积盆地历史 一方面，从造山带非史密斯地层学特点入手，运用构造地质学原理及平衡 剖面技术作为手段，借助造山带古构造、古地磁、古生物、特殊沉积物类型时 空分布、岩相、火成岩、变质岩、地球化学等方面分析与研究成果，重塑造山 带古地理、古气候、古环境，进行沉积地层学研究，重建沉积盆地历史。如： 龚一鸣等( 1 9 9 6 ) 重塑了三江北段造山带的古特提斯演化、天山一准噶尔海西 造山带阿尔泰一北准噶尔活动大陆边缘沉积区及东哈萨克斯坦板块多岛洋沉 积区、秦岭造山带泥盆纪古海洋。 另一方面，从岩石圈尺度、建立陆块力学挠曲变形数学模型模拟造山带的 动力学过程及盆地的发育历程。a ) 弹性流变模型模拟。以北阿尔卑斯前陆盆 5 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 地为例，选定其逆冲契的突进速度为2 m m a - 1 ，地形坡度为2 5 0 ，模拟显示盆地 在初期是饥饿的，盆地宽度为4 0 一5 0 k m ：末期盆地上超速度超过逆冲楔推进速 度，导致盆地加宽至l o o k m 。它们分别代表了饥饿充填的复理石阶段和过饱和 充填的磨拉石阶段，而沉积负载的加载作用导致前隆的外移。该模型还从剖面 上模拟了旋回顶部发育的不整合面。模拟过程中逆冲楔的推进是一个持续行 为，但其速度、厚度参数则有所改变。b ) 弹粘性挠曲模型模拟。b e a u m o n t 等 ( 1 9 8 8 ) 采用该模型将北美阿巴拉契亚盆地早奥陶世至现代在时间上划分为1 9 个非均匀的段落，将地区划分为边长为9 0 k m 的正方格子。模拟显示逆冲楔的 加载、沉积负载和样式决定岩石圈定量地挠曲响应过程，并由此计算出某些相 关的单元上升而遭受剥蚀，另一些单元则下降接受沉积。模拟最终确定了各个 时间段和各个单元的沉积厚度，再造了区域性的沉积充填序列。c ) 第三种模 型除了逆冲载荷、沉积载荷因素外，还考虑到地壳内部的水平挤压力，如对鄂 尔多斯盆地西缘前陆盆地沉降及其沉积过程的模拟，其结果与实测剖面经压实 校正后的地层厚度与宽度基本吻合( 刘少峰等，1 9 9 7 ) 。 运用盆地分析成果反演造山带活动过程 a以等时层序地层地层格架约束的盆地充填序列作为定时甚至定量分析 的基础，通过详细解剖与造山带毗邻盆地内充填物沉积相、沉积沉降中心、沉 积通量等，包括一些特殊地层相标志物，如砾质粗碎屑楔状体及其迁移、河流 梯度和水系分析等，恢复造山带隆升过程。刘少峰等( 1 9 9 9 a ) 根据鄂尔多斯 盆地印支期以来的层序地层充填特征对秦岭碰撞造山作用过程细节行为进行 了恢复，总体上较详细地刻画了晚三叠世以来秦岭碰撞造山作用时空变化特点 及其周期性演化规律。在时间序列上，分析出了秦岭碰撞造山具有两次脉动过 程，每一次逆冲旋回总体经历了由弱一强一弱的作用过程。在空间上，主要与 次要盆地沉降中心的划分，指示了秦岭西部造山作用强度高于东部地区；原型 盆地沉积边界的恢复，揭示了晚三叠世鄂尔多斯前陆盆地南界紧邻商丹主缝合 线，扬子与华北两大陆块在晚三叠世对接碰撞之后，会聚过程仍在持续，并有 周期性演化的特点。和政军等( 1 9 9 9 ) 通过华北北部侏罗纪盆地群沉积相特征 分析，明确武l i - 尚义一平泉一北票一线以北为晚侏罗世主要隆升剥蚀区，晚侏 罗世曾存在强烈的造山活动；盆地群是在燕辽造山带自北向南的逆冲挤压背景 6 前言 下形成的前陆坳陷盆地，经结合各盆地间的空间配置关系进一步明确了华北北 部晚侏罗世盆地为逆冲系向南扩展形成的背驮式盆地。 