沉積盆地類型及其成因和稱謂研究回顧與進展

劉池洋，王建強，黃 雷，趙紅格，張東東，趙俊峰，趙曉辰，

(1.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室, 含油氣盆地研究所，陜西 西安 710069;2.西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054)

沉積盆地是地球內外動力和各圈層(巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈)演變及其相互作用的自然產物,是地球各圈層動態演化和各類動力相互作用的天然記錄器和自然史鑒錄[1-2]。在地球科學的理論研究、礦產資源勘查和環境災害防治三大領域,沉積盆地均處于極為重要的地位[1-2]。沉積盆地和其中的沉積地層是研究地球巖石圈、生物圈、水圈和大氣圈及其相互作用不可或缺、甚或唯一的自然信息來源。

不同類型盆地所蘊藏的礦產資源和地學信息在內容及豐度方面差別較大,剖析沉積盆地的個性特征和厘定盆地類型,是沉積盆地相關研究深化和沉積礦產勘探提效的重要基礎工作之一。

本文主要回顧了多年來本團隊在盆地類型方面的研究工作和進展,對本團隊判識和確定的沉積盆地新類型進行梳理和小結;結合具體案例剖析,提出了盆地分類思想用于具體研究的方法;同時論及以往關注不夠然較為重要、值得重視的盆地類型;分析了莫衷一是、或詞不達意的盆地類型稱謂。這方面內容及其相關問題探索性強,認識受研究者個性因素影響多、觀點難盡統一,本文拋磚引玉,所提出的觀點和建議供同行研討、批評指正和批判。

1 新的盆地類型及其意義

所謂新類型,就是前人在盆地類型方面沒有論述或尚未特意討論的盆地。

1.1 改造型盆地

1.1.1 緣起與意義 中國大陸活動性強,沉積盆地后期改造強烈而普遍[1-4],致使盆地的原始沉積面貌改觀頗多。盆地演化晚(末)期和之后,正是盆地油氣聚散、成藏—定位和分布的重要而關鍵的時段。油氣為流體礦產,常規、非常規油氣(藏)的形成和分布明顯受后期所發生的任一期構造變動和環境變化的影響,同時增加了研究和油氣勘探的難度[1-4]。將其劃分為一種具有專屬特征的盆地類型列出進行專門研究,有利于研究深入和提高勘探成效。

對這類后期遭受不同形式較強烈改造的盆地,以往有多種稱謂。如殘留(余)盆地、構造盆地、多旋回盆地、疊合盆地、復雜盆地等,……[5]。各種稱謂有些雖有不盡嚴謹或彼此沖突之處,由于大多分別反映了遭改造盆地改造的個性特點,顯然不能作為這類盆地的總稱。筆者將其統稱為改造(型)盆地,此稱謂目前已得到業內較普遍的認可和應用。

1.1.2 特征與分類 筆者將改造(型)盆地定義為:盆地在演化末期或之后,盆地發育鼎盛期的原始面貌遭受較明顯改造的沉積盆地[1,5]。此定義給出了改造盆地的判識前提(原盆面貌)、明確了后期改造發生的時限(末期或之后)和改造的程度(較明顯改造)。在一些活動性較強的盆地,如裂陷盆地,在盆地演化期間也常會發生斷裂變形、兩盤抬升剝蝕或沉降深埋等改造。這是盆地本身構造屬性和演化特征的表現,不應劃歸于后期改造范疇。

筆者依據后期改造的主要動力及改造形式的不同,將改造盆地劃分為8種類型:抬升剝蝕型(殘留盆地)、疊合深埋型(疊合盆地為其典型代表)、熱力改造型、構造變形型、肢解殘存型、反轉改造型、流體改造型、復合改造型[1,5-6]。在自然界,盆地的后期改造,大多不同程度地表現出多種地質作用同時參與、然有主次的復合改造。為了突出主控因素和聚焦研究重點,以上各種類型均可進一步細分。如筆者將疊合盆地劃分為4種類型[7](見后)。不同類型盆地的結構構造、成藏作用差異較大。

盆地改造前、后的動力環境和類型差異頗大,改造盆地復合其雙(多)重特征于一身。在盆地大類劃分方案中,將其劃歸復合型[2]。

對在盆地演化過程中(而不是演化末期或之后)所派生的改造盆地,可劃入原盆地所屬大類中,作為該大類之下的次級類型。因這類改造盆地的形成,發生在原屬盆地發展演化過程中,在一定程度上反映了原盆地早期演化階段的構造變動特征。如在前陸盆地形成演化中,卷入前陸變形的基底沖斷隆褶構造活動強烈,會將演化中的前陸盆地部分地區分隔而成為相對孤立的構造凹地,后者被隔留和歸并到隆起較高的前陸斷褶帶內或造山帶中,其進一步發展不再從屬于前陸盆地。對此類盆地有多種稱謂,如partitioned(破裂、肢解、分割)前陸盆地、foreland intermontane (山間前陸)盆地、intraforeland basin(內前陸)盆地、piggyback(背馱式)盆地[8-11]等,筆者稱其為分裂前陸盆地[2,8]。此命名包含了該盆地發展演化過程與前陸盆地有淵源和最終結果已與其分野(分裂)的雙重含義,符合該盆地的特性。

改造型盆地特征復雜多樣,油氣賦存和成藏過程因地而異,對多種不同形式改造型含油氣盆地的綜合對比和研究總結,筆者將改造型盆地油氣賦存—成藏的核心理論綱要式歸納為:原盆控源、過程控儲、改造控藏、多源成藏、動態聚散、晚期定位[12]。

1.2 后陸盆地

鄂爾多斯盆地豐富的石油資源來自盆地南部中晚三疊世延長期富烴坳陷[13]。據Klemme (1991)對全球范圍內油氣資源豐富的烴源巖層系統計, 排在前兩位的依次為白堊系、 中上侏羅統, 全球油氣儲量的一半以上源自這兩套地層;隨其后的層系依次為漸新統—新近系、 志留系、 泥盆系和上石炭統—下二疊統。 全球油氣儲量的91.5%來自這六大套烴源巖。 三疊系的油氣資源不甚發育, 約占全球石油儲量的1%[14]。 在中國諸含油氣盆地中, 中晚三疊世優質烴源巖的分布也較有限。 中晚三疊世陸相優質烴源巖緣何在鄂爾多斯盆地南部形成, 對其所處富烴坳陷的地質環境和動力背景及其類型進行剖析十分必要[13,15]。

1.2.1 盆地形成過程及其動力環境 鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部,素以中國大陸最穩定的陸塊著稱。盆地南部延長期大型富烴坳陷具南深北淺、南厚北薄的不對稱結構。多年來的綜合勘探和研究揭示,延長組烴源巖以富鈾和夾多層凝灰巖層為特征;在富烴坳陷內,延長組富鈾層和凝灰巖夾層與優質烴源巖在位置上三位一體、彼此交互疊置。在延長期,特別是長7 段沉積期間,坳陷(較)深湖區普遍發育各類深部物質上拱擠入構造(如砂巖墻(脈) 、泥巖脊和熱液碳酸鹽巖結核) 、同沉積變形構造(如斷裂、褶皺、揉皺、滑塌、滑坡和軟地層變形) 和事件沉積(如濁流沉積、震積巖及湖底扇等)。在烴源巖層系中,顯示與深部熱流體活動相關的巖石礦物和元素異常。深部探測和研究揭示,富烴坳陷深部400 km以上的殼幔各界面,保留有前新生代形成的上拱結構特征。這表明,延長期富烴坳陷和其中優質烴源巖形成的動力環境具構造活動明顯、深部作用活躍的特性[15]。

