中國大陸構(gòu)造與油氣資源

中國大陸構(gòu)造與油氣資源

1區(qū)域結(jié)構(gòu)及油氣資源如果沒有地幔流，就沒有石油和天然氣資源。根據(jù)杜樂天的研究【1】,來自地球深部的地幔流體,富含HACONS幔汁。其中H是氫、鹵素和熱,A是堿金屬族,C是碳,O是氧,N是氮,S是硫族。地幔流體中各種金屬元素,則是堿型地幔流體從巖漿和巖石中浸出、萃取清掃出來的垃圾成分。無機(jī)成因的石油,是高溫的地幔流體帶來的氫、碳和起催化作用的金屬元素,在中地殼塑性層適宜的溫壓條件下,進(jìn)行費(fèi)-托合成反應(yīng)形成的,或進(jìn)入上地殼與碳酸鹽巖合成反應(yīng)的產(chǎn)物。根據(jù)莫斯科全俄地球物理研究院B.M.庫多莫夫的研究,在溫度300~400℃、壓力約200MPa的中地殼低速低阻層中,地幔流體中的碳和氫可以合成無機(jī)成因石油,其反應(yīng)式為:室內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí),在這樣的溫度、壓力和有Fe、Cr、Co、Ni的催化條件下,可以合成石油【2】。與碳酸鹽巖合成反應(yīng)的關(guān)系式是:條件是溫度為200~400℃、壓力為50MPa,且有Ni-Fe合金作催化劑【3】。由于形成條件不苛刻,所以全世界一半的石油與碳酸鹽巖有關(guān)?！坝袡C(jī)”成因的石油,也是地幔流體對(duì)巖層中有機(jī)質(zhì)加氫、加熱和催化合成的【3】。石油中氫原子數(shù)為碳原子數(shù)的1.8倍。然而所謂的生油母質(zhì)干酪根或地層中的有機(jī)質(zhì),幾乎全部是C(C約為93%)。所以有機(jī)質(zhì)或干酪根演變成石油,需要大大加氫【4】。費(fèi)-托合成反應(yīng)證明了這點(diǎn),煤(C)的天然氣(CH4)的氫化也早已大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)?！吧蛶r”中的有機(jī)質(zhì),也與地幔流體活動(dòng)有關(guān)。演變成有機(jī)質(zhì)的生物,其大量繁殖離不開地幔流體提供充足的養(yǎng)分;而且許多黑色頁巖實(shí)際上還是內(nèi)生碳交代礦床或與內(nèi)生碳噴流有關(guān)【5】。由此可知,地幔流體的聚集、上升和側(cè)遷,是形成不同成因類型油氣資源的共同前提【6】。與地幔流體侵入有關(guān)的中地殼低速低阻層,則成為地幔流體富集程度的標(biāo)志。所以,研究一個(gè)地區(qū)控制地幔流體活動(dòng)及其中地殼低速低阻層賦存狀況的構(gòu)造類型及演化,對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)油氣資源的遠(yuǎn)景和分布,具有決定性的意義。在傳統(tǒng)勘探理論的指導(dǎo)下,以往只注重盆地內(nèi)部構(gòu)造和沉積物性質(zhì)及其相互關(guān)系,強(qiáng)調(diào)“生、儲(chǔ)、運(yùn)、蓋、圈、?！庇蜌獠匦纬傻牧髼l件,對(duì)盆地下面深部構(gòu)造和地幔流體對(duì)油氣資源形成的作用缺乏足夠的重視。多年來,深部地質(zhì)和地幔流體研究所取得的大量成果,拓寬了人們的視野。把盆內(nèi)構(gòu)造研究與盆下、盆外構(gòu)造研究相結(jié)合,把盆內(nèi)沉積物性質(zhì)及其組合與地幔流體活動(dòng)相聯(lián)系,建立起一個(gè)研究范圍更加廣泛、認(rèn)識(shí)更加深入的理論體系,已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。大陸層控構(gòu)造學(xué)說對(duì)深部地質(zhì)的研究,將是一個(gè)有用的工具。2大陸層的三維結(jié)構(gòu)2.1大陸構(gòu)造演化大陸層控構(gòu)造論,是我們?cè)?996年獻(xiàn)給第30屆國際地質(zhì)大會(huì)《大陸層控構(gòu)造導(dǎo)論》【7】一書中創(chuàng)立的新學(xué)說。經(jīng)過長(zhǎng)期的研究,我們發(fā)現(xiàn)地殼運(yùn)動(dòng)是多元的,也是有序的和諧的,從而提出了多元?jiǎng)恿Τ梢蛴^、多層次構(gòu)造觀和多階段演化觀,創(chuàng)立了大陸層控構(gòu)造學(xué)說。多元?jiǎng)恿Τ梢蛴^認(rèn)為,地殼運(yùn)動(dòng)是地球自轉(zhuǎn)力、隕星撞擊力、重力和熱力協(xié)調(diào)作用的結(jié)果;雖然它們?cè)诓煌臉?gòu)造體制和構(gòu)造類型及其不同的演化階段所起的作用有所不同。多層次構(gòu)造觀認(rèn)為,上覆剛硬層的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),受下伏軟弱層控制,從而從流變學(xué)角度,把大陸巖石圈構(gòu)造分成4個(gè)層次:受上地殼結(jié)晶基底頂部不整合面控制的蓋層構(gòu)造,為薄皮構(gòu)造;受中地殼塑性層控制的上地殼構(gòu)造,為厚皮構(gòu)造;受異常地?？