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渤海湾盆地新生代定量变形重建

朱银冰  
【摘要】:板块构造学说为解释岩石圈变形相关的地质现象提供了可行理论。尽管已知板块变形现象明显,但传统的板块运动模型仍遵循经典的刚性板块理念,以至于低估甚至忽略了板块变形的作用。约束良好的板块变形模型可以为理解沉积盆地的形成、板块的俯冲历史以及板块之间的耦合作用提供重要帮助。然而由于缺乏全面的约束条件和有效的表达方法,建立盆地运动学与变形的定量重建模型仍然具有挑战性。渤海湾盆地的形成是华北克拉通破坏的重要表现,它记录了新生代东亚地区的变形和运动史。尽管前人对渤海湾盆地的形成提出过多种解释,但很少建立定量盆地重建模型用于检验和完善以前的观点。本文通过整合平衡剖面数据、构造数据、地层数据以及沉积年龄数据作为约束条件,利用ArcGIS和GPlates软件对渤海湾盆地形成过程进行了定量重建。结果表明,盆地形成过程可以分为六个时期和三个主要阶段:古新世-早始新世(65-42 Ma)伸展起始阶段、中始新世-早渐新世(42-32.8Ma)伸展高潮阶段和渐新世至今(32.8-0Ma)后伸展沉降阶段。预测的构造地形,包括由岩石圈伸展引起的均衡代偿地形和地幔对流引起的动力地形,与由测井数据回剥获得的构造地形(即观察地形)相吻合。渤海湾盆地在盆地形成过程中,其变形在空间上是非均匀的,其速度方向发生顺时针旋转。模拟结果表明渤海湾盆地的形成是走滑作用和伸展作用的共同结果。我们认为渤海湾盆地是一个复合伸展-张扭盆地。盆地东部受兰聊断裂带和郯庐断裂带斜向走滑运动控制,表现为张扭模式,西部受太行山山前断裂控制形成以正断层为主导的裂陷模式。盆地速度场的旋转与太平洋板块的重组有很好的关联性。模拟发现,盆地速度场的顺时针旋转是由太平洋板块俯冲方向的逆时针旋转驱动。渤海湾盆地的运动学特征表明,在太平洋板块重组的关键时期太平洋板块可能已经与东亚板块充分耦合。因此,渤海湾盆地的重建不仅为渤海湾盆地及附近地区构造作用提供了良好的约束,而且为整个东亚地区的变形研究提供了定量基础。


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