鄂尔多斯西南缘前陆盆地沉降和沉积过程模拟

本文将东祁东逆冲带与鄂尔多斯西南缘晚三叠世前陆盆地相结合，研究了逆冲带内部变形特征，前陆盆地中层序地层格架特征及其反映的盆缘构造性质和幕式逆作作用。     

前陆盆地挠曲过程模拟的理论模型

本文讨论了前陆盆地形成的主要控制因素，包括逆冲负荷、盆地沉积物负荷、地壳内部水平挤压力和地壳力学性质，介绍了前陆盆地弹性和粘弹性挠曲力学模型的基本特征。在此基础上，结合典型实例，探讨了运用粘弹性和弹性挠曲模型模拟前陆盆地沉降和沉积过程的基本方法和基本原理，揭示了造山带与前陆盆地系统演化的动力作用过程。     

前陆、前陆盆地和前陆盆地系统

前陆是指与造山带相毗连的构造相对稳定地区，造山带的岩石向着它俯冲成掩覆，可分为三种类型，即曾为被动型大陆边缘的（Ⅰ型），曾与沟－弧系有关的（Ⅱ型）和陆内造山带前方的（Ⅲ型）。前陆盆地为沿造山带前陆区分布的线状压性深坳陷，可分为周缘前陆盆地，弧后前陆盆地和陆内前陆盆地三种类型。前陆盆地系统是一个沿造山带分布的长条状的潜在沉积可容空间，可划分为楔顶，前渊，前隆和隆后等4个部分。     

3-D Modeling for Flexural Subsidence and Deposition Process of Foreland Basin

前陆盆地是在造山带负荷作用下岩石圈发生挠曲沉降而形成的,并且被主要从造山带搬运的沉积物所充填.为了更好地理解和认识前陆盆地的形成演化机制,特别是受控于周缘多个造山带活动所形成的前陆盆地的演化机制,本文通过建立前陆盆地挠曲沉降与沉积过程的3-D模型,模拟展示了造山带逆冲推覆作用、岩石圈挠曲沉降响应及在山盆体系中由于动力地形变化而导致的河流体系的发育变化及其产生的剥蚀和沉积过程.模型的建立和实验完整体现了逆冲推覆、弹性挠曲沉降和沉积物搬运这三者之间的耦合机制,为全面深入研究前陆盆地动力学提供了理论依据和方法.     

叠加于弧后前陆盆地挠曲沉降之上的另一类沉降——动力沉降

弧后前陆盆地挠曲沉降包括逆冲负载沉降和盆地沉积物负载沉降。叠加于挠曲沉降之上还存在另一类沉降,即动力沉降。动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。由大洋板块俯冲产生的动力沉降往往分布于弧后前陆盆地区,其幅度、波长与板块俯冲角度、俯冲速率、俯冲板块在地幔中通过的位置和俯冲岩石圈的热年代密切相关。将通过弧后前陆盆地沉积地层的去压实得到的总沉降减去盆地模拟获得的逆冲带负载和盆地沉积物负载沉降可以得到剩余沉降,即动力沉降。从地层资料中定量分离出动力沉降为改进和限制长期以来悬而未决的由洋壳俯冲导致的地幔-粘性流动构造模型提供理论基础和实际资料。     

前陆盆地类型及其沉积动力学研究综述

从前陆盆地的特点及类型入手,综述了前陆盆地研究的热点内容,最新方法及其沉积动力学进展状况,揭示了前陆背景下盆地充填序列的构成及内部演化特征,指出了盆地的沉积－地层格架与冲断造山带的幕式活动之间的响应关系。     

