复合类前陆盆地的构造演化特征

复合类前陆盆地的构造演化特征—以准噶尔盆地为例中国中西部广泛发育挤压构造背景下的中新生代陆相盆地,它的形成和发展与特提斯构造域(特提斯洋壳的俯冲和印度板块的俯冲碰撞)和印支运动期前已缝合的块体与块体之间的活动(伸展、挤压挠曲和走滑作用以及引起的热体制)有密切的关系[1]。

在这种复杂的构造背景下,形成的盆地类型与界Dickinsion等(1974) 定义的典型前陆盆地(周缘前陆盆地和弧后前陆盆地)有明显差别.一些学者分别称其为“陆内前陆盆地”(陈发景,1997) 、“再生前陆盆地”(卢华复等,1994;刘和甫等,2000) 及“C 型前陆盆地”(罗志立,1982 ;车自成等,1998) 等[2].因此,将此类与传统前陆盆地在成因机制上有某些相似之处,但形成构造背景有所不同的盆地称为“类前陆盆地”。

研究表明，西天山造山带在新生代分别向南、北两侧的塔里木盆地和准噶尔盆地逆掩推覆；在博格达山同样可观察到它分别向南、北两侧的吐哈盆地和准噶尔盆地逆掩推覆。

对准噶尔盆地来说，它周边的山体都向盆地方向推覆：东北边的克拉麦里山体向南西方向逆掩；西北缘的扎依尔山体向东南方向逆掩，即哈拉阿拉特和成吉斯汗推覆构造；盆地南缘的依连哈比尔干山和博格达山向北逆掩（图 6）。

前陆盆地位于造山带前缘,是介于造山带及相邻的克拉通(或稳定大陆块)之间的沉积盆地DickinsonWR[1]于1976年按沉积盆地的成因和构造演化将其划分为周缘前陆盆地和弧后前陆盆地BallyAW和SnelsonS[2]在1980年将这类前陆盆地称为与B和A俯冲作用有关的缝合带周缘盆地中国西北地区晚新生代晚期前陆盆地与上述前陆盆地既有相同点,也有很大的差异。

其相同点是它们均邻近造山带,属于在其活动前缘受到挤压挠曲作用形成的沉积盆地。

不同点则是,中国西北地区的晚新生代晚期前陆盆地在时间上不是发生在紧接洋壳消亡,陆—陆(或弧—陆)碰撞形成的造山带之后,而是在碰撞后又间隔了较长时间由造山带再活动产生的;在空间上位于远离喜马拉雅期缝合带的大陆内部。

由于这种特点,中国油地质学者将其称为类前陆盆地、再生前陆盆地或陆内前陆盆地[3～9]。

也有人将这种盆地称为山前坳陷或冲断山前坳陷[10,11]。

前陆盆地主要位于大陆俯冲碰撞带或大陆边缘岛弧两侧。

在空间上,直接与造山带相邻,在时间上,主要形成于造山带主造山期的晚期。

其形成演化直接受控于相邻造山带前陆地区的构造作用,是板块俯冲碰撞主造山期前陆地区构造变形的产物。

前陆盆地的弯曲下沉主要是由于造山带前陆褶皱冲断带的构造负荷和盆地沉积负荷引起岩石圈发生挠曲的结果〔10-13〕。

同时,受控于岩石圈流变结构和性质。

其构造沉积演化与毗邻造山带的褶皱逆冲构造演化密切相关。

造山带的逆冲动力直接控制盆地沉降与沉积响应,每次挤压逆冲均导致相应的前陆盆地沉降及沉积充填,造山带的挤压收缩期与前陆盆地沉积充填时间相吻合〔14〕造山带的前陆褶皱冲断带中的一些年轻的逆冲断层,可以沿一些软弱层延伸至盆地内部,形成盆地中的挤压构造或者一直逆冲到盆地远端边缘。

在前陆盆地远端形成的前隆构造平行于沉积前渊,垂直于构造迁移方向,其成因与地壳的物理刚度有关〔15〕。

综上所述,前陆盆地的形成演化与相邻造山带前陆地区结构构造密切相关,造山带前陆冲断作用是形成前陆盆地的最主要原因,岩石圈流变特征是控制前陆构造变形及前陆盆地演化的主要因素,前陆盆地的构造—沉积特征是相邻造山带主造山晚期构造运动的客观表现。

