陆域专题4—木里构造沉降史

介绍了木里盆地三露天区的构造演化史和沉降史。经历多次大规模的构造运动，自石炭纪以来主要经历了4期沉降和3期抬升，其中主要的构造抬升阶段为晚白垩世—古近纪和上新世两个时期;构造沉降影响了气源条件和冻土带的形成。...



[新朋友] 点击上方天然气水合物关注
[老朋友] 点击右上角分享本页或转发

受中国石油大学（华东）孙致学老师邀请，

阳光石油论坛与天然气水合物公众号强强联合

全新打造 阳光石油论坛-水合物板块

阳光石油论坛---阳光新能源---天然气水合物丨Hydrate

或直接登录http://www.sunpetro.cn/forum-373-1.html

即可参与天然气水合物的实时热点讨论！！

天然气水合物丨Hydrate

文章导读

根据三露天井田的煤田钻孔和地质勘查报告等资料，应用回剥技术分析研究区从晚古生代石炭纪以来的沉降史及构造演化特征，讨论了水合物形成与构造演化的关系。模拟结果显示，研究区自石炭纪以来主要经历了4期沉降和3期抬升:石炭纪至晚三叠世，沉降由慢转快，沉降幅度较大;晚三叠世末期，由于晚印支运动影响构造抬升;早侏罗世至早白垩世，快速沉降;晚白垩世，燕山运动导致区域隆升;中新世发生较快速沉降;上新世受青藏高原隆升影响，快速隆升，随后第四纪又出现较快速沉降。沉降史模拟结果为研究区构造演化提供了定量或半定量的参数。三露天构造沉降对天然气水合物形成的控制作用体现在影响烃源岩成熟度和温压稳定带的形成两方面。

1 地质概况

研究区所在的木里煤田在大地构造上属中祁连断隆带的一部分，位于中祁连大通河流域上游的坳陷带中，呈NWW向展布。受南北区域性断裂带的控制和煤系基底构造的影响，木里煤田断裂构造十分发育，常密集成带分布，以NWW、EW向的逆冲断层为主。区域性沉积和出露的地层主要有古元古界、震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、古近系、新近系和第四系。

三露天井田位于木里煤田聚乎更矿区南向斜东部，总体构造形式原为一个含煤沉积向斜盆地，后被东西向延展的F27逆冲断层推覆，被破坏分割成为两个似单斜构造形态。本区从古元古代开始经历了多序次的不同规模的构造演变，造就了现今总体上以NEE、NE向为主体的推覆构造体系(图1)。三露天井田地层由老至新依次有:上三叠统(T3)、下侏罗统(J1)、中侏罗统(J2)、第四系(Q)，其中主要含煤地层为江仓组下段(J2 j1)和木里组上段(J2m2）。2 构造演化史

石炭纪—三叠纪

研究区在石炭纪—二叠纪为浅海陆棚沉积环境，接收较缓慢的沉积;三叠纪沉积活动加剧，沉积速率加快，沉积幅度加大。晚三叠世晚期，由于印支运动影响，地表抬升，接收剥蚀，陆地内部起伏不平，形成了一系列具方向排列的、规模大小不等的内陆湖盆作为侏罗系的沉积场所。

侏罗纪—早白垩世

早侏罗世，由于燕山运动研究区由三叠纪受压环境转变为伸展环境，并在伸展构造应力(剪切－拉张应力)作用下发生沉降，裂陷作用加强并形成断陷盆地，在沉积盆地内形成NW向或NE向伸展型的同沉积正断裂。中侏罗世，研究区在伸展环境中继续沉积，沉积范围增大。晚侏罗世，燕山运动第二幕使祁连地区构造应力场发生重大变化，造山带地壳发生大规模缩短，受力状态由伸张转变为挤压，形成逆冲断裂和褶皱。早白垩世，研究区在侏罗纪盆地基础上继续沉降，由于遭受挤压构造应力形成褶皱和逆冲断裂。

晚白垩世—第四纪

晚白垩世至古近纪，研究区经历了燕山运动Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ幕，使盆地总体一直遭受挤压，地层抬升并遭受剥蚀。研究区经历了坳陷－隆升的过程，区域地层隆升遭受剥蚀，构造作用使沉降作用减弱，早白垩世地层几乎全被剥蚀，并导致晚白垩世与古近纪地层部分沉积间断。在强烈构造挤压应力下，研究区形成了褶曲与断裂构造。中新世，研究区部分接收沉积，沉降量和沉降速率变大。上新世，由于新构造运动的影响，研究区大幅度抬升并接收剥蚀，形成大量的逆冲推覆断层，呈后展式的叠瓦扇状，同时褶皱构造被逆冲断裂所切割。

3 三露天井田沉降史

沉降史模拟参数的确定

采用回剥法反演聚乎更矿区三露天井田构造沉降史。研究区中新生代以来为河流、湖泊相陆内盆地，古水深变化较小，故忽略不计。剥蚀量的确定采用区域地层对比法，应用区域综合地质柱状图和三露天钻孔柱状图，根据厚度递减原则，将研究区被剥蚀的岩性层段与邻区未被剥蚀的层段进行对比，从而估算被剥蚀岩层的厚度。

