盆地分析技術

盆地分析技術

盆地分析技術是指將盆地的發展序列劃分成岩性的、時間地層的、生物地層的和生態的單元,進一步了解氣候和沉積環境以及各單元之間的古地理關係,了解構造作用對盆地成因的影響等。

基本介紹

  • 中文名:盆地分析技術
  • 外文名:Basin analysis technique
  • 學科:沉積學
  • 目的:了解構造作用盆地成因等
  • 提出人:Conybeare
  • 提出時間:1979年
簡介,發展歷史,主要內容,典型盆地類型研究,

簡介

盆地分析是沉積盆地研究最為重要的內容之一,早期的盆地分析研究內容較為局限,主要側重於盆地的地層、沉積特徵和岩相古地理方面的研究。近年來,越來越多的地學者把沉積盆地作為實體進行地球動力學的綜合研究,它包括了盆地形成的構造環境及其力學機制、盆地的沉積充填史、盆地熱演化史以及盆地流體等方面的研究。沉積盆地作為地球表面最基本的構造單元之一(大約占地球表面大陸2/3的面積由沉積地層組成),其不僅記錄了岩石圈動力學過程和板塊相互作用的歷史,而且蘊藏著人類不可缺少的能源和其他礦產資源。近年來,與盆地分析相關學科的研究和礦產資源開發極大地促進了沉積盆地的研究。沉積盆地的動力學正在成為盆地研究領域的主要趨向,並將成為跨世紀的固體地球科學研究規劃中的重要組成部分,其目的在於認識盆地的成因,進而揭示其全部演化歷史中的動力學過程,並探求其內在驅動力。

發展歷史

Conybeare(1979)認為盆地分析是指將盆地的發展序列劃分成岩性的、時間地層的、生物地層的和生態的單元,進一步了解氣候和沉積環境以及各單元之間的古地理關係,了解構造作用對盆地成因的影響等。Miall(1984)指出,盆地分析是地層學、構造學和沉積學等的綜合分析,其最重要的研究結果是揭示沉積盆地的古地理演化。近年來,盆地分析的概念有了更廣泛的含義,許多學者認為盆地分析是將沉積盆地作為一個完整的研究單元,以盆地演化為線索,系統地研究盆地的構造發展史、沉積充填史、埋藏史、熱演化史,建立盆地演化模式,並研究油氣和其他沉積礦產的學科。 總的來說,盆地分析在20世紀60年代以前處於初期發展階段,最初只限於沉積學和岩相古地理學的研究,後來,Krumbeihe和Sloss等認識到了大地構造對盆地及其岩相起到了最根本的控制作用,並將構造與沉積作用的相互關係研究貫穿於盆地分析的各個階段。60年代以後盆地分析獲得了迅速發展。首先,板塊構造說的產生,使得人們可以利用該理論對沉積盆地進行成因機制研究和類型劃分。其次,沉積體系概念得到了廣泛的套用。沉積體系是指在一定地質歷史時期形成的有成因聯繫的沉積相的三維組合,強調了沉積盆地的整體沉積面貌、沉積體的空間組合關係和沉積體內部和外部幾何形態的研究,因而能夠有效地指導尋找沉積礦產。第三,地震地層學、層序地層學和計算機盆地模擬技術等學科和方法的發展為盆地分析提供了強有力的理論基礎和先進手段,使盆地分析進入新的發展階段。
