前陆的类型及其构造意义

前陆的类型及其构造意义

前陆盆地是一个重要的盆地类型，富含天然气。它也是研究盆地起源和地球动力学的良好场所。前陆、前陆盆地和前陆盆地系统是三个相互关联的地质术语,从这些概念的提出到现今,其内容不断丰富。本文总结了这些概念的沿革和作者对它们的理解。1式的地槽沉积物变形前陆(foreland)一词在海洋学,地质学,冰川学和构造地质学中有不同的含义。我们注意的是它在构造地质学中的含义。Suess在1904年将前陆这一概念引入构造地质学中,后来为地质学家引用和发展。从现有文献上看,不能确定Suess是否曾给前陆下过确切定义,只是在著作中引用了前陆和后陆这两个概念,用以表达后陆朝着前陆运动的想法。Stile将前陆定义为“不再受阿尔卑斯式褶皱作用的大地构造单元,至多不过发生日尔曼型的变形”;Hills定义为地槽沉积物变形时向着它运动的稳定地块;Horberg等的前陆概念是“在一系列逆掩片前面的盆地”;Eardley的概念为“在阿尔卑斯,大量复杂褶皱了的地槽沉积物,加上侵入岩,被向北推动了许多英里,运动所向的北面的稳定陆地就叫前陆”。何登发等所定义的前陆是指与造山带或活动带毗邻的稳定的大陆部分,造山带的岩石向着前陆逆冲或掩覆。在槽台说的典型模式中,由优地槽向冒地槽方向地槽逐渐迁移,向地台区即出现前陆,前陆受后期地槽回返的影响严重。在一些前苏联学者的地槽演化模式中,前陆区位于向斜向地台的一翼,由硬砂岩建造、板岩建造、石灰岩建造、上陆屑建造发展成为山前坳陷,或由下陆屑建造、石灰岩建造、复理石建造发展成为边缘坳陷。在板块学说发展时期,前陆是指毗邻活动带的克拉通部分,可以是原来的被动大陆边缘部分,也可以是岛弧后侧。就造山带来说,它可以发生在陆间(或板间),也可以是在陆内,称陆内造山带。前面提到的造山带主要指前者,而陆内造山带是我国学者根据我国地质情况提出的一个概念,陆内造山带前缘的相对稳定区也应该称为前陆。因此,可将前陆定义为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或掩覆,造山带可以是陆间(或板间)造山带,也可以是陆内造山带。前陆可分为三种类型,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)。2前陆盆地的概念前陆盆地最早是由Dickinson在1974年提出的。Dickinson将盆地分为裂谷盆地和造山型盆地两大类、陆块未完全裂开情况下形成的盆地等5小类。其中前陆盆地属于造山型盆地,并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。一般有如下特点:(1)位于盆地毗邻的褶皱-冲断层带的构造负荷促使盆地弯曲下沉;盆地的横剖面具有明显不对称性;(3)在盆地演化期间盆地的靠造山带一翼遭受变形作用;(4)盆地的靠克拉通一翼逐渐与地台层序相合并。又将前陆盆地分为两类,即周缘前陆盆地和弧后前陆盆地(图1)。周缘前陆盆地指的是形成于大陆壳表面向下拖曳与碰撞造山缝合线带相接之处,相邻造山带倒向盆地-,蛇绿岩缝合线带比岩基岩浆岩带和火山岩带更接近于盆地;弧后前陆盆地形成于大陆壳表面向岛弧造山带的后侧方向向下拖曳处,相邻造山带是遥远地倒向这类台地,蛇绿岩消减杂岩体比岩基岩浆带和火山岩带更远离这类盆地。有时可能因基底卷入前陆变形作用,造成块状隆起和基底-核部褶皱所分隔的孤立盆地,此时Dickinson将其称为破裂盆地。从板块构造的观点看,Dickinson的周缘前陆盆地与弧后前陆盆地分别与Bally和Snelson的陆-陆碰撞或“A”型俯冲带和洋壳的俯冲或“B”型俯冲带有关。