[科普中国]-挠曲类盆地

简介

这种类型的盆地主要形成于板块聚敛处及其附近，它们是由于岩石圈受外力作用发生挠曲所形成的盆地。在海沟岛弧体系中，大洋岩石圈的挠曲是弹性板块受到垂直外力、水平外力以及弯力矩综合作用的结果。在碰撞造山带翼部和克拉通盆地边缘则形成挠曲类盆地，而在碰撞造山带形成的末期有残留大洋盆形成。介于陆壳碰撞挤压带之间可形成大型复合盆地和小型山间盆地。此外，由于相邻板块的作用，在克拉通内也能形成挤压挠曲类盆地。鉴于挠曲类盆地在大陆盆地研究和油气勘探中的重要性，下面重点对这种盆地发育的控制因素、沉降模式和构造特征作简要介绍。

挠曲类盆地位于造山带侧翼与克拉通边缘。平面上挠曲类盆地平行于造山带展布，在造山带一侧发育向前陆区逆冲的褶皱-冲断层带;盆地近克拉通一侧可发育正断层。沉积组合常见的有洪积-河流-三角洲相和浅海相，有时有浊积岩。碎屑物源主要来自造山带，克拉通为一次要物源区，沉降中心常逐渐向克拉通方向迁移。由于碰撞造山带，特别是向前陆推覆叠置的褶皱冲断层带产生的巨大构造负荷促使岩石圈均衡调整，从而形成盆地横剖面为由造山带侧翼向克拉通减薄的不对称楔状沉降区(右图)。

北美洲落基山西侧的挠曲类盆地是典型的挠曲类盆地，具有丰富的油气资源，是美国和加拿大主要产油区之一。我国西北地区的酒泉－民乐盆地为祁连山北缘挠曲类盆地，酒泉西部盆地的玉门油田是我国最老的石油工业基地。昆仑山、天山、祁连山等造山带前缘均发育有新生代挠曲类盆地。1

发育的主要因素陆内裂谷盆地裂后期的沉降也是岩石圈的一种挠曲作用的结果，是由于裂后期上升的软流圈的热回沉作用导致沉积负荷的增加，岩石圈向下弯曲使沉降逐渐增大。这种弯曲可以看作为连续板片挠曲(图A，B)。引起的负荷下弯程度有两种情况：一种情况是弹性板片挠曲刚度较差，温度高，地质上意味着岩石圈板片厚度小，这种情况下挠曲作用所形成的凹陷为深凹陷，面积比较窄(图B)。另一种情况是弹性板片挠曲刚度较大，温度低，地质上意味着岩石圈板片厚度大，所形成的凹陷为浅凹陷，面积比较宽阔(图A)。

前陆(挠曲)盆地的形成与伸展型坳陷盆地的形成有很大不同，岩石圈弯曲为不连续(或断开的)板片弯曲(图C，D)。在这种情况下，由于构造负荷引起岩石圈板片不能传递应力，因此，挠曲类盆地的挠曲作用并不是水平挤压弯曲的结果，而主要是由于板块俯冲或碰撞活动引起地壳剖面加厚，从而使克拉通岩石圈挠曲在构造载荷作用下发生沉降所致。在盆地接受沉积后，沉积物和水的负荷作用可以使盆地的沉降进一步增大。所以，挠曲类盆地的沉降是构造负荷和沉积负荷引起的沉降。图C表示岩石圈板片挠曲刚度小的情况下，形成的挠曲类盆地凹陷浅而宽;而岩石圈挠曲刚度大的情况下，挠曲类盆地凹陷则深而窄(图D)。

从上所述，控制挠曲类盆地沉降的主要因素是：

①构造负荷(造山带褶皱-冲断岩层)和沉积负荷(挠曲类盆地沉积物)的大小和形状;

②挠曲类盆地岩石圈的挠曲刚度和岩石圈板片厚度。根据线性弹性体和黏弹性体挠曲的基本理论，就可以通过理论计算求得岩石圈的挠曲程度，进行前陆岩石圈和海沟演化和模拟研究。1

形成过程根据Wilson旋回，挠曲类盆地形成的前期是残余洋盆发育的晚期阶段。这个时期洋壳俯冲闭合，造山带开始形成，盆地的发育表现出从残余洋盆到周缘挠曲类盆地的转化。残余洋盆下伏的洋壳表现为一深而窄的盆地。如图所示，残余洋盆主要接受深水复理石类型的沉积，其一侧为楔形的、老的碎屑岩和碳酸盐沉积物组成的被动大陆边缘，而另一侧为正在向盆地推进的褶皱-冲断增生楔体。褶皱-冲断增生楔体是盆地中典型的厚层海相浊积岩深水扇和重力流沉积等各种碎屑沉积物的主要物源区。深海沟和弧前盆地沉积物多被卷入到俯冲增生楔中，并被俯冲消亡或被抬升和剥蚀，往往难于保存下来。但是，残余盆地的沉积物可以较好地保存在后期造山带的冲断岩片中。