中國的盆地分析起步較晚,70年代在研究含油氣盆地的地層展布、構造活動和沉積相及岩相古地理等方面取得了成功,並充分認識到盆地構造對沉積作用有明顯的控制作用,特別是對斷陷湖盆的研究較深入,提出了適合於該類盆地的分析方法。關士聰等在分析中國中新生代沉積盆地的地質構造、沉積建造和含油氣性時,強調了盆地發育的階段性,總結了盆地發育各階段的構造岩相組合關係,認為盆地各發育階段的沉積模式既有統一規律性,又有其獨特性,應建立盆地生成發育模式和不同類型盆地的沉積模式。80年代初期,信荃麟等在含油氣盆地研究的基礎上提出了綜合多學科的盆地分析方法,即把地層分析、構造特徵分析、沉積體系和有機地球化學分析有機結合起來,以盆地構造岩相分析為核心內容,揭示沉積盆地中構造活動與沉積體系的內在聯繫,研究盆地埋藏史、構造發展史、沉積充填史和油氣演化史及其相互關係,探討盆地構造岩相帶的分布規律及與油氣的關係,最終達到指導油氣勘探的目的。

主要內容

(一)沉積盆地形成的機制與盆地類型
1、沉積盆地形成的力學機制
盆地動力學是當今地質學的一個熱點和前緣分支,是地球動力學研究的重要組成部分,它強調了地球表層特徵與地球內部驅動力的關係。作為近代地學革命標誌的板塊構造學說的產生和發展賦予了盆地研究新的內涵,使得人們能夠根據板塊構造的理論重新認識盆地形成的動力機制,並基於盆地與板塊構造格架的關係提出了眾多的盆地分類方案。
Dickinson(1993)率先強調了盆地動力學研究,指出當今盆地研究的重點應由盆地分類向盆地形成演化的動力學過程轉變。盆地演化常常受多重作用的聯合控制,這種機制又隨著演化階段而發生轉變。盆地的深部動力背景是盆地動力機制研究的重要基礎,該領域研究程度最高的當屬伸展型盆地。在岩石圈減薄的過程中,軟流圈的狀態,包括頂面深度、溫度,是否存在地幔柱,在減壓條件下是否發生地幔熔融等,都直接與盆地的形成和構成有關。深部熔融不僅導致了大規模的岩漿活動,也引起了地表隆升;溢出量占形成岩漿的比例愈小,隆升幅度就愈大。近10年來,深部地球物理探測揭示了盆地和造山帶以下岩石圈的狀態及其間的均衡關係(Blundell,1991),為盆地動力學的研究提供了重要條件。近年來,以天然地震數據為基礎的地震層析技術獲得了巨大發展,並得到了地球深部的三維圖像。在此基礎上提出的超級地幔柱的理論對板塊動力學提出了新的解釋。岩漿岩岩石學的新進展(岩石圈探針)為岩石圈及更深部位的物理化學狀態研究提供了有力的工具。業已證明,目前在一些大盆地中用幔源玄武岩岩漿和深源包體計算的岩石圈厚度與綜合地球物理探測取得的成果相近。沉積盆地的力學機制與其成因類型有密切關係,近年來盆地研究者多流行根據板塊構造進行盆地分類,這樣盆地的類型在某種意義上來講也反映了盆地的成因和力學機制。
(1)岩石圈伸展作用形成的盆地
岩石圈伸展作用形成的盆地處於陸內裂谷到被動大陸邊緣演化序列內部。可將其分為兩種類型。
主動裂谷:這種裂谷中,熱柱對岩石圈底部的衝擊作用引起對流減薄、穹狀上隆和地殼的拉張。
被動裂谷:大陸岩石圈內的張應力引起地殼減薄以及熱的軟流圈物質的被動性上涌。
在主動裂谷中,地殼變形與熱柱對岩石圈底部的上拱作用有關。來自地幔柱的傳導熱、岩漿生成作用的轉換熱或對流熱可以引起岩石圈減薄。如果來自軟流圈的熱流量足夠大,大陸岩石圈的快速減薄就會導致軟流圈均衡上隆,由此產生的張應力則會引起裂谷活動。被動裂谷中,大陸岩石圈內的張應力使岩石圈的強度減弱,從而使熱的地幔物質侵入到岩石圈中,而地殼的上隆和火山活動只不過是第二階段的作用和產物。目前普遍接受的Mckenzie的沉積盆地成因模型就是屬於這類被動裂谷模式。被動裂谷在發育過程中,首先發生裂谷作用,穹狀上隆可以隨之發生,但不會超前,因此裂谷活動是區域應力場的被動回響。
