1、前陸盆地研究現(xiàn)狀,劉 樹 根 成 都 理 工 大 學(xué),一、前陸的涵義 前陸(foreland)最初是由徐士(Suess,1833)提出的一個術(shù)語, 系指與造山帶相毗鄰的穩(wěn)定地區(qū),且造山帶的巖層向它逆沖或掩覆。Bertraud(1897)和Haug(1900)曾將阿爾卑斯山脈的磨拉石作為前陸沉積物,并認(rèn)為它是地槽發(fā)育晚期的產(chǎn)物。前陸被Hills(1940)定義為“地槽沉積物變形時, 向著它運動的穩(wěn)定地塊”。,前陸盆地的基本概念,一、前陸的涵義 Horberg(1949)等人描寫的前陸是“在一系列逆掩片(Thrust Sheets)前面的地區(qū)”。Stille(1936)給前陸下的定義最通俗, 是指

2、“不再受阿爾卑斯式褶皺作用的大地構(gòu)造單元, 至多不過發(fā)生日爾曼型的變形”。Eardley(1951)的前陸定義, 也就是今天我們理解的前陸是“在阿爾卑斯，大量復(fù)雜的地槽沉積物，加上侵入巖, 被向北推動了許多英里。運動所向的北面的穩(wěn)定的陸塊，即是前陸?！?前陸盆地的基本概念,一、前陸的涵義 Bates 和Jacksons(1987)認(rèn)為“前陸是與褶皺造山帶鄰近的穩(wěn)定區(qū)。通常情況下, 前陸具大陸型地殼, 并位于克拉通或臺地區(qū)的邊緣?！?因此, 前陸總是指碰撞造山帶毗鄰的穩(wěn)定的克拉通部分。,前陸盆地的基本概念,二、前淵的涵義 前淵(foredeep)最早由Price(1973)提出。在板塊學(xué)說問世之

3、前,前陸盆地被稱作外地槽(Exogeosyncline)(Kay,1950),同義詞為前淵(Fordeep),并認(rèn)為前淵的形成與造山作用從較深的優(yōu)地槽移向靠近的冒地槽(Miogeosyncline)有關(guān)。前淵被定義為位于山脈前緣的沉積盆地。 一些學(xué)者把前淵(foredeep)和前陸(foreland)當(dāng)作同義語, 事實上前淵是指前陸上水較深的部分，并緊靠沖斷帶前緣; 前陸是指水淺的，離沖斷帶更遠(yuǎn)的部分(Ingersoll 和Bubsy, 1995)。,前陸盆地的基本概念,三、前緣隆起的概念 地殼的撓曲彎曲會在前陸盆地的遠(yuǎn)端產(chǎn)生隆起,該隆起即是前緣隆起(forebulge, 在英文中還稱為out

4、er peripheral high, peripheral bulge)。前緣隆起的幅度可達(dá)幾十米，可離沖斷帶數(shù)百公里。前緣隆起上的地層記錄可提供有關(guān)前陸盆地構(gòu)造演化的豐富信息。,前陸盆地的基本概念,三、前緣隆起的概念 確定正在活動的前陸盆地的前緣隆起位置只能依靠重力場研究。前緣隆起表現(xiàn)為高重力值，反映地殼底部向上彎曲(Karner and Watts, 1983)。在現(xiàn)代的弧背前陸盆地中，前緣隆起很少形成地形高, 這是過飽和充填前陸盆地的特征。然而, 在古代的前陸盆地中，沉積相平行于前緣隆起分布，這是饑餓充填前陸盆地的特征。前緣隆起對撓曲負(fù)載、前陸盆地的松弛作用和卸載歷史非常敏感。 仔細(xì)研

5、究前緣隆起上及其附近的地層上超、楔狀作用和尖滅之間的相互關(guān)系可提供有關(guān)前陸盆地演化的大量信息。,前陸盆地的基本概念,Ingersoll和Bubsy(1995)認(rèn)為“foredeep”、“foreland”和“hinterland”(板塊構(gòu)造提出之前就存在的術(shù)語)由不同的人以不同的方式應(yīng)用在板塊構(gòu)造理論中，并在一定程度上引起了混亂。因此，他們建議這些術(shù)語僅保留它們的自然地理學(xué)或水深淺的涵義, 即是指擠壓造山帶前緣的前淵或擠壓造山帶之前或之后的地塊。,前陸盆地的基本概念,只有當(dāng)板塊構(gòu)造環(huán)境己知時，才能稱周緣的(peripheral)、弧后的(retroarc)或壓扭性(transcompressi

