轉換-伸展盆地

轉換-伸展盆地是指發育於大型走滑帶之上，受走滑和拉伸雙重機制或複合機製作用下形成的盆地。如馬來盆地和鶯歌海盆地。

轉換—伸展型盆地與一般裂谷盆地不同,它雖然以伸展作用為主,同時也顯示出走滑平移活動的影響,表現為盆地的沉降中心隨時間發生遷移和沉降中心軸向的改變。

相對於許多裂谷盆地和前陸盆地而言,轉換—伸展型盆地以極其快速的沉降速度為特徵,在有豐富沉積物供給的地區,與盆地的橫向規模相比,地層剖面的厚度相當大。

基本介紹

• 中文名：轉換-伸展盆地
• 外文名：Transition extensional basin
• 學科：沉積學
• 釋義：受走滑和拉伸雙重機制形成
• 例子：馬來盆地和鶯歌海盆地
• 特徵：不對稱性、遷移性

基本特徵

盆地結構的不對稱性

拉分盆地兩側的長邊為走滑斷層，兩側的短邊為與走滑斷層斜交的正斷層，它是走滑作用的派生構造。該盆地發育於走滑斷層的彎曲釋壓部位或雁行式走滑斷層的疊接部位，在垂直正斷層方向發生拉伸。無論是橫向上還是縱向上，這種類型的盆地均表現出一種對稱的結構型式。與此相反，對於轉換一伸展型盆地而言，盆地結構上的不對稱性是其典型的特徵。右圖是沿死海走滑平移斷裂帶發育的走滑帶內盆地的地震反射剖面圖。圖B是埃拉特灣的盆地地震反射剖面圖，在死海的北部盆地中，其不對稱性表現為盆地的東側為走滑斷層，而西側邊界為正斷層．盆地內部的充填由西部向東部增厚。在死海南部的盆地中，其不對稱方向與北部盆地正好相反，即盆地西部邊界斷層為走滑斷層，而東部邊界為傾角較緩的正斷層。盆地內部充填由東向西增厚。所以，沿死海盆地的不對稱方向從一個盆地到相鄰盆地交替變化。

右圖是沿郯廬斷裂發育的伊通地塹的地震反射剖面圖，其不對稱性表現為西側為陡傾的走滑平移斷裂，東側為同方向延伸較緩傾斜的正斷層，盆地的基底向北西方向傾斜。

除了以上橫向上的不對稱性之外，在縱向上即平行盆地長軸方向上轉換一伸展型盆地也具有明顯區別於拉分盆地的不對稱結構特徵。在拉分盆地中,盆地短邊限制在盆地兩側的走滑斷層之間,在斷層性質上則為走滑作用派生的正斷層,而在轉換—伸展型盆地中,盆地的橫斷層往往伴有一定的走滑運動,斷層的延伸常常超過盆地範圍而切入到盆地相鄰的基底地區。

盆地沉積充填的不對稱性

一般在主要走滑斷裂一側堆積巨厚的沉積物,湖相沉積主要集中在靠近主走滑斷裂的盆地軸部。從沉積體系的發育看,在走滑斷層一側往往發育陡坡扇三角洲體系,並常常有小型碎屑流占優勢的沖積扇、湖底扇等形式的粗粒沉積角礫岩。該相帶一般呈窄長狀,其向盆地軸部延伸的距離很小,陸上的碎屑流沉積,橫向上可追索進入水下碎屑流沉積。總體上看,走滑斷層一側的沉積物在總充填物中所占比例較小。在正斷層構成的緩坡邊緣沉積規模更大,是以河流為主的沖積扇辮狀河、曲流河緩坡型三角洲和三角洲沉積,這些以河流為主的砂體具有較好的分選、磨圓,粒度一般也較細,它們在總充填物中所占的比例相當大,盆地內的多數沉積物都是從這一側進入盆地的。盆地的基底從正斷層一側向走滑斷層一側傾斜,因此,盆地的長軸及沉積中心都與該邊緣平行,並朝該邊緣遷移。

盆地沉降中心有明顯的遷移性

轉換—伸展型盆地與一般裂谷盆地不同,它雖然以伸展作用為主,同時也顯示出走滑平移活動的影響,表現為盆地的沉降中心隨時間發生遷移和沉降中心軸向的改變。右圖顯示我國鶯歌海盆地不同演化階段沉積中心位置的遷移,從圖中可見,在繼承紅河剪下斷裂帶基底上,從北端開始裂陷,始新世沉降中心位於盆地最北端,呈北北西向展布,漸新世沉降中心向南遷移,軸線方向轉換為近南北向,並平行於盆地西緣的南北向斷裂。晚第三紀沉降中心的軸為北西向,與現今盆地延伸方向一致。死海裂谷沉降中心也同樣顯示出明顯的遷移性,在中新世時,盆地沉降中心位於死海南部的阿拉瓦谷,在上新世—更新世時位於死海中部的塞多母盆地,而現今沉降中心在死海,新第三紀以來,沉降中心向北遷移了100km多。

