Question

前陆盆地的形成演化

Answer 1

前陆盆地的形成受控于造山带冲断负荷作用以及岩石圈挠曲沉降、沉积物供给等。前陆盆地演化一般可分为两大阶段，即前陆盆地发育前的被动大陆边缘阶段和前陆盆地发育阶段（表3-5）。被动大陆边缘一般为古生界和中生界，由海相碳酸盐岩和碎屑岩组成。前陆盆地发育以中、新生界为主，但古生界亦有发育，如奥契塔石炭—二叠纪前陆盆地，阿巴拉契亚中奥陶世—二叠纪前陆盆地，乌拉尔晚古生代前陆盆地。前陆盆地发育持续的时间长短也差异很大，如东委内瑞拉、扎格罗斯前陆盆地分别于早、晚始新世以来才开始发育，而阿拉斯加北坡、西加拿大和美国落基山前陆盆地从中侏罗世演化至第三纪（表3-5）。

1.被动大陆边缘阶段

西加拿大前陆盆地位于北美克拉通西部与古落基山东翼之间，又称阿尔伯达盆地，被动大陆边缘发育于晚前寒武纪至早侏罗世，形成了广泛分布的陆架沉积体系，沉积物以碳酸盐岩为主，西部沉积厚度最大可达20 km。古生代早期，海水自科迪勒拉区东侵到加拿大陆块，寒武系在该区西侧主要为滨海碳酸盐岩，其余地区由底部碎屑岩发展到碳酸盐岩，间夹页岩和粉砂岩，向上全变为页岩；奥陶纪时海侵扩大，以浅水碳酸盐岩沉积为主；志留纪，盆地收缩为封闭的碳酸盐岩-蒸发盐沉积环境；下泥盆统以蒸发盐岩为主，中泥盆统由3个台地相碳酸盐岩→生物礁→蒸发盐岩旋回组成，上泥盆统也为碳酸盐岩和生物礁；石炭纪海侵广泛，盆地区以页岩和碳酸盐岩为主；二叠系仅部分保存；三叠系中下部由页岩和砂岩组成，上部为碳酸盐岩和蒸发盐，三叠纪末海退形成一套浅水陆架层序；早侏罗世再次发生海侵，发育海相黑色页岩、灰岩和薄砂岩。

表3-5 前陆盆地演化

扎格罗斯前陆盆地位于扎格罗斯造山带前（图 3-7a），叠加在阿拉伯板块东北部巨大的古生代—中生代被动陆缘外缘之上，其西南边界大致在扎格罗斯褶皱带前缘。阿拉伯板块基底于晚元古代固结，从晚元古代至始新世中期，地质历史极为稳定。

始寒武纪—晚古生代，阿拉伯板块处在稳定的冈瓦纳古陆的北缘，古特提斯的南缘，大部分地区被浅水陆缘海覆盖。随着周期性海进和海退，主要处在南半球低纬度地区的阿拉伯板块，其宽可达2000～3000 km的巨大的东北陆架上发育陆架内盆地，形成多套分布广泛的烃源岩。始寒武纪—早寒武世，在含盐盆地中发育厚层碎屑岩-碳酸盐岩旋回性沉积，具有几层广泛分布的富有机质烃源岩，顶部为蒸发盐岩地层（图 3-25），这些蒸发盐岩可作为后期变形的底部滑脱层，是形成同心状大型背斜圈闭的重要条件；志留纪，随着冰川融化，发生海侵，陆架内盆地缺氧，广泛发育富含有机质的页岩烃源岩（图3-25）。

图3-25 阿拉伯东北陆架区烃源岩地层层位分布图

三叠纪—晚白垩世，阿拉伯东北陆架缓慢稳定沉降，发育广泛的似席状浅海沉积，随差异沉降和差异沉积，形成大而浅的陆架内盆地，盆地中水体分层、造成厌氧环境，在三叠纪至老第三纪形成几套泥灰岩、页岩、泥质碳酸盐岩烃源岩（图3-7，图3-25）。沉积以碳酸盐岩为主，有周期性蒸发盐岩，构成大面积展布的优质生储盖组合（图3-25）。

晚白垩世至中始新世，发育台地相碳酸盐岩、蒸发盐至半深海相泥灰岩沉积，在陆架内盆地和陆架边缘盆地发育富有机质沉积物。

东委内瑞拉前陆盆地下伏白垩纪—中始新世被动大陆边缘，沉积厚度3～4 km，以海相碎屑岩沉积为主。早白垩世从陆相、河流相、三角洲相砂页岩沉积开始，演化为浅海碎屑岩和碳酸盐岩沉积。其后随碳酸盐岩台地被淹没，发育富有机质的页岩、灰质泥岩等沉积。白垩纪晚期—中新世，盆地逐渐被充填、变浅。

