《龙门山盆-山系统与油气立体成藏研究》以龙门山盆-山系统与油气立体成藏基本理论和方法原理为基础，通过对盆-山系统、构造-沉积耦合、构造-剥蚀作用、多法热年代学、砂箱物理模拟和油气成藏富集特征等进行分析研究，系统揭示龙门山的海陆转换过程、盆-山系统构造-沉积演化多样性特征，探讨岩石圈深部动力学对盆-山系统演化过程控制成因机制。在此基础上，重点探讨盆-山系统建造过程对山前带深层海相和浅层陆相油气多期立体成藏的控制影响作用和重要意义。《龙门山盆-山系统与油气立体成藏研究》材料翔实、深入浅出，不仅系统阐述盆-山系统和油气成藏基本理论和方法学进展，同时也提供系列“自然原型-模型实验”间相似性实例研究的思路和方法。

目录
第1章 盆-山系统构造样式多样性与演化过程不确定性 1
1.1 盆-山系统与油气分布 1
1.1.1 盆-山系统与盆-山耦合 1
1.1.2 被忽略的盆-山系统山前带油气勘探 4
1.2 盆-山系统理论及其构造-沉积分异 5
1.3 盆-山系统构造样式多样性/不确定性 13
1.3.1 盆-山系统构造样式与几何学特征 13
1.3.2 盆-山系统构造样式几何学历史进程 14
1.3.3 构造变形样式的多样性与不确定性 23
1.4 典型盆-山系统构造样式多样性 27
1.4.1 加拿大落基山脉 27
1.4.2 西阿尔卑斯和比利牛斯山脉 29
1.4.3 扎格罗斯山脉 31
1.4.4 龙门山盆-山系统 31
第2章 龙门山复合造山带“前世今生” 35
2.1 龙门山地区古生代构造特征 36
2.1.1 华南大陆古生代板块动力学背景 37
2.1.2 寒武纪—奥陶纪构造-沉积演化特征 40
2.1.3 志留纪—泥盆纪构造-沉积演化特征 41
2.1.4 石炭纪—二叠纪构造-沉积演化特征 45
2.2 龙门山盆-山系统构造特征 46
2.2.1 倾向分带构造特征 46
2.2.2 走向分段构造特征 54
2.2.3 垂向分层构造特征 57
2.3 龙门山盆-山系统晚三叠世—新生代演化过程 60
2.3.1 沿倾向的前展式演化序列 60
2.3.2 沿走向的递进式演化序列 60
第3章 中-晚三叠世龙门山海相-陆相构造转换过程 62
3.1 四川盆地中三叠统雷口坡组沉积特征 62
3.1.1 中三叠统雷口坡组区域特征 62
3.1.2 雷口坡组连井剖面与岩性展布特征 63
3.2 中三叠统雷口坡组顶部剥蚀与古地貌特征 69
3.3 上三叠统马鞍塘组沉积与古地理特征 73
3.3.1 中-上三叠统汉旺剖面 75
3.3.2 中-上三叠统罐子滩剖面 77
3.3.3 上三叠统佛爷洞剖面 78
3.3.4 龙门山海相-陆相转换地质背景 79
3.3.5 龙门山地区马鞍塘组岩相古地理特征 82
3.4 晚三叠世马鞍塘组沉积期海陆转换过程 84
3.4.1 卡尼期海相碳酸盐岩结束时期 84
3.4.2 须家河组海相与陆相三角洲沉积转变过程 87
第4章 晚三叠世龙门山前陆盆地构造-沉积耦合特征 89
4.1 上三叠统须家河组沉积特征 89
4.1.1 须家河组地层等时年代学划分方案 89
4.1.2 须家河组典型剖面沉积特征 90
4.1.3 须家河组区域地层格架对比特征 95
4.2 上三叠统须家河组走向沉积变化特征 101
4.2.1 北东-南西走向同造山期不整合面特征 101
4.2.2 北东-南西走向同造山期砾岩扩展特征 103
4.3 晚三叠世盆-山体系构造-沉积耦合年代学特征 106
4.3.1 川西北缘造山带构造剥蚀年代学特征 106
4.3.2 前陆盆地须家河组沉积充填碎屑岩年代学特征 109
4.4 晚三叠世川西前陆盆地沉积动力学特征 113