6、onal)的前陸盆地。同時, 他們認(rèn)為“后陸”(hinterland)的涵義太廣泛，通常指山脈本身及其之后的地區(qū)，建議廢棄hinterland術(shù)語。此外，許多學(xué)者(W.R.Dickinson, 1994 )使用“foredeep”時, 其真實涵意是指“forethick”。巨厚前陸沉積物可以存在于水極淺的盆地中, 因此水較深的前淵(foredeep)不能與巨厚地層相混淆。,前陸盆地的基本概念,四、沖斷帶的概念和研究進(jìn)展 在構(gòu)造上，與前陸盆地密切相關(guān)的一個重要概念是沖斷帶（Thrust belt），前陸盆地分析的每一個環(huán)節(jié)都離不開對該構(gòu)造帶的解剖。沖斷帶（Thrust belt）標(biāo)志著造山帶的外

7、部邊緣，是處于造山帶與盆地之間的過渡部位、造山帶向盆地方向大規(guī)模掩沖推覆所形成的沖斷系統(tǒng)。,前陸盆地的基本概念,前陸盆地的基本概念,四、沖斷帶的概念和研究進(jìn)展,沖斷帶結(jié)構(gòu)示意圖,四、沖斷帶研究進(jìn)展 （1）關(guān)于逆沖推覆構(gòu)造的形成。已提出了如下三種基本機(jī)制：側(cè)向擠壓; 重力滑動和重力擴(kuò)展, 以及輔助機(jī)制基底相對于蓋層的縮短（Price和McClay，1981）；認(rèn)識到滑脫層和/或流體超壓是沖斷構(gòu)造形成或活動的必要條件；并建立了褶皺推覆、逆沖推覆和滑覆三種成因模式； （2）關(guān)于沖斷帶的變形特征。臨界庫侖楔假說已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是沖斷帶發(fā)育的主要模型（Dahen，1990；Brown，2004；McCla

8、y和Whitehouse，2004）。而斷層相關(guān)褶皺作用則是前陸地區(qū)巖層的主要變形機(jī)制，并建立了多種模型（何登發(fā)等，2002），因此沖斷層系統(tǒng)及其相關(guān)褶皺就是前陸褶皺沖斷帶的主要變形樣式 ； （3）沖斷層按照其傾角大小可分為低角度的與高角度兩種； （4）根據(jù)褶皺沖斷帶的構(gòu)造環(huán)境和內(nèi)在特點，可將其分為6種類型（何登發(fā)和賈承造，2005） （5）沖斷帶演化與表面過程之間的動態(tài)作用是近年的研究熱點,前陸盆地的基本概念,五、前陸盆地的基本概念 前陸盆地(Foreland basin)是在板塊構(gòu)造學(xué)產(chǎn)生之前就存在的術(shù)語,用來描述褶皺帶和克拉通之間的盆地(Allen et al, 1986)。在板塊學(xué)說問

9、世之前,前陸盆地被稱作外地槽(Exogeosyncline)(Kay,1950),同義詞為前淵(Fordeep),并認(rèn)為前淵的形成與造山作用從較深的優(yōu)地槽移向靠近的冒地槽(Miogeosyncline)有關(guān)。前淵被定義為位于山脈前緣的沉積盆地。,前陸盆地的基本概念,五、前陸盆地的基本概念 板塊學(xué)說問世后,Dickinson(1974)將前陸盆地分為兩類：一類是周緣前陸盆地。它是在靠近地縫合線的俯沖板塊上發(fā)展起來的一種前陸盆地。另一類是位于仰沖板塊上,分布在巖漿島弧的后面,被稱作弧背前陸盆地或退弧盆地(Retroarc foreland basin)。在弧背前陸盆地形成前,一般為邊緣海盆地和弧間

10、盆地。后來島弧和大陸碰撞擠壓迫使邊緣海沉積物受擠壓形成褶皺-沖斷帶。在褶皺-沖斷帶的前緣形成弧背前陸盆地。無論是周緣前陸盆地,還是弧背前陸盆地,它們的形成都是由于克拉通巖石圈撓曲引起的。這種撓曲與大陸碰撞或島弧和大陸碰撞所產(chǎn)生的褶皺-沖斷帶構(gòu)造負(fù)荷有關(guān)。,前陸盆地的基本概念,五、前陸盆地的基本概念 Bally和Ne1son對前陸盆地采用了不同的術(shù)語。他們把前陸盆地稱作縫合帶周緣盆地(Perisutural Basin),即在大陸巖石圈之上發(fā)育與巨型縫合帶有關(guān)的盆地,并且認(rèn)為前陸盆地的形成與A型俯沖帶有關(guān)。H.G.Reading(1986)認(rèn)為,前陸盆地是在褶皺沖斷帶與被沖斷層逆掩的克拉通之間發(fā)

