盆地沉積動(dòng)力學(xué)：研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢(shì)

林暢松

[中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京 100083]

盆地沉積充填的特征、分布、形成演化及控制因素研究是沉積盆地分析的基本內(nèi)容，也是沉積地質(zhì)資源，特別是油氣資源預(yù)測(cè)和勘探的重要基礎(chǔ)。盆地的地層結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)成特征和演化是各種控制因素，包括地球內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用的綜合結(jié)果。Matthews[1]較早就提出了地層動(dòng)力學(xué)(dynamic stratigraphy)的概念，注重對(duì)盆地地層形成的動(dòng)力學(xué)過程的研究。Allen[2]把對(duì)盆地成因地層的識(shí)別和解釋的研究稱為“過程地層學(xué)”(process stratigraphy)。這里提到的“盆地沉積動(dòng)力學(xué)”分析，強(qiáng)調(diào)了從盆地形成演化的動(dòng)力學(xué)背景出發(fā)，研究盆地的沉積充填特征與形成過程的響應(yīng)關(guān)系及控制機(jī)制。這是盆地動(dòng)力學(xué)分析的一個(gè)重要的組成部分[3-4]。盆地的沉積過程和演化是地球表層動(dòng)力學(xué)演化的直接響應(yīng)。因此，盆地沉積動(dòng)力學(xué)分析是地球動(dòng)力學(xué)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

近一二十年來，圍繞著盆地沉積充填動(dòng)力學(xué)分析的研究取得了一系列重要進(jìn)展，如基于盆地形成和演化動(dòng)力學(xué)背景的盆地沉積模式、構(gòu)造地層學(xué)或構(gòu)造沉積學(xué)，層序地層學(xué)或成因地層學(xué)，以及從沉積物分散體系到“源-匯”系統(tǒng)等方面的研究，都取得令人矚目的進(jìn)展，產(chǎn)生了許多新的概念、新的理論和技術(shù)方法，成為當(dāng)前沉積盆地分析及油氣地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這些研究進(jìn)展概括起來主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：①盆地沉積充填的層序結(jié)構(gòu)、沉積體系(域)構(gòu)成演化與響應(yīng)機(jī)制研究；②盆地的構(gòu)造沉積學(xué)分析；③源-匯系統(tǒng)與沉積物分散體系研究；④盆地沉積充填過程的動(dòng)力學(xué)模擬等。值得指出，越來越多的研究表明，簡(jiǎn)單地套用經(jīng)典的地質(zhì)“模式”已困擾了地質(zhì)學(xué)的深入研究，也難以解釋不斷深入研究所遇到的各種地質(zhì)現(xiàn)象。以“地質(zhì)動(dòng)力學(xué)過程”為主導(dǎo)的研究思想，已被廣泛接受。

盆地沉積動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)涉及多學(xué)科、極其廣泛的研究領(lǐng)域。本文擬圍繞這一領(lǐng)域，結(jié)合作者多年的研究和國(guó)內(nèi)外的相關(guān)進(jìn)展，對(duì)盆地沉積充填動(dòng)力學(xué)分析的一些相關(guān)的概念和理論進(jìn)展作討論，重點(diǎn)闡述盆地的層序結(jié)構(gòu)、沉積充填樣式及演化等的控制作用或過程響應(yīng)分析的理論和分析方法。

1 盆地地層結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)成與過程響應(yīng)

1.1 層序單元與盆地的等時(shí)地層格架

盆地的沉積充填可看作是由一系列不同級(jí)別、不同規(guī)模的地質(zhì)界面所分隔的沉積地質(zhì)體或沉積旋回所組成的。這些沉積體或地層單元的幾何形態(tài)、組合關(guān)系和界面特征，是構(gòu)造作用引起的盆地沉降和隆升、沉積物的供給和分散過程以及沉積基準(zhǔn)面變化等的綜合作用結(jié)果。源于被動(dòng)大陸邊緣盆地的層序地層學(xué)經(jīng)歷了近40年的發(fā)展，已成為較為完善的劃分地層單元和建立等時(shí)地層格架的理論和方法[5]，盡管推進(jìn)層序地層模式的標(biāo)準(zhǔn)化還有較多爭(zhēng)論，包括層序界面、沉積體系域的劃分和術(shù)語(yǔ)等問題[6]。以不整合面及其對(duì)應(yīng)的整合面來劃分高級(jí)別的層序地層單元(一至三級(jí))；而在相對(duì)整合的基本層序或三級(jí)層序內(nèi)主要依據(jù)水進(jìn)界面(?；蚝好?劃分次一級(jí)的地層單元(四、五級(jí))或體系域，這已取得了廣泛的共識(shí)(圖1)。

圖1 沉積層序內(nèi)部地層結(jié)構(gòu)(沉積成因單元和體系域)(a)和南海北部陸架邊緣第四系沉積層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析(b)Fig.1 Depositional sequence stratigraphic architecture (depositional genetic units and systems tracts)(a) and the sequence architecture of the Quaternary at the northern margin of continental shelf in the South China Sea(b)NR.正常水退沉積；FR.強(qiáng)制性水退沉積；TR.水進(jìn)沉積；AD.垂向加積沉積；HST.高位體系域；TST.水進(jìn)體系域；LST.低位體系域；FSST.海退體系域；MFS.最大洪泛面；DPF.三角洲平原-近端前緣沉積；DDF.遠(yuǎn)端三角洲前緣沉積；PD.前三角洲沉積；SM.斜坡泥質(zhì) 沉積；IC.下切水道充填；SED.陸架邊緣三角洲沉積；SSD.斜坡滑塌-泥石流沉積；SLF.斜坡扇(水道)充填

沉積盆地充填中，高級(jí)別的地層單元，如巨層序(一級(jí))和超層序(二級(jí))常常是由區(qū)域性的構(gòu)造不整合面為界，因而也稱“構(gòu)造層序”，可在盆地中跨不同構(gòu)造帶對(duì)比，包括在古隆起、古斜坡及坳陷帶上的追蹤對(duì)比。這種界面往往也是重要的海退面或氣候突變面，有些可能具有全球?qū)Ρ纫饬x。在構(gòu)造演化復(fù)雜的大型沉積盆地或疊合盆地中，這些界面常常分隔著盆地不同構(gòu)造演化階段或不同原型盆地的沉積充填。追蹤這些界面建立的盆地區(qū)域性等時(shí)地層格架，對(duì)揭示盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征極其重要，可為盆地構(gòu)造-古地理再造、油氣聚集區(qū)帶和勘探戰(zhàn)略性研究等提供宏觀的等時(shí)地層對(duì)比基礎(chǔ)。中等尺度的地層單元，即層序或沉積層序(三級(jí))是由局部不整合(盆地的邊緣或相對(duì)隆起帶)及其對(duì)應(yīng)的整合面(如水進(jìn)-水退轉(zhuǎn)換面、沉積相突變面等)所限定的一個(gè)較完整的沉積旋回所組成，是盆內(nèi)可以追蹤對(duì)比的基本的等時(shí)地層單元。追蹤這一級(jí)別的地層單元建立的層序地層格架為沉積體系和沉積相分析等提供地層對(duì)比框架。層序內(nèi)低級(jí)別的地層單元主要是依據(jù)水進(jìn)面等劃分和追蹤對(duì)比的，如四、五級(jí)的層序地層單元(沉積旋回)和體系域等。重點(diǎn)劃分和追蹤這些地層單元所建立的地層格架可稱之為高精度的層序地層格架[7]。在盆地內(nèi)重點(diǎn)區(qū)帶建立這種精細(xì)的地層對(duì)比格架，可為沉積體系和沉積相以及儲(chǔ)集體等的精細(xì)研究提供基礎(chǔ)。高精度層序地層格架的建立需要依賴于測(cè)井、露頭、巖心等資料的綜合分析，特別是高分辨三維地震資料和密集的鉆井控制。

