沉积古地理格局及构造岩相模式

沉积体系 沉积模式 岩相古地理之间的区别与联系~

沉积相图范围相对较小，反映盆地局部沉积单元沉积相类型、沉积体系展布、物源/水流方向等信息，常用于辅助制定局部地区勘探开发方案。
岩相古地理图范围较大，通常是整个盆地或者相邻的若干盆地，反映盆地的形态、平原区、剥蚀区、水域分布以及大型地貌单元分布等信息，主要用于勘探早期的盆地分析。

黄汲清先生 ( 1945) 在 《中国主要地质构造单位》中，编制出了寒武纪、加里东泥盆纪、华力西二叠纪、燕山白垩纪和喜马拉雅期的中国构造古地理图 5 幅，勾绘出了这些地质构造阶段的海陆分布轮廓。这些古地理图是我国最早出现的构造古地理图，是我国构造古地理学的先导。
王鸿祯等 ( 1985) 的 《中国古地理图集》主要是以大地构造学的理论为指导和以大量的区测资料为基础编制出来的，是我国大地构造古地理学的代表作。崔克信 ( 1986) 、黄汲清等 ( 1987) 、王鸿祯等 ( 1990) 、刘本培等 ( 1991) 、周志毅等 ( 1995) 、李通艺( 2000) 以及其他许多人以大地构造学的资料、理论和观点来论述古地理的专著和论文，均属构造古地理学的范畴。
国外的构造古地理学 代表著作有 Ziegler ( 1988) 、Dercourt 等 ( 1991) 、Scotese( 1997) 、Southeast Asian Research Group ( 1995) 、Li Zhenxiang 等 ( 1996) 等的作品。
当前国内外构造古地理学均呈现出与沉积学、地层学、古生物学、地球物理学、地球化学、构造地质学等的相互结合和渗透，研究热点集中在造山带沉积和古地理、古特提斯多岛洋构造古地理、全球古大陆重建尤其是关键部位古大陆重建等方面，是一个十分活跃的古地理学分支学科。
20 世纪 60 年代板块学说的诞生为活动论构造古地理研究提供了理论基础并推动了这一领域的发展。20 世纪 90 年代该领域有关地质历史中洋、陆重建，古地理和古气候的研究成果已被石油地质家用于全球石油聚集和分布规律研究。在中国，王鸿祯先生在活动论构造古地理领域做出了重要贡献。
板块学说的提出，特别是海底扩张和磁条带年龄的证据，使古地理、古气候研究进入了全新的领域，地质学家必须重建原来沉积盆地所处的位置。这就使活动论构造古地理的概念具备了新的理论基础和研究方法。在此之前大陆漂移说的出现，开辟了活动论思潮的萌芽阶段，其最重要的标志是承认大规模水平运动的存在。20 世纪 60 年代以前部分古生物学家和古地理学家已经提出了具有先驱性的推断。在作为地学革命的板块学说研究高潮中，地质学家们以全球构造的活动论为基础，应用当代古地磁方法和成图技术，致力于地质历史时期的古大陆重建。许多学者编制了地质历史不同阶段的古地理再造和古气候带预测图。由于技术和数据密度不足等原因，目前全球性成图比例尺还较小，并带有推断性。随着古地磁和成图技术的进步以及资料的积累，这一领域正取得实质性进展。一些学者如Scotese 等建立了数据库，不断根据新数据的积累修改全球及大区域古地理重建的结果。孙枢先生曾在第三届全国沉积大会上评述了此领域的研究现状与趋向。