随着Dickison前陆盆地概念的提出,又相继出现了一些新概念。Jordan将前陆盆地定义为前陆逆冲带周缘的狭长沉降槽地,是世界范围内造山带的伴生体;Allen等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;潘校华的前陆盆地定义为位于克拉通边缘,外侧为褶皱活动带的盆地,其成因主要是由于克拉通边缘的被动下弯和造山带一侧给克拉通岩石圈加载而使其下弯沉降形成的。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;田作基等的定义是前陆盆地是与造山带(冲断带)毗邻,在其运动前方的挤压不对称挠曲所形成的沉积盆地。普遍的认识是前陆盆地是线状收缩造山带和稳定克拉通之间的长条型沉积盆地,其特点是由造山带逆冲负荷或表面负荷和壳下负荷引起的挠曲沉降;盆地沉积物主要来自造山带,也有可能来自克拉通;盆地剖面明显不对称;盆地靠近造山带一侧在其演化过程中遭受变形作用;盆地的克拉通一侧逐渐与地台层序合并。一般将前陆盆地分为3个带:褶皱冲断带(常为薄皮构造)构成的活动翼或造山楔形体;紧邻活动翼或位于冲断带下盘的深坳陷;连接深坳陷进一步向克拉通方向延伸的稳定的前陆斜坡及前缘隆起,前隆分隔前陆盆地与克拉通。刘和甫在研究川西前陆盆地构造过程中,将前陆盆地划分为6个带,即强烈变形推覆带、后缘楔冲构造带、双冲构造带、反冲构造带及三角构造带、平缓褶皱带和前缘隆起带,这种划分包括了前陆盆地的后期变形阶段。在这一时期,除Dickinson的分类外,不同学者又从不同方面对前陆盆地进行了分类。Ricci-Lucchi划分出5种类型的前陆盆地,即简单型、复杂型Ⅰ、复杂型Ⅱ、与背驮盆地有关型和沉积后变形型。Shannon和Naylor提出大前陆盆地和小前陆盆地的概念,认为前陆盆地的实际位置取决于拆离面的位置和仰冲板片的厚度;Johnson等根据前陆盆地在楔形体上的位置划分为前侧前陆盆地和后侧前陆盆地;根据盆地发展阶段可划分为复理石盆地和磨拉石盆地,即早期为海相复理石充填,晚期为陆相磨拉石充填,分别对应欠充填盆地和过充填盆地两个概念。在国内,甘克文根据盆地沉积时的大地构造背景和成因机制将前陆盆地划分为4个类型,即边缘弯曲盆地、边缘块断盆地、碰撞前陆盆地和弧后前陆盆地。刘和甫根据中国西部盆地的特点在Dickinson前陆盆地分类的基础上再分出再生前陆盆地和分隔前陆盆地(图2)。所谓再生前陆盆地是指在中国有些地区的造山作用与同时代的俯冲作用或碰撞作用无关,也缺少同时代的岩浆弧或蛇绿混杂岩带;沿这些造山带分布的盆地与古特提斯构造阶段造山带在新特提斯构造阶段的再活动有关,且特征与前陆盆地类似,因此称为再生前陆盆地,相当于Bally的“中国型盆地”或“喜马拉雅型”盆地。一些地质学家将这种造山带称为陆内造山带或C-俯冲带或L-俯冲;分割型前陆盆地相当于Ricci-Lucchi的后4种类型。田作基等将新疆阿瓦提盆地称为陆内前陆盆地,其特点是发育在远离碰撞俯冲带的大陆内部,是在大陆碰撞之后较长时间(晚中生代和新生代)发育起来的,沉积相为陆相。陈发景提出挠曲类前陆盆地或类前陆盆地的概念,特指远离造山带与岩石圈挠曲有关的类似前陆盆地的盆地。刘少峰用挠曲类盆地描述沿东秦岭分布的弧后前陆盆地群。从盆地发育的构造背景、盆地充填和构造特征上看,再生前陆盆地、陆内前陆盆地和挠曲类前陆盆地或类前陆盆地都是类似的概念。朱光等将下扬子沿江盆地归为前陆盆地。贾承造等应用复合前陆盆地的概念,特指由不同时期不同类型的前陆盆地叠置而成的盆地,如塔西南盆地和库车盆地。与前陆盆地概念类似的一个概念是前渊(foredeep)。