Question

盆地的充填和演化分析

Answer 1

沉积充填是盆地的实体，因此盆地沉积充填分析是盆地分析的重要内容之一。目前，在沉积充填的解析上已具备了新的理论基础与方法。划分等时地层单元及其内部的三维建造块是基本的任务。20 世纪 70 年代提出的地震地层学的研究和随后形成的层序地层学为盆地的充填研究提供了新的思路与系统的方法。层序地层学建立的各级层序都是三维地质体，由较低级别的单元构成较高级别的单亏并元，如三级层序构成二级层序，即沉积体系域，沉积体系域又是由沉积体系和沉积相组成的。
2. 2. 1 沉积相和沉积体系分析
沉积相和沉积体系分析是沉积盆地分析中的基础工作，沉积相是指能反映形成环境的岩性特征、沉积特征和生物特征的总和，并与沉积作用和沉积环境有成因联系的三维岩相组合，称为沉积体系。沉积体系分析的销行迹理论基础是瓦尔特相律和相模式。
沉积相和沉积体系的分布既受大地构造背景的控制，又受盆地演化期间内部作用的影响，现代沉积相和沉积体系时空演化研究的开展，使人们对沉积盆地充填因素有了较深刻的认识。盆地的几何形态和沉降历史、气候、物源区、排水形式、搬运带渗和沉积机理及全球海平面变化等都可以影响盆地的充填，即都可以对沉积相和沉积体系的分布与类型产生重要影响。
沉积相和沉积体系分析是盆地充填分析的不同级别，沉积体系的划分是在沉积相基础上进行的。盖洛韦 ( W. E. Galloway，1983) 将陆源碎屑沉积体系划分为: ①冲积扇体系;②河流体系; ③三角洲体系; ④碎屑海滨带体系; ⑤陆源陆架体系; ⑥陆源陆坡体系和盆地体系; ⑦湖泊体系; ⑧风成体系。迈尔 ( A. D. Miall，1984) 将沉积体系划分为: ①陆相沉积体系; ②海岸沉积体系; ③碎屑陆架和伴生的沉积体系; ④碳酸盐岩和蒸发盐沉积体系; ⑤陆坡、陆隆以及盆地的碎屑沉积体系。可见盖洛韦划分的沉积体系所指的范围和常用的沉积相的含义相距不远，而迈尔所用的沉积体系的范围要大于盖洛韦。明确沉积相和沉积体系的区别有助于了解在盆地分析中同时采用的若干不同方法的各自目的 ( 表2. 2) 。
表 2. 2 沉积学分析的规模

( 据 A. D. Miall，1984)
2. 2. 2 沉积旋回与地层旋回
沉积盆地的充填常表现出旋回性特征，沉积旋回是指有关的沉积作用及条件按相同的次序不断重复而形成沉积单元的规律组合。
沉积单元的旋回性是沉积地层的重要特征，旋回和序列也是地层学中两个最古老的概念。旋回沉积作用是在一定的环境中由于环境单元的迁移或在一定的沉积作用过程中导致沉积单元形成规律组合的沉积作用。不同的旋回沉积作用形成不同的旋回沉积序列，如曲流河形成的二元结构序列、浊流形成的鲍马序列等。
控制旋回沉积作用的既有盆内的环境因素，也有盆外的背景因素，背景因素往往通过环境影响沉积作用。在沉积背景相对稳定的条件下，环境的变迁可导致旋回沉积，如潮坪的堆积依次出现潮下、潮间、潮上的沉积序列。沉积背景因素如物源供给、盆地基底的构造活动性及古气候，它们通过海平面的相对变化控制和影响沉积物的性质、厚度、体态及旋回性。沉积背景的突然变化常使沉积物性质发生突变、沉积组合规律发生紊乱。
从宏观上看，不同级别的旋回沉积作用在地层中表现出不同级别的旋回性和韵律性。沉积地层的旋回性和韵律性是最显著的特征之一，它可形成于盆地的不同发育阶段，在地层剖面上往往表现出垂向相带或相序的周期性变化。关于旋回级别划分及成因解释，不同学者有不同的方案。P. R. Vail 等 ( 1977) 划分为 4 个级别，王鸿祯等 ( 1998) 根据中国层序地层的研究成果并综合国内外的有关资料，提出了旋回和层序级别的划分方案，并和天文旋回的周期相互对应 ( 表 2. 3) 。
表 2. 3 层序地层级别及其对应的天文旋回 ( 周期) 控制因素

