滇東北新生代盆地構造反轉與生物氣藏的形成

侯宇光，何生，唐大卿

（1. 中國地質大學（武漢） 構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質大學（武漢） 資源學院，湖北 武漢 430074）

滇東北新生代盆地構造反轉與生物氣藏的形成

侯宇光1,2，何生1,2，唐大卿1,2

（1. 中國地質大學（武漢） 構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢，430074；2. 中國地質大學（武漢） 資源學院，湖北 武漢 430074）

利用二維地震測線，結合地質和鉆井等資料，通過開展詳細的構造和沉積解釋，分析滇東北褶皺帶上的曲靖、越州和陸良3個殘余型陸相沉積盆地的構造特征、形成演化和成因聯系，特別對漸新世末和上新世末2期重要的構造反轉進行較系統地綜合研究，分析構造反轉活動對生物氣成藏條件的控制作用。研究結果表明：漸新世末的構造反轉避免了蔡家沖組沉積有機質的大量消耗，促使了蔡家沖組主力烴源巖的二次產氣，保障了第四紀以來生物氣成藏的有機物質和氣源的持續供給；上新世末的構造反轉控制了生物氣成藏要素的有利時空配置，控制了滇東北新生代盆地生物氣藏的形成。中央斷凹帶及其與斷褶帶和斜坡帶的過渡區帶具有良好的生物氣生成、運聚和保存條件，為生物氣藏富集區帶。

成藏條件；生物氣；構造演化；構造反轉；滇東北

滇東北褶皺帶之上分布的曲靖、越州和陸良盆地，是新生代沉積時期印度板塊與歐亞板塊“陸陸”碰撞，東部多個洋殼向西俯沖的區域構造背景下發育起來的陸相沉積盆地。近年，在該地區相繼發現了陸良大嘴子構造生物氣藏、曲靖鳳來村構造生物氣藏和陸家臺子巖性圈閉生物氣藏。前人從構造演化、烴源巖及含氣系統、生物氣成藏條件和控制因素等方面對陸良和曲靖盆地開展了較為系統的研究[1?10]。針對盆地的成因演化，一般認為是在上新世以來的拉張背景下形成的拉分盆地[1,3?4]，但最新資料表明：3個盆地均存在明顯的和可對比的不整合面，最大剝蝕厚度為800～1 000 m，在不到2 Ma中沉積近3 000 m的地層，這說明盆地的形成中期曾發生過明顯的構造反轉運動；現今盆地展布的擠壓構造樣式并不是在走滑拉張過程中產生的，而是在盆地演化后期的擠壓并伴有走滑的構造應力場中形成的[5?9]。有研究人員已從古生物、巖性和沉積相突變，地震反射界面和測井曲線等多方面進行了研究，并應用層序地層學原理進行地層的劃分對比，總體上認為滇東北新生代盆地經歷了從漸新世到上新世末的拉張斷陷—擠壓反轉—拉張坳陷—擠壓反轉的構造演化過程[5?8]。其中，在喜山運動的擠壓應力作用下，漸新世晚期和上新世末盆地發生的2次構造反轉，對生物氣的聚集和成藏起到了重要的控制作用。本研究將3個盆地作為整體研究對象，從區域構造演化史和盆地之間的成因聯系入手，探討滇東北新生代盆地構造反轉對生物氣藏形成的控制作用。

1 盆地反轉構造特征

曲靖、越州和陸良盆地位于揚子地塊西緣與康滇地塊交接處，是疊置在古生界碳酸鹽巖褶皺基底之上的古近系—新近系殘留型盆地，為典型的不對稱箕狀斷陷。3個盆在平面上沿磨戛—堡子上斷裂帶呈串珠狀分布，其形成演化明顯受北東走向的師宗－彌勒斷裂系和南北走向的小江斷裂系控制（見圖1）。在盆地外圍可見古近系地層的零星分布，表明其原始的盆地范圍可能更廣闊，三者在沉積發育期可能為統一盆地，在遭受后期構造抬升?剝蝕作用之后，才分割成現今的獨立盆地。

圖1 滇東北新生代沉積盆地區域構造位置略圖Fig.1 Sketch of regional tectonic location of Cenozoic sedimentary basins in north-east of Yunnan Province

