Question

（一）盆地类型及特征

Answer 1

依据板块构造位置和地壳性质，拉张型盆地可简单划分为大陆裂谷系、大洋中脊裂谷系和过渡型裂谷系。依据板块拉伸阶段及盆地演化过程，拉张型盆地可划分为陆内裂谷盆地、陆间裂谷盆地、被动大陆边缘盆地、衰退谷和坳拉谷等。

1.陆内裂谷盆地

陆内裂谷盆地包括克拉通内部对称裂谷和半地堑盆地。典型实例包括非洲裂谷、莱茵裂谷、贝加尔裂谷、里奥-格兰德裂谷、山西汾渭裂谷等。

1）形成演化特征

陆内裂谷盆地是大陆岩石圈内的有限伸展形成，一般经历了热隆起、地壳拉张断陷和坳陷3个阶段（图9-1）。热隆起阶段，岩石圈受地幔上升热流影响产生穹窿并遭受剥蚀，且在隆起上由于引张作用而产生对称或非对称的张性正断层组合（图9-1a）。在此期间，一些过碱性火山活动集中在隆起顶部及附近地区，并沿断裂带走向分布。拉张断陷阶段（图9-1b），随着地壳拉伸变薄，穹窿顶部断裂陷落，形成地堑或半地堑结构，其地堑轴部相对裂谷两沿沉降总量可达5km甚至更大，内部拗陷中发育陆源红层或蒸发岩沉积夹火山岩；裂谷肩部遭受强烈的侵蚀作用，大量沉积物被搬运到裂谷之外，裂谷内部接受来自侧缘岭脊崩塌、滑坡等作用造成的物源，形成补偿或欠补偿的沉积。坳陷阶段，由于地壳变薄和火山喷发能量消失，原隆起区下沉，断裂作用减弱，岩石圈整体坳陷，形成补偿至超补偿性沉积（图9-1c）。

图9-1 克拉通内部裂谷盆地的发育特征

（据Dickinson，1974）

2）盆地特征

沉积充填特征：由于裂谷盆地边缘坡陡，盆内地势高差较大，沉积物源主要来自于邻近断层陡崖和裂谷中隆升地块，并沿裂谷中河道搬运。因此，裂谷盆地的沉积速率一般较高，持续时间较短，沉积体主要表现为淡水和咸水的冲积扇和河湖相碎屑岩沉积，常含有膏盐岩、煤及油页岩等。在裂谷演化初期，常为冲积扇及河流相红色粗粒碎屑岩沉积，主要来自掀斜断块风化剥蚀产物；裂谷演化中期，沉积物变细，湖盆扩大并形成超覆，有较多黏土岩、碳酸盐岩沉积，有时可能有海水侵入；裂谷演化晚期又以碎屑岩为主，粒度较中期粗。如我国东部中新生代陆相断陷盆地的沉积序列普遍具有红-黑-红和粗-细-粗的充填特征，底部为初始裂陷阶段的红色类磨拉石粗碎屑岩（部分包括火山岩或火山碎屑岩），主要反映冲积环境的沉积；向上突变为整体向上变细，可有若干个小旋回的暗色细碎屑岩为主体的湖盆沉积（局部受断裂控制的断崖扇体充填）；上部为红色中粗碎屑岩构成的浅湖-河流相填平补齐阶段沉积。在半地堑中沉积充填受断层伸展速率、断面形态、纵横水系、气候等条件控制。

岩浆活动特征：裂谷盆地的岩浆活动受断裂控制明显。在裂谷张裂过程中伴随有多期的基性、酸性（偏碱性）岩浆喷发和侵入。岩浆成分取决于断裂深度，通常情况下，大陆裂谷火山岩具有双峰式特点，即由玄武岩质和碱性富硅质岩浆近于同时喷发，它们可以是拉斑玄武岩-流纹岩系列，也可以是碱性玄武岩-粗面岩系列，该类玄武岩与其他玄武岩相比，特点是碱元素和轻稀土元素显著富集等。