延長期富烴坳陷與南鄰同期秦嶺造山帶的演化過程和階段興衰同步、時空響應耦合,總體是在華北—揚子兩大陸塊碰撞-匯聚的動力學環境中發生的[15]。在此持續的匯聚過程中,于兩大陸塊直接碰撞拼接的地域,以垂向隆升增厚和巖漿規模侵入到表淺層的形式,吸收和消化了地殼上部物質的橫向變形縮短，耗散了部分深部物質和能量。大致與之同時或略后,在仰沖華北陸塊的后陸地帶,源源不斷向深部積聚的巨量俯沖物質已達過飽和,熔融和能量轉換使深部能量及溫壓超常驟增,于是引發了大規模熔融物質與熱能向上涌溢釋散,導致地殼表淺層拱張破裂、側向擴展和沉降,產生具熱-張性盆地(見圖1)。稱其為后陸盆地(backland basins)[2],以對應于在俯沖陸塊上發育、目前較為廣泛使用的前陸盆地(foreland basins)稱謂。后陸盆地不包括已卷入造山帶內變形的仰沖陸塊部分。

大量的地質調查和研究揭示,在印支期秦嶺造山帶以大規模花崗巖體侵入為主,普遍缺乏火山活動。這表明,俯沖到深部超飽和的物質和轉化的巨量熱能在該區的釋放很不充分。后陸地區是俯沖物質的最終聚集和能量轉換的場所,只有在該區發生向上的物質運移和能量耗散,才有可能使深部超常聚集的物質、巨能和高異常溫壓釋放,達到相對平衡。于是,在后陸地區,延長期富烴坳陷應運而生。這與大洋俯沖及其弧后擴張盆地的形成頗為相似[16],由于這兩種大地構造環境俯沖到深部的物質在規模上相差甚遠,故后陸地區的伸展裂陷和熱液活動遠沒有弧后擴張強烈。

圖1 匯聚-碰撞型大陸邊緣沉積盆地類型分布與深部過程示意圖 (據文獻[2],有修改)Fig.1 Schematic diagram of the relationship between distribution of sedimentary basin types and deep earth tectonic background in convergence-collision continental margin environment (modified after[2])

1.2.2 相關術語及稱謂 “后陸盆地”一詞在國內外文獻中已有相關述及,然其內涵及分布位置卻因人而異,莫衷一是[2]。與后陸盆地似乎相關的術語有“hinterland basin”。該盆地發育時限短,易遭受改造,常發生塑性變形,并伴有變質作用;可疊加在前期前陸盆地之上,或在前陸地區之外的各類造山區內部均可形成,特別是厚地殼、高海拔地區(如西藏新近紀Zhada盆地[10]);形成于造山區隆升成陸之后,主要為陸相沉積;沒有動力環境的明確限定,未提及與仰沖板塊的關系[10,17-18]。“hinterland foreland”亦出現在Miall[19]的盆地分類中,該文僅述及位于仰沖板塊之上,未作其他解釋說明。可見,“hinterland basin”一詞含義籠統寬泛,不宜作為專屬盆地類型術語。

國內文獻曾述及有后陸盆地[20-23],對其特征和形成環境目前尚缺乏具體而系統的論述。

1.2.3 后陸盆地基本特征 后陸盆地與前陸盆地均形成于兩大陸塊匯聚-造山期,分別位于同一碰撞造山帶的兩側。二者雖有相似之處,但存在質的不同[2](見表1);本身的油氣特征和資源規模也明顯有別。

表1 后陸盆地與前陸盆地主要特征和形成環境異同對比表(據文獻[2,13],有修改)

1.3 轉換-補償盆地

1.3.1 理論模式 (較)大型走滑斷裂帶的走滑(平移)運動,可形成具有個性特征的系列沉積盆地。這些盆地有序的分布在走滑斷裂帶內及其附近和端部的不同部位,或出現在幾條近平行展布的斷裂的側接部位(如拉分盆地)、走向夾角較大的斷層交匯處(斷楔盆地)等[2]。較大斷裂帶的規模走滑運動量,常在斷裂兩盤運動的前、后方分別形成局部擠壓和拉張構造環境及變形,通過前方擠壓隆褶和后方伸展沉降來轉換和補償該盤的走滑運動量,才可能使該盤的走滑運動衰減到終止(見圖2)[24-25]。有必要指出,較大型走滑斷裂帶兩盤運動的主動性和位移量一般是不均等的,斷裂帶較大規模的走滑位移量通常主要由主運動盤所完成,而另一盤所承擔的位移量相對要小得多。只有在大型走滑斷裂帶主運動盤運動后方的伸展沉降區,可形成規模較大的伸展轉換盆地(見圖2)。這類盆地是在較大走滑運動量轉換-補償為伸展作用過程中形成的,故稱其為轉換-補償盆地。根據斷裂在盆地沉降和沉積過程的控制程度,可將轉換-補償盆地進一步細分為斷陷型和坳陷型兩類[25]。

在已有盆地分類中的“fault termination basin(斷裂末端盆地)[19]”應與轉換-補償盆地類同[2]。

1.3.2 實例發現 筆者從1986年之前醞釀和撰寫國家自然科學基金項目《盆地內剪切平移運動的基本特征和對油氣賦存的控制作用》開始,即根據上述學術思想在自然界中尋找和論證轉換-補償盆地的實例。首先解析了河套盆地的斷裂走滑平移運動,認為呼和坳陷中、新生代的沉降堆積中心形成和遷移,具有轉換-補償盆地的特征。其形成機制是該坳陷北緣邊界斷裂走滑活動及其兩盤運動方向反轉,導致斷裂帶南盤運動后方部位伸展沉降及其后構造反轉引發抬升的結果[25]。與此同時,也曾對郯廬斷裂帶及山西斷陷構造帶兩側和尾端地區,與斷裂構造帶走滑活動可能發育的相關盆地進行了調查研究,結果不盡人意。在對世界上著名大型走滑斷裂帶進行相關梳理和研究過程中,在其尾端也均未發現較大型典型的轉換-補償盆地[2]。

圖2 大型走滑斷裂帶運動與轉換-補償盆地形成模式圖 (據文獻[2],有修改)Fig.2 Formation model of transform-compensation basin in activity of large-scale strike-slip fault belt (modified after[2])

在1997年筆者承擔了《蘇丹Muglad盆地演化及其油氣富集規律》科研項目。在中原油田研究地震剖面時發現,面積約12×104km2的Muglad盆地就正是探尋已久的大型轉換-補償盆地。對該盆地地震等資料綜合研究和整理總結后,在中原油田研究院報告廳做了有關Muglad盆地成因類型(轉換-補償盆地)及其構造特征的報告。當時負責海外油氣業務的副院長過了段時間后見我說:“你只看了一個星期的資料,就將盆地成因和構造特征講得頭頭是道,我聽得有味,覺得新鮮,但是否對，當時心存疑義。通過對實際資料進一步研究,現在看來你講的是對的”。從筆者較早提出和有意尋找這類盆地,到發現和確定Muglad盆地為大型典型轉換-補償盆地[26-27],前后延續逾10年時間。對較大型Muglad盆地基礎資料用一個星期時間的研究和所獲得的發現認識是可見的表象,看不到的是在這方面10多年的理論儲備、科研積累和有準備的思想。