阿拉斯加北坡中侏罗世—新第三纪前陆盆地之下的被动大陆边缘沉积厚度1000～2600 m，主要由石炭纪以碳酸盐岩为主、二叠纪—侏罗纪以碎屑岩为主的陆架-盆地相沉积组成。早石炭世—早二叠世，为海进巨旋回，沉积厚度1～4 km。早期沉积非海相含煤砂、页岩和砾岩，向上超覆沉积浅海相黑色页岩，北缘为红、绿色页岩，再向上为碳酸盐岩台地相灰岩、白云岩（Lisburne群）。由于海退，在 Lisburne群顶部发育不整合（图3-26）。其后为300～600 m二叠—三叠纪Sadlerochit群碎屑岩沉积旋回（图3-26）。该群下部为向北减薄的海进砂岩和粉砂岩，向上为前三角洲页岩和粉砂岩覆盖，再向上为向南前积的由海相、非海相砂、砾岩组成的碎屑楔（Ledge砂岩段）。Ledge砂岩段是普鲁德霍湾大油田的主要储层，主要由冲积扇、三角洲或海岸平原砂岩组成。Sadlerochit 群顶部为向上变细、向北减薄的海进粉砂岩和泥质砂岩；在其后的中晚三叠世，沉积了100m厚的富含化石的页岩、粉砂岩、泥岩和灰岩（Shublik 组，图 3-26）。Shublik 组代表了宽广陆架上洋涌条件下的沉积，为重要的烃源岩，在盆地边缘其不整合于 Sadlerochit群砂岩之上，是普鲁德霍湾大油田的生油层和盖层。

图3-26 横切阿拉斯加北坡盆地中部构造-地层横剖面示意图

2.前陆盆地阶段

受外来逆冲岩席侵位于被动大陆边缘控制，岩石圈发生挠曲沉降，形成窄而深的前渊（图3-4），陆坡和陆隆上的沉积物部分遭受冲断推挤，向大陆方向推移。冲断推覆体露出水面之后，冲断带上的剥蚀产物被带向盆地并在盆地的深前渊内形成复理石沉积（图3-4a，b）。随冲断楔形体不断增生，剥蚀作用加强，大量沉积物被搬运至盆地内，盆地变宽变浅，最终形成浅水—陆相磨拉石组合和含煤地层（图 3-4c，d）。随聚敛停止或减慢，弯曲应力松弛，由此产生抬升和剥蚀。

北美克拉通与西侧的外来地体于中侏罗世开始碰撞，西加拿大前陆盆地开始发育，充填沉积物可厚达6 km。中侏罗世沉积体系类似于正常浅海沉积；晚侏罗世，由于地体增生和造山活动速度增加，不断隆升的西侧造山带成为主要物源，巨厚煤层和砂岩发育；早白垩世，造山作用继续发展，冲断作用向东扩展，陆源沉积物厚达 2 km；中白垩世，逆冲活动暂停，盆地继续下沉，整个地区发生一次大海侵，使墨西哥湾和北冰洋相通，形成厚层海相页岩层序，盆地东侧前缘隆起带持续隆升，发育一套陆架砂岩夹泥质沉积。拉拉米运动开始后，形成了一系列冲断推覆构造，来自冲断席上的粗碎屑剥蚀产物迅速充填盆地，前陆盆地向东扩张。至始新世末，被动陆缘和前陆层序沉积缩短可达200 km。

扎格罗斯前陆盆地形成起始于晚始新世阿拉伯板块与欧亚板块碰撞，并持续至今。晚始新世—早中新世，阿拉伯东北陆架处在赤道附近，以碳酸盐岩沉积为主。陆架的较浅处（内陆架、陆架边缘脊）发育浅水海相灰岩和白云岩（阿斯玛丽灰岩和基尔库克主灰岩）；较深水区堆积半深海泥灰岩；陆架低地中发育蒸发盐沉积（图3-7）。中中新世开始，由于扎格罗斯造山带向西南的逆冲，盆地发生变形，形成一系列褶皱，前陆盆地西南边界人为地定在褶皱带的前缘。由于始寒武纪—早寒武世霍尔姆兹盐岩层之上的古生界—第三系为能干层，挤压作用形成一系列大型同心褶皱，背斜宽阔，向斜狭窄。

古新世晚期—始新世早期，随科迪勒拉地体侵位于南美板块北缘，北部褶皱冲断带向南逆冲，南美北缘挠曲沉降，东委内瑞拉前陆盆地形成。始新统—渐新统沉积厚度近 3 km。晚始新统下部为深海页岩—浅陆架灰岩沉积，向上迅速变为三角洲前缘和近岸海相砂岩沉积；渐新统为三角洲-边缘海砂、页岩沉积。中—上新统最厚达4～9 km，向东连同更新统最厚可达14km。早中新世快速沉降充填陆架沉积，随后为近岸海相沉积和河流、三角洲沉积。

阿拉斯加北坡前陆盆地侏罗纪—白垩纪早期沉积物来自南部造山带，在深海残余盆地中发育大量浊流沉积物，在北部斜坡，由北往南为浅海陆架砂岩到向南前积的盆地相Kingak层烃源岩（图3-26）。早白垩世晚期以后为厚层、向北东前积的盆地相、盆地斜坡及浅海和陆相砂、泥、砾岩沉积。