前陆盆地是什么?关于前陆盆地的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:21:11

前陆盆地(forland):由于造山带和山链的生长并向陆迁移而在克拉通边缘形成的箕状凹陷。相对于造山带,处于前陆位置。是大陆碰撞及缝合期间发育的盆地,属挤压型盆地,通常划分为周缘前陆盆地和弧后前陆盆地。前陆盆地内部可进一步划分出楔顶、前渊、前陆隆起和隆后带。

前陆盆地的概念及特征

发育在收缩造山带与相邻克拉通之间,平行于造山带呈狭长带状展布的不对称冲断挠曲盆地。

前陆盆地应包含以下几个特征:

1、位于大陆造山带与相邻克拉通之间的狭长沉积带,反映了造山带和相关俯冲带的地球动力学作用。

2、可划分为4部分:楔顶、前渊、前隆、后隆。这些沉积带的位置取决于各个沉积阶段的演化,而不是最终构造变形后的位置。在某些前陆盆地中,前渊沉积带和后隆沉积带有可能发展缓慢甚至消失。

3、前陆盆地在纵向上的长度和逆冲带的长度是一致的,但不包括挤出的残留洋盆和大陆裂谷,因为它们可能与造山带的地球动力学作用没有联系。

研究历史

前陆盆地是指位于造山带前缘与相邻克拉通之间的沉积盆地。

Price首次提出这一概念。

其后,William R.Dickinson1974年欧洲的阿尔卑斯山前陆盆地和美洲科迪勒拉山前陆盆地的研究,根据盆地的成因和位置,将前陆盆地定义为与造山带变形翼部毗连的克拉通边缘前陆环境中形成的盆地,提出了周缘前陆盆地和弧后前陆盆地的分类。

Decelles发表文章阐述了前陆盆地系统,丰富了前陆盆地的定义,对挠曲机制和可容空间有了新的认识。他认为传统的前陆盆地概念主要侧重于对前渊带的沉积,很少注意前陆隆起和隆后盆地的沉积,而后两个沉积带对造山作用和盆地演化同样提供重要信息。其次,造山带推覆前陆的楔形沉积与前渊沉积相连,也应属于前陆盆地的组成单元。

Jordan将前陆盆地定义为前陆逆冲带周缘的狭长沉积槽地,是世界范围内造山带的伴生体。

Allen将前陆盆地定义为处在造山链和克拉通之间的并与大陆碰撞带密切相关的高度不对称盆地。

何登发对前陆盆地的定义是沿造山带大陆外侧分布的沉积盆地。

刘和甫将前陆盆地定义为造山带前缘与相邻克拉通之间的沉积盆地。

近些年,我国地质学家总结中亚和我国中西部地区中、新生代前陆盆地的特点,提出了再生前陆盆地(陆内前陆盆地)的概念,认为它是与弧后前陆盆地和周缘前陆盆地并列的第三类前陆盆地,但是在国际上并未得到认可。

前陆盆地的构造样式

前陆盆地呈不对称的楔形,向造山带和克拉通方向尖灭,这是从荷载中心到边缘隆起沉积速率逐渐降低的反映。它具有明显的分带性,可以分为四个带。

楔顶带

聚积在造山楔顶部的沉积单元。在地表环境中,这个沉积带包含了最粗粒的矿物,通常是冲积或河成的沉积物;在水下环境中,楔顶沉积典型的包含有重力流和细粒的席状沉积物。楔顶沉积向克拉通方向尖灭,可以有几十公里长,平行于区域性的构造运移方向。楔顶带主要的判别标志是广泛出现的渐变不整合面和不同类型的生长构造,例如生长褶皱、断层、递变的辐射状劈理。这表明楔顶沉积带在同造山期和近同造山期的隆升面和沉降面上聚积、变形。

前渊带

它是在造山楔顶部前缘与前隆之间的沉积单元。发育有向克拉通方向尖灭的楔形沉积物,是前陆盆地研究的焦点,它通常宽100-300km,厚2-8km。大量研究表明,地表的前渊沉积带的沉积物来自纵向和横向冲积或河成的沉积系统。水下的前渊产生于浅湖泊、海洋的沉积系统,可以是三角洲、浅海陆棚或浊积扇。周缘前陆盆地的前渊沉积带包含早期深海复理石沉积,晚期陆相、浅海相的磨拉石沉积两阶段,这反映周缘前陆盆地早期的海沟环境,演变为晚期的浅海或陆相环境。

前隆带

前渊靠近克拉通一侧挠曲抬升的沉积区域。因为它是上升的地形,前隆带通常被认为没有沉积或侵蚀的,总的不整合面已用来描述随时间变化的层位。主要的不整合面产生于前隆的迁移过程,包括不整合面上前渊地层向克拉通方向的渐进超覆,靠近前渊侧的前隆上地层断裂的增多,以及先期存在的区域性低角度(<1°)地层剖面。