Salveson(1976,1978)提出了一個有關地殼和殼下岩石圈被動地機械伸展的定性模型,該模型假設脆性破裂使地殼的強度變得薄弱,但殼下岩石圈是流動的。這種伸展作用導致軟流圈上涌,以保持地殼均衡。Mckenzie(1982)研究了被動裂谷或機械伸展模型的定量結論,假設地殼和地幔岩石圈的伸展量相同,構造沉降主要取決於伸展量、伸展因子β以及初期與該時期岩石圈的厚度比率。在正常岩石圈的初始條件下(即地殼厚度約為35km,岩石圈厚度約125km),不會出現與伸展作用相伴生的初始隆起。隨著機械伸展作用的進行,上涌的軟流圈將逐漸冷卻,引起熱收縮和區域性沉降。這種沉降只依賴於β並具有負指數曲線型的特徵。
(2)擠壓(撓曲)盆地
此類盆地最典型者為前陸盆地,它是與大陸碰撞帶密切相連的高度不對稱盆地,平面上呈長條狀或弧形,Price(1973)稱其為前淵。Dickinson(1973)按成因將前陸盆地分為兩類:周緣前陸盆地,位於陸—陸碰撞造山帶外弧地區(如印度恆河盆地、北阿爾卑斯前陸盆地);弧後前陸盆地,位於大洋岩石圈俯衝形成的岩漿弧之後(如安底斯地區、北美晚中生代—新生代落基山盆地)。
前陸盆地是岩石圈受外力作用發生撓曲而形成的,根據位於弱流體之上的彈性薄板塊在受到垂直外力、水平外力以及扭動或彎曲力矩作用時板塊的變形特徵,可以建立一個綜合撓曲公式。對於不同的地球動力學環境,只需相應改變其邊界條件、都可以用此公式進行撓曲作用研究。
大洋岩石圈沿海山鏈的撓曲作用,可用兩種模型進行解釋,一種是連續板塊在垂直外力(以海山鏈剩餘質量表示)作用下撓曲;另一種是在垂直外力作用下,板塊發生破裂撓曲。對於撓曲形態的描述可以引用一些有用而簡單的表達式,其中包括:最大撓曲幅度、盆地寬度、前隆的位置和高度。尤其是撓曲的波長取決於板塊的抗撓強度或撓曲參數。最大撓曲幅度與抗撓剛度以及載入大小有關。
大陸岩石圈撓曲作用的研究大多是在碰撞造山帶進行的。橫穿造山帶與前陸盆地的布格重力異常剖面表明,在大陸板塊的撓曲中,造成撓曲的力系差別很大。在恆河盆地,與盆地下面的印度板塊相比,喜馬拉雅山地形負載大大過剩。這說明此外還必須有一種上浮力存在。而在美索不達米亞前陸盆地,扎格羅斯山脈的地形負載不足以造成阿拉伯板塊的撓曲幅度,說明該地區還必須存在另外的向下的作用力。
(3)與走滑變形有關的盆地
此類沉積盆地一般是沿走滑斷裂系局部伸展而成,走滑斷裂系本身可能與離散型或聚斂型板塊的相對運動有關。地殼局部變厚引起載入而造成的彎曲和沉降作用並不明顯。雖然走滑盆地形成於廣泛變化的地球動力學背景之上,但人們了解最多的還是在大陸內部和大陸邊緣環境。走滑帶以斷層和褶皺的雁行式排列為特徵,這些斷層和褶皺在應變橢球體上定向呈一致的樣式。雁行式褶皺和張裂方向大致呈直角。任何特定斷裂帶的斷層和褶皺的確切型式,都取決於斷裂帶的區域地質組構特徵及斷裂系的成熟程度。
