中國北方地區(qū)弧造山帶巖漿弧上發(fā)育的沉積盆地

中國北方地區(qū)弧造山帶巖漿弧上發(fā)育的沉積盆地

作者于2013年出版了《西北地質(zhì)》第一版（李繼良等，2013），進一步解釋了拱造山帶巖漿拱發(fā)育沉積盆地的沉積作用。巖漿弧上主要發(fā)育2類盆地:弧內(nèi)盆地和弧背前陸盆地。這2類盆地的發(fā)育使弧造山帶的大地構(gòu)造和沉積作用復(fù)雜化,同時也為造山帶研究提供了新的內(nèi)容。1弧地弧臺巖漿弧不論是島弧還是山弧,都是弧狀的線性帶,其長度在4千米以上,寬度為50～250km,平行消減帶走向展布。巖漿弧上有一條明顯的火山前緣帶,是火山作用最活躍的軸心地帶,大致位于消減帶之上100～120km處。從弧前盆地的基底到弧后盆地的島弧一側(cè),弧巖漿巖構(gòu)成了地殼的主要組成部分,Dickinson(1974a,1974b)把它稱為弧地塊(Arcmassif)。地塊突出于海平面之上的部分稱為弧臺地(Arcplatform)。圖1表示弧溝系的弧前盆地、弧臺地、火山前緣、弧內(nèi)盆地、弧后盆地及弧地塊在剖面上的位置。SmithandLandis(1995)將弧內(nèi)盆地定義為:位于弧臺地上具有火山和沉積堆積物的沉積盆地。他們把弧內(nèi)盆地劃分為火山邊界型、構(gòu)造邊界型和混合邊界型三類。下面將列舉有關(guān)實例說明這些弧內(nèi)盆地的沉積學特征。1.1盆地層序shabudiniperrand日本島弧位于歐亞板塊、北美板塊、太平洋板塊及菲律賓板塊交匯處的活動火山弧環(huán)境。包括了108個活動火山和大量的第四系火山機構(gòu)(Kataokaetal.,2009)。圖2表示日本島弧的本州島內(nèi)火山邊界弧內(nèi)盆地的分布。較大的盆地有:魚沼盆地(Uonumabasin)、上總盆地(Kazusabasin)、東海盆地(Tokaibasin)、小和光盆地(Kobiwakabasin)、大阪盆地(Osakabasin)和菖蒲盆地(Shobudanibasin)。這些盆地位于大規(guī)?；鹕街g的凹陷部位,或為山間盆地,或為河流盆地,或為湖泊盆地。盆地的沉積充填物主要是火山灰、火山碎屑和島弧火成巖風化、剝蝕搬運來的碎屑。圖3表示了小和光盆地的沉積地層與沉積環(huán)境的層序分布特征。剖面最底部是粉砂巖,向上有一層遠距離飄落的原生火山碎屑砂巖。它們構(gòu)成了盆地的基底?；字鲜桥璧氐撞康那叭侵蕲h(huán)境向上變粗的粉砂巖-細砂巖組合。剖面中部是河口壩環(huán)境的粉砂與細砂沉積,具有波痕層理和向上變粗的粒度結(jié)構(gòu);剖面上部是三角洲平原活動的分流河道沉積,由2個沉積旋回組成;下部旋回始于含礫砂巖,向上漸變?yōu)樯皫r。上部旋回由礫巖開始,向上漸變?yōu)楹[粗砂巖和砂巖。2個旋回都具有槽狀交錯層理和板狀斜層理,以及向上變細的正粒序結(jié)構(gòu)。剖面頂部亦由2個旋回組成。2個旋回都是始于分流谷道沉積,終于洪泛平原沉積,標志著盆地沉降作用的結(jié)束。圖4表示出火山邊界弧內(nèi)盆地沉積巖露頭特征。其表現(xiàn)出層理構(gòu)造或者板狀、槽狀交錯層,也可能呈現(xiàn)小型波痕斜層理。巖石的組成主要有2種碎屑組分,其一是直接來自火山的飄落原生組分;其二是巖漿弧的先成巖石經(jīng)過風化、剝蝕與搬運的次生碎屑沉積物。圖5是火山邊界弧內(nèi)盆地形態(tài)、沉積物分布和物源的示意圖。在最靠近火山口的谷道中,有熔凝灰?guī)r堆積。盾狀火山外緣有厚的原生火山碎屑飄落物沉積;繼續(xù)向外具有薄的原生火山碎屑飄落物沉積。