刂频牡貧?gòu)造,為過渡殼構(gòu)造(優(yōu)地槽);受軟流層控制的巖石圈構(gòu)造,為板塊構(gòu)造。大陸構(gòu)造主要為厚皮構(gòu)造和過渡殼構(gòu)造。其中中地殼塑性層起著承上啟下的關(guān)鍵作用:它向上控制上地殼正斷層形成的盆-山系、盆-山系演變而成的沖疊造山帶,以及由沖疊造山帶進(jìn)一步發(fā)展起來的厚皮縱彎隆起帶三種大陸主要構(gòu)造類型。上地殼正斷層上盤產(chǎn)生斷陷盆地(地塹,裂谷,地槽),下盤成為斷隆山(地壘,裂谷肩,地背斜),兩者組成盆-山系。斷陷盆地向下引起異常地幔或軟流層上拱,使斷陷盆地厚皮構(gòu)造演變成過渡殼構(gòu)造或洋中脊板塊構(gòu)造。多階段演化觀認(rèn)為,在地質(zhì)歷史時(shí)期,來自地球深部具有高度揮發(fā)性的堿型地幔流體,在巖石圈的屏蔽下,對(duì)上地幔進(jìn)行交代、致熔、積累,最終形成玄武巖漿【1】。前中生代,這種堿交代作用,只形成規(guī)模較小、分異不充分的異常地幔。直到中—新生代,玄武巖漿才逐漸匯集成規(guī)模巨大、熔融程度更高、分異更充分的軟流層。不過時(shí)至今日,軟流層也還不是遍及全球的圈層,而主要集中于大洋及其鄰區(qū),大陸內(nèi)部上地幔中,一些被視為軟流層的低速層,可能還只是異常地幔而己(為了敘述方便,以下把異常地幔有時(shí)也稱為軟流層)。沒有軟流層,便沒有海底大規(guī)模擴(kuò)張、大洋巖石圈和板塊構(gòu)造。故在當(dāng)今散布著一些古陸塊的各大洋中,沒有一塊前中生代的洋殼。前中生代上地殼正斷層上盤斷陷盆地,演化到后來只是引起異常地幔物質(zhì)上涌,在盆地中產(chǎn)生規(guī)模上和地球化學(xué)上都與洋殼明顯不同的蛇綠巖【8、9】,使斷陷盆地厚皮構(gòu)造發(fā)展為過渡殼構(gòu)造便終止了。所以,與地幔流體息息相關(guān)的油氣資源,4/5產(chǎn)生于軟流層形成以來的中-新生代,并一半以上的油集中于地幔流體大規(guī)模上涌的古赤道緯向拉張帶南新特提斯地槽。2.2地球偏轉(zhuǎn)速度的變化與慣性力的關(guān)系地球在地質(zhì)歷史時(shí)期,由于體積膨脹和月球引力潮汐摩擦,自轉(zhuǎn)速度總體呈變慢趨勢(shì),使各個(gè)地質(zhì)時(shí)代歷年天數(shù)依次減少,從寒武紀(jì)的424天,減少到現(xiàn)在的365天【10】。不過由于隕星的準(zhǔn)周期性的撞擊,使地質(zhì)歷史時(shí)期地球自轉(zhuǎn)速度在總體緩慢變慢過程中,多次發(fā)生急劇的變化(圖1)。據(jù)Naiper的估算【11】,一個(gè)直徑4~31km的隕星,對(duì)地球的沖擊速度24.6km/s,產(chǎn)生的能量為0.3×1023~150×1023J,比8.5級(jí)大地震的能量3.6×1017J大5~8個(gè)數(shù)量級(jí)。這么巨大的動(dòng)能,將在地表撞出一個(gè)直徑80~500km的隕擊坑,而且其順向或逆向撞擊,還使地球自轉(zhuǎn)速度發(fā)生加快或減慢的急劇變化(見圖1)。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速度變化時(shí),將產(chǎn)生離心慣性力增量ΔF和緯向慣性力F?。前者分解為垂直于地面的法向分力ΔFn和平行于地面的經(jīng)向切向分力ΔFτ(圖2)。其中ΔFτ和F?與地殼運(yùn)動(dòng)的關(guān)系最為密切。它們的大小為:式中:m為A點(diǎn)質(zhì)量;ω為地球自轉(zhuǎn)角速度;Δω為地球自轉(zhuǎn)角速度ω的增量;ε為地球自轉(zhuǎn)角加速度;R為地球平均半徑;φ為A點(diǎn)地理緯度。從上式得知,距離地球自轉(zhuǎn)軸最遠(yuǎn)的上地殼,慣性力最強(qiáng)。由于該層上下又是大氣層和中地殼塑性層應(yīng)變空間,故地球自轉(zhuǎn)速度變化產(chǎn)生的地殼運(yùn)動(dòng),從該層開始。其中經(jīng)向慣性力主要集中于中緯度地區(qū),緯向慣性力則趨向赤道變大。于是,位于不同緯度的相鄰地區(qū)之間,便產(chǎn)生了東西向剪切力(圖3)。這是造成地殼水平運(yùn)動(dòng)三個(gè)主要的水平作用力。有些學(xué)者根據(jù)上述質(zhì)點(diǎn)力的計(jì)算結(jié)果,認(rèn)為這些慣性力很小,不足以推動(dòng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。其實(shí)這是一個(gè)誤解。因?yàn)閹r層具有一定強(qiáng)度,力可以傳遞;各個(gè)層圈、各個(gè)地塊之間可以相對(duì)運(yùn)動(dòng);地球自轉(zhuǎn)慣性力是體力,具有較長(zhǎng)的共同作用線,可以累加。故質(zhì)點(diǎn)力雖小,但它是個(gè)力系,可作力系合成計(jì)算,其強(qiáng)度還是足夠大的。