[科普中国]-挤压盆地

简介

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“挤压盆地”。

类型板块构造体制中的挤压盆地类型：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。

1．与板块B型俯冲作用有关的挤压陷盆地：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）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）。增生楔岩层表现出被构造混杂后的构造层序）。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。

（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。

（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。

（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、周缘前陆盆地和山间盆地等。

（1）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）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。

（3）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（缘河盆地）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盆地的一种，可称为褶陷盆地或构造盆地。

形成过程根据Wilson旋回，挤压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挤压盆地的转化。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，即挤压盆地的发育为特征。挤压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。挤压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。

不管是周缘挤压盆地，还是弧后挤压盆地，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，挤压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。右图表示了典型挤压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，周缘挤压盆地的演化开始。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。

挤压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)。这种挤压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）形成的挤压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。

构造系统(一)挤压盆地构造带的划分

右图为一个典型的挤压盆地结构体系模式。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界线向挤压盆地内部的一定距离上。整个挤压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挤压盆地的特征，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）挤压盆地的构造变形和充填演化

从盆地构造上来看，挤压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。

特征挤压盆地可以发育在多种板块构造背景之下，其中的充填地层在沉积环境方面也有很大的变化，经受的气候条件也千差万别。尽管存在这些明显的差别，但是在盆地充填演化方面仍然显示出一些独特的特点。

1.盆地结构的不对称性

盆地结构上的不对称性是挤压型盆地的特征之一，特别是断层最先沿盆地一侧发育时，或者是转换伸展盆地更是如此。在转换伸展盆地中其不对称性表现为盆地的一侧为挤压断层，而另一侧边界为正断层，盆地内部的充填由挤压断层一侧向正断层边界一侧增厚。除了以上横向上的不对称性之外，在纵向上即平行盆地长轴方向上转换伸展盆地也具有明显的不对称结构特征。在转换伸展盆地中，盆地的横断层往往伴有一定的挤压运动，断层的延伸常常超过盆地范围而切入到盆地相邻的基底地区。如死海挨拉特湾北部和南部边界断层，我国伊通地堑北部的第二松花江断层和南侧东辽河断裂等均具有上述特征。

2.盆地沉积充填的不对称性

一般在主要挤压断裂一侧堆积巨厚的沉积物，湖相沉积主要集中在靠近主挤压断裂的盆地轴部。从沉积体系的发育看，在挤压断层一侧往往发育陡坡扇三角洲体系，并常常有小型碎屑流占优势的冲积扇、湖底扇等形式的粗粒沉积角砾岩。该相带一般呈窄长状，其向盆地轴部延伸的距离很小。总体上看，挤压断层侧的沉积物在总充填物中所占比例较小。在拉分盆地中次级挤压边界或转换伸展盆地中正断层构成的缓坡边缘沉积有更大规模的，并以河流为主的冲积扇辫状河，曲流河缓坡型三角洲和三角洲沉积。这些河流为主的扇体具有较好的分选、磨圆，粒度一般也较细，它们在总充填物中占的比例相当大，盆地内的多数沉积物都是从这一侧进入盆地。盆地的基底从正断层一侧向挤压断层一侧倾斜，因此，盆地的长轴及沉积中心都与该边缘平行，并朝该边缘迁移。1

3.盆地沉降中心有明显的迁移性

挤压作用是挤压型盆地的最基本的构造特征之一，由于挤压平移活动的影响，表现为盆地的沉降中心随时间发生迁移和沉降中心轴向的改变。

4.快速沉降和幕式演化

由于挤压断层的快速滑移(普遍可以达到 1～10cm/a)，盆地的沉降非常快速，甚至比一般伸展裂谷盆地的沉降速度还要快。这主要是由于挤压盆地非常狭窄，拉伸作用期间形成的热异常可以很快地损耗散失，从而促进了岩石圈的冷却沉降。

在盆地演化的早期阶段，由于盆地迅速沉降，河流和其他沉积物输送系统还没有完全调整适应新形成的盆地地形貌背景，因此，盆地发育的初期常常仅被湖水或海水注入填充。随后，适应新的地形背景而受到改造的先存的和新形成的河流或海底峡谷等沉积物输送系统形成，并向盆地输送大量的沉积物。已知的挤压盆地的沉积速率很高，变化范围在 0.5～4m/ka之间。如此高的沉积速率常常可以保持与盆地沉降同步或超过盆地的沉降。陆相拉分盆地一般被冲积扇或湖相沉积体系充填，相带窄，且变化快。受盆地幕式的挤压作用和沉降的控制，可以产生从湖相到辫状河平原或从辫状河平原到湖相的多次变化。当然，气候从潮湿到半干旱的变化也可以导致上述的旋回。

海相拉分盆地的沉积充填以深海相沉积开始，包括碎屑流和浊积岩。当盆地的流域范围增大时，其沉积环境转变为浅海相，最终盆地填满后可以保持陆相沉积环境。