4.4.1 前陆盆地沉积-沉降动力学特征 113
4.4.2 晚三叠世须家河组沉积充填过程 120
4.5 晚三叠世龙门山前陆盆地动力学演化过程 127
第5章 龙门山飞来峰构造特征 131
5.1 飞来峰分布规律特征 133
5.1.1 龙门山飞来峰分布特征 133
5.1.2 龙门山飞来峰成因时代之争 133
5.2 飞来峰构造变形特征 134
5.2.1 北段唐王寨飞来峰构造特征 134
5.2.2 中段飞来峰构造特征 138
5.2.3 南段飞来峰构造特征 138
5.2.4 飞来峰叠置构造特征 145
5.3 飞来峰构造冲断抬升剥蚀特征 147
5.3.1 钾长石40Ar/39Ar多重扩散域模式 147
5.3.2 钾长石多重退火热史模拟与冲断剥蚀特征 149
5.4 盆-山体系新生代稳态冲断剥蚀过程特征 155
5.4.1 区域廊带多法低温热年代学 155
5.4.2 龙门山冲断变形稳态剥蚀建造 157
5.5 龙门山地壳结构与浅表冲断剥蚀作用特征 162
第6章 龙门山盆-山系统砂箱物理模拟特征 166
6.1 盆-山系统砂箱物理模拟边界条件 166
6.1.1 先存断层构造与走向差异性剥蚀-沉积作用特征 166
6.1.2 构造变形与浅表作用砂箱物理模型设置 167
6.2 均质石英砂砂箱物质构造变形过程 169
6.2.1 均质石英砂构造变形演化过程 169
6.2.2 均质石英砂构造变形控制作用 171
6.2.3 褶皱、冲断与平行层缩短变形作用 173
6.3 多滑脱层系构造变形特征 174
6.3.1 多滑脱层系构造变形演化过程 174
6.3.2 多滑脱层系构造变形控制作用 175
6.3.3 多滑脱层系对盆-山系统构造变形的控制作用 180
6.4 先存断层构造变形特征 181
6.4.1 先存正断层构造变形演化过程 181
6.4.2 先存正断层构造变形控制作用 182
6.4.3 盆-山系统构造沉降作用过程 185
6.4.4 川西前陆盆地反转构造变形特征 187
6.5 盆-山系统差异构造抬升剥蚀作用 190
6.5.1 前陆盆地同构造沉积变形作用特征 190
6.5.2 山前带冲断扩展变形与油气成藏特征 192
第7章 龙门山前缘油气立体成藏特征 195
7.1 川西地区油气地质条件 197
7.1.1 下寒武统烃源岩为主的多源供烃特征 197
7.1.2 川西深层海相碳酸盐岩储层特征 203
7.1.3 断裂-不整合面复合输导系统 209
7.2 龙门山前缘多层系油气地球化学特征 212
7.2.1 龙门山北段古油藏分布特征 212
7.2.2 古油藏有机地球化学特征与烃源示踪 214
7.3 龙门山前缘油气富集成藏特征 218
7.3.1 深层海相-陆相油气立体成藏类别 218
7.3.2 深层海相油气成藏过程与模式 220
7.3.3 川西深层雷口坡组次生气藏成藏过程 223
7.3.4 陆相层系垂向跨层立体成藏过程 226
7.4 龙门山前缘多层系油气跨层运移与立体成藏 229
参考文献 232

第1章　盆-山系统构造样式多样性与演化过程不确定性
　　1.1　盆-山系统与油气分布
　　1.1.1　盆-山系统与盆-山耦合
　　仅占地球表面29%面积的大陆提供了人类所需95%以上的自然资源，全球板块动力学背景下的成山-成盆动力学过程决定着大陆内部盆-山系统油气成藏的复杂性和多样性。沉积盆地与造山带具内在成因联系，取决于岩石圈深部过程、近地表构造与气候之间的典型互馈机制（Burbank et al.，1996；Molnar，2004）。具统一板块动力学背景的沉积盆地和造山带是大陆构造的两个有机单元，它们在空间上相互依存、物质上相互补偿、演化上相互转化、动力上相互转换，具有“盆转山、山控盆、盆定山”的时空耦合过程，盆-山耦合或盆-山结构的研究已成为当前大陆动力学研究的热点和前沿领域（刘树根等，2003；李德威等，2009）。