所以,造山带的研究必须与其毗邻前陆盆地的研究相结合,通过前陆盆地的构造—沉积特征综合分析,反演造山过程。

同时,研究造山带和前陆盆地基底性质和构造特征以及岩石圈结构特征,分析对比造山带与前陆盆地的构造样式,概括两者形成与演化的内在联系,以板块构造和大陆动力学为指导思想,分析研究造山带与前陆盆地形成的地球动力学机制。

C-型俯冲发生在中国大陆内部前陆盆地形成之后,对前陆盆地的形成和发展有重要的作用.C-型俯冲导致造山带向相邻前陆盆地推覆挤压的作用,以及重力拓展产生的滑覆作用.当造山带内形成大量火成岩体时,更加强了这种侧向扩展、推挤作用.因此,在中国中西部前陆盆地的中、新生代构造演化中,C-型俯冲不仅使山前地带普遍发育逆冲断裂带,形成大量推覆体和滑覆体,而且影响着前陆盆地内中、浅层在燕山期、喜山期的变形机制和变形结果.一部分前陆盆地形成与海西晚期形成的褶皱冲断带有关(如准噶尔、吐哈、天山、塔北前陆盆地体系)准噶尔前陆盆地体系(Ｐ2—Ｋ),由准噶尔盆地南缘前陆盆地及准噶尔克拉通内前缘隆起和隆后坳陷组成,其形成与北天山海西晚期造山带褶皱冲断带的构造负荷引起的岩石圈挠曲作用有关前陆盆地是伴随着造山带的形成与演化而发育,造山带逆冲断滑系统直接控制盆地的沉降和沉积层序。

根据板块聚合边界演化及陆内俯冲作用可以产生系列造山带及各种耦合的前陆盆地,盆地的多旋回演化与叠加地质结构中国内陆大型含油气盆地,如塔里木盆地、准噶尔盆地、渤海湾盆地、四川盆地等都属于叠合盆地。

中国叠合盆地多期构造演化往往表现为早古生代海相碳酸盐岩盆地、晚古生代海陆交互相(含煤)盆地和中、新生代陆相盆地的多方位叠置,具有明显的旋回性和阶段性,在不同地史发展阶段具有不同的构造性质和盆地原型。

在多期构造发展阶段中,各期地球动力学背景、应力场依次发生转变,产生了不同类型、不同力学性质、不同规模、不同方向的沉积盆地,它们的空间上相互叠置,形成了复杂的叠合盆地。

环太平洋构造带和阿尔卑斯—喜马拉雅构造带是新生代以来全球活动性最强的两大构造带,中国正好处它们交会的部位,即处在西太平洋与特提斯两大构造域的复合部位。

中国大陆新生代以来被诸板块所围限与挟持。

如印(度)澳(大利亚)板块目前还以6～7ｃｍ/ａ的速率向ＮＮＥ方向运动,太平洋板块以10ｃｍ/ａ的速率往西俯冲,菲律宾板块以4～8ｃｍ/ａ的速率朝Ｗ—ＮＷＷ向汇聚[14]。

现代中国大陆,东、南有运动速率较快的诸板块汇聚,西、北分别有哈萨克斯但板块和西伯利亚板块阻挡,被围限的中国大陆必然构造活动强烈。

中国的这种大地构造位置在世界上是比较独特的。

自新元古代Rodinia大陆解体至三叠纪或晚二叠世前Pangaea泛大陆形成,再由Pangaea泛大陆解体直至形成现今的全球构造格局[19,46],全球经历了两个由裂解到聚敛的构造巨旋回。

第一巨旋回形成了克拉通盆地及以其为基础的叠合盆地[47],第二巨旋回形成了以前陆盆地与伸展盆地为主要上叠类型的叠合盆地二者之间的地质时期是全球运动体制的急剧变革期。

4.1.1古亚洲洋开合阶段新元古代晚期Rodinia古陆解体,使华北、扬子、华南、塔里木等小陆块从其上裂解出来。

早古生代初期,它们处于南半球中、低纬度区,随后向北长距离漂移。

克拉通块体内部发育稳定的浅坳陷或台地相碳酸盐岩沉积,块体边缘发育陆架及斜坡相碳酸盐岩、碎屑岩沉积[27]。

古亚洲洋在晚二叠世之前消减殆尽,华北、准噶尔—吐哈、塔里木等小陆块拼合在西伯利亚块体的南缘,形成古亚洲大陆[26]。

在拼合后的调整期,形成了华北、准噶尔—吐哈、塔里木等P T的盆地。

4.1.2特提斯洋(—古太平洋)开合阶段Pangaea大陆解体,处于劳亚大陆与冈瓦纳大陆之间的向东开口的特提斯洋的演化制约了(C )T K的盆地发育。

晚三叠世—侏罗纪初,北特提斯印支造山带(如昆仑—秦岭、三江带)形成之后,新疆、华北地区(古亚洲构造域)和四川—滇中、青藏地区(特提斯构造域)以及东南沿海(环太平洋构造域)等广大范围形成了一系列T3—J陆相或海相盆地。