构造特征：发育正断层和以正断层控制的地堑及半地堑构造，断层在平面上呈分支网状，剖面上呈铲式或犁式。

地球物理特征：盆地地壳厚度薄，发育壳内低速层或异常地幔，具有负布格重力异常、负磁力异常、高电导异常及高热流值和经常性的地震活动。

2.陆间裂谷盆地

陆内裂谷在拉张作用下进一步分离、加宽而形成陆间裂谷（图9-2），也称为原始大洋裂谷或年轻的被动大陆边缘。陆间裂谷的地壳性质是过渡壳和部分洋壳，裂谷轴部已经位于洋壳之上，并成为典型的初始分离板块边界。典型的陆间裂谷有红海型（包括亚丁湾）和加利福尼亚湾型，它们是克拉通内部裂谷发展的产物。

图9-2 陆间裂谷盆地

（据Dickinson，1974）

1）形成演化特征

陆间裂谷的特征及演化过程以南红海盆地演化为例。红海裂谷形成于区域性隆起之上，其周围广泛出露前寒武系基岩，红海北部为代表陆内裂谷的减薄陆壳，南红海轴部为代表海底扩张阶段的洋壳。Lowell等（1979）对南红海盆地的演化进行了详细研究，认为红海盆地的形成发展经历了拱起、裂谷和再裂谷3个主要阶段（图9-3）。拱起阶段发生在渐新世，前寒武纪结晶基岩形成区域性隆起带，顶部产生张裂，并有河湖相沉积及大陆火山岩堆积。裂谷阶段发生于中新世早中期，这阶段发生激烈的断陷，形成垒-堑构造格局，并发生广泛海侵，海相砂岩、蒸发岩与玄武岩交互成层，厚达2000～5000m，覆盖在渐新统陆相碎屑岩之上。再裂谷阶段发生在上新世以来，形成洋壳，由大洋型拉斑玄武岩、辉长岩、辉绿岩组成，并有海相软泥沉积，海底扩张持续到现今。

图9-3 红海构造演化序列

（据Lowell等，1979）

2）盆地特征

沉积充填特征：盆地早期是陆内裂谷的产物，接受河流携带的粗碎屑沉积物；中期是湖泊相泥岩、碎屑岩和蒸发岩组合。它们为未真正拉开成洋阶段的沉积序列。当拉张到洋壳而形成陆间裂谷时，减薄的过渡壳上发育海陆交互相、海相泥岩、碎屑岩、蒸发岩。

岩浆活动特征：除发育有裂谷阶段的岩浆活动外，还有显示洋壳的拉斑玄武岩、辉绿岩、辉长岩等，玄武岩以低钾拉斑玄武岩组合为特征。

构造特征：发育铲式正断层和刺穿构造。

其他特征：具有热流值高达90～180mW/m的高热流。

红海盆地是典型的陆间裂谷盆地，其特点是在盆地演化的各个阶段均有火山岩发育，在渐新世拱起阶段的河流、湖泊相沉积中伴有碱性玄武岩；早中新世-中中新世裂谷期受堑-垒构造加强的影响，以底部砂岩为代表的广泛海侵后，发育了一套2～5km的厚层海相蒸发岩；中中新世以来，红海进入真正陆间裂谷阶段，覆盖在下伏断块上的沉积物主要是碳酸盐岩和海相软泥。