　　造山带和沉积盆地并存是大陆上一个显著的地质现象。造山带既是全球环境变化因素与地质灾害的发生地，也是人类社会矿产资源的重要基地；它是由岩石圈构造运动所造成的、地表常呈线状相对隆起的强烈构造（变质-）变形带（张国伟等，2001），其形成受控于岩石圈构造变动及其物质与结构重建的地质过程。沉积盆地是大陆地壳的基本构成单元，同时也是能源矿产富集的主要地质单元。20世纪60年代至70年代初，板块构造学说给沉积盆地成因分类及其形成机制等研究带来了深刻的影响与突破性进展（Dickinson，1974；Ball et al.，1980）。沉积盆地是地壳表面的长期沉降区，其沉降驱动机制与地球内部不同热学边界面的岩石圈构造活动及岩石圈动力学演化密切相关（Allen et al.，2005）。Cloetingh等（1998）讨论沉积盆地成因演化与动力学时，强调“岩石圈深部过程与近地表过程耦合”（coupling of lithosphere and near-surface processes）是其研究重点。中国地质学家们基于我国大陆地质构造的实际和油气矿产勘探的需要，提出“盆-山系统”和“盆-山耦合”的概念和思想（刘树根等，2003；吴根耀等，2004）。虽然两者在文字上表述不一致，但其研究思路和系统思想是一致的，这是由盆-山体系自身的客观性所决定的。对盆-山系统（如阿尔卑斯、喜马拉雅、大别山和龙门山等）而言（图1-1），冲断带演化与地表过程之间的动态作用及冲断带的构造剥蚀与沉积盆地沉降沉积等具有明显的耦合关系（刘和甫等，1994；刘树根等，2003）。
　　盆-山耦合或盆-山系统研究是在系统理论思维的指导下，进行不同地史阶段沉积盆地和造山带结构-构造及其相互作用和动态过程的分析，从而建立起盆-山格局-过程-机制的四维时空思维。地表浅部构造运动、剥蚀及沉降、气候过程等与岩石圈深部物质结构、构造具有动态互馈耦合机制。深部物质与结构的变化会诱发地表浅部构造-热机制、重力
　　图1-1　挤压型盆-山系统造山带与沉积盆地耦合示意图（据Cloetingh et al.，2007）
　　机制等作用下的物质、结构和构造动态响应（Cloetingh et al.，2007），如地壳增厚与减薄、均衡调整过程等。深部作用诱发浅部山体（或山脉）构造变形和抬升等会直接导致地表剥蚀动态变化与加速，乃至强烈影响区域或全球气候，增加降水、加速剥蚀、破坏冰川等，从而*终导致盆-山系统地貌及几何形态的动态变化与物质调整等（图1-2），此过程构成了构造—气候—剥蚀的正反馈环路。相反，剥蚀卸载不仅导致山体均衡回弹隆升，而且被剥蚀岩体的再分配还会影响地表构造的进一步（稳态地貌特征）发展（Willett et al.，2002；McClay et al.，2004）；被剥蚀质量的再分配会对沉积盆地演化过程产生至关重要的作用，乃至导致地壳深部或岩石圈压力剧增，促使岩石圈深部物质结构改变，*终该过程形成构造—气候—剥蚀的负反馈环路。因此，盆-山系统具有统一的地球动力学背景，在空间上相互依存、物质上相互补偿、演化上相互转化、动力上相互转换，呈现“盆转山、山控盆、盆定山”的四维时空耦合关系，反映出造山带与盆地之间在几何学和运动学层面的转换、迁移、叠加、改造，以及它们之间的相互指示和相互作用过程与动力学机制（刘树根等，2003；吴根耀等，2004）。盆-山耦合关系是受控于岩石圈深部过程的陆块相互作用的多维表征，体现为以地质流体为媒介的构造、沉积和深部结构的物质循环与能量交换。它具体包含下述几方面的内涵（刘树根等，2003；李勇等，2024）：①垂向上造山带隆升剥蚀与沉积盆地沉降充填的耦合关系（即源-汇过程）；②横向上盆-山间物质循环、盆-山间能量交换、盆-山互换（盆-山同步演化史）的耦合关系；③统一的地球深部动力学背景是盆-山耦合关系的内在根源和动力（即盆-山动力学）；④盆-山耦合关系是揭示大陆动力学机制和过程的关键之一。
