裂陷盆地常常经历了多层次、多周期的幕式沉降过程。若盆地的演化包括了两幕或以上的裂陷旋回,则称之为多幕裂陷盆地。多幕裂陷盆地构造演化特别是复杂的断裂发育特征及其活动方式引起国际地质学家广泛的关注。多幕次裂陷作用下断裂活动方式的转型,必然会导致物源水系、沉积物入口位置及砂体分散方式的系统性差异。前人研究表明,在第一幕裂陷或者单幕裂陷盆地中断裂经常会发生分段联接。在盆地演化的早期各个洼陷较为分散和孤立,主要以陡坡带和缓坡带水系供源为主,而在断裂发生连锁之后,轴向水系供源体系则开始占据主导。相比较第一幕裂陷,第二幕裂陷作用下盆内断裂活动方式多变化,其沉积响应十分复杂。珠江口盆地陆丰凹陷始新世发育两幕裂陷(Ⅰ幕和Ⅱ幕),区域构造应力场方向偏转可能诱导了主干断层的差异活动,致使裂陷中心从南向北发生迁移。研究表明陆丰凹陷两幕次裂陷旋回的构造-沉积响应差异明显:(1)裂陷Ⅰ幕初始断陷阶段断层位移量相对较小,湖盆表现为“浅盆”特征,而裂陷Ⅱ幕早期阶段快速形成规模大、活动性强的边界断层,湖盆则快速进入深湖环境;(2)裂陷Ⅰ幕初始断陷阶段厚度中心小且较为分散,而裂陷Ⅱ幕早期阶段厚度中心规模大,较为统一;(3)裂陷Ⅰ幕初始-强烈断陷阶段以陡坡带、转换带和缓坡带侧向水系供源为主,而裂陷Ⅱ幕早期轴向水系占据主导。在伸展应力方向偏转的多幕裂谷盆地,晚期裂陷幕往往以特定的边界断层迅速生长和复活为特征。近似垂直于新的应力场方向的先存断层则优先活动,在该地区的位移量快速达到最大,这促进了大型轴向供源体系的形成;而未复活断层控制的地区构造沉降弱,继承了早期裂陷结束时长轴水系供源的格局,具有整体“富砂”的沉积特征。以上认识对珠江口盆地及其他多幕裂陷盆地演化分析及砂体预测具有重要的理论价值。

“深时”古气候研究范围为前第四纪地质记录,目的在于为未来气候预测提供依据。准噶尔盆地西北缘安集海河组沉积期,研究区处于早古近纪极热气候(PETM)时期,由于其温室气体排放与当前工业废气排放水平相当,对于全球变化以及地球系统科学研究具有重要意义,一直以来都是古近纪气候研究的热点。准噶尔盆地西北缘在早古近纪沉积期发育大范围分布的典型陆相坳陷湖盆沉积,因其远小于海洋的沉积规模而具有远高于海洋系统的气候变化敏感度,能够更加精确地记录古气候演化对湖盆沉积体系的控制作用。本文以准噶尔盆地西北缘安集海河组为主要研究对象,选取28块砂岩样品和23块泥岩样品分别进行粒度分析和微量元素测试。实验结果显示:研究区安集海河组砂岩中值粒径分布在7.58~393 μm,平均值为74.44 μm,属于细砂级别;微量营养元素Ni、Cu和Zn的富集指示高生产力水平,元素Mo、Re、V、Co、Cr组合以及Re/Mo、V/Sc、V/Cr和Ni/Co指示氧化型沉积环境,Sr/Cu指示干燥炎热的气候条件。综合岩心观察和镜下鉴定等手段,针对坳陷湖盆对极热气候事件的响应进行系统分析,从岩石学和生物地球化学两个方面寻找沉积物中的信号记录。在极热气候条件下,研究区整体处于干旱炎热的气候环境,随着干旱进程的不断加剧,湖盆蒸发作用强烈,湖平面下降,沉积物粒度逐渐变粗,沉积物暴露水面遭受氧化,形成大面积展布的陆相红层沉积,同时,水体中CO₂分压不断上升,导致碳酸盐矿物浓度达到过饱和状态,以基底式碳酸盐胶结物的形式析出;受干旱气候加剧的影响,湖水持续浓缩,水体盐度上升,整体表现为陆相半咸水沉积环境,水体氧化性逐渐增强,古生产力水平呈现先增后降的变化趋势。

