前陆盆地研究现状.ppt

1、前陆盆地研究现状,刘 树 根 成 都 理 工 大 学,一、前陆的涵义 前陆(foreland)最初是由徐士(Suess,1833)提出的一个术语, 系指与造山带相毗邻的稳定地区,且造山带的岩层向它逆冲或掩覆。Bertraud(1897)和Haug(1900)曾将阿尔卑斯山脉的磨拉石作为前陆沉积物,并认为它是地槽发育晚期的产物。前陆被Hills(1940)定义为“地槽沉积物变形时, 向着它运动的稳定地块”。,前陆盆地的基本概念,一、前陆的涵义 Horberg(1949)等人描写的前陆是“在一系列逆掩片(Thrust Sheets)前面的地区”。Stille(1936)给前陆下的定义最通俗, 是指

2、“不再受阿尔卑斯式褶皱作用的大地构造单元, 至多不过发生日尔曼型的变形”。Eardley(1951)的前陆定义, 也就是今天我们理解的前陆是“在阿尔卑斯，大量复杂的地槽沉积物，加上侵入岩, 被向北推动了许多英里。运动所向的北面的稳定的陆块，即是前陆。”,前陆盆地的基本概念,一、前陆的涵义 Bates 和Jacksons(1987)认为“前陆是与褶皱造山带邻近的稳定区。通常情况下, 前陆具大陆型地壳, 并位于克拉通或台地区的边缘。” 因此, 前陆总是指碰撞造山带毗邻的稳定的克拉通部分。,前陆盆地的基本概念,二、前渊的涵义 前渊(foredeep)最早由Price(1973)提出。在板块学说问世之

3、前,前陆盆地被称作外地槽(Exogeosyncline)(Kay,1950),同义词为前渊(Fordeep),并认为前渊的形成与造山作用从较深的优地槽移向靠近的冒地槽(Miogeosyncline)有关。前渊被定义为位于山脉前缘的沉积盆地。 一些学者把前渊(foredeep)和前陆(foreland)当作同义语, 事实上前渊是指前陆上水较深的部分，并紧靠冲断带前缘; 前陆是指水浅的，离冲断带更远的部分(Ingersoll 和Bubsy, 1995)。,前陆盆地的基本概念,三、前缘隆起的概念 地壳的挠曲弯曲会在前陆盆地的远端产生隆起,该隆起即是前缘隆起(forebulge, 在英文中还称为out

4、er peripheral high, peripheral bulge)。前缘隆起的幅度可达几十米，可离冲断带数百公里。前缘隆起上的地层记录可提供有关前陆盆地构造演化的丰富信息。,前陆盆地的基本概念,三、前缘隆起的概念 确定正在活动的前陆盆地的前缘隆起位置只能依靠重力场研究。前缘隆起表现为高重力值，反映地壳底部向上弯曲(Karner and Watts, 1983)。在现代的弧背前陆盆地中，前缘隆起很少形成地形高, 这是过饱和充填前陆盆地的特征。然而, 在古代的前陆盆地中，沉积相平行于前缘隆起分布，这是饥饿充填前陆盆地的特征。前缘隆起对挠曲负载、前陆盆地的松弛作用和卸载历史非常敏感。 仔细研

5、究前缘隆起上及其附近的地层上超、楔状作用和尖灭之间的相互关系可提供有关前陆盆地演化的大量信息。,前陆盆地的基本概念,Ingersoll和Bubsy(1995)认为“foredeep”、“foreland”和“hinterland”(板块构造提出之前就存在的术语)由不同的人以不同的方式应用在板块构造理论中，并在一定程度上引起了混乱。因此，他们建议这些术语仅保留它们的自然地理学或水深浅的涵义, 即是指挤压造山带前缘的前渊或挤压造山带之前或之后的地块。,前陆盆地的基本概念,只有当板块构造环境己知时，才能称周缘的(peripheral)、弧后的(retroarc)或压扭性(transcompressi