3個盆地均可進一步劃分為斷褶帶、斷凹帶和斜坡帶3個二級構造單元（圖2）。由于受后期構造擠壓作用程度的不同，3個盆地的變形強度及構造樣式有一定的差異：由陸良、越州向曲靖盆地反轉變形的強度逐漸增加，正斷層反轉的程度逐漸增大，逆沖斷層數量明顯增加；盆地內部的斷層類型由以正斷、走滑兼擠壓為主，過渡為以逆沖擠壓兼走滑性質為主；斷層的剖面組合形式由簡單的平行斷塊、階梯狀、“帚狀”、“Y字型”向復雜的 “正花狀”和逆沖程度較大的簡單逆沖斷層變化。

斷褶帶位于盆地主控斷裂一側的邊界狹長地帶，構造最為復雜，可見明顯的角度不整合，邊界正斷層發生強烈的構造反轉，并伴生次級逆斷層和牽引褶皺。主斷層在平面上平行排列，斷距大，延伸長，呈凸出的“弓形”，主次斷層斜交排列，在剖面上組成“帚狀”、“Y字型”和局部不規則“正花狀”組合（見圖2）。

斷凹帶分布于盆地中部，是盆地沉降和沉積的中心，其反轉強度最弱，上下第三系地層以平行不整合接觸，以“弓形”大斷裂的中心位置為凹陷的中心部位。該單元以簡單向斜為主要特征，僅在越州和曲靖盆地發育少量的下正上逆或者小型的反轉逆斷層。

圖2 滇東北新生代盆地典型構造剖面Fig.2 Geological interpretation of seismic reflection profiles of Cenozoic sedimentary basins in Yunnan province

斜坡帶分布于盆地的緩斜部位，面積最大，地層逐漸向上抬升超覆于基底老地層之上，可見明顯的角度不整合，反轉強度較大，主、次斷層在剖面上組成“階梯狀”、“花狀”構造組合（圖2），并發育了一系列小幅度牽引背斜，該區是主要的構造圈閉勘探區帶。

3個盆地成因相似，其沉積地層可以從巖性變化、沉積相、地震反射界面和測井曲線等方面進行對比[6?7,10]。最新研究成果表明：曲靖盆地可劃分為古近系和新近系2套地層[5?7]，相應地可將陸良和越州盆地的地層按照曲靖盆地的標準進行重新統一劃分（表1）。

2 構造反轉發育史

根據最新的地層對比成果，曲靖、越州和陸良盆地形成演化階段的劃分就發生了質的變化，總體上可以劃分為早?中漸新世斷陷階段、漸新世晚期—上新世早期整體抬升—構造反轉階段、晚上新世坳陷階段和上新世末壓扭抬升—構造反轉階段等4個階段。

2.1 斷陷階段

漸新世開始（38～25 Ma），隨著特提斯和印度板塊向北運動，印支板塊被右旋式擠出，紅河斷裂帶處于快速左行走滑階段（38～25 Ma），南海開始擴張（36 Ma以來），揚子板塊和華南板塊相對向西北移動，滇東北地區發生順時針的旋轉（見圖3（a））[11?15]。

區域性的右旋導致了研究區的右行旋轉（圖3（b））。在區域應力作用下，師宗—彌勒斷裂帶和宣威斷裂帶發生擠壓兼右行走滑活動，而受其限制的堡子上—磨戛斷裂則發生了左行走滑活動。研究區北東向次級斷層的運動方向與主滑移方向相同，發生了較大規模的右行走滑。因此，在南北向堡子上—磨戛斷裂與北東向斷裂的交匯部位發生了伸展沉降，在曲靖至陸良地區內形成了面積較現今大得多的拉分?斷陷盆地，沉積了小屯組和較厚的蔡家沖組地層。

表1 曲靖、越州、陸良盆地地層對比劃分表Table 1 Strata correlation of Qujing, Yuezhou, and Luliang basins

2.2 整體抬升-構造反轉階段

漸新世晚期（25～5 Ma），特提斯洋關閉、印度大陸東突刺入與滇西之間發生陸?陸收斂活動，加之太平洋板塊的北西西向擠壓，西部各地塊發生強烈碰撞，發生了喜山Ⅱ幕的擠壓構造運動。該時期，南海的二次擴張逐漸停止（至16 Ma），紅河斷裂帶進入了左行走滑逐漸減慢，即進入停止階段（25～5 Ma）[11?15]。區域上以風化剝蝕作用占優勢，造成了中新世晚期與上新世早期沉積缺失，總體處于準平原狀態。