筆者的研究揭示, 沉積厚、 面積大的轉換-補償盆地的形成, 需要巨型走滑斷裂帶主運動盤的走滑運動量大、 持續時間長、 運動方向長期穩定或無較大角度改變。 世界上的大型走滑斷裂帶延伸長度大, 其較強烈的走滑運動和運動方向, 通常受更大區域多個構造單元綜合動力環境的控制; 其主運動盤水平運動的方向角度很難在較長時期保持相對穩定不變。 因而, 在全球知名的大型走滑斷裂帶的端部, 就很難發育具有較厚沉積的大型轉換-補償盆地。 蘇丹Muglad盆地為北東東向巨型中非右行走滑斷裂帶南盤東端的大型轉換-補償盆地(見圖2)[26-27]。 中非斷裂帶兩盤走滑運動的形成, 起因于南大西洋分段差異擴張的動力環境。 此世界級的重大地質事件, 使中非斷裂帶同時具備了大型轉換-補償盆地形成所需的上述三個必要條件。 早白堊世南大西洋的差異擴張、 中非斷裂帶的右行走滑運動和Muglad盆地的演化, 因果鏈環環相扣, 興衰同步。 到晚白堊世, 持續的擴張使大西洋中部打開并與南部貫通, 整體統一擴張。 于是, 中非斷裂帶右行走滑運動隨大西洋南部分段差異擴張的減停而同步衰減, Muglad盆地隨即進入萎縮期, 以坳陷沉積為主, 沉降沉積速率銳減。 此階段的沉積體占比不到盆地總量的17%, 盆地已不具轉換-補償盆地特性[26-27]。

雖然大型典型轉換-補償盆地的形成條件和環境甚是苛刻,大型盆地極為罕見。但是，在斷裂帶走滑運動后端的伸展作用存在較普遍,所形成的小型盆地、盆內凹陷和張性構造及改造效應并不少見[25]。上述討論為研究提供了可資借鑒的理論認識、構造模式和案例剖析[2]。

1.4 地貌成因盆地

1.4.1 緣起和意義 在對沉積盆地研究和沉積礦產勘探過程中,常會遇到一些貌似無特別差異的盆地,但深入研究卻發現其地質特征有別,礦產資源規模和勘探成效不盡人意。導致此情況出現的原因頗多,但其中一個重要原因就是盆地的成因類型。沉積盆地的形成和演化,特別是沉積地層較厚的大中型盆地的持續沉降,一般都與深部內動力地質作用有關;并以不同形式、不同程度地表現出所處區域動力環境的地質構造特征和成礦類型[2]。但是，在地球上,還同時存在一種由地表凹地而匯聚水體和沉積物的地貌盆地。其演化與地球內動力地質作用沒有直接聯系。

這類地貌成因盆地(landform genesis basins)在地球分布較廣,在各類大地構造環境中均可形成,多數面積較小,也有大中型盆地。但是，其地質構造特征和構造動力環境及意義,與動力成因盆地明顯不同。這類盆地除因蝕源區豐度相對較高的礦物元素在盆地近源地區可能會聚集成礦外,沉積礦產資源種類少,大多規模小、豐度低,間或有薄煤層。將其劃分為盆地新類型,旨在強調其特性與內動力成因盆地的差別,以引起研究中的關注和礦產勘探時有對策。

這類盆地與動力成因盆地在分布構造位置、表觀特征等方面無明顯差別,所用盆地類型稱謂常含義寬泛、界線不明。如山前盆地與前陸盆地、山間盆地與中間地塊盆地、弧內盆地與弧間盆地等。事實上,這幾組盆地類型前者的稱謂并無明確的內涵,所表達僅是地域位置和地貌特點。對山間盆地的稱謂,Miall[28]認為涵義“很不精確,因而價值不大”,建議廢除。筆者認為,應給不同大地構造環境中的地貌成因盆地有對應的專用術語,建議將以往的山前盆地、弧內盆地和山間盆地(坳陷)等術語,限定為表述對應地域的地貌成因盆地,以與各類地域對應的動力成因盆地相并列和區別[2]。因這兩類盆地在地質構造意義和礦產資源潛力方面均差別極大。

1.4.2 特征與分布 先存的負向地形是地貌成因盆地開始接受沉積的先決條件。此類負向地形的出現,常為較強烈構造變動或地質事件完結后的遺跡,與內動力地質作用有較多關聯。如由于各類差異升降、斷裂活動、熱力作用等所形成的各類負向地貌單元。此后,導致地表差異升降的動力地質作用漸趨消退。水體和沉積物即會匯聚到這些負向單元(即盆地)中,新增加的重力負荷會導致盆地進一步緩慢沉降。值得注意的是,外動力成因的一些特殊地貌盆地,如較大型堰塞湖、撞擊坑,若水體和沉積物在其中快速匯聚,也可能會引發構造動力響應、均衡調整和沉降。對較大型水庫蓄水之后發生的地質構造變化和微地震頻發的觀測結果可為之佐證。

在不同大地構造環境和同一構造環境的不同構造部位,均可能形成地貌成因盆地,但其規模、結構和相應的沉積特征不盡相同,甚或差別較大[2]。

地貌成因盆地的共性是[2]:① 面積大小差別較大,在較穩定的克拉通地區,蝶形坳陷盆地較大者可達數十萬、上百萬km2[2,29],在造山帶和島弧等較活動區小型盆地居多;② 在主沉積期斷裂不發育,鮮有(較)快速沉降發生,缺乏巖漿活動,深淺部物質能量交換和相互作用弱,地熱場偏低或接近中等;③ 主要呈坳陷結構,少有(較)深水沉積,一般沉積速率較小,沉積厚度不大,多數盆地發育時限較短。④ 在地貌高差較大的山區和陸塊邊緣,早期沉積速率較快、粗粒沉積發育,沉積厚度較大但橫向變化快;可形成規模不等的重力斷層,盆地分布位置不穩定,發育時間短;⑤ 優質烴源巖不發育,油氣資源豐度低、規模小;若前期下伏地層具備生烴條件,可形成下生上儲油氣藏。

多數盆地消亡的時間常滯后于基底沉降結束的時間。此盆地趨于消亡而滯后延續并接受沉積時段的構造背景和沉積特征諸方面,與地貌成因盆地類似。換言之,可將二者的沉積建造、構造環境等對比分析,深化對二者的研究和認識[2]。

2 盆地個性特征的凝練與分類細化

全面系統的科學(或盆地)分類,都是整體框架式的構建,每類都是對數個不盡相同的同類實例的歸納和升華[2],大多具形而上(理論總結)的屬性。在實際研究中,重視的是研究對象(盆地)的細節特征和具體問題,一般有形而下(應用實踐)的特點。將二者這種彼此關聯而又不甚緊密的關系,變得相互融合、應用有效的研究途徑是科學分類的研究思想和方法。即在梳理和總結該類盆地共性特征的基礎上,通過剖析和凝練所研究盆地的個性特征,確定其在該類盆地框架中的獨特位置;進而聚焦和突出具標志性與眾有別的個性特征。這實際上是對所研究盆地特型的厘定和所屬類型的再精化細分。本團隊多年來在對不同類型盆地的實際研究中,在此方面有較多的研究進展和感悟。如前述將改造型盆地劃分為8種類型[1,5-6],以下對不同地域和不同類型盆地的研究結果均與之有關。

2.1 盆地個性特征的凝練

2.1.1 殘延克拉通內盆地 克拉通(內)盆地(也有稱內克拉通盆地)的術語在科學文獻中出現較早、應用甚廣、內涵寬泛。該盆地總的特征是:結構構造(較)簡單、地質環境(較)穩定;沉積建造主體在克拉通內,可延展到周鄰。在中國華北、揚子和塔里木三大克拉通上的古生代盆地,總體屬克拉通盆地;所發育的中生代盆地類型多樣,以陸相沉積為主。