沉降史分析

根据基础地质数据、地层单位年龄值、剥蚀量等沉降史模拟参数，利用中国矿业大学(北京)的沉降史模拟系统，反演出研究区沉降史模拟图(图2)。研究区沉降史曲线大致可以分为7个阶段(图4中编号①—⑦)，自石炭纪以来主要经历了4期沉降和3期抬升。

(1)第1期沉降:从石炭纪至晚三叠世中期，研究区持续接收稳定的沉积，其中石炭纪—二叠纪沉降曲线斜率的较小，平均总沉降速率为15m/Ma，沉降较缓慢，早三叠世至晚三叠世中期沉降曲线斜率较大，平均总沉降速率为44 m/Ma，沉降较快速。

(2)第1期抬升:晚三叠世末期，由于晚印支运动影响，古特提斯洋闭合，地表抬升，地层接收剥蚀，剥蚀厚度较小。

(3)第2期沉降:早中侏罗世，该段沉降曲线表现为上凸形，代表了裂陷旋回。早侏罗世经历了较缓慢热沉降，中侏罗世经历了较快热沉降，晚侏罗世和早白垩世经历了快速沉降。

(4)第2期抬升:晚白垩世燕山运动尾幕，研究区经历了坳陷－隆升的过程，区域隆升遭受剥蚀，剥蚀厚度大于1 000 m，构造作用使沉降作用减弱，缺失晚白垩世及早白垩世地层，并导致古近系部分沉积间断。

(5)第3期沉降:中新世，构造沉降速率为16m/Ma，总沉降速率为45 m/Ma，沉降速率较快，沉降曲线斜率较大。

(6)第3期抬升:上新世，地层受喜马拉雅碰撞和青藏高原隆升影响，快速隆升;新近纪所沉积地层抬升并剥蚀，中侏罗世地层出露地表。

(7)第4期沉降:第四纪，构造沉降速率为9m/Ma，总沉降速率为27 m/Ma。地层沉降速率较快。

4 构造对天然气水合物的影响

天然气水合物的形成主要需要以下条件:(1)物源条件———充足的气源和水源;(2)理化条件———适宜的温度和压强。因此气体和天然气水合物稳定带的形成与演化对天然气水合物的形成起到了决定性的作用

构造演化对冻土带形成影响

天然气水合物稳定带由天然气水合物温压相平衡曲线与地温梯度曲线所圈定，其可以预测水合物存在范围。稳定带是天然气水合物形成的必要条件，而冻土带则是决定稳定带的关键因素之一。研究区自第四纪以来进入中纬度地区，开始形成冰川。经历了多次冰期与间冰期的更迭，早期的冰川在全新世初的温暖期均消融殆尽，没有保存至今。昆黄运动(1.2 Ma)使青藏高原大部快速隆升进入冰冻圈，使高原本身的环境骤变，出现第四纪以来最大的冰川，而且至今仍处于稳定的环境。祁连山区永久冻土带厚度为50～139 m，形成时间不早于1.2 Ma左右，稳定带形成在冻土带形成之后。天然气水合物可在充足的气源供给、有利的气体组成、稳定带内储层特征等多种因素下形成。构造沉降对烃源岩成熟度影响

虽然至今对于研究区天然气水合物的气源尚存争议，但针对可能的烃源岩系已取得共识:自下而上共发育4套，依次是石炭系暗色泥(灰)岩、下二叠统暗色灰岩、上三叠统尕勒得寺组暗色泥岩、中侏罗统含煤岩系。研究区中侏罗统含煤岩系地层烃源岩有煤、暗色泥岩和油页岩，有机质含量较高，生烃潜力较大，且大部分为Ⅱ－Ⅲ型干酪根。根据沉降史地层数据和三露天Ｒo数据，使用Thermodel for Windows软件反演出三露天井田古地温史:晚白垩世以前，井田总体处于快速沉降阶段;在早白垩世末，侏罗系煤系烃源岩埋深达到3000 m左右，热流值处于峰值，煤系地层温度最高达120℃，Ｒo达到0.82～1.48，处于成熟－高成熟度的有利生气阶段，下1、下2煤进入成熟阶段生成湿气;自晚白垩世始，受区域构造抬升的影响，研究区地层埋深变浅、局部出露地表遭受剥蚀，煤系最高温度降至60℃以下，生烃速率快速下降，停止生烃。研究区以中侏罗统煤系为主的烃源岩，生烃高峰为早白垩世末期(90～100 Ma)，且后期停止生烃。

结论

(1)研究区在地质历史上经历了以青藏高原快速隆升为代表的多次大规模的构造运动，自石炭纪以来主要经历了4期沉降和3期抬升，其中主要的构造抬升阶段为晚白垩世—古近纪和上新世两个时期;

(2)构造沉降对研究区天然气水合物形成的控制作用主要体现在影响烃类气体和冻土带的形成两方面。冻土带的形成时间不早于1.2 Ma;三露天煤系烃源岩在晚白垩世早期处于成熟－高成熟度的有利生气阶段，可以为三露天水合物的形成提供气源。

资料来源：青海木里三露天井田构造沉降史分析

中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

作者：蒋艾林，陈利敏， 秦荣芳，李靖，曹代勇

编辑：许佳锐、杨瑜

点击下方阅读原文，进入阳光石油论坛

    关注 天然气水合物