位于我国东部的许多新生代盆地,在地质历史时期发育了巨厚的岩盐沉积。尽管这些盆地的成盐模式研究已经历了40多年,但由于缺乏“深水成盐”的现代沉积模式,到底是“深盆-深水”还是“深盆-浅水”成盐,一直难以定论。为了理解“深水成盐”的控制因素,很多现代盐湖开展了水文学和水化学调查,然而这些湖盆的矿物组合各不相同,“深水成盐”的形成条件和控制因素尚不清楚。本文对死海、佛瑞湖等“深水成盐”的现代盐湖以及我国东濮凹陷沙三段的成盐特征进行了解剖,从盐度、水深、湖平面波动以及卤水分层等角度探讨了“深水成盐”的形成条件,对比分析了“深水成盐”的相对位置以及沉积物特征,总结了“深水成盐”的识别标志。研究表明,盐岩层系在岩心和测井资料上显示出多尺度的旋回性。“深水成盐”为水深较大的洼陷中心成盐,与盆缘的“浅水成盐”同盆共存。沉积相对岩盐层系的结构和组成有明显的控制作用,其中洼陷带的“深水成盐”,主要在洼陷带的卤水-湖底沉积物界面附近,析出和增生粗晶的盐类矿物,常与富含有机质和黄铁矿的暗色泥岩共存;而湖滨附近的“浅水成盐”,单层厚度薄,结晶粒度细小,通常含有较多的陆源碎屑。死海为代表的现代盐湖以及东濮凹陷等古代成盐盆地的沉积特征表明,“深水成盐”发生于湖平面的下降期,而且卤水剖面的厚度对蒸发岩的形成分布有明显的控制作用,同时具有“深水”和“深盆”特征的内陆盐湖更容易形成单层厚度大、横向稳定的岩盐沉积。本研究有助于改变人们以往对内陆湖盆成盐机理的认知,尤其是现代盐湖的卤水分层析盐特征,对解读地质历史中的其他成盐事件具有重要启示。基于现代沉积实例的“深水成盐”识别标志,可以为古代岩盐沉积模式的建立提供限定条件。

济阳坳陷古生界潜山在经历了残丘山勘探阶段、多样性潜山勘探阶段之后,位于正向构造单元之间的中低位序复杂隐蔽潜山成为勘探主要方向。桩海地区东部紧邻郯庐断裂带,郯庐断裂带的多期构造运动对其产生深刻影响,古生界潜山构造样式非常复杂,并且由于埋藏深,前期地震资料精度低,构造特征认识不清,制约了勘探进展。该研究针对济阳坳陷桩海地区古生界复杂构造特征,运用高精度三维地震、钻井资料和区域应力场研究结果,探讨桩海地区古生界复杂构造特征及其形成机制。桩海地区古生界发育一套稳定的海相-海陆过渡相沉积岩系,自下而上依次发育寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系。桩海地区古生界发育北西、南北、北东和东西4组走向的断裂,断层类型有正断层、逆断层和走滑断层。北西走向断裂5条,倾角较陡,平面上呈现正、逆相间分布的特点。南北走向断裂3条,剖面呈“花状”特征,为走滑断层。北东走向断裂为正断层,该组断层切割北西向断裂组。东西走向断裂主要是桩海地区潜山的南、北边界断层,该组断层切割北西走向断裂组。断层活动时期可划分为4期。第一期为印支期挤压形成的逆断层,断层贯穿古生界;第二期为晚侏罗至早白垩世构造反转形成的正断层,贯穿中生界和古生界;第三期为晚白垩世挤压形成的逆冲断层,贯穿中生界和古生界;第四期为始新世以来走滑和伸展形成的正断层,断层贯穿古生界、中生界、古近系和部分新近系。不同走向断层交汇切割,形成“棋盘格”式复杂构造。古生界顶面整体呈中部高、东西两侧低的背斜形态。自西向东可划分4排山。复杂的演化过程决定了不同潜山带保留层系和结构类型的差异性。对形成机制的研究结果表明:三叠纪末期—始新世,在郯庐断裂左旋→右旋“往返式”走滑变应力场控制下,桩海地区古生界经历了“挤压-拉张-挤压-走滑”4个演化阶段。三叠纪末期,在郯庐断裂左旋走滑运动下,桩海地区受到NE-SW向挤压、形成3条北西走向逆冲带;晚侏罗—早白垩世,桩海地区经历NW-SE向拉张,逆冲断层发生不均衡反转,形成北西向断层正、逆相间的特征,分割形成北西走向4排山雏形;晚白垩世,在郯庐左旋→右旋转换作用下,桩海地区受到NWW-SEE向挤压,经历二次挤压推覆,第二—四排山自东向西推覆,对古生界进行一次改造,基本奠定古生界构造格局;始新世,在郯庐断裂右旋走滑运动下,产生近南北向和北东向走滑断层及东西走向调节断层,切割早期北西向断裂组,同时在南、北边界断层伸展作用下,桩海地区发生南升北降翘倾运动,古生界构造样式定型,形成现今复杂的构造样式。构造演化控制桩海地区古生界潜山结构和成藏条件有所差异。自东向西地层逐渐减薄,西部地层剥蚀严重,第一排山仅保留寒武系,向东部的三排山保留的奥陶系逐渐增厚。第一排山发育寒武系断块圈闭,第二排山发育奥陶系—寒武系背斜圈闭,第三、四排山发育奥陶系—寒武系断块圈闭。从两侧向中间由断块山变为褶皱山、储集性变好,以第二排山奥陶系—寒武系逆冲褶皱山成藏最有利。

