盆地演化

盆地的形成演化和消亡是一個動態過程。由於古構造、古地理及古氣候條件的綜合影響，盆地的沉積充填結構和構造格架在這個動態構成中一直髮生着時間、空間演變，造成了複雜的盆地內部三維結構。盆地發育的不同階段，其沉積-構造面貌不同。即使盆地盆地消亡了，那後期改造也對其有一定程度的影響。只有分期、分層對盆地充填進行研究，追索盆地的沉積-構造演化史，才能有比較正確的認識。 ^[1] 

盆地充填的沉積構成一般取決於三個重要因素及其相互關係：

1、沉積物供應速率;

2、盆地基底沉降速率;

3、水面(尤其是海平面)變化。

盆地充的相變、厚度分佈、超覆關係和沉積間斷等往往展示了沉積物供應和盆地沉降關係之間的複雜性。

沉積速率是指單位時間內沉積物的層厚增量。不同類型沉積盆地的沉積速率差異很大，例如發育於穩定克拉通內的拗陷盆地的沉積速率一般為10～20m/Ma，而陸內裂谷盆地沉積速率可達200～300m/Ma；盆地內部不同沉積環境單元的沉積速率亦有很大差別，有充足陸源碎屑供應的扇體或三角洲是沉積速率最高的沉積環境單元，其沉積速率可達400m/Ma以上。沉降速率是指盆地基底構造沉降的速率，通常由沉積速率來推算。在盆地演化過程中，基底沉降速率可能發生週期性或趨勢性變化，一般是盆地形成、演化、衰亡的主導控制因素。

沉積速率和沉降速率之間的關係是決定盆地沉積構成和環境配置的重要因素。一般來説：

1、沉降速率大於沉積速率時，沉積物以垂向疊積作用為主，剖面層序完整，沖刷間斷不發育，通常構成水進型充填序列，顯示對稱沉積旋迴，沉積相帶較窄;

2、沉降速率小於沉積速率時，沉積物以側向進積作用為主，剖面不完整，沖蝕間斷面和再造層發育，構成水退型沉積序列，水退部分沉積物保存不完整，顯示不對稱沉積旋迴曲線，沉積物被廣泛分散，沉積相帶較寬。

沉積中心是指沉積物堆積的最大厚度中心，是由沉積物供應和盆地沉積速率決定的。盆地充填是一系列沉積體的複合，每一沉積體分別具有其沉積邊界和沉積中心，伴隨盆地的充填過程，常發生沉積中心的側向遷移。

沉降中心是指盆地基底沉降幅度最大的部位，在沉積物供應充分時，盆地的沉積中心即代表沉降中心，在沉積物供應不充分時，二者不一致，沉降中心可能被深水體所佔據。沉積物供應和盆地沉降之間的不同狀況可以形成不同補償類型的盆地。

一般認為含煤沉積盆地為補償盆地，沉積物厚度基本上反映了盆地的沉降幅度，所以常常利用沉積層系的厚度圈定同沉積構造。值得注意，雖流水注入的粗碎屑岩楔是盆地沉積構成的骨架，各層段厚度的變化主要是由於粗碎屑岩層厚度的變化而引起，因此盆地充填物的厚度與盆地的幾何形態、古坡度、物質供應、流水體系、填積速率等多種因素有關；同時還受到差異壓實效應的影響。

含煤沉積盆地在演化過程中可能經歷了不同補償類型的轉換，這種現象尤以斷陷型盆地為典型。盆地形成的早期基底裂陷作用顯著，沉陷速率高，雖有大量碎屑物質供應，但主要疊積於盆緣地帶，不能完全補償盆地沉陷所提供的空間，伴隨盆地範圍擴大和陸源區夷平，逐漸演化為深水湖盆，深水湖泊相沉積是裂谷盆地的標誌。盆地演化後期的基底斷陷活動減弱，代之以較大範圍的緩慢沉降，湖盆被大量碎屑充填淤淺，最終導致盆地的過補償和衰亡。 ^[2] 