位于華北、揚子克拉通西部的鄂爾多斯盆地和四川盆地,現今地質構造特征和地貌景觀的差別是很明顯的,這幾乎已成為共識。但需指出,這種顯著差異主要是后期改造重塑的結果。若剔去晚白堊世以來兩盆地東強西弱、邊強內弱的差異強烈改造,認為在中生代這兩個盆地的沉積-構造特征和演化過程的共性是最基本的[30]。兩盆地發育之前,所在地區既沒有出現較長時間的沉積間斷和剝蝕改造,亦無重大構造變動事件發生,而是由前期更廣闊的大型克拉通內盆地發展演化、漸變過渡、逐步萎縮演變而形成。在中生代盆地演化過程中,兩盆地總體具有克拉通內盆地結構構造較簡單、地質環境較穩定、主體缺乏巖漿活動的特性，但其活動性較典型克拉通盆地略強。故稱之為殘延克拉通內盆地,以突出盆地演化的個性特征,并說明其與典型克拉通盆地的些許差異[30-31]。

四川盆地與鄂爾多斯盆地在中生代沉積范圍廣闊,均超過今盆地面積的2倍以上[30-31]。在中生代演化過程中,兩盆地的原盆類型“大同”,其“小異”主要表現在沉積環境方面。此差異突出的有兩點:

1) 盆地發生時海-陸沉積環境變遷及其時限不同

2) (較)深湖富烴凹陷的有無

鄂爾多斯盆地南部發育中晚三疊世延長期富烴凹陷,面積大、湖水較深、優質烴源巖發育、石油資源豐富[13];而四川盆地在晚三疊世—早白堊世演化期間,缺乏規模富烴凹陷,因而上組合中生界石油資源規模遠遜于鄂爾多斯盆地。

世界各大陸的大型克拉通內簡單或穩定盆地,主要發育在古生代,且大都在聯合古陸解體之前已先后消亡。在各克拉通內形成的中新生代盆地,以其較強的活動性而與克拉通內盆地顯著不同。然中國的華北和上揚子克拉通盆地在中生代仍持續發展,收縮漸變成另一類盆地。這種跨越顯生宙兩大板塊構造演化階段的殘延克拉通內盆地,在世界其他大陸并不多見或發育甚差。這種新的盆地類型正是中國大陸演化特色的表現,其形成、發展和消亡與太平洋板塊運動和特提斯構造域活動對中國大陸聯合作用密切相關[30]。

2.1.2 近陸緣盆地 在大型板塊或陸塊的邊部與內部,構造動力學環境差異較大。一般板塊或地塊邊部受近鄰構造單元活動的影響較大,位處板塊邊部的盆地活動性,明顯強于板塊內部的同一類型盆地。

中國大陸東部中生代中晚期構造變動強烈、巖漿活動頻繁,新生代主體以較大幅度沉降為主,形成諸多伸展裂陷盆地。如華北克拉通東部的渤海灣盆地,古近紀裂陷活動強烈,沉降和沉積速率快、基性火山活動頻繁、古地溫梯度明顯高于現今仍相對較高的地溫梯度,油氣資源豐富。而華北克拉通西部環鄂爾多斯盆地的渭河、銀川、河套等新生代斷陷盆地,在盆地演化過程和階段、裂陷時限、構造特征等方面,與渤海灣盆地基本相同,或大同小異。但西部的渭河等諸斷陷盆地,至今沒有發現火山活動。油氣勘探除近年在河套盆地有重要油氣發現外,在其他裂陷盆地均未獲得突破。此東、西部同時代裂陷盆地上述顯著差異的形成,與距板塊邊緣的近遠、受太平洋板塊俯沖影響的強弱密切相關。

在不同大地構造環境中,處板塊或大陸塊邊緣地區的盆地,一般活動性較強、地溫梯度較高;在板內或陸塊內部的同類型盆地,其活動性和地溫梯度則有所減弱、降低。此類情況具有一定普遍性。針對此實際情況,在沉積盆地類型劃分時,筆者單列出了“近陸緣盆地”[2],旨在指出和強調陸緣地區,或陸-過渡殼地帶活動性較強、深部作用活躍的特性。在不同構造動力環境中,近陸緣盆地的結構特征和構造屬性會有較大差異。可根據其所處構造動力地域的不同和特點,給近陸緣盆地名稱中加上顯示特性的文字,如近陸緣裂陷盆地等[2]。

在沉積方面，近陸緣盆地也常有其值得注意的特別之處。如濱海近陸緣盆地，受海平面上升引發的短暫海侵等因素的影響，在近海地區的陸相地層中會時有海相夾層出現。如鄂爾多斯盆地南緣二疊紀-三疊紀的沉積情況；松遼盆地白堊系和中國東部裂陷盆地古近系中海相夾層的形成，也應與此有關。

2.2 疊合盆地類型細化

筆者將疊合盆地定義為:不同世代相對獨立盆地上下沉積疊置而成的組合盆地[7]。疊合盆地的下伏盆地在后期被疊加深埋,即使其沉積實體主體仍被保存,但盆地的表觀、結構、流體系統和溫壓環境等已遭受了較明顯的改造而有較多變化,屬改造型盆地大類系列[1],改造的主要動力和方式為沉降深埋作用。疊合盆地結構類型和疊合方式多樣,致使油氣資源規模和賦存成藏特點差別甚大。凝練盆地個性特征對該類盆地進行次一級類型細分,有助于聚焦關鍵問題和研究深化。

疊合盆地,不屬于也不應稱作“多旋回”盆地、“繼承盆地”。疊合盆地為組合盆地,由兩個相對獨立盆地上下疊置組合而成,不是同一盆地多旋回(即多階段)演化所成,也不是同一盆地繼承發展形成的。Miall認為,“繼承盆地”的含義“很不精確,因而價值不大”,建議廢除該術語[28]。

根據疊合盆地的演化和改造過程, 綜合上疊與下伏盆地的規模、特征及其疊合關系等, 將其劃分為以下4種類型[7]。

易延疊合型:上、下盆地間斷時間短、疊合程度高;下伏盆地改造較弱、保存良好; 若后期改造不強,上、下盆地的連通性一般較差。如中生代鄂爾多斯盆地、四川盆地與下伏盆地的疊合(見前述)。

改造疊合型:上、下盆地演化間斷時間較長,地質特征差異較大; 疊合前下伏盆地改造強烈;與差異疊合型的區別是上下盆地疊合程度較高。如大華北晚古生代盆地與下伏早古生代盆地的疊加。

差異疊合型:上、下盆地的間斷時間、展布范圍、沉積特征、結構構造、疊合程度等差別較大;疊合前下伏盆地多遭改造。據上疊與下伏盆地面積的大小,可簡單分為上小/下大(如陸內前陸盆地/克拉通盆地)和上大/下小(如新生代渤海灣盆地/下伏中生代盆地)兩種類型。其可能疊合方式的類型多樣。

多重疊合型:兩個以上相對獨立盆地先、后上下沉積疊置。

疊合盆地的下伏盆地,若發育和保存有良好的烴源巖, 對盆地總的油氣賦存條件、成藏特點和資源規模有重要的影響。

兩個或多個盆地的上下疊置成為同一疊合盆地,加強了各盆地油氣賦存、成藏及分布的關聯性和整體性,增加了盆地油氣資源的規模和豐度,使油氣的成藏過程和組合模式更為豐富多樣。我國鄂爾多斯、塔里木和四川三大疊合盆地油氣資源豐富,多個(較)大型盆地的多重疊合為其主要原因之一[12]。

