加拿大西部前陆盆地区域地质背景演化及沉积旋回

/f 1叩 6年 10月 石 油 勘 探 开 发 情 报尸 U第 5期fb 加拿大西部前陆盆地 V L.区域地质背景、演化及沉积旋回之 1Dale A 等 著 DA 八 熊 保 贤 赵 追 节 译 冯 为民“前 陆 盆 地 ”一 词 由 DickinsonH974JJE 式 提 出 ， 用 于 描 述 边 缘 和 弧 后 前 陆 盆 地 ， 系 指 沉 积 于 陆 壳 之 上 的 盆 地 充 填 形 式 或 古 裂 谷 边 缘 沉 积 柱 体 。 这 里 ， 前 陆 盆 地 被 定 义 为 紧 邻 活 动 造 山 带 的 克 拉 通 区 沉 积 序 列 .沉 积 物 主 要 来 源 于 造 山 带 井 向 造 山 带 加 厚 。 邻 近 造 山 带 的 前 陆 盆 地 沉 积 物 在 后 期 一 般 均 卷 人 褶 皱 冲 断 作 用 .其 运 动 方 向 指 向 克 拉 通 ， 造 成 早 期 沉 积 物 构 造 缩 短 和 调 整 。边 缘 前 陆 盆 地 包 括 骞 马 拉 1雅 山 南 部 的 印 度 恒 河 盆 地 及 台 湾 盆 地 .前 者 ， 陆 陆 碰 撞 发 生 在 印 度 次 大 陆 与 亚 州 大 陆 之 间 .使 其 中 一 侧 部 分 大 陆 边 缘 俯 冲 消 减 。 对 边 缘 前 陆 盆 地 将 不 作 进 一 步 讨 论 *中 、 新 生 代 北 美 西 部 前 陆 盆 地 是 弧 后 前 陆 盆 地 。 如 图 所 述 ， 弧 后 前 陆 盆 地 形 成 于 冲 断 带 靠 克 拉 通 一 侧 .邻 近 因 大 规 模 陆 壳 俯 冲 形 成 的 岩 浆 弧 (A型 俯 冲 ） 。 弧 后 前 陆 盆 地 的 现 今 实 例 就 是 紧 邻 南 美 Subaidean冲 断 带 东 部 形 成 的 盆 地 。北 美 西 部 的 前 陆 盆 地 为 一 拉 张 槽 ， 是 在 原 始 落 基 山 东 缘 与 被 称 为 北 美 克 拉 通 的 稳 定 内 陆 板 块 之 间 发 育 起 来 的 （ 图 2)t其 最 大 延 伸 范 围 长 超 过 600Ckm.即 从 北 冰 洋 到 墨 西 哥 湾 ； 宽 约 ISOOkm,即 认 北 冰 洋 到 墨 西 哥 湾 ： 宽 约 leOOkm.由 Ontario最 西 端 到 不 列 颠 哥 伦 比 亚 中 部 .在 中 侏 罗 到 中 第 三 纪 盆地 演 化 过 程 中 ， 沉 积 盆 地 西 缘 ， 沉 积 物 厚 度 超 过 6km。西 缘 内 部 海 道 反 复 侵 人 前 陆 盆 地 ， 它 是 地 壳 负 荷 作 用 直 接 作 用 的 结 果 地 壳 负 荷 作 用 来 源 于 西 部 延 伸 的 褶 皱 冲 断 带 .该 措 皱 冲 断 带 在 西 部 形 成 陵 起 地 形 。 控 制 前 陆 盆 地 沉 降 及 沉 积 的 主 要 因 素 是 阿 拉 斯 加 至 墨 西 哿 術 冲 消 减 引 起 的 深 成 作 闬 .火 山 作 用 及 岩 石 圈 载 荷 作 用 共 同 作 用 的 结 果 .其 次 是 前 陆 盆 地 内 部 沉 积 载 荷 作 用 。 主 要 的 海 平 面 波 动 . 部 分 是 受 海 面 升 降 的 控 制 ， 也 影 响 盆 地 的 沉 积 。本 章 描 述 北 美 前 陆 盆 地 加 拿 大 西 部 的 区 域 构 造 背 景 、 地 层 、 沉 积 旋 回 及 古 地 理 ，前 陆 盆 地 层 序 演 化 相 当 于 斯 洛 斯 的 中 侏 罗 世 到 始 新 世 祖 尼 层 序 / /加 拿 大 西 苟 (前 陆 盆 掩 的 演 化(科 迪 勒 拉 构 造 地 层 带 及 架 岩 体加 拿 大 西 部 前 陆 盆 地 与 早 中 侏 罗 世 开 始 的 加 拿 大 科 迪 勒 拉 西 部 的 演 化 密 切 相 关 。 