盆地分析-挤压盆地特征

沉积盆地分析主讲人：伊海生教授学院：沉积地质研究院第十五讲挤压(挠曲)盆地构造分析马杏垣等（1987）将那些受逆冲断层控制的盆地称为“压陷盆地”；并将它视“裂陷盆地”的对应物。这类盆地在形成过程中表现为地壳或岩石圈的缩短变形，因而也可以称之为“收缩型盆地”。从形成机制看，该类盆地是在挤压作用下断层上盘上升并引起下盘发生挠曲变形而形成的，因此，可称为“挤压型盆地”或“挠曲盆地”。一、挤压(挠曲)盆地类型及其特征（一）板块构造体制中的挤压（挠曲）盆地类型该类盆地的形成与板块之间的相互聚敛运动和板内挤压的构造环境有关。常见的挤压型盆地类型如下：（一）板块构造体制中的挤压（挠曲）盆地类型1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷（挠曲）盆地主要包括海沟、斜坡、弧前和弧后地区由挤压作用形成的盆地。1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷（挠曲）盆地（l）海沟：在两个板块发生B型俯冲作用的地带，堆积物包括来自岩浆弧上的碎屑和B型俯冲过程中刮落下来的大洋地壳及其表层的深海沉积物等。堆积在斜坡盆地和弧前盆地中的陆源碎屑可以通过水下峡谷带到海沟中沉积下来，常发育浊积岩、混杂岩、海底扇等。海沟附近地区充填的沉积层受B型俯冲的影响而发生强烈的褶皱并产生逆冲断层，构成与B型俯冲有关的增生楔（如巴基斯坦的莫克兰海沟，图4－6）。增生楔岩层表现出被构造混杂后的构造层序（图4－7）。现代主要在环太平洋的B型俯冲带上的海沟和印度洋北部边缘的海沟（如莫克兰海沟、爪哇海沟）上发育增生楔，而地质时期的增生楔则可能演变成为褶皱造山带的一部分。1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷（挠曲）盆地（2）斜坡盆地：位于岩浆弧与海沟的斜坡上，盆地基底由俯冲杂岩组成，本身也可能演化成为俯冲杂岩的一部分。比较低的位置可以向海沟过渡，形成海沟－斜坡盆地，斜坡中上部可以发育斜坡沉积裙和阶地沉积。与海沟的主要区别是，斜坡盆地的沉积物不应该包含从俯冲的洋壳表面刮落下来的深海沉积；与弧前盆地的主要区别是，斜坡盆地的基底是俯冲杂岩增生楔，而弧前盆地的基底主要是岩浆弧基底（图4－8）。1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷（挠曲）盆地（3）弧前盆地：位于岩浆弧轴部向海沟方向一侧的盆地，或弧－沟间隙区的盆地，靠俯冲带一侧则发有挤压褶皱和逆冲断层或逆冲走滑断层，靠岩浆弧一侧可以出现正断层。弧前盆地的基底可以是早期的残留洋壳（由于俯冲带并非严格地发生在洋壳和陆壳之间）或浆弧基底（图4－8）。1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷（挠曲）盆地（4）弧后前陆盆地：北美型大陆边缘的岩浆弧后面常发有逆冲断层带，在断层下盘发育挠曲盆地，常与相邻的岩浆弧平行延伸。这类盆地是挤压（挠曲）盆地的主要类型之一，如加拿大的阿尔伯达盆地、美国西部落基山东侧的山前盆地等。2．与板块碰撞作用有关的挤压（挠曲）盆地主要包括残留盆地、周绿前陆盆地和山间盆地等。2．与板块碰撞作用有关的挤压（挠曲）盆地（5）残留盆地：指碰撞造山带内部或边缘，以尚未俯冲消失的洋壳为底的盆地。碰撞作用发生后，沿碰撞带走向可能过渡到B型俯冲带，在碰撞陆缘及仍然在俯冲的弧－沟系间的挤压型盆地亦属于残留盆地。进一步的碰撞作用可能导致盆地抬升与消失或成为碰撞造山楔的一部分。沉积物主要来源于周围碰撞造山带，以发育浊流形成的复理石沉积和与碰撞造山带有关的海相磨拉石沉积为特点。残留盆地可以向周缘前陆盆地过渡。如孟加拉湾是现代的残留盆地的实例。2．与板块碰撞作用有关的挤压（挠曲）盆地（6）周缘前陆盆地：指造山带与克拉通之间的前陆地区发育的挠曲盆地，以瑞士的阿尔卑斯山前的磨拉石盆地最为典型，因此磨拉石盆地也成为这类盆地的代名词。“磨拉石”通常也泛指那些以陆相为主、巨厚的砾岩和砂岩占优势的沉积岩层，岩层的分选性差，层理不规则，相变急剧，是造山带山前地区的典型沉积类型。