西太平洋板块俯冲及松辽盆地晚期油气成藏.pdf

2 0 0 9年 6月 第 2 8卷第 3期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a nd Oi l f i e l d De v e l o pme n t i n Da q i n g J u n e ，2 0 0 9 Vo L 2 8 N o ． 3 DOi 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 3 7 5 4 ． 2 0 0 9 ． 0 3 ． 0 0 2 西太 平洋板块俯 冲及松辽盆地 晚期油气成藏 李树青 李志军 1 ．中国石化国际石油勘探开发有 限公司 ，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．重庆科技学院石油工程学院 ，重庆4 0 1 3 3 1 摘要松辽盆地第三纪以来的构造运动受西太平洋板块俯冲与 日本海扩张的共同作用，该时期是松辽盆地成藏 与定型的重要时期。白垩纪以后松辽盆地经历了构造反转的演化阶段，挤压背景形成了一系列的浅层构造，老 断层的开启为油气运移开辟了通道，挤压背景所造成的构造应力强度在空间上的变化为晚期油气成藏提供了动 力。结合烃源岩的生排烃史认为，西太平洋板块的俯冲与 日本海的扩张所形成的挤压背景对于松辽盆地晚期成 藏起着重要作用。 关键词西太平洋板块；日本海扩张；松辽盆地 ；晚期成藏 中图分类号 r E 1 2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 0 9 0 3 - 0 0 0 6 - 0 4 UNDERTHRUST oF W ES T PACI FI C PLATE AND LATE HYDRoCARBoN RESERVoI R I NG I N SoNGLI Ao BAS I N L I S h u q i n g ， L I Z h i - j u n 1 ． S i n o p e c I n t e r n a t i o n a l P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t i o n C o r p o r a t i o n 。B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a nd T e c h n o l o g y ，C h o n g q i n g 4 0 1 3 3 1 ，C h i n a Abs t r a c t T e c t o n i c mo v e me n t o f S o ng l i a o Ba s i n s i n c e Te r t i a r y i s t he C O 。 e f f e c t o f W e s t P a c i f i c Pl a t e u n d e r t h r us t a n d t h e e x t e n s i o n o f J a p a n S e a ．T h i s p e r i o d i s c r i t i c a l f o r t h e f o r ma t i o n o f S o n g l i a o B a s i n ．S i n c e C r e t a c e o u s ，S o n g l i a o Ba s i n e x p e rie n c e d r e v e r s e e v o l u t i o n a ry p ha s e wh e n a l o t o f s u p e r fic i a l s t r u c t u r e s f o r me d u n d e r c o mp r e s s i o n b a c k g r o u n d ．