盆地沉降簡(jiǎn)介

沉積盆地作為大地構(gòu)造當(dāng)中的一級(jí)大地構(gòu)造單元，對(duì)于地球的構(gòu)造演化過(guò)程的研究具有重要意義。同時(shí)，由于盆地內(nèi)部含有豐富的油氣、煤炭、礦產(chǎn)等資源，受到地質(zhì)學(xué)家們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，由于盆山系統(tǒng)耦合的研究，使單一的造山帶和單一的盆地研究成為一個(gè)系統(tǒng)。通過(guò)盆地的研究分析，包括盆地所在區(qū)域及內(nèi)部的構(gòu)造、沉積層序、地層格架及演化史的分析，為造山帶的研究提供一個(gè)新的方向。沉積盆地的研究成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題盆地的沉降是指由于地殼垂直運(yùn)動(dòng)，使順重力方向、高程降低的方向運(yùn)動(dòng)。地殼的沉降作用是形成盆地的直接原因，沒(méi)有沉降就沒(méi)有盆地[1]。而盆地沉降史研究，就是將盆地在各個(gè)時(shí)期沉降的量進(jìn)行求解，編繪反映盆地沉降特征的地層埋藏史曲線、盆地基底沉降曲線以及盆地構(gòu)造沉降曲線等途徑來(lái)表述。因此，分析盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要內(nèi)容，是整個(gè)盆地系統(tǒng)研究中最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)盆地的構(gòu)造、熱歷史及演化等起著至關(guān)重要的作用。

分析盆地的沉降，一般可用沉降量和沉降速率兩個(gè)參數(shù)。沉降量（或沉降幅度）是最直觀、最簡(jiǎn)便的表示方法，表示某地質(zhì)時(shí)期一個(gè)地區(qū)的累計(jì)的沉降幅度的大小。沉降速率是盆地某一構(gòu)造面在單位地質(zhì)時(shí)期內(nèi)相對(duì)于某一基準(zhǔn)參照面（海平面或湖平面）下降的幅度，它能反映盆地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)的某些信息。通?？梢杂脠D示方法直觀地反映觀測(cè)點(diǎn)的沉降量和沉降速率。

在盆地沉降史分析中，有一個(gè)非常重要的概念——均衡代償理論。它是盆地分析的基礎(chǔ)，用來(lái)描述地殼的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)。自十八世紀(jì)提出以來(lái)，便受到廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)大地測(cè)量學(xué)與力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，逐漸形成今天的均衡代償理論。它闡明的是地殼的各個(gè)地塊趨向于靜力平衡的原理，即在大地水準(zhǔn)面以下某一深度處常有相等的壓力，大地水準(zhǔn)面之上山脈（或海洋）的質(zhì)量過(guò)剩（或不足）由大地水準(zhǔn)面之下的質(zhì)量不足（或過(guò)剩）來(lái)補(bǔ)償。運(yùn)用地殼均衡學(xué)說(shuō)可以研究地球內(nèi)部構(gòu)造，如上地幔的起伏；還可用于大地測(cè)量學(xué)中研究大地水準(zhǔn)面形狀，推估重力異常和計(jì)算垂線偏差等。

沉積盆地是地球表面的長(zhǎng)期沉降區(qū)，盆地的沉降是巖石圈動(dòng)力學(xué)演化的基本過(guò)程之一。許多學(xué)者根據(jù)地質(zhì)觀測(cè)和模擬研究確定了七個(gè)產(chǎn)生和維持盆地沉降的機(jī)制(Dickinson1974，1976，1997;Ingersoll和 Busby，1995)和幾十種盆地沉降機(jī)制的類(lèi)型(Dickinson，1976;Bally，1980;Ziegler，1988，等)，大多數(shù)盆地是其中幾種機(jī)制共同作用的結(jié)果。從巖石圈動(dòng)力學(xué)機(jī)制的角度，盆地的沉降機(jī)制可以分為三類(lèi)：