6、onal)的前陆盆地。同时, 他们认为“后陆”(hinterland)的涵义太广泛，通常指山脉本身及其之后的地区，建议废弃hinterland术语。此外，许多学者(W.R.Dickinson, 1994 )使用“foredeep”时, 其真实涵意是指“forethick”。巨厚前陆沉积物可以存在于水极浅的盆地中, 因此水较深的前渊(foredeep)不能与巨厚地层相混淆。,前陆盆地的基本概念,四、冲断带的概念和研究进展 在构造上，与前陆盆地密切相关的一个重要概念是冲断带（Thrust belt），前陆盆地分析的每一个环节都离不开对该构造带的解剖。冲断带（Thrust belt）标志着造山带的外

7、部边缘，是处于造山带与盆地之间的过渡部位、造山带向盆地方向大规模掩冲推覆所形成的冲断系统。,前陆盆地的基本概念,前陆盆地的基本概念,四、冲断带的概念和研究进展,冲断带结构示意图,四、冲断带研究进展 （1）关于逆冲推覆构造的形成。已提出了如下三种基本机制：侧向挤压; 重力滑动和重力扩展, 以及辅助机制基底相对于盖层的缩短（Price和McClay，1981）；认识到滑脱层和/或流体超压是冲断构造形成或活动的必要条件；并建立了褶皱推覆、逆冲推覆和滑覆三种成因模式； （2）关于冲断带的变形特征。临界库仑楔假说已经被广泛认为是冲断带发育的主要模型（Dahen，1990；Brown，2004；McCla

8、y和Whitehouse，2004）。而断层相关褶皱作用则是前陆地区岩层的主要变形机制，并建立了多种模型（何登发等，2002），因此冲断层系统及其相关褶皱就是前陆褶皱冲断带的主要变形样式 ； （3）冲断层按照其倾角大小可分为低角度的与高角度两种； （4）根据褶皱冲断带的构造环境和内在特点，可将其分为6种类型（何登发和贾承造，2005） （5）冲断带演化与表面过程之间的动态作用是近年的研究热点,前陆盆地的基本概念,五、前陆盆地的基本概念 前陆盆地(Foreland basin)是在板块构造学产生之前就存在的术语,用来描述褶皱带和克拉通之间的盆地(Allen et al, 1986)。在板块学说问

9、世之前,前陆盆地被称作外地槽(Exogeosyncline)(Kay,1950),同义词为前渊(Fordeep),并认为前渊的形成与造山作用从较深的优地槽移向靠近的冒地槽(Miogeosyncline)有关。前渊被定义为位于山脉前缘的沉积盆地。,前陆盆地的基本概念,五、前陆盆地的基本概念 板块学说问世后,Dickinson(1974)将前陆盆地分为两类：一类是周缘前陆盆地。它是在靠近地缝合线的俯冲板块上发展起来的一种前陆盆地。另一类是位于仰冲板块上,分布在岩浆岛弧的后面,被称作弧背前陆盆地或退弧盆地(Retroarc foreland basin)。在弧背前陆盆地形成前,一般为边缘海盆地和弧间

10、盆地。后来岛弧和大陆碰撞挤压迫使边缘海沉积物受挤压形成褶皱-冲断带。在褶皱-冲断带的前缘形成弧背前陆盆地。无论是周缘前陆盆地,还是弧背前陆盆地,它们的形成都是由于克拉通岩石圈挠曲引起的。这种挠曲与大陆碰撞或岛弧和大陆碰撞所产生的褶皱-冲断带构造负荷有关。,前陆盆地的基本概念,五、前陆盆地的基本概念 Bally和Ne1son对前陆盆地采用了不同的术语。他们把前陆盆地称作缝合带周缘盆地(Perisutural Basin),即在大陆岩石圈之上发育与巨型缝合带有关的盆地,并且认为前陆盆地的形成与A型俯冲带有关。H.G.Reading(1986)认为,前陆盆地是在褶皱冲断带与被冲断层逆掩的克拉通之间发

