Question

　层序成因动力学中的构造因素研究

Answer 1

7.4.1　前言

层序成因动力学（Krapez,1997;Krapez,1997）强调幔－壳耦合引发板块运动，板块运动导致构造活动，构造活动造成沉积盆地，盆地充填产生沉积层序。因此，层序作为盆地充填产物，它是盆地生成、发展及演化的信息库，是板块运动和构造活动的示踪剂。可见，通过层序的解译可了解盆地类型、成因及性质，并揭示构造背景及板块属性，最终为盆地动力学和地球动力学研究提供基础。

本书在右江盆地层序地层研究成果（陈洪德等，1990；曾允孚等，1996；陈洪德等，2000；覃建雄等，1999）基础上，结合相关地区层序研究资料（覃建雄等，2000；许效松等，1997），以层序－盆地－构造为主线，着重从构造轮廓与层序几何形态、同沉积断裂与层序内部构型、基底沉降活动与层序空间格架、构造强度与层序规模及界面级别、构造属性与层序成因及界面性质、构造演化与层序叠置序列等6个方面，探讨层序成因动力学研究中构造因素的作用和意义。

7.4.2　构造轮廓对层序几何形态的控制

随着板块位置和属性的不同，构造走向、构造格局以及构造活动的强烈程度有别，盆地性质及其充填层序的宏观形态有差别。构造轮廓对充填层序几何形态的控制表现为如下4方面（许效松等，1997）：一是不同类型盆地形态控制了充填层序的总体形态；二是盆地中不同构造古地理单元内充填层序的整体形态；三是同一构造古地理单元内不同沉积相带（相区）充填层序的几何形态；四是同一构造古地理单元内不同物源的充填层序的几何形态。总之，充填层序几何形态及其分布受不同性质和级别的构造活动制约。

7.4.3　同沉积断裂活动对层序内部构型的控制

同沉积断裂活动对盆地轮廓、结构、充填型式及层序发育具明显的控制意义。断裂活动方式、强度及周期直接影响着层序的内部构型及成因格架。根据活动方式和周期，右江盆地沉积断裂可划分为3种类型，即长期型、短期型和多期型，它们与容纳空间及层序格架之间的关系分述如下（覃建雄等，2001）（图7.4）。

7.4.3.1　短期型同沉积断裂活动与层序

该类断裂活动持续时间短，但活动强度大，如百色断裂和广南－那坡断裂。该类断裂在短时期内使盆地形成巨大的容纳空间，供沉积物充填，之后很长一段时期内停止活动。因此，在一个海平面升降周期内，盆地容纳空间变化表现为一个不断损失的过程。受此类断裂控制的层序定义为A型层序，识别标志主要有：①为一典型的向上变浅沉积序列，即深水硅质岩→半深水硅质泥岩→泥质硅岩→较浅水硅质灰泥岩→硅质泥灰岩→浅水泥灰岩；②在层序剖面结构方面，通常缺失LST,TST以加积→弱进积序列为特征，HST表现为进积→强烈进积准层序组，最深水层位（或CS）位于层序底部，而非TST顶部；③在层序内部构型方面，TST沉积在盆地中心强烈下凹，在陡翼可见地层上超、下超现象，缓翼特征不明显。HST无论在缓翼，还是陡翼，均呈现强烈上超、顶超或削蚀特点，自下而上层序逐渐平缓；④层序界面识别标志明显，上覆、下伏地层之间为突变接触关系，在剖面上呈现下伏浅水泥灰岩相→Ⅰ型界面→上覆盆地相硅质岩。