主位移帶以分段為特徵,各個片段在平面上和剖面上都是以疊覆形式連在一起的。如果沿走向的疊覆方向與斷層滑動方向相同,形成的是拉分盆地;如果方向相反則形成擠壓山脈。走滑盆地的熱力學和沉降模型還沒有很好地建立起來,這主要是因為它們的構造歷史複雜。
2、沉積盆地的分類
沉積盆地的位置和驅動機制,與不連續的、相對剛性的板塊的運動以及與下伏地幔熱對流系統密切相關。因此,套用板塊構造模式進行沉積盆地分類是當今板塊構造研究的熱點之一,而依據板塊構造進行沉積盆地分類的方案已成為現今最為流行的方案。Dickinson(1974)認為沉積盆地分類的主要依據是岩石圈的基底類型(即大陸型、大洋型和過渡型)、盆地與板塊邊緣的相對位置關係(克拉通內、板塊邊緣)、離盆地最近的板塊邊緣類型(離散型、聚斂型、轉換型)。他認為通過改變板塊的環境和板塊與盆地之間的相互作用就能解釋盆地的演化。據此他劃分出五大類型的盆地:(1)大洋盆地;(2)裂谷大陸邊緣;(3)島弧—海溝體系;(4)縫合帶;(5)內陸盆地。沉積盆地的劃分目前已有多種不同的方案(Bally,1980;朱夏,1982;Klein,1987;Ingersoll,1988;Miall,1990;Ingersoll和Busby,1995),但多數都是以盆地所處的板塊構造環境和基底性質為基礎。
Dickinson(1994)指出,許多沉積盆地的形成與演化都是多重機制的聯合,在不同的演化階段其主要控制作用各異。因此簡單化的單個原型盆地的分類已不能反映這種疊合盆地的複雜性,運用盆地動力學思路完整地、動態地剖析此類盆地的演化過程才具有重要的實際意義。油氣勘探的實踐證明,世界上許多含油氣盆地均存在多套烴源岩和生儲蓋組合,而油氣運移過程可穿過不同時期的原型盆地,古生新儲、新生古儲已成為許多含油氣盆地的普遍現象。Klemme(1994)曾列舉了全球14個最著名的含油氣盆地均為具有多個演化階段的疊合盆地,這些盆地中,早期裂谷階段形成了優質烴源岩,而前陸階段則形成了大型構造圈閉,因此有利於形成超大型含油氣系統。賈承造等(2000)研究了國外典型含油氣前陸盆地和中國西部前陸盆地,發現這些盆地均發育多套生儲蓋組合,但主力烴源岩大多形成於前前陸盆地階段(克拉通邊緣、被動陸緣或斷陷),而前陸盆地階段形成了優質儲層和有利的構造圈閉。
因此,簡單的分類不能反映這種複雜的動力變化過程,現有的盆地分類主要是劃分地貌—構造單元,套用中常常是簡單地根據構造部位決定盆地的類型,而忽略了動力學研究。為了探討盆地動力學的現狀與發展方向,美國地球動力學分組,聘請了一批著名科學家制定出盆地動力學發展綱要。
國外以板塊構造學說為指導的盆地分類早在20世紀70~80年代就已建立。由於中國所處的獨特的板塊構造位置和所經歷的複雜的(多旋迴性)板塊構造演化歷史,形成了中國沉積盆地多類型、多期次、多旋迴疊加的特點,現今的盆地僅是最後一次主要構造旋迴的產物,並不表示其以前的盆地類型、範圍和構造面貌,如塔里木盆地侏羅紀時的盆地面貌就和現在差異很大。現今盆地也不能反映古生代的沉積範圍,同為裂谷型盆地的松遼盆地、渤海灣盆地和南華北盆地在演化歷史以及油氣時空分布和潛力等方面都存在著明顯的差異。因此,盆地原型分析和盆地的疊加改造分析在總結中國油氣分布及其規律方面十分重要,這方面的方法和理論還處於探索階段。