11、育的大型沉积盆地。T.E.Jordan(1991)认为, 前陆盆地是由于板块碰撞产生的逆掩推覆体加载于大陆边缘,并使大陆前缘隆起而形成的一种不对称盆地。,前陆盆地的基本概念,六、前陆盆地的构造单元组成 （1）中、新生代岩浆弧。由洋壳向陆壳俯冲，在大陆边缘形成的岩浆弧，如美国西海岸；或由陆、陆碰撞产生的岩浆弧，如喜马拉雅造山带； （2）褶皱、冲断带。因地球动力学作用产生的褶皱推覆体、叠瓦推覆体和滑覆体等类型，深部常见堆叠构造，成为前陆盆地靠造山带一侧陡翼，或称前陆盆地活动翼；,前陆盆地的基本概念,六、前陆盆地的构造单元组成 （3）深坳陷或称前渊（Foredeep）。是前陆盆地的主体，在俯冲或碰撞

12、前，处于稳定大陆边缘，有大陆架海相碳酸盐岩或斜坡上的复理石沉积。造山褶皱带形成后，处于造山带前缘坳陷，常为陆相磨拉石沉积； （4）前陆斜坡（Foreland slope）。靠近克拉通一侧的缓斜坡上，实属前陆盆地缓翼，或称前陆稳定斜坡； （5）前缘隆起（Forbulge）。当前陆盆地因负载向下坳陷时，按薄板弹性负荷原理，就会在相邻克拉通一侧，引起挠曲隆起（Flexural uplift），称前缘隆起（或前隆）。,前陆盆地的基本概念,前陆盆地和前陆盆地系统,(A)典型前陆盆地平面示意图; (B) 典型前陆盆地剖面示意图; (C)前陆盆地系统剖面示意图(图中: TF逆冲带的地形前端; D双重构造;

13、TZ前缘三角带),一、前陆盆地概念的局限性 P.G. DeCelles 和K.A. Giles(1996)认为前陆盆地的概念在两个重要方面是不完善的: (1)从现代的和古代的前陆环境看,很显然,来源于逆冲带、前缘隆起区和克拉通的沉积物以及内源碳酸盐沉积物的范围远远超过挠曲沉降带之外(即:从前缘隆起指向克拉通)。这样的例子有科迪勒拉、亚马逊、印度尼西亚的造山带相关的沉积堆积,其范围均超过它们各自主挠曲沉降边界数百公里。(2)在一些前陆环境中沉积物堆积,如瑞士磨拉石盆地、台湾前陆盆地和波河一亚得里亚前陆盆地,则非常狭窄并被限在主挠曲沉降带之内。,前陆盆地系统的概念,二、前陆盆地时空结构 活动翼:位

14、于碰撞山链一侧,以发育不同程度的冲断褶皱或薄皮构造为特征; 深坳陷(trough):紧邻活动翼,即位于掩冲带的下盘,是沉积体系保存最全也是前陆盆地埋藏最深最厚的地段;也有薄皮滑脱构造发育,但滑脱层位进一步提高,构造形成时期较掩冲带晚; 稳定的前陆斜坡(foreland slope): 常是一个连接深坳陷向克拉通延伸的宏观上的区域大单斜。 前陆盆地斜坡是所占面积最广的一个组成部分。,前陆盆地系统的概念,三、前陆盆地系统的概念 前陆盆地系统有三方面的涵义: (1)前陆盆地系统是在会聚造山带与克拉通之间的大陆地壳上形成具大量沉积物的长形地区, 它是对造山带及其相关俯冲体系的地球动力学响应; (2)前