11、育的大型沉積盆地。T.E.Jordan(1991)認(rèn)為, 前陸盆地是由于板塊碰撞產(chǎn)生的逆掩推覆體加載于大陸邊緣,并使大陸前緣隆起而形成的一種不對稱盆地。,前陸盆地的基本概念,六、前陸盆地的構(gòu)造單元組成 （1）中、新生代巖漿弧。由洋殼向陸殼俯沖，在大陸邊緣形成的巖漿弧，如美國西海岸；或由陸、陸碰撞產(chǎn)生的巖漿弧，如喜馬拉雅造山帶； （2）褶皺、沖斷帶。因地球動力學(xué)作用產(chǎn)生的褶皺推覆體、疊瓦推覆體和滑覆體等類型，深部常見堆疊構(gòu)造，成為前陸盆地靠造山帶一側(cè)陡翼，或稱前陸盆地活動翼；,前陸盆地的基本概念,六、前陸盆地的構(gòu)造單元組成 （3）深坳陷或稱前淵（Foredeep）。是前陸盆地的主體，在俯沖或碰撞

12、前，處于穩(wěn)定大陸邊緣，有大陸架海相碳酸鹽巖或斜坡上的復(fù)理石沉積。造山褶皺帶形成后，處于造山帶前緣坳陷，常為陸相磨拉石沉積； （4）前陸斜坡（Foreland slope）?？拷死ㄒ粋?cè)的緩斜坡上，實屬前陸盆地緩翼，或稱前陸穩(wěn)定斜坡； （5）前緣隆起（Forbulge）。當(dāng)前陸盆地因負(fù)載向下坳陷時，按薄板彈性負(fù)荷原理，就會在相鄰克拉通一側(cè)，引起撓曲隆起（Flexural uplift），稱前緣隆起（或前?。?。,前陸盆地的基本概念,前陸盆地和前陸盆地系統(tǒng),(A)典型前陸盆地平面示意圖; (B) 典型前陸盆地剖面示意圖; (C)前陸盆地系統(tǒng)剖面示意圖(圖中: TF逆沖帶的地形前端; D雙重構(gòu)造;

13、TZ前緣三角帶),一、前陸盆地概念的局限性 P.G. DeCelles 和K.A. Giles(1996)認(rèn)為前陸盆地的概念在兩個重要方面是不完善的: (1)從現(xiàn)代的和古代的前陸環(huán)境看,很顯然,來源于逆沖帶、前緣隆起區(qū)和克拉通的沉積物以及內(nèi)源碳酸鹽沉積物的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過撓曲沉降帶之外(即:從前緣隆起指向克拉通)。這樣的例子有科迪勒拉、亞馬遜、印度尼西亞的造山帶相關(guān)的沉積堆積,其范圍均超過它們各自主撓曲沉降邊界數(shù)百公里。(2)在一些前陸環(huán)境中沉積物堆積,如瑞士磨拉石盆地、臺灣前陸盆地和波河一亞得里亞前陸盆地,則非常狹窄并被限在主撓曲沉降帶之內(nèi)。,前陸盆地系統(tǒng)的概念,二、前陸盆地時空結(jié)構(gòu) 活動翼:位

14、于碰撞山鏈一側(cè),以發(fā)育不同程度的沖斷褶皺或薄皮構(gòu)造為特征; 深坳陷(trough):緊鄰活動翼,即位于掩沖帶的下盤,是沉積體系保存最全也是前陸盆地埋藏最深最厚的地段;也有薄皮滑脫構(gòu)造發(fā)育,但滑脫層位進(jìn)一步提高,構(gòu)造形成時期較掩沖帶晚; 穩(wěn)定的前陸斜坡(foreland slope): 常是一個連接深坳陷向克拉通延伸的宏觀上的區(qū)域大單斜。 前陸盆地斜坡是所占面積最廣的一個組成部分。,前陸盆地系統(tǒng)的概念,三、前陸盆地系統(tǒng)的概念 前陸盆地系統(tǒng)有三方面的涵義: (1)前陸盆地系統(tǒng)是在會聚造山帶與克拉通之間的大陸地殼上形成具大量沉積物的長形地區(qū), 它是對造山帶及其相關(guān)俯沖體系的地球動力學(xué)響應(yīng); (2)前