2.3 小型含油氣盆地分類

中國小型沉積盆地數量眾多,約占面積大于200 km2盆地總數量的80%以上;分布地域廣,遍布全國各地;特征復雜,含油氣性差別極大。在面積小于2×104km2的小型盆地中,目前已有13個盆地發現商業油氣[33]。其中景谷盆地面積最小,僅88 km2。這些小型含油氣盆地的油氣資源規模雖相對較少,但其中部分“小而富”盆地單位面積的含油氣豐度遠高于大中型含油氣盆地[33]。目前對這些小型含油氣盆地的主要特征總體研究薄弱。對其油氣賦存特征及主控因素進行深入研究,在此基礎上進行類型劃分,將會豐富陸相盆地油氣地質理論,可為世界范圍內小型盆地的油氣評價和勘探提供理論依據和借鑒實例。

根據對中國小型含油氣盆地形成動力環境與各盆地的構造特征、沉積建造及其演化、后期改造和油氣賦存條件的綜合研究和總結,將其劃分為以下3種類型[33]。

2.3.1 改造殘留盆地 該類盆地為較大型沉積盆地后期經各種不同形式改造而殘留的部分沉積體。 在原盆地主要演化時期, 特別是烴源巖形成期, 原盆地沉積范圍較廣闊。 在殘留盆地中, 現今存留有較大型原盆地富烴凹陷的規模烴源巖。 這些烴源巖后期深埋生烴, 成為該盆地油氣聚集成藏的資源基礎。 如酒西、 焉耆、 三塘湖等含油氣盆地。

現今酒西盆地面積2 700 km2,油氣資源量6.59×108t,1939年發現老君廟大油田,1959年最高年產量達140.6×104t;20世紀末又在南緣山前推覆構造之下發現青西大中油田。今盆地屬早白堊世范圍更大的酒泉裂陷盆地群的一部分。原盆地在早白堊世末抬升消亡,于始新世又復坳陷沉降,接受沉積;在新近紀青藏高原隆升和向外擴展區域擠壓作用下,轉化為前陸盆地撓曲沉降,堆積了最厚可達4 500 m的新近系,從而使殘留在青西富烴洼陷中的下白堊統烴源巖深埋成熟和生排烴-成藏[34]。

焉耆盆地位于天山南部,面積1.3×104km2。該盆地在侏羅紀為大型塔里木盆地北部的一部分[35-36];白堊紀晚期抬升與塔里木盆地分野,前期地層遭受剝蝕;于新生代又復沉降,始發展成山間小型殘留盆地,中新生代地層最厚達7 200 m。盆地南部博湖凹陷面積4 100 km2,約2 700 km2殘留有中下侏羅統，并含規模烴源巖。在盆地其他地區侏羅系已被剝蝕殆盡,主要分布新生代不同時期地層。該盆地已發現的兩個油田和4個含油區塊全分布在有侏羅系殘留的博湖凹陷,最高年產量達23.7×104t。

由上述可見,小型改造殘留盆地在古盆地的位置,特別是與其中古富烴凹陷的空間關系,對于評估今殘留盆地的資源規模和成藏條件及分布極為關鍵[37]:只有優質烴源巖得以保留,此類盆地才可能富集油氣,而且一般油氣豐度較高,勘探成效良好。

2.3.2 熱力成因盆地 此類盆地在形成和演化的主要階段,具有明顯比周鄰地區較高的地熱背景。此顯著特點直接影響了小型熱力成因盆地烴源巖的形成、轉化和油氣富集。如:①有利于微生物的勃發和優質烴源巖形成;②可使烴源巖在較淺埋深環境中即達到成熟和較早向烴類轉化;③塌陷-伸展構造作用引發盆地快速沉降,使較小盆地具有較厚的沉積充填。確定南襄盆地(泌陽凹陷)、景谷盆地屬熱力成因的小型含油氣盆地。

南襄盆地坐落在秦嶺—大別造山帶的接合部位,面積1.7×104km2,是中國著名的“小而富”油氣盆地,最高年產量達257.4×104t(1988)。盆內泌陽凹陷面積1 000 km2,占盆地面積的6%,卻擁有盆地已探明油氣地質儲量的92.8%和已生產原油的95%[38]。泌陽凹陷的烴源巖系為古近紀斷陷期湖相沉積,最大累計厚度達1 900 m,烴源巖母質好、生油能力強,主力烴源巖生烴門限普遍較淺(1 700～1 900 m),大部分烴源巖已進入成熟階段。在盆地的三個凹陷中,泌陽凹陷的熱演化程度和地溫梯度最高。對多種資料的綜合研究證明,泌陽凹陷的形成演化與深部較高熱力作用密切相關[33,38-39]。

景谷盆地是世界上面積最小的含油氣盆地,新近紀地層中發現有年產油1 500 t的微型油田[33],令人注目。地球物理測深資料揭示,在景谷盆地之下,具有深部物質上拱和地殼比周鄰地區相對較薄的結構特征。這是該盆地較高地熱場(今地溫梯度高達5.0℃/100m)形成的深部背景,也是其時代頗新的新近紀烴源巖能夠成烴和成藏的主控因素[33]。

2.3.3 走滑轉換盆地 此類盆地的形成和演化主要受大型斷裂帶的走滑運動所控制。

盆地一般面積較小,在平面上長度遠大于寬度,呈狹長帶狀展布,沉積相帶橫向變化快,沉積-堆積中心常發生遷移,致使粗粒沉積與烴源巖在橫向犬牙交錯、垂向上下疊置;一般沉降-沉積速率快、地層厚度大,盆地具有“小而深”的結構特點,常會發育較深水環境;地熱場高,較熱的背景和較深的水體有利于烴源巖形成。斷裂的走滑活動將基底和前期、同期沉積地層卷入變形,構造圈閉多見,在盆地演化過程中建造與改造異地同步;盆地的結構構造復雜,沿走向分區(段)性明顯;致使油氣的賦存條件、富集程度和分布特征在平面上因區而異,一般油氣豐度高。走滑轉換含油氣盆地如(依蘭-)伊通、百色(830 km2)、倫坡拉(3 800 km2)等盆地[33]。

伊通盆地面積約2 300 km2, 位于大型郯廬走滑斷裂帶分離彎曲(releasing bend)部位。 其形成演化和改造明顯受該走滑斷裂帶新生代右行走滑活動的控制。 盆地呈同向狹長帶狀展布, 長寬比為10∶1～20∶1; 盆地東、 西兩側北東向盆緣斷裂的走滑特征和控盆作用東南弱西北強, 使盆地東西向具不對稱雙斷式結構 。盆地的新生代沉積厚達2 000～6 000 m,含多層烴源巖[33,41]。盆內橫向斷裂發育,致使斷凸斷凹相間、分區明顯。所發現的油田主要分布在中、南部兩個小斷陷中,含油氣豐度相對較高,最高年產油量達63.4×104t (1990)。

世界上單位面積和體積含油氣豐度最高的盆地,是美國西南部洛杉磯盆地。該盆地面積3 760 km2,其形成和演化與該區著名的大型圣安德烈斯走滑斷裂系統的活動密切相關,是典型的小型走滑轉換盆地。盆地的地熱場高,上白堊統—新生界沉積層最厚達9 400 m[2,33,40,42-46]。

可見,對盆地含油氣性和油氣豐度的評價,不能簡單地根據今盆地面積的大小而簡單論定[12]。

由上述可知,小型盆地面積小,湖盆面積更小,要具備良好的油氣賦存條件機遇明顯要少。小型盆地賦存油氣,甚或具高油氣豐度最重要的必要條件是,形成或保留一定規模的優質烴源巖并能使其向烴類轉化。殘留盆地雖后期遭較強烈改造,但原盆中部分烴源巖得以保存和隨后被深埋并生烴[12,47];熱力型和走滑型盆地均有(較)高的深部熱背景,有利于烴源巖的形成和成熟生烴[39]。若此必要條件具備且優越,同時其他油氣賦存-成藏的必要條件良好,就有可能形成為高豐度“小而富”的油氣盆地。