3.坳拉谷盆地

坳拉谷是指未发育成熟的裂谷或废弃的裂谷。也称夭折裂谷、停止发育的裂谷、发育不完全的裂谷等。

1）形成演化特征

Hoffman等（1974）总结出坳拉谷的形成演化过程（图9-4）：①地幔物质上升造成穹窿，在穹窿顶部呈辐射状破裂成三叉裂谷，各裂谷之间的夹角大致为120°左右；②三叉裂谷中两支继续扩张形成陆间裂谷，并进一步发展成大西洋型的洋盆，而另一支则在某个阶段受前两支活动裂谷的分离限制而停止扩张，从而成为废弃裂谷或夭折谷。这种衰败的裂谷由于失去地幔柱的支持而由裂陷转为坳陷，并被巨厚的沉积物所充填，如西非的贝努埃凹槽，从白垩纪至今充填了3～8km的沉积，现在的尼日尔三角洲就是贝努埃坳拉谷的产物；③当相邻洋盆关闭，转化为褶皱造山带时，坳拉谷便处于造山带的前陆部位，并接受来自褶皱带的沉积物。

图9-4 坳拉谷演化模式

（据Hoffman等，1974）

2）盆地特征

坳拉谷早中期接受巨厚裂陷沉积，物源方向为克拉通内部向洋盆，物质成分为陆相碎屑沉积至浅海相碳酸盐岩沉积，以及大量火山岩堆积，沉积厚度较克拉通盆地大几倍。坳拉谷晚期为褶皱带向前陆盆地中供物，形成海相和非海相碎屑岩沉积。坳拉谷缺少显示洋壳的蛇绿岩套和真正碰撞造山带的岩浆活动。Dickinson（1976）在讨论坳拉谷的演化过程中，认为裂谷初期和早期，主要接受火山熔岩和以断层控制的断崖扇沉积，物质的搬运方向总体上沿裂谷轴线向洋搬运，而邻近的大洋关闭后，物质来自造山带，向克拉通方向搬运。

典型的坳拉谷充填序列是贝努埃海槽，它从早白垩世开始到新近纪沉积了约10km的厚层海相、海陆过渡相和陆相碎屑岩与碳酸盐岩及海下扇，早白垩世中阿尔比期为海相砂岩和砂页岩，上阿尔比阶为灰岩。晚白垩世凹槽东部抬升为陆相含煤沉积；西部为贝努埃河初期三角洲页岩，向上渐变为河流相，现为尼日尔河三角洲。

我国地质学者近年来研究认为，在中元古代到早古生代有许多坳拉谷，如燕辽坳拉谷、贺兰山坳拉谷、浙西坳拉谷、康滇坳拉谷等。如贺兰山坳拉谷是早古生代秦祁昆洋盆形成时衰退在华北陆块上的裂谷。坳拉谷发育自中新元古代持续到早古生代，早寒武世—早奥陶世只是华北西部陆缘坳陷的一部分，但其厚度大于华北陆内坳陷。早奥陶世五峰期坳拉谷开始强烈沉降，中奥陶世平凉期达到高峰，晚奥陶世结束裂谷的发育回返成楔入华北陆块中的坳拉谷。充填体主要为深水碎屑岩、浊积岩及台地相碳酸盐岩，有基性火山岩喷发，局部有中酸性火山活动。

4.被动大陆边缘盆地

大陆裂谷演化成陆间裂谷-新生大洋盆地之后，板块扩张作用发生在新生洋中脊部位，而早期被裂开的大陆地壳部分成为向新生洋盆过渡的被动大陆边缘。被动大陆边缘盆地也称为成熟大陆边缘盆地或大西洋型边缘盆地，是板块离散的结果。

1）形成演化特征

Dickinson（1978）将被动大陆边缘盆地划分为冒地斜沉积棱柱体和大陆堤两种类型，前者主要为陆源碎屑物质供给不充分，在陆阶上发育碳酸盐岩-页岩相沉积，在斜坡脚和陆隆上发育浊流相沉积；后者是有大量陆源物质供给，且波浪和洋流对堆积在大陆边缘的沉积物破坏较小，使沉积在陆缘的三角洲-滨岸体系沉积体不断向海推进。