盆地的沉積充填序列一般都可劃分出5個(gè)與沉積旋回相對(duì)應(yīng)的層序地層單元，但不同盆地、不同地質(zhì)年代的沉積層序有較大的差異[8]。盡管許多學(xué)者提出過不少有關(guān)層序級(jí)別及其時(shí)限的劃分方案，但在層序的時(shí)限范圍上是很不統(tǒng)一的。另外，各級(jí)層序單元界面的絕對(duì)年齡和層序的時(shí)限范圍往往是難以確定的。因此，在實(shí)際的研究中可采用兩級(jí)的層序劃分方案，即復(fù)合層序(composite sequence)和層序(sequence)。前者是由區(qū)域性的不整合面所限定的；而后者則是次一級(jí)的、由局部的不整合面及其對(duì)應(yīng)的整合面所限定的。復(fù)合層序可以看作是一個(gè)二級(jí)層序，其內(nèi)可劃分出若干層序。復(fù)合層序一般構(gòu)成總體從水進(jìn)到水退的沉積序列(succession)或?qū)有蚪M(sequence sets)，因此也存在一個(gè)最大的水進(jìn)期。層序作為一個(gè)基本的地層單元，其內(nèi)部構(gòu)成最明顯的特征是可劃分出一定范圍內(nèi)可追蹤對(duì)比的各種沉積體系域或沉積成因單元。這種劃分方法得到了較為廣泛的使用[9-12]。當(dāng)層序的界面年齡得到約束時(shí)，則可建立等時(shí)的年代-層序地層格架。如在南海北部大陸邊緣盆地的層序界面由于得到連續(xù)的海相超微鈣化石帶、有孔蟲化石帶以及連續(xù)取心井的古地磁絕對(duì)年齡，可建立精度達(dá)0.5～1.0 Ma的年代-層序地層格架[12-13]。作為層序界面的不整合規(guī)模和分布范圍，有時(shí)可對(duì)層序的級(jí)次作定性的界定。如盆地范圍分布的角度不整合常常構(gòu)成一級(jí)層序界面或原型盆地沉積充填的頂、底界面；盆地區(qū)域上分布的角度或微角度不整合多構(gòu)成二級(jí)層序界面；而盆地邊緣或局部分布的微角度或平行不整合往往是三級(jí)層序的限定界面。海侵面或海泛面的規(guī)模、分布范圍同樣也是各級(jí)沉積旋回、體系域單元界定的重要標(biāo)志。

盆地充填序列中不同級(jí)別的地層不整合、海侵或水進(jìn)界面的構(gòu)造、氣候的高分辨沉積記錄及其跨構(gòu)造域的對(duì)比，是當(dāng)前盆地分析和沉積地質(zhì)學(xué)研究的一個(gè)前緣性課題。在高頻沉積旋回與Milankeweichi氣候周期的關(guān)系方面的研究取得了許多重要的進(jìn)展，并為高頻沉積旋回的地層定年提供了重要手段。

1.2 沉積體系域與成因沉積單元

沉積體系域是指同一時(shí)期發(fā)育的、在成因上有聯(lián)系的沉積體系的組合[14]。在經(jīng)典的層序地層模式中，沉積體系域的概念被予以了解釋的含義，用于描述一個(gè)沉積層序內(nèi)、形成于海平面、處于相對(duì)低位、海侵或高位期的沉積體系組合。圍繞沉積層序內(nèi)體系域的劃分，一直存在較多的爭(zhēng)論，這也促進(jìn)了研究的深入。目前，一般可依據(jù)相對(duì)海平面變化(沉積基準(zhǔn)面變化)劃分出低位體系域、水進(jìn)或海侵體系域、下降體系域以及高位體系域[15-17]。然而，持爭(zhēng)議的一些學(xué)者認(rèn)為最初依據(jù)海平面變化劃分沉積體系域的方法，已成為了一種把解釋與描述相混淆的“行業(yè)術(shù)語(yǔ)”廣泛使用，有礙于沉積層序內(nèi)部構(gòu)成的深入研究。為此，一些學(xué)者提出依據(jù)地層的疊置結(jié)構(gòu)樣式劃分層序內(nèi)的沉積單元，如“沉積成因類型”(genetic types of deposits)、“可容納空間序列”(accommodation succession)[6,9]或應(yīng)用“坡折點(diǎn)軌跡”(trajectory)等分析層序內(nèi)的沉積體系。

盆地沉積充填中的沉積旋回結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在水退-水進(jìn)演變序列中形成的地層疊置樣式的變化上。沉積層序內(nèi)依據(jù)地層疊置樣式可劃分出“正常水退”(normal regressive deposits)、“強(qiáng)制性水退”(forced regressive deposits)、“水進(jìn)”(transgressive deposits)及“垂向加積”(aggradational deposits)等成因沉積單元(圖1)。這種依據(jù)地層疊置樣式進(jìn)行層序內(nèi)沉積成因單元的劃分，被認(rèn)為比低位、水進(jìn)和高位等依據(jù)沉積基準(zhǔn)面變化的劃分方法更為客觀，也可能是推進(jìn)層序地層標(biāo)準(zhǔn)化的努力方向[6]。Neal 和Abreu等也提出了相似的分析方法[9]，即依據(jù)可容納空間與沉積物供給量的比值變化導(dǎo)致的前積、退積和加積等地層疊置樣式劃分層序內(nèi)沉積體系組合或沉積單元，把相對(duì)應(yīng)于低位、水進(jìn)和高位-下降體系域的沉積充填劃分為“前積-加積沉積”、“退積沉積”及“加積-前積-下降沉積”，并認(rèn)為可應(yīng)用于不同尺度的可容納空間序列，以避免層序的級(jí)次難以確定和資料分辨率變化所帶來的困擾。然而，依據(jù)沉積基準(zhǔn)面變化劃分體系域的方法仍然是廣泛接受和使用的方法。沉積成因單元、可容納空間變化及坡折軌跡等分析可作為層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)更進(jìn)一步的精細(xì)解剖。

對(duì)于湖泊沉積層序的體系域劃分同樣可依據(jù)湖平面變化劃分出低位、水進(jìn)、高位及下降體系域[10,18]。湖盆中的物源方向多變，沉積相構(gòu)成復(fù)雜，受地形、地貌及局部構(gòu)造影響明顯，層序內(nèi)的沉積體系域構(gòu)成和時(shí)空分布顯得更為復(fù)雜。在湖盆沉積序列中區(qū)分低位域和水進(jìn)體系域一般是困難的，因?yàn)槌跏己好娴拇_定往往缺少地貌參照。作者曾在構(gòu)造較活動(dòng)的陸相盆地中提出過構(gòu)造坡折帶的概念，由于斷裂等構(gòu)造活動(dòng)可形成盆地斜坡邊緣與盆地洼陷區(qū)的地貌坡折帶，在盆地發(fā)育演化的一定階段控制著重要的沉積環(huán)境和地貌分界，構(gòu)成了低位域識(shí)別的重要地貌標(biāo)志[19-20]。構(gòu)造(斷裂)坡折帶的概念在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，文后有進(jìn)一步的討論。

在層序地層格架中，沉積體系的沉積構(gòu)成特征隨沉積基準(zhǔn)面升降變化的研究也頗為人們所關(guān)注。這在含油氣盆地分析中涉及到了有利儲(chǔ)層的精確預(yù)測(cè)。如三角洲體系的成因類型可按河流的類型及河流與波浪和潮汐作用的相對(duì)強(qiáng)弱等劃分[21-24]；但三角洲體系在沉積基準(zhǔn)面的升降旋回中還受到水體深度和發(fā)育部位的地貌變化等的明顯影響[25-29]，如在高水位體系域中三角洲體系可經(jīng)歷從高水位早期的灣頭三角洲、中期的內(nèi)陸架-陸架(淺水)三角洲到晚期的外陸架-陸架邊緣三角洲的演化。在水進(jìn)體系域中，多發(fā)育受波浪或潮汐改造的三角洲體系[27，30]。另外，各個(gè)體系域中，看來都可發(fā)育斜坡扇或盆底扇[31-32]，但相對(duì)富砂的斜坡扇或盆底扇常與陸架邊緣三角洲體系的發(fā)育有關(guān)。研究表明，推進(jìn)到陸架邊緣的三角洲前緣與大陸邊緣斜坡復(fù)合可形成高角度前積體，沿這種斜坡易發(fā)生大規(guī)模的滑塌作用或發(fā)育下切谷，這為富砂的斜坡或盆底扇的發(fā)育提供了條件[12,29]。陸架邊緣三角洲體系推進(jìn)到陸架邊緣主要與海平面的下降有關(guān)，但大量的沉積物供給也是發(fā)育廣泛分布的陸架邊緣三角洲體系的重要條件。近期的一些研究還表明，氣候條件(如季風(fēng)、暖室和冰室氣候等)對(duì)物源供給具有重要影響，從而對(duì)陸架邊緣三角洲體系的發(fā)育演化產(chǎn)生重要的影響[12,30,33]。

1.3 前積體-坡折帶與坡折點(diǎn)遷移軌跡

近年來有關(guān)斜坡前積體(clinoform)和坡折點(diǎn)遷移軌跡(trajectory)分析方法引起了人們的關(guān)注。前積體或前積層事實(shí)上是較早就被注意到的沉積單元。20世紀(jì)70—80年代發(fā)展起來的地震地層學(xué)研究中，前積體被作為一種地震相單元進(jìn)行過詳細(xì)的描述和研究[34]。然而，把前積體作為一種重要的沉積地貌單元，研究其地層幾何形態(tài)，追蹤其發(fā)育演化與層序結(jié)構(gòu)、沉積成因類型等的關(guān)系，則是近些年來才得到廣泛關(guān)注的。