在盆地分析中,整體、動態、歷史、綜合的指導思想十分重要,只有這樣,才能把各期盆地原型的沉降、沉積和構造樣式及烴源岩成烴、運移和聚集特徵的變化情況真實地解析恢復出來,客觀地評價現今盆地整體的油氣資源狀況和潛力。近年來,儘管不少學者(朱夏,1983;趙重遠,1978;王尚文,1983;陳發景,1983;羅志立,1983;張愷,1995;田在藝,1996)都提出過不同的劃分方案,但仍需進一步的研究,在中國大陸板塊構造演化歷史的基礎上制定出切實可行的盆地劃分方案,這樣不僅可對沉積盆地的研究有所建樹,而且對中國的油氣勘探具有現實的指導意義。
(二)盆地充填史
盆地充填史包括了沉積充填和沉降特徵等方面的內容,沉積充填除了以往沉積學的有關內容外,近年來大量引進了層序地層學的基本理論和概念,關於這部分內容將在後面有專門的論述,在此不再贅述。這裡主要討論盆地沉降方面的有關內容。
對盆地充填史的研究涉及到隨時間變化的沉降速率的定量分析(地史分析),其基本原理是將地層單元的現今厚度通過脫壓實恢復到原始沉積時的古厚度。為了繪製出與某一固定點的相對沉降圖,還需要進行兩種其他校正。地層單元時代和古海水深度的估算,由於微體古生物研究方面的進展而越來越準確可靠,從而促進了沉積盆地地質定量分析技術的發展。地史分析的目的是繪製一條隨時間變化的沉積速率和沉降速率曲線,為此需要對現今地層厚度進行三種校正。
(1)脫壓實校正:由於地層隨深度的增大其孔隙度逐漸變小,因此有必要將現今的、壓實後的地層厚度校正到原始厚度。脫壓實方法試圖消除埋深和時間對岩石體積等造成的影響。任何岩石的壓實歷史都可能是複雜的,它受到岩性、異常高壓、成岩作用和其他因素的影響。因此,需要研究的是某些總的、在很大範圍內的具有規律性的關係。
(2)古水深校正:沉積時的水體深度決定了沉積物相對某一基準點(如現今海平面)的位置。為了正確研究沉積歷史,進行水深的估計是十分必要的。在不同的沉積盆地中,雖然具有同樣的構造沉降速率,但所產生的地層厚度卻會極不相同,這取決於最初的以及持續發展的古水深。關於古水深的確定尚有一定的難度,目前主要來源於底棲微體化石、沉積相及對沉積環境敏感的一些地球化學標記。
(3)海平面的升降校正:古海平面相對於現今海平面的絕對校正。
實際上沉積盆地的沉降幅度包括了兩個方面,即構造作用造成的沉降和沉積負荷造成的沉降。後者是由於盆地中的水(ρ=1000kg/m3)或水上部分被沉積物(ρ=2500kg/m3)所替代而造成的。為了獲得構造作用造成的沉降量,必須採用回剝技術將沉積負荷造成的沉降量從總沉降量中剔除。
(三)盆地熱史
盆地熱史研究包括盆地供熱機制,恢復盆地各時期的古地溫場等。
現今熱流及由熱標誌物得到的古地溫梯度研究表明,不同構造類型的盆地有不同的供熱機制和地溫場(圖1-1-2),可分為三種主要類型(Robert,1988):
高溫盆地:是處於岩石圈擴張區的盆地,如裂谷盆地、弧後盆地、某些走滑盆地和B型俯衝帶的內弧。大洋裂谷具有極高的熱流值,典型的為3~4個熱流單位(HFU)。
低溫盆地:包括海溝、弧前和前陸盆地,海溝的表面熱流值通常小於1個熱流單位(HFU),德國南部北阿爾卑斯前陸盆地的地溫梯度是22~24℃/km(Teichmuller,1975)。
