沉积盆地与造山带耦合机制探析

江宝棋

摘要：地球表面最主要的地理、地质构造单元是高耸的山脉与低坳的盆地，盆地和山脉在空间上往往相邻相伴，在演化的形成上存在某种关联性，因此认为盆地山脉在形成演化上存在某种耦合机制。盆山耦合演化动力的统一性是其内在机制，盆山耦合称为“近地表构造过程与岩石圈深部过程的耦合”，盆山耦合现已成为重要的地质现象。根据动力学机制，可以识别出引张、挤压、走滑引张、走滑挤压、垂直应力和冲击这6种盆山耦合类型。本文对沉积盆地盆山耦合机制进行探析，对以后的研究具有参考意义。

关键词：沉积盆地；盆山耦合；异常分压；脱耦

ABSTRACT：Mountains and basins are major geographic Earth's surface ， the geological structural units ， the basin and the mountains in the space adjacent to the relevant on the formation and evolution ， so that the basin and the mountains there is some coupling mechanism . The internal mechanism of its evolution dynamic unity ， called " near-surface tectonic processes coupled with the lithosphere process " has become an important geological phenomenon. Understood tensile ， compression， tensile slip ， slip extrusion， vertical stress and impact based on six types of dynamic mechanism . In this paper， the mountain basin of the coupling mechanism ， a reference for future research significance .

Keywords： Sedimentary basins ；basin-mountain coupling； exception； decoupling

引言

盆山耦合已经成为我国沉积盆地的主要研究导向，盆山体系的构造、深部和沉积结构上的耦合现象为研究重点。构造耦合研究是指盆山相交带（结合带）的统一变形特征，深部结构耦合的研究重点是盆山体系在岩石圈尺度的动力学统一，沉积耦合研究是重塑盆山耦合过程及相邻造山带的演化过程通过沉积相应。国际上相应领域的研究重点为岩石圈深部过程与近地表构造过程的耦合。

山脉与盆地相织相融形成了地球表面最精致与壮丽的地形与地貌特征。自90年代实施大陆动力学计划以来，打破了20世纪90年代之前山脉与盆地分开研究的境况，并成了现今地学界一个新的领域。盆山耦合与构造应力关系十分密切，常见现象有同一应力场导致的盆地与山脉并列伴生。导致应力场生成与演变的基本动力是软流圈的对流。岩石圈的挠曲、断陷、冷沉降则都是应力场作用的衍生现象。因此，构造应力场是岩石圈变形过程引起的盆地与山脉耦合现象的直接力源，一级动力则是地幔对流。

如此分析之后，盆山耦合的类型划分，以大区域应力场作为背景，虽然能够达到包容性和无重复的分类要求。但这种分类只能应用于地球本身动力所形成的盆山耦合，不能包括地外物体撞击形成的盆山耦合。因此，作为动力分类还必须包括地外物体撞击形成的盆山耦合类型。

1. 前陆盆地盆山耦合

地质过程中的“耦合”性，在造山和成盆过程之间是相辅相成、相互制约、相互关联的共生关系。即，盆山构造耦合在近些年中的研究日趋增长。作为这一研究的先驱认识主要来自前陆褶皱冲断带和前路盆地演化相关联性研究。前陆盆地的形成是岩石受上叠地壳加载引起挠曲变形而形成的边缘坳陷盆地，在造山带的褶皱冲断及其形成增生楔的叠置负荷作用下，造山带前缘的岩石圈向下挠曲坳陷，并被快速充填以来自造山带的剥蚀物质。可知此过程中的逆推隆升一压陷成盆和山地剥蚀一盆地充填构成一个对立统一体，表现出盆地和山脉形成之间成对共存、升降相伴和彼此影响的耦合关系。

1.1 造山带隆起与前陆盆地沉降收缩

确定前陆盆地及其对应特征所具有的条件，其一便是前陆盆地与收缩造山带在时间与空间上相伴而生，两者之间有成因联系，在演化阶段上相应。前陆盆地耦合还应包含能量交换及盆地与山脉相互作用方式。

造山作用是岩石圈在表浅层发生汇聚、缩短的过程。在汇聚地区强烈的挤压变形和地壳缩短，发育褶皱冲断带、叠瓦构造和岩层叠覆重复；与地壳或岩石圈横向上缩短的同时，在纵向上发生增厚和隆升。