（7）山间盆地：指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳（通常是克拉通或早间的褶皱带）为基底的挤压盆地，即以逆断层为盆地边界的压陷盆地。如我国天山褶皱带中的一些盆地。3．与克拉通内部挤压环境有关的挤压（挠曲）盆地克拉通板块内部受到挤压作用可以使原先的地缝合带或古俯冲带再次活动，或使统一的克拉通破裂，发生板内造山，这一构造过程中也能形成一些由大型逆冲断层带控制的挤压（挠曲）盆地。在克拉通内部或远离造山带主体的山前地区，由逆断层A型俯冲可形成压陷（挠曲）盆地。它可以与前陆盆地相邻，且构造方向和发育历史可以与前陆盆地类比，显示出其亲缘关系。如美国西部落基山前的克拉通内部的风河盆地，与落基山前前陆盆地（绿河盆地）相邻。板块内部受到挤压作用时地壳也可以产生大规模的褶皱变形，背斜核部相对隆升遭受剥蚀，向斜核部相对沉降形成沉积盆地，这种盆地也属于压陷（挠曲）盆地的一种，可称为褶陷盆地或构造盆地。二、前陆盆地和板内挤压（挠曲）盆地的主要特征前述各种类型的挤压（挠曲）盆地，有些是短命的，只存在于现代板块构造系统中。例如，海沟、斜坡和弧前盆地以及残留洋盆等，随着洋壳俯冲消减而成为碰撞造山带，这些盆地多数被卷入造山带中，或被俯冲作用带入地壳深处发生强烈的变形－变质作用。在地壳表面被较好地保存下来的挤压（挠曲）盆地是那些以“稳定”克拉通为基底的前陆盆地，包括弧后前陆盆地、周缘前陆盆地以及克拉通内部的挤压（挠曲）盆地。1．前陆盆地与板内挤压（挠曲）盆地大陆板块碰撞后，周缘前陆盆地与弧后前陆盆地可以分别位于造山带（缝合带）的两侧（图4－10）。要区分是周缘前陆盆地还是弧后前陆盆地有时是很困难的。周缘前陆盆地可能更靠近缝合带，并且盆地早期沉积物的水深相对深一些，覆盖在裂陷的被动大陆边缘之上，而作为载荷的造山带则可能是先前与B型俯冲有关的增生杂岩和弧前盆地的沉积层。弧后前陆盆地靠近陆缘岩浆（火山）弧，因而沉积物中可能有更多的火山碎屑，而作为载荷的逆冲褶皱带则主要是岩浆弧。1．前陆盆地与板内挤压（挠曲）盆地还有一些与造山带不相邻，但也是大陆地壳挤压－挠曲作用形成的盆地，陈发景（1992）称其为“挠曲类前陆盆地”或“类前陆盆地”，属于克拉通内部的挤压（挠曲）盆地。陈发景（1992）认为类前陆盆地包括三种构造背景：（1）前陆地区的基底拆离（或基底滑移）作用以及伴生的基底卷入式逆冲断层系统的构造负荷作用，使下盘系统形成压陷（挠曲）盆地，例如落基山地区的风河盆地等（图4－11）；（2）由于前陆盆地的前缘隆起进一步受挤压隆升造成的构造负荷作用，使前陆盆地前缘隆起外侧（向克拉通方向）凹陷成为一个相对独立的压陷（挠曲）盆地（图4－12），这种盆地也被称为“破裂前陆盆地”（brokforelandbasin）；（3）早期的克拉通边缘的夭折裂谷在大洋闭合和大陆碰撞造山过程中演化成为拗拉槽，由于拗拉槽层序的构造反转形成褶皱－冲断带造成的构造负荷作用，使拗拉槽肩部及外侧地带形成压陷（挠曲）盆地。2．前陆盆地系统P．G．DeCelles等（1996）提出了前陆盆地系统（forelandbasinsystems）的概念。涵义包括三方面内容（图4－13）：①前陆盆地系统是指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳之上的沉积物堆积的潜在地区，沉降主要是与俯冲作用及其导致的周缘或弧后褶皱逆冲带有关的地球动力学过程的响应；②前陆盆地系统由四个分隔的构造沉积带组成，它们分别称为逆冲楔顶部带（wedge-top）、前渊带（foredeeP）、前隆带（forebulge）和隆后凹陷带（back-bulge）；2．前陆盆地系统③前陆盆地系统的延伸长度大致与褶皱带的长度相等，不包括溢出到邻近的残留海盆地和碰撞大陆裂陷盆地中的沉积物。但是，并非所有的前陆盆地系统的四个构造沉积带都发育完整。前陆盆地的形态可以是简单的也可能很复杂（图4－14），甚至包含一些发育在逆冲断层上盘的背驮式盆地，或前缘隆起被逆冲隆升使隆后凹陷带成为相对独立的类前陆盆地。