T h e o p e n e d o l d f a u l t s p r o v i d e d mi gra t i o n p a t h for o i l a n d g a s ，a n d t h e c h a n g e o f s t r e s s i n t e n s i t y i n s p a c e c a u s e d b y c o mp r e s s i o n b a c k gro u n d o f f e r e d p o w e r for l a t e r h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n ．I n c o mb i n a t i o n wi t h h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n h i s t o ry ，t h i s p a p e r p r o p o s e s t h a t t h e c o mp r e s s i o n b a c k gro u n d f o r me d b y u n d e rt h r u s t o f W e s t P a - c i fi c P l a t e a n d e x t e n s i o n o f J a p a n S e a h a s s i g n i f i c a n c e for l a t e h y d r o c arb o n r e s e r v o i r f o r mi n g i n S o n g l i a o B a s i n ． Ke y wo r d s We s t P a c i f i c P l a t e ；e x t e n s i o n o f J a p a n S e a ；S o n g l i a o B a s i n；l a t e h y d r o c arb o n r e s e r v o i r f o r mi n g 松辽盆地是在晚海西褶皱带基础上发育起来的 具有多沉积旋回的中新生代断一坳盆地，也是中国 最大的非海相沉积盆地。喜山期松辽盆地晚期成藏 是印度板块和太平洋板块共同作用的结果 。无论是 印度板块的影响还是太平洋板块 的影响 ，喜山构造 运动对于松辽盆地 的作用都是通过太平洋板块运动 方 向的改变实现的 ，因此松辽盆地的生成与演化过 程与印度板块和西太平洋板块的运动息息相关，是 对西太平洋板块运 动 的直接 响应 。同时，西太 平洋板块高角度俯冲作用造成 日 本海的形成与扩张 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 8 - 0 4 作者简介李树青，男，1 9 7 7年生，博士，从事石油地质 、层序地层及地震资料解释工作。 E ma i l l i s q c ug b 1 6 3． c o m 第2 8卷第 3期 李树青等 西太平洋板块俯冲及松辽盆地晚期油气成藏 。 7 图 1 ，成为松辽盆地晚期成藏的动力之一。中生 代以来 ，松辽盆地经历 了断陷期 、坳 陷期和构造反 转期等演化阶段。断陷期和坳陷期是盆地储层和烃 源岩发育的主要阶段 ，而构造反转期是油气藏形成 的主要阶段 ，白垩纪末 以来太平洋板块的挤压以及 中新世 日本海的扩张改造了原有 的构造格局 ，为晚 期成藏提供了必要条件 。 1白垩纪 以来 的西太 平洋 板 块 活 动及 日本海扩 张 1 ． 1早白垩世伊泽纳崎板块的俯冲 研究表明，中侏罗世时 距今 1 8 0 Ma ，东亚 大陆东部的伊泽纳崎 I z a n a g i 板块是 以非常缓慢 的低速 4 ． 7 c m ／ a 正 向俯 冲 于东 亚大 陆 之下 。 到早 白垩世初期 ，可能 由于太 平洋超地 幔柱 的活 动，伊 泽 纳崎 板 块 突然 改 变 了运 动 方 向和 速度 Ma r u y a m a等 ，1 9 9 7 ，呈 3 0 c m ／ a的高速 向正北 斜 向俯 冲于东亚大陆之下 俯 冲带北东走 向 。在 早 白垩世 中期 ，还保 持着高速俯 冲 2 0 ． 7 c m ／ a ， 运动方向逐渐变成 北北西 向，仍为 高斜 度斜 向俯 冲，到早白垩世末期俯冲作用基本停止 ，伊泽纳崎 板块逐渐消亡 图 1 。由于此时松 辽盆地早 白垩 世地壳沉降幅度大 ，持续时间长 ，因而堆积了巨厚 的沉积物 ，为松辽盆地油气成藏奠定了强大的物质 基 础 。 