最外緣是由河流搬運的次生火山碎屑和再沉積碎屑的分布區(qū)。1.2更新世盆地沉積期巖相古地理新瀉盆地是一個新生代—中新世時期在日本弧內(nèi)張裂形成的盆地。這個盆地發(fā)育的早期以快速沉降為特征。在中新世的蘭哥期到塞拉瓦爾期的2Ma內(nèi)沉降了4000m(圖6),沉降速率為2cm/y。這個時期與第一階段的沉積單元相應(yīng)。從塞拉瓦爾期中期到托爾通期中期的7Ma內(nèi),沉降了3000m,沉降速率為0.42cm/y。這個時期與第二階段沉積單元相應(yīng)。從中新世末到上新世初,沉降速率是一個近于不變的持穩(wěn)時期,然后盆地進入擠壓隆升階段,一直持續(xù)到更新世初期。這個時期與第三階段沉降單元相應(yīng)。新瀉盆地的4個沉積單元見圖7。第一單元沉積在島弧的火山碎屑巖基底之上,主要沉積物是盆地斜坡與盆地底部的深水沉積灰色泥巖,西南部的坡上峽谷沉積了濁積巖。第二單元在大部分地區(qū)沉積了海下扇濁積巖,在西南部的單元下部有扇三角洲沉積,中上部有前三角洲沉積和后三角洲沉積。第三單元是沉積環(huán)境頻繁變化的沉積期。在盆地的東北部,下部為盆地斜坡與盆地底部泥巖沉積,中部是峽谷濁積巖沉積,上部為三角洲和大陸架沉積覆蓋的盆地坡與盆地底泥巖沉積。在盆地西南部,第三單元下部為大陸架前三角洲沉積、三角洲創(chuàng)建于河流沉積,由東北向西南漸變?yōu)殛懴?并向北東方向擴積。中部底層繼承下部的沉積相,然后,有一層大面積的火山巖覆蓋,向北東一直覆蓋到大陸架上。上層又是河流沉積、三角洲沉積和大陸架沉積,向北東方向大面積擴積。第四單元在更新世晚期沉積,這時盆地由于擠壓而全部隆升到海平面以上,沉積物由沖積扇沉積和河流沉積構(gòu)成。在盆地的北西西—南東東地質(zhì)構(gòu)造剖面上(圖8),西部和中部以正斷層為主,它們大多數(shù)沒有穿過第三沉積單元。在盆地東部,由于構(gòu)造反轉(zhuǎn),正斷層轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏀鄬?并穿過第三沉積單元,說明構(gòu)造反轉(zhuǎn)發(fā)生在第三單元沉積期間或沉積之后。圖8的剖面充分反映出新瀉盆地是一個構(gòu)造邊界的弧內(nèi)盆地,而圖6表明盆地的構(gòu)造沉降具有重要的作用。構(gòu)造邊界弧內(nèi)盆地的沉積物與火山邊界弧內(nèi)盆地有明顯的差異,構(gòu)造邊界弧內(nèi)盆地主要是風化、搬運、再沉積的次生碎屑,幾乎沒有原生的飄落火山碎屑。1.3弧背前陸盆地wolbaching構(gòu)造邊界與火山邊界共同作為弧內(nèi)盆地邊界的實例有:意大利撒丁島的昂勞納盆地。從圖9可以看到,盆地東側(cè)以維達爾巴斷層為界,西側(cè)邊界是隆起的火山。圖9表示了昂勞納盆地的邊界,同時還表示出盆地的水上與水下地貌,也表示了沉積環(huán)境和沉積物源。說明火山邊界一側(cè)具有沖積扇、河流、扇三角洲與湖濱沉積環(huán)境;而在斷層邊界一側(cè)具有深水沉積環(huán)境。圖10的沉積層序綜合剖面進一步反映了不同沉積環(huán)境的沉積物疊加序列。最下部是深水環(huán)境沉積的濁積巖、水下峽谷含礫濁積巖前三角洲泥巖和三角洲砂巖沉積。上部有三角洲分流河道沉積、扇三角洲沉積和飄落火山碎屑凝灰?guī)r以及近火山的熔凝灰?guī)r。這些沉積特征也表明了混合邊界弧內(nèi)盆地既具有原生飄落火山組分,也具有風化、剝蝕與搬運的次生碎屑組分。這表明混合邊界弧內(nèi)盆地的沉積特點介于火山邊界與構(gòu)造邊界弧內(nèi)盆地的中間,具有兩者的過渡特征。