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汇聚背景下新生代陆缘盆地的沉降特征及主控因素

方鹏高  
【摘要】:汇聚型板块边缘是全球板块构造体系中的重要组成部分之一,由于俯冲板片的后撤作用在岛弧后形成了一系列的弧后盆地。这种汇聚背景下的弧后盆地已有广泛的研究,然而对于盆地多期次沉降的时空分布特征,以及影响其沉降方式的控制因素(如断裂、海山/海脊的俯冲碰撞等)都尚不明确。欧亚板块的东缘由于太平洋板块的西向俯冲,集中了全球近75%的边缘海盆地,绝大多数为弧后盆地,这其中东海东部的冲绳海槽是全球少数的发育于陆壳基底之上的弧后盆地,目前仍处于扩张期,其南部已发生初始海底扩张。而地中海西部的瓦伦西亚海槽则记录了欧亚板块西缘由于特提斯洋北向俯冲的弧后盆地发育过程,同样发育在陆壳基底之上,但扩张作用已经基本停止,未发生海底扩张作用。两者构造背景相似,发育时间相近,但冲绳海槽仍在持续拉张,而瓦伦西亚海槽已经夭折。对两者构造沉降的研究,不仅增加对于盆地本身的构造演化过程的了解,而且对于了解俯冲背景下弧后盆地发育的控制因素和深部动力学机制具有重要意义。因此,本文以层序地层学和大陆边缘盆地动力学等理论为指导,以东海冲绳海槽和地中海西部瓦伦西亚海槽为研究对象,分别基于33条和30条地震测线网格数据,结合区内获取或解释的钻井及其他地质地球物理资料,通过对地震剖面的解释建立精准的层序地层格架,并通过分析速度结构、岩性特征和古水深变化等进行时深转换和去压实工作,计算不同沉积单元的原始沉积厚度。在以上工作的基础上利用空盆构造沉降法对冲绳海槽及瓦伦西亚海槽不同地质时期的构造沉降量和沉降速率进行计算,并结合挠曲沉降法对瓦伦西亚海槽的水载荷沉降和减薄因子进行计算和补充,进而分析汇聚背景下新生代陆缘盆地沉降的时空分布特征、沉降速度的变化机制及与区域构造活动之间的联系,探讨了相同构造背景下弧后盆地不同的构造-沉积演化过程及控制因素。主要结果及认识如下:(1)冲绳海槽自中新世开始发育,可分为中新世、上新世、早更新世和晚更新世至今4个阶段。沉降速率及沉降量随不同时期的构造活动呈现有规律的变化:中新世和上新世时期构造沉降主要集中在冲绳海槽北部和中部,而更新世以来则主要集中在海槽南部,构造沉降速率具有随地质时期变化逐渐向南传递的特征。这种沉降速率变化特征表明海槽的张裂始于中新世至上新世时期,并主要集中在海槽的北部和中部,而在上新世之后渐进式向南发育,并集中在海槽南部。(2)冲绳海槽的快速构造沉降主要分布在不同地质时期的张裂中心或边界断裂附近,表明断层是控制冲绳海槽快速构造沉降的主要因素,其中包括由弧后张裂作用引起的NE-SW向正断层和区域构造事件引起的NW-SE向走滑断层。此外,冲绳海槽的最南端自更新世晚期以来的异常快速构造沉降与加瓜海脊的向北俯冲碰撞有关。加瓜海脊的俯冲至100 km以上时,会发生脱水和部分熔融。由此产生的岩浆体随后向上迁移并侵入陆壳,形成致密的岩石圈并引起快速的构造沉降。(3)瓦伦西亚海槽中生代为伊比利亚板块一部分,其构造活跃并发育有大规模盐构造;新生代时期海槽北东部受欧洲西部的新生代西南向渐进式裂谷系统和特提斯洋壳板片回撤的复杂作用影响,其已处于弧后扩张背景,自晚渐新世以来发育了一系列地垒和地堑系统以及大型伸展断裂,并一直持续到中中新世;而海槽西南部张裂于早中新世之后,与北东部截然不同,几乎不存在有意义的伸展断裂。中中新世至今,海槽北东部构造活动减弱,海槽西南部进入前陆盆地的挠曲沉降和裂后热沉降阶段。(4)沉降研究表明,瓦伦西亚海槽西南部虽然几乎没有伸展断层发育,却自中新世以来发生了快速的异常沉降,主要是集中在贝蒂克前锋的东北部和围绕中生代哥伦布勒斯盆地的一个半圆形区域。研究区内断层相关(上地壳)减薄因子为0.0366,而岩石圈减薄因子最大值达0.7,断裂不足以提供如此大的减薄/拉张量,因此,断裂并不是研究区内快速沉降的控制因素。本文提出分布在贝蒂克前锋东北部的快速沉降是受瓦伦西亚海槽西南部前陆盆地式的影响,在挠曲作用下前陆盆地的前渊带会出现快速沉降。同时,区内裂后作用始于中中新世,岩石圈没有足够的时间进行热均衡作用,因而裂后热沉降也是其控制因素。另一个围绕中生代哥伦布勒斯盆地的沉积中心分布的快速沉降与年龄大、时代老、较大埋深的密度大的中生代沉积体有关。(5)对比冲绳海槽与瓦伦西亚海槽的沉降特征及演化过程,本文认为俯冲板片的后撤作用是弧后盆地形成的主要因素,若弧后盆地处于开放环境中,盆地弧后扩张作用持续活动,将出现海底扩张作用,断裂作用是其沉降的主控因素,而造山带、岩浆作用或洋脊的俯冲等其他因素是其沉降的次级因素;若弧后盆地处于封闭环境中,盆地弧后扩张作用将停止,不发生海底扩张作用,断裂作用是已形成的弧后盆地区域沉降的主控因素,而造山带/褶冲带的影响是非弧后盆地区域/前陆盆地沉降的主控因素,致密块体等是其沉降的次级因素。


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