裂谷盆地、拉分盆地和前陸盆地通常具有不對稱橫剖面幾何形態，這種不對稱性是由於沿活動性盆緣的構造活動、快速沉降和堆積作用造成的。這類盆地的充填通常由細粒沉積層和粗碎屑沉積層構成大型疊置的旋迴，細粒沉積層主要為海相、湖相和順向河流沉積；而粗碎屑沉積則為沖積扇或側向辮狀河流沉積。這種旋迴結構可能與氣候和海面變化有關，但其較大的時空規模和沿活動性盆緣分佈的特徵，顯示其形成與脈狀構造沉降活動密切相關，可稱沉積—構造旋迴。

一般認為，粗碎屑層系是構造活動期的產物，與盆地外圍剝蝕區的構造抬升活動相對應，由於其強烈抬升和河流下切，便有大量粗碎屑物質注入盆地，這種認識源於陸地剝蝕旋迴理論(Davis，1899)，廣泛應用於盆地充填的成因解釋。但實際情況可能恰恰相反，沉積-構造旋迴的細粒沉積層系是構造活動期的沉積標誌(Blair，1988)，活動邊緣附近大型沉積-構造旋迴的發育，説明海、湖和順向河沉積環境與沖積扇或橫向辮狀河沉積環境存在較長週期的更替。如果按照傳統觀點，即粗碎屑代表構造活動期，而細碎屑段代表構造穩定期，那麼在一個旋迴內，前者被後者所代替，則必須假設盆地沉積作用或湖、海水面的長期抬升，以便在盆地的衝擊扇或辮狀河流平原構成的沉積高地上堆積數百米厚的細粒沉積層，這從地貌學來看難以解釋的，因為湖、海和低坡度河流環境總是長期盤據盆地的最低部位。如果用盆緣沉降來解釋上述沉積層系的轉換，即由於構造活動增強，盆緣帶沉降加快，沖積扇或辮狀河平原轉化為地形窪地的一部分，細粒沉積便覆於粗碎屑沉積層之上。

許多現代斷陷盆地，海、湖或低坡度河流環境直抵盆地的活動斷裂邊緣，與較快的構造沉降相對應，這是水文條件對沉積作用的控制所造成的。沖積扇是一種偶發性洪水事件，往往需要較長的時間間隔才發生，而湖泊或順向河對盆地沉降反應快，因為河流注入的沉積物來自整個流域，遠遠大於沖積扇堆積，湖泊的沉積作用則有順向河或盆緣側向流水的持續物質供應。此外據Schumm(1963)的統計，現代構造帶的抬昇平均速率遠遠大於剝蝕速率，在構造活動期活動盆緣帶強烈沉陷，沖積扇粗碎屑堆積則侷限於盆緣內側沉陷帶，只有在沉降緩慢或相對構造穩定期，物源區剝蝕速率超過盆地沉降速率，才可能產生廣泛分佈的進積租碎屑岩楔。

斷陷煤盆地充填序列往往呈現典型的雙層結構，以中部的深湖相泥為基準可區分為水進、水退沉積序列和下、上兩個含煤段。早期以裂陷作用為主，為非補償盆地，晚期以拗陷作用為主，過渡為補償盆地。斷陷盆地形成過程中奇襲的先期水系網在盆地水均衡中起着重要作用，由於盆地邊緣後傾斜高地的阻隔，便出現雙向河流體系，只有近源河流形成的內流水系注入斷陷盆地，而區域水流則構成外流水系流離沉着盆地。隨着盆地的強烈沉陷，有限的內流水系和物源區不能補償盆地基底沉陷，便出現飢餓型深水湖盆環境，形成厚層廣佈的深水湖泊相泥岩。盆緣斷裂間歇性活動態勢是控制盆地內部沉積環境面貌、巖相和厚度分佈、聚煤作用的主導因素。盆緣斷裂前緣沖積扇粗碎屑岩楔相互疊覆構成盆緣沖積扇帶，斷陷活動期盆緣帶沉陷加劇，沖積扇粗碎屑沉積物被限制填積在盆緣帶，而盆地內部則廣泛發育湖泊、河流、沼澤相沉積。盆緣斷陷活動趨於穩定時，沖積扇粗碎屑岩舌則越過盆緣帶，以致延伸覆蓋整個盆地，聚煤作用則暫時中止。隨着盆緣斷裂活動的衰亡，整個盆地則被沖積扇-河流粗碎屑沉積物充填。 ^[2] 