中 侏 罗 世 至 早 第 三 纪 发 生 的 几 次 主 要 的 构 造 碰 撞 事 件 导 致 阿 尔 伯 达 西 部 及 不 列 颠 哥 伦 比 亚 区 五 构 造 地 层 带 的 形 成 （ 图 3)。 其 中 包 括 落 基 山 、 山 间 及 岛 屿 带 ， 它 们 主 要 由 未 变 质 到 弱 变 质 到 低 级 变 质 的 火 山 岩 和 沉 积 岩 里 成 。 它 们 被 两 个 缝 合 带 杂 岩 分 开 .即 奧 米 尼 卡 带 及 海 岸 深 成 杂 岩 .由 高 级 变 质 岩 和 深 成 岩 组 成 。 位 于 英 属 哥 伦 比 亚 东 部 、 阿1996年 月 5勤 探 开 发 情 报 第 5期瑢 作 用#图 1沿 安 第 斯型 大 陆 边 缘岩 浆 弧 的 箝冲 作 闯 .该 楔型 常 用 于 解释 加 拿 大 西部 前 陆 盆 地 的 形 成 （ .引 自 Bally和SneUon 19501尔 伯 达 、 萨 斯 喀 切 温 及 马 尼 托 巴 .前 陆 盆 地 沉 积 物 形 成 一 个 由 未 变 质 碎 屑 岩 组 成 的 向 西 增 厚 的 楔 彤 体 3在 落 基 山 褶 皱 冲 断 带 早 期 前 盆 地 的 沉 积 物 已 被 构 造 变 形 。 最 近 . Monger对 科 迪 勒 拉 造 山 带 作 过 概 述 与 早 侏 罗 世 哥 伦 比 亚 造 山 运 动 有 关 的 碰 撞 ， 导 致 被 动 边 缘 楔 形 体 西 部 山 间 带 与 北 美 克 拉 通 间 的 挤 压 ， 山 间 带 与 克 拉 通 间 的 缝 合 带 为 高 级 变 质 岩 和 花 岗 岩 组 成 的 奥 米 尼 卡 带 （ 图 -3) D维普资讯 1996年 1 月 石 油 勘 探 开 发 情 报 第 3期mmEZH砂 从 前 纽 康 姆 阶 至 晚 白 垩 世 ， 来 自 于 安 第 斯 型 大 陆 边 缘 岩 浆 弧 的 火 山 作 用 及 其 相 关 的 沉 积 作 用 占 主 导 地 位 ， 导 致 一 套 厚 的 粗 碎 屑 陆 源 沉 积 物 沉 积 ， 在 中 白 垩 世 期 间 ， 山 间 带 与 克 拉 通 间 碰 揸 明 显 减 少 ， 造 成 构 造 宁 静 期 间 ， 尽 管 在 这 一 时 期 ， 扳 块 运 动 及 其 内 部 应 力 体 制 变 化 可 能 导 致 克 拉 通 大 规 模 的 向 下 弯 曲 ， 该 阶 段 还 同 中 白 垩 世 海 平 面 上 升 3维普资讯 http:/www.cqvip.i年I P月 石 油 勘 探 开 发 惰 报 第 期20030Om相 一 致 ， 在 任 何 事 件 中 ， 该 阶 段 最 大 沉 降 与 低 成 熟 粗 砾 岩 沉 积 物 供 给 相 结 合 在 前 陆 盆 地 产 生 一 个 厚 的 海 相 页 岩 层 - 就 象 下 面 讨 论 的 那 样 s第 三 阶 段 :标 志 着 晚 白 垩 世 至 古 新 世 斜 向 挤 压 的 恢 复 、 一 个 次 主 要 外 来 地 体 .一 般 相 当 于 图 3中 的 岛 屿 带 ， 与 北 美 克 拉 通 和 已 増 生 的 山 间 带 碰 撞 .形 成 拉 腊 米 造 山 带 .海 岸 深 成 杂 岩 代 表 岛 屿 带 向 北 美 新 生 的 缝 合 带 。 复 活 的 冲 断 叠 加 作 用 导 致 前 陆 盆 地 向 东 扩 展 并 形 成 一 套 厚 的 以 陆 源 沉 积 物 为 主 的 沉 积 D在 早 康 潘 阶 至 晚 始 新 世 期 间 ， 由 于 这 一 晩 期 挤 压 使 克 拉 通 地 层 及 上 覆 前 陆 盆 地 地 层 缩 短 达 200knu从 中 麦 斯 特 里 奇 特 期 至 晚 古 新 世 （ 约 70 60Pa) 在 科 迪 勒 拉 为 一 主 要 岩 浆 活 动 平 静 期 .造 成 造 山 带 和 前 陆 盆 地 被 动 均 衡 抬 升 ， 形 成 一 个 重 要 的 侵 浊 面 。 