撓曲類盆地

撓曲類盆地是指主要形成於板塊聚斂處及其附近，它們是由於岩石圈受外力作用發生撓曲所形成的盆地。

這種類型的盆地主要形成於板塊聚斂處及其附近，它們是由於岩石圈受外力作用發生撓曲所形成的盆地。在海溝島弧體系中，大洋岩石圈的撓曲是彈性板塊受到垂直外力、水平外力以及彎力矩綜合作用的結果。在碰撞造山帶翼部和克拉通盆地邊緣則形成撓曲類盆地，而在碰撞造山帶形成的末期有殘留大洋盆形成。

基本介紹

• 中文名：撓曲類盆地
• 外文名：Flexural Basin
• 學科：沉積學
• 釋義：形成於板塊聚斂處及其附近
• 構造系統：楔頂帶、前淵沉降帶、前隆帶
• 因素：撓曲作用

簡介

這種類型的盆地主要形成於板塊聚斂處及其附近，它們是由於岩石圈受外力作用發生撓曲所形成的盆地。在海溝島弧體系中，大洋岩石圈的撓曲是彈性板塊受到垂直外力、水平外力以及彎力矩綜合作用的結果。在碰撞造山帶翼部和克拉通盆地邊緣則形成撓曲類盆地，而在碰撞造山帶形成的末期有殘留大洋盆形成。介於陸殼碰撞擠壓帶之間可形成大型複合盆地和小型山間盆地。此外，由於相鄰板塊的作用，在克拉通內也能形成擠壓撓曲類盆地。鑒於撓曲類盆地在大陸盆地研究和油氣勘探中的重要性，下面重點對這種盆地發育的控制因素、沉降模式和構造特徵作簡要介紹。

撓曲類盆地位於造山帶側翼與克拉通邊緣。平面上撓曲類盆地平行於造山帶展布，在造山帶一側發育向前陸區逆沖的褶皺-沖斷層帶;盆地近克拉通一側可發育正斷層。沉積組合常見的有洪積-河流-三角洲相和淺海相，有時有濁積岩。碎屑物源主要來自造山帶，克拉通為一次要物源區，沉降中心常逐漸向克拉通方向遷移。由於碰撞造山帶，特別是向前陸推覆疊置的褶皺沖斷層帶產生的巨大構造負荷促使岩石圈均衡調整，從而形成盆地橫剖面為由造山帶側翼向克拉通減薄的不對稱楔狀沉降區(圖1)。

圖1

北美洲落基山西側的撓曲類盆地是典型的撓曲類盆地，具有豐富的油氣資源，是美國和加拿大主要產油區之一。我國西北地區的酒泉－民樂盆地為祁連山北緣撓曲類盆地，酒泉西部盆地的玉門油田是我國最老的石油工業基地。崑崙山、天山、祁連山等造山帶前緣均發育有新生代撓曲類盆地。

發育的主要因素

陸內裂谷盆地裂後期的沉降也是岩石圈的一種撓曲作用的結果，是由於裂後期上升的軟流圈的熱回沉作用導致沉積負荷的增加，岩石圈向下彎曲使沉降逐漸增大。這種彎曲可以看作為連續板片撓曲(圖2中A、B)。引起的負荷下彎程度有兩種情況：一種情況是彈性板片撓曲剛度較差，溫度高，地質上意味著岩石圈板片厚度小，這種情況下撓曲作用所形成的凹陷為深凹陷，面積比較窄(圖2中B)。另一種情況是彈性板片撓曲剛度較大，溫度低，地質上意味著岩石圈板片厚度大，所形成的凹陷為淺凹陷，面積比較寬闊(圖2中A)。

前陸(撓曲)盆地的形成與伸展型坳陷盆地的形成有很大不同，岩石圈彎曲為不連續(或斷開的)板片彎曲(圖2中C、D)。在這種情況下，由於構造負荷引起岩石圈板片不能傳遞應力，因此，撓曲類盆地的撓曲作用並不是水平擠壓彎曲的結果，而主要是由於板塊俯衝或碰撞活動引起地殼剖面加厚，從而使克拉通岩石圈撓曲在構造載荷作用下發生沉降所致。在盆地接受沉積後，沉積物和水的負荷作用可以使盆地的沉降進一步增大。所以，撓曲類盆地的沉降是構造負荷和沉積負荷引起的沉降。圖2中C表示岩石圈板片撓曲剛度小的情況下，形成的撓曲類盆地凹陷淺而寬;而岩石圈撓曲剛度大的情況下，撓曲類盆地凹陷則深而窄(圖2中D)。

圖2

從上所述，控制撓曲類盆地沉降的主要因素是：

①構造負荷(造山帶褶皺-沖斷岩層)和沉積負荷(撓曲類盆地沉積物)的大小和形狀;

②撓曲類盆地岩石圈的撓曲剛度和岩石圈板片厚度。根據線性彈性體和黏彈性體撓曲的基本理論，就可以通過理論計算求得岩石圈的撓曲程度，進行前陸岩石圈和海溝演化和模擬研究。