盆地沉降熱沉降機(jī)制

由于先前受熱的巖石圈的冷卻及伴隨的密度增大而產(chǎn)生的均衡沉降。巖石圈和地殼加熱造成隆起，隨之地表侵蝕使地殼變薄，然后又變冷導(dǎo)致這種衰減地殼的沉降。熱沉降機(jī)制是被動(dòng)大陸邊緣、大洋盆地和大陸裂谷裂后坳陷的重要的沉降機(jī)制之一。在大洋中脊的頂部，熱的巖石圈地幔突然置于冷的海底地殼之下，然后隨著海底地殼背離擴(kuò)張中心，地幔巖石圈不斷地將熱量散失到冷的海水中。因此，巖石圈在背離擴(kuò)張中心時(shí)會(huì)不斷冷卻沉降，離開(kāi)大洋中脊越遠(yuǎn)，沉降越深。熱作用還會(huì)引起深部準(zhǔn)穩(wěn)定的輝長(zhǎng)巖或下地殼的麻粒巖相向穩(wěn)定的榴輝巖相的轉(zhuǎn)化，從而使深部收縮，造成巖石圈表面沉降。巖石圈的熱來(lái)源于多個(gè)方面，最主要的方面是來(lái)自軟流圈的熱對(duì)流，其他次要的熱源有巖漿的生成和侵入作用等。

盆地沉降構(gòu)造應(yīng)力作用

地殼或巖石圈厚度的變化與兩種大的巖石圈構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景有關(guān)：一是地殼的變薄作用，屬于拉張作用動(dòng)力學(xué)體制，一般與裂陷作用所對(duì)應(yīng)。拉張作用所產(chǎn)生的機(jī)械伸展引起地殼張性斷裂控制的沉降，使地殼變薄。而巖石圈變薄則產(chǎn)生地幔的熱隆起。二是擠壓作用動(dòng)力學(xué)體制，由于巖石圈板塊的俯沖、碰撞等會(huì)聚作用引起巖石圈向下?tīng)恳龔澢偷貧r石圈的撓曲沉降，常見(jiàn)于俯沖帶或造山帶，熱流作用較弱。

盆地沉降負(fù)載（重力）作用

巖石圈加載造成的撓曲或彎曲變形作用。加載 方式可 以是鏈?zhǔn)交鹕交蚝Ｉ叫∫?guī)模載荷，也可以是山脈體大規(guī)模加載，形成大型前陸盆地。此外，盆地內(nèi)水和沉積物產(chǎn)生的沉積載荷也是驅(qū) 動(dòng)盆地沉降的基本機(jī)制。特 別是大 型三角洲發(fā)育的海灣地區(qū)，接受了大量的沉積，其 負(fù)荷 作 用 可 以導(dǎo) 致 均 衡 下沉，使巖石圈變形彎曲成為一個(gè)寬闊的區(qū)域下坳帶。

上述三種 盆地的 基本的沉 降機(jī)制并非孤立地起作用，而通常是以一種為 主，多種機(jī)制綜 合作用，共同構(gòu)成盆 地沉降的構(gòu)造 －熱體制。其中由構(gòu)造應(yīng)力、熱力作用產(chǎn)生的構(gòu)造沉降是基本的沉降，而重力作用促使盆地沉降持續(xù)發(fā)展，并常常在盆地演化的晚 期轉(zhuǎn)化為主要的沉降機(jī)制。另外，各種沉降機(jī)制有一定的限制條件。同時(shí)，它們是相互聯(lián)系的，一種機(jī)制可能觸發(fā)另一種機(jī)制，如熱對(duì)流作用可以觸發(fā)巖石圈的拉伸 作用或者是巖石圈底部的底侵作用。

因?yàn)樽饔昧Φ臅r(shí)空范圍廣泛，而且它們以錯(cuò)綜復(fù)雜的方式作用于具有非均勻性的地球巖石圈，因此，盆地的沉降機(jī)制非常復(fù)雜。除了很少的例子外，目前的知識(shí)儲(chǔ)備和研究水平還不足以預(yù)測(cè)盆地沉降的確切過(guò)程。盆地沉降過(guò)程的確定需要一個(gè)綜合性的研究方法，這一方法既包括理論研究，又包括了由各種地質(zhì)觀測(cè)作為補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)研究。新的理論概念和技術(shù)意味著有大量的發(fā)展機(jī)會(huì)。在地幔和地殼尺度上研究盆地形成和演化的過(guò)程，對(duì)于了解巖石圈的熱歷史和盆地的經(jīng)濟(jì)潛力是至關(guān)重要的。