盆地沉積充填中發(fā)育的前積體按其成因可劃分為濱岸或三角洲前積體、水下三角洲前積體、陸架邊緣前積體以及大陸邊緣前積體等類型[35]。相應(yīng)地形成有濱岸或三角洲前緣坡折帶、水下三角洲坡折帶、陸架邊緣坡折帶以及大陸邊緣坡折帶等。濱岸坡折帶和陸架邊緣坡折帶是對(duì)沉積地貌、沉積相及沉積過程變化具有重要意義的地貌單元。前者構(gòu)成陸相的河流、沖積平原與濱、淺海沉積-地貌區(qū)的分界；后者則分隔著以牽引流沉積為主的淺海陸架區(qū)與以重力流沉積為主的陸架邊緣斜坡-深海平原沉積地貌區(qū)。它們還是從大陸物源區(qū)到深海盆地“源-匯”系統(tǒng)中最重要的沉積物輸送樞紐帶。陸架內(nèi)的濱岸-三角洲前緣坡折帶前積體形成的水深一般小于200 m，Steel 和 Olsen認(rèn)為陸架內(nèi)的三角洲前緣前積體一般為數(shù)十米或小于150 m[36]。大陸斜坡邊緣坡折帶前積體形成的水深一般大于200 m，直至1 000～2 000 m。但在海平面明顯下降時(shí)可能接近海平面，此時(shí)三角洲可推進(jìn)到陸架邊緣形成陸架邊緣三角洲體系。在陸架內(nèi)一些特殊的條件下，如高能的背景下，在三角洲前緣以外可發(fā)育水下三角洲前積體(subaqueous delta clinoform)，多由細(xì)粒沉積物所組成，厚度可達(dá)數(shù)百米[37-39]。

追蹤濱岸(線)和陸架邊緣地貌坡折點(diǎn)遷移軌跡可客觀地描述沉積體系隨時(shí)間的遷移變化，揭示伴隨著地貌坡折點(diǎn)遷移的沉積作用和沉積物或沉積相的變化。國(guó)際上圍繞這一科學(xué)問題開展過多次學(xué)術(shù)討論會(huì)。通過追蹤坡折點(diǎn)遷移軌跡分析層序內(nèi)的沉積體系會(huì)比僅僅是依賴沉積體系域分析層序的方法要明顯優(yōu)越。這種分析方法是在一個(gè)連續(xù)的水進(jìn)或水退過程中對(duì)沉積體系進(jìn)行分析的，而不是把沉積體系劃分成孤立的沉積體系域進(jìn)行分析，因而可更細(xì)致地分析沉積過程的響應(yīng)關(guān)系。濱岸或陸架邊緣坡折點(diǎn)遷移軌跡可劃分為“上行水退”(ascending regressive)、“下行水退”(descending regressive)、“水進(jìn)”(transgressive)和“靜止”(stationary)等類型[40](圖1)。不同沉積成因單元的遷移軌跡變化對(duì)沉積相帶的發(fā)育和保存具有明顯的影響。如具有高角度濱岸遷移軌跡的上行水退沉積具有明顯加厚的沉積相帶，缺少橫向、廣泛的侵蝕面，有利于濱岸沉積體系的保存；相反，具有低角度的下行水退沉積則沉積相帶變窄或缺失，有利于發(fā)育廣泛的侵蝕面，而不利于濱岸沉積體系的保存。上行的大陸斜坡坡折軌跡常常伴生著較厚的濱岸舌狀體沉積，缺少侵蝕面，輸送到深水盆地的沉積物少；而下行的大陸斜坡坡折軌跡預(yù)示著較薄的濱岸沉積，存在明顯的侵蝕面，大量沉積物可能輸送到深水盆地形成盆底扇體系。最近，Paumard對(duì)澳大利亞西北部大陸架邊緣的沉積充填研究識(shí)別出5種地層的疊置樣式[41]，揭示了從裂陷末期到裂后早期構(gòu)造沉降、海平面變化以及沉積物供給變化對(duì)陸架邊緣沉積充填演化的控制作用。在南海被動(dòng)大陸邊緣的研究表明，沉積層序內(nèi)的成因沉積結(jié)構(gòu)所反映的沉積基準(zhǔn)面旋回變化并不是呈單一趨勢(shì)勻速變化的，如在海侵體系域中可包含有海退沉積，而在高位域中可發(fā)育水進(jìn)沉積，岸線遷移軌跡在各個(gè)體系域中顯示出多種樣式的變化。識(shí)別這些變化顯然有利于對(duì)層序內(nèi)沉積體系和沉積相的時(shí)空分布作出精確的預(yù)測(cè)。

1.4 沉積層序發(fā)育演化的控制因素

盆地的沉積充填特征和演化是各種盆地過程，包括盆地構(gòu)造作用、海-湖平面變化、氣候變化、物源供給變化、各種搬運(yùn)作用及水-盆地動(dòng)能綜合作用的結(jié)果。但盆地的沉積充填演化首先受到盆地構(gòu)造作用的總體控制。盆地的形成、演化到最后的衰亡是構(gòu)造沉降到抬升的結(jié)果。不同成因的盆地具有不同的構(gòu)造成因，也具有不同的沉積充填模式。盆地中區(qū)域性的沉積旋回往往是多期次或多旋回性地球表層構(gòu)造作用的響應(yīng)。因此，盆地充填中高級(jí)別的一、二級(jí)層序的形成多與區(qū)域性構(gòu)造升降作用有關(guān)，層序界面往往是構(gòu)造作用產(chǎn)生的構(gòu)造不整合面或古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)面。從全球構(gòu)造體制上，大陸板塊的裂解、海底擴(kuò)張、板塊的聚合和造山作用等被看作是導(dǎo)致巨旋回或超旋回(一、二級(jí)層序)的沉積基準(zhǔn)面或海平面變化的主要原因。這些區(qū)域性構(gòu)造過程可導(dǎo)致大區(qū)域的沉降或隆升，引起盆地或洋盆體積和形態(tài)的明顯變化，對(duì)沉積基準(zhǔn)面或海平面區(qū)域性長(zhǎng)周期的變化產(chǎn)生重要影響；而區(qū)域板塊構(gòu)造軌道驅(qū)動(dòng)作用和盆地構(gòu)造的脈沖作用等也可導(dǎo)致中、高頻的旋回變化[42]。在構(gòu)造相對(duì)活動(dòng)的盆地中，構(gòu)造沉降速率的變化往往是沉積基準(zhǔn)面或盆地基底升降的最重要的控制因素，因此也是可容納空間的最直接的控制因素[10,12]。由于盆地的構(gòu)造-古地理及氣候背景是隨盆地的演化而不斷變化的，不同盆地演化階段的沉積充填樣式或沉積體系域配置等也隨之發(fā)生變化，這導(dǎo)致了層序地層模式的多樣化。因此，層序地層模式的建立，必須考慮盆地不同構(gòu)造演化階段的構(gòu)造格架和構(gòu)造作用。如在裂陷湖盆形成的初期，以發(fā)育沖積-淺湖盆型沉積層序?yàn)樘卣?；裂陷中期，盆?nèi)斷裂和次級(jí)凹陷連通，發(fā)育半深湖-深湖盆層序；裂后晚期，盆地沉降減慢，主要發(fā)育沖積-淺湖盆型層序[10-11](圖2)。近年來，對(duì)我國(guó)南海北部被動(dòng)大陸邊緣盆地的研究表明，從裂陷的不同裂陷幕的沉積層序，到裂陷與漂移過渡期的破裂層序、漂移期(裂后晚期)層序及后海底擴(kuò)張期層序等構(gòu)造-沉積演化階段發(fā)育的沉積層序均具有明顯不同的沉積體系域模式[12,43]。在漸新世末破裂期形成的破裂層序，顯示出一個(gè)區(qū)域性的水進(jìn)-水退旋回，并以發(fā)育大規(guī)模的陸架邊緣三角洲為特征[12](圖2)。這種破裂層序大體上可與大西洋的破裂層序相類比[44]。同沉積構(gòu)造作用和構(gòu)造古地貌等對(duì)層序發(fā)育的控制作用，在文后將進(jìn)一步討論。