冒地斜沉积棱柱体为板块分离到一定程度后，早期裂陷的大陆岩石圈逐渐热衰减而引起热沉降，被动大陆边缘发生海侵形成巨厚的陆阶-陆隆沉积。由于沉积物厚度向陆和向洋两侧收敛，形态上总体呈棱柱状，故板块观点称其为冒地斜沉积棱柱体（图9-5）。该沉积体早期受断裂作用的影响而发育基底碎屑岩，平面上分布于大陆附近的海岸平原到大陆阶地的陆棚和近海，在陆隆部分常为浊流沉积并相互连接成深海扇（图9-5a）。由于过渡壳热收缩和沉积物重力负荷积累，沉积基底快速下降，过渡壳和洋壳结合带发生挠曲，沉积物可以越过过渡壳和洋壳的界线形成规模巨大的沉积体（图9-5b，c），物质成分以发育碳酸盐岩和页岩相沉积。

图9-5 断裂陆缘沉积棱柱体演化示意图（描述见正文）

（据Dickinson，1976）

当陆源物质供给十分充足时，冒地斜棱柱体继续向洋延伸，从而演化成大陆堤（图9-6）。大陆堤是一个巨大而稳定的沉积体，其陆坡转折带可以达到真正的洋壳基底上。大陆堤沉积体为一系列单一的凸镜构成，每个凸镜保持从最浅的到最深的沉积相，从发育良好储层的三角洲和海岸沉积体渐变为有机质丰富的前三角洲和斜坡相，然后为浊流沉积。随着大陆堤不断扩展，海岸沉积构成一个连续的盖层，横铺在顶部，构成一套有利的生、储、盖组合。下伏海相沉积中的盐刺穿构造和由于重力滑动形成的生长断层和同生构造可以构成良好的圈闭。

2）盆地特征

被动大陆边缘盆地的主要沉积物是海相碳酸盐岩和碎屑岩系，在深水区放射虫硅质岩和深海红色泥灰岩、白色细粒灰岩有所增加，当有大河注入的海域时，可以发育三角洲的深海扇。

图9-6 大陆堤生长剖面示意图

（据Dickinson，1976）

（图中短线为沉积界面，①-⑩是堆积层序顺序）

现今大西洋两岸分布有典型的被动大陆边缘盆地实例，并展示出从裂谷盆地演化为成熟大陆边缘盆地的过程，发育有从冒地斜棱柱体到大陆堤盆地的特征。如巴西东部的雷康卡沃盆地、坎波斯盆地、塞尔希培-阿拉戈斯盆地、圣埃斯皮里托盆地等都是在早期裂谷盆地基础上演化成的被动大陆边缘盆地。它们的演化过程都经历了裂谷前克拉通盆地阶段、陆内裂谷阶段、陆间裂谷阶段和被动大陆边缘阶段。①裂谷前克拉通盆地阶段：早白垩世之前，巴西和非洲为统一的克拉通盆地，其内沉积体下部为河湖相红色砂泥岩，底部为蒸发岩和灰岩（二叠系？）；上部为浅灰色具交错层理的细粗粒砂岩（三叠系—侏罗系？）。②陆内裂谷阶段：早白垩世早期，在断陷盆地中发育非海相的砾岩、细粗粒砂岩、灰黑色粉砂岩及页岩夹灰岩组合，底部见侵入岩脉和玄武岩分布。其沉积组合大致可划分为三个旋回：冲积扇、扇三角洲和过渡相组合；湖相泥灰岩和页岩组合；湖泊介壳灰岩和贝壳硅质碎屑岩组合。每个组合由底部静水环境的页岩和富含骨屑的粉砂岩为主，向上过渡为介壳灰岩与页岩互层，是典型的受断裂活动控制的向上变浅旋回。盆地发育高角度正断层和半地堑凹陷及半地垒凸起，断层作用强度大、密度大。③陆间裂谷阶段：早白垩世晚期，岩石圈的裂陷作用主要集中表现在新生洋壳的扩张，而早期大陆裂谷部分的裂陷作用基本停止。这期间巴西盆地沉积体由过渡相、扇三角洲、湖泊相砾岩、细粗粒砂岩、暗色页岩、灰岩和蒸发岩（石膏、岩盐、钾镁盐等）组成，它发育在前期旋回不整合面之上，可以分为陆缘序列和蒸发岩序列：陆缘序列的物源来自于盆地北部和部分来自盆地内部高地，由砾石到页岩组成的冲积扇三角洲、萨勃哈和泥坪的发育，伴随着小的张性同沉积断层的活动；蒸发岩序列中蒸发岩的分布显示了成带性，白云岩和硬石膏分布在盆地浅部，而钠盐与钾盐分布在盆地中部，说明了当时大西洋的拉开程度较弱，具有相当程度的封闭性。④被动大陆边缘阶段：晚白垩世至今，由陆架、陆坡、扇三角洲和台地相碳酸盐岩、砂岩、页岩等交替组成，可以分为4种序列：浅海碳酸盐岩序列，它在近源区发育扇三角洲碎屑岩，其他地区以砂质白云岩或球状泥粒灰岩为底，向上过渡为白云岩、球粒灰岩、鲕粒灰岩，呈向上变浅旋回；半远洋序列，由下部的具生物扰动的块状泥屑含粒灰岩向上渐变为泥灰岩和黑色页岩韵律性互层，为向上变深序列，遍及该序列的浊积砂岩表明短期的海平面下降；深水海洋序列，由斜坡和盆地环境下的页岩和砂质海底扇浊积岩组成，在盐丘区发育一个薄密集段，在部分凹陷区发现重力断层；浅水海洋序列，古新世以来盆地发育了一个巨大的浅海沉积的楔形体，高能陆架环境中发育了砂岩，低能深水环境发育了页岩，海平面高水位期碳酸盐岩在陆架坡折处沿浅滩沉积，在深水区形成远洋平覆层。

