1.前陆盆地的基本类型
Dickinson(1974)依据成因和构造位置,将前陆盆地划分为周缘前陆盆地和弧背前陆盆地;Miall等(1995)将周缘前陆盆地称为碰撞前陆盆地,并全面总结了该盆地的特征;Jordan(1995)系统总结了弧背前陆盆地的特征;Munoz-Jimenez等(1997)完善了复合前陆盆地的概念。
周缘前陆盆地(peripheral foreland basin)形成于造山带前缘的俯冲板块之上,与陆-陆碰撞(A型俯冲)有关,为大陆碰撞及其以后的仰冲板块负荷重力作用而形成的俯冲板块岩石圈挠曲盆地。它也可以在弧-陆碰撞期间在弧前发展起来,是由于俯冲带杂岩体及残留在消减板块边缘沉积楔形体演化而成,即形成于大陆壳表面向下拖曳与碰撞造山缝合带相接之处,此时蛇绿岩缝合带比岩浆岩带和火山岩更靠近盆地,如北阿尔卑斯山山前磨拉石盆地和波斯湾新近纪盆地等。
弧背前陆盆地(back-arcforeland basin)形成于大陆边缘岩浆弧内侧的仰冲板块之上,与大洋岩石圈的B型俯冲作用有关,既可与板块碰撞相联系,也可形成于洋壳俯冲作用时期。弧背前陆盆地一般是在仰冲板块上邻近褶皱冲断带发展起来的,它形成于大陆壳表面向岛弧造山带的后侧方向向下拖曳处,相邻造山带向这类前陆盆地推覆逆冲,蛇绿岩消减杂岩体和火山岩带远离这类盆地。世界上大多数前陆盆地属于此类盆地,如加拿大阿尔伯达盆地、安第斯山东侧新生代盆地。
复合前陆盆地(compound foreland basin)为Munoz-Jimenez等(1997)在对西班牙北部新生代前陆盆地研究基础上提出,其特点是夹持于两个造山带之间,同时受两侧造山带推覆负载的影响,形成两个对称的前渊沉积带和一个共同的中央隆起带,沉积物同时来自两侧造山带。
2.基本组成单元
Decelles等(1996)提出前陆盆地系统的概念,指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳上沉积堆积的地区,其沉降主要是由褶皱逆冲带导致的。前陆系统从造山带到海域由4个分隔的构造沉积带组成,分别为逆冲楔顶、前渊、前陆隆起和隆后盆地(图9-12)。逆冲楔顶指冲断带顶部的沉积充填,相当于卫星盆地或背驮盆地沉积;前渊为冲断带下盘的深拗,在整个前陆盆地中,前渊沉积最厚,向造山带和克拉通方向减薄,整体呈不对称的棱柱体;前陆隆起是前陆盆地的重要组成部分,它是岩石圈受上叠地壳加载于克拉通侧发生均衡挠曲的结果,其向上的挠曲幅度与冲断体规模和前陆盆地沉降中心下沉幅度成正比;隆后盆地指前陆隆起之外的沉积凹陷地区。
图9-12 前陆盆地的基本组成单元
(据Deceiies和Giles,1990)
a—前陆盆地平面示意图;b—前陆盆地剖面示意图;c—前陆盆地组成单元的剖面示意图
但是,并非所有的前陆盆地都发育四个构造沉积带,前陆盆地的形态可以是简单的也可以是复杂的。
3.前陆盆地的基本特征
(1)地球物理特征:前陆盆地的地球物理场出现明显的梯度带变化:重力异常在冲断带一侧为正异常,且等值线密集,向克拉通方向逐渐变为负异常,等值线稀疏;磁异常等值线图,大地电磁测深也反应出相似的变化。
(2)构造变形特征:盆地一侧为褶皱-冲断带,其构造样式是以向前陆方向逆冲的叠瓦状逆冲断层组为特点;靠近造山带部分的逆冲断层相对较陡,向盆地方向逐渐变缓。前陆隆起区由于挠曲应力产生张性断裂,在后期可能出现反转。盆内构造样式以台阶状逆冲断层及褶皱等为特征,冲断方向自造山带指向克拉通。
(3)岩浆活动特征:前陆盆地位于陆壳上,一般缺少岩浆活动事件,但下伏被动大陆边缘层序中可能出现岩浆活动。
(4)沉积充填特征:前陆盆地的剖面结构通常具有不对称性,靠近造山带一侧较陡,邻近克拉通一侧平缓。盆地充填体多为楔状体,即靠近造山带一侧沉积物厚度大,向克拉通方向逐渐减小。
盆地充填物一般具有双物源性,即来自冲断造山带和克拉通两个物源区,但以造山带物源区为主。来自造山带物源区的沉积物组分含较丰富的岩屑,来自克拉通物源区的沉积物组分石英含量高,长石和岩屑含量少。
前陆盆地形成早期,在碰撞造山带及前缘地区发育山麓磨拉石堆积和大型三角洲体系等,前渊地区发育海底扇浊积岩和远洋沉积。前陆盆地形成晚期,随着俯冲、碰撞继续进行,残留洋盆逐渐缩小、最终封闭,磨拉石依次覆盖在复理石及三角洲体系之上。因此,充填体下部组合见海相复理石沉积,上部组合为陆相磨拉石沉积;充填体颜色在下部以灰色、灰绿色等为主,上部以红色、杂色等为主;岩石组合在下部层序为石英砂岩组合,上部层序为岩屑砂岩组合;矿物的成分成熟度与结构成熟度由下至上明显降低。
盆地古水流方向主要有横向水流体系和纵向水流体系。在前陆盆地发育早期阶段,常出现纵向水流和横向水流;在前陆盆地晚期阶段,常发育横向水流。
前陆盆地与下伏被动边缘层序间、盆内下部海相复理石层序与上部陆相磨拉石层序间常为不整合接触。前陆隆起早期的侵蚀不整合与中期应力松弛形成的不整合可叠合在一起。