中國中西部地區關鍵構造變革期次及變形特征

楊 帆，胡 燁，羅開平，李風勛，潘文蕾，曹清古，陸永德

(中國石化 石油勘探開發研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126)

中國中西部主要盆地碎屑巖發育于海相層系基礎之上，經歷了多旋回疊合與改造過程，油氣成藏復雜、差異性大[1-5]。該地區油氣儲層普遍致密，屬低孔、低滲—特低滲致密碎屑巖油氣藏，雖然勘探前景廣闊，但有效勘探開發和評價難度大，對油氣資源潛力、致密碎屑巖成藏機理、富集高產規律等尚認識不清。本文主要從盆地構造演化角度，剖析了與油氣密切相關的關鍵構造變革期及變形特征，希望為進一步深化認識多旋回疊合盆地油氣成藏及富集規律提供一定的依據。

1 中西部主要盆地構造特征差異

我國中西部主要包括鄂爾多斯、四川、準噶爾和塔里木等幾個主要盆地(圖1)，演化過程相似，在構造變形上大多表現出“盆緣沖斷，盆內弱形變”的構造特征。但也有例外，比如準噶爾西緣、塔里木東南緣走滑強烈，塔里木盆內變形強烈。同時由于盆地基底性質以及所處板塊構造位置的不同，在盆地隆坳格局、斷裂體系、不整合分布等特征上存在著差異性。

圖1 中國中西部主要盆地分布Fig.1 Main basins in central and western China

1.1 基底性質

中國中西部四大盆地碎屑巖層系，是在多期次盆地演化過程中發育的。在早古生代之前，四大盆地的基底分屬于不同的塊體，從而決定了不同盆地之間的成盆過程差異性大。橫向上多方向、多類型的構造相互切割、復合，縱向上多旋回的盆地疊合與改造，不同的基底性質與構造位置，決定了四大盆地構造變形特征的多樣性與差異性。

從4個盆地的基底特征來看，它們均存在一些基本的共同特征，如結晶基底和褶皺基底的垂向疊加，以及基底結構和巖相在平面上具有明顯的分區性(表1)?；椎姆謪^特征對上覆蓋層的形成具有重要影響，此外，不同性質基底的拼接也會對沉積蓋層產生重要影響。

塔里木盆地同樣位于多期活動的古板塊復合部位，具古生界褶皺基底和前震旦系結晶基底“雙層基底”，基底時代南早北晚，分區明顯[6-7]。

準噶爾盆地位于多期活動的古板塊復合部位，同樣具有雙層基底的性質。褶皺基底北厚南薄，昌吉凹陷等地區不發育褶皺基底，盆地最南端褶皺基底厚度很薄，有可能轉變為“單層”基底[8]。盆地東側、南側和北側古生界褶皺基底層可分為海西期和加里東期上、下2層，總體呈由北向南傾斜的單斜形態，盆地北部的石炭系部分為變質基底。

鄂爾多斯盆地位于多期活動的褶皺帶和穩定塊體的復合部位，為單層結晶基底，分區性明顯，時代、性質復雜[9-10]。

四川盆地位于上揚子準地臺內，具雙層基底結構。前震旦系結晶基底是一套中、深度變質(普遍角閃巖化)巖系；覆于結晶基底之上的前震旦系褶皺基底是一套淺變質巖層，基底性質、厚度、埋深具有分區差異性[11]。

1.2 斷裂體系

中西部四大盆地經歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構造活動，碎屑巖層系斷裂發育與分布既有共性，又各具特點?？偟膩碚f，具有2個明顯的特點：一是西部盆地斷裂形成期早(海西期之前)，性質各異，晚期繼承和反轉；中部盆地斷裂形成期晚(印支末期之后)，以壓性、壓扭性斷裂為主；二是斷裂主要密集分布在盆地周緣山前帶地區，而盆內構造變形相對穩定，斷裂相對較少，且多具走滑性質。