图7.4　同沉积断裂活动与层序内部构型关系

7.4.3.2　长期型同沉积断裂活动与层序

右江盆地大多数NW向断裂均属此类，它们贯穿于盆地发育始终，该类断裂活动持续时间长，活动强度变化大，具有初期强，随后逐渐减弱的趋势（陈洪德等，2000）。在盆地演化期间，呈不断生长趋势，通常造成容纳空间得到持续补充，即容纳空间的增大速率与沉积充填速率趋于平衡，受此类断裂控制的层序称为B型层序，具有如下识别标志：①层序总体具有向上变深（退积）序列→向上变浅（进积）序列，即具有普通层序的所有特点；②在层序剖面结构方面，LST、TST、HST发育齐全，特征明显，即LST为弱进积准层序组，TST为退积准层序组，HST为弱进积→进积准层序组；③层序特征表现为喀斯特面、溶蚀面、岩相结构转换面，但界面上下岩相差异较小，亦即所谓的Ⅱ型界面；④在层序内部构型方面，LST平缓，TST在盆地中心剧烈下凹，HST自上而下凹→平缓，顶界在缓坡有顶超和削蚀，陡翼偶见顶超，少见削蚀；⑤在物质构成方面，多由硅质灰岩、灰质硅质岩、硅质岩和薄层浮游相灰岩构成。

7.4.3.3　多期型同沉积断裂活动与层序

分布于右江盆地周围，切割较深，时断时续，具左旋走滑特征，控制着右江盆地的边界和总体形态，活动时间长，具多期性，其中每期断裂活动呈现简单的生长断裂特点（陈洪德等，2000），活动强度较弱。就整个断裂发展史而言，总体与长期型断裂相似。由该类断裂造成的层序称为C型层序，其特征主要表现为：①在物质构成方面，以浅水盆地相薄层灰泥岩、硅质泥灰岩为主；②层序由若干个向上变浅准层序组组成，缺乏典型的LST、TST或HST的内部结构，准层序界面、海侵面与层序底界面相重合；③在层序内部构型方面，陡翼见上、下超现象，缓坡发育顶超，层序内部多个准层序界面之上有下超现象，整个层序由若干个被海侵面切割的、内部结构相似的准层序构成；④总体略呈向上变浅序列。

7.4.4　基底构造活动对层序空间格架的控制

作为以双向半地堑－地堑为主要结构的右江裂谷盆地，其中充填层序发育与盆地基底构造升降活动密切相关，按孤台、台盆和海平面之间的关系，右江盆地基底构造活动可分为均衡升降、差异升降和反向升降3种（陈洪德等，2000）。不同类型的基底构造升降活动所造成的层序，呈现明显的差异性（图7.5）。

图7.5　基底构造活动与层序构架关系

7.4.4.1　均衡升降与层序

均衡升降系指孤台和台盆随地壳均衡上升或下沉，下降前后，孤台和台盆之间的高差保持不变，其上容纳空间同步变化，具有正相关关系，该类沉降主要发生于晚石炭世、早中二叠世，其次是晚泥盆世，并与相对稳定的板块演化时期一致。与之相关的沉积背景及层序具有如下特征：①浅水台盆与孤台相间分布；②台盆和孤台具有相同的沉积序列；③在层序构成方面，台盆以浅水台盆扁豆状灰岩、硅质灰岩、灰泥岩、泥灰岩为主，孤台以潟湖—潮坪相碳酸盐岩为主；④通常发育PAC型高频层序。

7.4.4.2　差异升降与层序

差异升降是指孤台和台盆随地壳发生不均衡上升和下降，两者升降方向相同但幅度有所差异，从而造成基底升降前后孤台和台盆的地势差。基底差异升降与构造相对活动阶段相吻合，主要分布于中二叠世茅口期、早石炭世和晚泥盆世早期。相应的沉积格局与层序具有如下识别标志：①半深水台盆包绕碳酸盐孤台；②孤台和台盆之间具有相似的沉积序列；③台盆层序由浮游相灰泥岩、锰磷质泥岩、硅质岩、硅质泥岩等构成，孤台层序由台地相、潟湖相、潮坪相灰岩－白云岩构成；④有利于TR型高频层序的发育。