始 新 世 期 间 -前 陆 盆 地 型 沉 积 及 挤 压 停 止 .而 在 东 褶 皱 冲 断 带 存 在 沉 积 作 用 和 后 成 褶 皱 作 用 。 在 始 新 世 期 间 ， 奥 米 尼 卡 带 遭 受 一 个 主 要 地 壳 拉 张 * 伴 随 着 髙 热 液 及 髙 抬 升 率 。 在 西 加 拿 大 科 迪 勒 拉 内 部 .从 古 新 世 到 中 新 世 (644OMa) - 紧 跟 岩 浆 活 动 间 歇 期 的 是 强 烈 的 岩 浆 活 动 。 在 这 一 时 期 .沉 廷 蒂 纳 一 落 基 山 谷 断 裂 带 右 行 走 滑 运 动 持 续 不 变 。加 拿 大 西 部 前 陆 盆 地 前 陆 盆 地 呈 不 对 称 状 ， 最 深 部 位 于 褶 皱 冲 断 带 一 侧 这 是 由 于 造 山 带 冲 断 板 块 负 荷 作 用 与 盆 地 本 身 次 级 沉 积 物 负 荷 作 用 相 结 合 造 成 的 （ 图 在 加 拿 大 西 部 前 陆 盆 地 - 沉 降 量 和 沉 降 率 与 冲 断 席 的 增 长 最 接 近 ， 正 是 在 这 里 沉 积 物 原 集 量 最 大 .形 成 叠 加 的 、 向 西 増 厚 的 晬 屑 物 楔 形 体 。 盆 地 不 对 称 沉 降 同 时 还 影 响 水 系 型 式 .形 成 一 个 大 体 上 平 行 于 盆 地 轴 向 的 主 导 水 系 分 布 体 系 。 前 陆 盆 地 最 近 的 模 拟 表 明 盆 地 轴 向 水 系 分 布 型 式 是由 快 速 冲 断 作 用 造 成 的 欠 充 填 盆 地 的 特 征 。 相 比 之 下 .过 充 填 前 陆 盆 地 具 有 垂 直 于 造 山 带 的 水 系 型 式 D由 于 褶 皱 冲 断 带 不 断 向 东 迁 移 -前 陆 盆 地 前 板 状 及 冒 地 斜 ， 也 就 是 前 陆 盆 地 地 层 不 断 同 变 形 带 联 合 ， 变 形 带 被 挤 压 缩 短 .与 随 后 的 盆 地 沉 积 近 于 同 时 期 .其 缩 短 量 在 北 部 接 近 50km,在 南 部 为sA*的 上 ？ te缶 岩 石石-T3B未 聚 *眩上 地 天 *石 枸 a墦 厚天 补 禳STS早 5LIT沉 嗶 置子 5:S班 逋 的wai4 - - -图 4描 述 加 拿 大 西 部 前 陆 盆 地 形 成 的 模 型 ， 板 块 增 生 及 挤 压 造 成 上 地 成 壳 岩 石 逆 冲 推 覆 .导致岩 石 圈 均 衡 弯 曲 弁 由 同 造 山 沆 积 形 成 前 陆 盆 地地 理 单 元 及 地 层前 陆 盆 地 包 括 变 形 带 内 前 陆 盆 地 变 形 沉 积 物 ） 可 以 划 分 为 五 个 北 西 一 南 东 向 古 地 理 单 元 .每 1、 单 元 具 有 不 同 的 水 深 、 沉 积 速 率 、 沉 积 相 、 沉 降 速 率 及 构 造 的 稳 定 性 、 由西 向 东 主 要 单 元 是 图 5) B1、 构 造 活 动 山 地 ：2、 最 大 沉 降 带 ；3、 高 沉 降 带 f4、 开 阔 构 造 枢 纽 带 ；5、 稳 .定 东 部 台 地 ；构 造 话 动 山 地 由 科 迪 勒 拉 褶 皱 一 冲 断 带 及 其 相 关 的 深 成 作 用 和 火 山 作 用 为 代 表 f包 括 奥 米 尼 卡 带 和 落 基 山 带 ） 。4图 5过 加 拿 大 西 部 前 陆 盆 地 最 大 海 侄 期 理 想 的 构 造 及 地 层 剖 面 *箭 头 的 位 置 , 方 向 和 大 小 表 示 相 应 的 冲 新 、 沉 降 及 抬 fK反 弹 K圆 围 内 数 字 指 文 中 主 要单- 充 “（据K auffman, 19M,略 餘改最 大 沉 降 带 邻 近 扰 动 带 并 在 东 部 以 前 隆 起 为 界 1沉 积 物 由 来 自 于 构 造 活 动 山 地 的 軍 层 粗 轹 屑 半 韵 律 组 成 。 