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张裂谷区域地质构造与沉积作用:对油气系统研究的意义

         
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世界上很多地区的张裂谷及其上覆的凹陷盆地(sag basin )都发育高产油气区。本文回顾了裂谷的发育及区域地质构造对沉积样式和油气勘探潜力的控制作用。裂谷区域地质构造对沉积作用和圈闭形成具有最为重要的控制作用,而沉降速率控制着裂谷沉积充填的几何形态和岩相。裂谷作用还控制着热流和热史,而后两者是蛭源岩热成熟的决定性因素。很多裂谷都是起始于均匀分布的小规模张性断层,而且在其发育之初大都存在封闭的水系(closed drainage)和局部的湖相沉积作用。随着大陆裂谷的发育,通常会在深湖之中沉积怪源岩,尤其是在裂谷发育速度很快的情况下,富有机质页岩一般出现在裂谷沉积充填的下三分之一位置上。断层移距增大和断层侧向生长会产生相互连接的正断层组合。随着裂谷扩展进入全球大洋系统,早期裂谷的陆相沉积将被海相沉积所取代(例如北海)。在进入海洋之后的裂谷快速发育过程中可能会沉积优质怪源岩,尤其是在半地堑沉积中心处于沉积物缺乏状态而且海洋水体循环比较弱的情况下(例如欧洲西北部的启莫里支阶[Kimmeridge]Clay组)。随着裂谷作用消失,裂谷被充填,河流沉积作用占主导地位,或者在被动大陆边缘上,盆地进入张性凹陷和/或裂谷后热凹陷阶段,随着沉积速度赶上和超过盆地沉降速度,浅海到深海沉积物充填并埋藏前期的半地堑。澳大利亚西部、巴西和西非的最新研究成果表明,在断陷的大陆地壳上会快速发育深(未断裂的)凹陷盆地。其沉降速度太快,正常的热传导冷却作用无法解释这种快速沉降,因而被认为是由下地壳/中地壳在没有发生可观察到的断裂作用的情况下伸展而形成的(取决于深度的伸展作用;Driscoll和Kamer, 1998)。这种伸展作用会产生宽阔的被动陆缘(100-500km),这里大陆地壳的厚度只有5km (β=7)。巴西南部凹陷盆地的沉积厚度达到了约1~2km,并披覆在早期裂陷断块之上,产生了一些在以往30年间发现的最大油田(例如探明石油地质储量高达200-300亿桶的卢拉[Lula]油田)。这些油田的储层都是湖相藻-微生物碳酸盐岩,它们在断块的顶部尖灭。在偏远的或者人们无法达到的地区,还有很多裂谷盆地未被勘探,将来非洲、东南亚、北极和大西洋边缘的裂谷盆地都有可能发现新的油气区。

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