7.4.4.3　反向升降与层序

反向升降特指孤台和台盆之间呈反方向升降，升降前后其间地势差加倍增减，通常发育于盆地构造活动最活跃时期。最常见的是台盆沉降、孤台上升，孤台和台盆容纳空间呈反向变化或负相关关系，主要出现于中泥盆世—晚泥盆世早期、早石炭世、晚二叠世—早三叠世。相应的沉积环境及层序特征主要包括：①深水台盆包绕浅水孤台；②孤台和台盆具反向沉积序列；③台盆层序由硅质岩、泥质硅质岩、凝灰质硅质岩、黑色页岩构成，孤台主要为浅水相碳酸盐岩，典型实例是长兴组层序，孤台上发育台坪—沼泽相含煤灰云岩，而台盆则发育硅质岩、凝灰质硅质岩沉积。此外，中泥盆世晚期沉积层序，孤台发育厚层碳酸盐岩，而台盆则发育硅质岩，它们均呈现出相反的剖面结构序列。

反向升降的另一种型式是台盆上升，孤台下降，随着两者升降前后高差的减少，两者容纳空间的差异亦趋减小，主要见于晚石炭世。由此类升降为主造成的层序具有如下特征：①台地包绕浅水残余台盆分布；②略呈反向沉积序列，即孤台沉积序列不明显，而台盆则具有向上变浅序列；③在物质构成方面，台盆由薄层灰岩、泥灰岩和浮游相灰岩构成，孤台则为潟湖—潮坪—台地相灰岩组成；④广泛分布LM型高频层序。

7.4.5　构造强度对层序规模及界面级别的控制

7.4.5.1　构造旋回等级与层序地层规模

图7.6表明了显生宙不同等级构造旋回与层序规模之间的内在联系。从图中可以看出，地史时期中不同等级的构造旋回与相应级别的层序规模具有明显的一致性。这表明以沉积盆地为联系桥梁，构造活动与盆地的充填产物层序地层之间，存在某种必然的联系，亦即构造活动对层序地层直接或间接的控制作用。主要表现在：

1）全球超构造旋回、全球构造旋回、区域构造旋回、地区构造旋回和盆地构造旋回，分别控制并对应于超级层序、Ⅰ级层序、Ⅱ级层序、Ⅲ级层序、Ⅳ级层序、Ⅴ级层序（图7.6）；

2）层序级别大小与构造旋回级次成正比，构造旋回等级越大，层序地层规模也越大。反之，层序地层规模也越小（图7.6）；

3）层序地层的构造作用痕迹与构造旋回等级呈正相关关系：层序地层规模越大，其构造作用印痕也越明显。反之，构造痕迹越模糊，甚至消失。

7.4.5.2　构造强度与界面级别

通过对显生宙地史时期构造运动强度（级次）与界面级别及其时空分布的对比研究发现，地史时期中不同强度级次的构造运动（事件）与相应级别的层序界面之间较为吻合（图7.6）：亦即构造运动强度（级次）与层序界面级别之间存在成因耦合关系。构造强度对层序界面的影响主要包括3方面：

1）构造运动强度（级次）大小控制着层序界面的级别高低：构造强度越大，界面级别也越大。反之，也越小；

2）超级构造运动面、Ⅰ级构造运动面、Ⅱ级构造运动面、Ⅲ级构造运动面、Ⅳ级构造运动面、Ⅴ级构造运动面，分别控制并相当于超级界面、Ⅰ级界面、Ⅱ级界面、Ⅲ级界面、Ⅳ级界面、Ⅴ级界面（图7.6）；

3）构造强度与界面的构造痕迹明显程度具有正相关关系：层序界面级别越大，其构造成因的痕迹愈明显。反之，愈隐蔽。

图7.6　构造强度与层序规模及界面级别的关系

注：图中构造旋回共划分出可识别的3个级次，亦即全球超旋回、全球旋回和区域旋回，旋回顶底界分别为相应的全球超构造运动面、全球构造运动面以及区域构造运动面；构造运动强度共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个级次；层序规模与构造旋回相对应，共分为5个级别，亦即超级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级层序；层序界面与构造运动强度相对应，共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个级别，亦即超级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级界面