上述活动论构造古地理研究的思想很快引起了石油地质学家和沉积地质学家的重视。一些专题性的研究对全球油气聚集分析更有重要价值，如法国学者德高特等的 “特提斯古地理图集”。古大陆重建与油气聚集规律研究成功地结合的一例体现在 Klemme 等的著作中。Klemme 等从全球尺度研究了自古生界早期以来各时代烃源岩形成油气资源的比例，并在古大陆重建的基础上标定了全球大型油气系统的分布。从而揭示了沉积盆地所处的古纬度与古气候带及其与古海洋的关系。其中特别强调了晚侏罗世和白垩纪优质烃源岩的重要性———世界上一半以上的油气资源形成于该期的烃源岩。这取决于当时特有的古构造、古气候和古海洋环境。其中最为突出的是被动边缘盆地形成的巨大规模的油气聚集。在特提斯洋的被动边缘，以中东阿拉伯海湾地区为代表，形成了全球最为富集的油气聚集带。
地质历史上，盆地的演化和内部的沉积古地理变革均受盆地构造属性、盆地边缘和盆内构造活动规律的控制。位于不同板块或同一板块内的不同盆地由于盆地边界的构造属性和构造活动规律不同而具有不同的演化历程。同样，同一盆地内由于内部不同部位盆地动力学环境不同造就了盆地内不同的沉积古地理环境。因此在进行构造古地理分析过程中应遵循构造控盆、盆地抓相的基本原则，完成构造 － 岩相古地理编图。
关于编图思路，可从两方面入手对构造古地理进行研究。首先，以文献调研资料为基础，结合研究区构造演化特征，按照构造演化进行阶段划分，结合构造运动的属性、规律研究，查明研究区内、抓相断裂的位置、形成、活动时间及控盆、控相机制。其次，在构造及大型断裂研究的基础上，完成岩相古地理编图的基础资料准备工作，主要包括岩石地层多重划分对比、单剖面沉积环境分析、横向沉积相变规律研究和单因素资料统计、编制等。在完成上述基础资料和图件准备的基础上，结合研究区构造、盆地演化规律的研究成果，以由点到线再到面的沉积相研究方法为基本思路，运用相应的岩相古地理编图法( 如岩比法、优势相法或单因素分析法) 完成研究区构造古地理编图。实际上，岩相古地理分析离不开盆地构造和全球构造的分析，构造分析构成了古地理分析的基础与前提。但是，就盆地构造 － 岩相古地理分析的范畴而言，更应该注重构造带的古地理恢复与分析。
造山带古地理学是在造山带地区或经受了造山运动改造的地区开展古地理研究的理论和方法。研究过程要注意三点: 一是不能用 “将今论古”的方法恢复地史期间的隆起区和堆积区，二是沉积相带的展布受区域构造应力场及基底构造格局控制，三是辨析原生沉积盆地与构造盆地 ( 吴根耀，2003) 造山带古地理学在盆地构造 － 古地理重建中的应用，其核心是以发展的和动态演化的思路来研究盆地。
盆山耦合分析是正确认识盆地动态演化的钥匙。所谓盆山耦合，指的是造山作用与盆地演化间有统一的运动学过程和动力学机制。就盆、山这一对矛盾而言，山常是主要的方面。但是，造山带的内部结构比较复杂，地质记录不全，故对地质现象常有多解性。盆地内地质记录相对完整，因而对其运动学的全面研究对造山过程的运动学认识带来宝贵的借鉴，对其成盆动力学机制的探讨对造山动力学机制的认识带来有益的启示。因而，在以动态演化的思路研究盆地发育的运动学特征时，应有意识地加强与造山动力学匹配的盆地动力学的研究。