形成過程

根據Wilson旋迴，撓曲類盆地形成的前期是殘餘洋盆發育的晚期階段。這個時期洋殼俯衝閉合，造山帶開始形成，盆地的發育表現出從殘餘洋盆到周緣撓曲類盆地的轉化。殘餘洋盆下伏的洋殼表現為一深而窄的盆地。如圖3所示，殘餘洋盆主要接受深水復理石類型的沉積，其一側為楔形的、老的碎屑岩和碳酸鹽沉積物組成的被動大陸邊緣，而另一側為正在向盆地推進的褶皺-沖斷增生楔體。褶皺-沖斷增生楔體是盆地中典型的厚層海相濁積岩深水扇和重力流沉積等各種碎屑沉積物的主要物源區。深海溝和弧前盆地沉積物多被捲入到俯衝增生楔中，並被俯衝消亡或被抬升和剝蝕，往往難於保存下來。但是，殘餘盆地的沉積物可以較好地保存在後期造山帶的沖斷岩片中。

板塊碰撞造山帶演化的晚期階段以收縮構造帶和相鄰的克拉通之間陸殼上的長形沉降區，即撓曲類盆地的發育為特徵。撓曲類盆地的發育主要是由於造山帶構造負荷下引起岩石圈撓曲回響，山脈上升，盆地下沉。撓曲類盆地往往被淺海和陸相磨拉石型沉積充填，磨拉石包括了大型的沖積扇、扇三角洲、河流湖泊和淺海沉積環境的沉積物。

不管是周緣撓曲類盆地，還是弧後撓曲類盆地，它們在橫剖面上都是不對稱的，沉降歷史和沉積物的充填歷史也類似。然而，在細節上，撓曲類盆地及其充填特徵是非常複雜的，不同的盆地或者是同一盆地的不同地區可以有很大的變化。圖3表示了典型撓曲類盆地的形成和演化過程。當洋盆閉合，沖斷-褶皺帶的前緣推進到先存伸展陸殼的邊緣時，周緣撓曲類盆地的演化開始。然後，俯衝帶消亡，並演化成碰撞逆沖帶，這時一個大陸仰衝上馱到另一個大陸之上。

撓曲類盆地的向下撓曲主要是逆沖推覆體負荷的區域均衡調整所致，盆地內沉積負荷作用促使下沉進一步增加，受地殼撓曲強度的控制，遠離負載帶，盆地的沉降深度逐漸降低，甚至可以產生隆起，形成前陸盆地的邊緣隆起(fore-bulge)。這種撓曲類盆地的下沉和前緣隆起的上隆反映了岩石圈的撓曲特性。岩石圈有效彈性層厚度控制著與逆沖推覆體負荷有關的前緣隆起位置，逆沖推覆體負荷與前緣隆起之間的距離是岩石圈厚度的3/4次冪。有兩種情形：

圖3

如果上覆的構造負載隨時間增加，沖斷帶之下的強（厚）岩石圈上面（如厚的陸殼）形成的撓曲類盆地則以低速沉降為特徵，往往形成過補償盆地，遠離負載的前緣，發育前緣隆起。

相反，如果在弱（薄）岩石圈上（如薄的陸殼或過度殼）迅速上疊厚的構造負載，將產生快速沉降，形成狹窄的欠補償盆地。

構造系統

(一)撓曲類盆地構造帶的劃分

圖4為一個典型的撓曲類盆地結構體系模式。在這個模式中，地表可確定的沖斷帶的前鋒構成了前陸盆地結構系統的內邊界，即圖4中的地貌前緣(TF)，但是真正的造山帶前鋒(OWF)在盆地深部，位於TF界線向撓曲類盆地內部的一定距離上。整個撓曲類盆地可以被分為四個次一級構造帶：楔頂帶(wedgetop)、前淵沉降帶(foredeep)、前隆帶(forebulge)和後隆帶(backbulge)。楔頂帶沉積物積聚在造山楔前鋒區段的頂部，粒度較粗，發育構造不整合和強烈遞進變形構造(同生斷層)是其主要的特徵。前淵沉降帶沉積物顯示了典型的撓曲類盆地的特徵，向(被埋藏)褶皺-沖斷帶前鋒，沉積物厚度增加。前隆帶是一個有限的沉積物聚集帶或潛在的撓曲上隆剝蝕帶。後隆帶由潛在的撓曲沉降的進一步加寬的帶組成，沉積物厚度有限。

圖4

（二）撓曲類盆地的構造變形和充填演化

從盆地構造上來看，撓曲類盆地靠造山帶一側發生構造變形強烈，而靠近穩定地塊一側變形逐漸減弱。變形主要由逆沖斷層和褶皺組合而成的褶皺－沖斷構造系統表現出來。逆沖斷層帶由若干條鄰近的沖斷層以密切相關的排列形式聯合組成。其中有位移大、控制該區構造演化主沖斷層，也包括一些小型分支斷層。由它們組合在一起而構成的沖斷層系常顯示出疊瓦狀或雙重式幾何結構型式。沖斷層帶常伴隨褶皺，位於沖斷層上盤，並受到斷裂破壞，它們沿大斷裂面發生，脫離其下岩層而變動，下面岩層未受到明顯影響。

由於依次逆沖作用形成疊瓦構造和幾個主沖斷層分隔的楔形沖斷層岩席帶，斷面傾斜多向造山帶方向，楔形塊體向前沖，但有時也出現後沖或反衝斷層。許多老地層出露造成重複加厚。