自Vail等試圖以全球性海平面變化周期來解釋沉積層序發(fā)育機(jī)制以來[5]，已經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的探討和爭(zhēng)論。海平面變化的研究一直在進(jìn)行并不斷取得新的進(jìn)展[45]。盡管全球海平面變化仍然是一個(gè)廣泛關(guān)注的科學(xué)問題，對(duì)于沉積層序或沉積旋回的制約因素更多是考慮其與相對(duì)海平面變化的聯(lián)系。不同區(qū)域或盆地中的海平面變化記錄受到了構(gòu)造作用的疊加；同時(shí)，沉積物的供給變化還會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)海侵-海退的變化。研究表明，低級(jí)別的層序或高頻沉積旋回往往與Haq等[45]建立的全球海平面變化周期有較好的可對(duì)比性，表明它們的形成受到了全球海平面變化的控制；而高級(jí)別或區(qū)域性的沉積旋回或復(fù)合層序常常受到了構(gòu)造抬升或沉降作用的疊加或控制。如對(duì)塔里木盆地奧陶紀(jì)碳酸鹽巖臺(tái)地的層序地層和海平面變化研究及對(duì)南海被動(dòng)大陸邊緣盆地晚漸新世以來的沉積層序研究均表明，三級(jí)和部分四級(jí)層序所反映的沉積旋回與Haq的海平面變化周期基本可以對(duì)比，而復(fù)合層序(3～10 Ma)明顯受到構(gòu)造沉降速率變化的制約[11,46]。另外，對(duì)于湖盆來說，湖平面變化對(duì)沉積相的分布和沉積旋回具有與海平面相似的控制機(jī)制。許多湖盆的沉積旋回變化都顯示出較穩(wěn)定的湖平面變化周期。但湖平面的變化相對(duì)要復(fù)雜，高頻的旋回變化不穩(wěn)定。在進(jìn)行高頻湖泊層序?qū)Ρ葧r(shí)，必須在較多鉆井和高分辨地震資料的約束下進(jìn)行。湖平面變化是否受到海平面變化的影響或存在聯(lián)系，還存在爭(zhēng)議。難以獲得層序界面的精確定年使得這一問題目前還不能解決。

圖2 (a)斷陷湖盆沉積充填樣式及物源和斷裂坡折帶(構(gòu)造古地貌)對(duì)沉積物分散體系的控制示意圖；(b)以南海北部大陸邊緣為例建立的破裂層序的沉積模式及其形成背景(據(jù)林暢松等修改，2004，2018)Fig.2 (a) Schematic diagram showing the sedimentary filling pattern of lacustrine fault depression basin and the control of provenances and fault slope breakzone (tectonic palaeogeomorphology) on sediment dispersal systems;(b) the sedimentary pattern and forming setting of the breaking sequences—a case study of the northern margin of the continental shelf in South China Sea (modified after Lin Changsong,et al.,2004,2018)

氣候變化是?；蚝矫孀兓闹匾刂埔蛩?。全球氣候變化可引起冰蓋的消長(zhǎng)，從而導(dǎo)致海水體積和海平面的變化。由于湖泊受氣候變化的影響遠(yuǎn)比海洋大，湖面變化的頻率可能比海平面變化的頻率還高，幅度也很大。米蘭科維奇天文周期變化引起的地球日照量的周期性變化，被認(rèn)為是引起氣候高頻周期性變化的重要因素。這種周期性的氣候變化引起極地冰蓋層的消長(zhǎng)，從而導(dǎo)致海水體積和海平面的周期性變化。許多?；蚝璩练e中識(shí)別出的四級(jí)(0.08～0.5 Ma)和五級(jí)(0.03～0.08 Ma)高頻沉積旋回，被認(rèn)為與米蘭科維奇天文氣候周期變化有關(guān)。這方面的研究已成為國(guó)際地質(zhì)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，并不斷取得許多重要的進(jìn)展。

2 沉積物分散體系與源-匯系統(tǒng)分析

沉積盆地分析一直重視對(duì)盆地沉積物來源、搬運(yùn)及沉積過程的研究。在最早的盆地分析經(jīng)典著作《盆地與古流分析》中就強(qiáng)調(diào)了盆地研究中沉積物搬運(yùn)古水流方向分析的重要性[47]。Galloway把相當(dāng)于沉積體系域的成因地層單元看作是同一時(shí)期沉積物分散體系的沉積[48]。沉積物分散體系(sediment dispersal systems)是指盆地中沉積物被搬運(yùn)、分散和堆積的路徑及過程，也就是說沉積體系中沉積物的搬運(yùn)和堆積過程。沉積物注入盆地后，其搬運(yùn)路徑或分散過程是極其復(fù)雜的，與盆地古構(gòu)造、古地貌及盆內(nèi)的沉積動(dòng)能等因素密切相關(guān)。在某一特定沉積體系域形成期，沉積物分散體系的格局受控于盆地的構(gòu)造作用、海或湖平面變化或沉積基準(zhǔn)面變化[17]。

盡管沉積盆地分析一直重視對(duì)沉積物源及分散體系的研究，但從來沒有像今天這樣深刻認(rèn)識(shí)到從“源”到“匯”整個(gè)系統(tǒng)的研究對(duì)揭示地球表層演化歷史的重要性。“源-匯系統(tǒng)”把從物源區(qū)形成的物源最終搬運(yùn)到深海盆地沉積下來的整個(gè)過程作為地球表層的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)加以研究。許多重大的國(guó)際地球科學(xué)計(jì)劃設(shè)立了有關(guān)源-匯系統(tǒng)的長(zhǎng)期性研究計(jì)劃。如美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和聯(lián)合海洋學(xué)協(xié)會(huì)組織的“大陸邊緣科學(xué)計(jì)劃(Margins Program Science Plans 2004)”，把從造山帶到深海的源-匯系統(tǒng)列為地球科學(xué)的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。源-匯系統(tǒng)中保存下來的地質(zhì)信息，是沉積物從物源區(qū)到最終沉積區(qū)整個(gè)地球表層動(dòng)力學(xué)過程的記錄，也是巖石圈深部與地球表層物理、化學(xué)、生物及氣候條件等相互作用的結(jié)果。因此，源-匯系統(tǒng)的研究是地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)研究的重要組成部分。現(xiàn)代高精度的測(cè)試技術(shù)、高分辨率的地球物理探測(cè)及模擬技術(shù)使概念性的理論分析變成可行的工作思路和研究方案。“源-匯系統(tǒng)”的研究將深刻影響地球動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

2.1 源-匯系統(tǒng)的類型、規(guī)模與地貌構(gòu)成

從剝蝕區(qū)形成的物源，包括風(fēng)化剝落的顆粒沉積物和溶解物，搬運(yùn)到沉積區(qū)或匯水盆地中最終沉積下來，這一過程被稱之為源-匯系統(tǒng)[49-50]。地球表層事實(shí)上存在著不同類型、不同規(guī)模的“源-匯系統(tǒng)”，具有特定的剝蝕和沉積地貌的構(gòu)成特征。

現(xiàn)今從大陸到深海平原的源-匯系統(tǒng)構(gòu)成地球表面一級(jí)的源-匯系統(tǒng)。這一源-匯系統(tǒng)包括了從匯水(剝蝕)區(qū)、沖積-濱海平原區(qū)、淺海陸架區(qū)、大陸斜坡區(qū)及深海盆地區(qū)等多個(gè)區(qū)域性的剝蝕-沉積地貌單元(圖3)。源-匯系統(tǒng)分析需要對(duì)這些不同的地貌區(qū)帶發(fā)育的地形、水道或溝谷地貌以及沉積體系開展定量或半定量的描述，探討包括物理、生物和化學(xué)作用的剝蝕、搬運(yùn)及沉積的動(dòng)力學(xué)過程并進(jìn)行過程模擬分析[50-51]。

圖3 從物源區(qū)到深水盆地低水位期(a)和高水位期(b)的源-匯系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic map showing the “Source-to-Sink” systems from drainage area to deepwater basin during highstand(b) and lowstand(a) periods

許多陸內(nèi)大型湖盆周邊為造山帶或長(zhǎng)期隆起區(qū)所圍限，也存在一個(gè)從物源區(qū)、沖積平原到濱-淺湖、最后為深湖的多級(jí)地貌單元組成的源-匯系統(tǒng)[52](圖2a)。在我國(guó)中、新生代以來發(fā)育了許多大型陸內(nèi)湖盆。這些盆地周邊物源區(qū)的形成與陸內(nèi)的造山作用、斷塊隆升或古老隆起區(qū)的隆升作用等有關(guān)。盆地的類型和構(gòu)造背景決定著盆地地貌和源-匯系統(tǒng)的基本特征。如陸內(nèi)前陸盆地、斷陷盆地等構(gòu)造活動(dòng)盆地，其物源體系近且方向多、匯水盆地相對(duì)小、沉積物類型多且對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感；而大型的內(nèi)陸坳陷盆地，物源體系相對(duì)穩(wěn)定、沉積相帶寬、水系發(fā)育且氣候變化對(duì)沉積旋回影響十分明顯。構(gòu)造活動(dòng)性、氣候條件及湖平面變化等共同控制著不同地貌帶和沉積相帶的發(fā)育及寬、窄的變化[52]。