標準地溫盆地:大多是被動邊緣盆地,一般地溫梯度是25~30℃/km。
沉積盆地的沉降使得逐漸埋深的沉積岩遭受熱變質。熱史的指示物包括有機質參數和礦物學參數。最重要的有機質成熟度因素是溫度和時間。Arrhenius方程(K=Aexp(-Ea/RT),其中K為反應速率,A是一常數,Ea為活化能,R為通用氣體常數,T為絕對溫度)描述了溫度和時間的這種依賴性,它說明反應速率隨溫度升高呈指數增長,但增長的速率隨溫度的增加而減慢。溫度增加對時間的積累效應可用反應速率對時間的積分來評價,它可以與可測量的埋藏標誌直接聯繫起來。
(四)盆地的動力學模型
計算機模擬技術為定量認識地質過程提供了可能,但前提是需要建立正確的地質模型。以板塊構造背景為基礎的沉積盆地分類在其後期趨於繁瑣,以Mckenzie等(1978)為代表的一些學者從盆地的形成機制探討其理論模型,並由此產生了更為簡要的成因分類。他提出了拉伸盆地的形成模式,在該模式中探討了岩石圈拉伸、減薄、盆地沉降、軟流層上隆以及相應的熱歷史之間的定量關係。其後迅速發展的盆地模擬研究是以盆地的動力模型為基礎的。其他學者還提出了拉伸盆地的不同模式,如Wernicke等的簡單剪下模式、混合剪下模式和Kusznir的雙層懸臂樑模式等。其次,撓曲盆地的成因模型也獲得了較快的發展,一些學者從岩石流變學特點、應力環境、時間因素等方面出發提出了很多前陸盆地成因模型。主要有二維非均一彈性板塊模型(Stockmal,1986),地層模擬的擴散模型(Sinclair,1989,1992),粘彈性板塊模型(Beaumont,1991),板內應力撓曲模型(Cloetingh,1990),沉積負荷岩石圈撓曲模型(Watts,1992),橫向強度變化與非彈性屈服大陸岩石圈撓曲模型(Waschbusch,1992),三維撓曲綜合模型(Stern,1992)。隨著計算機技術的發展,在盆地動力學模型研究的基礎上,盆地的定量動力模型取得了巨大進展。早期的針對沉積史、熱史、生排烴等的一維模擬已經相當普及。目前三維模擬正在得以廣泛開展,其重點是解決流體的運動和油氣運移問題,但由於其難度較大,尚處於探索階段。
(五)盆地的含油氣性
盆地中油氣的形成和聚集需要具備許多必要的條件,其中包括了生烴條件、儲集條件、封蓋條件等,當然還需要有圈閉的存在。如果要準確地預測油氣的聚集部位,還要仔細研究油氣的運移、聚集等動態成藏過程。
研究表明,生油岩主要形成於湖泊、海洋和三角洲三種主要的沉積環境,世界上大部分石油來自於海相生油岩,而湖泊是陸相沉積盆地中最為重要的生烴環境。三角洲生油岩的有機質來自於其頂部的沼澤沉積中。地球化學測量方法可以鑑別烴源岩、烴源岩的豐度和熱成熟階段,以及生成和排出的可能的化合物組成範圍。總有機碳(TOC)和熱解烴產量可以確定烴源岩的豐度或生烴潛力。熱解量約高於5kg/t時,是具有潛力的有效烴源岩。更為理想的地球化學技術,如氣相色譜和同位素測定可以用來鑑定石油類產物以及油—岩對比在內的一系列研究。根據反射光顯微鏡檢驗等,可將乾酪根分為殼質組、鏡質組和惰質組。殼質組具有明顯的生油潛力,而鏡質組傾向於生氣,惰質組則不具備生油潛力。