研究區在東西向擠壓為主的應力場中發生隆升，致使沉積間斷，地層遭受不同程度的剝蝕。在越州盆地小石橋地區可見下第三系蔡家沖組與上第三系茨營組呈角度相差很小的不整合接觸（見圖4（a））。在越州、曲靖和陸良盆地的地震剖面上均可觀察到本次運動對盆地結構的影響，控陷斷層發生強度較弱的正反轉，局部形成不整合接觸，T3界面以下的蔡家沖地層未見強烈的褶皺和逆沖斷層的沖斷現象，以整體的抬升和剝蝕為主（見圖2），曲靖盆地剝蝕厚度為800～1 300 m，越州和陸良盆地的剝蝕強度較小，其中陸良盆地剝蝕厚度為700～900 m。在此次長期的整體抬升和剝蝕作用下，盆地內沉積地層的厚度和分布面積均明顯減小。

2.3 坳陷階段

早上新世末（5 Ma），地殼運動又逐漸活躍，斷裂活動增強。紅河斷裂帶進入了右行走滑階段，被紅河斷裂帶和小江斷裂帶夾持的滇中菱型塊體向東南側滑動，引起南北向的鮮水河—小江斷裂系的左行走滑（4～2 Ma）[11?17]。進而導致了師宗—彌勒斷裂帶與宣威斷裂帶發生左行滑動，磨戛—堡子上斷裂在2條斷層的夾持下亦發生了左行走滑活動（見圖5（a））。

在此階段，研究區北東—北北東向次級斷層的走滑活動可能相對較弱，而以南北向斷層的走滑-拉張作用為主（見圖5（b））。曲靖、越州和陸良盆地進入坳陷階段，沉積盆地范圍再次增大，廣泛沉積了湖泊、三角洲以及沼澤等含煤的茨營組砂泥巖地層。

2.4 壓扭抬升?構造反轉階段

圖3 漸新世早?中期區域應力場和研究區應力橢圓分析簡圖Fig.3 Regional stress field and stress ellipse of studied area during early to mid Oligocene

圖4 越州小石橋、曲靖堡子上和陸良魚塘村地質剖面Fig.4 Diagram of Xiaoshiqiao geologic section of Yuezhou basin, Puzishang geologic section of Qujing basin, and Yutangcun geologic section of Luliang basin

上新世末至更新世初，在印度—澳大利亞板塊繼續北移，菲律賓海板塊朝北西向移動和太平洋板塊朝西俯沖的聯合作用下，發生了喜山Ⅲ幕運動[17]。云南范圍內的構造活動普遍加強，造成區域上強烈隆升。受東西向擠壓應力作用，研究區控陷斷裂再次發生了正反轉，并新生了許多次級的逆沖斷層，使得盆地內部地層被抬出地表，在發生褶皺變形的同時遭受了短暫的夷平剝蝕，統一盆地逐漸萎縮，并被分割為3個小型的殘余盆地。

在曲靖盆地的堡子上地區和陸良盆地的魚塘村地區可見此次運動在盆地東部邊緣形成的寬緩褶皺（圖4（b）和（c））。在曲靖、越州和陸良盆地的地震剖面上可以見到典型的正花狀構造，顯示了擠壓兼走滑的斷裂性質。這種正花狀構造多出現在盆地的邊界斷裂和盆

圖5 上新世末區域應力場和研究區應力橢圓分析簡圖Fig.5 Regional stress field and stress ellipse of study area in end of Pliocene

內大型控制沉積的斷裂附近，而在盆地的緩坡常發育小型的逆沖斷層，并伴生幅度不同的褶皺構造。從地震剖面反映的變形強度來看，整體上曲靖最強，越州次之，陸良最弱，本次構造反轉造成陸良盆地剝蝕厚度在400 m左右，而曲靖盆地剝蝕厚度在500～800 m之間。

3 構造反轉對生物氣藏形成的控制作用

雖然發生在中新世和上新世末的2次構造反轉導致的區域抬升和斷褶作用使盆地整體抬升遭受強烈的剝蝕，盆地的范圍及地層厚度都有較大程度的減小，且破壞了早期的生物氣聚集，但從另一角度，卻促使了蔡家沖組主力烴源巖的二次產氣以保障氣源的持續供給，形成了生物氣成藏要素的有利時空配置，并最終控制了滇東北新生代盆地生物氣藏的形成[6?7]。