后隆带

聚积在前隆和克拉通之间的沉积单元,大部分的沉积物来自造山带。在水下环境中,克拉通和碳酸盐台地的物质补给也是明显的。后隆沉积带的沉积系统主要是浅海相和陆相,沉积物通常是细粒的,因为离主要物源区——造山带较远。

前陆盆地的分类

前陆盆地的分类根据盆地的成因和位置,可以将前陆盆地划分为周缘前陆盆地,弧后前陆盆地。

虽然中国一些学者提出来了陆内前陆盆地(再生前陆盆地)的概念,但是由于未能解释陆内造山(板内变形)驱动力问题,所以争议很大,未能得到国际认可。

周缘前陆盆地

位于陆-陆碰撞造山带外弧地区,在逆冲带前的俯冲板块之上,是大陆碰撞后由于板块自身重力作用造成陆内俯冲而形成的岩石圈挠曲盆地。如阿尔卑斯造山带的周缘前陆盆地,印度—恒河平原和我国鄂尔多斯盆地。

弧后前陆盆地

位于大洋岩石圈俯冲形成的岩浆弧之后,在大陆边缘岩浆弧内侧的仰冲板块之上,与陆内A型俯冲作用有关。既可以与板块碰撞联系,也可以形成于洋壳俯冲作用时期。如南美安第斯山弧后前陆盆地,北美洲晚中生代-新生代落基山盆地和我国的楚雄弧后前陆盆地。

陆内前陆盆地——再生前陆盆地

(争议很大,未获得国际认可)

再生前陆盆地除在沉降特征、构造样式及含油气性等方面与前两类盆地基本相似之外,还具有以下特征:一是造山作用与同时代的俯冲作用或碰撞作用无关,缺乏同时代的岩浆弧或蛇绿岩;二是常与特提斯构造阶段造山带在新特提斯构造阶段活动有关,故称“再生前陆盆地”。再生前陆盆地是与陆内造山作用相联系,与再生造山带有明显的耦合关系,以天山南北两侧前陆盆地最为典型。一般不具有海相到陆相沉积演化过程,所以再生前陆盆地中不存在海相烃源岩,其海相烃源岩来自前-前陆盆地层序,主要为克拉通盆地中海相沉积。典型如库车前陆盆地,它的前陆逆冲带发育一系列断坪-断坡式台阶状逆冲层及其相关褶皱的构造变形和空间组合。

前陆盆地的沉积演化

前陆盆地地层的几何形态是楔形的,厚的部分靠近造山体,薄的部分在向前陆板块上尖灭。这是从荷载中心到边缘隆起沉降速率逐渐降低的反映。特征是年轻的地层普遍超覆到前陆之上,大多数前陆盆地的地震剖面证明了这种简单几何形态的存在,如南美南部的麦哲伦盆地。前陆盆地的演化是一个动态过程,具有递进式的演变特征。

沉积中心和地层羽状薄边尖灭的移动显示了分布载荷的活动性和岩石圈响应的变化,前陆盆地整体的动态演化,随着造山带的隆升,地形载荷不断加大,地形挠曲逐渐明显,随着造山带前缘推覆向前陆推进,盆地的沉降中心和前陆隆起逐步向克拉通方向迁移,形成递进式沉积演化序列。

控制盆地中沉积作用的主要因素是造山带的抬升、剥蚀和大陆岩石圈的挠曲沉降速率。已识别出的典型前陆盆地沉积也均指该地带的沉积,如瑞士磨拉石盆地、台湾前陆盆地以及我国的龙门山前陆盆地。通常认为前陆盆地的充填包括巨厚的海相至陆相沉积物,一般为陆源碎屑岩,缺乏碳酸盐岩沉积。充填序列可分为下部岩系和上部岩系。

在意大利的亚平宁前陆盆地中,有的盆地向东部迁移的过程中,推覆前缘盆地和前渊盆地的沉积是同步的,这个同步阶段被意大利地质学家命名为“复理石阶段”,沉积作用以浊流和半深海沉积为主。随着形变的延续,至中新世,内部的推覆前缘盆地与前渊盆地的相互作用消失。前者抬升,遭受风化、剥蚀为后者提供碎屑物质,意大利地质学家命名“磨拉石阶段”。前陆盆地的充填一般可以分为两阶段,Covey有关台湾西部前陆盆地的文献证实了这个过程。

(1)早期欠补偿阶段,造山体地形是平缓的,沉积物搬运速率低,盆地保持深水环境。

(2)晚期稳定阶段,在山脉的生长趋于稳定阶段后,强烈的剥蚀与抬升均衡,盆地由碎屑充填到溢出点,形成一个稳定的盆地几何形态。