演化過程

相對於許多裂谷盆地和前陸盆地而言,轉換—伸展型盆地以極其快速的沉降速度為特徵,在有豐富沉積物供給的地區,與盆地的橫向規模相比,地層剖面的厚度相當大。例如,在鶯歌海盆地中,新生代沉積物的厚度可達17km。盆地的沉降過程是幕式的,表現為盆地的沉降速率的明顯變化。右圖是鶯歌海盆地的沉降速率圖,從圖中可以看出,盆地的最大沉降速率達到550mMa,盆地從65Ma至今發生了3次沉降速率由快到慢的變化過程,這種沉降速率的變化反映了盆地演化過程中的多幕性。

形成機制

轉換伸展型盆地的形成機制複雜,是各種動力學過程複合的結果。下面通過死海盆地和鶯歌海盆地形成機制的分析,概括這種類型盆地形成的動力學特點。

Ben2Avraham和Zoback在1992年研究死海盆地的過程中認為,經典的斷層發育理論(安德森模式)難以解釋轉換—伸展型盆地的不對稱結構型式。因為,一側為陡立的走滑斷層,另一側為與之平行或近平行的緩傾斜正斷層結構意味著盆地區最大的主應力方向與走滑斷層平行。為了解釋這種應力狀態的特徵,Ben2Avraham等在1992年考慮了Zoback等。在聖安德列斯斷層帶應力狀態研究基礎上提出了走滑斷層帶強度對應力作用方向的控制機制。

著名的聖安德列斯斷層是北美大陸西部邊緣發育的一條規模巨大的走滑斷裂帶,Zoback等在1987年研究這條斷裂帶附近的構造變形時發現,在這條斷裂帶附近(加利福尼亞中部地區)廣泛發育一系列與之平行或近於平行的褶皺和斷裂帶,這表明沿聖安德列斯斷裂走滑作用的同時其兩盤附近受到了垂直走滑斷層的擠壓作用,震源機制解和聖安德列斯斷層附近井壁崩落應力計算均表明斷裂附近最大主壓應力方向與斷裂垂直。根據對聖安德列斯斷層帶的熱流資料和科學鑽井資料的詳細研究表明,沿該斷裂帶岩石的強度非常低,而周圍地殼的岩石強度則比較高,由此,他們提出了一個高強度岩石圈包裹一軟弱走滑斷層帶的應力方位模型。在這一模型中地殼強度以經典的斷層力學模型為基礎確定。他們的計算結果表明,斷層附近最大主應力的方位是區域應力方位和斷層帶岩石強度的函式。右圖是這一模式的進一步引伸,可以解釋轉換—伸展型盆地的發育機制。該圖表示走滑斷層的摩擦強度(Σf)和相鄰地殼最大剪應力(Σc)比值不同的情況下,強度較小的走滑斷層帶附近最大主應力方位的變化。從圖中可以看出,除了區域應力與斷層夾角為45°的情況外,走滑斷層附近的應力方位均會發生明顯的變化,以便盡力減少平行軟弱走滑斷層帶的剪下應力。當區域應力(Β)與走滑斷層夾角大於45°時,走滑帶附近的應力場方位(Α)為近於垂直走滑帶的擠壓作用,而當區域應力與走滑斷層夾角小於45°時,走滑帶附近產生近於垂直走滑斷層的拉伸作用,由此可導致平行走滑斷層的正斷層形成。

上述研究對垂直或近垂直於走滑帶的拉伸作用的解釋仍然基於平面應力場的分析。我國學者的研究除了考慮平面應力場之外,更強調岩石圈深部過程的影響,這方面鶯歌海盆地的研究比較突出。該盆地發育於古紅河斷裂帶之上,呈北西向延伸,快速沉降、高地溫、大規模的異常壓力體系及泥—熱流體底辟是盆地最突出的特徵。從整個南海來看,盆地的裂後期一般開始於約23Ma(T6),但鶯歌海盆地的充填一直到T5(約16Ma)仍然受到斷裂的控制,這表明該盆地的演化一方面受控於整個南海的大背景,另一方面又直接受控於走滑伸展作用,圖3顯示的沉降中心的長距離遷移是這一作用的重要佐證。鶯歌海盆地的另一個重要特點是具有巨厚的裂後期沉積,其晚第三紀充填達到8～10km,遠大於裂陷期的充填,這與一般裂谷盆地裂後期沉積和沉降均小於裂陷期形成鮮明的對比。結合整個盆地演化歷史中頻繁的熱事件和盆地定量動力學模擬可看出鶯歌海盆地的形成和演化受控於深部軟流圈的高抬升引起的岩石圈伸展和右旋走滑式扭動派生的拉分效應。岩石圈深部軟流圈的抬升及區域岩石圈的減薄導致的伸展(圖3中的e2)是盆地演化的主控因素,後者(圖3中的e1)則導致了盆地沉降中心的遷移。