《盆地分析》课件

盆地分析与能源地质 卢宗盛 一 沉积盆地的概念盆地 basin 是一个地质学和地理学上常用术语 但其含义略有不同 地理学的术语 地貌盆地 是指四周被自然高地所围限的地形上的洼地 代表一种地貌单元 它可以是大陆上区域分布的无覆水的洼地 如四川盆地 也可以是驻水的湖泊和海洋 地质学上术语 沉积盆地 1 指现代与古代地球表面可供沉积物堆积的沉降区 2 指地壳上有沉积物或火山碎屑充填的地区 沉积盆地 Sedimentarybasin 包含三个基本条件 1 有沉积物或火山碎屑的充填 2 在构造上是个下凹的单元 3 形态上基本为封闭的 地层结构模式 S3上段 油组 由于 油组前的填平补齐作用 此时期地层厚度均一 CrossLine360波阻抗反演剖面 火山岩为明显高速层 一般 4500m s 反演的波阻抗值 玄武岩 粗面岩 凝灰岩 扇三角洲砂体 欧28 地质模型所建立的玄武岩类 粗面岩类 凝灰岩类上 中 下叠置关系 可较好地确立粗面岩厚度 玄武岩 11500 粗面岩 11500 10000 火山岩综合预测平面图 CrossLine370地震剖面 Line710地震剖面 1号井部署建议图 CrossLine710反演剖面 710 370 地貌盆地 可以有较厚的沉积 也可以只有少量的沉积物 当盆地中发育有相当厚度沉积物时 一般大于1km 称为 沉积盆地 沉积盆地以负向运动占绝对优势 同时接受了足够厚的沉积物 形成了中间厚向盆地边部逐渐变薄的沉积体 地貌盆地和沉积盆地 目前 我们观察到的沉积盆地有三种 1 活动的沉积盆地 这些沉积盆地仍然有沉积物充填 如珠江口盆地 2 不活动的且未受到破坏的沉积盆地 这些盆地现在已经没有沉积物堆积 但是几乎没有受到变形 现今保存的内容基本上反映了其原始的形态和沉积物充填特征 3 强烈变形的沉积盆地 这些沉积盆地沉积之后发生了变形 目前保存的面貌明显不同于原始沉积时的面貌 三 盆地构造单元 辽河断陷构造单元图 南海油气资源勘探开发成绩斐然 1979年 珠江口盆地首获高产工业油流 1979年以来 中国海洋石油总公司通过对外合作和自营勘探 在南海北部陆坡及陆架先后采集地震测线约47万km 钻探井260多口 还采集和收集了南海中南部综合地球物理测线6万km 找到了油气田20余个 在油气成藏和油气资源预测方面积累了较好的基础 2 盆地分析 basinanalysis 主要研究对象是沉积盆地 包括盆地的形成 演化及沉积充填和沉积矿产的成矿规律研究 沉积盆地分析的内容就是分析盆地形成及演化过程中的规律性 由此再造盆地的发展史 对其中的各种沉积矿产资源做出合理的预测和评价 盆地分析实际上是一项复杂的系统工程研究 其基本思路概括为下列四个方面 一 整体分析 二 背景分析 三 演化分析 四 联系分析 曙四区 油组4小层沉积微相图 剩余油预测区 滚动探井部署区 有效储层预测区 潜力分析及调整方案 东营凹陷主体构造格架和构造单元 625 8南北向主测线 东亚陆缘裂谷形成机制示意图 辽河盆地典型的沉积类型砂体分布模式 盆地第三系沉积物源来自盆地凸起 形成陆上冲积扇 泛滥平原河流体系 水下的湖底扇和湖相沉积体系 过渡类型的扇三角洲及三角洲沉积体系三大类型 地球科学的四个目标 了解全球地球系统所涉及的过程 维持充足的自然资源供给减轻地质灾害调节全球环境变化 莺歌海盆地913393测线层序解释剖面a 实际剖面 海 岛 南 913393 N 莺 歌 海 盆 地 LG20 1 1 10km 莺歌海盆地热流体模拟 3 沉积盆地分析的意义 沉积盆地具有不同的形态和大小 广泛分布于地球表面 并通过复杂的地质过程形成 最大的沉积盆地在水平方向上的长度可达数百到数千公里 包含有一百万亿立方米以上的充填物 盆地的充填的重要性在于 第一 盆地保存了地球演化过程中构造史 生物史 大洋史和大气圈事件的独特信息 第二 盆地充填包含有对社会和工业文明极其重要的大部分水资源和许多矿产资源 充填在沉积盆地中的岩石序列是沉积物 有机物和以水为主的流体之间交互反应的构造框架 这些反应产生了石油 天然气 煤 地热和铀等能源 而且可以导致铜 铅 锌 铁和银等许多重要金属矿物沉淀 这些岩石序列也是透水层 即地壳中多孔渗透性的地质单元和地球上淡水的主要储集区域 盆地是能源勘探和工业生产废料处理的主要地区 因而盆地的沉积物正日益受到人类活动的破坏 理论意义 通过盆地形成演化的分析 