b 以盆地内沉积物碎屑组构分析为基础，结合其矿物同位素组成、热年 代学示踪源区造【l i 带构造环境及山脉热隆升事件，包括沉积物碎屑粒度、组分、 填隙物、颗粒间接触关系、( 副) 重矿物含量变化及地球化学特征，沉积物颗 粒锆石年龄谱、钕同位素组成、磷灰石封闭温度、时间等。 盆山双向耦合作用研究 最早可以追溯至波浪镶嵌构造学说，张伯声先生首先将盆一山纳入了统一 的构造系统中加以研究，并从区域构造运动学方面加以分析。1 9 9 4 年，陈国达 院士则从哲学意义上阐述了盆一山构造耦合的重要性：岩石圈的演化过程，实 质上就是造盆作用和造山作用相互交织、互相更迭的过程。一方面，造盆作用 与造山作用是共轭的，是有空间上的、力学上的联系；另一方面，盆地中的沉 积物又可被下一代的造山作用所改造，形成新的山脉，其中具有时间上的、历 史生因上的联系。 九十年代以来，我国学者通过青藏高原、秦岭、燕山等有重大影响的造山 带地区研究，发现盆l ij 作用根源于深部地幔的波状起状和重力均衡作用对地壳 物质的重新分配；盆地区上地幔隆升，山脉区上地幔沉降；盆地区被抬升、加 热的下地壳物质向山脉下地壳蠕动，从盆地区下地壳抽出的物质充填到山根部 位，迫使山脉隆升，而盆地相对沉降，两者同步进行( 白文吉等，1 9 9 3 ) 。刘 少峰等( 1 9 9 9 b ) 依据岩石圈流变学分层的三维空间结构模型，将秦岭一大别造 山带及邻区发育的盆地按深、浅层壳幔相互作用和盆山演化动力系统浑为一体 的大陆动力学理论进行了有意义的科学探索，按时序将秦岭一大别造山带及邻 区显生宙以来构造活动划分为主造山、晚造山、后造山三个阶段，每一个造山 阶段对应不同的盆地系统。如：晚造山阶段发育前陆盆地系统、后造山阶段发 育裂谷盆地系统。因而，较好地解决了盆山问的耦合作用关系。 5 盆山耦合作用研究的科学意义 作为大陆动力学研究的重点领域，盆山耦合作用研究：一方面，它突破了 以往人们认识的局限性，摆脱了仅仅从地壳表层及理论意义上探讨盆山关系及 其作用过程，而是从整体、动态和综合的高度探索造山带与沉积盆地成因机制、 7 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 成因联系、深部地质过程和浅部物质运移、构造变形及其转换机制，试图将造 山作用和造盆作用纳入统一的地球动力学系统之中，为解决大陆动力学问题奠 定基础。另一方面，它将造山作用和成盆作用研究不断引向深入，从更高层次 上把握造山与成盆的内在规律、恢复造山作用的精细行为过程，更好地指导矿 产勘探工作，为经济建设服务。 三、研究的主要内容 主要开展了以下几个方面的研究： 1 湘鄂西区块区域构造特征、构造演化特征研究。在对湘鄂西区块基础 地质资料收集和综合研究的基础上，从演化的角度，应用沉积岩石学、岩相学、 构造地质学、深部构造地质学、地球动力学等分析方法，选择与构造线垂直的 3 条地质剖面( 北西方向) 以及与区域构造垂直的2 条剖面( 为近南北方向) ， 开展湘鄂西区块区域构造特征、构造演化特征的研究，尤其是中、新生代以来 的构造演化的研究；研究湘鄂西区块及邻区古生代盖层的分布及其性质，为油 气成藏的研究提供构造及地层方面的证据。 