從剝蝕區(qū)到大陸邊緣、盆地深水區(qū)的“源-匯”系統(tǒng)概念事實(shí)上是一個(gè)理想化的、總體上的“源-匯”概念，而忽視了盆地內(nèi)或次一級(jí)的源-匯關(guān)系或沉積物搬運(yùn)、分散過程與沉積體系發(fā)育的關(guān)系。后者研究恰恰是對(duì)沉積環(huán)境或沉積相、沉積砂體分布預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。首先，盆地可能接受來自不同匯水區(qū)的沉積物供給。如在中國(guó)東部的中、新生代斷陷盆地中，都發(fā)育有盆地陡坡背景的橫向的近物源體系、盆地軸向的遠(yuǎn)源體系以及盆地緩坡背景的近源或遠(yuǎn)源體系，分別形成陡坡沖積扇或扇三角洲沉積體系、緩坡的河流-河流三角洲體相帶及軸向或縱向的河流三角洲體體系，盆地中部的深湖濁積體系可接受多方向的物源供給。在海洋盆地中，同樣存在不同的源-匯體系，Schattner 和Lazar 等[53]在研究地中海東部的源-匯系統(tǒng)時(shí)劃分出“主要的軸向源-匯系統(tǒng)”和“次要的軸向源-匯系統(tǒng)”，橫向的洋流活動(dòng)可提供這些源-匯體系之間的次級(jí)的物源。這些源-匯系統(tǒng)對(duì)海平面變化的響應(yīng)是不同的，受到構(gòu)造、地貌等明顯影響。事實(shí)上，各類盆地都具有相當(dāng)復(fù)雜的物源-沉積物分散-沉積充填系統(tǒng)。

盆地沉積充填中，沉積物分散體系(搬運(yùn)通道，如河道、重力流水道等)及其沉積體的源-匯關(guān)系可看作是更次一級(jí)的“源-匯系統(tǒng)”。如山間溝道與沖積扇或扇三角洲、分流河道與三角洲朵體、大陸斜坡邊緣下切峽谷與斜坡扇或海底扇等的源-匯關(guān)系。追蹤沉積物搬運(yùn)通道及其沉積體在含油氣盆地的有利儲(chǔ)集砂體的分布預(yù)測(cè)具有重要意義。具有高分辨率的地震地貌和地震沉積學(xué)分析技術(shù)為這些研究提供了新的有效手段。在我國(guó)含油氣盆地的分析中，儲(chǔ)層沉積學(xué)者較早就注意到了“源、溝、扇”成因關(guān)系的分析并應(yīng)用于砂巖油氣藏的預(yù)測(cè)中。在這些盆地的沉積充填研究中還深刻地認(rèn)識(shí)到，同沉積構(gòu)造、特別是同沉積斷裂活動(dòng)對(duì)沉積物分散路徑及其最終的沉積充填和分布等具有重要控制作用[20]。

2.2 剝蝕區(qū)地貌與物源分析

從沉積記錄追索母巖性質(zhì)、來源及物源區(qū)的構(gòu)造事件或背景，已有很長(zhǎng)的研究歷史。沉積物源的性質(zhì)、供給量變化等與物源區(qū)的母巖組成、構(gòu)造作用及氣候條件等密切相關(guān)。山區(qū)的剝蝕地貌是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與氣候驅(qū)動(dòng)的剝蝕動(dòng)力學(xué)過程所決定的。造山帶的構(gòu)造作用具有強(qiáng)大的破壞力，構(gòu)造的擠壓、碰撞或構(gòu)造-熱隆升導(dǎo)致巖層的破壞、崩塌，可產(chǎn)生大量的沉積物源；風(fēng)化、侵蝕又在很大程度上依賴于氣候因素。長(zhǎng)期的剝蝕作用把剝蝕區(qū)雕刻成縱橫交錯(cuò)的山谷地貌。在地質(zhì)記錄中恢復(fù)古剝蝕區(qū)地貌是極其困難的。被淹沒的古隆起的頂面形態(tài)是一個(gè)最終的、殘余的狀態(tài)。高分辨的三維地震數(shù)據(jù)為這項(xiàng)研究提供了較可靠的手段。當(dāng)前，國(guó)際上廣泛開展對(duì)現(xiàn)代剝蝕作用及其與沉積物形成的關(guān)系及制約因素等的研究。這不僅對(duì)認(rèn)識(shí)近代環(huán)境變化有重要意義，也有助于對(duì)古代剝蝕過程和物源條件的分析和類比。

沉積層(巖)的巖礦組分和礦物巖石地球化學(xué)等被廣泛用于判別物源的構(gòu)造背景和母巖性質(zhì)[54-55]，如Dickinson的物源三角圖解，當(dāng)前仍然是物源性質(zhì)及物源區(qū)背景分析最有用的方法之一。重礦物組合類型和穩(wěn)定系數(shù)是分析母巖性質(zhì)和來源方向的重要依據(jù)。這些方法使用簡(jiǎn)便，但常常提供有關(guān)物源母巖及構(gòu)造背景分析的重要信息。氣候條件對(duì)物源區(qū)的影響已開展過不少的研究，但試圖從沉積巖特征上完整提取物源區(qū)的氣候信息，還任重道遠(yuǎn)。近些年來，一些地球化學(xué)分析方法在物源區(qū)分析中的應(yīng)用發(fā)展迅猛，如碎屑鋯石年代分析[56-57]，可提供物源的精確定年和構(gòu)造背景的信息，是當(dāng)前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。物源的供給量取決于物源區(qū)的剝蝕速度和匯水面積，而供給量的變化對(duì)盆地的沉積充填具有十分重要的控制作用。值得指出，從源于剝蝕區(qū)的沉積物可能經(jīng)歷了多次的沉積、剝蝕再搬運(yùn)、再沉積的過程。部分沉積物最終堆積到深水盆地，部分可能沉積到盆地的其他部位。河流的再?zèng)_刷作用，各種洋流、波浪、滑塌和重力流等的再搬運(yùn)和再沉積作用，使得沉積物源的追蹤分析變得十分復(fù)雜。

2.3 斜坡溝谷地貌與斜坡扇、盆底扇體系

盆地中的坡折帶是最易形成下切溝谷和重力滑塌再搬運(yùn)的地貌帶。陸架邊緣斜坡或坡折帶是從陸架區(qū)向深海區(qū)過渡的地貌突變帶[58]。由于這一區(qū)帶是形成重要油氣藏的有利區(qū)帶，長(zhǎng)期以來還受到石油地質(zhì)研究和油氣工業(yè)勘探的高度重視。在相對(duì)高水位期，來自剝蝕區(qū)的沉積物主要堆積于廣闊的陸架區(qū)；而在低水位期，沉積物越過大陸斜坡邊緣坡折帶搬運(yùn)到下斜坡至深海平原堆積(圖3)。因此，該帶是淺海陸架區(qū)與深海盆地之間的物源輸送的樞紐帶，成為源-匯系統(tǒng)研究的一個(gè)重點(diǎn)區(qū)。陸架坡折帶下切溝谷、峽谷的發(fā)育和重力滑塌等與斜坡扇或海底扇體系發(fā)育的關(guān)系是研究的一個(gè)聚焦點(diǎn)。在我國(guó)南海珠江口盆地，大量地震、鉆井資料的綜合研究表明，陸架邊緣三角洲體系與前三角洲斜坡-陸架邊緣的富砂斜坡扇沉積具有密切的源-匯關(guān)系[12]。源于大陸邊緣斜坡泥質(zhì)的上斜坡滑塌或溝谷化侵蝕的物源形成以泥質(zhì)為主的斜坡扇，斜坡溝谷在海平面上升期主要由泥質(zhì)沉積物所充填。深切陸架斜坡并延伸到深海區(qū)的一些大型海底峽谷的發(fā)育，不僅與海平面的下降有關(guān)，也可能與物源區(qū)的構(gòu)造強(qiáng)烈隆升有聯(lián)系。如在瓊東南盆地上新世以來發(fā)育的大型下切溝道-海底扇體的研究發(fā)現(xiàn)，大量的物源供給與河流的源頭區(qū)，即青藏高原的隆升有關(guān)[10]。

有些斜坡水道的沉積充填具有單向遷移的特點(diǎn)，成為一種特定的、由海洋底流與重力流聯(lián)合作用的斜坡水道沉積模式。最為壯觀的這類斜坡水道體系是發(fā)育在我國(guó)南海北部晚中新世以來的斜坡溝道體系[12,43,59]。這些溝谷的寬窄不一，幾百米到千余米；單個(gè)水道為“V”型，并呈側(cè)向或斜向多個(gè)水道疊置。“V”型斜坡溝谷主要源于外陸架-上斜坡區(qū)，被認(rèn)為主要是在海平面處于低水位期形成的重力流水道，而水道主要是由沿斜坡走向的底流形成的前積層充填的。這種由底流沿橫向搬運(yùn)細(xì)粒沉積物充填重力流在低水位期侵蝕形成的斜坡水道，在被重力流水道侵蝕順坡搬運(yùn)沉積物供給斜坡扇或海底扇堆積，形成了一種特殊的源-匯體系。顯然，揭示不同源-匯系統(tǒng)的形成演化的控制機(jī)制，即構(gòu)造、氣候及海-湖平面變化等因素相互作用的地表地球動(dòng)力過程的約束，是建立具有預(yù)測(cè)或類比意義的源-匯模式的關(guān)鍵。