15、陆盆地系统可分为四个沉积带, 分别称为楔形顶、前渊、前缘隆起和后缘隆起沉积带; (3)前陆盆地系统的纵向长度与毗邻褶皱冲断层带的长度近似相等。,前陆盆地系统的概念,前陆盆地和前陆盆地系统,(A)典型前陆盆地平面示意图; (B) 典型前陆盆地剖面示意图; (C)前陆盆地系统剖面示意图(图中: TF逆冲带的地形前端; D双重构造; TZ前缘三角带),前陆盆地和前陆盆地系统,The four depositional zones of a foreland basin system,(1)前陆盆地的形态有简单型、复杂类型或背驮式盆地; (2)前陆盆地是一类重要的挠曲盆地,挠曲程度决定于盆地岩石圈的刚

16、度、构造负荷和沉积负荷的大小; (3)已提出的前陆盆地挠曲模型有弹性模型、粘弹性模型和热挠曲模型; (4)前陆盆地的形成演化与邻近造山带的发展密切相关;,前陆盆地的基本特点,前陆盆地的形态(1),前陆盆地的形态(1),弹性板在负载(高1km、宽50km、密度2400kg/m3)作用下的挠曲变形(D挠曲刚度 ),弹性板变形的剖面图,A 在均衡补偿作用下负载和弹性板的初始状态; B具50km宽、1km厚负载的区域补偿作用，显示盆地形态随挠曲刚度(单位为牛顿米)而变化; C与B一样, 但垂直比例尺放大较小, 显示由负载形成的山脉高度大于邻近盆地的沉降深度,在恒定负载作用下不同时间粘弹性板的变形特征,

17、(6)前陆盆地的沉降曲线具有缓、陡、缓特征,早期一般较缓,晚期较陡,沉降速率一般比裂谷和克拉通盆地大。沉降中心和沉积中心不一致。沉降中心一般向克拉通方向迁移; (7)前陆盆地一般为陆源碎屑充填的海盆或内陆盆地,缺乏海相碳酸盐岩沉积; (8)前陆盆地一般为冷盆,热流值小于1.0HFU; (9)前陆盆地缺乏区域性火山活动;,前陆盆地的基本特点,(10)前陆盆地的构造样式主要为薄皮逆冲断层带、被动双重构造,往克拉通方向发育背冲和对冲的基底卷入型逆冲断层; (11)一般在前陆盆地前缘发育前缘隆起,并在前缘隆起靠近克拉通一侧发育次要的前陆盆地; (12)前陆盆地发育的构造背景可以是被动大陆边缘、克拉通周

18、边盆地、拗拉槽,甚至可以是大陆内裂谷一热沉降坳陷; (13)前陆盆地的前缘隆起具迁移特征。,前陆盆地的基本特点,前缘隆起随冲断作用变化的迁移特征,板块构造学兴起后，1974年Dickinson在研究板块构造与沉积作用时，首次提出前陆盆地（Foreland basin）一词，按成因分为二类：第一类称周缘前陆盆地（Peripheral foreland basin），因陆、陆碰撞时形成于造山带外弧，如印度恒河盆地，阿尔卑斯北麓磨拉石盆地。第2类称弧背前陆盆地（Retro-arc foreland basin），因大洋岩石圈向大陆消减俯冲作用，在岩浆弧后形成的盆地，如美国晚中、新生代形成的落矶山盆地

19、。,前陆盆地的类型,前陆盆地两种基本类型,A 前陆盆地发育的板块构造环境; B周缘前陆盆地(PFB)和弧背前陆盆地(RAB)与缝合带(SUTURE BELT)的相互关系,在Dickinson(1974b, 1976a)对盆地分类的基础上, Ingersoll 和Busby(1995)提出了26种盆地的盆地分类方案。在该方案中分出了三类前陆盆地: (1)周缘前陆盆地(peripheral foreland basin); (2)弧背前陆盆地(retroarc foreland basin); (3)破裂前陆盆地(broken foreland basin) 。,前陆盆地的类型,弧背前陆盆地和破裂

