沉積盆地與造山帶耦合機制探析

江寶棋

摘要：地球表面最主要的地理、地質(zhì)構(gòu)造單元是高聳的山脈與低坳的盆地，盆地和山脈在空間上往往相鄰相伴，在演化的形成上存在某種關聯(lián)性，因此認為盆地山脈在形成演化上存在某種耦合機制。盆山耦合演化動力的統(tǒng)一性是其內(nèi)在機制，盆山耦合稱為“近地表構(gòu)造過程與巖石圈深部過程的耦合”，盆山耦合現(xiàn)已成為重要的地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)動力學機制，可以識別出引張、擠壓、走滑引張、走滑擠壓、垂直應力和沖擊這6種盆山耦合類型。本文對沉積盆地盆山耦合機制進行探析，對以后的研究具有參考意義。

關鍵詞：沉積盆地；盆山耦合；異常分壓；脫耦

ABSTRACT：Mountains and basins are major geographic Earth's surface ， the geological structural units ， the basin and the mountains in the space adjacent to the relevant on the formation and evolution ， so that the basin and the mountains there is some coupling mechanism . The internal mechanism of its evolution dynamic unity ， called " near-surface tectonic processes coupled with the lithosphere process " has become an important geological phenomenon. Understood tensile ， compression， tensile slip ， slip extrusion， vertical stress and impact based on six types of dynamic mechanism . In this paper， the mountain basin of the coupling mechanism ， a reference for future research significance .

Keywords： Sedimentary basins ；basin-mountain coupling； exception； decoupling

引言

盆山耦合已經(jīng)成為我國沉積盆地的主要研究導向，盆山體系的構(gòu)造、深部和沉積結(jié)構(gòu)上的耦合現(xiàn)象為研究重點。構(gòu)造耦合研究是指盆山相交帶（結(jié)合帶）的統(tǒng)一變形特征，深部結(jié)構(gòu)耦合的研究重點是盆山體系在巖石圈尺度的動力學統(tǒng)一，沉積耦合研究是重塑盆山耦合過程及相鄰造山帶的演化過程通過沉積相應。國際上相應領域的研究重點為巖石圈深部過程與近地表構(gòu)造過程的耦合。

山脈與盆地相織相融形成了地球表面最精致與壯麗的地形與地貌特征。自90年代實施大陸動力學計劃以來，打破了20世紀90年代之前山脈與盆地分開研究的境況，并成了現(xiàn)今地學界一個新的領域。盆山耦合與構(gòu)造應力關系十分密切，常見現(xiàn)象有同一應力場導致的盆地與山脈并列伴生。導致應力場生成與演變的基本動力是軟流圈的對流。巖石圈的撓曲、斷陷、冷沉降則都是應力場作用的衍生現(xiàn)象。因此，構(gòu)造應力場是巖石圈變形過程引起的盆地與山脈耦合現(xiàn)象的直接力源，一級動力則是地幔對流。

如此分析之后，盆山耦合的類型劃分，以大區(qū)域應力場作為背景，雖然能夠達到包容性和無重復的分類要求。但這種分類只能應用于地球本身動力所形成的盆山耦合，不能包括地外物體撞擊形成的盆山耦合。因此，作為動力分類還必須包括地外物體撞擊形成的盆山耦合類型。

1. 前陸盆地盆山耦合

地質(zhì)過程中的“耦合”性，在造山和成盆過程之間是相輔相成、相互制約、相互關聯(lián)的共生關系。即，盆山構(gòu)造耦合在近些年中的研究日趨增長。作為這一研究的先驅(qū)認識主要來自前陸褶皺沖斷帶和前路盆地演化相關聯(lián)性研究。前陸盆地的形成是巖石受上疊地殼加載引起撓曲變形而形成的邊緣坳陷盆地，在造山帶的褶皺沖斷及其形成增生楔的疊置負荷作用下，造山帶前緣的巖石圈向下?lián)锨晗?，并被快速充填以來自造山帶的剝蝕物質(zhì)?？芍诉^程中的逆推隆升一壓陷成盆和山地剝蝕一盆地充填構(gòu)成一個對立統(tǒng)一體，表現(xiàn)出盆地和山脈形成之間成對共存、升降相伴和彼此影響的耦合關系。

1.1 造山帶隆起與前陸盆地沉降收縮

確定前陸盆地及其對應特征所具有的條件，其一便是前陸盆地與收縮造山帶在時間與空間上相伴而生，兩者之間有成因聯(lián)系，在演化階段上相應。前陸盆地耦合還應包含能量交換及盆地與山脈相互作用方式。

造山作用是巖石圈在表淺層發(fā)生匯聚、縮短的過程。在匯聚地區(qū)強烈的擠壓變形和地殼縮短，發(fā)育褶皺沖斷帶、疊瓦構(gòu)造和巖層疊覆重復；與地殼或巖石圈橫向上縮短的同時，在縱向上發(fā)生增厚和隆升。