2.4 盆內(nèi)古隆起的局部源-匯系統(tǒng)

盆內(nèi)古隆起發(fā)育期遭受剝蝕可提供盆地充填的局部物源。識(shí)別古隆起及其伴生的物源體系，對(duì)正確恢復(fù)盆地古地貌和古地理再造十分重要。近年來，在對(duì)渤海灣盆地的研究揭示了與盆內(nèi)古隆起有關(guān)的源-匯過程。在同裂陷期，廣泛發(fā)育有盆內(nèi)古隆起或斷隆構(gòu)造，不同古隆起形成多方向的、近距離的源-匯體系。依據(jù)不同的古隆起物源與相應(yīng)的沉積體系，可劃分出盆內(nèi)不同古隆起的源-匯體系。古隆起邊緣的同沉積斷裂或構(gòu)造古地貌特征對(duì)沉積物分散體系、層序結(jié)構(gòu)及砂體分布具有重要的控制作用。裂后期，盆內(nèi)的古隆起被逐漸淹沒和超覆，隨著這一過程被超覆于盆內(nèi)的局部物源形成的砂質(zhì)沉積體系，具有良好的成藏條件，油氣勘探已證實(shí)可形成十分重要的油氣藏。對(duì)大型的、經(jīng)歷了長(zhǎng)期地質(zhì)演化和多期構(gòu)造變革的沉積盆地或疊合盆地，盆內(nèi)常常發(fā)育有多個(gè)古隆起，它們?cè)馐軇兾g形成的源-匯系統(tǒng)的識(shí)別和恢復(fù)對(duì)盆地古地理再造和沉積充填歷史的研究具有重要意義。

從盆地的形成到衰亡，是一個(gè)漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史。盆地的構(gòu)造背景、古地理格局、氣候條件及海-湖平面的升降等都經(jīng)歷過重大變化，源-匯系統(tǒng)也發(fā)生過深刻變化。在等時(shí)的地層格架中恢復(fù)不同盆地演化階段的源-匯體系，重塑包含有源-匯概念的盆地沉積充填演化史，應(yīng)是盆地沉積充填分析的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

3 盆地構(gòu)造沉積學(xué)分析

構(gòu)造地層學(xué) (tectonostratigraphy)或構(gòu)造沉積學(xué)(tectonosedimentology)的概念由來已久，人們?cè)缙诟嗍菑?qiáng)調(diào)大地構(gòu)造沉積學(xué)研究，把大地構(gòu)造或板塊構(gòu)造作用與沉積充填相結(jié)合進(jìn)行分析。然而，近20年來，大量的研究成果來自盆地尺度的構(gòu)造地層或構(gòu)造沉積分析[7,60-62]。構(gòu)造沉積分析已成為涉及到從大地構(gòu)造沉積學(xué)到盆地中同沉積構(gòu)造或構(gòu)造古地貌對(duì)沉積充填控制分析的一個(gè)廣泛的研究領(lǐng)域。這里討論的盆地構(gòu)造沉積學(xué)分析,主要強(qiáng)調(diào)把盆地的沉積充填過程與盆地的構(gòu)造作用相結(jié)合的分析方法。近年來,在構(gòu)造相對(duì)活動(dòng)的沉積盆地中，結(jié)合盆地構(gòu)造作用與盆地古地貌、沉積物分散體系以及沉積充填樣式的成因分析,取得了許多顯著的進(jìn)展。在陸內(nèi)含油氣盆地中的大量研究表明，把盆地構(gòu)造作用與沉積充填過程相結(jié)合分析是揭示沉積層序和沉積體系分布，以及建立生、儲(chǔ)、蓋的時(shí)空配置并建立有效預(yù)測(cè)模式的重要基礎(chǔ)。我國(guó)沉積地質(zhì)學(xué)者近20余年來在裂陷盆地、陸內(nèi)前陸盆地以及大型疊合盆地等的構(gòu)造沉積學(xué)分析研究中，不斷獲得創(chuàng)新成果，并為指導(dǎo)油氣勘探提供了的基礎(chǔ)。以下對(duì)一些重要的盆地構(gòu)造作用的沉積響應(yīng)作簡(jiǎn)要分析。

3.1 盆地階段性、多幕性構(gòu)造演化過程的沉積充填響應(yīng)

盆地形成演化過程中的構(gòu)造作用，如盆地構(gòu)造演化的多旋回性或階段性、盆地構(gòu)造格架樣式的演化和隆-坳格局的變遷以及同沉積構(gòu)造(斷裂)活動(dòng)等的沉積充填響應(yīng)研究，是沉積盆地沉積充填分析的中心內(nèi)容。前面已指出，盆地構(gòu)造階段性或多旋回性的演化，常?？刂浦璧貐^(qū)域性沉積旋回的發(fā)育。它們多為構(gòu)造作用產(chǎn)生的不整合面所分隔，構(gòu)成了盆內(nèi)高級(jí)別的成因地層單元，并顯示出特定的源-匯體系配置或沉積體系域樣式[19,61]。

在裂谷型盆地中，幕式的裂陷作用往往是形成同裂陷期區(qū)域性沉積旋回的直接因素[10,42,63]。我國(guó)東部濱太平洋構(gòu)造域中、新生代的斷陷或裂谷型盆地的形成演化都表現(xiàn)出多幕的裂陷過程。這種過程可應(yīng)用定量的數(shù)值模擬方法加以再現(xiàn)[64-65]，松遼、二連、渤海灣、東海和南海等裂陷或裂谷盆地的區(qū)域性沉積旋回，包括一、二級(jí)層序或復(fù)合層序，一般都屬構(gòu)造控制的構(gòu)造層序。這種成因的聯(lián)系主要體現(xiàn)在：①分隔區(qū)域性沉積旋回的不整合界面往往是具有角度或微角度接觸關(guān)系的古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)面，包括盆地基底不整合、分隔不同裂陷幕沉積充填的裂陷幕不整合、裂后或破裂不整合、破裂末不整合以及拗陷期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)不整合等；②區(qū)域性沉積旋回與幕式的構(gòu)造沉降速率變化具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；③由同沉積斷裂生長(zhǎng)系數(shù)或活動(dòng)速率反映出不同裂陷幕的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度具有明顯變化；④不同裂陷幕的盆地構(gòu)造格架發(fā)生明顯變化，如隆-坳格局或同沉積斷裂展布方向的變化等；⑤沉積物源和沉積體系的發(fā)育和分布樣式的變化等。分隔不同裂陷幕的不整合面的形成與每一裂陷幕末期的構(gòu)造抬升和下一裂陷幕開始的構(gòu)造變動(dòng)有關(guān)。裂后或破裂不整合和破裂末不整合的形成則主要與裂后的熱隆起及破裂期和破裂末期的構(gòu)造作用有關(guān)[12,44]。拗陷期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要是由區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)或隆起事件，如擠壓或走滑擠壓作用，形成拗陷期的構(gòu)造不整合界面，這也常表現(xiàn)出幕式或多期次的特點(diǎn)。

在前陸構(gòu)造背景中，盆-山耦合過程的沉積響應(yīng)機(jī)制是被廣泛接受的構(gòu)造-沉積響應(yīng)模式。前陸逆沖造成的巖石圈撓曲沉降過程也具有明顯的階段性或多幕性的特點(diǎn)，控制著區(qū)域性沉積旋回的發(fā)育演化。我國(guó)中西部分布有中、新生代眾多的陸內(nèi)前陸盆地。這些盆地的物源體系和沉積充填過程受到了盆-山構(gòu)造作用的明顯控制。造山帶剝蝕作用與盆地沉積充填的響應(yīng)關(guān)系研究一直是這一領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在塔里木盆地庫(kù)車前陸坳陷的研究表明，在強(qiáng)烈逆沖和造山作用期，形成了山前帶巨厚的、同逆沖構(gòu)造期扇或扇三角洲沉積；隨之是快速撓曲沉降導(dǎo)致了區(qū)域性的水進(jìn)。后期逆沖造山作用的減弱，應(yīng)力松弛和剝蝕導(dǎo)致回彈隆起，盆地沉降變緩至抬升，結(jié)束一個(gè)區(qū)域性沉積旋回的發(fā)育過程。這種過程是多期次的，控制著來自前陸逆沖帶、前隆斜坡帶及軸向物源-沉積物分散體系和沉積體系域的時(shí)空配置和演化[20,65]。沿前陸斜坡發(fā)育的、橫向廣泛分布的辮狀河和辮狀河三角洲沉積體系，是前陸斜坡帶發(fā)育的一種典型的沉積體系[66-68]。這些辮狀河和辮狀河三角洲的橫向遷移形成大面積分布的砂體，可形成重要的油氣儲(chǔ)層。應(yīng)用回剝分析法恢復(fù)的前陸擠壓撓曲構(gòu)造沉降曲線和沉降速率的變化可為這種機(jī)制的解釋提供重要的佐證[20]。

