原型盆地

世界上許多大盆地是由不同地質時代、不同成因類型的盆地疊合而成的，其形態和邊界常由後期相對年輕的盆地的構造邊界所決定。朱夏稱這些不同時期形成的盆地單元為“原型盆地”。不同時代、不同成因的盆地疊合后需要識別出每種原型分別進行研究，在此基礎上還需要將一系列相互疊置的原型作為一個整體進行研究。這不僅僅是由於不同時期盆地構造的演化體現出繼承、改造和變格等具成因聯繫的關係，更重要的是油氣沿輸導系統的運聚過程貫穿了不同世代的盆地原型，因而有必要將其作為整體進行研究。世界上許多大型含油氣盆地形成的巨型油氣系統常與盆地的疊合有關，特別是早期在拉伸條件下形成裂谷，晚期再經歷擠壓環境形成的撓曲類盆地。前者有利於烴類的大規模生成，後者則有利於形成大型構造圈閉。在疊合盆地研究中由於各種原型形成機制的差異，在構造樣式和沉積充填樣式上都有明顯區別，其間都有區域性古間斷面，此種間斷大多是不整合型式。塔里木和四川盆地都是疊合盆地的典型實例（右圖），從圖中剖面可見晚三疊世以來中新生代前陸式盆地疊合在古生代海相盆地之上。

盆地分析研究始於20世紀60年代初，是石油地質學家為了解盆地的沉積演化和古地理格局而進行的工作。近來，隨著地學領域各學科的發展及地球觀的轉變，沉積盆地分析進入了新的發展階段，研究內容涉及地球動力學演化、盆—山耦合的制約關係及原型盆地恢復研究等諸多領域。原型盆地恢復研究業已成為現今含油氣盆地分析的熱點。

盆地原型的概念，首先是由Klemme(1980)提出的。雖然他提出的原型(prototype)在概念上並不完全與盆地形成的地球動力學相關，尤其是他用構造形式(structure form)來區分盆地時更帶有形態分類的色彩(Klemme，1991)。但當時其提出的基本原型所包含的時代觀念，和現今盆地原型的出發點是一致的。在此基礎上，盆地原型的理論不斷完善和發展。朱夏（1981）指出，一個盆地，尤其是大型盆地，總是包含著若干個由不同的地球動力學機制產生的不同結構部分，並稱之為“原型”(Proto-type)，單式的盆地即是這樣一個構造沉積體或原型的概念，大而複雜的盆地則包括幾個不同的原型。劉和甫（1993）認為原型盆地是盆地沉積時的構造屬性類型，即在單一地球動力學系統下或單旋迴構造階段所產生的盆地，又稱單旋迴盆地，如果把伸展運動作為一個單旋迴，則形成系列的裂陷盆地。杜旭東（1999）提出，原型盆地是指在一定的地質歷史時期內形成、后未經改造或改造甚微、基本保持了原來盆地的性質和分佈範圍的原始沉積盆地，與之相對應的是殘留盆地。何登發（2004）提出，相應於盆地發展的某一個階段（相當於一個構造層的形成時間），有相對穩定的大地構造環境（如構造背景與深部熱體制），有某種占主導地位的沉降機制，有一套沉積充填組合，有一個確定的盆地邊界（雖然此邊界常常難以恢復），這樣的盆地實體可以稱作該階段的“盆地原型”(prototype)或“原型盆地”。

或者說在整個地質歷史演化過程中，不同演化階段所形成的一個構造層，且對應每一特定構造層所處的演化階段，有相對穩定的大地構造環境及佔主導地位的沉降機制和沉積充填組合，以及確定的盆地邊界，這樣的沉積盆地實體我們稱為原型盆地。然而，由於地質演化的長期性和複雜性，早期的原型盆地多被後期盆地疊加與改造，所以通過對殘留盆地充填物及構造背景的分析和研究，恢復盆地原型和分析後期改造作用，對認識疊合盆地油氣藏分佈規律具有重要意義。陳發景、汪新文（2000）認為，盆地的原型恢復具有重要的石油地質意義，並且在恢復古今應力場、古地溫梯度和推測有機質成熟度等方面都需要了解盆地的原型。

原型盆地是相對殘留盆地而言的，是指一定歷史時期形成的盆地，其形成后未經改造或改造甚微，但還能保持原盆地性質及其分佈範圍。但是，“早期的盆地原型”形成后，在隨後的地質歷史演化過程中，往往被後期構造運動所改造，甚至破壞，而只能保留原盆面貌的一部分，從而形成多期“原型盆地”的疊加演化，原型盆地恢復便是要重塑每一期的“盆地原型”。

