[科普中国]-盆地沉降

简介

沉积盆地作为大地构造当中的一级大地构造单元，对于地球的构造演化过程的研究具有重要意义。同时，由于盆地内部含有丰富的油气、煤炭、矿产等资源，受到地质学家们的广泛关注。近年来，由于盆山系统耦合的研究，使单一的造山带和单一的盆地研究成为一个系统。通过盆地的研究分析，包括盆地所在区域及内部的构造、沉积层序、地层格架及演化史的分析，为造山带的研究提供一个新的方向。沉积盆地的研究成为一个焦点问题盆地的沉降是指由于地壳垂直运动，使顺重力方向、高程降低的方向运动。地壳的沉降作用是形成盆地的直接原因，没有沉降就没有盆地[1]。而盆地沉降史研究，就是将盆地在各个时期沉降的量进行求解，编绘反映盆地沉降特征的地层埋藏史曲线、盆地基底沉降曲线以及盆地构造沉降曲线等途径来表述。因此，分析盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要内容，是整个盆地系统研究中最为基础的环节，对于整个盆地的构造、热历史及演化等起着至关重要的作用。

分析盆地的沉降，一般可用沉降量和沉降速率两个参数。沉降量（或沉降幅度）是最直观、最简便的表示方法，表示某地质时期一个地区的累计的沉降幅度的大小。沉降速率是盆地某一构造面在单位地质时期内相对于某一基准参照面（海平面或湖平面）下降的幅度，它能反映盆地构造动力学的某些信息。通常可以用图示方法直观地反映观测点的沉降量和沉降速率。

在盆地沉降史分析中，有一个非常重要的概念——均衡代偿理论。它是盆地分析的基础，用来描述地壳的状态和运动。自十八世纪提出以来，便受到广泛关注。经过大地测量学与力学等学科的发展，逐渐形成今天的均衡代偿理论。它阐明的是地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面以下某一深度处常有相等的压力，大地水准面之上山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）由大地水准面之下的质量不足（或过剩）来补偿。运用地壳均衡学说可以研究地球内部构造，如上地幔的起伏；还可用于大地测量学中研究大地水准面形状，推估重力异常和计算垂线偏差等。

盆地沉降原因沉积盆地是地球表面的长期沉降区，盆地的沉降是岩石圈动力学演化的基本过程之一。许多学者根据地质观测和模拟研究确定了七个产生和维持盆地沉降的机制(Dickinson1974，1976，1997;Ingersoll和 Busby，1995)和几十种盆地沉降机制的类型(Dickinson，1976;Bally，1980;Ziegler，1988，等)，大多数盆地是其中几种机制共同作用的结果。从岩石圈动力学机制的角度，盆地的沉降机制可以分为三类：

热沉降机制由于先前受热的岩石圈的冷却及伴随的密度增大而产生的均衡沉降。岩石圈和地壳加热造成隆起，随之地表侵蚀使地壳变薄，然后又变冷导致这种衰减地壳的沉降。热沉降机制是被动大陆边缘、大洋盆地和大陆裂谷裂后坳陷的重要的沉降机制之一。在大洋中脊的顶部，热的岩石圈地幔突然置于冷的海底地壳之下，然后随着海底地壳背离扩张中心，地幔岩石圈不断地将热量散失到冷的海水中。因此，岩石圈在背离扩张中心时会不断冷却沉降，离开大洋中脊越远，沉降越深。热作用还会引起深部准稳定的辉长岩或下地壳的麻粒岩相向稳定的榴辉岩相的转化，从而使深部收缩，造成岩石圈表面沉降。岩石圈的热来源于多个方面，最主要的方面是来自软流圈的热对流，其他次要的热源有岩浆的生成和侵入作用等。1

构造应力作用地壳或岩石圈厚度的变化与两种大的岩石圈构造动力学背景有关：一是地壳的变薄作用，属于拉张作用动力学体制，一般与裂陷作用所对应。拉张作用所产生的机械伸展引起地壳张性断裂控制的沉降，使地壳变薄。而岩石圈变薄则产生地幔的热隆起。二是挤压作用动力学体制，由于岩石圈板块的俯冲、碰撞等会聚作用引起岩石圈向下牵引弯曲和地壳岩石圈的挠曲沉降，常见于俯冲带或造山带，热流作用较弱。2