隨着區域構造和盆地構造的演化，盆地內部充填的沉積蓋層也捲入了地殼的總體形變過程，形成具有不同特徵的沉積-構造層次，或稱殼層(carapace)，不同的沉積-構造層次組成整個盆地的層次結構，記錄了盆地的沉積、構造演化史。

盆地的時、空演化體現在盆地所具有的沉積-構造層次結構。有的盆地的演化過程比較簡單，層次結構不明顯，有的盆地經歷了複雜的演化過程，一系列沉積-構造事件可形成盆地的多層次結構。大型斷陷煤盆地一般具有明顯的層次結構，分別代表了盆地的不同演化階段。盆地發育的早期表現出顯著的基底斷陷性質，下落斷塊組成一系列半地塹、地塹亞盆地系，各個亞盆相互分隔，各自具有盆緣斷裂及其內側的沖積扇帶，構成底部沉積-構造層次；隨着裂陷作用的加強，各個亞盆地相互連通，形成一個統一的大型沉積盆地，下伏基底斷塊的差異性沉陷引起上覆蓋層巖性巖相和厚度的變化，一些主幹基底斷裂延伸至上覆沉積層，也可能產生重力滑脱斷層系，構成比較複雜多樣的過渡沉積-構造層次；盆地發育的後期，發生了沉積-構造樣式的轉化，以熱沉降或荷載調整性沉降作用為主，沉積範圍擴大，各種沉積環境單元有序配置，演化為比較均衡開闊的沉積盆地。

我國松遼盆地，晚侏羅-早白堊世含煤碎屑岩系填積在北東向基底斷裂限制的半地塹盆地內，構成底部亞盆地系。早白堊世沉積範圍擴大，不整合超覆於石炭二疊系變質岩系或海西期花崗岩基底之上，巖相和厚度明顯地受到基底斷塊差異沉陷的影響和同沉積斷裂的切割。早白堊世晚期開始，盆地基底主要表現為拗陷性質，沉積層由盆地中部向兩翼逐漸減薄，但在盆緣地帶仍然受到新生基底斷裂活動的影響。第三系分佈範圍明顯縮小，退縮於盆地西緣，即盆控主幹斷裂一側。

發育在緩傾角基底斷裂之上的沉積盆地，伴隨主滑脱斷層的伸展過程沉積蓋層中的同沉積斷裂也逐步生長髮育，形成一個沉積-構造層次序列。較早形成的沉積岩楔沿斷層面旋轉滑落，逐步遠離後期形成的沉積岩楔，以致盆地內各層次的沉積中心相互偏離疊置，構成不同的沉積-構造層次。剖面圖中的星號和菱形符號，表示兩個早期沉積階段的軸向沉積中心，一些斷陷盆地複雜的砂體分佈樣式，很可能受到這種“殼層”發育過程的控制(Gibbs，1984)。

盆地古構造應力場和動力作用方式的轉化是盆地沉積-構造層次演變的重要制導因素。例如拉伸盆地受到與伸張作用方向相反的擠壓作用，沿近於直立的基底斷裂便產生走向滑動，並在上覆沉積層中誘發花狀構造或重力滑脱構造，在一定層序內表現為同沉積褶皺和斷裂系。動力作用方式的改變，也可導致不同層序內出現不同方向和排列方式的斷層系。如我國華北裂谷系中的一個半地塹盆地，以盆緣斷層為主幹發育一系列掀斜斷塊，不同層次和不同尺度的鏟式斷層分別屬於兩個裂陷幕，具有相反的方向，表明隨時間的發展而改變了掀斜方向。