可以概括出沉积盆地在时间上和空间上的规律性 这些规律性的揭示为板块构造学和地球动力学研究提供更丰富的依据 实际意义 在于指导能源资源 沉积和层控矿产的寻找 勘探和开发 NOBASIN NOOIL 沉积盆地既指一个沉积场所 又指一个构造单元 同时还是发育石油天然气的摇篮 因而受到地质学家的极大关注 但是 并非所有的盆地都有油气形成 油气的形成有其特殊的条件 我们把有过油气生成 并运移 聚集成为工业性油气田的盆地称之为含油气沉积盆地 如松辽盆地 渤海湾盆地 东海盆地 南海盆地等 显然含油气沉积盆地只是沉积盆地中的一部分 全球含油气沉积盆地的分布 已知全球范围在千平方米以上的沉积盆地有600个以上 累计面积为7746 3 104km2 占全球沉积岩覆盖区 15960 104km2 的44 其中海洋盆地为2639 5 104km2 陆上盆地为5124 8 104km2 全球600个主要沉积盆地中 找到大型油气田者75个 约占13 找到中小型油气田者215个 占37 其余尚有约50 的盆地是远景不大 或有待进一步勘探的 在这些盆地中石油总资源量约2200 108 3290 108t 从世界特大型油气田的分布来看 其72 分布于东半球 28 分布于西半球 该比例数恰与其陆地面积之比相吻合 中国的领土面积为960万平方公里 领海面积为300万平方公里 共有沉积盆地373个 累计面积548 104km2 约占全国沉积岩覆盖区 720 104km2 的76 中国沉积盆地的分布 若与全球沉积盆地相比 面积大于50 104km2的盆地 中国占其总面积的5 5 全球则占其总面积的15 10 104km2的盆地 中国占其总面积的39 全球占其总面积的46 1 104 10 104km2的盆地 中国占其总面积的44 5 全球占其总面积的32 1 0 3 104 1 104km2的盆地 中国占其总面积的11 全球占其总面积的6 3 聚煤作用演化 中国聚煤作用演化图 含油气盆地的形成是由盆地的各种地质条件所决定的 有一系列因素控制或影响着沉积盆地中油气的形成和富集 为了评价 预测油气远景和寻找油气资源 就必须从研究盆地入手 牢固树立完整的盆地概念尽管中国沉积盆地的覆盖率较世界的为大 但其大型沉积盆地的比例显然偏少 小结 四 沉积盆地分析进展60年代初 P E Potter和F J Pettijohn发表了 古流与盆地分析 首先提出了盆地分析的整体思想 近廿余年来 由于沉积学 海洋地质学 板块构造学以及其它学科的迅速发展 加之新技术和新方法的应用 使盆地研究进入了一个新阶段 其主要进展和成就大致可概括为以下几个方面 1 沉积学发生了飞跃发展 2 盆地深部过程研究的突破 3 从定性分析发展到定量分析 断陷盆地沉积体系三维构成研究 大型断陷湖盆以层序格架为基础的砂体预测模式 纵向剖面 盆地动力学研究随着层序地层学 事件地层学和构造 地层学等相关多学科的密切结合 盆地的沉积充填动力学研究产生了新的飞跃 尤其是精确的定年技术的改革与提高将解决高精度的地层对比 沉降速度的计算及剥蚀间隔的正确估算等等 而定量动力学则以盆地模拟为手段 基于建立正确的地质模型与数字模型来研究和表达地质过程最本质的关系 并由定量化向动态化过程发展从而在揭示盆地成因的同时 动态地研究各种动力学过程 更好地指导能源和矿产资源勘查 盆地流体分析 崖13 1构造带天然气成藏模式图 盆地模拟与能源勘查沉积盆地 今天残存的盆地是原始沉积盆地在地史演化过程中经多期构造变动 多期热演化等叠加的产物 如何再现盆地的演化史和各类矿产资源的聚集 运移与成藏等过程 从而为能源矿产勘查服务 已成为盆地分析领域中重要的内容 例如 有机质相热演化史的模拟与再现 盆地沉降 充填史的回剥分析 流体势分析与模拟等 值得一提的是当今的盆地模拟已由1维 2维或2 5维向3维动态模拟都力争以在各不同演化阶段体现出三维上的再现或在四维 增加时间维 上的动态展示为特征 更加体现了该工作的定量化 准确化和动态可视化 从而成为沉积盆地分析的一个重要发展与深入的方向 盆地模拟 古温度场是以正常递增的样式从下到上变化的 1最大埋深处地温在2400C以上 2下第三系地层主体处在2600C 1600C的范围内 3松涛凸起区都表现出了具有较高地温梯度4盆地的构造格架与地温分布关系不大 宝岛凹陷的压力场特征 在时间上 靠近斜坡带一侧出现高压早 号和 1号断层断裂一侧 