华北地区中生代地质演化过程复杂，经历了多期挤压和拉伸改造。根据残留地层分布、岩性组合、生物面貌等特征，结合地质构造背景，可以大致恢复各时期沉积古地理格局。

中生代以来，构造对华北盆地的沉积充填过程具有明显的控制作用，构造与岩相关系非常密切。早—中三叠世继承晚二叠世以来碰撞型克拉通构造格局，主要充填了一套红色碎屑岩建造；中—晚三叠世渤海湾盆地以隆升剥蚀为主；早—中侏罗世陆内盆地和山间凹陷较为发育，主要为一套河流—沼泽相碎屑岩建造；晚侏罗世—早白垩世盆、山构造格局十分复杂，单个盆地规模小，分割性强，沉积环境多变，火山岩发育。根据盆地性质及沉积充填特征，建立了不同时期构造-岩相模式。

1.早—中三叠世

根据残留地层所呈现的西部连片、东部零星、边缘相缺失等特征，考虑到生物面貌的一致性以及与石炭系—二叠系的整合或平行不整合接触关系，可以推断：早—中三叠世原型盆地比现今残留面积大，继承晚海西以来的北西高、南东低的构造格局，气候干热，红色碎屑沉积发育，属大型陆内坳陷盆地（图3-5-4）。靠近内蒙古造山带，为河流—冲积相，粒度粗、厚度大。向南过渡为河流—浅湖相（延安—开封以北）。南部主要为浅湖-平原相沉积。

图3-5-4 华北东部早中三叠世沉积格局

早—中三叠世晚期，湖水向东南退缩，河流相沉积占主导地位（图3-5-5，图3-5-6），局部发育扇三角洲。

根据沉积相纵向、横向演化特点，建立了如下沉积模式（图3-5-7），该模式显示储层相对发育，而烃源岩不发育。

2.晚三叠世

晚三叠世的印支运动期间，华北地区全面抬升，西部抬升幅度小，东部抬升幅度大，盆地范围向西部退缩，华北西南部仍为统一的大型沉积盆地。渤海湾盆地地势较高，地貌复杂，以隆升剥蚀为主，局部地区可能出现山间盆地等小型沉积区（图3-5-8）。

图3-5-5 黄骅—济源中—下三叠统沉积剖面（南北向）

图3-5-6 渤海湾盆地中—下三叠统沉积剖面（东西向）

图3-5-7 华北地区中—下三叠统剖面沉积模式图

上—东西向；下—南北向

图3-5-8 华北东部晚三叠世沉积格局

3.早—中侏罗世

早—中侏罗世属早燕山旋回期，中国东部进入由古亚洲域向滨太平洋域演化的过渡阶段。

渤海湾盆地下—中侏罗统残留地层分布局限、分散，但各种迹象表明其原始沉积格局应为一个较大型沉积盆地。太行山隆升区将华北地区分割为东、西2个大盆地。东部早期为河流—冲积相，晚期除在山前持续发育河流—冲积相外，大部分地区为沼泽—浅湖相（图3-5-9～图3-5-11）。

根据沉积相纵向、横向演化特点建立了如下沉积模式（图3-5-12）。华北地区下侏罗统普遍见暗色泥岩及煤岩，证实具备一定的生烃能力。据济阳坳陷勘探实践证明（王秉海等，1992），煤系地层之上的砂岩为较好储层。

4.晚侏罗世—早白垩世

晚侏罗世—早白垩世，华北地区被兴蒙造山带、秦岭-大别造山带、贺兰山、太行山等包围、分割。西部为统一的鄂尔多斯盆地，东部出现中、小型断陷湖盆与中、低山系相间分布的格局。盆地性质受盆缘断层控制，主要发育冲积扇和湖泊相，另分布有火山岩相。

根据控盆断层性质及其对沉积充填特征的影响，将晚侏罗世—早白垩世断陷盆地细分为4种（图3-5-13）：①拆离型断陷；②拉张型断陷；③反转型断陷；④走滑型断陷。分别建立不同性质盆地的沉积模式如下（图3-5-14～图3-5-17）。

（1）拆离型断陷沉积模式

受太行山东断裂的拆离活动控制，沿太行山东麓呈串珠状排列，包括北京凹陷、保定凹陷、石家庄凹陷等现今残留的中生界盆地。盆地形态表现为西断东超的箕状凹陷，长轴方向呈北北东向。西部陡坡带主要表现为火山岩-冲积扇-扇三角洲的岩相组合，东部缓坡带为三角洲-滨浅湖的岩相组合。烃源岩主要发育于卢沟桥组上部和丰台组，暗色泥岩累计厚度可达400～1000m，但有机质类型多为Ⅲ型。