3 值得重視的盆地類型

持續的沉降,是盆地賴以形成、發展和演化的生命線。在地質時間尺度上,若盆地的沉降停止,盆地就會因其負向地形很快被填滿而消亡。對盆地的沉降動力討論熱烈,然各有側重。筆者倡導和推薦的盆地沉降動力主要源自地球深部,分為熱力、應力、重力及其復合4種[1-2,48-49]。在中國,較多學者和科技人員在盆地研究和分類時,對其中的應力(壓、張、剪)更為重視。相對而言,應力作用及其形成結果表現較為直觀,便于觀察和研究,對其重視無可非議。但應力只是盆地形成動力的一種類型,而且應力作用的發生和不少具應力表象的地質構造現象,常與熱力、重力或其復合作用聯系密切、因果相關。所以,在盆地類型和構造變動研究中,同時應關注熱力和重力作用及其復合效應。

3.1 熱力成因盆地

盆地的熱動力主要源自地球中深部。盆地的熱狀態是其動力環境的直觀反映,對油氣等沉積礦產的形成有重要影響。在我國陸相盆地,石油資源豐度位居前列的盆地或凹陷,均具有熱背景或經歷了較高的熱演化。如渤海灣盆地的遼西凹陷、渤中坳陷、東營凹陷和南襄盆地的泌陽凹陷、松遼盆地中央坳陷、酒西盆地等;面積僅85km2的景谷微型盆地能夠產油,與其熱力成因息息相關[33,39]。

關于熱力作用導致盆地沉降,已提出了多種機制和模式[2]，可將其歸納為以下4類[1-2,39]:在地殼深部或地幔較高熱異常作用的大背景中, ① 巖石圈的溫度顯著增高,或② 低密度異常地幔或下地殼熱流體向淺表層侵入,引發地殼熱脹、拱升、破裂和剝蝕, 隨后溫度較快速的冷縮、引起地殼上部或表淺層塌陷沉降,形成沉積盆地(見圖3);③ 下地殼的物質在更高溫壓環境中發生相轉化,或④ 深部各類高密度物質的局部上侵貫入,導致地殼或巖石圈的體積變小、密度增大,遂發生地球均衡調整和地殼或巖石圈沉降，形成盆地。

以深部地殼-地幔熱力作用為主要成因動力的盆地,可分布在不同的大地構造環境。如大洋擴張和離散型大陸邊緣各類盆地的發育、洋陸俯沖構造環境弧后盆地及弧間盆地的形成、陸陸匯聚碰撞造山過程后陸盆地的產生,以及各類主動裂谷的形成和被動裂谷的熱衰減沉降等,前人已有諸多討論。

對以穩定為特征的內克拉通盆地的成因, 長期令人困惑,對其認識差別較大、爭論尚多。如出現在北美克拉通上面積逾20×104km2的古生代密歇根盆地,盆地平面形態“驚人的圓”,未見深大斷裂和明顯構造變動形跡,厚約5 000 m以海相碳酸鹽巖為主的各時代地層,大致在同一位置垂向疊置沉積,其成因令人費解。深部探測和研究發現, 在寒武紀該盆地形成之始,發生過較高的熱異常活動。進一步綜合研究,將該盆地的成因概括為熱脹—拱升—剝蝕→冷卻—沉降—成盆的過程和模式(見圖3)[39,50],稱之為熱鼓脹說[2,52-56]。 盡管對該盆地熱力成因的細節和證據尚需進一步完善, 但認為目前尚無比此形成模式更好的詮釋[39,52-56]。

A 早期熱力巖漿上拱隆升:熱穹隆形成遭受剝蝕;B 晚期熱力衰減、塌陷:盆地(凹陷)發育,接受沉積圖3 熱力盆地(構造)形成演化示意圖(據文獻[51])。圖B中點線,為圖A熱穹隆狀態Fig.3 Schematic diagram of formation and evolution of thermogenic basin (after[51])

3.2 天體撞擊盆地

小行星、隕石等天外物體撞擊地球所形成的負向構造(稱之隕石坑、沖擊坑、撞擊坑等),是一種發生在地球表層但又無需地球本身動力所形成的特殊盆地,稱之為天體撞擊盆地[2]。

小行星和隕石等撞擊星球的頻率較高。 月球已被隕石撞得遍體鱗傷, 在火星上已發現了75 000個隕石坑。目前每年約有10 000到80 000顆隕石襲擊地球[57]。述及地球受天外物體撞擊及撞擊坑的文章和報道也時有出現。截至2021年3月31日,全球隕石坑數據庫中所確認的隕石坑已有190個[57]。其分布遍布全球,形成于各主要地質時代,約有1/3直徑大于10km[58]。太陽系中最大的隕石坑(卡洛里)發現于水星表面,直徑達1 550 km;月球上最大的隕石坑,直徑900 km。在地球上所確認的撞擊坑中,南非Vredefort隕石坑年代最老、直徑最大,約250 km(200～300 km)[57]。在印度對開海域發現的隕石坑,直徑500 km,面積約20×104km2[2]。若被確認而錄入數據庫,將成為世界上所發現最大的隕石坑。

在地表,撞擊坑的表觀形態一般呈似圓形、橢圓形或弧形的負向地貌。內部結構簡單者外貌呈淺盆狀,復雜撞擊坑的內部常有中心隆起,坑邊部有塌陷和斷裂[2,57-61]。遭后期不同形式改造的撞擊坑,外觀形態則會有較多改變。所撞擊出的物質在撞擊坑邊緣堆積最多,構成邊緣隆起;向外散落的范圍超過撞擊坑直徑的2倍,撞擊散落物的粒度和堆積厚度隨距撞擊坑距離的增大而減小。

撞擊坑的面積大小不等,逾數千或數萬km2并不少見。強烈的撞擊作用形成整體下凹的盆形構造,破壞了基巖深淺部結構的完整性,水體和沉積物匯聚充填于其中產生的局部重力負荷,引發盆地進一步沉降和接受沉積。若撞擊作用發生和疊加在正在發展的盆地的某些部位,對該區的沉降沉積作用、凹陷結構形態、生態系統,甚或盆地演化進程都會產生重要的影響,同時深刻地影響沉積礦產的形成、豐度和分布。現已在其中相關盆地中發現了油氣田[62]。根據撞擊坑的形成過程和天外物體的物質組成認為,在撞擊坑中亦會發現不同類型金屬礦產,特別是地球稀缺的礦產。

天外物體撞擊和相關盆地形成,其成因的特殊性、發生的偶然性和存在的普遍性,有必要將其作為一類盆地單列,其動力和成因可劃歸重力成因盆地大類[1-2]。這類盆地的地質構造特征和成礦條件與眾有別[59],對其判識發現和專門研究值得重視和加強。

3.3 中間地塊盆地

3.3.1 意義與特征 中間地塊(intermediate massif,median mass)一詞在20世紀20年代已見于文獻[63]。其內涵現在一般指被褶皺構造帶或造山帶所圍限的相對穩定、面積較大的地塊;可視為小型或微型克拉通,其形成時代與克拉通相當,或略新。

在20世紀50年代,中間地塊盆地論述較多,指位于活動構造區中較大型盆地[64],或認為屬活動區內中間地塊的上疊坳陷(superposed depression)[65-66]。中間地塊盆地當時在中國地學界時有述及,形式上受蘇聯學者和俄文論著的影響,主要還是與該類盆地在中國西北部—中亞及鄰區較為發育和特征典型有關。此后板塊構造學說風靡全球,英文論著漸成主流,在以板塊構造學為基礎的盆地分類方案中,對此類盆地鮮有述及。這顯然與板塊構造理論創建的基礎以大洋和陸緣為主,其理論的發祥地歐美地區缺少典型的中間地塊盆地類型有重要聯系。

