前陆盆地构造-热演化:以龙门山前陆盆地为例

发布时间：2020-02-24 23:39

【摘要】：前陆盆地油气资源丰富但构造变形十分复杂,使得前陆盆地构造-热演化模拟面临挑战。前陆盆地演化过程中构造与热的耦合体现在多个层面:岩石圈热演化对岩石圈强度时空分布及其挠曲的影响;逆冲推覆作用的浅部温度效应;快速沉积作用对盆地温度场的影响等。首先,前陆盆地形成时的岩石圈热背景及其造成的岩石圈强度空间变化对盆地后期的演化具有重要影响。同时早期热事件的热扰动也会叠加在前陆盆地的构造-热演化过程中,并不断衰减,影响岩石圈的流变结构,从而带来一系列的影响。热与构造演化相耦合在前陆盆地定量模拟中非常重要。其次,还需特别关注岩石圈深部过程与近地表构造过程的耦合。造山带逆冲推覆、抬升和剥蚀是与前陆盆地形成相关的重要构造活动,这种运动引起的热对流对造山带的热结构、前陆逆冲带以及前渊地区的温度场的分布有着重要影响。最后,前陆盆地形成演化过程中的快速沉积作用对盆地温度场和地表热流产生强烈的压制作用,对前陆盆地浅部热演化的影响不容忽视。因此,在浅部热演化(包括造山带逆冲推覆、快速沉积压实等)与盆地下伏岩石圈挠曲、深部热演化的联合作用下,使得前陆盆地构造-热演化颇为复杂,二者的耦合使得前陆盆地构造-热演化模拟颇具挑战。
【图文】：

沉积构造,单元,前陆盆地

志码：Ａ文章编号：１００５－２３２１（２０１７）０３－０１２７－１００引言前陆盆地是山系前缘与相邻克拉通之间的沉积盆地［１］，是“在前陆构造环境中冲断负荷、隆升剥蚀、挠曲沉降、沉积充填相互作用的动力学过程中形成的盆地”［２］。前陆盆地的横剖面结构明显不对称，ＤｅＣｅｌｌｅｓ和Ｇｉｌｅｓ［３］将前陆盆地不同形式复杂的构造单元作为一个整体，称之为“前陆盆地系统”。由造山带往克拉通方向，前陆盆地系统依次为楔顶、前渊、前隆和隆后４个沉积构造单元（图１），在一些前陆盆地系统中，前隆和隆后沉积带可能不发育或缺失［３］。图１前陆盆地系统的沉积构造单元［３］Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｆｏｕｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｚｏｎｅｓｏｆａｆｏｒｅｌａｎｄｂａｓｉｎｓｙｓｔｅｍ［３］前陆盆地油气资源丰富，但构造变形十分复杂，使得前陆盆地演化的数值模拟也相当困难。描述前陆盆地沉降的定量模型很多，其中主要关键要素包括沉积／构造负荷和岩石圈挠曲。关于负荷的模型有单侧临界锥体模式［４－５］、双侧临界锥体模式［６－８］等。关于岩石圈挠曲的模型有弹性板模型［４－５］、黏弹性模型［９］和弹塑性模型［１０－１１］。众所周知，岩石圈的挠曲受其流变学特征控制，而岩石圈的流变结构又与温度场密切相关。然而，，相对裂谷盆地而言，前陆盆地定量模型更多关注的是构造沉降［１２］。构造－热演化模拟是研究沉积盆地的重要手段之一，其模型依赖于沉积盆地的成因机制。裂谷盆地构造－热演化的定量模型在描述盆地沉降和热流演化方面取得了极大的成功，实现了构造和热的完美结合［１

有效弹性厚度,地表热流,岩石圈

性厚度早期岩石圈的非均匀会强烈影响着前陆盆地下伏岩石圈的强度及有效弹性厚度的分布。以四川盆地西北的龙门山前陆盆地（图３）为例，该盆地形成于晚三叠世龙门山的逆冲推覆。在短短的２２７～２０６Ｍａ期间，它从早期窄且欠充填盆地发育为后期的宽且充填／过充填的盆地。而在晚三叠世前陆盆地发育之前，四川盆地及邻区经历了二叠纪—中三叠世大规模的岩石圈拉张［２８－２９］。差异伸展导致岩石圈的差异减薄和热扰动，因而具有横向变化的岩石圈热－流变结构和有效弹性厚度。这一特征无疑会图２地表热流与岩石圈有效弹性厚度（Ｔｅ）的关系Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｕｒｆａｃｅｈｅａｔｆｌｏｗａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌａｓｔｉｃｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ（Ｔｅ）影响前陆盆地后期的演化。Ｈｅ［３０］利用二维拉张模型模拟研究了穿越松潘—甘孜、四川盆地的ＰＰ′剖面晚二叠世至早中三叠世时期的岩石圈热演化过程（图４）。模拟结果显示，该时期扬子及周缘地区呈横向非均匀拉张特征，其中松潘—甘孜拉张强烈，拉张系数接近１．４３５，岩石圈减雹软流圈热物质上涌，基底热流上升。最高古热流出现在晚二叠世（２４７Ｍａ），为６６～６７ｍＷ／ｍ２。岩石圈伸展事件造成地表大幅沉降，发育为甘孜—理塘洋盆和巴颜喀拉海盆，龙门山地区为龙门山盐源陆源盆地。相对而言，四川盆地的拉张强度最低（拉张系数约１．０８２），因此岩石圈受到的热扰动相对较小，基底热流较低。随着时间的推移，软流圈热物质上涌引起的热扰动逐渐消退，基底热流随之衰减。至中三叠世，沿剖面的基底热流变化在５

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