该类盆地的沉积厚度大、水体较浅，沉积物供给主要来自陡坡侧，属紧邻物源区的补偿性沉积盆地。以石家庄凹陷为例，建立了构造-岩相模式（图3-5-14）。

（2）拉张型断陷沉积模式

包括现今残留的辽河西部、辽东湾西部、霸州、板桥、沧东、南皮、德州、临清等中生代凹陷。盆地受拉张断裂控制，表现为东断西超的箕状凹陷。长轴呈北北东向展布，陡坡带窄。沉积厚度、水深受拉张强度控制。水深变化（由深至浅）：辽西、辽东地区—临清地区—黄骅等地。火山岩出露于盆地下部。东部陡坡带主要为扇三角洲相。西部缓坡带为三角洲—滨浅湖相组合。盆地中心属湖相沉积。就烃源岩而言，北部的辽西、辽东湾地区暗色泥岩厚、类型好（Ⅱ型）、丰度高；中部（如霸州、板桥、沧东、南皮等凹陷）暗色泥岩不发育；南部临清地区以灰色泥岩为主，丰度较低，类型较差（Ⅲ型）。

图3-5-9 华北东部早—中侏罗世沉积格局

图3-5-10 华北东部中—下侏罗统沉积剖面（南北向）

图3-5-11 华北东部中—下侏罗统沉积剖面（东西向）

图3-5-12 华北地区早—中侏罗世剖面沉积模式图

图3-5-13 渤海湾盆地晚侏罗世—早白垩世不同区域断陷类型与成因模式

图3-5-14 拆离型断陷构造-岩相模式

以辽河西部凹陷为例，建立了沉积模式（图3-5-15）。该区受拉张正断层控制，形成东断西超的箕状凹陷。物源主要来自缓坡一侧。陡坡带较窄，沉积厚度受拉张强度控制。中北部属欠补偿盆地，烃源岩发育，为Ⅱ₁型干酪根。南部属补偿盆地，多见砂包泥组合。

图3-5-15 拉张型断陷构造-岩相模式

（3）反转型断陷沉积模式

夹持于盐山-歧口-兰聊断裂与郯庐断裂带之间，受郯庐左旋走滑影响，使得早三叠世时期发育的北西向逆推断层发生构造反转，自北向南形成渤海、济阳、鲁西3个北西向断陷系。盆地形态为北东断、西南超的箕状凹陷，长轴方向呈北北西向。渤海断陷系水深大于济阳、鲁西断陷系。单个湖盆面积小，狭长展布，边缘相带发育，以冲积-河流-三角洲相组合为主，湖相沉积少，烃源岩整体不发育。

以济阳坳陷区为例，建立了沉积模式（图3-5-16）。受左旋走滑影响，北西向逆推断层反转，形成了北东断、西南超的箕状断陷。盆、山相间，盆小水浅，砂多泥少，属补偿—过补偿沉积盆地。烃源岩发育程度较拉张断陷型差，但向东北方向烃源岩相对发育。

（4）走滑型断陷沉积模式

发育于郯庐断裂带内部，属走滑拉分断陷型。盆地基底沉降快，经历了多期次火山活动-河湖相沉积旋回。以辽河坳陷东部凹陷为例，建立了沉积模式（图3-5-17）。盆地形态为双断型，长轴方向呈北北东向。郯庐断裂带的东、西分支是其控盆边界断层。梨树沟组在火山活动间歇期发育了深湖相暗色泥页岩、油页岩沉积。

图3-5-16 反转型断陷构造-岩相模式

图3-5-17 走滑型断陷构造-岩相模式

5.晚白垩世

晚白垩世，郯庐断裂带以西的华北广大地区整体处于隆升剥蚀状态，仅在河南信阳盆地及冀中、临清、黄骅坳陷等少数低洼地区接受沉积，多以红色河、湖相粗碎屑沉积为主。

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