沉積盆地的類(lèi)型劃分是盆地分析的基礎(chǔ)和盆地油氣資源評(píng)價(jià)的重要依據(jù)之一。迄今為止，人們已開(kāi)展了大量的工作，以盆地與實(shí)際的構(gòu)造區(qū)和構(gòu)造過(guò)程的關(guān)系劃分盆地的類(lèi)型 (Dickinson，1976;Bally等，1980;Allen等，1990;朱 夏，1982;葉連俊，孫樞，1980;李德生，1982;趙重遠(yuǎn)，1978;田在藝，張慶春，1996;劉和甫，1983等)。由于沉積盆地形成和演化過(guò)程的復(fù)雜性，在盆地分類(lèi)的研究中研究者往往各自從不同的方面強(qiáng)調(diào)盆地的某些特征。20世紀(jì) 40—50年代盆地的分類(lèi)以槽臺(tái)學(xué)說(shuō)為指導(dǎo)。從 60年代開(kāi)始，人們開(kāi)始研究盆地成因機(jī)制與板塊構(gòu)造的關(guān)系，并出現(xiàn)了許多以板塊構(gòu)造為基礎(chǔ)的沉積盆地分類(lèi)體系，研究盆地的沉降機(jī)制及其與油氣聚集的關(guān)系，如 Dickinson(1976)強(qiáng)調(diào)盆地位置與巖石圈基底類(lèi)型的關(guān)系，盆地離板塊邊緣的距離和接近盆地的板塊邊界的類(lèi)型，劃分了五大類(lèi)型的沉積盆地。Bally和 Snelson(1980)依據(jù)盆地位置與巨型縫合帶的相互關(guān)系來(lái)進(jìn)行盆地分類(lèi)。我國(guó)學(xué)者朱夏(1982)將槽臺(tái)學(xué)說(shuō)與板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)相結(jié)合，提出了“兩個(gè)世代，兩種體制”的盆地分類(lèi)系統(tǒng)。

由于盆地的沉積和構(gòu)造樣式演化主要受到地球動(dòng)力學(xué)構(gòu)造環(huán)境的影響，因此，從巖石圈動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行盆地分類(lèi)是近年來(lái)人們比較強(qiáng)調(diào)的一種分類(lèi)方案。Beaumont和 Tankard等(1987)主編的盆地形成機(jī)制的專著中將盆地構(gòu)造類(lèi)型簡(jiǎn)化為五類(lèi)敘述，即伸展、張扭、壓扭，前陸和克拉通內(nèi)盆地。更為簡(jiǎn)單的分類(lèi)是按照盆地形成的力學(xué)機(jī)制所劃分的三種盆地類(lèi)型：即①由巖石圈伸展作用形成伸展型盆地;②由巖石圈彎曲產(chǎn)生的撓曲類(lèi)盆地;③與走向滑動(dòng)或巨型剪切帶有關(guān)的走滑帶盆地。

這種簡(jiǎn)單明了的盆地的動(dòng)力學(xué)分類(lèi)被人們普遍采用，其中，大多數(shù)盆地的動(dòng)力學(xué)類(lèi)型與斷層的動(dòng)力學(xué)類(lèi)型一致。從水平應(yīng)力場(chǎng)考慮，與伸展型盆地、撓曲類(lèi)盆地和走滑帶盆地相對(duì)應(yīng)的盆地形成的動(dòng)力學(xué)背景可以分為張性的、壓性的和剪切的，相應(yīng)的沉積盆地的邊界斷裂性質(zhì)為正斷層、逆斷層和平移斷層。 2100433B