表1 中國中西部四大盆地板塊構造背景及基底主要特征對比Table 1 Comparison of plate tectonic setting and basement characteristics in four major basins in central and western China

塔里木盆地主要發育北西、北東和近東西向3組斷裂，其中北西向斷裂主要分布在盆地西南緣、東北緣及巴楚隆起的邊緣等地；北東向斷裂主要位于盆地西北緣、北緣和東南緣等地區；東西向斷裂主要發育于盆地內部，多為隱伏基底斷裂。另外，在巴楚南側、塘古巴斯凹陷廣布北東東向逆沖斷層。位于塔北、塔中、巴麥等古隆起、古斜坡之上的深大斷裂，是溝通碎屑巖層系與下伏海相碳酸鹽巖層系烴源巖或油藏之間的“油源”斷裂，而油源斷裂附近的一些次級斷裂可以作為碎屑巖圈閉的遮擋條件。在庫車前陸區，斷裂往往是溝通侏羅系烴源巖與上覆儲層之間的通道，同時也是形成構造圈閉的條件之一。

準噶爾盆地斷裂體系較為發育。盆地西緣北東向斷裂帶主要包括克拉瑪依—百口泉斷裂帶、烏爾禾—夏子街斷裂帶和達爾布特斷裂帶等。北西向斷裂主要發育于盆地腹部、陸梁隆起、南北緣及其東部地區。近東西向斷裂主要發育于博格達山前，以阜康斷裂為代表。近南北向斷裂主要分布于盆地西緣邊界和東部隆起之上，以紅—車斷裂帶為代表。位于西北緣的斷裂體系，既起到垂向溝通二疊系油源與上覆層系的作用，又對油氣起側向封擋作用，導致油氣沿西北緣斷裂帶富集[12]。在準噶爾盆地腹部，隱伏斷裂是溝通二疊系烴源巖與侏羅系儲層的垂向通道，并且在凹陷區和斜坡區，在斷裂的配合下，巖性或地層圈閉的可靠性會明顯提高。

鄂爾多斯盆地主體構造變形程度較弱，盆內斷裂較少發育，但盆地周緣地區的逆沖斷裂和褶皺變形均較強，其中又以西緣最為發育。西緣地區的斷裂往往溝通了三疊系延長組烴源巖和侏羅系延安組，形成構造油藏。在北緣發育的斷裂，為上古生界提供了形成構造圈閉的條件。

四川盆地斷裂體系主要分布于川東、川東北地區，是溝通下伏海相層系烴源巖或氣藏與碎屑巖層系之間的通道，同時也在碎屑巖層系中形成構造圈閉。川西地區發育的較小規模的斷裂，可以溝通三疊系與上覆侏羅系、白堊系，形成次生氣藏。

1.3 主要不整合特征

不整合是中西部盆地最主要的構造變形行跡之一，也是記錄構造變形過程的重要載體。中西部盆地碎屑巖層系遭受的多期次構造運動，形成了多個呈區域性或局部性展布的重要不整合(表2)，對油氣發生遠距離側向運移起到了重要作用。

表2 中國中西部重點盆地碎屑巖層系內部主要不整合發育特征Table 2 Main unconformity development characteristics of clastic rock strata in key basins in central and western China

從形成不整合的不同期次構造運動來看，印支期和喜馬拉雅期構造運動在中西部地區形成了區域不整合，對隆坳界面形態和油氣運移都產生了重要影響。印支期，盆地內部遭受了廣泛的褶皺和抬升剝蝕作用，形成廣泛的區域不整合面，而且該不整合面在個別盆地內部還可能是重要的構造應力場轉換界面。比如鄂爾多斯盆地從海西期擠壓應力向印支期剪切應力的轉變，直接導致了中生代克拉通坳陷盆地的萎縮和現今盆地的形成，同時使上覆層序明顯不同于下伏層序，表現出明顯的前陸撓曲盆地的層序特征。