原型盆地恢復的思路是綜合分析，即把盆地視為一個整體，從時空方面、物質方面來闡述盆地的形成、發展和滅亡。研究內容包括改造前原始沉積地層的分佈範圍、厚度大小、盆地邊界、相帶展布、盆地類型、盆地構造、控盆因素等方面。但由於盆地中無露頭資料和受勘探程度的限制以及人類對盆地認識的局限性，人們在現有的技術和資料條件下，只能對盆地的一方面或幾方面進行恢復。研究方法主要有盆內地層學研究，盆內沉積學研究，尤其是相帶類型和分佈的研究，盆內外構造學的研究，地質歷史學研究以及它們彼此之間的相互結合和滲透等。

盆地地層分佈範圍的確定是原型盆地分析的基礎。分析殘留盆地中的相帶關係，相帶的連續與缺失，是否成體系分佈是確定其是否為統一盆地的關鍵，其中盆地邊緣相的確認是確定盆地邊界的主要方面和主要手段。趙俊青、夏斌、紀友亮等（2005）對臨清坳陷原型盆地恢復時，提出了地質外推法、沃爾索相律估演演算法、反序構造分析法確定原始盆地邊界，取得了較好的效果。

受多期構造運動影響，殘留盆地的地層厚度大多受到了不同程度的剝蝕和改造。對於埋深較大，而資料又較少且後期改造強烈的構造層進行原型盆地恢復時，通過地層剝蝕厚度和原始厚度的恢復，使得我們有能力對其進行原型盆地恢復。此外，剝蝕厚度恢復也是恢復盆地演化史的基礎工作，可幫助我們確定烴源岩生油期、生氣期，進而評價油氣資源潛力，優選勘探目標。

盆地類型劃分亦是原型盆地恢復的重要內容，除前陸盆地比較特殊外，陸相盆地類型一般為坳陷型和斷陷型，理論上二者比較容易區別。盆地類型的研究主要建立在盆地分類方案之上。現今的沉積盆地分類主要以板塊構造學說為基礎，如Dickinson(1974)、Ba11y(1975)、Kingston(1983)和Ingersoll(1995)等。有的學者也提出了以工業應用為主導的盆地分類方案，如K1emme（1980），但究其基礎，都是以沉積盆地所在的板塊構造位置、地殼類型和盆地形成的地球動力學環境為劃分依據的。具體到原型盆地類型劃分時，國內許多學者作了深入的討論。靳久強、趙文智、薛良清（1999）指出，劃分盆地需考慮如下主要因素：盆地的力學性質；盆地幾何形態；盆地所處的大地構造位置；盆地的基底性質；地層層序和沉積建造特徵。

盆地沉積體系恢復則幫助我們再造原型盆地的沉積格局。盆地原始沉積體系的恢復是以盆地殘留沉積體系恢復為基礎的。盆地殘留沉積體系恢復是指根據區域構造研究，結合沉積特點分析，對盆地殘留地層進行古地理環境和沉積特徵恢復。盆地原始沉積體系恢復則需查明盆地物源區與古水流、盆地邊緣相、盆地原始沉積中心，以及現今起分割盆地作用的構造隆起帶，在原型盆地形成期的發育特徵。

可見，原型盆地理論正處於發展階段，很多細節尚需完善，但作為含油氣盆地分析的新理論，它突出了盆地在地層、構造及沉積特徵等方面的“原始屬性”，以及控制這一屬性的構造因素—地球動力學機制。所以，在進行原型盆地恢復與含油氣性研究時，應堅持“整體、動態和綜合”的原則，進行盆地分析與含油氣性研究工作。

原沉積體系的恢復是盆地原型恢復的重中之重，也是盆地原型恢復的關鍵所在。一方面解釋的盆地原型的沉積特徵，另一方面也可以在一定程度上接受盆地的構造演化特徵，以下以中國西北部侏羅紀原型盆地為例，列舉了四種原盆地沉積體系的恢復方法，分別是：邊緣相分析；地層接觸關係分析；物源區與古水流分析；構造格架分析。