我國(guó)諸多規(guī)模較大的沉積盆地，如塔里木盆地、鄂爾多斯盆地及四川盆地等均經(jīng)歷過漫長(zhǎng)的、多期次的構(gòu)造變革，具有極其復(fù)雜的、多旋回的構(gòu)造-沉積演化和獨(dú)特的油氣聚集過程。這些盆地多期次的構(gòu)造變革形成了多個(gè)區(qū)域性的或盆地范圍分布的構(gòu)造不整合面。這些重要不整合面分隔著單一原型盆地的沉積充填。這種界面上、下的盆地古構(gòu)造、古地理以及海、陸、源區(qū)分布發(fā)生了重大變化。以這些不整合為標(biāo)志的盆地變革期的古構(gòu)造、古地理、古氣候等往往發(fā)育突變；而每一原型盆地發(fā)育過程中的構(gòu)造古地理背景是相似的，或是漸變的。盆內(nèi)重要油氣藏的形成和分布、再調(diào)整或重新配置與這些重要的變革密切相關(guān)[67]。研究盆地關(guān)鍵變革期的構(gòu)造-古地理的演變，即重要不整合面上、下構(gòu)造-古地理的變化，是一個(gè)十分值得關(guān)注的重要課題。如塔里木盆地中奧陶世末至晚奧陶世早期的構(gòu)造變革，導(dǎo)致了盆地大型碳酸鹽巖臺(tái)地的分異，改變了隆-坳格局和古地理展布，形成了近東西向展布的中央(塔中)隆起帶、沿東南緣分布的塘古巴孜斯坳陷以及北部坳陷帶[69]。這期盆地變革主要與南部北昆侖洋的閉合、碰撞導(dǎo)致的向北擠壓作用有關(guān)，此時(shí)盆地發(fā)生了從被動(dòng)邊緣-克拉通臺(tái)地向聚斂構(gòu)造背景的重大轉(zhuǎn)化[46]。晚奧陶世，盆地出現(xiàn)了大規(guī)模海侵，形成了盆地范圍的深水盆地環(huán)境，以發(fā)育深水濁積體系、深水陸棚及混積淺海-半深海體系為特征。分布于滿加爾坳陷北緣的大規(guī)模的陸源碎屑海底扇可能來源于北緣的隆起帶，北緣庫(kù)魯克塔格露頭剖面上測(cè)得的古流方向由北西指向南東；而盆地東部滿加爾坳陷東緣的塔東區(qū)陸源碎屑濁積扇從砂體展布及巖石組構(gòu)等特征表明來自東南緣的阿爾金隆起帶。受古隆起地貌的制約，深海重力流盆地充填顯示出一種特定的沉積體系配置樣式[11]。

3.2 構(gòu)造(斷裂)坡折帶與構(gòu)造古地貌

同沉積構(gòu)造，特別是同沉積斷裂對(duì)沉積充填的控制作用，是沉積盆地分析長(zhǎng)期關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。同沉積斷裂會(huì)導(dǎo)致沉積中心和厚度和沉積相等的突變，控制著沉積相帶的發(fā)育和分布。事實(shí)上，同沉積構(gòu)造對(duì)沉積的控制主要體現(xiàn)在對(duì)沉積地貌的控制。尤其是明顯活動(dòng)的同沉積斷裂，可形成突變的地貌帶或斜坡帶，對(duì)沉積物的搬運(yùn)流體和沉積過程及沉積體系或沉積相的發(fā)育和分布產(chǎn)生重要的影響。

我們?cè)岢鲞^構(gòu)造(斷裂)坡折帶的概念[70-72]。構(gòu)造(斷裂)坡折帶是指盆地中長(zhǎng)期活動(dòng)的同沉積構(gòu)造，特別是同沉積斷裂形成的古地貌突變帶或斜坡帶。構(gòu)造坡折帶常常控制著特定沉積相帶或沉積體系域的發(fā)育部位，構(gòu)成古構(gòu)造、古地貌、古環(huán)境單元以及古水文條件的分界(圖2)。在層序地層學(xué)分析中，坡折(帶)是一個(gè)重要的概念。濱岸坡折和陸架邊緣坡折是沉積層序分析中兩個(gè)最重要的地貌特征或標(biāo)志。在不同類型的盆地中，包括裂陷盆地、前陸盆地和碳酸鹽巖臺(tái)地等，都可發(fā)育這些由構(gòu)造或斷裂形成的坡折帶，對(duì)沉積體系的發(fā)育和分布起到重要的控著作用。在我國(guó)許多陸相盆地中，規(guī)模較大的同沉積斷裂或基底斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)形成的古地貌斜坡或坡折帶，不僅對(duì)沉積體系的發(fā)育和分布，而且對(duì)油氣藏的形成和分布都起到了重要的控制作用(圖3)。構(gòu)造坡折帶的概念提出后在我國(guó)許多盆地的層序地層和沉積充填分析以及砂巖油氣藏預(yù)測(cè)勘探中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了重要的經(jīng)濟(jì)效益。構(gòu)造或斷裂坡折帶從成因類型上可劃分出斷裂坡折帶(斷坡帶)、斷彎坡折帶和褶皺彎曲坡折帶等[73-75]。構(gòu)造坡折帶的研究，需要對(duì)構(gòu)造坡折帶的構(gòu)造樣式和動(dòng)力學(xué)成因、坡折帶古地貌、沉積物分散體系以及層序結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜合分析。圍繞這一研究已形成一個(gè)涉及沉積學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)以及油氣聚集成藏的綜合研究方向。

盆地沉積期相對(duì)宏觀的地貌、地形變化主要受控于盆地的沉降差異，而沉降差異主要與同沉積構(gòu)造的活動(dòng)有關(guān)。從區(qū)域的或盆地范圍，我們把同沉積構(gòu)造活動(dòng)所形成的地貌稱為構(gòu)造古地貌[71,76]。盆內(nèi)的古構(gòu)造單元或構(gòu)造帶，事實(shí)上構(gòu)成了盆內(nèi)不同的地貌單元。盆地的隆-坳格局，即古隆起-古斜坡和古坳陷的發(fā)育和分布，是盆地中高級(jí)別的地貌單元，決定著盆地的基本地貌特征。盆地中各種同沉積構(gòu)造活動(dòng)在規(guī)模和組合樣式上是多樣化的，可產(chǎn)生復(fù)雜的構(gòu)造古地貌，并受控于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、先存斷裂系再活動(dòng)及重力調(diào)節(jié)作用。如在斷陷盆地中，不同沉積斷裂的活動(dòng)可造成復(fù)雜的地貌變化，常見的如斜列狀斷裂構(gòu)成的構(gòu)造調(diào)節(jié)帶、受主干斷裂與其近于垂直的調(diào)節(jié)斷裂構(gòu)成的“梳狀”斷裂系、帚狀斷裂系及叉形相交的同沉積斷裂系等形成的構(gòu)造古地貌。它們對(duì)沉積物的搬運(yùn)或分散路徑和沉積相的發(fā)育分布起到主導(dǎo)性的控制作用。因此，再造盆地不同時(shí)期的構(gòu)造古地貌是闡明沉積物分散和堆積過程，并對(duì)沉積體系或砂體等的分布作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。沉積盆地的古(構(gòu)造)地貌是近年來在國(guó)際上頗受關(guān)注的研究課題。以地震資料為基礎(chǔ)的古地貌恢復(fù)研究，即“地震古地貌學(xué)”，已成為沉積地質(zhì)和盆地分析領(lǐng)域一個(gè)重要的新分支學(xué)科。

盆地和山脈地貌的變更或轉(zhuǎn)換，是地球表面地貌對(duì)地球動(dòng)力學(xué)過程的直接響應(yīng)。大陸的裂解、大洋閉合、板塊聚合和碰撞造山，是引起地表大尺度地貌變化的動(dòng)力學(xué)成因。盆地地貌演變是對(duì)區(qū)域構(gòu)造背景演化的響應(yīng)。因此，盆地的構(gòu)造格局及其演化決定著盆地構(gòu)造地貌的總體變化。盆內(nèi)的沉積物堆積在不斷地改變著盆地的地貌特征，但盆地總體的地貌格局和演化，主要是受到盆地構(gòu)造格架及其演化的控制的。