3.1 構造反轉控制蔡家沖組主力烴源巖的二次產氣

國內外的研究表明：由于生物氣本身的擴散和滲透能力極強，容易通過蓋層或遮擋層向上逸散，生物氣一般是晚期或后期成藏[18?22]。而且工業性天然氣藏均處于逸散和補充的動態平衡之中。因此，在生物氣晚期成藏的過程中，持續氣源是成藏的物質保障。作為殘留型盆地，滇東北新生代盆地之所以能發現具有工業價值的生物氣藏，在很大程度上取決于生物氣的不斷生成和注入。恰恰是因為發生了中新世的抬升剝蝕，使得大部分蔡家沖組氣源巖被抬升脫離了有利于生物氣生成的深度和溫度，而且抬升前除了沉積中心深部地層剛過生油門限外，其他大部分氣源巖均未成熟，保存了生物氣產生的物質基礎（見圖6）。地表水經構造運動產生的斷裂滲入氣源巖，使其暫不具備甲烷菌大規模活動的水介質和強還原條件，避免了蔡家沖組中成烴母質過早地被大量消耗[23]。上新世晚期盆地再度下陷，氣源巖被再次深埋，當逐漸達到有利于甲烷菌活動的深度、溫度范圍和有利于生物氣生成的還原環境，蔡家沖組氣源巖進入了二次生物氣大量穩定生成階段[24?25]。并且，由于成烴母質發生過一定程度的成巖轉化，所生成的各種有機酸及其他化合物也有利于甲烷菌的代謝作用，促使生物甲烷氣的形成[18]。由此可見：正是中新世的抬升剝蝕避免了蔡家沖組沉積有機質的大量消耗，保障了第四紀以來生物氣成藏所需的有機物質。中新世的構造反轉為生物氣晚期成藏需要的持續氣源提供了物質保障。

3.2 構造反轉控制成藏要素的有利時空配置

目前所發現的工業性生物氣藏和具有良好生物氣顯示的井段多位于不整合面附近和發育有通源斷層的地區（見圖7）。上新世末的構造反轉，形成的斷鼻、斷背斜等構造圈閉和不整合面附近的構造－巖性復合圈閉，成為生物氣主要運聚指向，為生物氣成藏提供了有利的聚集場所。而發生反轉復活的同沉積期正斷層，與新生的逆斷層、裂縫系統以及中新世構造反轉形成的不整合面構成了有利的輸導體系，成為生物氣二次運移的主要通道，使得正處于產氣高峰的蔡家沖組氣源巖排出的生物氣運移至茨營組砂巖儲層中成藏[26?27]。

圖6 曲靖盆地曲參1井熱史和含氣系統事件圖[8]Fig.6 Burial and thermal histories for Qucan 1 well and events of gas system in Qujing Basin

圖7 曲靖盆地陸家臺子巖性圈閉生物氣藏[8]、鳳來村構造氣藏[8]和陸良盆地大嘴子構造氣藏剖面Fig.7 Diagram showing Lujiataiz lithologic gas pool in Qujing basin, Fenglaicun structural gas pool and Dazuizi structural gas pool in Luliang basin

在蔡家沖組主力氣源巖進入二次產氣階段的同時，茨營組的氣源巖在埋深過程中也逐漸開始產氣，并逐漸向茨營組巖性圈閉中聚集。但是，生物氣的有效聚集成藏開始于上新世末的構造反轉階段。反轉構造的發育時期與生物氣成藏形成了良好的匹配關系[7,28]：此時蔡家沖組氣源巖正處于二次產氣高峰，構造運動不但改造了巖性圈閉，產生了眾多構造圈閉、構造－巖性復合圈閉，而且活動的斷層、裂縫等形成有利的輸導通道使深處氣源巖生成的生物氣運移到圈閉之中聚集成藏，并維持氣藏逸散和補充的動態平衡。

因此，上新世末的構造反轉使圈閉的發育、輸導體系和生物氣的持續生成之間形成有利的時空匹配，共同控制了晚期生物氣藏的形成。

4 生物氣藏有利區帶預測

構造反轉對生物氣藏形成有利也有弊：適度的構造反轉既可以形成逆沖斷塊和低幅度背斜等新的圈閉類型，斷裂發育又可以為生物氣運和聚提供良好條件；強度過大的構造反轉也會使構造圈閉保存條件變差，不利于生物氣藏的形成和保存。