對(duì)地球自轉(zhuǎn)角速度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力,王仁等【12】根據(jù)古生物資料提供的地球自轉(zhuǎn)變化的平均速率,用電子計(jì)算機(jī)對(duì)軸對(duì)稱地球模型進(jìn)行了分層計(jì)算,得出的結(jié)論是在106年量級(jí)的長(zhǎng)時(shí)期單向變化的情況下,由離心慣性力的變化可以積累起107Pa量級(jí)的應(yīng)力,足以引起巖層形變,產(chǎn)生各種大型構(gòu)造。上述計(jì)算,還沒有考慮到隕星撞擊引起的地球自轉(zhuǎn)速度在短時(shí)間內(nèi)更加急劇的變化。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速度變慢時(shí),經(jīng)向慣性力方向由赤道指向兩極,從而使古赤道地區(qū)受到南北向拉張,形成東西向特提斯地槽;中緯度地區(qū)產(chǎn)生自低緯度向高緯度的擠壓;緯向慣性力方向由西向東;東西向剪切力方向,北半球左行,南半球右行(見圖3,a)。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速度變快時(shí),經(jīng)向慣性力方向由兩極指向赤道,從而使兩極地區(qū)受到拉張,北極形成北冰洋洋中脊,南極則出現(xiàn)環(huán)南極洲洋中脊擴(kuò)張帶;中緯度地區(qū)產(chǎn)生自高緯度向低緯度的擠壓;緯向慣性力方向由東向西;東西向剪切力方向,北半球右行,南半球左行(見圖3,b)。地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變化過程派生的平緩經(jīng)向慣性力、緯向慣性力和東西向剪切力,與重力一起,在中緯度地區(qū)產(chǎn)生呈正斷層產(chǎn)出的平面X型斷裂和東西向走滑正斷層,形成盆-山系。這是全球性的造盆時(shí)期,以長(zhǎng)期的緩慢的升降運(yùn)動(dòng)為特征,重力起主導(dǎo)作用。而隕星撞擊引起地球自轉(zhuǎn)速度急劇變化,所派生的強(qiáng)烈經(jīng)向和緯向慣性力,則使具有側(cè)向應(yīng)變空間的斷陷盆地與斷隆山之間發(fā)生沖疊造山運(yùn)動(dòng),以及經(jīng)過沖疊造山而硬化了的上地殼縱彎隆起。這是全球性的造山時(shí)期,以短暫的快速的水平運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì),水平力躍居支配地位。65Ma前發(fā)生于墨西哥尤卡坦州隕擊坑直徑220km的隕擊事件,便是明證。該次事件導(dǎo)致全球性造山運(yùn)動(dòng)、火山爆發(fā)、古地磁倒轉(zhuǎn)、古氣候劇變、恐龍等大量古生物滅絕和中生代與新生代的交替。因此,在地質(zhì)歷史時(shí)期,均變與突變交替出現(xiàn)【13】。根據(jù)目前掌握到的有限資料,隕星撞擊、地球自轉(zhuǎn)速度急劇變化與造山運(yùn)動(dòng)之間,有的已經(jīng)達(dá)到了高度的耦合。例如,志留紀(jì)地球自速度由變慢突然轉(zhuǎn)為變快(見圖1),從而產(chǎn)生了加里東運(yùn)動(dòng)。該次運(yùn)動(dòng),北半球地區(qū)在自北而南的強(qiáng)烈經(jīng)向慣性力作用下,北秦嶺斷隆山便向南秦嶺斷陷盆地仰沖、推覆【14】。又如,<225~212±2Ma前發(fā)生過4次大的隕擊事件(表1)。其中至少兩次是逆向撞擊,使該時(shí)期地球自轉(zhuǎn)速度出現(xiàn)兩次急劇變慢,從而于中三疊世末和晚三疊世末產(chǎn)生兩期印支運(yùn)動(dòng)。該此運(yùn)動(dòng),北半球地區(qū)在自南而北經(jīng)向慣性力強(qiáng)烈作用下,南秦嶺斷陷盆地剛硬的結(jié)晶基底,便向北秦嶺斷隆山軟弱的中地殼塑性層俯沖,形成俯沖型沖疊造山帶;在自西向東緯向慣性力強(qiáng)烈作用下,鄂爾多斯盆地西側(cè)總體呈南北向的斷隆山,也向盆地仰沖、推覆,成為仰沖型沖疊造山帶,并在其前陸盆地自西而東先后形成了晚三疊世和侏羅紀(jì)沉降帶。重力可以轉(zhuǎn)換成水平力。洋中脊軟流層隆起帶側(cè)翼斜坡上的巖石圈,在重力作用下下滑,推動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生板塊俯沖、碰撞及遠(yuǎn)程效應(yīng)。3沉積型海相演化中國大陸與油氣資源關(guān)系密切的中、新生代三種主要構(gòu)造類型,各有其分布和演化特點(diǎn)。其中受上地殼正斷層控制的盆-山系,主要分布于具有海洋側(cè)向應(yīng)變空間的大陸東部;沖疊造山帶在大陸中部占主導(dǎo)地位;厚皮縱彎隆起帶集中于缺乏海洋側(cè)向應(yīng)變空間的大陸西部?，F(xiàn)對(duì)它們的形成及其油氣資源,分述如下。3.1基底斷裂為壓剪性正斷層中國大陸東部受正斷層控制的中—新生代盆-山系,大體可以分為兩期:第一期產(chǎn)生于晚侏羅—早白堊世,以松遼盆地為代表;第二期形成于新生代,渤海灣盆地最為發(fā)育。