　　在盆地时空尺度上，强调盆-山系统中盆-山结构、构造变形对沉积盆地演化形成的原生油气地质条件的控制和影响。广义上，盆-山结构主要制约盆内沉积物原始生产，其取决于对地表起伏度和坡度、地貌形态、降水量、海平面变化、风化条件等作用（Davila et al.，2007；Leeder，2011），从而实现对基础油气地质条件（生、储、盖等）的控制和影响，
　　图1-2　挤压型盆-山系统与油气分布耦合关系图
　　（a）为结构-构造-沉积-剥蚀与气候耦合模型示意图；（b）中白色箭头表示构造缩短，灰色箭头表示主要应力变形机制，“ + ”“？”分别表示前隆地区应力张性和压性
　　体现了“构造控盆、盆控相、相控藏”的思想（Leeder，2011）。狭义上，盆-山系统中构造变形作用过程制约着区域或区带构造活动的期次和演化等，从而实现对油气地质条件（圈、运、保等）的控制和影响。它是静态上构造变形作用对油气地质条件（如构造样式、结构等）的塑造，与动态上构造变形过程所决定的构造活动、演化对油气成藏动态过程影响的综合体现（McClay et al.，2004；Lacombe et al.，2007；McQuarrie et al.，2008）。克拉通盆地是指具有厚层陆壳、在漫长地质历史内相对稳定的盆地，盆地周缘造山带对克拉通盆地的发展普遍具有重要影响。受控于周缘造山带的板内应力是克拉通盆地演化的关键，岩石圈应力场的变化控制着盆地非线性、周期性的沉降-沉积过程，进而控制着盆内不整合面层序的发育。长距离油气运移是克拉通盆地油气富集的基本特征之一，长周期活动的断裂系统容易引发油气扩散与再分布，导致其垂向和侧向运移活动强烈。尤其是晚期受盆缘构造应力影响，盆内构造变形活化，古油气藏后期调整、次生成藏，导致克拉通盆地油气分布规律复杂。
　　1.1.2 被忽略的盆-山系统山前带油气勘探
　　冲断带-前陆盆地系统由于其丰富的油气矿产资源和特殊的构造部位，是目前挤压型盆-山系统研究*多和*成熟的区域。它普遍发育前前陆盆地期和前陆盆地期多套烃源岩和储集岩，同时其*特的地质结构-构造特征决定了山前带油气运移的侧向性、油气藏的多样性等特征。20世纪末期，全球石油储量数据库统计揭示（Klett et al.，1997），全球范围内406个含油气区域蕴含了超过28000亿桶油当量（barrel of oil equivalent，BOE）的石油储量，其中两个超级区域具有巨量油气储量，即中东扎格罗斯（Zagros）油气区（5330亿BOE）和西伯利亚油气区（3560亿BOE）。Roeder（2010）进一步统计表明，全球25个主要褶皱冲断带-前陆盆地系统蕴含超过7100亿BOE石油储量，除扎格罗斯冲断带-前陆盆地系统外，*富裕的7个前陆盆地系统富集了全球盆-山系统中60%的石油储量，而其余23个前陆盆地系统仍然有超过1770亿BOE石油储量，它们普遍富含20亿～50亿BOE石油储量有待进一步勘探发现。在这些盆-山系统中，待勘探发现的油气田规模，取决于已知储量和未发现储量间（未确定的比例）的关系及其勘探程度，如：若按10%资源量估算，那么意味着可能预期有1000万～1亿BOE。