负载（重力）作用岩石圈加载造成的挠曲或弯曲变形作用。加载 方式可 以是链式火山或海山小规模载荷，也可以是山脉体大规模加载，形成大型前陆盆地。此外，盆地内水和沉积物产生的沉积载荷也是驱 动盆地沉降的基本机制。特 别是大 型三角洲发育的海湾地区，接受了大量的沉积，其 负荷 作 用 可 以导 致 均 衡 下沉，使岩石圈变形弯曲成为一个宽阔的区域下坳带。

上述三种 盆地的 基本的沉 降机制并非孤立地起作用，而通常是以一种为 主，多种机制综 合作用，共同构成盆 地沉降的构造 －热体制。其中由构造应力、热力作用产生的构造沉降是基本的沉降，而重力作用促使盆地沉降持续发展，并常常在盆地演化的晚 期转化为主要的沉降机制。另外，各种沉降机制有一定的限制条件。同时，它们是相互联系的，一种机制可能触发另一种机制，如热对流作用可以触发岩石圈的拉伸 作用或者是岩石圈底部的底侵作用。

因为作用力的时空范围广泛，而且它们以错综复杂的方式作用于具有非均匀性的地球岩石圈，因此，盆地的沉降机制非常复杂。除了很少的例子外，目前的知识储备和研究水平还不足以预测盆地沉降的确切过程。盆地沉降过程的确定需要一个综合性的研究方法，这一方法既包括理论研究，又包括了由各种地质观测作为补充实验研究。新的理论概念和技术意味着有大量的发展机会。在地幔和地壳尺度上研究盆地形成和演化的过程，对于了解岩石圈的热历史和盆地的经济潜力是至关重要的。2

动力学类型沉积盆地的类型划分是盆地分析的基础和盆地油气资源评价的重要依据之一。迄今为止，人们已开展了大量的工作，以盆地与实际的构造区和构造过程的关系划分盆地的类型 (Dickinson，1976;Bally等，1980;Allen等，1990;朱 夏，1982;叶连俊，孙枢，1980;李德生，1982;赵重远，1978;田在艺，张庆春，1996;刘和甫，1983等)。由于沉积盆地形成和演化过程的复杂性，在盆地分类的研究中研究者往往各自从不同的方面强调盆地的某些特征。20世纪 40—50年代盆地的分类以槽台学说为指导。从 60年代开始，人们开始研究盆地成因机制与板块构造的关系，并出现了许多以板块构造为基础的沉积盆地分类体系，研究盆地的沉降机制及其与油气聚集的关系，如 Dickinson(1976)强调盆地位置与岩石圈基底类型的关系，盆地离板块边缘的距离和接近盆地的板块边界的类型，划分了五大类型的沉积盆地。Bally和 Snelson(1980)依据盆地位置与巨型缝合带的相互关系来进行盆地分类。我国学者朱夏(1982)将槽台学说与板块构造学说相结合，提出了“两个世代，两种体制”的盆地分类系统。

由于盆地的沉积和构造样式演化主要受到地球动力学构造环境的影响，因此，从岩石圈动力学角度进行盆地分类是近年来人们比较强调的一种分类方案。Beaumont和 Tankard等(1987)主编的盆地形成机制的专著中将盆地构造类型简化为五类叙述，即伸展、张扭、压扭，前陆和克拉通内盆地。更为简单的分类是按照盆地形成的力学机制所划分的三种盆地类型：即①由岩石圈伸展作用形成伸展型盆地;②由岩石圈弯曲产生的挠曲类盆地;③与走向滑动或巨型剪切带有关的走滑带盆地。

这种简单明了的盆地的动力学分类被人们普遍采用，其中，大多数盆地的动力学类型与断层的动力学类型一致。从水平应力场考虑，与伸展型盆地、挠曲类盆地和走滑带盆地相对应的盆地形成的动力学背景可以分为张性的、压性的和剪切的，相应的沉积盆地的边界断裂性质为正断层、逆断层和平移断层。2