3．前陆盆地与板内压陷（挠曲）盆地的识别标志挤压作用所产生的褶皱－冲断层带往往是直接的构造负荷，而挤压作用的动力来源则是与板块碰撞作用（陆－陆碰撞、岛弧－大陆碰撞或岛弧－岛弧碰撞）和俯冲作用有关。因此，这些盆地具有一些共同特征：①盆地具有不对称性，即靠近构造负荷部位往往是以逆冲断层（带）为边界，且沉降较深，沉积层较厚；②盆地的演化与造山带（褶皱－逆冲带）的演化相关；③沉积充填物质包括两部分，一部分来自造山带或冲断隆起上，一部分来自克拉通地区；④随着盆地的演化，早期沉积层逐渐被卷入逆冲褶皱带中，并使盆地沉降、沉积中心向逆冲前锋方向（前缘隆起方向）迁移。这些特征中最具鉴别意义的是逆冲褶皱作用对沉积作用的控制，即在挤压作用背景下发育有同沉积逆冲断层或同沉积纵弯褶皱的沉积盆地。二、挤压（挠曲）盆地中的构造样式挤压（挠曲）盆地是在挤压体制下形成的，因而盆地内部的构造变形亦是以逆冲－褶皱构造为主。（一）逆冲－褶皱带的构造样式1．前陆盆地边缘逆冲带的构造样式前陆盆地边缘逆冲褶皱带的构造样式以向前陆方向逆冲的叠瓦状逆冲断层系为特点。靠近造山带部分的逆冲断层的倾斜相对较陡，向前陆方向逆冲断层的倾斜逐渐变缓，而这些逆冲断层向深部产状变得更缓，收敛于基底拆离断层之上，构成叠瓦扇构造。叠瓦扇向前陆方向的逆冲断层成为前陆盆地系统的“逆冲楔”的一部分。1．前陆盆地边缘逆冲带的构造样式前陆盆地边缘的逆冲断层可以是基底卷入型的逆冲断层，也可以是薄皮的逆冲断层。逆冲断层系的上盘系统可能包含有从地壳深部逆冲上来的岩石或经过强烈挤压变形的造山带物质。有些逆冲断层则是在褶皱变形基础上形成的，即岩层先挤压褶皱变形，进一步褶皱紧闭－倒转，在倒转翼发生逆冲断层（图4－15）。在前陆盆地边缘的逆冲褶皱带可有多次逆冲作用叠加的变形。如果造山楔有较大的逆冲位移，其底部也可发育双重构造。2．前陆盆地内部的逆冲构造样式前陆盆地内部以薄皮逆冲构造为特点。1）铲式逆冲断层与蛇头构造、叠瓦扇构造逆冲断层面表现为上陡下缓的式形态，称为铲式逆冲断层。铲式逆冲断层上盘向上逆冲并发生褶曲变形，其形状貌似蛇头，称为蛇头构造。两条或两条以上的同向铲式逆冲断层向深层收敛为一条低角度逆冲断层（或拆离断层），构成逆冲叠瓦扇构造。2．前陆盆地内部的逆冲构造样式2）坡坪式逆冲断层与断弯招皱由于前陆盆地地层能干性的交替变化，在挤压作用下形成的逆冲断层产状随岩层能干性的变化而发生折射，断层在能干岩层中的切割角度较大，称为断坡，在非能干层中的角度很小，称为断坪，这种产状的逆冲断层称为坡坪式逆冲断层。坡坪式逆冲断层的上盘断坡逆冲到下盘断坪上后，上盘为了适应断层的几何形态会发生褶皱变形，称为断弯褶皱（图4－17）。2．前陆盆地内部的逆冲构造样式3）盲冲断层、断展褶皱与断滑褶皱前陆盆地中的逆冲断层多数没有直接逆冲露出地表。如果逆冲断层在逆冲过程中其位移逐渐减小以致在地层中尖灭，则称为盲冲断层（图4－18a）。伴随着盲冲断层的位移减小，断层上盘及上覆地层会发生褶皱变形，这种褶皱称为断展褶皱。类似的，顺层的逆冲断层也可能在层间尖灭，并引起上覆地层发生褶皱，这种褶皱称为断滑褶皱（图4－18b）。2．前陆盆地内部的逆冲构造样式4）双重构造和楔状双重构造一系列向前陆逆冲的坡坪式逆冲断层的断坪可以连接起来，构成双重构造（图419a、b）。双重构造是由一条顶板断层和一条底板断层夹持中间的逆冲断片（岩席）组成，夹持的中间逆冲断片又可以被若干分支断层切割。随着后方的逆冲断层的位移的增大，双重构造可以从“倾向后陆的双重构造”演化成为堆叠背形构造、“倾向前陆的双重构造”（图4－19c、d、e）.2．前陆盆地内部的逆冲构造样式4）双重构造和楔状双重构造双重构造的顶板断层也可以是一条“被动”的反向逆冲断层，底板断层的逆冲位移在断层前锋端部传递到顶部断层上，称为“楔状双重构造”或“被动顶板双重构造”（图4-20）。2．前陆盆地内部的逆冲构造样式5）冲起构造与逆冲三角带构造前陆盆地中向后陆逆冲的断层称为反冲断层。两条或两组逆冲断层相向倾斜，并使中间的公共上盘断块向上逆冲，这种构造称为冲起构造。相背倾斜的两条逆冲断层，它们各自的上盘断块相对逆冲到其公共的下盘断块之上，这种样