从16Ma起出现了相对低压区被高压区所包围的现象 ST36 1 1号断层上部区域为一相对弱压带 松涛低凸起的顶部存在由SE向NW方向的剩余压力下降梯度 且处在高压背景下的相对低压区T60界面处在剩余压力下降梯度指向上 近现代海洋研究 天然气水合物 GasHydrate 含水合物层的地震反射特征 海底 振幅空白带 BSR 目前 已在南海我国传统海疆范围以内已发现珠江口 琼东南 莺歌海 北部湾 台西南 万安 曾母 北康 南薇等重要含油气盆地 多波束系统全覆盖精密探测 多波束系统全覆盖精密探测 深拖系统的高分辨海底地形地貌扫描成像 海底地形地貌电子数字化成图 海底地形地貌资料人机交互解释 例 画三维图 海底地形地貌的全覆盖高精度探测 外交划界 资源勘查 国防军事 航海 海底工程 环境 科研 渔业 数字盆地 时代的到来计算机的应用 尤其是对大量的多源 多类 多面的有关数据进行计算机化 并将庞大的数据体进行存储 管理 显示与成图一体化 从而使绘图 模拟和检验成为十分精确的技术 随着 数字地球 时代的到来 数字盆地 作为其重要的组成部分无疑将成为其先行者 有关盆地各种参数与数据的定量化管理将使盆地的数字化进程加快并使海量的数据体得以优化与最小体积化集成管理 并使 盆地数据 的动态管理得以真正实现 盆山藕合关系分析沉积盆地的形成有时是与造山运动相联系 尤其是在挤压的背景下 前陆盆地的形成与盆缘推带的造山之间的关系 盆地内的沉积记录可以清楚而准确地反映出盆缘造山运动活动的次数 规模大小和强度及其变化特征 且与区域上的构造运动紧密联系在一起 而不同强度的隆起造山又在盆地内留下不同的沉积学记录 在造山带与盆地之间常存在多种类型的矿床 许多金属 贵金属 非金属及油气是世界上所需要的 它们的形成受造山带构造控制 与造山作用关系密切 因而也使盆地藕合分析成为研究的重点内容 在盆地的形成机制研究中 人们目前对地幔柱的作用的认识越来越深入 随着测试技术手段的提高 人们将对盆地演化过程中起重要作用的深部控制因素的认识越来越清楚 也将从定性的认识向定量的方向转变 盆 山耦合 冲断与冲积扇迁移 1 Maill主编的 沉积盆地分析原理 1988 2 P A Allen和J R Allen主编的 盆地分析原理和应用 1990 第二章盆地分析基本思路和方法 一 盆地分析基本思路盆地分析实际上是一项复杂的系统工程研究 其基本思路概括为下列四个方面 一 整体分析整体分析着眼于整个盆地 就是把沉积盆地作为一个成因上统一的地质体 整体分析的涵义包括 从整个沉积盆地范围着眼进行分析 对一个沉积盆地的整个充填序列进行分析 事实上 如果不重建整个沉积盆地的轮廊 确定原始沉积边界 弄清盆地的充填序列和整体古地理环境 局部的环境研究有时会得出片面的乃至错误的结论 整体分析则便于客观地掌握盆地发生和发展过程中各系统的相互联系和规律性 其实际的目的是更有效地确定沉积矿产及能源资源在盆地中的分布规律 整体分析应指整个同沉积盆地的重建 二 背景分析背景分析就是从大区域的地质背景范围出发 研究和分析盆地的地质发展 使单个盆地研究与更高级别的控制因素联系起来 沉积盆地的背景分析包括下列方面 大地构造背景古气候全球性海平面变化盆地在大的古地理格局中的部位盆地周围源区的岩性 地球化学特征其它全球事件 如缺氧事件 三 演化分析沉积盆地的形成 发展到消亡是一个历史的过程 演化分析就是对整个盆地的发展历史的研究 包括沉积史 构造史 热演化史和成矿演化史等 盆地从其初始下沉到结束充填的漫长过程中其各项参数都在发展变化 这种变化可以划一系列阶段 因此需要以演化 发展的观点研究盆地的历史 或者说需要按照发展阶段分期 分层次地对盆地进行研究 四 联系分析沉积和构造研究是盆地分析的两项基本内容 盆地分析中除强调学科的综合分析外 最重要的是古环境和古构造的结合分析 二 盆地分析的基本参数李思田教授将盆地分析基本参数概括为六类 一 盆地的形态参数在分析沉积盆地的几何形态时 既要考虑到平面形态 又要考虑剖面形态 1 盆地平面形态边界性质 几何形态 2 地层格架地层格架 stratigraphicframework 指构成盆地的岩性地层单元和岩性单元的几何形态及其相互联系 沉积体系的三维配置层序地层格架 sequencestratigraphicframework 二 沉积参数沉积参数包括 1 盆地充填的岩性和沉积体系构成2 盆地充填序