2 關鍵構造變革期次及變形特征

盆地關鍵構造變革期針對的是重大構造轉型的時間及其原因，將控制盆地格局的多個變革期均定義為關鍵構造變革期(隆升剝蝕型、沖斷—褶皺型和?！戅D換型)。

中國中西部大型盆地基底陸塊是古生代散布于北方大陸與岡瓦那大陸之間的眾多微陸塊相互拼貼與增生的產物。這些陸塊經過多期構造事件逐步拼貼于歐亞大陸南緣，至晚古生代末期成為歐亞大陸的組成部分。晚古生代以來，中西部地區大型盆地的發展可分為晚古生代—早中生代的“北聚南離”過渡構造體制和中生代以來的陸內變格體制。四大盆地關鍵變革期總體受控于這2種構造體制，隨所處構造位置不同，在變革期次以及變形特征上存在著一定差異性(表3)。

2.1 塔里木盆地

塔里木盆地存在3個關鍵構造變革期：海西晚期、印支—燕山期和喜馬拉雅期。

晚石炭世—二疊紀南天山洋俯沖消減最終呈剪刀式閉合，塔里木北緣和東緣大范圍隆升剝蝕。二疊紀末盆地處于強烈擠壓背景下，整體上升，海水全部退出，進入中新生代陸內變革階段。早二疊世末，受南天山洋自東向西關閉作用的影響，塔里木盆地經歷了一次較強烈的構造運動作用，即海西晚期構造運動[6]，形成了廣泛發育的不整合面。盆地北部輪臺斷裂及雅南斷裂于此時期形成并強烈活動，并相應形成雅克拉斷凸。阿克庫勒地區在海西早期北東向的隆起背景上形成了近東西走向的阿克庫木、阿克庫勒斷裂構造帶。巴楚地區圖木休克斷裂及麻札塔格斷裂亦于此時形成并強烈活動。在麥蓋提斜坡北部形成二道橋、玉代力克、巴什托等近東西走向的斷裂構造帶[13]。在塔中、塔東南地區構造變形相對較弱，該期構造總體上表現為斷裂發育、北強南弱的特點。

印支—燕山期屬于弱擠壓階段。盆地北緣受南天山造山帶的輕微擠壓和推覆，在南天山山前沉積了呈帶狀分布、連續性好的中生代巖層。同時西昆侖山走滑—逆沖，以及阿爾金山逆沖—走滑作用，控制了塔西南坳陷和塔東南坳陷沉積物的堆積。塔中—塔東北處于盆內相對穩定構造環境，而巴楚、塘古巴斯和塔南則處于隆升剝蝕構造環境[1，6]。其中印支運動主要表現為大面積的隆起剝蝕作用，形成了侏羅系與三疊系及下伏地層間的不整合。燕山早期運動發生于侏羅紀末，在盆緣及盆覆區發育了白堊系與侏羅系之間的不整合面。塔西南地區的庫孜貢蘇盆地性質發生反轉，由左旋拉分轉變為右行壓扭。

喜馬拉雅期運動對中西部乃至整個中國的構造格局的影響尤為重要。對中西部地區而言，主要受新生代以來印度—歐亞板塊碰撞產生的遠程推擠效應所控制。中西部幾大盆地和昆侖山、天山、龍門山、秦嶺、阿爾金山等巨大山系在這一時期同屬于環青藏高原盆山體系構造域[14-15]，這一構造域環繞青藏高原，受印—藏碰撞和青藏高原活動控制，在盆地結合部位發育大規模的具有相似成因和變形特征的前陸沖斷帶。由于距離碰撞帶的遠近及碰撞方向的不同，不同盆地表現出強弱不同的變形特征。中部四川、鄂爾多斯盆地受喜馬拉雅運動影響相對較弱，主要表現為盆緣沖斷、盆內隆升剝蝕，西部塔里木、準噶爾盆地受喜馬拉雅期運動構造變形更為強烈、復雜，主要表現為壓縮撓曲沉降與沖斷隆升。