前陆盆地沉降机理和地层模型

前陆盆地形成的主要原因是造山带负载导致的岩石圈挠曲。逆冲作用造成地壳增厚,造山带的巨大质量又导致下部岩石圈的区域均衡沉降,从而临近和平行于造山带发育了凹陷。另外,前陆盆地的演化也受到沉积物供应、盆地内沉积物扩散能力、岩石圈强度、造山带逆冲速率、全球海平面变化、和俯冲有关的动力沉降及俯冲负载等众多其它因素的影响。本文阐述了这些因素与前陆盆地沉降的关系,介绍了与幕式逆冲有关的地层模型和欠补偿-过补偿地层模型。希望本文能够对中国西北地区前陆盆地的研究起到一定的借鉴意义。     

前陆盆地挠曲沉降正演模型的设计与实现——以库车古近纪陆内前陆坳陷沉降分析为例

本文以二维薄板弹性挠曲模型为基础,对模型进行简化和参数优化选取,并在VC++6.0环境下采用Windows视窗设计,实现了前陆盆地挠曲沉降的正演模拟系统.应用这一系统模拟分析了库车古近纪-新近纪前陆盆地的挠曲沉降过程.模拟结果表明,库车古近纪-新近纪前陆盆地的沉降曲线总体呈上凸型,具有典型前陆盆地沉降的特点,根据沉降速率变化可以把整个沉降过程分为四个部分,分别对应盆地的四个构造层序发育阶段,每一阶段呈不同的沉降特征,相邻两阶段之间存在一盆地回弹隆升、逆冲构造活动终止期,盆地遭受广泛剥蚀形成两个构造层序之间的不整合界面.正演模拟通过将沉降过程时间离散,精细设定不同时间段的构造负载,能够精细恢复前陆盆地的沉降过程和演化.     

川西前陆盆地侏罗系沉积体系及沉积模式研究

川西前陆盆地侏罗系具有巨大的勘探开发潜力, 但对研究区沉积相研究成果却相对较少.根据岩性组合、岩石颜色、沉积构造等多种因素将川西前陆盆地侏罗系划分出冲积扇、河流、三角洲和湖泊4种沉积体系,并对各沉积亚相构成特征进行了详细的研究.川西前陆盆地侏罗系均属陆相沉积,总体上发育三级扇的沉积模式,即由盆地边缘冲积扇经河流冲积平原到三角洲再经浅湖到半深湖.通过对研究区内沉积相和沉积构造的综合研究,本区主要发育了冲积扇-河流-三角洲-湖泊的沉积模式.     

前陆盆地形成、演化及成矿作用

前陆盆地是岩石受上叠地壳加载引起挠曲变形而形成的边缘拗陷盆地。按成因和形成位置,可划分为弧背前陆盆地和周缘前陆盆地两种类型。两类前陆盆地均发育向上变浅的沉积序列,鉴于岩石圈的不同特征,弧背前陆盆地仅发育由浅海至陆相组成的磨拉石沉积,而周缘前陆盆地由早期复理石楔和晚期磨拉石楔组成,由于受相对海平面变化和沉积物供给型式的影响,与离散型被动大陆边缘相比较,在层序地层上前陆盆地表现出自身的特殊性和复杂性;此外,前陆盆地中还蕴藏着极为丰富的矿产资源,显示出广阔的找矿前景。我国发育有众多的大陆造山带,建议重视和加强对古今前陆盆地的研究。     

山前挠曲盆地沉积相变化对地层对比和气候变化记录的关键控制:模型与应用——以临夏盆地为例

山前挠曲盆地是大陆上最常见的盆地之一,在我国西部和青藏高原及其周边广泛发育,其最大特点是盆地基底在相邻山地冲压下会产生显著挠曲下沉和冲断褶皱,并严格控制了盆地构造和地层与沉积相的发育,是开展新生代尤其第四纪盆地地层以及地层记录的气候变化研究的关键区域。然而该类盆地地层和沉积相变化很大,在开展地层长期气候变化和地层对比研究时容易产生严重的偏差。本文以临夏盆地的精细研究为例,概括出山前挠曲拗陷盆地的构造地层和沉积相时空演化模型,以及它们如何控制地层的对比和古气候记录的产生,以期为我国新生代古气候研究中遇到的大量地层年代争论和古气候记录矛盾的解决提供借鉴。