中間地塊盆地被褶皺造山帶所圍限,或位居褶皺造山區內(見圖1)。中間地塊的隆升和沉降,一般與周圍褶皺(造山)帶的升降方向相反。即在中小地塊處于大洋或“多島洋”環境中,這些地塊通常或露出水面成島,主體缺失沉積;或為海底高原,大部地區沉積較薄。在大洋消減、板塊匯聚碰撞和造山隆升時期,這些被群山圍限于“中間”的地塊因有相對“剛性”的結晶基底支撐和“護衛”,不僅沒有卷入造山帶隆褶變形之中,卻相對沉降成為殘留洋盆地,或陸相盆地,接受較厚或巨厚沉積。中間地塊盆地的沉積建造可有前述不同大地構造演化階段的洋陸沉積物,但以碰撞和/或陸內造山期的沉積充填為主。該盆地經歷和記載了該區域動力環境的變遷,具有重要的地質構造意義;同時可能蘊藏有(較)豐富的油氣、膏鹽等沉積礦產,將其作為一種獨立的盆地類型單獨列出是必要和重要的[2]。

以往曾將山區中接受沉積的各類負向構造單元,泛稱山間(坳陷)盆地。前已述及,此術語含義過于寬泛[28],不便使用和彼此對比,建議將其專用于地貌成因盆地。

在兩大陸拼接之前的“多島洋”環境中,其間由古老地塊構成的大中型島嶼和海底高原,在兩大陸匯聚拼接之后多數會演變為中間地塊盆地。中國西部—中亞—東歐地區在古生代大部處于“多島洋環境”,因而該區中間地塊盆地較為發育。準噶爾和柴達木盆地[67-68]、塔里木盆地[65,69-70]、東歐的潘諾(Panonian)盆地和伊朗中部盆地[64-65]、羌塘盆地[71],被認為屬中間地塊盆地。

中間地塊盆地位處構造變動和后期改造強烈的活動區,遭受的多期次強烈變形改造會使其基底破裂并有巖漿侵入,其上又有巨厚沉積地層大面積覆蓋,對其基底屬性或形成時代的厘定難度較大、歧義尚多。這也是對這類盆地類型厘定認識不一的主要原因之一。如天山中吐哈和伊犁盆地構造屬性的厘定,若其基底時代證明為前寒武紀地塊,可將其劃歸中間地塊盆地。

3.3.2 相關盆地類型稱謂的討論和思考 受作者研究經歷和研究地區等因素的影響,對中國西北部的準噶爾、塔里木和柴達木盆地,曾被分別認定為石炭紀、二疊紀的弧后殘留盆地[72];東歐的潘諾盆地也曾被作為陸殼上弧后盆地的實例[28]。對這些觀點,多有異議或質疑。

在Bois等[73]的盆地分類方案中,于聚斂環境大類中列出“山間盆地或中國型盆地”類型。在此,“或”字表示山間盆地與中國型盆地的特征相似之處較多,但仍有所差異。該文所列舉的盆地實例為中國的柴達木盆地、東歐的潘諾盆地等。可見,Bois等所謂的“中國型盆地”,指的即是中間地塊盆地。

Bois等[73]和Bally等[74]在盆地分類方面的研究結果,在國際影響頗大。他們大作中的盆地分類方案均給出了“中國型盆地”的類型。雖二者用詞相同,然內涵卻完全不同:Bois等[73]指的是中間地塊盆地,而Bally等[74]指的是陸內前陸盆地(見后)。這說明,兩篇大作所述的“中國型盆地”,在以往所定義的盆地類型中并未包含,其形成環境和特征與之有別,其典型實例在中國,世界其他地區沒有,或不典型。用“中國型盆地”一詞,本身地質含義不明晰,這反映了作者們對中國盆地探究甚少,或淺嘗輒止[2];然同時又顯示了作者撰文謹慎的態度,沒有以無所不知的權威架勢,簡單類比、張冠李戴。

由此可見,從地質實際出發進行深入剖析和凝練升華的重要性,也進一步說明將中間地塊盆地作為一種獨立盆地類型單列,強調其重要地位的必要性[2]。

4 幾種類型盆地的稱謂

4.1 陸內前陸盆地

在中國中西部大型山系周緣山前地帶的盆地,如西昆侖山前的塔西南坳陷、天山南、北的庫車坳陷和準南山前坳陷、祁連山北緣的酒泉盆地和民樂盆地等,總體具前陸盆地的結構、構造變形和沉積特征,主要形成于新生代中晚期[75-76]。

在這些地區的造山和成盆作用進行過程中,同期并沒有發生陸陸碰撞或大洋板塊的俯沖作用。這有悖于定義中經典前陸盆地形成的構造動力學環境(見圖4A,B)[8,28,77]。于是,中國學者對這類盆地就曾給出了多種稱謂,如類(準、似)前陸盆地、再生(復活、復合、碰撞后繼)前陸盆地、前陸類盆地、陸內前陸盆地等[8]。這類盆地在全球其他大陸較為少見,國外學者也鮮有述及。在進行盆地分類時,Bally等[73]已注意到中國這類盆地與經典前陸盆地的異同,稱其為“中國型盆地”。

中國這類盆地形成于大洋早已消失的大陸內部的聚斂環境,與大陸碰撞或大洋板塊俯沖沒有直接成因或動力關聯。在中國中西部及周鄰地區,新生代,特別是晚新生代以來的區域構造動力環境主要受控于印度板塊碰撞引發的青藏高原隆升和持續向外擴展。從而導致該廣闊地區大陸聚斂動力環境的形成,并引發陸內各塊體間擠壓造山和撓曲成盆作用的發生[8,75]。在中國中西部和周鄰環青藏高原構造域,大型山系山前地帶這類盆地較為發育、特征典型。

圖4 不同大地構造環境中前陸盆地類型圖 (據文獻[8])Fig.4 Basic types of foreland basins in different tectonic environment (after [8])

筆者曾贊同和推薦將這類盆地稱之為陸內前陸盆地[2,8,75-76],并不是對此術語或用詞的偏愛選擇;而是提議將其作為一種代表陸內聚斂環境的新的盆地類型列出,旨在與大洋俯沖陸緣的弧背前陸盆地和大陸碰撞環境的周緣前陸盆地相提并論且有所區別[8](見圖4)。這樣,在地球或板塊構造演化的歷程中,大洋消減、大陸碰撞和陸內匯聚3個不同性質的聚斂構造環境、相繼演化全時間序列的主要階段,均有聚斂造山作用和其相關聯的前陸盆地代表,彌補了以往板塊構造研究和盆地分類方案中前陸盆地在類型上的缺陷[2,73-74,77]。從而就再不必“類、準、似”地依附于國外經典的前陸盆地,也不再是這些經典前陸盆地的“再生、復活、復合、后繼”。

從陸內前陸盆地形成的構造環境可知,盆地盛行(較)粗粒沉積,烴源巖不發育,油氣資源有限。前陸盆地的形成演化,將前期下伏各時代地層卷入統一的構造變形之中,具有下生中儲上儲、整體聚散成藏的條件。若盆地下伏前期地層的烴源巖質量好、規模大,仍有形成豐富油氣資源和大油氣田的潛力。如祁連山北麓酒西新生代前陸盆地中老君廟等大中油田、塔里木盆地北部庫車新生代前陸坳陷中的大氣田群,油氣均來自前新生代不同時代烴源巖。