1 ． 2晚白垩世初期太平洋板块俯冲 晚白垩世初期，伊泽纳崎板块运动到东亚东北 部边缘 日本 岛 中部 以北 逐渐 趋于消亡 。太平 洋板块 出现在 中国东部大陆边缘 ，表现 的是 中速 1 3 ． 6 c m ／ a 正 向俯 冲，持 续 至 整 个 早 第 三 纪 M a r u y a m a等 ，1 9 9 7 。研 究 表 明 Z h o u和 L i ， 2 0 0 0 ，从侏罗纪至晚白垩世初期 距今 8 5 Ma ， 西太平洋板块俯冲角 由早期 的 1 0 。 左右逐渐转变成 约 8 0 。 。 该阶段松辽盆地的构造运动主要是发生在晚白 垩世嫩江期末到明水期末的构造反转运动 ，造成断 陷和凹陷历程 的终结 ，磷灰石裂变径迹反映明水期 发生过一次明显 的构造 抬升 ，在强烈挤压 作用 下松辽盆地发生构造反转 ，由断陷盆地向挤压盆地 转变，原先 的大 型正断层变 为逆 冲断层 图 2 ， 并形成一系列 的浅层褶皱 ，如大庆长垣等 图 3 。 1 ． 3第三纪西太平洋板块俯冲 进入晚第三纪 以来 ，由于太平洋板块转变成高 E E [ 圈 断裂带 板块边界 盆地 转换断层 图l东欧亚大陆边缘板块俯冲应力变化示意图 据Ma r u y a ma 等 ， 2 0 0 8 ， 修改 Fi g． 1 S ke t ch ma p of s t res s c h an ge of Ea s t e r n Eur a s i a n M a r gi n 图2松辽盆地北部正反转断层 时间剖面 Fi g． 2 Re ve rse f a ult s of No rt her n So ngl i ao Bas i n 角度正西 向俯 冲，欧亚东部大陆下出现了软流圈上 涌 、岩石 圈拆沉 Z h o u和 L i ，2 0 0 0 ，造成 大规 模断陷的产生 ，同时伴随郯庐断裂带 由挤压运动变 成伸展运动，此时日 本海开始形成。该时期中国东 部 的断陷构造运动开始活跃 ，基本与北美西部科迪 8 大庆石 油地质与 开发 2 0 0 9正 A A 图3松辽盆地北部中浅层构造格架 Fi g． 3 Su pe r fi Ci a l s tr u ct u re f r a me wo r k of No rt he r n S on gl i a o Ba si n 勒拉盆岭省新生代后期因岩石圈拆沉而出现的强烈 伸展活动类 似 V a n d e r h a e g h e和 T e y s s i e r ，2 0 0 1 。 该时期松辽盆地东侧的伊舒地堑断陷活动强烈 ，反 转作用进一步加剧 ，浅层构造不断壮大。 1 ． 4日本海的扩张 日本海形成于早一 中中新 世 ，主要有 日本海 盆 、大和海盆 、大 和海岭 和对 马海 盆组成 仓本 真一，1 9 9 2 。中新世 距今 2 5～1 5 Ma 西太平 洋板块活动的最大变化是开始出现弧后扩张及弧后 盆地 O t o f u j i 等，1 9 8 5 ；K a n e o k a等 ，1 9 9 0 ；Ma r u y a m a 等 ，1 9 9 7 。与此伴生的是东朝鲜大陆边缘 的裂谷作用以及 日本海的扩张 ，软流圈上涌 以及裂 谷作用导致的对流造成在朝鲜大陆边缘生成 了裂谷 盆地 Ha n J o o n K i n ， 2 0 0 7 ，从而造成 日本海的强 烈弧后扩张。这一弧后扩 张在形成 弧后 盆地 的同 时，还 向东推挤着 日本列岛使其显著旋转 J 。古 地磁资料揭示 ，西南 日本此时相对于东北 日本顺时 针旋转 了约 5 0 。 O t o f u j i 等 ， 1 9 8 5 ，从而形成了 日 本列岛现今的排列状况。 日本海的弧后扩张在侧向 上具有 巨大的推挤力 ，而且发生时间与郯庐断裂带 出现挤压时间一致 ，同时也与松辽盆地在第三纪的 反转运动时间一致 ，此时形成了东北亚环西太平洋 构造域的基本格架 。 1 ． 5第三纪晚期太平洋板块的活动 上新世 5～1 5 Ma 以来 ，太平洋板块 向 日 本岛弧下俯 冲又转变为北西西向，松辽盆地区域应 力场也发生了相应转变。在 4 3 Ma 到现今 ，库拉板 块由向北运动转为北西向的运动 ，盆地 的挤压应力 发生了旋转，以近东西向的挤压应力为主 ，盆地东 部大部分地区隆起加剧 ，成为物源区，而在盆地西 部形成了南北 向展布的条带状沉积。