1.2 造山带推进与前陆盆地迁移

随着板块的持续相向运动，汇聚边界地壳不断缩短，以造山带为代表的汇聚边界不断向克拉通方向迁移。相应地，整个前陆盆地系统也在朝克拉通方向作横向相对迁移。所谓迁移并非整个盆山岩石圈的完全横向运动，而是演化过程中盆山多元结构以波动方式传向克拉通。并以其所具有的某些运动特征与动力机制而向前推动盆地的运移。

1.3 造山作用终止与盆地消亡

造山作用的停止主要是由于板块间持续挤压汇聚的结束，所产生的应力随着盆地的挤压挠曲逐渐减弱并释放，静负载作用成为晋升的沉降动力。而静负载力作用在强烈的剥蚀下逐渐减弱，相对而言均衡抬升作用增强，而前陆盆地的规模减小与被充填而逐渐消亡的原因，则是因为前缘的物源供给速率远远高于其所发生的弱沉降。这时，前陆盆地的盆地面貌和处在的位置与前期已大相径庭。

2. 沉积盆地耦合阶段的异常分压

研究盆山耦合主要是用于人类的生产生活，而沉积盆地耦合阶段的分压异常往往表明此处有相应的地质活动。区域构造应力场主要作为异常高压的成因和分布特征。在挤压型盆地中形成异常高压的主控因素是挤压应力和天然气（油气）充足，异常高压呈平行造山带的（宽）带状或连续的面状分布：拉张型盆地和剪切一拉分盆地的主控因素是热作用。异常高压在拉张型盆地中为散点状或被分隔的面状分布，在剪切型盆地中呈点状或散点状分布。由此可见，不同类型的盆地内断裂的产状不同，决定了异常高压有不同的传导方向，挤压一反转时异常高压的保存或释放（泄压）也各具特点。

2.1 挤压型盆地

挤压型盆地以造山阶段的前陆磨拉石盆地为典型，主要特征主控盆边界断裂是冲断层，此类盆地因造山带的山前冲断带（前陆褶皱冲断带）向克拉通扩展的重力加载使克拉通边缘地区拖曳下陷而形成。盆地主要发育于冲断层的下盘。随前陆冲断带的前展式扩展，主控盆地断裂不断向着克拉通内推进；而其所控制发育的盆地也向着克拉通推进，故盆地边界及盆地的沉降一沉积中心在盆地建造阶段都在不断地迁移，幅度甚大。而对应的盆地另一侧的前隆则发生“后退”（边缘地区被剥蚀掉，成为盆地的一部分）。

2.2 拉张型盆地

拉张型盆地常是裂谷盆地。正断层是拉张型盆地的主要特征主控盆特征。据其发育的盆地基底可分为两类：一是发育在克拉通或经历了长期稳定阶段的大陆地壳上的称大陆裂谷：二是发育在年轻造山带上的称坍塌裂谷，其走向可能平行于造山带或与造山带高角度相交。

2.3 剪切型盆地

剪切型盆地以剪切走滑断裂为主要控盆断裂的盆地。因剪切断裂走滑时常伴有拉张或挤压，剪切型盆地可分为相应的2类。常见伴生拉张的剪切型盆地是拉分盆地和走滑松弛盆地。不同尺度的正负构造单元是地球表面的基本结构。其处于强烈剥蚀状态的造山带作为正向构造单元；而相邻的盆地作为负向构造单元，则为被剥蚀物质的堆积场所造山带的隆升和盆地的沉降、岩石的剥蚀与沉积及其速率、不整合面形成与盆山体系迁移等方面均密切关联，这些地质构造现象在盆山耦合机制中所提出的相关理论随着近些年研究的深入，可以得知这并不只是盆地与相关造山带在时空上的相互作用与变形关系，还包含地壳下部更甚者地球深部物质所参与此过程，而后者则更具有重要意义。

3. 盆山耦合与脱耦机制探析

世上的事物都是有对立面的，所以在耦合的定义中自然有与之相反的现象存在，即脱耦。本文在汲取前辈们的引导和关于盆地研究的思想成果的基础上，一些文字引用于本文，只是扩大一些涉猎面，从盆山耦合和脱耦的角度理解这些盆地的成因和特征，所谓继承型叠合盆地，是原盆山耦合关系至今仍未解脱；延变型叠合盆地则是原盆山关系脱耦时发生闭锁。造山作用与盆地发育之间可以发现相似或者统一的动力学机制与运动学过程，复合盆地的发育处处可以彰显造山作用在各个阶段的作用。盆山耦合与脱耦作为油气运移储藏的新机制是现今所研究的新导向。

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