中侏罗世晚期(巴柔期),特提斯洋—古太平洋再次向古亚洲大陆消减,早运动期整个中国大陆处于挤压、收缩状态,形成大范围可对比的上侏罗统红层。

晚侏罗世末期的中燕山运动非常强烈,中国大陆西侧的班公湖—怒江洋消失导致拉萨地块与古亚洲大陆碰撞,东侧的西太平洋古陆与古亚洲大陆碰撞。

这一事件促使中国东部从印支期开始的构造动力体制的大转换和构造格局的大改组在燕山期完成[26 28],包括鄂尔多斯、四川盆地以东的中国东部地区在古亚洲和特提斯构造域之上叠加了北东走向的巨型构造带,其后在大范围内发育了J3—K1的以陆相为主的沉积盆地。

4.1.3印度洋—太平洋阶段早白垩世之后,中国东部的构造体制转换为以拉张伸展为主,晚白垩世—古近纪形成了北北东向的裂陷盆地系统,新近纪—第四纪过渡为坳陷盆地。

始新世末期特提斯洋最终封闭,印度大陆与欧亚大陆碰撞导致中国中西部地区强烈的挤压造山作用及相关盆地系统的形成,发育了一系列新生代前陆盆地或与走滑有关的压扭性盆地,它们对前期盆地产生了多种样式的叠加或改造。

准噶尔盆地位于准噶尔地块的核心稳定区，处在哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块的交汇部位。

盆地基底由结晶岩系和盖层褶皱系组成，显示出双重结构特征。

盆地的盖层岩系经历了海西，印支，燕山和喜马拉雅四个构造旋回的演化（图2-1）。

盆地周缘被古生代造山带所围限，北东—北东东向的西准噶尔造山褶皱带构成了盆地的西部边界，西伯利亚古板块南缘阿尔泰褶皱造山带和东准噶尔褶皱造山带为准噶尔盆地的北东及东侧边界，而北天山造山褶皱带则构成了盆地的南部边界。

准噶尔盆地形成演化受控于与其相邻的三大板块和盆缘造山带的构造作用密切相关。

二、盆地构造层准噶尔盆地自晚古生代至第四纪经历了海西、印支、燕山、喜马拉雅等多期次构造旋回作用，从而形成了与其相对应的多期重要不整合面，依据地震剖面显示的区域性构造旋回的不整合面的分布及其所反映的盆地构造特征，可以将盆地的盖层岩系划分为四个构造层，自下而上分别为：二叠系构造层、三叠系构造层、侏罗系—白垩系构造层、第三系—第四系构造层（图），在这些构造层内，进一步根据各个构造旋回内的构造运动幕可以划分出盆地的亚构造层。

分隔这些构造层或亚构造层的区域性不整合界面是盆地盖层岩系演化过程中造山运动的具体表现。

而在各幕造山运动之间则是重要的成盆作用阶段。

在不同的成盆作用阶段，由于构造作用的背景，方式和作用应力场特征的不同，导致了不同类型和性质的盆地发育。

盆地的类型，演化及其构造特征1 裂谷盆地（P1时期）在盆地的深层，下二叠统受正断层控制的伸展盆地的控制，区域地震剖面解释结果显示，这些断陷盆地呈NWW-SEE向，这些断陷盆地区域上主要分布于中央凹陷，石南凹陷和英西凹陷等，控制了下二叠统海陆交互相砂泥岩夹薄层硅质岩，和滨浅海砂泥岩夹石灰岩，一些地区火山岩夹石灰岩为主。

晚期早海西造山运动结束了裂谷盆地的演化，形成了P2-3/P1之间的区域性角度不整合。

这个时期是盆地坳隆构造格局形成、演化的最关键时期，是盆地中生代演化时期，盆地内部隆起发育的重要的构造背景。

2前陆盆地（P2-3时期）早二叠世晚期-中晚二叠世初期，准噶尔盆地周缘周缘褶皱山系向盆地的冲断推覆作用，在西北缘，南缘和东北缘形成了三个独立发展的前陆盆地，早期为海相残留前陆盆地，晚期演化为陆相前陆盆地。