它們都受水平擠壓力與重力一起所形成的呈正斷層產(chǎn)出的平面X型斷裂的控制。晚侏羅—早白堊世,在太平洋伊澤奈崎板塊低角度高速度NNW向斜向俯沖下【15】,東亞大陸邊緣受到強(qiáng)烈的擠壓作用,產(chǎn)生了一系列平面X型斷裂【7】。其中左行的NNE—NE向斷裂,剪切方向與斜向俯沖導(dǎo)生的區(qū)域性扭動(dòng)方向一致,又與太平洋西緣應(yīng)變空間大致平行而占主導(dǎo)地位,以著名的NNE向郯廬斷裂為代表;右行的NW—NWW向斷裂發(fā)育程度次之。這種構(gòu)造現(xiàn)象,在松遼盆地也可清楚見到(圖4)。松遼盆地基底斷裂主要有NNE—NE向、NW向兩組。前者最發(fā)育,后者次之。它們相互交切、扭錯(cuò),在平面上組成X型,使盆地呈東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局。兩組斷裂交匯處,共同控制單個(gè)斷陷的發(fā)育。新生代,尤其是始新世以來,在印度次大陸東部西隆突出體推擠下,渤海灣地區(qū)受到NEE向擠壓。該擠壓力也產(chǎn)生兩組在平面上組成X型的斷裂:NNE—NE向右行斷裂和NW—NWW向左行斷裂。郯廬斷裂在這時(shí)由原來的左行轉(zhuǎn)變成右行。這些平面X型斷裂的走向與水平擠壓力斜交,斷層面受到擠壓和剪切,產(chǎn)生種種壓剪性現(xiàn)象,并對(duì)油、氣、水起遮擋作用,形成良好的儲(chǔ)油斷層封閉構(gòu)造。這些基底斷裂在重力作用下,垂向上也呈X型產(chǎn)出,成為壓剪性正斷層【17】(圖5)。在當(dāng)今強(qiáng)調(diào)水平運(yùn)動(dòng)的時(shí)代,人們往往漠視永恒的強(qiáng)大的重力作用。于是認(rèn)為一切正斷層都是水平拉張力的產(chǎn)物,均屬于張性、張剪性。其實(shí)在重力參與下,正斷層共有四種類型:張性、張剪性、剪性和壓剪性。3.2斷陷盆地基底結(jié)構(gòu)-開降低期e斷陷盆地的形成,一般可以分為斷陷、斷坳和坳陷三個(gè)階段。位于中地殼塑性層之上、由底部剛硬結(jié)晶基底及上覆蓋層所組成的上地殼,其正斷層上盤在重力作用下的受力狀態(tài),類似于以下伏中地殼塑性層為彈性基礎(chǔ)、以斷層面為自由端的彈性基礎(chǔ)懸臂梁。該盤在上地殼重力均布載荷q1和斷層面三棱柱體巖塊集中載荷P所產(chǎn)生的彎矩M和剪切力Q作用下,使斷陷盆地沉降幅度趨向斷層面變大,以箕狀為基本構(gòu)造形態(tài)(圖6、7)。隨后在盆地中沉積物分布載荷q2疊加作用下,斷陷盆地沉降幅度趨向斷層面進(jìn)一步加大。上地殼正斷層上盤箕狀斷陷盆地,一般寬度20~30km,彎矩和剪切力異常強(qiáng)大,沉降速度極快。渤海灣盆地?cái)嘞蓦A段沉積速率,為其前身地臺(tái)沉積速率的20~40倍。在盆地基底快速沉降過程中,迫使翹降端下伏中地殼塑性層物質(zhì)他流(見圖6)。其中部分熔融物質(zhì)沿?cái)嗔衙娴缺∪鯉锨?、噴?成為中酸性侵入巖和火山巖。松遼盆地在晚侏羅世火石嶺組至早白堊世前期營城組的斷陷階段,便發(fā)生了廣泛的中酸性巖漿活動(dòng)。另一部分中地殼塑性層物質(zhì),則產(chǎn)生側(cè)向遷移。其中大部分流入毗鄰的切去部分三棱柱體巖塊的下盤,促使該盤向上掀斜成斷隆山(見圖6);少部分流向上盤遠(yuǎn)離斷層面的翹升端。所以斷隆山的中地殼塑性層厚度,比斷陷盆地大得多(圖8)。當(dāng)今中國東部大興安嶺、太行山、燕山、陰山和秦嶺等宏偉的斷隆山脈的形成,也是毗鄰的中、新生代斷陷盆地沉降過程中,把下伏中地殼塑性層物質(zhì)大規(guī)模壓入其中地殼所致。當(dāng)中地殼塑性層物質(zhì),從上地殼正斷層上盤箕狀斷陷盆地翹降端,流向該斷層下盤,促使該盤隆起時(shí),勢(shì)必帶動(dòng)該斷層上盤翹降端抬升,導(dǎo)致盆地沉積中心從翹降端向盆地中部遷移,產(chǎn)生超覆現(xiàn)象;當(dāng)中地殼塑性層物質(zhì),從箕狀斷陷盆地翹降端,流向該盤翹升端時(shí),則使盆地沉積范圍向斷層面退縮,產(chǎn)生退覆現(xiàn)象。這時(shí)斷陷盆地便從斷陷階段轉(zhuǎn)入斷坳階段【18】,如松遼盆地早白堊世后期的登婁庫組和泉頭組?；渍龜鄬由媳P的重力能,大量消耗于下伏巨厚的中地殼塑性層物質(zhì)大規(guī)模的塑性流動(dòng)過程中,而無力切入下地殼,成為終止于中地殼塑性層的上地殼斷裂。這點(diǎn)已經(jīng)得到大量地球物理測(cè)深資料所證實(shí)(圖9)。在斷陷盆地基底大幅度沉降過程強(qiáng)烈的下壓下,下伏中地殼塑性層物質(zhì)大規(guī)模他流,厚度大大減薄,導(dǎo)致重力失衡。于是軟流層便大幅度隆升,促使巖石圈地幔上拱,造成軟流層頂面和Moho界面與盆地基底呈鏡像關(guān)系(見圖6、8)。軟流層物質(zhì)流向斷陷盆地下面聚集,引起盆地周圍巖石圈大面積沉降。故松遼盆地到了斷坳階段中期的登婁庫組三、四段時(shí)期,便開始出現(xiàn)全面沉降趨勢(shì),沉積范圍超越斷陷帶向外擴(kuò)大超覆,中央隆起帶被覆蓋,中部斷陷帶與東部斷陷帶連接成一個(gè)統(tǒng)一的沉積區(qū)。