1.2 造山帶推進與前陸盆地遷移

隨著板塊的持續(xù)相向運動，匯聚邊界地殼不斷縮短，以造山帶為代表的匯聚邊界不斷向克拉通方向遷移。相應地，整個前陸盆地系統(tǒng)也在朝克拉通方向作橫向相對遷移。所謂遷移并非整個盆山巖石圈的完全橫向運動，而是演化過程中盆山多元結(jié)構(gòu)以波動方式傳向克拉通。并以其所具有的某些運動特征與動力機制而向前推動盆地的運移。

1.3 造山作用終止與盆地消亡

造山作用的停止主要是由于板塊間持續(xù)擠壓匯聚的結(jié)束，所產(chǎn)生的應力隨著盆地的擠壓撓曲逐漸減弱并釋放，靜負載作用成為晉升的沉降動力。而靜負載力作用在強烈的剝蝕下逐漸減弱，相對而言均衡抬升作用增強，而前陸盆地的規(guī)模減小與被充填而逐漸消亡的原因，則是因為前緣的物源供給速率遠遠高于其所發(fā)生的弱沉降。這時，前陸盆地的盆地面貌和處在的位置與前期已大相徑庭。

2. 沉積盆地耦合階段的異常分壓

研究盆山耦合主要是用于人類的生產(chǎn)生活，而沉積盆地耦合階段的分壓異常往往表明此處有相應的地質(zhì)活動。區(qū)域構(gòu)造應力場主要作為異常高壓的成因和分布特征。在擠壓型盆地中形成異常高壓的主控因素是擠壓應力和天然氣（油氣）充足，異常高壓呈平行造山帶的（寬）帶狀或連續(xù)的面狀分布：拉張型盆地和剪切一拉分盆地的主控因素是熱作用。異常高壓在拉張型盆地中為散點狀或被分隔的面狀分布，在剪切型盆地中呈點狀或散點狀分布。由此可見，不同類型的盆地內(nèi)斷裂的產(chǎn)狀不同，決定了異常高壓有不同的傳導方向，擠壓一反轉(zhuǎn)時異常高壓的保存或釋放（泄壓）也各具特點。

2.1 擠壓型盆地

擠壓型盆地以造山階段的前陸磨拉石盆地為典型，主要特征主控盆邊界斷裂是沖斷層，此類盆地因造山帶的山前沖斷帶（前陸褶皺沖斷帶）向克拉通擴展的重力加載使克拉通邊緣地區(qū)拖曳下陷而形成。盆地主要發(fā)育于沖斷層的下盤。隨前陸沖斷帶的前展式擴展，主控盆地斷裂不斷向著克拉通內(nèi)推進；而其所控制發(fā)育的盆地也向著克拉通推進，故盆地邊界及盆地的沉降一沉積中心在盆地建造階段都在不斷地遷移，幅度甚大。而對應的盆地另一側(cè)的前隆則發(fā)生“后退”（邊緣地區(qū)被剝蝕掉，成為盆地的一部分）。

2.2 拉張型盆地

拉張型盆地常是裂谷盆地。正斷層是拉張型盆地的主要特征主控盆特征。據(jù)其發(fā)育的盆地基底可分為兩類：一是發(fā)育在克拉通或經(jīng)歷了長期穩(wěn)定階段的大陸地殼上的稱大陸裂谷：二是發(fā)育在年輕造山帶上的稱坍塌裂谷，其走向可能平行于造山帶或與造山帶高角度相交。

2.3 剪切型盆地

剪切型盆地以剪切走滑斷裂為主要控盆斷裂的盆地。因剪切斷裂走滑時常伴有拉張或擠壓，剪切型盆地可分為相應的2類。常見伴生拉張的剪切型盆地是拉分盆地和走滑松弛盆地。不同尺度的正負構(gòu)造單元是地球表面的基本結(jié)構(gòu)。其處于強烈剝蝕狀態(tài)的造山帶作為正向構(gòu)造單元；而相鄰的盆地作為負向構(gòu)造單元，則為被剝蝕物質(zhì)的堆積場所造山帶的隆升和盆地的沉降、巖石的剝蝕與沉積及其速率、不整合面形成與盆山體系遷移等方面均密切關聯(lián)，這些地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象在盆山耦合機制中所提出的相關理論隨著近些年研究的深入，可以得知這并不只是盆地與相關造山帶在時空上的相互作用與變形關系，還包含地殼下部更甚者地球深部物質(zhì)所參與此過程，而后者則更具有重要意義。

3. 盆山耦合與脫耦機制探析

世上的事物都是有對立面的，所以在耦合的定義中自然有與之相反的現(xiàn)象存在，即脫耦。本文在汲取前輩們的引導和關于盆地研究的思想成果的基礎上，一些文字引用于本文，只是擴大一些涉獵面，從盆山耦合和脫耦的角度理解這些盆地的成因和特征，所謂繼承型疊合盆地，是原盆山耦合關系至今仍未解脫；延變型疊合盆地則是原盆山關系脫耦時發(fā)生閉鎖。造山作用與盆地發(fā)育之間可以發(fā)現(xiàn)相似或者統(tǒng)一的動力學機制與運動學過程，復合盆地的發(fā)育處處可以彰顯造山作用在各個階段的作用。盆山耦合與脫耦作為油氣運移儲藏的新機制是現(xiàn)今所研究的新導向。

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