据研究，从新元古代到中生代，我国被动大陆边缘盆地均有分布，如新元古代—早古生代初中国陆块和西伯利亚陆块之间存在古中亚洋，秦岭-祁连-昆仑造山带当时发展为古中国洋，中国陆块与印度冈瓦纳陆块之间存在一个原特提斯洋，中生代新特提斯洋的开合过程形成的班公湖-怒江洋和雅鲁藏布江洋，在这些大洋两侧都发育有被动大陆边缘盆地。

中国被动大陆边缘盆地的充填层序主要特点是：发育浅水台地碳酸盐岩到深水斜坡及盆地相泥灰岩、硅质岩、泥岩等，下伏有裂谷阶段的陆源碎屑沉积或碳酸盐岩重力流沉积。秦徳余等（1992）和高长林等（1993）对华南陆块北部大陆边缘盆地的研究后认为，该盆地的形成演化经历了3个阶段：①裂谷期（新元古代），在中元古代浅变质带的基础上产生断陷，发育了陆相碎屑岩、浅海相碳酸盐岩及火山岩，并伴随有强断裂作用，如北秦岭裂谷带从下到上的充填序列为：陆相-浅海相酸性火山岩夹砂泥岩、灰岩过渡到浅海相基性火山岩、灰岩，再过渡到浅-半深海相硅泥质岩、灰岩；②强烈漂移期（晚震旦世—中奥陶世），该期秦岭-昆仑洋强烈扩张，华南陆块北侧强烈漂移和沉降，形成正断层控制的断裂被动边缘，A-型花岗岩-辉长岩-辉绿岩套和壳源碱性中基性火山岩、岩墙群广泛分布，沉积岩主要为半深海炭泥质、炭硅质、炭钙质岩，见浊积岩、砾质灰岩、燧石灰岩；深海泥钙质浊积复理石和硅泥质岩；③残余海盆期（晚奥陶世—志留纪），该期被动陆缘由拉张期的整体沉降向补偿充填为主的残余海盆发展，沉积物由上奥陶统的笔石复理石、炭质页岩向志留系的富底栖生物的碎屑岩夹碳酸盐岩过渡，与秦-祁-昆洋盆的消亡相对应。