7.4.6　构造属性对层序成因和界面性质的控制

7.4.6.1　构造属性与层序成因格架

不同板块位置，构造属性不同，盆地性质和成因有别，盆地沉积充填的层序内部构型和成因格架不同。

克拉通盆地系结晶基底上发育起来的相对稳定的地区，按物质组成分为碳酸盐克拉通和碎屑克拉通两种。前者如扬子克拉通盆地，这种盆地水体相对浅、构造稳定、基底平缓、碳酸盐自旋回作用明显，层序发育主要受海平面变化、碳酸盐生产率的控制，构造作用不明显，因而造成碳酸盐克拉通特有的层序成因格架（覃建雄等，1999）。碎屑型克拉通盆地如华夏克拉通盆地除了受控于构造热沉降作用，还受到物源区构造活动的显著影响，从而造成有别于碳酸盐克拉通的碎屑克拉通型层序地层模型（覃建雄等，1999）。

走滑拉张盆地如湘桂走滑盆地，充填层序发育的构造控制尤为明显，贯穿盆地层序发育的始终。与转换背景相关的走滑盆地，包括走滑拉张盆地和走滑挤压盆地两种。其中，由于受拉张走滑作用的影响，盆地边界常常发育高角度的正断层，内部构造较复杂，可以形成对称或非对称的断陷。从断陷盆地边界向中央，沉降速率通常大于海平面升降速率。盆地充填沉积物具双向供给特点，两侧沉积物供给可以是均衡的或不均衡的，物源组分可以相同或不同。这些因素决定了走滑拉张盆地的层序地层特点（覃建雄等，1999）。

被动边缘盆地中，由于所处板块位置的差异，导致构造作用的多样性，进而造成被动边缘层序地层模型的多样性。早古生代扬子地台东南被动边缘，层序发育的构造控制因素仅表现为构造背景的均匀升降，因而其层序成因可用经典层序地层模型加以解释；扬子克拉通北缘除了受到构造基底均衡沉降的影响，更重要的是受到NE向半地堑式同沉积断裂活动的控制，因而派生出与有别于经典层序地层模型的层序成因格架；在扬子地台南缘亦即右江被动陆缘裂谷盆地，层序发育主要除了受控于构造热沉降作用，还同时受到NW向和NE向双向－多向同沉积断裂活动的控制，因而形成了独特的右江型边缘裂谷盆地层序地层模型（覃建雄等，1999）。

前陆盆地如十万大山前陆盆地，构造因素对层序发育的影响十分明显，包括构造强度、方向及相关物源、构造古地理、基底构造沉降幅度等。值得提及的是，由构造载荷引起的层序充填速率远大于海平面升降速率，从逆冲带边缘向前陆隆起方向沉积速率递减。物源主要受控于由构造作用引起的地形起伏，具有双物源区特点。由于这些构造因素的影响，造成了前陆盆地特有的层序地层模型（覃建雄等，1999）。

弧后盆地如右江印支期弧后盆地，作为构造扩张作用的产物，弧后盆地及其充填层序特征与裂谷盆地相近，但独具特色：①沿汇聚边缘发育的火山岛弧带，构造沉降速率由岛弧边缘向盆地中心递增；②同沉积断裂活动加强，火山作用加剧；③具多物源的特点，盆地沉积物包括来自岛弧的火山碎屑、深海沉积物和陆源复理石沉积；④层序充填物横向变化明显：盆地中心为薄层深海沉积物，靠岛弧一侧夹有大量火山碎屑物和凝灰岩。

对于深海大洋盆地如钦防盆地，构造控制作用主要表现在深部物源方面。而层序发育的主控因素为全球海平面变化（通常海平面升降幅度对层序特征的影响不明显）。因此，层序主要记录了全球海平面变化历史，而构造记录较为隐蔽（覃建雄等，1999）。