2 湘鄂西区块中主要构造样式及形成的动力学背景。利用钻井、m t 、地 面地质等资料，研究湘鄂西区块中主要构造样式的形态、性质、形成时代及变 化过程；结合区域地质资料及对地层、沉积、构造的研究探讨前古生代基底的 埋深和结构以及古生代以来的构造形态、展布，研究区域构造演化与烃源岩生 成之间的关系；从岩石圈动力学的角度，从壳幔相互作用与盆山作用的角度， 综合建立研究区演化过程的基本模型。 3 湘鄂西区块构造热事件与油气形成的关系。利用包裹体鉴定资料，应 用裂变径迹测温定年的方法，选择不同剖面的样品，探讨研究区古生代以来的 主要构造热事件及其与油气形成、聚集的关系和对油气形成的作用：利用气水 常规分析与稳定同位素分析资料，结合包裹体测温、测压及含盐度测定等资料， 研究气、水等流体与保存的关系； 4 在综合分析的基础上，提出研究区下一步油气勘探的方向。 四、采用的研究方法及技术路线 本文围绕研究的目标和任务，主要通过以下几个方面开展研究工作。 1 收集、整理湘鄂西区块及邻区( 主要为江汉盆地) 共3 5 口探井资料， 8 前言 其中江汉盆地观测1 0 口井的岩芯，累计芯长1 0 0 余米。 2 收集本区及邻区地质、地震、m t 、重磁等勘探资料，编制了该区地质 数字化图。 3 系统收集本区及邻区已有的综合研究成果资料，在系统研究、综合的 基础上，利用f l a c 数值模拟软件( f a s tl a g r a n g i a na n a l y s i so f c o n t i n u a ) 模拟 了中扬子地区中生代以来挤压和伸展拉伸两期盆山演化过程。 4 对横跨本区的万县一桃源等4 条m t 区域大剖面重新解释，总长度 1 0 0 0 k m ，着重结合地面地质资料对研究区进行基底性质和区域地质结构分析。 5 收集本区的五峰庙岭、官坪一阳和及四望山地区地震测线1 0 条，进 行地震剖面解释。 6 进行研究区内下古生界生、储、盖等成油气地质条件综合评价研究， 重点进行区内保存条件的研究。 7 通过裂变径迹定年测温确定研究区构造热年代。 完成的主要工作量见表1 所示。 表1湘鄂西区块研究完成工作量表 研究内容完成工作量备注 收集已知井资料 3 5 口 勘探资料收集4 份 勘探成果资料 5 份 地震剖面解释 6 条，1 8 0 k m m t 区域大剖面资料再解释4 条 完成5 条剖面的野外调查共计7 0 0 k m湖南境内约5 0 0 k m 采集观测点2 5 2 个 裂变径迹测定1 1 个 构造样品 2 0 个 编制报告其它附图 4 l 张 编制附表册 1 份，1 2 张 编制附图册1 份，4 1 张 编写研究报告1 份，9 万余字 五、获得的主要认识 1 根据研究，认为研究区处于特殊的大地构造部位，演化经历了地槽、 地台、构造活化共三个阶段。同时地台演化的时代较长，形成了套稳定的地 台型沉积，为油气的形成提供了前提条件。 9 湘鄂西区块构造演化及其对油气聚集的控制作用 2 划分四个层序，其中对成藏有利的为s s - 2 、s s - 3 共二个层序。不同层 序时代其充填样式不同，决定了沉积特征及环境：经历了晚元古代末一早古生 代晚期稳定的台地充填样式、晚古生代一早中三叠世大陆边缘盆地稳定充填样 式和晚三叠世一新生代为【i j 间凹陷盆地的局部沉积充填样式。 