　　近年来，伴随“超级盆地”概念的提出（IHS，2016），成熟含油气盆地更加受到全球油气勘探业界的重视。超级盆地是指累计产量超过50亿BOE（即6.8亿t油或7900亿m3天然气）和剩余可采资源量超过50亿BOE的沉积盆地。超级盆地主要具有以下几个特征：①累计产量和/或剩余可采资源量超过50亿BOE；②具有两套或以上的优质烃源岩组成的多套源-储组合叠置；③具有较完善的油气基础设施。统计表明，近50个超级盆地蕴含全球现今发现的近60%的大型油气田（探明储量50亿BOE），迄今为止，世界上超级盆地累计油气产量达到10500亿BOE、剩余油气可采储量为20000亿BOE。超级盆地类型主要为：被动大陆边缘盆地、裂谷盆地、陆内克拉通盆地和冲断带-前陆盆地系统（即盆-山系统），其中盆-山系统累计油气产量和剩余油气可采储量分别为超级盆地总量的54%、73%，尤其是盆-山系统山前带可能形成优势构造-岩性圈闭，从而有利于油气聚集和降低勘探风险。
　　盆-山系统山前带油气聚集“宜居带”（goldilocks zone），依赖于：①能有效捕获油气的、适宜的圈闭构造演化；②前陆盆地系统动态演化过程中圈闭的有效性。盆-山系统油气充注运聚时间、烃源岩古埋深和古地温场特征等，根据地质学家的主观推测，具有明显的不确定性；有限的盆-山系统几何学特征刻画和认识等，也使油气勘探具有较大的挑战性。盆-山系统地球物理资料的结构-构造解释，普遍依赖薄皮构造样式模型端元，该模型起源于变形前地层序列具有较广泛的一致性或均一性的沉积建造特征，如落基（Rocky）盆-山系统，但沿盆-山系统走向变化的岩性地层、先存构造特征，将导致其结构-构造在走向上发生重大变化或调整，如基底卷入构造、反转构造等。油气地质学家们必须清楚地意识到单一构造模式端元应用的有效性和局限性，归根结底，盆-山系统的结构-构造几何学特征，通常受先存结构、地层力学机制特征、浅表地质作用及其空间上变化特征等影响。因此，我们需要结合先期勘探成果理论，以更具前瞻性、启发性的油气勘探理念和策略，对盆-山系统山前带重新审视和评价。毫无疑问的是，近百年油气勘探成果揭示，油气勘探历程任重道远、大有可为。
　　1.2 盆-山系统理论及其构造-沉积分异
　　一般而言，全球褶皱冲断带-前陆盆地系统（即盆-山系统）动力学环境分为三类：弧后前陆盆地、碰撞（或周缘）前陆盆地和后退型碰撞俯冲带前陆盆地（图1-3）。弧后前陆盆地和碰撞（或周缘）前陆盆地形成于汇聚板块构造动力学环境中，各板块中的固定参考点都相对迅速地汇聚（Schellart，2008）；后退型碰撞俯冲带前陆盆地的形成受控于板块俯冲速率大于汇聚速率，导致其仰冲板块后缘具有拉张或走滑拉张动力学环境（Malinverno et al.，1986；Doglioni，1991；Royden，1993）。前陆盆地系统形成演化虽然归因于冲断加载机制的挠*沉降作用，但上述构造动力学环境中依然存在额外的载荷动力学特征（Royden，1993；DeCelles et al.，1996），且各前陆盆地系统中同造山期沉积物建造及其热机制特征具有明显区别。
　　弧后前陆盆地系统以南美安第斯山脉前陆盆地系统、北美科迪勒拉山系前陆盆地系统为典型代表，安第斯和科迪勒拉山脉前陆盆地系统共有1.5×107km3的碎屑沉积物，并蕴含大量油气。在弧后环境中，前陆盆地岩石圈受到与俯冲洋壳和仰冲板块间黏性耦合有关的附加载荷影响，相关动力沉降作用过程向造山带内侧延伸1000km，导致整个岩石圈挠*剖面随着地形载荷向深海槽倾斜。前陆盆地系统平行于其相邻的造山带并延伸了数千千米，垂直于相邻的造山带则延伸数百千米，如安第斯山脉前陆盆地系统沿安第斯山脉冲断带东翼延伸超过7000km，其东侧将其与南美洲的克拉通盆地分开