地槽形成過程,同樣也引起相鄰地臺(tái)區(qū)的全面沉降【19】。被壓走的中地殼塑性層物質(zhì)與盆地中充填物之間的密度差,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軟流層與巖石圈地幔和巖石圈地幔與下地殼的密度差,故軟流層隆起幅度比上面斷陷盆地沉降幅度大得多(見圖8)。松遼盆地沉降最深的古龍凹陷埋深為10050m,但其軟流層隆起幅度卻比盆地東西兩側(cè)的分別高出了31km和26km(見圖9)。軟流層(地幔)隆起與上面斷陷盆地的因果關(guān)系,爭(zhēng)論已經(jīng)近半個(gè)世紀(jì),當(dāng)前主動(dòng)說還占主導(dǎo)地位。他們認(rèn)為,地幔柱隆起派生的拉張力,產(chǎn)生上面的正斷層及其斷陷盆地。其實(shí)不然。首先,地幔柱隆起產(chǎn)生的斷裂呈環(huán)狀和放射狀,與控制中國東部中、新生代等斷陷盆地的正斷層,多具有一定的方向性和平移規(guī)律,在平面上組成X型斷裂明顯不同。其次,斷陷盆地產(chǎn)生在先,地幔隆起在后,這已經(jīng)得到國內(nèi)外不少事實(shí)的證明【7】。當(dāng)今作為郯廬斷裂北延、寬度狹窄的依蘭—伊通斷陷帶,軟流層至今便不但未上拱,反而下凹【20】。第三,軟流層隆起只反映重力均衡作用,與上面的構(gòu)造性質(zhì)并無必然的聯(lián)系。當(dāng)今軟流層都大幅度隆起的中國東部渤海灣盆地和中國西部塔里木盆地中央隆起帶,兩者的構(gòu)造性質(zhì)卻迥然有別,前者受正斷層控制,后者卻產(chǎn)生逆沖斷層。第四,大陸巖石圈中的各個(gè)層圈,都不是絕對(duì)剛體,它們?cè)陂L(zhǎng)期的地應(yīng)力作用下都具有一定的流變性。軟流層在隆起過程中,促使上覆巖石圈地幔和下地殼物質(zhì)向兩側(cè)塑性流動(dòng),隆起幅度逐漸減小,到中地殼塑性層便完全被吸收了(見圖8、9),上地殼并沒有受到軟流層隆起派生的張應(yīng)力作用。地幔流體(包括玄武巖漿)沿著上覆各層圈橫彎隆起產(chǎn)生的張性斷裂涌入中地殼塑性層時(shí),便使該層進(jìn)一步重熔和基性化。爾后這些玄武巖漿再通過上地殼斷裂上侵和噴溢。顯然這些控制玄武巖漿活動(dòng)的斷裂,并非是什么直接切穿地殼或巖石圈的深大斷裂。提出大陸深大斷裂概念的前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家裴偉晚年也承認(rèn),該概念是他早年在缺乏事實(shí)根據(jù)的情況下建立的。由于基性火山巖是在斷陷盆地發(fā)展到一定階段,軟流層物質(zhì)大量涌入中地殼塑性層之后的產(chǎn)物,故松遼盆地一直到了斷坳階段末期的泉頭組二段末和坳陷階段初期的青山口組一段末,才在上地殼斷裂活動(dòng)誘發(fā)下,開始玄武巖噴溢【16】,形成了中國東部中、新生代盆-山系常見的“先酸后基”的巖漿演化特點(diǎn)。渤海灣新生代斷陷盆地之所以一開始就有玄武巖漿活動(dòng),是由于該地區(qū)在晚侏羅世—早白堊世斷陷盆地形成期間,早已把中殼塑性層基性化了,而不是在新生代斷陷盆地產(chǎn)生之前,軟流層便主動(dòng)上拱所致。玄武巖漿的上侵和噴溢,造成軟流層物質(zhì)的普遍虧損和熱能的大量喪失,導(dǎo)致上覆巖石圈整體快速沉降,湖面相對(duì)抬升,從而使松遼盆地在早白堊世末開始玄武巖漿活動(dòng)之后,晚白堊世便轉(zhuǎn)入坳陷階段。即從主要受中地殼塑性層控制的斷陷—斷坳階段,轉(zhuǎn)入受軟流層控制的坳陷階段。盆地沉積速率也由早白堊世泉頭組的小于100m/Ma,到晚白堊世青山口組突增至230m/Ma。在35Ma內(nèi)沉積了一套厚達(dá)3000m的砂、泥巖互層的河湖三角洲相“含油建造”【16】。到了青山口組沉積末期,松遼盆地下面被基性化、進(jìn)一步重熔的中地殼塑性層,在普遍增加了數(shù)千米沉積物,而大大加厚了的上地殼重力作用下,其物質(zhì)便大規(guī)模向盆地外側(cè)順層流動(dòng),迫使盆地周邊地區(qū)上地殼抬升成為山區(qū)。所以大興安嶺等周邊山區(qū),伴隨于松遼盆地晚白堊世整體沉降的坳陷階段開始之后出現(xiàn),決不是偶然的巧合。松遼盆地的中地殼塑性層物質(zhì),大規(guī)模順層涌入大興安嶺,使后者中地殼厚度比前者大7km左右,其過渡帶成為我國東部著名的大興安嶺—太行山—武陵山重力梯級(jí)帶的北段。3.3油氣資源的分布從前述得知,無論是經(jīng)過費(fèi)-托合成反應(yīng)的油氣,或有機(jī)質(zhì)的生成及轉(zhuǎn)變成烴,都離不開地幔流體的作用。因此,盆-山系暗色泥巖“生油層”的沉積,多與玄武巖漿活動(dòng)伴隨。松遼盆地的“生油氣巖系”,也主要形成于斷坳階段末期和坳陷階段的玄武巖漿活動(dòng)時(shí)期。地幔流體活動(dòng)受上地殼正斷層控制,并在斷隆山和箕狀斷陷盆地翹升端的中地殼塑性層變厚、上拱部位活動(dòng)較強(qiáng)烈,而多形成油氣藏(圖10)。