板块碰撞造山带演化的晚期阶段以收缩构造带和相邻的克拉通之间陆壳上的长形沉降区，即挠曲类盆地的发育为特征。挠曲类盆地的发育主要是由于造山带构造负荷下引起岩石圈挠曲响应，山脉上升，盆地下沉。挠曲类盆地往往被浅海和陆相磨拉石型沉积充填，磨拉石包括了大型的冲积扇、扇三角洲、河流湖泊和浅海沉积环境的沉积物。

不管是周缘挠曲类盆地，还是弧后挠曲类盆地，它们在横剖面上都是不对称的，沉降历史和沉积物的充填历史也类似。然而，在细节上，挠曲类盆地及其充填特征是非常复杂的，不同的盆地或者是同一盆地的不同地区可以有很大的变化。右图表示了典型挠曲类盆地的形成和演化过程。当洋盆闭合，冲断-褶皱带的前缘推进到先存伸展陆壳的边缘时，周缘挠曲类盆地的演化开始。然后，俯冲带消亡，并演化成碰撞逆冲带，这时一个大陆仰冲上驮到另一个大陆之上。

挠曲类盆地的向下挠曲主要是逆冲推覆体负荷的区域均衡调整所致，盆地内沉积负荷作用促使下沉进一步增加，受地壳挠曲强度的控制，远离负载带，盆地的沉降深度逐渐降低，甚至可以产生隆起，形成前陆盆地的边缘隆起(fore-bulge)。这种挠曲类盆地的下沉和前缘隆起的上隆反映了岩石圈的挠曲特性。岩石圈有效弹性层厚度控制着与逆冲推覆体负荷有关的前缘隆起位置，逆冲推覆体负荷与前缘隆起之间的距离是岩石圈厚度的3/4次幂。有两种情形：

如果上覆的构造负载随时间增加，冲断带之下的强（厚）岩石圈上面（如厚的陆壳）形成的挠曲类盆地则以低速沉降为特征，往往形成过补偿盆地，远离负载的前缘，发育前缘隆起。

相反，如果在弱（薄）岩石圈上（如薄的陆壳或过度壳）迅速上叠厚的构造负载，将产生快速沉降，形成狭窄的欠补偿盆地。1

构造系统(一)挠曲类盆地构造带的划分

右图为一个典型的挠曲类盆地结构体系模式。在这个模式中，地表可确定的冲断带的前锋构成了前陆盆地结构系统的内边界，即图中的地貌前缘(TF)，但是真正的造山带前锋(OWF)在盆地深部，位于TF界线向挠曲类盆地内部的一定距离上。整个挠曲类盆地可以被分为四个次一级构造带：楔顶带(wedgetop)、前渊沉降带(foredeep)、前隆带(forebulge)和后隆带(backbulge)。楔顶带沉积物积聚在造山楔前锋区段的顶部，粒度较粗，发育构造不整合和强烈递进变形构造(同生断层)是其主要的特征。前渊沉降带沉积物显示了典型的挠曲类盆地的特征，向(被埋藏)褶皱-冲断带前锋，沉积物厚度增加。前隆带是一个有限的沉积物聚集带或潜在的挠曲上隆剥蚀带。后隆带由潜在的挠曲沉降的进一步加宽的带组成，沉积物厚度有限。

(二）挠曲类盆地的构造变形和充填演化

从盆地构造上来看，挠曲类盆地靠造山带一侧发生构造变形强烈，而靠近稳定地块一侧变形逐渐减弱。变形主要由逆冲断层和褶皱组合而成的褶皱－冲断构造系统表现出来。逆冲断层带由若干条邻近的冲断层以密切相关的排列形式联合组成。其中有位移大、控制该区构造演化主冲断层，也包括一些小型分支断层。由它们组合在一起而构成的冲断层系常显示出叠瓦状或双重式几何结构型式。冲断层带常伴随褶皱，位于冲断层上盘，并受到断裂破坏，它们沿大断裂面发生，脱离其下岩层而变动，下面岩层未受到明显影响。

由于依次逆冲作用形成叠瓦构造和几个主冲断层分隔的楔形冲断层岩席带，断面倾斜多向造山带方向，楔形块体向前冲，但有时也出现后冲或反冲断层。许多老地层出露造成重复加厚。1