由于太平洋板 块 向西俯 冲，日本海 强 烈 扩张 并 形成 了新 的洋 壳_6 J ，致使中国东北地区遭受强烈 的挤压作用 图 4 ，松辽 盆地东南部全面抬升 ，构造 反转加 剧。进入第四纪 ，盆地进入反转期后沉积发育的构 造层 ，为填平补齐阶段 ，此时盆地进人萎缩期 ， 逐渐消亡。 O 一 2 0 避 一4 0 6 0 图4松辽盆地新生代地球动力学示意图 据李娟 ，2 0 0 2 F i g． 4 G e od yn a mi c s ke t ch of Ce n oz oi c o f S on gl i a o B asi n 2松辽盆地晚期构造成藏 松辽盆地 白垩纪晚期从嫩江组开始发生构造反 转运动 ， 在四方台组和明水组时期构造活动强度变 强 7 J 图 5 ， 此时松辽盆地各二级构造单元的形态 基本形成。从烃源岩生排烃时间和构造运动发生时 间分析， 以青 山口组和嫩江组为主的烃源岩主要在 嫩江组沉积之后才大规模进人生油门限 图6 。 大安地区 葡西地区 图5松辽盆地北部浅层各地区断层生长速率 Fi g ． 5 G ro wt h ra te of s h al l o w f aul t s i n N o rt he r n S on gl i a o Ba si n 第 2 8卷第 3期 李树青等西太平洋板块俯冲及松辽盆地晚期油气成藏 ’9 吕 0 ＼ 骥 划 2 ∞ 8 ∞ 4 0 0 O }oO l 霉 5o0 350 霉 400 1 ] 圈120。。 ] ．’ 圈啊3O ■ l 嫩二段末期嫩江组末期 明水组末期 现今 a 不同地质时期生烃强度 圈 最大值 口 平均值 由此分析 ，明水组末期为松辽盆地北部浅层油气成 藏的关键时刻 。 在明水组后期 ，由于喜马拉雅期太平洋板块俯 冲和 日本海扩张的影响，挤压应力方向由原来的北 西向转换为北西西向，应力方向的改变使原来的断 层重新活动，增加了断层的输导性能。由于挤压作 用 ，在倾 向与应力方向成夹角的老断层 ，会 因应力 方向的改变而重新开启 ，产生 “ 地震泵效应”，加 速了油气 的运移 J 。古 近纪晚期挤 压应力 变为近 东西向 ，北北西 、北西 、近东西 向的断层开启 ，下 伏油气沿着断层也发生垂 向运 移 。挤 压背景下 不但为油气聚集提供了场所 ，同时有利于油气的保 存 。在挤压背景下很少产生新的断层 ，尤其是断穿 到地表的断层 ，而倾 向与应力方 向平行的老断层 由 于后期的挤压 ，断裂带 内破 碎岩受挤 压而越 发破 碎，增大了断裂带 内的封堵性 ，这样有利于油气的 保存 ，油气不易扩散。压性变形不但为油气的聚集 提供了构造圈闭，同时使油气生成 、运移 、聚集和 保存 匹配 良好 。 3结束语 与太平洋板块俯冲和 日本海的扩张息息相关 的 喜马拉雅期构造反转运动与松辽盆地北部晚期油气 成藏的关 系是 多方 面对 应的 ①形成 背斜 构造 圈 闭，该时期形成了大庆长垣 、长春岭背斜 、任民镇 背斜等主要构造；②形成的纵张裂隙构造成为油气 运移的通道 ，断层开 启所产生 的 “ 地震泵 ”效应 加速了油气的运移 ；③在背斜形成时地层埋藏深度 减小，在背斜内部形成低压区， 伴生的抽吸作用有 利于油气在其 中聚积 ；④反转构造形成时 ，其构造 应力场强度在空间上有规律递变 ；使油气从压应力 高 的地方沿主应力方 向向压应力低 的地方运移 ；⑤ 反转期 间与断层同时形成的断背斜构造为油气聚集 提供了场所，断弯型背斜封闭性好 ，对油气保存非 常有利。断弯型中又以断层下盘取平与断弯复合作 用形成 的反转背斜更为有利 ，因其背斜幅度大 ，面 积也大 ，可容纳空 间也大。如大庆长垣上的油 田即 为此成 因。隐伏型断展褶皱与断弯型相似 ，但构造 幅度小 。总之 ，由于西太平洋板块俯冲以及 日本海 的扩长所造成的构造变形和挤压背景对松辽盆地晚 期油气成藏起着重要的作用 。 参考文献 [ 1 ]罗乌清，姜贵周 ． 松辽盆地中新生代构造演化 [ J ]．大庆石 油学 院学 报 ，1 9 9 3 ，1 7 1 8 - 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