15、陸盆地系統(tǒng)可分為四個沉積帶, 分別稱為楔形頂、前淵、前緣隆起和后緣隆起沉積帶; (3)前陸盆地系統(tǒng)的縱向長度與毗鄰褶皺沖斷層帶的長度近似相等。,前陸盆地系統(tǒng)的概念,前陸盆地和前陸盆地系統(tǒng),(A)典型前陸盆地平面示意圖; (B) 典型前陸盆地剖面示意圖; (C)前陸盆地系統(tǒng)剖面示意圖(圖中: TF逆沖帶的地形前端; D雙重構(gòu)造; TZ前緣三角帶),前陸盆地和前陸盆地系統(tǒng),The four depositional zones of a foreland basin system,(1)前陸盆地的形態(tài)有簡單型、復(fù)雜類型或背馱式盆地; (2)前陸盆地是一類重要的撓曲盆地,撓曲程度決定于盆地巖石圈的剛

16、度、構(gòu)造負(fù)荷和沉積負(fù)荷的大小; (3)已提出的前陸盆地?fù)锨Ｐ陀袕椥阅Ｐ?、粘彈性模型和熱撓曲模? (4)前陸盆地的形成演化與鄰近造山帶的發(fā)展密切相關(guān);,前陸盆地的基本特點,前陸盆地的形態(tài)(1),前陸盆地的形態(tài)(1),彈性板在負(fù)載(高1km、寬50km、密度2400kg/m3)作用下的撓曲變形(D撓曲剛度 ),彈性板變形的剖面圖,A 在均衡補償作用下負(fù)載和彈性板的初始狀態(tài); B具50km寬、1km厚負(fù)載的區(qū)域補償作用，顯示盆地形態(tài)隨撓曲剛度(單位為牛頓米)而變化; C與B一樣, 但垂直比例尺放大較小, 顯示由負(fù)載形成的山脈高度大于鄰近盆地的沉降深度,在恒定負(fù)載作用下不同時間粘彈性板的變形特征,

17、(6)前陸盆地的沉降曲線具有緩、陡、緩特征,早期一般較緩,晚期較陡,沉降速率一般比裂谷和克拉通盆地大。沉降中心和沉積中心不一致。沉降中心一般向克拉通方向遷移; (7)前陸盆地一般為陸源碎屑充填的海盆或內(nèi)陸盆地,缺乏海相碳酸鹽巖沉積; (8)前陸盆地一般為冷盆,熱流值小于1.0HFU; (9)前陸盆地缺乏區(qū)域性火山活動;,前陸盆地的基本特點,(10)前陸盆地的構(gòu)造樣式主要為薄皮逆沖斷層帶、被動雙重構(gòu)造,往克拉通方向發(fā)育背沖和對沖的基底卷入型逆沖斷層; (11)一般在前陸盆地前緣發(fā)育前緣隆起,并在前緣隆起靠近克拉通一側(cè)發(fā)育次要的前陸盆地; (12)前陸盆地發(fā)育的構(gòu)造背景可以是被動大陸邊緣、克拉通周

18、邊盆地、拗拉槽,甚至可以是大陸內(nèi)裂谷一熱沉降坳陷; (13)前陸盆地的前緣隆起具遷移特征。,前陸盆地的基本特點,前緣隆起隨沖斷作用變化的遷移特征,板塊構(gòu)造學(xué)興起后，1974年Dickinson在研究板塊構(gòu)造與沉積作用時，首次提出前陸盆地（Foreland basin）一詞，按成因分為二類：第一類稱周緣前陸盆地（Peripheral foreland basin），因陸、陸碰撞時形成于造山帶外弧，如印度恒河盆地，阿爾卑斯北麓磨拉石盆地。第2類稱弧背前陸盆地（Retro-arc foreland basin），因大洋巖石圈向大陸消減俯沖作用，在巖漿弧后形成的盆地，如美國晚中、新生代形成的落磯山盆地

19、。,前陸盆地的類型,前陸盆地兩種基本類型,A 前陸盆地發(fā)育的板塊構(gòu)造環(huán)境; B周緣前陸盆地(PFB)和弧背前陸盆地(RAB)與縫合帶(SUTURE BELT)的相互關(guān)系,在Dickinson(1974b, 1976a)對盆地分類的基礎(chǔ)上, Ingersoll 和Busby(1995)提出了26種盆地的盆地分類方案。在該方案中分出了三類前陸盆地: (1)周緣前陸盆地(peripheral foreland basin); (2)弧背前陸盆地(retroarc foreland basin); (3)破裂前陸盆地(broken foreland basin) 。,前陸盆地的類型,弧背前陸盆地和破裂