该 带 交 替 出 现 河 流 、 沿 岸 平 原 及 浅 海 环 境 *在 海 侵 期 间 水 深 可 能 低 于 50m,该 带 C前 陆 盆 地 轴 带 ”)不 断 向 东 位 移 同 科 迪 勒 拉 变 形 一 前 一 后 串 联 .依 据 科 迪 勒 拉 冲 断 率 ， 前 隆 起 可 能 已 是 不 必 要 的 一 个 地 貌 高 。高 沉 降 带 是 一 个 宽 阔 的 盆 槽 -是 盆 地 深 水 部 分 .在 海 退 过 程 中 ， 盆 地 接 受 最 大 厚 度 的 细 至 中 粒 砾 屑 沉 积 ， 最 大 水 深 为 200 300m。开 阔 构 造 枢 纽 带 迁 移 与 科 迪 勒 拉 变 形 一 前 一 后 迸 行 *其 特 征 为 急 剧 的 岩 相 变 化 及 低 一 中 等 沉 积 物 沉 积 速 度 和 沉 降 率 ,该 带 以 细 粒 砾 岩 小 碳 酸 盐 岩 为 主 地 层 层 序 较 薄 并 包 括 大 量 的 不 整 合 ， 水 深 韻 一 2001n0稳 定 的 f部 台 地 是 一 个 陆 架 、 特 征 为 低 的 沉 降 速 度 和 沉 积 率 除 边 缘 区 外 沉 积 物 是 细 粒 的 ， 在 东 部 ， 普 遍 富 含 碳 酸 盐 岩 沉 积 物 ， 地 层 层 序 薄 而 且 具 有 大 量 不 整 合 ； 水 深 低 于 1 00一 般 地 ， 前 陆 盆 地 中 沉 积 饬 主 要 由 砂岩 、 粉 砂 岩 、 页 岩 及 盆 地 边 缘 接 近 主 要 物 源 区 的 巨 厚 砾 岩 组 成 .还 有 相 当 数 量 的 来 自 于 东 部 或 北 东 部 的 砾 屑 。 在 盆 地 东 部 ， 薄 灰 岩 层 普 遍 存 在 .是 由 于 在 最 大 海 侵 阶 段 ， 该 带 砾 屑 来 源 明 显 减 少 而 造 成 。图 6表 示 的 是 沿 着 及 跨 过 前 陆 盆 地 的 系 列 有 代 表 性 区 域 地 层 横 剖 面 。构 造 要 素西 加 拿 大 沉 积 盆 地 以 前 陆 盆 演 化 期 间 表 现 出 的 几 个 主 要 构 造 及 地 理 因 素 为 特 征 （ 图 7).在 落 基 山 带 中 现 今 所 指 的 落 基 山 大 体 上 是 晚 白 垩 到 古 新 世 拉 腊 米 造 山 运 动 的 结 果北 阿 尔 伯 达 ， 块 断 和 平 河 拱 形 带 在 早 寒 武 纪 期 间 被 抬 升 并 作 为 构 造 高 保 持 到 晚 泥 盆 世 .此 时 盆 地 开 始 差 异 沉 降 并 开 始 形 成 盆 地 。 沉 降 持 续 整 个 晚 古 生 代 和 中 生 代 .沉 降 幅 度 为 100 50m， 在 白 垩 纪 期 间 ， 沉 降 位 于 一 个 小 地 区 。 晚 白 垩 一 第 三 纪 期 间 .由 于 较 远 的 西 部 拉 腊 米 变 形 造 成 和 平 河 拱 形 带 再 次 形 成 正 地 形 特 征 。斯 威 持 格 纳 斯 （ 囝 7)位 于 阿 尔 伯 达 甫 部 和 蒙 大 拿 北 部 ,把 威 利 斯 拉 盆 地 和 阿 尔 伯维普资讯 http:/www.cqvip1SS5年 ： : 月 石 :SS探 开 发 情 S 第 3期_-v-i 艺3 -2二&f$ar7Hi-r 在 不 列 颠 哥 伦 比 亚 的 芝 克 曼 帕 斯 地 区 . 博 尔 德 克 里 克 组 洪 积 丰 厚 沉 积 物 中 每 个 古 溶 蚀 带 需 要 】 年 才 能 形 成 表 示 这 _期 间 存 在 一 个 沉 积 间 断 ， 在 90cn厚 的 博 尔 德 克 里 克 组 中 可 识 别 出 】 5个 古 溶 蚀 带 ， 可 能 代 表 50000年 沉 积 间 断 。 古 溶 蚀 带 的 发 育 与 低 水 位 期 间 河 谷 深 切 作 用 阶 段 相 吻 合 ， 此 时 洪 积 平 原 上 的 沉 积 速 度 降 低 。 在 皮 斯 沃 里 镇 附 近