其中斷隆山由于中地殼塑性層最厚、上拱最高,而油氣資源也最豐富。所以松遼盆地油氣資源,主要集中于中央古隆起帶。深源成因的氣藏,也都分布于該帶上。在渤海灣盆地,斷隆山上的古潛山和塊斷隆起披覆背斜,是該盆地三種主要油氣藏類型之兩種。以往人們對(duì)油氣藏集中于這些隆起帶的原因,只強(qiáng)調(diào)盆地內(nèi)部的側(cè)遷作用。誠然,這種側(cè)遷作用是個(gè)重要因素,但中地殼塑性層物質(zhì)在該部位的聚集、隆升,可能具有更大的意義。在大慶長(zhǎng)垣西側(cè)南北向基底斷裂附近,由于地幔流體至今仍在大量上涌,造成該部位的油氣層壓力加大,油水界面下降,而比長(zhǎng)垣東側(cè)的低30m【2】。在松遼盆地東側(cè)的郯廬斷裂北延依蘭—伊通斷陷帶方正地區(qū),發(fā)現(xiàn)可能為幔源的油氣和含同源油的玄武巖。當(dāng)今該斷陷帶的軟流層還未隆起【20】,斷陷帶與軟流層并無直接溝通渠道。所以這些基性巖和油氣,只能在松遼盆地的坳陷階段,隨中地殼塑性層物質(zhì)向盆外側(cè)遷時(shí)一起流來的。該地區(qū)的中地殼塑性層中,聚集著一系列小型地震震源,這也反映了該層物質(zhì)至今的流動(dòng)性。說到這里,可以做個(gè)大膽地預(yù)測(cè)。如上所述,松遼盆地晚白堊世坳陷時(shí)期,在上地殼重力作用下,被基性化的中地殼塑性層物質(zhì)大量側(cè)遷入大興安嶺,促使其中地殼變厚,上地殼抬升。新生代以來,大興安嶺玄武巖的大面積噴溢便是明證。所以該地區(qū)的中地殼也應(yīng)該充滿了地幔流體。只要有了切入中地殼的基底斷裂,蓋層中又具有良好的儲(chǔ)、蓋條件,油氣資源是頗有希望的。油、氣并不全在盆地里。4仰沖型沖疊造山帶由盆-山系演變而成的沖疊造山帶,有仰沖型和俯沖型兩種類型【7】。當(dāng)主動(dòng)力來自斷隆山一側(cè)時(shí),便產(chǎn)生仰沖型沖疊造山帶(圖11),以鄂爾多斯盆地西緣為代表;當(dāng)主動(dòng)力來自斷陷盆地一側(cè)時(shí),則形成俯沖型沖疊造山帶(圖12),秦嶺印支造山帶最為典型。4.1鄂爾多斯盆地西緣沖積帶的形成及前陸盆地油氣資源的提供4.1.1裂谷斷隆山晚古生代盆地內(nèi)部構(gòu)造組成和沉積體系從中元古代開始,在地球自轉(zhuǎn)速度逐漸變慢過程中,所派生的平緩南北向擠壓力,與重力一起,使鄂爾多斯盆地西緣的上地殼,以中寧—同心一帶為中心,產(chǎn)生兩組呈正斷層產(chǎn)出的斷裂,組成不完全的平面X型斷裂。其中東南支為秦嶺裂谷,東北支為賀蘭裂谷。它們與NWW向的北祁連裂谷相連,形成所謂的秦祁賀三叉裂谷系。前兩支裂谷組成南北向斷陷帶,其西側(cè)為斷隆山。斷隆山北段為阿拉善古陸,南段為隴山古隆起。該斷陷帶斷斷續(xù)續(xù)歷經(jīng)了早古生代和晚古生代至中三疊世。在南、北支裂谷交匯處,斷距達(dá)10km以上,沉積了巨厚的中、新古生界、下古生界和上古生界至中三疊統(tǒng)。該斷陷帶也呈箕狀產(chǎn)出,鄂爾多斯盆地西部和中部分別成為其斜坡帶和翹升端,形成西厚東薄的沉積體系。斜坡帶向西傾斜1°左右。4.1.2地潭流體—鄂爾多斯盆地西緣仰沖型沖疊造山帶的形成及其前陸盆地油氣資源在印支、燕山和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)作用下,鄂爾多斯盆地西側(cè)阿拉善—隴山斷隆山,一次次向鄂爾多斯盆地應(yīng)變空間仰沖、推覆,形成一條長(zhǎng)達(dá)600km、近南北向的仰沖型沖疊造山帶及其前陸盆地(圖13)。在仰沖過程中,斷隆山的上地殼便一次次抬升,從而在其下面出現(xiàn)一次次潛在的虛脫空間,引起該部位圍壓大幅度下降,產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸入作用,促使軟流層中的地幔流體,沿著上覆層圈前身盆-山系時(shí)期產(chǎn)生的張性斷裂,涌入中地殼塑性層,引起中地殼塑性層物質(zhì)選擇性重熔。這些熔融物質(zhì)和地幔流體,沿著切入該層的逆沖斷層進(jìn)入上地殼。其中粘度大、活動(dòng)性弱的巖漿,就近在逆沖斷裂帶形成一系列從酸性到基性的各種火成巖體及其內(nèi)生礦床。而粘度小、活動(dòng)性強(qiáng)的地幔流體,則沿著遍布整個(gè)鄂爾多斯盆地的J/T、C/O不整合面流向古中央隆起帶,并在盆地中西部形成了分布廣泛的金屬礦床(化),其類型包括黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等【22】。高溫地幔流體沿著上述兩個(gè)不整合面向中央隆起帶流動(dòng)過程中,使它們的古地溫急劇增高。增幅高達(dá)50℃,垂向的突變范圍可達(dá)600m以上【22】。由于這兩個(gè)不整合面的上下巖系,是三大套富含有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽的所謂烴源巖,即中生界陸相暗色泥質(zhì)巖及煤系,上古生界海陸交互相煤系和下古生界海相碳酸鹽巖。