Inverted Earth(創意圖片:顛倒的世界)
盆地構造研究的前緣問題包括盆地結構、構造背景、沉積——構造演化以及盆地發育的動力學過程在此基礎上形成盆地油氣勘探的理論指導。
在全球,至少可以劃分出上千個沉積盆地,它們普遍具有不同的規模和保存狀態,許多盆地還經歷了多期的構造演化和疊合改造難于簡單地進行分類。如何從全球構造的視角探討這些盆地的分類、結構分析和構造演化,已成為重要的理論問題。
1 全球構造背景
現今的含油氣盆地多由顯生宙以來的構造活動決定,大陸間的張合決定了盆地群的結構和構造特征。寒武紀(約540-480 Ma):勞倫大陸和岡瓦納大陸之間出現Iapetus洋;奧陶紀(約480-440 Ma):岡瓦納中分離出Avalonia-Carolinia,在其間形成瑞克洋;晚泥盆世(約370 Ma),勞倫、波羅的和阿瓦隆尼亞碰撞拼合形成勞亞大陸,快速碰撞中在波羅的板塊上形成大量逆沖席。
早石炭世,非洲西北部與勞倫大陸東南緣沿南阿巴拉契亞山和Meseta山縫合,同時南美向北朝著勞倫大陸運動。岡瓦納東部從赤道向南極運動,華北和華南此時仍然孤立存在。中石炭世,哈薩克斯坦微陸塊與西伯利亞碰撞。晚石炭世,隨著烏拉爾洋和原特提斯洋的閉合,西哈薩克斯坦與波羅的拼接,勞亞超大陸和烏拉爾造山帶形成。同時,西伯利亞順時針旋轉,在未來的阿爾泰和烏拉爾地區形成圖瓦-蒙古(Tuva-Mongol)弧。從古太平洋中形成的洋脊向西擴張,形成古特提斯洋。與此同時,南美與勞亞大陸碰撞,瑞克洋閉合,形成阿巴拉契亞山最南部分和沃希托山。岡瓦納此時已位于南極附近,在南極、印度、澳大利亞、南非和南美出現冰川運動。華北陸塊隨著古特提斯洋的閉合,與西伯利亞碰撞拼合。
早二疊世,基梅里板塊從岡瓦納中分裂出來,向勞亞大陸運動。280 Ma左右,古特提斯洋閉合,新特提斯洋出現在勞亞大陸的南端。此時,泛大陸南緣形成環Australis造山帶,代表古太平洋內構造活動的殘余。西伯利亞進一步旋轉,使阿爾泰和烏拉爾發生進一步的彎曲與合并,形成跨歐亞和烏拉爾一天山的大型左旋走滑斷層系。
晚二疊世至中三疊世,原為特提斯洋中的羌塘以及從岡瓦納大陸分離出的拉薩、江孜等小塊體,從南半球向北漂移,分別于二疊紀晚期一三疊紀早期、侏羅紀中期-白堊紀、新近紀,越過赤道與勞亞大陸拼貼。非洲東部馬達加斯加形成狹窄海溝,預示著岡瓦納古陸開始解體。
中三疊世至晚侏羅世,勞亞大陸整體向南漂移,岡瓦納大陸整體向北漂移,新特提斯洋縮小。晚侏羅世至早白堊世,屬勞亞大陸的北美板塊與歐亞板塊分離,屬岡瓦納大陸的南美板塊與非洲板塊分離大西洋雛形形成。勞亞大陸整體繼續向南漂移,岡瓦納大陸整體繼續向北漂移,新特提斯洋進一步縮小,印度洋張開。南美和南極大陸間的洋殼最早是在大約148Ma拉張。
晚白堊世至古新世,北美板塊與歐亞板塊、南美板塊與非洲板塊進一步分離,大西洋進一步拉張。120-100 Ma,印度板塊從岡瓦納古陸上裂解,并與澳大利亞板塊分離。印度板塊向北的快速漂移,形成了印度洋,新特提斯洋消亡。泛大陸解體的過程,實際上是新特提斯洋縮小直至消亡的過程,也是特提斯洋周緣板塊聚合的過程。隨著中、南大西洋的張開,非洲板塊與北美板塊分離。印度板塊迅速向北運動,在50 Ma左右與歐亞大陸碰撞。南極大陸成為原岡瓦納古陸中,唯一停留在南極的陸塊。岡瓦納大陸已經進入全而的分裂解體階段。始新世(約53 Ma),南極板塊向南漂移,開始與澳大利亞板塊分離。始新世(約39 Ma)南極板塊與澳大利亞板塊完全分離。新近紀,紅海開始形成,阿拉伯半島與非洲分離,東非裂谷開始形成,預示東非將進一步地分裂,新的大洋又將誕生。
全球緯向超長剖面是在泛大陸格局下設計的,兩條剖而分別穿過北美一非洲一歐亞大陸中部和南美——非洲板塊(見下圖)。
2 全球不同大陸沉積盆地的剖面結構構造特征
2.1 北美-北非-中東-中亞-東亞緯向超長剖面(見下圖)
2.2 南美一非洲沉積盆地緯向超長剖面(見下圖)
3 盆地群構造演化序列(見下表)
4 結論
全球構造背景下的構造傳遞作用,導致北美和南美板塊兩側運動性質常相反,一側為擴張邊界,另一側則常是聚斂邊界。相同的構造背景會形成不同大陸不同類型的沉積盆地有序并列北美和南美大陸自西向東均為大洋盆地、海溝、弧前盆地、弧后前陸盆地、克拉通盆地、裂谷盆地和被動陸緣盆地。
單個板塊上不同的盆地群之間具有密切的構造-沉積聯系和構造事件響應特征。如(a)北非和非洲中部東西向剖而均發育被動陸緣(西部)-克拉通(中部)-裂谷(偏東部)的特征,(b)晚古生代海西運動,表現為塔里木陸塊和華北陸塊前陸到抬升剝蝕的發展階段和中亞盆地群基底的形成。
北美和非洲大陸內部的盆地,由于遠離板塊邊界,盆地發育時的構造環境穩定,均發育克拉通盆地,盆地沉降量較小,位于板塊邊緣的盆地,如中亞盆地群、中東盆地群等由于擠壓撓曲,沉降量往往較大。
北美、南美、非洲板塊內部發育多個陸拱,分隔克拉通盆地群。陸拱是大陸持續隆升的產物,并對現存盆地改造,以沉積蓋層減薄或出露基底巖石為特征。通過盆地群結構和構造演化的對比,可知北美、南美、非洲板塊內部在古生代出現過多個地史上克拉通盆地與被動陸緣盆地組成的超級盆地。
亞洲大陸是世界上最復雜的盆地類型分布區,盆地發育具有多變而復雜的構造背景,盆地構造上強烈不穩定,規模普遍較小,盆地原型保存較差。亞洲大陸群盆地的發育及其后期改造受古亞洲、特提斯和西太平洋構造域控制,導致不同時代和類型的盆地疊合在一起。