中—晚三叠世的鄂尔多斯盆地沉积了一套优质的砂岩储层,目前对该套砂岩的成因及其空间分布已经有了成熟的认识,然而在中—晚三叠世鄂尔多斯原型盆地的确切边界位置、盆内古地理演化的构造成因机制等问题上依然存在不少争议。本文通过对鄂尔多斯盆内及周缘57个露头及165口钻井的层序地层学与沉积学研究,厘定了鄂尔多斯盆地在中—晚三叠世的边界位置并在层序格架下开展了古地理演化研究,同时探讨了古地理演化的构造成因。研究表明:中—晚三叠世鄂尔多斯盆地的北部边界从内蒙古的达拉特旗向东延伸至山西大同,东部边界应在山西宁武—太原—太谷—永和—河南安阳—开封—登封一线附近,南部边界为北秦岭(NQT)与华北板块的缝合带(陕西西安—洛南—河南栾川—南召沿线以南),西南以六盘山的西部断层边缘为界,西北界位于贺兰山西部断层边缘带,西部边界延伸至河西走廊盆地的西部边界(甘肃马良沟附近)。在中—上三叠统延长组识别出4个沉积旋回(SQ1-SQ4),代表了从起始阶段(SQ1)到最大沉降阶段(SQ2和SQ3)再到后期关闭阶段(SQ4)的湖泊演化过程。中—晚三叠世鄂尔多斯盆地内呈现出北部/东北部的曲流河-三角洲沉积体系和南部/西南部冲积扇-辫状河-三角洲沉积体系汇聚的沉积格局,在空间上表现出明显的南北差异,在时间上呈现出沉积中心的东-西破坏分异的演化特征。这种古地貌差异和演化主要受控于秦岭—大别山造山带(QDOB)与兴安岭—蒙古造山带(XMOB)的不同构造演化过程。盆地南部的古地理演化主要受控于QDOB的活动,中—晚三叠世勉略洋闭合驱动的北秦岭造山带活化不仅导致盆地南部陡坡带的形成和盆地东南部古地貌的突变,也导致晚三叠世盆地西南部发育一个分隔内克拉通盆地及西南缘类前陆盆地的水下低隆。盆地西部的古地貌演化受控于多种构造机制,中三叠世现今六盘山地区发育一个南北向的低隆区,很可能是盆地东南部的强烈挤压下的远端效应;晚三叠世中期后该低隆区发生下沉,现今鄂尔多斯盆地与河西走廊地区连通,这很可能是由盆地西南方特提斯构造域挤压作用下的盆内挠曲沉降导致的。这些认识不仅是对盆山耦合理论的补充,也对鄂尔多斯盆地石油和天然气的后期勘探具有重要的现实意义。

沉积相研究发展与人类的生存和矿产资源勘探开发密切相关。该文在简单回顾了近200年的沉积学发展历史的基础上,分析了国际和中国沉积学关注的学科热点问题。国际沉积学会重点关注的问题主要包括国际大洋钻探计划、深-时气候变化与全球海平面变化、源-汇系统、碳酸盐岩沉积环境、混合沉积、微生物岩、陆架边缘三角洲、重力流、细粒沉积、构造-沉积学、火山沉积学和地震沉积学。中国的沉积学家的研究则主要着眼于陆相沉积、陆相盆地沉积模型、南海沉积、不同类型盆地沉积过程差异、浅水三角洲与陆架边缘三角洲、不同尺度与不同地质年代源-汇系统、中国南部小型克拉通盆地内的碳酸盐岩沉积等问题。总体上,当前研究热点主要包括:(1)陆相沉积环境;(2)滨岸与浅水沉积;(3)深水沉积与事件沉积;(4)碳酸盐岩沉积;(5)沉积过程与新方法。开展多类型盆地沉积动力学研究、创建具有中国区域特色的陆相沉积学理论体系、多学科交叉渗透、开展综合定量沉积学研究、创新沉积学研究方法和高效油气勘探开发是未来中国沉积研究的主要发展态势,沉积学这一重要的地质学分支学科将会更有效地指导油气资源勘探和开发。