所以,地幔流體與奧陶系碳酸鹽巖發(fā)生合成反應(yīng),是生成C/O不整合及其上下巖系中氣田(藏)的主要原因。同理,地幔流體對(duì)中生界陸相暗色泥質(zhì)巖及煤系和上古生界海陸交互相煤系的有機(jī)質(zhì)加氫、加熱和催化,則是形成J/T不整合面及其上下巖系中油田(藏)的基本條件(見圖13)。4.2秦嶺沖積帶的形成及其前陸盆地的油氣資源4.2.1商丹一帶南秦柳狀斷陷盆地地槽震旦紀(jì)—志留紀(jì)和中泥盆世—中三疊世,地球自轉(zhuǎn)速度逐漸變慢過程中(見圖1),派生平緩的緯向剪切力和重力一起,在商丹一帶緯向慣性力最大的上地殼,產(chǎn)生了一條長(zhǎng)達(dá)1000多千米、以左行為主的東西向走滑正斷層,把前震旦紀(jì)中國大陸切成揚(yáng)子和華北兩個(gè)陸塊。作為下降盤的揚(yáng)子陸塊北部,形成南秦嶺箕狀斷陷盆地(地槽);而作為上升盤的華北陸塊南緣,則成為北秦嶺斷隆山【14】。4.2.2沖沖巖板形成的超高壓變質(zhì)巖石學(xué)問題印支期,在隕星逆向撞擊導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度急劇變慢,所派生的自南而北的經(jīng)向慣性力作用下,南秦嶺斷陷盆地剛硬的結(jié)晶基底,便向北秦嶺斷隆山軟弱的中地殼塑性層進(jìn)行強(qiáng)烈的順層俯沖。根據(jù)地球物理測(cè)深資料,3~4km厚的南秦嶺結(jié)晶基底俯沖巖板,沿商丹斷裂向北俯沖到欒川斷裂一帶,俯沖距離達(dá)50多千米(圖14)【24】。這時(shí)南秦嶺斷陷盆地俯沖巖板上覆蓋層被刮了下來,形成向南強(qiáng)烈褶皺倒轉(zhuǎn)、仰沖的沖褶帶,北秦嶺斷隆山則成為具有雙層結(jié)晶基底的沖疊帶,兩者組成俯沖型沖疊造山帶(見圖12)。北秦嶺中地殼塑性層物質(zhì),在俯沖巖板強(qiáng)烈的擠壓和摩擦下部分重熔,產(chǎn)生大量花崗巖及其豐富的金屬礦產(chǎn)。俯沖巖板自身在強(qiáng)烈擠壓下,則發(fā)生超高壓變質(zhì)作用,形成榴輝巖、柯石英、金剛石等超高壓變質(zhì)巖石礦物,變質(zhì)時(shí)間與隕擊時(shí)間一致。上世紀(jì)80年代在秦嶺東段大別山地區(qū),發(fā)現(xiàn)這些轟動(dòng)一時(shí)的巖石礦物,被當(dāng)成陸-陸碰撞的確鑿證據(jù)。許多學(xué)者根據(jù)這些礦物形成的溫、壓條件,按埋深推算,認(rèn)為這是陸殼俯沖到100~200km深的產(chǎn)物;而且陸殼俯沖到該深度之后,又迅速折返,使其中很不穩(wěn)定的柯石英,不致于產(chǎn)生退變質(zhì)作用。其實(shí)這是個(gè)動(dòng)力學(xué)問題,而不是個(gè)靜力學(xué)問題【7、14】。俯沖巖板只是俯沖入斷隆山的中地殼塑性層,俯沖深度只有十多千米而己。俯沖后也沒有立即返回,只是由于隕擊事件引起的俯沖動(dòng)力,來去匆匆而己。它們折返地表,是到了晚侏羅世至新生代,大別山地區(qū)作為北部NWW向曉天—磨子潭正斷層和東部NNE向郯廬正斷層南段共同的斷隆盤,被高高抬起和經(jīng)過長(zhǎng)期剝蝕所致。由動(dòng)力作用產(chǎn)生的這種超高壓變質(zhì)礦物,在世界各地隕擊坑中也時(shí)有所見,這已經(jīng)早為人們熟知的事實(shí)。近些年來,大別山超高壓變質(zhì)巖的同位素研究,也證明這些含柯石英和金剛石的榴輝巖,從未俯沖入地幔。由于俯沖型沖疊造山帶的前陸盆地,是薄皮構(gòu)造,缺乏與中地殼塑性層溝通的渠道(見圖12);又沒有仰沖型沖疊造山帶那種抬升、吸入作用,使地幔流體難以升入蓋層。故俯沖型沖疊造山帶前陸盆地的油氣資源,無法與仰沖型沖疊造山帶的相比擬。故南秦嶺的前陸盆地,雖然綿延數(shù)百千米,但油氣資源并無重大發(fā)現(xiàn)。不過有些俯沖型沖疊造山帶的前陸盆地,其前緣隆起帶側(cè)翼產(chǎn)生上地殼逆沖斷層,溝通前陸盆地與中地殼塑性層的聯(lián)系,為前陸盆地提供一些地幔流體,也可形成一定規(guī)模的油氣藏(田),如四川盆地北緣的米倉山前陸盆地【25】。5大陸西部厚皮縱曲線的形成及其上部和前陸盆地的油氣資源5.1青海湖地區(qū)的巖石圈和沉積相海西中晚期地球自轉(zhuǎn)速度變慢(見圖1),于是該時(shí)期位于基梅里大陸北側(cè)的古赤道,在南北向拉張力和重力共同作用下,產(chǎn)生了由東西向張性正斷層發(fā)展而成的北古特提斯地槽,把聯(lián)合大陸分割成北半球的古歐亞大陸和南半球的岡瓦納大陸。由于地球呈不對(duì)稱膨脹,南半球膨脹率大于北半球。當(dāng)今南半球海洋面積占全球海洋面積的3/4,便與這種不對(duì)稱膨脹作用有關(guān)。該不對(duì)稱膨脹作用,導(dǎo)致古赤道不斷南移,從而造成環(huán)南極洲洋中脊以北諸陸塊,根據(jù)古地磁等資料出現(xiàn)向北長(zhǎng)距離漂移的假象。到了三疊紀(jì),隨著古赤道南遷,基梅里大陸南側(cè)從岡瓦納大陸北緣分裂出來,形成南新特提斯地槽。