通過3個盆地的對比，曲靖盆地遭受構造抬升剝蝕的程度最大，特別是上新世末的構造反轉盆地東部邊緣相對抬升過高，逆沖斷層十分發育，地層破碎，因而未形成良好的構造圈閉，其有利的構造圈閉主要發育于西部斜坡帶等構造反轉強度相對較弱的區域；陸良盆地構造反轉強度相對較小，所以，在其東部主斷裂的壓扭反轉過程中形成了規模較大的大嘴子構造生物氣藏；越州盆地構造反轉程度中等，但由于其斷陷規模較小，生氣能力較弱，雖形成了適當的構造圈閉，卻無法形成大規模的生物氣聚集。

在盆地內部，中央斷凹帶及其與斷褶帶和斜坡帶的過渡區帶為最有利的生物氣藏富集帶。這些區帶緊鄰深洼陷，靠近蔡家沖組深湖—半深湖相區，泥巖厚度大，埋深適中，生物產氣強度大；產氣層與盆地邊緣大氣水滲濾帶隔絕，有利形成有利于甲烷菌活動的還原水介質環境；儲層以具有良好孔滲性的粉、細砂巖為主，發育巖性圈閉和巖性－構造圈閉；封蓋條件優越，頻繁的砂泥互層，泥巖比例高，封蓋能力和生物甲烷濃度封閉條件好，而且斷層密度遠小于邊界斷裂帶和斜坡帶，有利于氣藏的保存。

5 結論

（1） 根據最新的地層對比成果，曲靖、越州和陸良盆地的形成演化可以劃分為：早?中漸新世斷陷階段斷陷階段、漸新世晚期—上新世早期整體抬升—構造反轉階段、晚上新世坳陷階段和上新世末壓扭抬升—構造反轉階段。

（2） 漸新世末的構造反轉避免了蔡家沖組沉積有機質的大量消耗，控制了蔡家沖組主力烴源巖的二次產氣，保障了第四紀以來生物氣成藏的有機物質和氣源的持續供給；上新世末的構造反轉使圈閉和輸導體系的發育和生物氣的持續生成等生物氣成藏要素構成了有利的時空配置，控制了滇東北新生代盆地生物氣藏的形成。

（3） 據反轉強度和變形樣式上的差異，3個盆地中陸良盆地的勘探潛力最大，曲靖次之，越州最弱；盆地內部，中央斷凹帶及其與斷褶帶和斜坡帶的過渡區帶具有良好的生物氣生成、運聚和保存條件，是生物氣藏有利的富集區帶。

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（編輯 何運斌）

Tectonic reverse of Cenozoic basins and its relationship with the biogas accumulation in north-east of Yunnan Province

HOU Yu-guang1,2, HE Sheng1,2, TANG Da-qing1,2

（1. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
2. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China）

Through tectonic and sedimentary interpretation, using two-dimensional seismic lines combining with geological data and well logs, the tectonic characteristics, evolution and genetic relationship of Qujing, Yuezhou, and Luliang basins locating in the fold zone of north-eastern Yunnan Province were discussed, and the effect of tectonic reverse during the Late Oligocene and the end of Pliocene on the accumulation elements of biogenic gas was analysed. The results show that as a result of tectonic reverse of the Late Oligocene, the over-consumption of the organic matters in Caijiachong Formation by organic maturation and hydrocarbon generation or biogas generation was significantly avoided. It ensured the continuous-effective biogenic gas formation providing to the biogas accumulations since Quaternary. The tectonic reverse in the end of Pliocene made the essential elements for the process of biogas accumulation to be placed effectively in time and space, and controlled forming of the biogas reservoir. The middle fault-dowenwarp belt and its transition region with the fault-fold belt and slope belt are the favorite prospecting areas of biogas reservoirs in the basin.

elements of biogas accumulation; biogas; tectonic evolution; tectonic reverse; north-eastern Yunnan Province

TE122

A

1672?7207（2012）06?2238?09

2011?06?05；

2011?08?02

國家自然科學基金資助項目（40802023，41072093）；中國地質大學（武漢）中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（CUGL110247）；中國地質大學（武漢）構造與油氣資源教育部重點實驗室開放基金資助項目（TPR-2009-22）

侯宇光（1979?），男，吉林松原人，講師，博士，從事油氣地質、盆地分析教學和科研工作；電話：18986006901；E-mail：sporthyg@126.com