項(xiàng)目建立并完善了汾渭盆地重點(diǎn)地區(qū)地裂縫、地面沉降、活動(dòng)斷層的GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；獲得了2013至2014年度汾渭盆地重點(diǎn)地區(qū)地裂縫、地面沉降GPS監(jiān)測(cè)成果；基于多類(lèi)InSAR技術(shù)獲取了汾渭盆地地裂縫和地面沉降年度形變信息，分析了地面沉降、地裂縫及活動(dòng)構(gòu)造的形變分布特征；研究了多項(xiàng)InSAR新技術(shù)，特別是針對(duì)地裂縫、活動(dòng)斷裂以及城市高樓區(qū)域地面沉降的高精度監(jiān)測(cè)問(wèn)題，提出了融合升降軌SAR數(shù)據(jù)獲取地裂縫二維形變場(chǎng)技術(shù)，揭示了活動(dòng)構(gòu)造斷裂對(duì)盆地內(nèi)地表形變的控制作用；建立了地裂縫與構(gòu)造斷裂活動(dòng)關(guān)系模型，揭示出地裂縫與構(gòu)造斷裂活動(dòng)的內(nèi)在關(guān)系；構(gòu)建區(qū)域有限元?jiǎng)恿W(xué)模型，獲得了汾渭盆地地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制；建立了地裂縫斷塊掀斜成因模型對(duì)西安地裂縫開(kāi)展了數(shù)值模擬研究，揭示出汾渭盆地地裂縫災(zāi)害的根本力源機(jī)制。 項(xiàng)目成果為地方政府減災(zāi)、防災(zāi)決策、城市規(guī)劃建設(shè)、重大工程勘察設(shè)計(jì)，施工與安全運(yùn)營(yíng)等提供了重要的科學(xué)依據(jù)，特別是在西安地鐵、大同-西安高鐵等工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。,項(xiàng)目建立并完善了汾渭盆地重點(diǎn)地區(qū)地裂縫、地面沉降、活動(dòng)斷層的GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；獲得了2013至2014年度汾渭盆地重點(diǎn)地區(qū)地裂縫、地面沉降GPS監(jiān)測(cè)成果；基于多類(lèi)InSAR技術(shù)獲取了汾渭盆地地裂縫和地面沉降年度形變信息，分析了地面沉降、地裂縫及活動(dòng)構(gòu)造的形變分布特征；研究了多項(xiàng)InSAR新技術(shù)，特別是針對(duì)地裂縫、活動(dòng)斷裂以及城市高樓區(qū)域地面沉降的高精度監(jiān)測(cè)問(wèn)題，提出了融合升降軌SAR數(shù)據(jù)獲取地裂縫二維形變場(chǎng)技術(shù)，揭示了活動(dòng)構(gòu)造斷裂對(duì)盆地內(nèi)地表形變的控制作用；建立了地裂縫與構(gòu)造斷裂活動(dòng)關(guān)系模型，揭示出地裂縫與構(gòu)造斷裂活動(dòng)的內(nèi)在關(guān)系；構(gòu)建區(qū)域有限元?jiǎng)恿W(xué)模型，獲得了汾渭盆地地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制；建立了地裂縫斷塊掀斜成因模型對(duì)西安地裂縫開(kāi)展了數(shù)值模擬研究，揭示出汾渭盆地地裂縫災(zāi)害的根本力源機(jī)制。 項(xiàng)目成果為地方政府減災(zāi)、防災(zāi)決策、城市規(guī)劃建設(shè)、重大工程勘察設(shè)計(jì)，施工與安全運(yùn)營(yíng)等提供了重要的科學(xué)依據(jù)，特別是在西安地鐵、大同-西安高鐵等工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。 2100433B

根據(jù)形成煤盆地的動(dòng)力條件，可劃分出拗陷型、斷陷型和構(gòu)造一侵蝕型三種基本類(lèi)型。在三種基本類(lèi)型之間還存在著各種過(guò)渡類(lèi)型。

(1)拗陷型煤盆地(亦稱波狀拗陷盆地)

盆地的基底基本上為一連續(xù)界面。聚煤期地殼運(yùn)動(dòng)以寬緩開(kāi)闊的波狀隆起和拗陷為主，含煤巖系就形成于波狀拗陷內(nèi)。波狀拗陷可能是地殼薄化引起的區(qū)域沉降．也可能是殼下物質(zhì)活動(dòng)引起的熱沉降，或區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)造成的地殼波狀變形。拗陷型聚煤盆地內(nèi)部比較穩(wěn)定和均一，但常常鄰接活動(dòng)構(gòu)造帶，受到各種板塊邊緣活動(dòng)動(dòng)力效應(yīng)的波及，因此盆地邊界構(gòu)造對(duì)盆地的形成和演化有重要的影響。