塔里木盆地喜馬拉雅期受昆侖山和天山的共同擠壓沖斷作用，形成了中間隆升、兩邊沉降的盆山耦合形式，在南北兩側分別發育庫車和塔西南—塔東南再生前陸盆地，而在中央形成了一個南北兩側前陸盆地共同作用的前緣隆起。在庫車前陸地區，變形作用由北向南減弱，由山前的堆疊疊瓦構造，過渡到反沖雙沖逆沖構造到斷層滑脫構造。在塔西南前陸，變形作用則表現為南強北弱的形變特征。

表3 中國中西部四大盆地關鍵構造變革期差異對比Table 3 Tectonic features during key structural change periods in four basins in central and western China

2.2 準噶爾盆地

準噶爾盆地存在3個關鍵構造變革期：海西晚期、燕山早—中期和喜馬拉雅期。

海西晚期是全盆經歷的一次重要構造反轉運動，由張性裂谷轉換為壓性前陸盆地，形成P2/P1之間的區域性角度不整合，是盆地北西向隆坳構造格局形成、演化的最關鍵時期。受該期擠壓運動影響，盆地隆升變形，早期壘塹相間的構造格局向隆坳相間的構造格局轉變，與上覆三疊系之間形成明顯的不整合。在盆地西北緣形成克拉瑪依—百口泉和烏爾禾—夏子街推覆構造帶，向盆地方向逆沖，構成疊瓦式沖斷推覆構造，活動時間持續到印支期或燕山期[16]；在盆地西南緣發育紅—車斷裂帶，平面上由紅光鎮斷裂、小拐鎮斷裂、紅—車斷裂組成，剖面上呈鏟式疊瓦狀組合，構成基底卷入式疊瓦狀沖斷構造樣式；在盆地南緣發育霍爾果斯等一系列高角度逆沖斷裂，這些逆沖斷裂使早二疊世盆地邊界伸展斷層受到改造，并造成前陸盆地的假象。

燕山早—中期是全盆經歷的一次重要構造運動，燕山運動使北西向構造格局遭受疊加和改造, 在盆地腹部形成北東向車—莫古隆起。發育侏羅/白堊系區域不整合，斷裂廣泛發育；變形西強東弱，昌吉坳陷西部、車—莫古隆起大面積缺失中、上侏羅統，西緣強烈逆沖，南緣褶斷。

喜馬拉雅期受北天山的單向擠壓作用，形成單側沉降、遠端隆升的盆山耦合形式。盆地南緣強烈變形，盆地中央及以北地區相對較弱。喜馬拉雅運動使整個盆地向南掀斜反轉，斷裂主要局限于盆地南緣沖斷帶，整體形成南傾斜坡(圖2)。準噶爾南緣構造主要由臺階狀逆沖斷層相關褶皺組成，滑脫面自南向北由中生界向新生界擴展，臺階狀逆斷層活動時間由南往北逐漸變新，變形強度逐漸減弱。盆地北部部分基底斷裂也重新活動，導致上覆構造層發生擠壓變形，形成諸如紅巖背斜、吐絲托依拉背斜等構造。但是總體上看，新近紀以來構造作用具有南強北弱的特點，新近系—第四系厚度也總體南厚北薄，反映盆地沉降與北天山隆升密切相關。

2.3 鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地存在3個關鍵構造變革期：海西期、印支晚期—燕山期和喜馬拉雅期。

海西期是盆地完成海陸過渡的重要時期。自晚石炭世以來，古亞洲洋向華北板塊北緣之下俯沖，到早三疊世因西伯利亞板塊與華北板塊對接碰撞而最終消亡。同時，盆地南部秦嶺海槽也再度發生向北的俯沖、消減，使華北地臺整體抬升，完全轉變為陸相沉積環境，不再受到海泛作用的影響[9]。