3 湘鄂西区块经历了多期次、多方向的构造作用，引起地壳演化不均一， 所以多种构造应力场控制下的构造变形作用是形成研究区多种构造样式的主 要原因。研究区主要的构造样式是在燕山期形成的，但也受到了基底构造的直 接影响，所以比较复杂。通过对湘鄂西区块构造、沉积及周边地区构造应力 场的特征分析，其构造样式可以分为挤压块断、伸展断块、逆冲褶皱三种基本 类型。 4 研究区热演化年龄值从1 9 8 4 士1 0 4 - 5 8 o 士7 6 ma ，具有时间跨度大、 年龄分布样式不受时代控制等特点，说明研究区自中生代以来，至少发生过三次 明显的构造热事件：它们分别发生在1 9 8 m a 左右( 印支期) 、1 5 4 m a 左右( 燕山期) 、 7 0 m a 左右( 早第三世) 。代表了印支燕山期来经历的构造改造时代。 5 从本区生、储、盖、保及构造条件诸方面进行综合分析评价，认为下 组合为主要的烃源岩，花果坪复向斜、桑植一石门复向斜、宜都一鹤峰复背斜 为最有利的3 个构造单元，提出2 种不同类型的成藏预测区。本区内油气保存 单元具有a 、b 两个组合，4 个保存单元系列，总体分为3 个保存条件区，其中 花果坪复向斜宣恩地区以北为有利保存单元区，五峰、庙岭及磺厂一桥头一带 为较有利保存单元区。 6 研究区地壳演化经历了早元古代一晚元古代早期的地槽构造层的形成、 震旦一志留纪的发生扬子陆块发生整体稳定沉降的地台发育阶段、发生裂解、 坳陷作用，形成浅海沉积的泥盆纪一中三叠世的后地台阶段，以及晚三叠世以 来发生差异块断作用的构造活化阶段。 7 数值模拟揭示，研究区中生代以来盆山体系演化受控于统一的动力学系 统，是统一动力学系统在不同地质历史时期祸合作用的结果。印支早燕山挤 压期主要受控于华北与华南陆块间的陆陆碰撞作用，晚燕山一喜山伸展期受控 于太平洋板块的俯冲及随后的地幔调整作用。 1 0 第一章区域地质概况 第一章区域地质概况 湘鄂西地区在大地构造位置上处于扬子地块中部湘鄂西褶断带，东以天阳坪 断裂为界与江汉平原区分隔，西以彭水一建始断裂为界与利j i l 复向斜相望，北以 青峰断裂为界与神农架隆起带相接，南以保靖一慈利断裂为界与江南隆起隔开。 第一节区域大地构造背景及特征 湘鄂西区块及邻区行政区划上跨越了湖北、湖南、河南、重庆等省市，地理 上主要包括长江中游及其与上游邻近地区；地处扬子地台中部，简称中扬子地区， 其中发育了一系列中、新生代断、拗陷盆地，著名的有江汉盆地、洞庭盆地。在 大地构造位置上处于华南联合陆块北部、中央造山带南缘( 姜春发等，2 0 0 0 ) ，夹 于江南造山带及东秦岭一大别造山带间。中生代以来，该区早期经历了陆陆碰撞、 陆内挤压造山作用，后期经历了断陷、裂陷成盆的过程；区域构造体系在中生代 发生了重大的转换，其中复合、联合了众多的地质构造现象，它们详细记录了中 国南北大陆联合及东亚大陆东部地区构造体系转换的运动学过程，是认知欧亚大 陆东部深层动力地质作用过程的关键地区之一。 根据区域地质、地球物理场特征及其所反映的主体构造格架面貌，结合秦岭 一大别及江南造山带近年来在岩石构造地层以及地球化学等方面取得的研究成 果与进展( 张国伟，1 9 9 6 a ，1 9 9 6 b ；张本仁等，1 9 9 4 ；孙岩等，2 0 0 1 ) ，以商南 丹凤和勉县略阳两条深大断裂构造带为界，将研