( 据王鸿祯等，1998，修改)
P. R. Vail ( 1977) 、A. D. Miall ( 1984) 的划分方案中，将二级旋回的周期定为 10 ～100Ma，相当于 L. L. Sloss ( 1963) 所定义的 “层序” 周期。B. U. Haq 等 ( 1987) 将此周期内的地层旋回又细分为超层序和超层序组。一般认为引起二级海平面旋回的主要因素是构造成因，包括洋中脊扩张、古大陆的形成与裂解。三级地层旋回相当于一个层序，是一个相对较短的海平面升降旋回 ( B. U. Haq，1988) ，其成因可能主要与区域构造活动及大陆冰盖的生长、消亡有关。研究表明，三级地层旋回是层序地层研究的基础，它以不整合为界，内部由 3 个在时间上和空间上有成因联系的地层单元组成，它们的形成分别与海平面升降旋回中的某一部分或特定的阶段有关: ①海平面下降阶段，形成低位体系域或陆架边缘体系域，前者是海平面下降速度大于基底下沉速度的产物，后者是海平面下降速度小于或等于基底下沉速度所成; ②海平面快速上升阶段，称为海进体系域，其副层序的叠置类型呈退积型; ③海平面缓慢上升阶段和转为下降阶段，称为高位体系域，其副层序的叠置类型呈进积型; ④四、五级旋回是叠加于三级海平面之上的高频旋回，其控制因素可能主要为米兰科维奇轨道旋回，四级旋回 ( 副层序组) 可根据其中副层序的叠置特征分为退积、进积和加积 3 种类型，五级旋回 ( 副层序) 多表现为向上变浅的序列。
2. 2. 3 盆地的沉降和充填分析
盆地的沉降分析是盆地分析中的重要内容。因为它们直接控制了沉积盆地容纳空间的变化幅度和速度，即控制了盆地内地层的堆积方式和地层间不整合的形成。所以区域性的不整合是划分构造沉降阶段性的标志，而沉降速度可反映盆地演化各阶段盆地构造 － 热状况以及盆地内不同单元的差异，即可反映同生构造。地质学家发现，盆地特定的沉降方式反映了特定的大地构造背景特征，并且运用这些资料可建立沉降机制的定量模式。盆地沉降的细节可提供该区大地构造背景的重要信息，可与相邻变形带的构造史和岩浆活动史进行有效对比。
盆地埋藏历史是控制盆地沉积物热演化的首要因素，因为油气的生成和运移、煤的质量 ( 成熟度) 都直接取决于它们所赋存的沉积物达到的温度和维持此温度的时间。
在盆地分析中，盆地沉降分析是一项重要的基础工作，其重要性在于它可以了解盆地形成的原因、时间和方式，还可以为盆地分析的其他内容，如盆地充填历史、海平面变化和地热史等的研究提供基础，在进行盆地沉降分析时，最常用的是地史分析。地史分析是指利用地层厚度和岩相资料作出埋藏历史曲线 ( 即沉降曲线) ，这一工作所需的数据为现今地层厚度、岩性、地层年龄、各种岩性的孔隙度资料、古水深和海平面变化资料等，沉降曲线要经过 3 方面校正，即压实、古水深和海平面变化校正，其中最重要的是压实校正。所谓压实校正是指把某一地层单元的现今实测厚度恢复到沉积时或埋藏时或埋藏中途某一时刻的厚度，因此压实校正实际上是 “去压实”过程。目前应用沉积压实原理重建盆地沉积史与构造史最精确的方法是回剥法，属反演法的范畴，即根据已知的盆地现状，把各个时代的沉积物逐一移出并进行压实、古水深和古今海平面变化等校正，从而恢复或再现盆地的沉积史和构造史，回剥过程分 3 步: ①根据各类沉积物的孔隙度 － 深度关系，应用沉积压实原理恢复各个地层单元的厚度; ②根据恢复的地层厚度结合海平面变化和古水深等资料，计算各地层单元在地质历史时期的绝对深度和沉积速率; ③考虑沉积负荷作用，选用合适的沉积模式，计算盆地的沉降量和沉降速率，分析盆地的构造沉降史。
沉积盆地的形成演化受控于板块的相互作用和地壳深部的地质作用。早期关于盆地与大地构造关系的研究偏于简单，多限于分类、命名或套用现成的某种学派的大地构造框架。近代地质学的整体特色是推理地质学日益被实测、实验和定量的分析所代替。特别是盆地基底和更深部的地球物理研究与投入的庞大人、财、物力的国际岩石圈演化研究将为沉积盆地形成演化的地球动力学背景提供科学基础。
综合上述分析结果，最终可绘制出反映盆地沉积构造发展演化的横剖面图和时间序列图，以研究盆地的发展演化过程及成因类型。