為了確定侏羅系的沉積範圍，必須識別出盆地沉積時的邊緣相。沖積扇沉積代表陸上沉積體系中最粗、分選最差的沉積單元，通常在下傾方向上變成細粒、坡度較小的河流體系，然後過渡到三角洲或湖泊沉積體系。因此沖積扇是最可靠的邊緣相沉積。沖積扇在西北地區侏羅系沉積中很是發育。早侏羅世沉積時，沖積扇沉積體系分佈於托雲盆地、塔里木盆地的洛甫、若羌、輪台、昭蘇盆地東北緣、庫米什盆地、柴達木盆地、銀根-額濟納河盆地、潮水-雅布賴盆地等。中晚侏羅世沉積時，沖積扇成為主要沉積類型之一。如在塔西南、塔東南、庫車凹陷、伊犁盆地、尤爾都斯、吐哈盆地、三塘湖盆地等，均可見到廣泛分佈的沖積扇沉積。這些沖積扇沉積的分佈，為我們推測沉積邊界提供了重要依據。沖積扇體系向源區一側，大致為原始沉積邊界。考慮到可能已經受後期侵蝕，有些地方可以進行合理的外推，但是外推的範圍應是很有限的，因為沖積扇本身就是近源區的沉積。

殘留侏羅紀地層與下伏和上覆地層的接觸關係，可以反應侏羅系的沉積背景與後期所經受的改造程度。

殘留侏羅紀地層下部接觸情況，可以反映古地貌和早期構造的特點。在沉積盆地內部，地層通常為整合接觸，反映連續沉積，地勢低洼，構造以垂直升降作用為主。如塔里木盆地三疊系與侏羅系之間的界線就很難區分。准格爾盆地內三疊系與侏羅系假整合，也反映以垂直升降運動為主。而原型盆地著重點是放在盆地邊緣地層間的接觸關係上。以中下侏羅統沉積為例，整個西北地區經歷了早侏羅世早期到中侏羅世早期的由分割性盆地到廣盆的發育過程。因此，在許多盆地的邊部存在著J1-2/T間的上超接觸關係，尤其是湖盆最大洪泛期形成的相當於三工河與西山窯期與下伏地層的接觸關係，也就代表了原始的沉積邊界（如經後期剝蝕，應進行恢復）。這種上超關係，已在塔西的北緣，准格爾盆地的西緣和北緣、和什托洛蓋盆地等處發現，為恢復原始沉積範圍提供了依據。

殘留侏羅紀地層上部接觸情況，可以反映後期所接受的改造程度。地層上部的接觸類型有整合、不整合兩種類型。整合接觸反映了地層的連續沉積及沒有任何缺失。不整合接觸有剝蝕和間斷兩種情況、間斷表示沒有沉積、裸露地表、一般特徵是紅色粗碎屑、古土壤或根岩，反應過路沉積或抬升的構造動力學情況。剝蝕表示地層中的各種沉積相都有可能出露地表與上覆地層接觸，反映一種沉積后的後期改造作用，因而剝蝕區也是恢復原始沉積體系的重點區域。根據侏羅系與白堊系地層接觸關係判斷，一般盆地內部呈連續沉積或沉積間斷，而周邊地區大都經歷了剝蝕。如塔西南的南緣，准格爾盆地的東南緣等，僅有殘留的細粒湖泊相沉積，缺乏粗粒的邊緣相沉積，反映其經受了後期的剝蝕過程。另外通過重建殘留體系分佈，也可根據保留的地層邊界與沉積相帶的關係來推測原始沉積邊界的位置。一種是同一相帶保存不全，甚至成為“飛來窗”，所保存的地層邊界很不規則，這樣可以根據殘餘的露頭來恢復原始沉積範圍。另一種是保存邊界與

相當多的沉積相帶相交，體現在殘餘地層厚度圖上是等厚線不閉合。這兩種情況都反映了剝蝕作用。如果地層保存邊界呈大致平行的環帶狀沉積相帶分佈，而邊緣沉積微沖積扇或河流體系的話，這就可以推測僅經受了輕微的剝蝕作用或沒有發生剝蝕作用。

古水流分析研究的對象是存在於沉積岩中能夠推斷古水流方向的各種特徵。這些特徵是從岩石露頭、地下鑽井、地震以及實驗獲得的。由於後期構造運動對盆地的改造，使得盆地現今面貌不能反映當時盆地面貌。古水流分析可以解決現今被改造過的盆地之間的關係。根據古水流和沉積物分散體系，可以判別各個盆地是否具有共同的物源區。根據古水流分佈，也可以推測盆地的邊界和形態，從而了解盆地歷史演化中的關係。所以古水流分析是盆地恢復是一種有力手段。