20、前陸盆地的構(gòu)造位置,一、周緣前陸盆地 Andrew D. Miall(1995)把周緣前陸盆地稱為與碰撞有關(guān)的前陸盆地(collisionrelated foreland basin)，并認(rèn)為這類盆地是由弧弧、弧陸和陸陸碰撞形成的。周緣前陸盆地(Dickinson, 1974b)最初是由位于弧前背景的俯沖巖石圈和已破裂大陸邊緣的負(fù)載形成的。,前陸盆地的類型,前陸盆地的類型,一、周緣前陸盆地,前陸盆地構(gòu)造位置示意圖 (A) 平面圖, 據(jù)Dickinson, 1976. (B) 剖面圖, 據(jù)Dickinson,1976; Bally 靠近大陸一側(cè),地層厚度小,形變也微弱。 (2)盆地內(nèi)的沉積物下部

21、是同造山期或造山前形成的復(fù)理石沉積;上部是造山后或同造山期形成的磨拉石沉積。下部可能為海相、海陸交互相及三角洲相,向上則主要是陸相的河流、三角洲、湖沼及山麓堆積相 (3)沉積物主要來源于山嶺剝蝕區(qū),次為克拉通一側(cè)。,前陸盆地的類型,二、弧背前陸盆地 由于大陸地殼部分俯沖到島弧造山帶之下,通常在擠壓性島弧海溝系統(tǒng)的島弧后形成弧背前陸盆地(retroarc foreland basin)。Dickinson(1974b)建議用“retroarc”術(shù)語描述形成于壓性島弧之后的前陸盆地，以便與由于大陸碰撞在俯沖板塊上形成的周緣前陸盆地區(qū)別。雖然在字面上, “backarc”與“retroarc”同義,

22、 但前者用于描述張性和中性的弧溝系統(tǒng)，而后者用在擠壓性的溝弧系統(tǒng)(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995)。,前陸盆地的類型,二、弧背前陸盆地 Miall(1995)提出, 在大陸碰撞環(huán)境中也可以形成弧背前陸盆地, 稱為碰撞弧背前陸盆地(collisional retroarc foreland basin)。碰撞弧背前陸盆地可能由非碰撞弧背前陸盆地演化而成(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995)。Miall(1995)認(rèn)為我國西部的沉積盆地位于西藏碰撞山脈的后面(北側(cè))，是典型的碰撞型弧

23、背前陸盆地(collisional retroarc foreland basin)。,前陸盆地的類型,二、弧背前陸盆地 弧背前陸盆地是位于巖漿弧之后,與大洋巖石圈的俯沖(B-型俯沖)有關(guān),與孤-溝系之間保持著大致的平行關(guān)系,從而構(gòu)成溝一弧一盆系。因此, 弧背前陸盆地的板塊構(gòu)造位置離蛇綠混雜巖帶較遠(yuǎn),而距巖漿弧帶較近。如油氣豐富的北美落基山盆地,就是位于太平洋板塊俯沖在北美大陸板塊下面所產(chǎn)生的內(nèi)華達(dá)巖漿弧之后。孤后前陸盆地的撓曲沉降機(jī)制,主要與弧后褶皺-沖斷帶的構(gòu)造負(fù)荷和沿巖漿弧展布的巖石圈熱軟化有關(guān)?；”城瓣懪璧睾突『篑薨?沖斷帶的變形特征與周緣前陸盆地類似,是以壓縮變形為主,而不同于弧間盆

24、地和弧后裂谷盆地以伸展變形為主。,前陸盆地的類型,二、弧背前陸盆地 弧背前陸盆地具有以下幾項特征:(l)弧背前陸盆地底部是造山期后的磨拉石,有明顯的不整合;(2)弧背前陸盆地活動翼是前陸褶皺帶而不是島弧;(3)前陸盆地是壓性盆地,根據(jù)變形強(qiáng)度的差異可分出3到5個變形帶。(4)弧背前陸盆地具有規(guī)模大、演化時間長的特征(幾百公里寬、幾千公里長、上千公里的地層充填和10100百萬年的演化時間)。因此,根據(jù)上述特征將可鑒別弧背前陸盆地和殘余弧后盆地。需要提出的是,規(guī)模大的弧背前陸盆地的沉積特征類似于周緣前陸盆地。而規(guī)模小的弧背前陸盆地可能只發(fā)育陸相磨拉石沉積,因此僅發(fā)育沖積、湖泊沼澤相沉積。,前陸盆地