     

楚雄中生代前陆盆地的构造沉降史研究

云南楚雄盆地位于扬子陆块的西南边缘,为一典型的中生代周缘前陆盆地。盆地演化阶段明显,晚三叠世为前陆早期复理石沉积,侏罗纪则为前陆晚期磨拉石沉积。对盆地构造沉降史研究后笔者认为:①晚三叠世复理石沉积盆地构造沉降幅度巨大,沉降与沉积中心位于盆地最西部,紧邻古哀牢山造山带,沉积体呈楔形展布;②侏罗纪磨拉石沉积盆地构造沉降和沉积中心以及前缘隆起向内陆方向迁移明显;③中生代构造快速沉降的沉积体的楔形展布表明盆地具有前陆岩石圈挠曲成因特征;④盆地的高沉积速率受构造和超补偿沉积作用的共同控制。     

川西龙门山前陆盆地构造沉降初步分析

研究表明,龙门山冲断带是川西前陆盆地的主要物源区,它的逆冲推覆活动直接控制着川西前陆盆地的沉积类型和沉积物供给量。晚三叠世诺利期、瑞替期和晚侏罗世早中期是川西前陆盆地构造沉降速率较高时期,反映龙门山冲断带在这些时期的逆冲推覆速率较大,是逆冲推覆作用构造抬升的强烈时期;而早侏罗世是该地区构造沉降速率相对较小时期,反映龙门山冲断带在早侏罗世的逆冲推覆抬升速率较小,是逆冲推覆作用相对平静时期。同时,估算龙门山逆冲推覆体在各个不同时期的抬升高度和抬升速率。     

准噶尔盆地乌夏前陆冲断带沉降史与沉积响应研究

针对前陆冲断带的特殊构造位置及沉积特征的复杂性,本文在地层剥蚀厚度恢复和层序划分的基础上,通过对准噶尔盆地西缘乌夏前陆冲断带沉降史分析,在海西运动晚期准噶尔地块与西伯利亚板块发生碰撞挤压,形成一系列冲断推覆构造,前缘岩石圈挠曲下陷发育周缘前陆盆地,并夹杂大规模的短暂伸展火山喷发活动,接受了巨厚的二叠系沉积层序;随着板块俯冲在二叠纪末的逐渐消亡,三叠纪进入印支期陆内坳陷继承性挤压活动阶段,周边受南北向挤压和左旋构造应力场影响,前陆冲断带古断裂再次逆冲,哈拉阿拉特山急剧抬升,后缘和什托洛盖盆地形成;进入侏罗纪—白垩纪(燕山运动早中期),为陆内坳陷的填充消亡阶段,但有继承性活动,构造活动强度较二叠纪大为减弱,在燕山运动Ⅲ幕晚期最终被覆盖定型。整个过程受地体碰撞和板内挤压影响,冲断带发生幕式构造活动,从而导致盆地沉降也发生幕式变化,而且冲断带每次挤压逆冲均导致相应的沉降和沉积物充填,并直接控制前陆盆地和陆内坳陷的沉积充填特征。     