對西北侏羅系古水流分析所用的指向特徵為地層露頭中的交錯層、波痕、溝模、槽模、剝離線理等。並結合岩石中碎屑成分以及盆地周緣造山帶中各個時期岩性特徵，來判斷侏羅紀各盆地的古水流方向和物源區。在野外工作中，可以測得古水流數據，但是數據需要在實驗室中矯正。

構造格架對沉積有著直接或者間接的影響，有時甚至是控制沉積體系的主要因素。西北地區侏羅系的沉積明顯受到構造格架的控制，從研究較細的盆地和地區的資料來推測相同或相似構造背景下的資料較少地區的沉積特點，為恢復原沉積體系提供基礎。如在下侏羅統沉積時，柴達木-祁連地區有3個南東-北西向的沉降帶（右圖1），其中柴北緣-共和沉降帶資料較為豐富，研究較細，盆地形態呈南東-北西向的狹長狀，長軸方向的沉積相帶寬緩，短軸相帶的沉積相帶狹窄。因此，基於對柴北緣-共和沉降帶的認識，初步恢復了資料較少的相鄰的疏勒-西寧-定西沉降帶的沉積體系展布。另外，在中上侏羅統沉積時，西北地區的構造特點表現為撓曲沉降與抬升塌陷兩種類型。撓曲沉降區（如北疆、南疆）顯示為連片分佈，沉積相帶寬緩齊全，原盆地規模較大的特點（右圖2）；而抬升的塌陷區表現出分割性強，成帶性差與原盆地小的特點。這種構造與沉積的關係為我們恢復原始沉積範圍與沉積體系提供了有價值的線索（圖2）。

中國及世界許多大型盆地研究的結果表明，盆地在漫長的演化過程中隨地史發展呈階段性演化，不同的歷史演化階段構造性質不同。現今的盆地大地構造單元實際上是由不同運動體制下形成的具有不同沉降結構的盆地原型所組成的疊合盆地。

疊合盆地的演化遵循板塊構造的一般原理，大洋沿裂谷帶張開並通過新生洋殼的增生形成深海洋盆。當洋殼的俯衝速率超過了擴張速率的時候，洋盆開始閉合，並最終導致了陸 -陸碰撞，這一洋盆的演化過程即所謂的“Wilson旋迴”。Wilson旋迴的延續時間可以達到幾億年的時間，而某一個地區的演化有可能經歷一個或幾個 Wilson旋迴，由此導致了盆地演化經歷多個盆地原型的轉換和疊加。例如，由裂谷盆地向大陸邊緣盆地的轉化，或者是由發育復理石的殘餘海盆地向發育磨拉石的周緣前陸盆地的轉化。

朱夏(1986)特彆強調盆地原型的劃分和疊合關係與世代的研究，曾劃分了中國大陸部分晚三疊—早白堊，晚白堊—老第三紀和新第三紀三個時期的構造變革盆地，指出我國大陸變格盆地與古生代盆地是兩大階段運動體制的產物。我國東部變革原型盆地的疊加最普遍的形式是由斷陷轉化為坳陷，即斷—坳轉化，表現為不同世代的斷陷與陸內或陸緣坳陷的疊合關係。典型的如松遼盆地早白堊世晚期到晚白堊世坳陷疊合在晚侏羅世—早白堊世斷陷之上；在華北和蘇北盆地，新第三紀坳陷疊合在老第三紀斷陷之上。華北和蘇北盆地的老第三紀盆地原型與中生代盆地原型的疊合反映的是另一種類型的盆地原型的疊合關係，這兩個時期的盆地原型都是斷陷盆地或走滑斷陷盆地。四川盆地和鄂爾多斯盆地發育在我國的中部，古生代為台地坳陷被中生代的前淵坳陷所疊合。我國西部的塔里木盆地，其北部由天山海西早期弧后洋盆關閉造山所保存的早古生代裂谷邊緣坳陷和弧後邊緣沉積被晚古生代和中生代長期發育的前陸盆地所疊合。

原型盆地的疊合對油氣分佈有重要的意義，許多世界上超大型含油氣盆地一般都具有疊合結構。Klemme(1991)通過大量資料歸納總結出全球重要的已知油氣產地都歸屬於北方域和特提斯域，在特提斯域內的阿拉伯 －伊朗盆地經歷了地台—裂谷—坳陷—前陸四個盆地原型的疊合，為形成超大型含油氣系統提供了極為理想的構造條件。