前渊这个词是由Suess引入地质学中的,是指一般都充满了沉积物的狭长的构造深渊或构造洼地,它代表“前陆”沉降到了山脉现在褶皱的高度以下。Stille曾使用“冒地槽”来表示同样的意思。Kay用“外地槽”来代表前渊。前渊也曾被描述为由海底的拗陷褶皱作用或拗陷断裂作用而引起的一种窄而长的海底洼地。Bally等用前渊这个概念描述前陆盆地,包括斜坡上同期很少或没有断块作用的前渊和斜坡同期受断块作用所控制的前渊。前渊指的是基底凹陷,没有地形等深的涵义。Bally同时指出前渊是由于在一个活动带下的大陆岩石圈的俯冲作用造成的,所有的前渊都位于大陆岩石圈之上,是与“A”型俯冲边界相关的缝合线周缘盆地。很明显,Bally的前渊所描述的前陆盆地仅相当于Dickinson的周缘前陆盆地。总的来看,前陆盆地的一级分类可包括周缘前陆盆地、弧后前陆盆地和陆内前陆盆地或再生前陆盆地。3前陆盆地系统从上述所有定义的前陆盆地的范围看,仅仅包括造山带与前隆间的深坳陷。但Peter等指出前陆盆地的范围远比以上定义的大得多:从现今和古代的前陆区的沉积看,来自造山带、前隆及克拉通的沉积以及内部碳酸盐岩沉积远远超过上述前陆盆地所定义的范围;②尽管从地貌上说一些“背驮”盆地或“楔顶”盆地有相当长的孤立时间,但有时也与前陆盆地主体充填是相联的。因此,Peter和Katherine提出了前陆盆地系统的概念(forelandbasinsystem)(图3),具体包括:(a)前陆盆地系统是一个长条状的潜在沉积可容空间,形成于大陆壳之上,夹持在收缩造山带和相邻克拉通之间,是对俯冲及其导致的周缘或弧后褶皱逆冲带动力学过程的响应;(b)由4个相互分离的沉积带组成,即楔顶(wedgetop)、前渊(foredeep)、前隆(forebulge)和隆后(back-bulge)。不管哪一个带,是否被沉积物充填则主要依赖于沉积时它所处的位置,而与逆冲带的几何关系无关;(c)纵向上大约与褶皱带的长度相当,但不包括残留深盆地及碰撞裂谷(impactogen)沉积。楔顶区和褶皱逆冲带组成造山楔形体,褶皱逆冲带是造山楔腹陆的双重构造带,而楔顶区以薄皮构造为主,前缘发育三角带;楔顶区的进一步发展可使之与前渊分离,而成“背驮”盆地;前渊即深坳陷,是一般意义上的前陆盆地,与Flemings和Jordan的轴部沉积区域盆地对应;隆后区则相当于Flemings和Jordan的次级盆地。Peter等的前陆盆地系统的概念是一种理想化的综合模式。从前陆盆地的挠曲机理来看,隆后区确实是整个前陆系统的组成部分,只是相对于前渊来说其规模小得多。但隆后区的地层往往保存完整,很少卷入变形,其地层发育和不整合的类型和分布往往能反映前隆的迁移和近源造山带的构造活动情况。刘少峰曾用前陆盆地系统的概念描述沿秦岭商丹古缝合带分布的盆地。4前陆盆地型前陆盆地研究是当前盆地分析的热点之一,对前陆盆地及相关概念具有相同的理解是深入研究和交流的必要条件。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或掩覆,造山带包括陆间(或板间)造山带和陆内造山带。前陆可分为三种类型,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)(表1)。前陆盆地定义为沿造山带前陆区分布的线状压性深坳陷,其特点是造山带逆冲负荷和壳下负荷引起岩石圈的挠曲沉降;盆地早期(复理石盆地阶段)沉积物主要来自克拉通,晚期(磨拉石盆地阶段)沉积物主要来自造山带,有时也来自克拉通;盆地横剖面明显不对称;盆地靠近造山带一侧在其演化过程中遭受变形作用,盆地的克拉通一侧逐渐与地台层序合并等。