3.3 古隆起與不整合分布樣式

古隆起是沉積盆地中最重要的構(gòu)造單元之一。古隆起的形成演化研究長(zhǎng)期以來受到廣泛重視。古隆起或古隆起帶對(duì)沉積作用和油氣聚集具有重要的控制作用，往往是重要的油氣富集帶。盆內(nèi)古隆起可以是基底構(gòu)造繼承發(fā)育的,或在盆地某一階段形成的,與盆地基底的分異或盆地形成演化過程中的各種隆升作用有關(guān)。盆內(nèi)許多規(guī)模較大的古隆起都會(huì)在隆升期遭受暴露和強(qiáng)烈剝蝕,形成角度或微角度不整合。隨后，盆地的沉降使大部分古隆起被淹沒，有些保存原有形態(tài)，有些則受到后期強(qiáng)烈的改造。古隆起剝蝕區(qū)的分布可通過追蹤地層削蝕點(diǎn)的分布加以圈定。不整合剝蝕量的估算，可應(yīng)用聲波時(shí)差法、鏡質(zhì)體反射率法或其他熱演化指標(biāo)進(jìn)行估算，但這些方法都受到不整合面埋藏深度和鉆井資料的限制。在具備網(wǎng)狀地震剖面或連井剖面的約束下，可依據(jù)剝蝕面下伏地層結(jié)構(gòu)外延估算剝蝕量。這種方法是進(jìn)行剝蝕量平面分布追蹤和編圖的基本方法。被淹沒的古隆起地貌可通過拉平古隆起頂面的沉積層來恢復(fù)，這需要對(duì)拉平面下伏至古隆起面之間的地層厚度進(jìn)行去壓實(shí)和古水深的校正[69]。

圖4 古隆起與不整合分布樣式(a)和古隆起形成演化對(duì)沉積體系域發(fā)育的控制作用示意圖(b)Fig.4 Paleouplifts and distribution pattern of unconformities(a) and the schematic diagram showing the control of paleouplifts on depositional system tracts(b)

在構(gòu)造活動(dòng)的大型盆地中，常常發(fā)育多個(gè)不整合并顯示出復(fù)雜的分布和組合樣式[62]。研究發(fā)現(xiàn)，通過分析不整合的組合結(jié)構(gòu)特征，可恢復(fù)古隆起的原始分布及其地貌特征。主要不整合面的接觸關(guān)系在不同的構(gòu)造帶上常呈現(xiàn)有序的變化，可從高角度不整合過渡為微角度或平行不整合至整合接觸，反映了從高隆剝蝕區(qū)到斜坡及坳陷區(qū)的古地貌變化。在高隆帶，多期次的強(qiáng)烈剝蝕常導(dǎo)致多個(gè)不整合的合并、復(fù)合。從古隆起區(qū)向坳陷區(qū)，不整合的組合樣式可劃分出：①不整合復(fù)合帶，為長(zhǎng)期或多次抬升古隆起的高隆帶；②不整合削蝕(對(duì)下伏地層)三角帶或超覆(上覆地層)不整合三角帶，代表從古隆起向坳陷區(qū)的過渡帶或古斜坡帶；③微角度到平行不整合帶，為古斜坡帶向坳陷區(qū)過渡的下斜坡帶；④平行不整合帶，為坳陷的連續(xù)沉積區(qū)(圖4)。不整合三角帶是形成大型不整合油氣圈閉的有利地帶。圈定這些不整合分布帶對(duì)再造古隆起地貌和預(yù)測(cè)地層圈閉油氣藏的分布等具有重要意義。

4 盆地沉積充填響應(yīng)過程的動(dòng)態(tài)模擬

地質(zhì)過程模擬分析，可動(dòng)態(tài)地再現(xiàn)地質(zhì)演化的過程、檢驗(yàn)地質(zhì)解釋或地質(zhì)模式，以達(dá)到進(jìn)行準(zhǔn)確地質(zhì)預(yù)測(cè)的目的。模擬包括物理和數(shù)字的過程模擬。數(shù)字模擬分析是通過應(yīng)用定量的描述和分析方法，建立理論模型，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬或仿真地質(zhì)過程，以達(dá)到檢驗(yàn)地質(zhì)解釋和預(yù)測(cè)的目的。沉積過程的模擬分析，已有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，從交錯(cuò)層理到盆地整體不同尺度的沉積過程的模擬分析，國(guó)際上有大量的研究范例。近一二十年來，隨著層序地層學(xué)和盆地沉積動(dòng)力學(xué)研究的深入，沉積充填模擬研究得到了更廣泛的發(fā)展。

盆地沉積充填過程是多種因素疊加、相互作用的一個(gè)復(fù)雜的過程。這些因素可歸納為兩組基本的控制因素：一是控制可容納空間的產(chǎn)生或消亡的因素，如構(gòu)造升降、重力均衡作用及沉積物壓實(shí)等；另一組則是控制沉積物搬運(yùn)和堆積過程的因素，如水-盆地動(dòng)能條件、沉積地貌或斜坡及沉積物搬運(yùn)作用和供給量變化等。這些因素相互作用的結(jié)果將反映在沉積層的幾何形態(tài)和沉積相的分布樣式上。沉積盆地充填過程模擬系統(tǒng)需要綜合考慮上述兩個(gè)部分。盆地的沉降可結(jié)合回剝法和不同構(gòu)造沉降的正演模型；而沉積層序或沉積體的形態(tài)和分布可考慮各種沉積地質(zhì)營(yíng)力一定時(shí)期內(nèi)相互作用的結(jié)果。在達(dá)到均衡的條件下,沉積體幾何關(guān)系和總的巖相格局一般可用所謂的沉積均衡面來描述。沉積均衡面事實(shí)上是盆地動(dòng)能條件與沉積地貌達(dá)到均衡的狀態(tài)。從陸相至海洋沉積環(huán)境的沉積均衡面具有一定的變化趨勢(shì)，與沉積盆地不同部位的能量有關(guān)。沉積均衡面的確定,可依據(jù)前人對(duì)現(xiàn)代環(huán)境觀察的結(jié)果,并結(jié)合地震剖面顯示的沉積形態(tài)加以分析確定(要去壓實(shí)和消除構(gòu)造的影響)。不同的沉積域或沉積相域，可用不同的沉積斜坡或曲線來表示。

圖5 SSMS 模擬系統(tǒng)的概念模型(a)、模擬工作流程(b)及模擬實(shí)例(c)Fig.5 The conceptual model(a),process modelling(b),and a simulation example(c) of the SSMS system

基于上述原理，我們?cè)⒘硕S沉積充填模擬系統(tǒng)(SSMS)，再現(xiàn)各種層序界面的形成過程，揭示沉積體系和沉積相帶的遷移及其時(shí)空分布樣式，探討構(gòu)造升降、海平面或湖平面變化等相互作用對(duì)盆地沉積充填的控制(圖5)。對(duì)南海被動(dòng)大陸邊緣沉積層序的模擬研究表明，盆地構(gòu)造沉降對(duì)區(qū)域性沉積旋回和海平面總體的變化趨勢(shì)有明顯控制作用，而高頻旋回主要與高頻的海平面變化有關(guān)[70]。針對(duì)構(gòu)造相對(duì)活動(dòng)盆地，如斷陷盆地的沉積充填模擬分析揭示，內(nèi)陸盆地沉積充填過程中[10,77]，一個(gè)拉伸幕從快到慢沉降速率的變化和反轉(zhuǎn)是裂陷期不同裂陷幕復(fù)合層序及其界面形成的重要控制因素；而斷塊掀斜造成的差異沉降與高頻湖平面波動(dòng)的聯(lián)合作用可能是相對(duì)三級(jí)或更低級(jí)別層序發(fā)育的成因。同時(shí)，不同湖泊層序類型，如深湖盆層序、淺湖盆層序及河流-淺湖盆層序的發(fā)育，主要受控于沉積物供給量與構(gòu)造產(chǎn)生的可容納空間的相對(duì)大小?？焖俚臉?gòu)造沉降、高的湖平面和大量的沉積物供給是形成深水扇三角洲的必要條件;而沉積物的供給量變小及構(gòu)造沉降量加大有利于形成水下扇或近岸湖底扇。斷陷湖盆陡坡邊緣斷裂形成的古地貌坡折對(duì)濁積扇或湖底扇的發(fā)育部位具有明顯的控制作用。這些認(rèn)識(shí)得到地質(zhì)觀察的佐證。

5 結(jié)語(yǔ)

盆地沉積充填動(dòng)力學(xué)分析，是當(dāng)前沉積盆地分析的一個(gè)涉及多學(xué)科交叉的前緣領(lǐng)域。層序地層學(xué)研究的深化研究、構(gòu)造-沉積學(xué)及源-匯系統(tǒng)等是目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。高新技術(shù)的不斷發(fā)展、大量資料的積累和新資料的不斷獲取，為這一領(lǐng)域的研究提供了重要支持。盆地沉積充填動(dòng)力學(xué)分析不僅可為地球動(dòng)力學(xué)演化提供高分辨的沉積記錄，而且不斷為難度日益增大的沉積地質(zhì)資源，特別是能源資源的勘探和開發(fā)提供新的理論支撐。盆地沉積充填動(dòng)力學(xué)分析預(yù)示了深遠(yuǎn)的、廣泛的發(fā)展前景。