4.2 拉裂盆地

在不同的伸展裂陷構造環境中,所形成的裂陷盆地已有不同的稱謂。這樣,由名稱即知盆地所處的構造環境和屬性。如除伸展環境中通用的裂陷盆地、拉張盆地、張性盆地等外,有轉換走滑構造環境中的拉分盆地,與大洋板塊俯沖有關的弧后擴張盆地,帶狀展布伴有巖漿活動的裂谷(盆地)等。

在離散型大陸邊緣形成演化過程中,不同階段于大陸邊緣均較廣泛發育受斷裂活動控制的裂陷伸展盆地。在南大西洋東、西大陸邊緣所發育的盆地最為典型。現已有不同規模的油氣發現,在巴西東海岸的雷康卡沃(Riconcavo)盆地,鹽上和鹽下均發現有較大規模油氣儲量。

這類盆地大致平行于大陸邊緣呈狹長帶狀展布;盆內同向正斷層和翹傾斷塊發育;也有傾向大陸方向的反向斷層,受其中較大斷層的影響,可形成對稱或不對稱的雙斷式地塹;在斷陷較深的部位,沉積厚度較大,有烴源巖發育(見圖5)。與大陸邊緣垂直或大角度相交的橫向斷裂,少數規模較大者延伸到大洋和/或大陸內部,影響區域沉積構造環境和分隔不同盆地發育;大部分中小型橫向斷裂,造成盆地內部的地質結構差異和明顯分區[2]。

圖5 離散型大陸邊緣拉裂盆地結構構造模式圖Fig.5 Structural model of pull-rift basins in divergent continental margin

離散型大陸邊緣的演化主體處于伸展構造環境之中,但在其演化的不同階段,伸展裂陷作用和變形特征明顯不同。在陸內破裂階段屬深部作用主導的主動裂谷,陸相沉積中夾有多層火山沉積;到大陸分離的陸間裂谷階段,一般有規模膏鹽層形成,成為恢復和論證擴張后的大洋兩側在擴張前曾連在一起的對比證據;在大洋擴張和大陸漂移過程中,離散型大陸邊緣才主體成為“被動”“非活動型”大陸邊緣,缺乏巖漿活動、鮮有地震發生,盆地沉積建造和構造作用與前也有較大差異。在大洋持續擴張的區域構造大環境中,大陸邊緣盆地總體發生差異沉降,其沉降幅度離陸向洋增加,于是形成了基底和沉積層頂面均向洋傾斜的高差明顯的不對稱盆地結構(見圖5)。在此演化過程中,前期盆地的結構和地層分布特征均遭受了較明顯的不均衡改造,此后發生廣覆式海相沉積。在區域擴張伸展、重力不穩定和膏鹽層易塑性流動多重因素的影響下,大陸邊緣持續裂陷沉降并形成面向大洋滑移的縱向重力正斷層、翹傾斷塊和各類鹽構造及鹽向較深部的移動(見圖5)。這些總體平行于大陸邊緣的正向重力正斷層,向大陸邊緣方向擴展、活動時代變新、陸源成分增多。

由于這類盆地的結構構造和沉積組合序列特別, 發育構造環境特定, 裂陷作用總體是在伸展背景下發生, 稱之為拉裂(pull-rift)盆地。 以顯形成構造環境的個性特征, 并與其他大地構造環境中的伸展裂陷盆地相并列和區別。 曾有用“pull-apart”來命名和描述這類構造或盆地[78],該詞較流行的中文譯名為“拉分盆地”。在中英文論著中,現已較廣泛地將其中、英文名詞對應于由兩條斷層走滑伸展作用所產生的盆地。

4.3 弧背盆地

俯沖型聚斂大陸邊緣,以太平洋周邊陸緣為典型地區。但是，在東、西太平洋陸緣,地貌和地質構造特征卻完全不同[9,16]。在西太平洋的亞太型大陸邊緣,由洋向陸依次為海溝、島弧、邊緣海和弧后擴張區,弧后擴張盆地多發育在洋殼和過渡殼及陸殼上;而在東太平洋南美西海岸的安第斯型陸緣,則為海溝、高山、弧后擠壓區及弧背前陸盆地,此盆地是“一種真正的內陸盆地”[7,77]。這兩種同時存在的俯沖陸緣、向陸一側的構造環境和盆地差異顯著,各自獨立形成發展,并無前后演化、相繼轉化的必然聯系。

在英文論著中,對這兩類不同屬性的弧后地區和盆地在用詞上已有明確區別,通常分別稱為“backarc”和“retroarc”[9,19,77]。Busby等[9]強調指出,這兩個詞語雖“在字面上是同義的,但前者用于張性和中性弧-溝體系;而后者用于壓性弧-溝體系”。所以,也應該以具不同含義的對應漢語,翻譯這兩個英文術語。通常將“backarc”一詞漢譯為弧后,人們早已熟知和接受弧后(backarc)擴張作用和其弧后盆地的稱謂,應繼續沿用。對“retroarc basin”一詞曾被譯為弧后、后弧、退弧等。筆者建議采用譯名“弧背盆地”[2,7,79],以示區別。

安第斯型陸緣的溝-山-盆體系和盆地屬性及其空間分布和地貌特征個性鮮明,屬俯沖型大陸邊緣的一種類型代表,其特征與西太平洋亞太型的溝-弧-盆體系和地貌特征明顯不同。安第斯型俯沖陸緣和弧背盆地類型的存在和分布有著獨特的地質意義。如在恢復造山帶拼接碰撞前的演化歷史,探討大洋板塊俯沖階段陸緣的構造動力環境和盆地類型及其地貌特征時,就不止只有一種類型或模式可供選擇;綜合分析和甄別俯沖型陸緣屬安第斯型溝山盆體系,還是亞太型溝弧盆體系,會得出構造屬性、應力環境和地貌特征等完全不同的結論[2]。

5 結語

自然科學分類和各門學科的再分類,是在科學研究和自然科學發展到一定階段才出現和進行的。其分類結果,推動了科學的進一步發展。每一門學科的分類,都有其大分類的階段性和小調整的適時性。現今科學和學科分類雖“大局已定”,然仍時有調整、局部微調和進一步細分進行。但科學分類的研究思想,已成為不受學科和時空影響的重要學術思想和常用科研方法。

有必要指出,科學分類本身是在綜合研究的基礎上進行的,由其產生的科學分類研究思想和方法也是如此。在科學和學科分類越來越細微的今天,多學科的交叉和多門類的綜合更應該成為科學研究必須重視的問題和自覺的踐行。

本文從盆地新類型、科學分類思想和方法用于研究實例的剖析、值得重視的盆地類型和盆地類型稱謂4個方面,回顧、總結和討論了本團隊多年來在盆地類型研究方面的工作和進展。這方面內容涉及學科和資料廣、探索性和綜合性強、認識受研究者個性因素影響多,因而觀點難盡統一。較全面、系統地展示本團隊在此方面的研究,旨在回望式地再審視其價值、意義和在時間檢驗中的正誤、是非。同時敬請業內同行不吝指教、點評和批評、指正。

說明:2013年5月11—13日,筆者倡議和主持召開了“中國沉積盆地類型及其形成動力學環境專家論壇”(西安)。《地學前緣》常務副主編王小龍老師看到會議通知后,來電提議在該刊出版本會議的專題論文集,特約筆者為本期主編。該專輯于2015年5月(第3期)面世,筆者發表了《沉積盆地類型劃分及其相關問題討論》論文。該文雖長達26頁,洋洋數萬字,然仍覺言未盡、意余存。本文可看作2015年論文的續篇或補充說明的擴展版,故與前文的相關內容和文字有所銜接及重疊。