儲層的含油氣潛力是由其物性決定的,儲層必須有足夠的孔隙,以構成石油的儲存空間,而且孔隙必須充分連通,以便所有的石油能夠通過岩層向圈閉流動。因此,評價儲層的潛力主要依賴孔隙度和滲透率兩個參數,因為它們均受到沉積物孔隙的幾何形態和沉積之後的成岩作用的影響。碳酸鹽岩的孔隙類型包括孔洞型、粒內或蜂窩型和白堊型,但成岩作用(如白雲石化、溶解、重結晶和膠結作用)也是十分重要的。砂岩儲層物性受到沉積物顆粒大小、分選和排列方式的控制,成岩作用對其也有重要影響。儲層的非均質性是普遍存在的,由千米級的地層非均質性,到微觀的顆粒級非均質性,它們直接影響到油田開發效果。
油氣田的形成還依賴於有效的區域蓋層的存在。控制蓋層有效性的基本原理是:如果毛細管壓力或驅替壓力超過由下伏烴柱施加的上浮壓力,則這個蓋層是有效的。上浮壓力是由烴類的密度和烴柱的高度決定的。阻止下伏高氣柱的上升浮力要求蓋層的孔隙極小。擴散過程可能造成氣體透過蓋層散失。世界範圍內的蓋層調查表明,最有效的蓋層是細粒岩和蒸發岩。岩石的可縮性或韌性也是衡量其蓋層物性的重要標誌,特別是在構造活動區。蓋層不是厚度大才有效,更重要的是橫向連續性。與儲層相連的區域性有效蓋層的發育條件,經常出現於兩種特定的環境中:其一是海相頁岩覆於緩傾的碎屑質陸棚之上,如印尼的中蘇門答臘盆地的中新統泰利扎頁岩,另一種情況是海退鹽沼中的蒸發岩覆蓋於淺海碳酸鹽岩儲層之上,如阿拉伯灣的希斯硬石膏層。

典型盆地類型研究

受多旋迴構造作用的控制,中國及其鄰區的沉積盆地大多也顯示出多旋迴(多階段)演化的特徵。中國中西部的塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地是經歷了古生代—中新生代多次構造運動的多旋迴疊合盆地;準噶爾、吐哈等盆地是經歷了晚古生代—中新生代多次構造運動的多旋迴疊合盆地;柴達木盆地是經歷中—新生代數次構造運動的疊合盆地。喜馬拉雅造山作用刻畫了這些盆地的最新構造—地貌形態。中國中西部廣泛發育的前陸盆地與典型前陸盆地的形成機制有一定的相似性,但其大地構造背景和沉積特徵與Dickinsion等(1974)定義的兩類前陸盆地(周緣前陸盆地和弧後前陸盆地)仍有明顯差別,因而,一些學者分別稱其為“類前陸盆地”(陳發景,1996)、“陸內前陸盆地”(陳發景,1997)、“再生前陸盆地”(盧華復等,1994)及“C型前陸盆地”(羅志立,1982)等。一些國外學者似乎也已注意到了中國中西部盆地成因類型的複雜性和特殊性,稱其為“中國型盆地”或“喜馬拉雅型盆地”。研究表明,中國中西部中新生代前陸盆地與板塊俯衝碰撞作用在成因機制和時間上並無直接聯繫,一般產生於已拼合的古造山帶和古板塊(陸塊)的接壤部位,由於板內應力作用的重新復活,並沿其邊緣(或在其內部)某一斷裂向原始陸塊(或新生陸內盆地)一側逆沖,在其前緣產生撓曲載荷作用,形成巨厚的沉積。此類盆地一般來講缺乏下部前陸海相沉積發育階段。川西龍門山前前陸盆地雖然下部發育海相沉積(馬鞍塘組)和海陸過渡相沉積(小塘組),但其構造背景應屬弧後盆地沉積,真正的前陸盆地沉積須家河組(T33),是松潘—甘孜(T1-23)弧後盆地褶皺造山以後向揚子克拉通一側逆沖的結果,並非直接發育於弧後盆地之上,因而其大地構造部位和成因與Dickinsion的弧後前陸盆地仍有明顯不同。因此此類盆地與傳統前陸盆地在成因機制上有某些相似之處,但形成構造背景有所不同。根據目前的研究成果,中國中西部(陸內)前陸型盆地的沉積充填具有以下特徵:
(1)沉積盆地一般沿(復活)造山帶前緣呈長條狀分布(長寬比一般為(5~3)∶1)。部分前陸盆地在橫向上(平面上)在遠離造山帶方向上與同期陸內坳陷盆地相連通,例如川西(北)前陸盆地(T33—K)與川中—東陸內坳陷盆地沉積邊界、沉積相相互過渡;鄂爾多斯西緣晚三疊世前陸盆地與同期華北陸內坳陷盆地也具有類似的特徵。
(2)盆地呈不對稱性,靠造山帶一側厚度明顯增大,在橫剖面呈箕狀,此特徵與中國東部廣泛發育的箕狀斷陷盆地有一定的相似性,但二者除在盆地形成力學機制方面不同外,在沉積特徵方面也有一定的差別。最明顯的差別在於:前陸盆地由於造山帶不斷向盆地方向俯衝,盆地邊界及範圍不斷向盆地方向遷移,特別是沖積扇或扇三角洲的遷移最為明顯,例如:川西前陸盆地的發展與龍門山沖斷帶的SE向的遷移有著密切的關係,其中的礫石成分變化和沉降中心的遷移均說明其是以前展式由後陸向前陸方向發展,其中三條主要衝斷帶為:①青川—茂汶沖斷帶從侏羅紀初開始活動,在斷裂帶保存著下侏羅統礫岩。礫石成分以三疊系和上古生界岩層為主,並在斷裂帶前緣廣泛發育辮狀河砂礫岩。②北川—映秀沖斷帶的活動,表現為廣泛發育上侏羅統及下白堊統沖積扇,並持續到晚白堊世—早第三紀,其沉積中心由龍門山北段向中南段遷移,礫石成分則以上古生界及下古生界淺變質岩為主,主要反映燕山運動的沖斷造山作用。③灌縣—安縣沖斷帶主要發生在晚第三紀,為大邑礫岩所確定,礫石成分除古生界岩系外,出現花崗岩及前震旦系深變質岩,反映了喜山運動的強烈造山作用。這些跡象表明龍門山沖斷帶的發育時代是由北西向南東逐漸變新的,屬前展式擴展,並分別形成了背馱式盆地和前緣盆地(李勇,曾允孚,1994;劉和甫,1994)。再如河西走廊酒西和酒東盆地,該盆地缺失始新統—上白堊統,漸新世祁連山由南西向北東沿北祁連斷裂(NQF)逆沖,形成新生代河湖相撓曲盆地,在上新世末至更新世初,第三系被變形,並形成北西向NQF(F1)斷裂,在更新世早期沉積作用發生在新的斷裂的北部(玉門群),更新世中期玉門群變形,形成新的斷裂(F2),並控制了此時的沉積中心(酒泉群),更新世晚期和全新世,構造作用使酒泉群傾斜,並產生輕微褶皺,沖積扇也向盆地中心遷移。
(3)沉積相方面表現為陸相沉積占絕對優勢,總體上仍然顯示出沉積相序向上變淺、粒度變粗的反旋迴特徵,但由於受造山帶階段性(間歇)逆沖作用的影響,沖積扇或扇三角洲粗粒(磨拉石)沉積不連續產於河湖相沉積序列中。前陸盆地沖積扇中礫岩礫石成分在垂向上呈現出與物源區地層層序相反的逆序列,即逆序蝕頂沉積作用(劉和甫,1994)。即時代自下而上逐漸變老,這一特徵與沖斷帶中的地層序列恰好相反。
(4)陸內前陸盆地沉積物源來源極為複雜,並非一定來源於島弧型造山帶,既可來源於復活的活動大陸邊緣造山帶(例如庫車、塔西南新生代前陸盆地),也可來源於後期褶皺造山的被動大陸邊緣(如鄂爾多斯盆地西緣前陸盆地),表現出比典型前陸盆地物源更為複雜的特徵。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們