7.4.6.2　构造性质与界面成因类型

作为盆地沉积构造演化的产物，层序界面反映沉积地壳演化过程中，构造背景、盆地性质、盆地规模等不同程度的变化，代表盆地域之间、盆－盆之间、盆－山之间乃至盆地内部不同级别单元之间的动力学转化面。因此，通过层序界面成因和规模的研究，可以揭示沉积地壳演化期间的动力学转换事件（覃建雄等，1999）。

根据层序界面的物理标识特征、界面的形成背景、界面与构造属性的关系、界面上覆新盆地和下伏老盆地性质之间的关系等，将层序界面分为造山侵蚀、升隆侵蚀、陆上侵蚀、暴露溶蚀、海侵上超、水下间断等6种成因类型（表7.4）。不同成因类型的层序界面，由于其形成的构造背景不同，所反映的成因意义也不同。造山侵蚀界面揭示不同性质沉积盆地之间的转折事件，揭示了全球超构造旋回之间的转换面，如超级界面（Ⅰ₂，图7.6）即反映了晚震旦世—中三叠世被动边缘盆地的结束以及印支期—燕山期陆相盆地的开始；升隆侵蚀界面反映沉积盆地域之间的转换面，亦即全球构造旋回之间的界面，代表全球构造运动的产物，如一级界面Ⅱ₂、Ⅱ₃（图7.6）分别代表了被动边缘演化过程中加里东旋回、华力西旋回、印支旋回之间的转换面；陆上侵蚀界面以二级界面Ⅲ₂、Ⅲ₃（图7.6）为代表，反映相同性质盆地之间构造转化或同一盆地演化过程中的构造幕侵扰事件，是地区性构造运动的产物；暴露溶蚀不整合面（如三级界面Ⅳ₁、Ⅳ₂，图7.6）是稳定构造背景下由于海平面短期快速下降引起盆地间断收缩的产物，是地区性构造旋回之间的转换面，代表地区性构造运动的结果；水下间断面表征最大海泛或盆地最快沉降时期，揭示盆地强烈的构造拉张阶段产物；海侵上超界面则表明盆地构造拉张、海盆范围迅速扩大临界期。

7.4.7　构造演化对层序叠置序列的控制

全球构造演化具有旋回性，盆地构造演化具有阶段性，不同演化阶段盆地构造特征有差别，从而导致层序特征的差异性。主要表现为不同构造阶段层序充填样式、层序组合类型、层序成因格架等的差异性。

从盆地构造演化与层序叠置序列关系（表7.1）可看出，在构造演化的不同阶段，盆地轮廓及内部结构不同，充填层序的叠置序列各异。在盆地初始拗陷阶段，盆地沉积属于填平补齐性质，层序发育主要受盆地构造活动、相关物源的控制，层序底界通常为盆山转换面，层序主要由碎屑岩相构成，层序组合几何形态受前期构造古地理严格控制，呈阶梯状向周围超覆尖灭，总体向上变深。

在边缘拉张阶段，盆包台格局明显，台盆硅质岩系分布广但厚度薄，孤台碳酸盐岩岩系厚度大但分布小，两者具反向沉积序列，以海侵上超和水下间断不整合面组合为主，揭示层序发育主要受同生断裂和基底构造的控制，代表板块边缘强烈拉张产物。

在拉张充填阶段，盆地呈台、盆相间格局，构造拉张与沉积充填同步，以陆上暴露成因界面组合为主，总体具向上变浅序列，揭示层序发育主要受构造沉降和海平面变化的联合控制。

在强烈充填阶段，层序发育主要受物源区构造活动的明显控制，层序由陆源浊积组分构成，以陆上侵蚀不整合面组合为特征，具典型的向上变浅序列，顶界为造山侵蚀不整合面，代表盆地的消亡事件。

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