20、前陆盆地的构造位置,一、周缘前陆盆地 Andrew D. Miall(1995)把周缘前陆盆地称为与碰撞有关的前陆盆地(collisionrelated foreland basin)，并认为这类盆地是由弧弧、弧陆和陆陆碰撞形成的。周缘前陆盆地(Dickinson, 1974b)最初是由位于弧前背景的俯冲岩石圈和已破裂大陆边缘的负载形成的。,前陆盆地的类型,前陆盆地的类型,一、周缘前陆盆地,前陆盆地构造位置示意图 (A) 平面图, 据Dickinson, 1976. (B) 剖面图, 据Dickinson,1976; Bally 靠近大陆一侧,地层厚度小,形变也微弱。 (2)盆地内的沉积物下部

21、是同造山期或造山前形成的复理石沉积;上部是造山后或同造山期形成的磨拉石沉积。下部可能为海相、海陆交互相及三角洲相,向上则主要是陆相的河流、三角洲、湖沼及山麓堆积相 (3)沉积物主要来源于山岭剥蚀区,次为克拉通一侧。,前陆盆地的类型,二、弧背前陆盆地 由于大陆地壳部分俯冲到岛弧造山带之下,通常在挤压性岛弧海沟系统的岛弧后形成弧背前陆盆地(retroarc foreland basin)。Dickinson(1974b)建议用“retroarc”术语描述形成于压性岛弧之后的前陆盆地，以便与由于大陆碰撞在俯冲板块上形成的周缘前陆盆地区别。虽然在字面上, “backarc”与“retroarc”同义,

22、 但前者用于描述张性和中性的弧沟系统，而后者用在挤压性的沟弧系统(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995)。,前陆盆地的类型,二、弧背前陆盆地 Miall(1995)提出, 在大陆碰撞环境中也可以形成弧背前陆盆地, 称为碰撞弧背前陆盆地(collisional retroarc foreland basin)。碰撞弧背前陆盆地可能由非碰撞弧背前陆盆地演化而成(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995)。Miall(1995)认为我国西部的沉积盆地位于西藏碰撞山脉的后面(北侧)，是典型的碰撞型弧

23、背前陆盆地(collisional retroarc foreland basin)。,前陆盆地的类型,二、弧背前陆盆地 弧背前陆盆地是位于岩浆弧之后,与大洋岩石圈的俯冲(B-型俯冲)有关,与孤-沟系之间保持着大致的平行关系,从而构成沟一弧一盆系。因此, 弧背前陆盆地的板块构造位置离蛇绿混杂岩带较远,而距岩浆弧带较近。如油气丰富的北美落基山盆地,就是位于太平洋板块俯冲在北美大陆板块下面所产生的内华达岩浆弧之后。孤后前陆盆地的挠曲沉降机制,主要与弧后褶皱-冲断带的构造负荷和沿岩浆弧展布的岩石圈热软化有关。弧背前陆盆地和弧后褶皱-冲断带的变形特征与周缘前陆盆地类似,是以压缩变形为主,而不同于弧间盆

24、地和弧后裂谷盆地以伸展变形为主。,前陆盆地的类型,二、弧背前陆盆地 弧背前陆盆地具有以下几项特征:(l)弧背前陆盆地底部是造山期后的磨拉石,有明显的不整合;(2)弧背前陆盆地活动翼是前陆褶皱带而不是岛弧;(3)前陆盆地是压性盆地,根据变形强度的差异可分出3到5个变形带。(4)弧背前陆盆地具有规模大、演化时间长的特征(几百公里宽、几千公里长、上千公里的地层充填和10100百万年的演化时间)。因此,根据上述特征将可鉴别弧背前陆盆地和残余弧后盆地。需要提出的是,规模大的弧背前陆盆地的沉积特征类似于周缘前陆盆地。而规模小的弧背前陆盆地可能只发育陆相磨拉石沉积,因此仅发育冲积、湖泊沼泽相沉积。,前陆盆地