大型複雜沉積盆地的主要沉積-構造層次往往代表一次區域或盆地範圍的沉積-構造事件。因此可根據盆地的層次結構、構造-剝蝕界面、沉積速率變化、動力作用方式和方向的轉化等，將盆地的形成演化過程分解為不同的沉積-構造期(幕)，不同沉積-構造期充填物質、相和沉機體系配置、含煤性特徵各不相同。

大型沉積盆地發育過程中可能發生盆地類型的轉化，形成複合盆地。不同盆地類型層次代表了盆地發展階段的特定動力背景和力學機制，可形成特徵的沉積體系、體系域。我國四川晚三疊世含煤沉積盆地是發育在穩定的揚子陸塊上的一複合盆地，中三疊世末的早期印支運動使上揚子陸塊抬起，在廣闊的範圍內形成印支期構造-剝蝕界面，海域範圍退縮於龍門山區，並與古地中海域相連，是一種大陸邊緣含煤沉積盆地，晚三疊世早期濱海碎屑含煤沉積(跨洪洞組)與下伏中三疊統雷口坡組呈整合或假整合接觸，其沉積範圍向東可抵龍泉山斷裂附近。晚三疊世中期-中晚期，盆地西側的甘孜-阿壩海槽褶皺隆起，由西向東推覆擠壓，形成龍門山沖斷帶及其前緣拗陷帶，拗陷槽地內堆積了巨厚的類復理石一復屑砂、礫岩組合。盆地範圍向東超覆擴展，淡化瀉湖-河流含煤沉積(小壙子組、須家河組下段)上超於中三疊統構造-剝蝕面上，與下伏地層呈微角度不整合，整個盆地基本上為一不對稱前陸盆些，西側沉積厚度達2500m以上，東部缺失早期沉積，總厚減薄至數百米直至尖滅。晚三疊世晚期，龍門山區逐漸準平原化，盆地範圍進一步向龍門山區和川東隆起區擴展，同時沉積中心東移，逐步演化為克拉通內拗陷湖盆地。盆地充填主要為河流-湖泊含煤沉積(須家河上段或霧中山組)，為主要含煤層段。來自盆地東部的古河流沿古華鎣山斷裂一線分流，向西注入湖盆，形成達縣、永榮兩個濱湖三角洲平原，是盆地內主要富煤地段。 ^[2] 

盆地的超覆擴張和退覆分化是盆地演化的一般程式，地表侵蝕、沉積物充填、海面升降和盆地基底差異沉降等因素都可以引起盆地範圍的擴張和收縮。退覆分化期的沉積序列容易遭受剝蝕，而超覆沉積序列則保存較為完整。

構造-侵蝕型盆地是在流水等外營力作用下形成的侵蝕、溶蝕窪地的基盤上發育起來的，早期的堆積作用主要是填平補齊，盆地充填層序的垂向加積和盆地範圍的超覆擴張則以緩慢的的區域構造沉降為背景。

雲南小龍潭第三紀褐煤盆地的基底為可溶性碳酸鹽巖，填積作用首先發生於溶蝕窪地內。含煤巖系剖面三分明顯：下段以衝擊扇砂礫岩為主，填平補齊於小型窪地內，隨着盆地基底沉降，沉積範圍超覆擴張，孤立的窪地連成一體，並演變為泥炭沼澤環境，形成巨厚煤層，煤體呈透鏡狀，以盆地中部最厚，約200m，向周邊變薄尖滅；上段以湖泊相泥灰岩為主，含淡水動物化石，盆地範圍進一步擴大，巖相和厚度比較穩定，由盆緣向中心逐漸增厚，由於後期剝蝕，本段保存不完整；小龍潭煤盆地充填序列在縱向上和側向上都呈現明顯的超覆現象，巖性地層單位大體相當於時間地層單位。