25、的類型,二、弧背前陸盆地 全球主要的非海相地層發(fā)育在弧背前陸盆地和周緣前陸盆地中，并且這兩類盆地中也有巨厚的海相地層?？偟恼f來, 古代的周緣前陸盆地與弧背前陸盆地的區(qū)別是困難的, 但可以從以下方面著手加以區(qū)別(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995): (1)巖漿弧的極性; (2)是否有周緣前陸盆地早期階段有關(guān)的大洋俯沖雜巖體存在; (3)周緣前陸盆地在前淵發(fā)展階段水體較深; (4)靠近周緣前陸盆地, 縫合帶具不對稱幾何結(jié)構(gòu); (5)與單個周緣前陸盆地的發(fā)展相比, 弧背前陸盆地的演化歷史較長; (6)弧背前陸盆地可發(fā)育火山碎屑沉積, 周緣前陸

26、盆地中較少見火山碎屑沉積,前陸盆地的類型,三、陸內(nèi)前陸盆地 陸內(nèi)前陸盆地是中國眾多學(xué)者（田作基等，1996；田在藝和張慶春，1996；張明山，1997；高長林等，2000；劉池洋等，2002；孫肇才，2002；金之鈞等，2002，2004）基于中國大陸地質(zhì)的特殊性提出的一種新的前陸盆地類型 ； 陸內(nèi)前陸盆地，顧名思義，是形成于大陸內(nèi)部的前陸盆地，包含兩層意思： （1）盆地遠(yuǎn)離同期的蛇綠混雜巖帶或島弧帶，如川西（龍門山）前陸盆地； （2）盆地周邊雖發(fā)育同期的蛇綠混雜巖帶或島弧帶，但盆地的形成與演化不受它們的直接控制，而更多地是受控于陸內(nèi)造山活動 。,前陸盆地的類型,三、陸內(nèi)前陸盆地 陸內(nèi)前陸盆地

27、具有典型前陸盆地（周緣和弧背前陸盆地）的一般特征，但也有其自身特點，主要有（田作基等，1996；金之鈞等，2002，2004；劉樹根等，2005）：（1）發(fā)育在大陸拼結(jié)后的大陸內(nèi)部（或板內(nèi)），缺乏同期巖漿弧和蛇綠巖套；（2）規(guī)模較小，由幾千平方公里到幾萬平方公里，較大的川西前陸盆地也不過67000km2。（3）以陸相沉積為主，缺乏海相沉積；（4）在演化階段上，一般無早期的復(fù)理石（深水相）階段；（5）前隆不明顯；（6）以陸相烴源巖為主，以產(chǎn)天然氣為主。,前陸盆地的類型,一、前陸盆地發(fā)育的大地構(gòu)造環(huán)境,前陸盆地的形成和演化,A: 造山帶和前陸盆地磨拉石楔的形成, 據(jù)Dewey B: 周緣前陸盆地(

28、PFB)和弧背前陸盆地(RAB)與縫合帶的關(guān)系, 據(jù)Dickinson, 1976.,一、前陸盆地發(fā)育的大地構(gòu)造環(huán)境,前陸盆地的形成和演化,三種基本類型前陸盆地的板塊構(gòu)造位置示意圖（劉池洋等，2002）,前陸盆地的形成和演化,二、前陸盆地形成的力學(xué)機(jī)制,縮短作用造成斷坡上地殼增厚, 作為載荷 B) 對載荷的區(qū)域補償導(dǎo)致巖石圈的下彎, 在造山帶一側(cè)形成盆地 C) 地表過程對山脈的侵蝕并將侵蝕下來的物質(zhì)搬運至構(gòu)造盆地, 對侵蝕和沉積的撓曲補充使得盆地進(jìn)一步加寬.,二、前陸盆地形成的力學(xué)機(jī)制,前陸盆地的形成和演化,前陸盆地沉降的力學(xué)控制（據(jù)Decelles B殘余洋盆階段; C早期前陸盆地階段; D

29、碰撞和晚期前陸盆地階段,周緣前陸盆地的沉積構(gòu)造演化可分為4個階段: (1)盆地初始形成階段。在該階段, 俯沖雜巖體或增生楔上覆在己張型破裂的大陸邊緣的大陸斜坡上，并由此引起前陸的撓曲沉降和周緣前緣隆起的隆升。這種碰撞作用通常發(fā)生在海平面以下, 充填在盆地中的沉積物較少。由于撓曲負(fù)載的作用, 前緣隆起向海一側(cè)(即大陸斜坡)將變陡, 并變得不穩(wěn)定, 具有張型斷裂作用和沉積斜坡沉積物和滑塌沉積； (2)深水相階段。該階段也稱為復(fù)理石階段。隨著持續(xù)縮短作用的進(jìn)行，逆沖推覆體越來越大，并開始露出海平面，較多的沉積物充填在盆地中形成深水碎屑巖楔； (3)淺水相階段。持續(xù)的縮短作用使增生弧或陸塊覆在張型破裂