25、的类型,二、弧背前陆盆地 全球主要的非海相地层发育在弧背前陆盆地和周缘前陆盆地中，并且这两类盆地中也有巨厚的海相地层。总的说来, 古代的周缘前陆盆地与弧背前陆盆地的区别是困难的, 但可以从以下方面着手加以区别(Raymond V. Ingersoll and Cathy J. Busby, 1995): (1)岩浆弧的极性; (2)是否有周缘前陆盆地早期阶段有关的大洋俯冲杂岩体存在; (3)周缘前陆盆地在前渊发展阶段水体较深; (4)靠近周缘前陆盆地, 缝合带具不对称几何结构; (5)与单个周缘前陆盆地的发展相比, 弧背前陆盆地的演化历史较长; (6)弧背前陆盆地可发育火山碎屑沉积, 周缘前陆

26、盆地中较少见火山碎屑沉积,前陆盆地的类型,三、陆内前陆盆地 陆内前陆盆地是中国众多学者（田作基等，1996；田在艺和张庆春，1996；张明山，1997；高长林等，2000；刘池洋等，2002；孙肇才，2002；金之钧等，2002，2004）基于中国大陆地质的特殊性提出的一种新的前陆盆地类型 ； 陆内前陆盆地，顾名思义，是形成于大陆内部的前陆盆地，包含两层意思： （1）盆地远离同期的蛇绿混杂岩带或岛弧带，如川西（龙门山）前陆盆地； （2）盆地周边虽发育同期的蛇绿混杂岩带或岛弧带，但盆地的形成与演化不受它们的直接控制，而更多地是受控于陆内造山活动 。,前陆盆地的类型,三、陆内前陆盆地 陆内前陆盆地

27、具有典型前陆盆地（周缘和弧背前陆盆地）的一般特征，但也有其自身特点，主要有（田作基等，1996；金之钧等，2002，2004；刘树根等，2005）：（1）发育在大陆拼结后的大陆内部（或板内），缺乏同期岩浆弧和蛇绿岩套；（2）规模较小，由几千平方公里到几万平方公里，较大的川西前陆盆地也不过67000km2。（3）以陆相沉积为主，缺乏海相沉积；（4）在演化阶段上，一般无早期的复理石（深水相）阶段；（5）前隆不明显；（6）以陆相烃源岩为主，以产天然气为主。,前陆盆地的类型,一、前陆盆地发育的大地构造环境,前陆盆地的形成和演化,A: 造山带和前陆盆地磨拉石楔的形成, 据Dewey B: 周缘前陆盆地(

28、PFB)和弧背前陆盆地(RAB)与缝合带的关系, 据Dickinson, 1976.,一、前陆盆地发育的大地构造环境,前陆盆地的形成和演化,三种基本类型前陆盆地的板块构造位置示意图（刘池洋等，2002）,前陆盆地的形成和演化,二、前陆盆地形成的力学机制,缩短作用造成断坡上地壳增厚, 作为载荷 B) 对载荷的区域补偿导致岩石圈的下弯, 在造山带一侧形成盆地 C) 地表过程对山脉的侵蚀并将侵蚀下来的物质搬运至构造盆地, 对侵蚀和沉积的挠曲补充使得盆地进一步加宽.,二、前陆盆地形成的力学机制,前陆盆地的形成和演化,前陆盆地沉降的力学控制（据Decelles B残余洋盆阶段; C早期前陆盆地阶段; D