斷陷型含煤沉積盆地的超覆擴張和退覆分化是伴隨基底裂陷作用和拗陷作用而發生。盆地形成的早期以塊狀裂陷作用為主，形成相互分隔的小型斷陷亞盆地，以含煤粗碎屑充填為主，其上覆為厚層湖泊相泥，並演變為統一的深水盆地。可在盆地範圍內進行對比，盆地發育的晚期階段，以比較均衡的拗陷作用為主，盆地範圍進一步擴張，含煤碎屑岩系(上部含煤段)可直接超覆於基底巖系之上，這一階段的充填層序往往保存不全。在不對稱的半地塹盆地內，盆地兩側的超覆沉積序列顯示不同特徵：盆緣斷裂一側是伴隨斷裂的伸展成生過程而形成，表現為沖積扇帶的疊置側移，超覆關係不顯著；盆地的另一側為緩傾單斜基底，主要表現為不同巖性巖相帶的上超，超覆關係明顯。

大型拗陷型含煤沉積盆地的基底界面往往是經受長期風化剝蝕界面，伴隨着盆地基底的緩慢沉降，由初始沉降中心向外側超覆擴張，並表現“大跨度”超覆特徵，只有在大範圍內進行時間地層單位劃分和對比才能識別。伴隨盆地的超覆擴張，巖相帶發生遷移，形成水進型充填層序，如果海域或湖盆的擴張與巖相帶的遷移同步，則巖性地層單位是一個穿時地層單元，不能清楚地反映盆地充填層序的超覆關係。如果海域或盆的擴張與巖相帶的遷移不一致，即發生了巖相帶的更替，則形成的巖性地層單位能夠映超覆現象，因此在研究盆地空間演化時，應當進行詳細的地層單位劃分，儘可能建立時間地層單位和招覆沉積序列。

盆地的退覆分化是由於盆地基底沉降減緩、分異或沉積物充填所引起的，—般表現為退覆沉積序列。盆地演化的後期，由於構造分異增強，一個大型含煤沉積盆地可能分為一系列小型盆地，並伴隨局部或盆地範圍的剝蝕。美國西部中新生代含煤沉積盆地藴涵豐富的煤炭資源。晚白惡世含煤巖系形成於近南北向延展的大型前陸盆地，總體呈現陸表海古地理景觀，泥炭沼澤發育於盆地西側的山前濱海平原環境，煤層賦存於一系列海進-海退沉積旋迴內。晚白堊世開始的造山運動(拉拉米運動)使白堊紀大型沉積盆地解體，分化為一系列位於隆升區的山間盆地，第三系含煤巖系以河流-湖泊沉積體系係為主，氾濫盆地和濱湖三角洲是主要成煤環境，原始沉積盆地的輪廓與現代構造盆地大體一致。 ^[2] 

控制盆地沉降的最主要因素是構造運動，因此地質家研究盆地的成因和演化總是與大地構造背景緊密結合。板塊學説產生以來，人們重新從板塊相互作用的機理上考慮盆地的成因、演化和構造類型的劃分，此種探討在 20世紀 80年代達到了高潮。從不同板塊構造背景上研究盆地的沉降、沉積作用、構造演化和油氣聚集的特徵，此種認識對油氣資源的戰略評價曾發生了重要作用。90年代，在大西洋兩側中新生代被動邊緣盆地中一系列與深水斜坡扇及盆底扇有關的大油田的發現更清楚地顯示了以板塊學説為基礎的盆地研究在油氣戰略預測中的意義(Klemme和 Ulmishek，1994)。

根據板塊構造格架通常分為五種成盆背景：①陸內或克拉通內;②被動邊緣;③活動邊緣;④碰撞邊緣和⑤轉換邊緣。許多盆地的構造分類大體都以此框架為基礎。

1.陸內或克拉通內盆地

克拉通(陸台)是大陸上相對穩定的地區，其形成時代 古老，基底是前元古或元古代岩石，在克拉通基底上形成了許多規模巨大、構造較為穩定的坳陷型盆地，如北美克拉通區的伊利諾，密執安和哈德遜灣盆地以及南美的巴拉納(Parana)盆地。在我國中朝陸台上面積廣闊的古生代坳陷即屬於此種類型。“陸內”的範疇則大於克拉通，現今所知的大陸塊多數是複合的，即包括了陸台、微地塊或地體以及其間的造山帶，許多具複合基底的盆地用“陸內”更為貼切。