30、大陸的邊緣，產(chǎn)生較大的地形隆起和增加沉積物充填。盆地充填物轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水相沉積物和非海相沉積物(如磨拉石相)； (4)隆升和剝蝕階段。由于逆沖作用的停止, 剝蝕作用分散了巖石圈的負(fù)載，盆地在均衡作用下隆升和遭受剝蝕作用。侵蝕作用把沖斷帶的巖石從沖斷帶轉(zhuǎn)移到鄰近的前陸盆地中, 從而引起造山帶隆升和盆地沉降。,前陸盆地的演化,周緣前陸盆地演化的理想模式,a盆地形成的初始階段; b深水相階段; c淺水相階段; d隆升和剝蝕階段,弧背前陸盆地演化與周緣前陸盆地演化有著類似情況： (1)弧后裂陷 隨著巖漿弧后陸殼伸展變薄,開始發(fā)育深水裂陷槽及火山作用,常出現(xiàn)火山濁積巖、水下火山碎屑流及凝灰?guī)r等,并呈現(xiàn)為差異

31、沉降作用； (2)弧后洋盆 隨著基性火山作用發(fā)育,弧后進(jìn)一步擴(kuò)張,出現(xiàn)蛇綠巖侵位,顯示從早期火山盆地擴(kuò)展成弧后洋盆,在火山裂陷槽之上為區(qū)域熱沉降所覆蓋,形成不對稱的“牛頭”輪廓?；『笈璧匾粋?cè)形成深海陸坡,發(fā)育深水海底扇沉積,另一側(cè)可以發(fā)育淺海陸架沉積； (3)復(fù)理石前陸盆地 弧后盆地開始閉合和反轉(zhuǎn),洋底蛇綠巖部分仰沖,這時早期弧后盆地、陸坡、臺地的格局轉(zhuǎn)變?yōu)樵荚焐綆Ш颓皽Y格局,標(biāo)志著弧背前陸盆地的開始發(fā)育,濁流沉積與泥質(zhì)沉積互層,碎屑物主要來自巖漿??； (4)磨拉石前陸盆地 隨著造山帶隆升,大量粗碎屑瀉入,前陸盆地中沉積物充填,盆地沉積中心也向克拉通邊緣一側(cè)遷移,在盆地中發(fā)育淺海、三角洲和河

32、流沉積體系。,前陸盆地的演化,前陸盆地的形成和演化,弧背前陸盆地演化的理想模式,a: 弧后裂陷階段; b: 弧后洋盆階段; c: 復(fù)理石前陸盆地階段; d: 磨拉石前陸盆地階段,前陸盆地形成和演化的一般過程,四、前陸盆地的沉降史,前陸盆地的形成和演化,構(gòu)造沉降曲線一般顯示為兩種基本類型： （1）熱冷卻引起的向上凹的曲線； （2）撓曲負(fù)載引起的凸向上的曲線（Vail等，1991）。 前陸盆地沉降特征： （1）沉降幅度隨著遠(yuǎn)離造山帶（向克拉通方向）降低（Kominz （3）沉降中心的不斷遷移 。,沿塞維爾褶皺沖斷帶四個位置上的沉降史（Cross，1986）,五、前陸盆地的充填,前陸盆地的形成和演化

33、,饑餓充填前陸盆地和過飽和充填前陸盆地 前陸盆地沉積物有饑餓充填(underfilled)和過飽和充填(overfilled)兩種狀況。在構(gòu)造沉降和巖石圈剛度相同的情況下, 饑餓狀態(tài)的前陸盆地和過飽和狀態(tài)的前陸盆地的沉積相類型、盆地組構(gòu)(basin architecture)和沉積物聚集速度是非常不同的。 過飽和充填作用將使前陸盆地的范圍較構(gòu)造沉降帶寬闊。理論上，前陸盆地沉積物的供應(yīng)狀況和搬運效率可決定該盆地是饑餓充填，還是過飽和充填。,饑餓充填前陸盆和過飽和充填前陸盆地,A)饑餓充填前陸盆地形成溝谷，并接受來自沖斷帶和前緣隆起的沉積物; B)在過飽和前陸盆地，前緣隆起接受來自沖斷帶的沉積,