印支晚期—燕山期，該期構造變格導致鄂爾多斯盆地西緣擠壓逆沖構造帶的形成。在北部賀蘭山地區南北擠壓導致阿拉善地塊由西向東擠壓，形成賀蘭山褶皺沖斷帶和前淵坳陷帶。同時，西南緣由于秦嶺造山帶的持續擠壓，形成包括六盤山盆地在內的陸內前陸盆地。印支運動導致本區盆地隆、坳分布格局發生變化，由先前南北成帶變為東西成帶。但由于鄂爾多斯塊體具整體穩定性，在盆地內部未產生大的褶皺和斷裂，主要表現為升降運動所形成的平行不整合接觸關系。

但在盆地的邊緣地帶，如東北部準格爾旗和西南角千陽一帶，有地層發生撓曲現象和小斷裂形成，致使侏羅系與三疊系呈角度不整合接觸。燕山期，盆地在東西向為主的擠壓作用下，發生東抬西降的整體掀斜，形成伊陜大斜坡。鄂爾多斯塊體以升降運動為主，褶皺斷裂不發育。鄂爾多斯塊體周緣構造活動強烈。在河套和渭河斷陷帶及其鄰區，形成近東西向的擠壓構造帶，并有巖漿的侵入和噴發活動。在山西和吉蘭泰—銀川斷陷帶及其鄰區，形成北東—北北東向的擠壓構造帶，其構造格局對新生代構造的形成、演化具有重要控制作用[17]。

圖2 準噶爾盆地中部構造剖面Fig.2 Structural section of central Junggar Basin

圖3 鄂爾多斯盆地南北向構造剖面Fig.3 NS structural section of Ordos Basin

圖4 川西龍門山前構造剖面Fig.4 Structural section of Longmen Mountain front, western Sichuan Basin

喜馬拉雅期運動對鄂爾多斯盆地最大的影響表現為隆升剝蝕作用，盆地主體隆升，盆地周緣除因剛性地塊左旋扭動發育了一些拉張斷陷外，還發育褶皺和逆沖斷層(圖3)。雖然局部地區仍舊存在新生代沉積地層，只是由于地貌高差導致的沉積物堆積，不是前陸撓曲凹陷[18]。

2.4 四川盆地

四川盆地存在2個關鍵構造變革期：燕山期和喜馬拉雅期。

燕山早期盆地處于陸內造山階段，擠壓作用遠大于印支期。造山帶前緣受擠壓作用的影響，變形強烈，在龍門山前和大巴山前形成大量逆沖推覆構造。燕山中—晚期運動表現出一定的繼承性，仍然以擠壓作用為主。

喜馬拉雅期構造運動是四川盆地遭受最晚、同時也是最強烈的一次構造運動，該次運動不但使新生界遭受了強烈的剝蝕，而且還導致白堊系被大量剝蝕。

大巴山展開新一輪擠壓作用，形成川東北地區廣泛的北西向構造，形成了大量北西向逆斷層和褶皺；龍門山地區受青藏高原向東擠壓應力作用影響，造山變形作用強烈，川西坳陷普遍抬升，白堊系普遍遭受剝蝕，剝蝕厚度可達2 000～4 000 m[18]。川西前陸盆地和龍門山地區在晚喜馬拉雅期從北西向南東擠壓，與印支—早燕山方式相似，是一種同方向的疊加和加強(圖4)。

3 結論

(1)從現今構造結構上來說，中國中西部四大盆地均表現為“盆緣結構復雜、盆內相對穩定”的特征。從構造穩定性上來說，鄂爾多斯、四川盆地具有剛性基底，盆地內部構造格局具有隆坳面積大、構造幅度漸變的特征，而塔里木與準噶爾盆地具有雙層基底，沉積層厚，盆內結構更加復雜的特征。

(2)總體來說，中西部四大盆地晚古生代以來主要存在2個關鍵期：一是海西晚期—印支早期，主要導致盆地完成海陸轉變；二是燕山期—喜馬拉雅期，這是中西部地區構造活動最為強烈的時期，也是主要構造主形成期，同時也大多對應著碎屑巖層系的主要成藏期和改造期，其變形特征主要表現為斷裂—褶皺改造和差異抬升掀斜作用。