Dickinson(1974)提出弧背(retroarc)盆地,認為它是擠壓弧背后的前陸盆地。retro與back在英文中是同義詞。但是,backarcbasin(弧后盆地)是伸展、擴張形成的,而retroarcbasin(弧背盆地)是擠壓應(yīng)力場作用下,巖石圈撓曲形成的。在本文中,為了把這2種不同成因的盆地區(qū)分開來,把“backarcbasin”譯為弧后盆地,而把“retroarcbasin”譯為弧背盆地。圖11表示安第斯帶弧背前陸盆地的大地構(gòu)造位置和盆地中的沖斷構(gòu)造?；”撑璧卦诨鹕角熬墡У谋澈?由于沖斷席的負載,引起巖石圈撓曲而發(fā)育為沉積盆地?；”撑璧厮诘幕舷滴挥诘徒嵌鹊南麥p帶,導(dǎo)致具有水平擠壓的火山弧?；”撑璧氐臎_斷帶具有薄皮構(gòu)造特征?；”撑璧刂饕霈F(xiàn)在北美的科迪勒拉弧造山帶和南美的安第斯弧造山帶。圖15表示表1中各個沉積相的沉積構(gòu)造特征。IIIscg碎屑支撐礫巖相,以疊瓦狀構(gòu)造和濁積礫巖的粒序構(gòu)造為特點。IIIsf泥石流礫巖相表現(xiàn)出正常粒序?qū)訕?gòu)造。IIIdf碎屑流礫巖相呈現(xiàn)碎屑流無序的顆粒彌散構(gòu)造。IIIss厚層砂巖相表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造、正常粒序構(gòu)造、碟狀構(gòu)造和濁積構(gòu)造。IIIsm砂巖與泥巖互層相呈現(xiàn)水平紋層與波痕紋層低密度濁積構(gòu)造。IIIm泥巖含薄層砂巖相為水平紋層泥巖、波痕紋層砂巖具低密度濁積構(gòu)造。Fildani和Hessler(2005)用砂巖碎屑組分的三角圖解析了弧背盆地的沉積物來源(圖16)。在A圖中,源區(qū)投影在循環(huán)造山帶區(qū)和分割弧區(qū)。在B圖中,源區(qū)投影在混合區(qū)、分割弧區(qū)和過渡弧區(qū)中。投影圖表明弧背盆地沉積物的物源主要來自巖漿弧,在搬運過程中,加入了各種再循環(huán)的碎屑,構(gòu)成了弧背盆地的沉積體。圖17表明弧背前陸盆地的構(gòu)造特點和構(gòu)造對于沉積作用的控制作用?？梢钥闯?弧背盆地位于一個褶皺沖斷帶中。沉積盆地的形成是巖石圈受到?jīng)_褶席重荷影響發(fā)生撓曲引起的。沖褶帶的構(gòu)造變形影響著沉積盆地的發(fā)展、沉積環(huán)境的變化和沉積物的搬運途徑。圖17表示了弧背盆地構(gòu)造的普遍特征及構(gòu)造同沉積的關(guān)系。但是,對于某些具特殊特點的盆地。例如,具有特別的沉積深度、特別復(fù)雜沉積環(huán)境的盆地,就需要另外去參考研究它們的文獻?；”城瓣懪璧厥且环N很特殊的盆地,它們發(fā)育在擠壓的巖漿弧。在科迪勒拉弧和安第斯弧發(fā)育了許多這種盆地;在西太平洋的巖漿弧則很少有這類盆地。但是,在我國增生型造山帶中保留了這種弧背前陸盆地。例如,青海省海東地區(qū)蓮花山的奧陶紀弧背盆地。筆者將在碰撞造山帶的沉積學論述章節(jié)中加以討論。限于篇幅,這一部分就討論至此,下一部分在接下來的期次中即將闡述弧間盆地與弧后盆地?？缭街抢⒏⑦吔绲鸟R尕蘭斯弧背盆地是一個具有代表性的弧背前陸盆地。它具有古生代到侏羅紀的復(fù)雜增生弧基底,基底上發(fā)育了白堊紀增生弧。白堊紀到新近紀的弧背盆地中沉積了從河流到三角洲、淺海以及深海的各種沉積環(huán)境的沉積物。表1描述了馬尕蘭斯盆地中具有代表性的維爾特凱特谷的各個沉積巖相的沉積特征。圖13表示這些巖相的露頭特征。圖14表示盆地中沉積巖相的分布特點。第一沉積單元由碎屑支撐礫巖相和厚層砂巖相