29、碰撞和晚期前陆盆地阶段,周缘前陆盆地的沉积构造演化可分为4个阶段: (1)盆地初始形成阶段。在该阶段, 俯冲杂岩体或增生楔上覆在己张型破裂的大陆边缘的大陆斜坡上，并由此引起前陆的挠曲沉降和周缘前缘隆起的隆升。这种碰撞作用通常发生在海平面以下, 充填在盆地中的沉积物较少。由于挠曲负载的作用, 前缘隆起向海一侧(即大陆斜坡)将变陡, 并变得不稳定, 具有张型断裂作用和沉积斜坡沉积物和滑塌沉积； (2)深水相阶段。该阶段也称为复理石阶段。随着持续缩短作用的进行，逆冲推覆体越来越大，并开始露出海平面，较多的沉积物充填在盆地中形成深水碎屑岩楔； (3)浅水相阶段。持续的缩短作用使增生弧或陆块覆在张型破裂

30、大陆的边缘，产生较大的地形隆起和增加沉积物充填。盆地充填物转变为浅水相沉积物和非海相沉积物(如磨拉石相)； (4)隆升和剥蚀阶段。由于逆冲作用的停止, 剥蚀作用分散了岩石圈的负载，盆地在均衡作用下隆升和遭受剥蚀作用。侵蚀作用把冲断带的岩石从冲断带转移到邻近的前陆盆地中, 从而引起造山带隆升和盆地沉降。,前陆盆地的演化,周缘前陆盆地演化的理想模式,a盆地形成的初始阶段; b深水相阶段; c浅水相阶段; d隆升和剥蚀阶段,弧背前陆盆地演化与周缘前陆盆地演化有着类似情况： (1)弧后裂陷 随着岩浆弧后陆壳伸展变薄,开始发育深水裂陷槽及火山作用,常出现火山浊积岩、水下火山碎屑流及凝灰岩等,并呈现为差异

31、沉降作用； (2)弧后洋盆 随着基性火山作用发育,弧后进一步扩张,出现蛇绿岩侵位,显示从早期火山盆地扩展成弧后洋盆,在火山裂陷槽之上为区域热沉降所覆盖,形成不对称的“牛头”轮廓。弧后盆地一侧形成深海陆坡,发育深水海底扇沉积,另一侧可以发育浅海陆架沉积； (3)复理石前陆盆地 弧后盆地开始闭合和反转,洋底蛇绿岩部分仰冲,这时早期弧后盆地、陆坡、台地的格局转变为原始造山带和前渊格局,标志着弧背前陆盆地的开始发育,浊流沉积与泥质沉积互层,碎屑物主要来自岩浆弧； (4)磨拉石前陆盆地 随着造山带隆升,大量粗碎屑泻入,前陆盆地中沉积物充填,盆地沉积中心也向克拉通边缘一侧迁移,在盆地中发育浅海、三角洲和河

32、流沉积体系。,前陆盆地的演化,前陆盆地的形成和演化,弧背前陆盆地演化的理想模式,a: 弧后裂陷阶段; b: 弧后洋盆阶段; c: 复理石前陆盆地阶段; d: 磨拉石前陆盆地阶段,前陆盆地形成和演化的一般过程,四、前陆盆地的沉降史,前陆盆地的形成和演化,构造沉降曲线一般显示为两种基本类型： （1）热冷却引起的向上凹的曲线； （2）挠曲负载引起的凸向上的曲线（Vail等，1991）。 前陆盆地沉降特征： （1）沉降幅度随着远离造山带（向克拉通方向）降低（Kominz （3）沉降中心的不断迁移 。,沿塞维尔褶皱冲断带四个位置上的沉降史（Cross，1986）,五、前陆盆地的充填,前陆盆地的形成和演化

33、,饥饿充填前陆盆地和过饱和充填前陆盆地 前陆盆地沉积物有饥饿充填(underfilled)和过饱和充填(overfilled)两种状况。在构造沉降和岩石圈刚度相同的情况下, 饥饿状态的前陆盆地和过饱和状态的前陆盆地的沉积相类型、盆地组构(basin architecture)和沉积物聚集速度是非常不同的。 过饱和充填作用将使前陆盆地的范围较构造沉降带宽阔。理论上，前陆盆地沉积物的供应状况和搬运效率可决定该盆地是饥饿充填，还是过饱和充填。,饥饿充填前陆盆和过饱和充填前陆盆地,A)饥饿充填前陆盆地形成沟谷，并接受来自冲断带和前缘隆起的沉积物; B)在过饱和前陆盆地，前缘隆起接受来自冲断带的沉积,