克拉通上發育的裂谷及奧拉槽盆地則是受巨大規模斷裂系統控制的活動構造帶，這些構造可跨越陸台和較老的造山帶。對於受斷裂控制的較小和較淺的斷陷，則按其構造樣式稱為地塹或半地塹，而不稱之為裂谷。較小的斷陷可成羣或成帶出現，如北美的盆 -嶺式盆地系和晚中生代東北斷陷盆地系(李思田等，1988)，它們同樣代表着大規模裂陷作用的結果。

2.被動大陸邊緣盆地

此類盆地起源於超級大陸的裂解，此種過程從初始的裂谷開始，在深部的超級地幔柱和地幔流的驅動下形成洋殼，並逐漸擴張。在此過程中於離散的大陸邊緣普遍形成了拉伸背景下的盆地。最典型的代表是大西洋兩側中新生代盆地。這些盆地下部為斷陷結構上部為不對稱坳陷，其基底跨越陸殼和過渡殼。有的地質家將大西洋邊緣的尼日爾三角洲奧拉槽盆地歸屬於被動大陸邊緣類型。

3.與俯衝帶有關的盆地(亦稱活動大陸邊緣盆地)

西太平洋邊緣是最為典型的代表，那裏發育了全球超巨型俯衝帶和海溝 -島弧 -盆地體系。如圖3所示，表現了板塊俯衝產生的深海溝、弧前盆地、弧間盆地和弧後盆地。

跨過我國東海陸架至菲律賓的大剖面顯示了菲律賓海板塊向西俯衝，依次出現了深海溝及加積體、弧前盆地、琉球島弧、沖繩海槽盆地、釣魚島岩漿弧和東海陸架大陸邊緣裂陷。後者是我國海域有重要油氣潛力的大型盆地。

4.與碰撞有關的盆地

從板塊會聚到大陸碰撞，這一過程中形成了一系列相關的盆地，包括殘餘海盆、前陸盆地和山間盆地等，其中前陸盆地對油氣聚集最為重要。前陸盆地發育於大型克拉通或較小的地塊邊緣並緊鄰的造山帶，其形成演化體現了沉積與造山的耦合過程。造山帶的擠壓和山體的推覆在克拉通邊緣上產生的負載效應引起了前陸盆地的不對稱沉降。Dickinson(1974)識別出了兩種類型的前陸，並分別命名為周緣前陸盆地(peripheralforelandbasin)和弧後前陸盆地(retroarcforelandbasin)，後者也 曾被 譯為 “後 退弧 前 陸盆 地”。與 弧後 盆 地(back-arcbasin)不同，弧後前陸盆地是擠壓背景下形成併發育於陸殼之上，而弧後盆地是在伸展背景下形成，其下常有過渡殼和洋殼。周緣前陸盆地發育於大陸碰撞期俯衝板塊之上，通常以海相地層佔優勢，充填序列相對較薄。弧後前陸盆地發育於擠壓性的島弧或造山帶之後，盆地發育時間長，充填序列在前淵(foredeep)部位巨厚，此類盆地油氣潛力巨大。

5.與轉換帶有關的盆地

轉換帶通常都是大型走滑帶。板塊學説的早期轉換斷層(tranformfaults)指橫切洋中脊有特定運動形式的斷層。以後這一術語使用範疇較廣泛，也包括劃分構造單元邊界的大型走滑帶。在轉換帶處可形成拉分盆地和壓扭性盆地，聖安德列斯斷裂帶旁側的 Ridge盆地常被作為此種類型的典型代表。 ^[1]