34、其堆積速度和地層均較前淵帶小。,過飽和充填前陸盆地 在其它條件恒定不變前提下, 過飽和充填作用可由下列任何因素引起: (1)沉積物供應(yīng)充分; (2)沉積物的搬運效率高; (3)巖石圈剛性較弱; (4)沖斷帶前緣的前進(jìn)速度較慢。從局部地區(qū)來看, 物源有被動物源(passive source)和主動物源(active source)之分。沉積供應(yīng)的物源幾何形狀(線狀或點狀)對前陸盆地中的相展布特征有重要的控制作用。,前陸盆地的形成和演化,被動物源和主動物源,物源幾何形狀對前陸盆地沉積相展布的控制作用,A)線性物源; B)點狀物源,前陸盆地充填的構(gòu)造控制 前陸盆地中相對于沖斷帶的不同位置, 其地層的

35、發(fā)育層數(shù)、持續(xù)時間和厚度是不一樣的。通常認(rèn)為一次構(gòu)造事件將引起地形高差, 隨即使粗碎屑物向前陸盆地中充填形成礫巖沉積?；幽鄮r被認(rèn)為代表構(gòu)造平靜時期。由此, 據(jù)沉降機(jī)制可推測, 向上變粗的地層剖面在前陸盆地靠沖斷帶一側(cè)(近端, proximal)是構(gòu)造事件活動的證據(jù), 而在遠(yuǎn)離沖斷帶一側(cè)(遠(yuǎn)端, distal)則是構(gòu)造不活動的表現(xiàn)(Heller et al, 1988)。,前陸盆地的形成和演化,前陸盆地充填的構(gòu)造控制 由于均衡回彈剝蝕作用, 前陸盆地在構(gòu)造不活動期也可形成不整合(Beaumont, 1981; Heller et al, 1988)。在前陸盆地近端, 構(gòu)造靜止期時侵蝕作用最強(qiáng),

36、 最易形成不整合; 而在前陸盆地遠(yuǎn)端，構(gòu)造活躍期時侵蝕作用強(qiáng)烈，易形成不整合面(Flemings and Jordan, 1990)。 在沖斷活動強(qiáng)烈期, 前陸盆地充填物呈楔狀; 在沖斷活動靜止期, 盆地充填物為透鏡體形態(tài)。,前陸盆地的形成和演化,前陸盆地不同部位(A、B、C點)地層的發(fā)育特征,向上變粗的碎屑剖面在前陸盆地近端和遠(yuǎn)端代表不同的構(gòu)造活動強(qiáng)度,前陸盆地近端保留的地層揭示沖斷活動由開始(細(xì)粒巖石)到變形高峰(粗粒巖石), 而不整合代表沖斷帶不活動的時期。在前陸盆地遠(yuǎn)端, 粗碎屑巖層發(fā)育在沖斷帶不活動時期。,前陸盆地演化發(fā)展模式 （1）穩(wěn)態(tài)發(fā)展模式 （2）前展變形模式 （3）粘性松弛模

37、式,前陸盆地的形成和演化,穩(wěn)態(tài)發(fā)展模式 穩(wěn)態(tài)發(fā)展模式是前陸盆地演化發(fā)展的一種最簡單的形式，主要為年輕的前陸 盆地通常經(jīng)歷一次主要的構(gòu)造運動前陸盆地的沉積充填演化劃分為四個階段 ： A早期沉積階段。此時造山帶在海平面之下，在大量沉積物產(chǎn)生之前，負(fù)荷引起地殼撓曲。與沉降作用相比較，沉積作用有一初始滯后，因此前陸盆地充填以深水沉積為特征。 B盆地充填階段。隨著造山帶逐漸露出海平面，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，侵蝕達(dá)到最大強(qiáng)度，高的沉積速率產(chǎn)生一個向上變淺的層序。同時，前陸盆地僅因沉積負(fù)荷作橫向生長，隨著沉積物充填，盆地不斷變淺。 C達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。前陸盆地被逐漸填滿，沉積物堆積接近海平面，此時，淺海體系的各種高能作用（潮汐和風(fēng)暴流），通過盆地敞開的南、北兩端把細(xì)粒沉積物移出盆地。穩(wěn)態(tài)沉積層序包括進(jìn)積的淺海、三角洲和河流沉積。盡管進(jìn)入盆地的沉積物超過了沉降所能容納的數(shù)量，但沉積物的漫溢使得沉積物堆積與盆地沉降之間達(dá)到平