34、其堆积速度和地层均较前渊带小。,过饱和充填前陆盆地 在其它条件恒定不变前提下, 过饱和充填作用可由下列任何因素引起: (1)沉积物供应充分; (2)沉积物的搬运效率高; (3)岩石圈刚性较弱; (4)冲断带前缘的前进速度较慢。从局部地区来看, 物源有被动物源(passive source)和主动物源(active source)之分。沉积供应的物源几何形状(线状或点状)对前陆盆地中的相展布特征有重要的控制作用。,前陆盆地的形成和演化,被动物源和主动物源,物源几何形状对前陆盆地沉积相展布的控制作用,A)线性物源; B)点状物源,前陆盆地充填的构造控制 前陆盆地中相对于冲断带的不同位置, 其地层的

35、发育层数、持续时间和厚度是不一样的。通常认为一次构造事件将引起地形高差, 随即使粗碎屑物向前陆盆地中充填形成砾岩沉积。互层泥岩被认为代表构造平静时期。由此, 据沉降机制可推测, 向上变粗的地层剖面在前陆盆地靠冲断带一侧(近端, proximal)是构造事件活动的证据, 而在远离冲断带一侧(远端, distal)则是构造不活动的表现(Heller et al, 1988)。,前陆盆地的形成和演化,前陆盆地充填的构造控制 由于均衡回弹剥蚀作用, 前陆盆地在构造不活动期也可形成不整合(Beaumont, 1981; Heller et al, 1988)。在前陆盆地近端, 构造静止期时侵蚀作用最强,

36、 最易形成不整合; 而在前陆盆地远端，构造活跃期时侵蚀作用强烈，易形成不整合面(Flemings and Jordan, 1990)。 在冲断活动强烈期, 前陆盆地充填物呈楔状; 在冲断活动静止期, 盆地充填物为透镜体形态。,前陆盆地的形成和演化,前陆盆地不同部位(A、B、C点)地层的发育特征,向上变粗的碎屑剖面在前陆盆地近端和远端代表不同的构造活动强度,前陆盆地近端保留的地层揭示冲断活动由开始(细粒岩石)到变形高峰(粗粒岩石), 而不整合代表冲断带不活动的时期。在前陆盆地远端, 粗碎屑岩层发育在冲断带不活动时期。,前陆盆地演化发展模式 （1）稳态发展模式 （2）前展变形模式 （3）粘性松弛模

37、式,前陆盆地的形成和演化,稳态发展模式 稳态发展模式是前陆盆地演化发展的一种最简单的形式，主要为年轻的前陆 盆地通常经历一次主要的构造运动前陆盆地的沉积充填演化划分为四个阶段 ： A早期沉积阶段。此时造山带在海平面之下，在大量沉积物产生之前，负荷引起地壳挠曲。与沉降作用相比较，沉积作用有一初始滞后，因此前陆盆地充填以深水沉积为特征。 B盆地充填阶段。随着造山带逐渐露出海平面，并达到稳定状态，侵蚀达到最大强度，高的沉积速率产生一个向上变浅的层序。同时，前陆盆地仅因沉积负荷作横向生长，随着沉积物充填，盆地不断变浅。 C达到稳定状态。前陆盆地被逐渐填满，沉积物堆积接近海平面，此时，浅海体系的各种高能作用（潮汐和风暴流），通过盆地敞开的南、北两端把细粒沉积物移出盆地。稳态沉积层序包括进积的浅海、三角洲和河流沉积。尽管进入盆地的沉积物超过了沉降所能容纳的数量，但沉积物的漫溢使得沉积物堆积与盆地沉降之间达到平