印支運(yùn)動(dòng)期間,由于隕星的逆向撞擊,地球自轉(zhuǎn)速度急劇變慢派生的強(qiáng)烈經(jīng)向慣性力,使南新特提斯地槽在晚三疊世快速張開,并促使北側(cè)狹長(zhǎng)的基梅里大陸向北與古歐亞大陸匯聚、拼貼,關(guān)閉了北古特提斯地槽,形成基梅里造山帶【26~28】。位于特提斯構(gòu)造帶中段的青藏高原,根據(jù)黃汲清等的研究【29】,特提斯地槽具有北、中、南三帶。北帶位于拉竹龍-金沙江一帶,開始出現(xiàn)于石炭—二疊紀(jì)。晚古生代末至三疊紀(jì)中期強(qiáng)烈拉張,發(fā)展成優(yōu)地槽,產(chǎn)生蛇綠巖。中帶沿班公湖-怒江一帶分布。在印支運(yùn)動(dòng)經(jīng)向慣性力強(qiáng)烈作用下,于晚三疊世—早侏羅世也發(fā)展成優(yōu)地槽,并促使北側(cè)的羌塘地塊北移,導(dǎo)致拉竹龍-金沙江地槽演變成印支褶皺造山帶。南帶以印度河-雅魯藏布江斷裂為代表。該帶的優(yōu)地槽產(chǎn)生于地球自轉(zhuǎn)速度急劇變慢的晚侏羅—早白堊世。該時(shí)期的強(qiáng)烈經(jīng)向慣性力,也造成北側(cè)的拉薩地塊北移封閉了班公湖-怒江地槽。到了晚白堊世—新生代,古赤道進(jìn)一步南移和印度洋擴(kuò)張。該時(shí)期地球自轉(zhuǎn)速度變慢派生的經(jīng)向慣性力,和北西向的卡爾斯伯格洋中脊軟流層隆起帶東北翼巖石圈下滑力共同作用下,印度地塊向北偏東方向運(yùn)移、推擠,導(dǎo)致印度地塊于65Ma前開始與古歐亞大陸拼貼,到始新世拼貼全部完成,海水從青藏高原全面退出。由于古赤道不斷南移,上述緯向拉張帶存在時(shí)間短暫,來不及發(fā)展到洋中脊擴(kuò)張階段,便一一封閉了,與南級(jí)、北極等長(zhǎng)期處于拉張狀態(tài)的洋中脊不同。所以青藏高原這些由地槽演變而成的褶皺造山帶,都是沖疊造山帶厚皮構(gòu)造,而不是碰撞造山帶板塊構(gòu)造。在巖石圈尺度上,印度次大陸一直與古歐亞大陸連接在一起,真正分離的僅僅是上地殼而已,分開的距離也很有限。青藏高原上地殼經(jīng)過了這幾次沖疊造山運(yùn)動(dòng)的拼貼之后,便成為一個(gè)統(tǒng)一的剛硬的整體。新近紀(jì)以來,在隕星撞擊引起地球自轉(zhuǎn)速度急劇變化派生的南北向強(qiáng)烈擠壓力,以及位于卡爾斯伯格洋中脊東北翼的印度次大陸的下滑力作用下,由于缺乏海洋側(cè)向應(yīng)變空間,于是便與下伏的中地殼塑性層拆離,作為一個(gè)獨(dú)立的層件快速大幅度縱彎隆起,成為厚皮縱彎隆起帶。近21.5±1.2Ma以來,地球發(fā)生過三次大的隕擊事件(見表1)。于是青藏高原的大幅度隆升,也出現(xiàn)于該時(shí)期【30、31】。據(jù)有關(guān)學(xué)者的研究【31】,青藏高原的隆升由慢變快,在20Ma前,青藏高原的海拔高度一般不超過600m。根據(jù)各個(gè)時(shí)期的隆升速率粗略推算,青藏高原上地殼近20Ma來,隆升幅度不下10km【32】,從而在周邊地區(qū)沉積了巨厚的磨拉石建造。青藏高原上地殼大幅度縱彎隆起,使它成為一個(gè)巨型的縱彎背斜,從而在其邊緣橫向剪應(yīng)力作用下,產(chǎn)生了向外仰沖的扇型逆沖斷層【33、34】,于周邊地區(qū)形成前陸盆地(圖15)。西昆侖山與塔里木盆地西南緣接壤處的巖石圈,所出現(xiàn)的前者北傾、后者南傾的反射層【35】,可能不是兩者的巖石圈相互碰撞、相互俯沖的產(chǎn)物,而是在前者推覆體重力作用下,巖石圈下彎過程形成的壓剪性結(jié)構(gòu)面。上地殼這么大幅度的縱彎隆升,自然在其下面便出現(xiàn)了相應(yīng)的巨大潛在虛脫空間。在該空間中圍壓急劇減小,從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸入作用【7】。于是,塔里木、四川等周邊盆地的中、下地殼塑性物質(zhì),便大規(guī)模順層涌入,使青藏高原地殼厚達(dá)65~78km,為大陸地殼平均厚度的兩倍,成為一個(gè)腹地厚、四周薄的雙凸透鏡狀,并在高原與周邊盆地之間接壤處,中、下地殼厚度發(fā)生了急劇變化。塔里木盆地西南緣到青藏高原西北緣的西昆侖山,中地殼增厚了17~18km,下地殼增厚了13~14km(圖16)【36】。四川盆地到龍門山-錦屏山斷裂西側(cè),中、下地殼分別增厚了9km和10km(圖17)【37】。青藏高原地殼厚度大增,勢(shì)必迫使下伏巖石圈地幔向下彎曲成為山根。巖石圈地幔在向下橫彎過程中,其軸部外側(cè)便產(chǎn)生自下而上發(fā)育的張性斷裂,為地幔流體大規(guī)模涌入地殼打開了通道,從而在下地殼形成了殼幔混合熔融層。這些進(jìn)入地殼的地幔流體,在上面低壓空間的吸引下,還上升到中地殼頂部,促使該部位物質(zhì)也部分熔融,產(chǎn)生不同性質(zhì)的巖漿。于是,在班公湖-怒江斷裂帶兩側(cè)的青藏高原厚皮縱彎隆起帶軸部的地殼中,存在著兩個(gè)低速低阻層。上部低速低阻層位于中地殼塑性層頂部,埋深20~25km,層厚10~13km,P波速度5.6~5.8km/s,電阻率1~5?·m【38、39】。下低速層,位于埋深50~56km以深的下地殼,平均P波速度為7