川东北前陆盆地上三叠统沉积相及沉积演化

在对川东北前陆盆地上三叠统须家河组露头剖面野外实测和钻井等资料综合研究的基础上,对该区上三叠统须家河组层序及沉积相类型、沉积特征进行了详细的研究。结果表明:研究区内主要发育冲积扇、辫状河、曲流河、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊、海相三角洲等八种主要的沉积相类型。古地理演化经历了由海相环境-海陆过渡相环境-陆相环境的转变。反映了川东北前陆盆地晚三叠世须家河期盆-山耦合过程及其沉积响应。须一段(即小塘子期)发育时期,受印支期构造运动的影响,本区大部分隆升成陆,仅在研究区北西部广元、剑阁等地发育海相三角洲相沉积。须二段发育时期,米仓山-大巴山构造山系的逆冲推覆构造作用较为强烈,川东北前陆盆地坳陷幅度加大,沉积物供给充分,沿米仓山-大巴山前缘地带主要发育辫状河三角洲沉积,而盆地西南部主要发育浅湖沉积。在须三段发育时期,米仓山-大巴山构造山系构造活动逐渐减弱,处于低幅稳定隆升状态,碎屑物供给量减少,沿米仓山-大巴山前缘地带主要发育辫状河三角洲沉积;从盆地前缘地带向中心地带则主要发育浅湖沉积。须四-须六段发育时期,米仓山-大巴山开始进入强烈逆冲推覆和构造隆升阶段,川东北前陆盆地坳陷幅度急剧加大,碎屑物供给量骤然增多,从盆地前缘地带向中心地带主要发育冲积扇-扇三角洲-辫状河三角洲、曲流河、曲流河三角洲相到浅湖相沉积。     

湘西地区志留纪沉积体系及典型前陆盆地的形成模式研究

湘西地区发育志留系中、下志留统碎屑岩地层,缺失上志留统。经沉积学综合研究,可以划分出滞留盆地、浊积扇、三角洲、潮坪滨岸等沉积体系,从下向上海平面逐渐下降,其物源来自于东南部雪峰隆起。湘西地区志留纪沉积盆地构造演化经历了前陆盆地的形成期、发展期及萎缩期、消亡期几个阶段。其沉积构造演化规律为：前陆盆地初始形成期发育深水滞留盆地沉积体系;前陆盆地发展期发育海相浊积扇沉积体系;前陆盆地萎缩期发育三角洲沉积体系,前陆盆地消亡期发育潮坪沙坝滨岸沉积体系。     

龙门山南段前陆盆地中—新生代砂岩特征及物源分析

龙门山南段前陆盆地发育了巨厚的陆源沉积岩 ,其中砂岩分布最广、含量最多。在详细观察描述砂岩宏观特征的基础上 ,通过薄片鉴定、粒度分析等方法 ,研究了中—新生代砂岩的物质成分及结构特征 ,指出砂岩的成分成熟度和结构成熟度均中等至低 ,并按成分—成因分类方法划分了砂岩的岩石类型。根据砂岩特征 ,分析岩石的组成物质来源于龙门山造山带 ,再结合前陆盆地充填地层的沉积特征 ,提出了砂岩的沉积模式。     

川西前陆盆地上三叠统沉积特征

应用层序地层学方法将川西前陆盆地上三叠统划分为4个三级层序和12个体系域。在层序格架内,研究了不同时期的古地理背景、物源、沉积类型和沉积相展布,明确了上三叠统存在龙门山古陆、米仓山-大巴山古陆、康滇古陆、江南古陆4个物源,识别出上三叠统海湾、冲积扇、曲流河、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲和湖泊8种沉积相类型。层序Ⅰ沉积时期,盆地处于海陆交互相向陆相转变的时期,整体具有填平补齐的沉积特征,发育海湾等沉积;层序Ⅱ沉积时期,川西前陆盆地成为统一的内陆湖盆,其湖侵期为须家河期最大的湖侵期,主要发育三角洲沉积和湖相沉积;层序Ⅲ沉积时期,米仓山-大巴山古陆提供充足的物源,在米仓山-大巴山两逆冲推覆带前缘广泛发育大型冲积扇、辫状河、辫状河三角洲沉积体系;层序Ⅳ沉积时期,主要受江南古陆的影响,发育三角洲沉积和湖泊沉积。整体上,川西前陆盆地沉积相带的展布格局受构造控制,具有平行构造带展布的特点。盆地西北部陡坡带发育粗粒的冲积扇、扇三角洲-湖底扇,西南部陡坡带发育辫状河三角洲、北部-东北部陡坡带发育辫状河三角洲,而在东南部缓坡带则发育远源的曲流河、曲流河三角洲。