中國(guó)華北石炭一二疊紀(jì)煤盆地是一個(gè)比較典型的波狀拗陷型煤盆地，也是一個(gè)克拉通內(nèi)沉積盆地。盆地南、北側(cè)分別以秦嶺一大別和陰山活動(dòng)構(gòu)造帶為界?？傮w為一個(gè)由西北向東南緩傾的箕狀盆地。盆地的基底為中奧陶統(tǒng)侵蝕界面。盆緣局部地段為寒武系或震旦系。華北石炭一二疊紀(jì)煤系由一個(gè)完整的海侵一海退旋回組成。在海域不斷擴(kuò)張的總趨勢(shì)下形成以渴湖、潮坪一障壁體系為主的早期聚煤環(huán)境，以穩(wěn)定的薄 中厚煤層和淺水碳酸鹽巖層的廣泛發(fā)育為特征，旋回結(jié)構(gòu)清晰，煤層易于對(duì)比。晚石炭世中晚期，海域范圍最大，在盆地北緣山前地帶發(fā)育厚煤層，大約自晚石炭世晚期，由于內(nèi)蒙古一大興安嶺海槽漸趨封閉，盆緣隆起帶多河系攜帶的大量陸源碎屑注入盆地，開(kāi)始了盆地范圍的海退期。在海退的總趨勢(shì)下，形成以淺水進(jìn)積三角洲為主體的晚期聚煤環(huán)境。中一厚煤層廣泛發(fā)育，煤層穩(wěn)定性較差，常見(jiàn)沉積間斷和河流沖蝕現(xiàn)象。整個(gè)聚煤盆地內(nèi)含煤巖系的巖性巖相和富煤層段、聚煤帶呈現(xiàn)規(guī)律性變化，大體呈“東西向成帶，南北向遷移”的總格局。

(2)斷陷型煤盆地

斷陷型煤盆地的基底為不連續(xù)界面，成盆期地殼運(yùn)動(dòng)以塊狀斷裂運(yùn)動(dòng)為主。斷陷盆地可以是由地幔隆起誘發(fā)的表層引張作用而產(chǎn)生的地塹型盆地，也可以是由伸展作用所產(chǎn)生的正斷層系而形成的半地塹型盆地，或者是由走向滑動(dòng)斷層所派生的垂向分量而形成的拉分盆地。盆地的邊緣常常存在主干斷裂，對(duì)盆地的形成和演化起控制作用，基底斷塊的旋轉(zhuǎn)、滑落是盆地形成的主要?jiǎng)恿Ψ绞?。我?guó)內(nèi)蒙古霍林河煤盆地是一個(gè)半地塹聚煤盆地，盆地沿北東向延伸，晚中生代含煤巖系與下伏火山巖系為假整合接觸，基底為石炭一二疊紀(jì)淺變質(zhì)巖系。盆地西北緣為盆緣主斷裂。

盆地自下而上可劃分為6個(gè)巖段，由沖積扇粗碎屑巖一深湖泥質(zhì)巖一沖積、湖泊含煤巖組構(gòu)成一個(gè)大型沉積旋回。含煤巖系總厚1600 m，由東南向西北增厚，粗碎屑巖主要分布于西北翼盆緣斷裂內(nèi)側(cè)。煤層最大厚度位于盆地中部；向兩北冀煤層層間距加大，分岔、變薄和尖滅，與粗碎屑巖楔形交錯(cuò)；向東南翼煤層有合并現(xiàn)象，煤層層間距減小，層數(shù)減少。富煤帶與巖相帶一致，平行盆地長(zhǎng)軸方向延展。

(3)侵蝕盆地

地質(zhì)外營(yíng)力(如河流、冰川、風(fēng)等)的侵蝕和溶蝕作用形成的地形洼地，稱為侵蝕盆地。在適宜的氣候、水文條件下，洼地可以沼澤化而堆積泥炭。堆積作用主要是將侵蝕或溶蝕洼地填平補(bǔ)齊，含煤沉積厚度僅數(shù)米至數(shù)十米。沉積于沉積間斷和剝蝕面上的含煤巖系，其底部層段和煤層常常具有這種填積特征。如我國(guó)云南東部的宜良、沾益等地的早石炭世含煤巖系直接超覆于泥盆系侵蝕面上，煤系厚度很薄，一般為數(shù)米至數(shù)十米。煤層賦存于剖面下部．含煤1～3層，層厚0．3～1．0 m，局部可達(dá)10 m。煤層發(fā)育明顯地受古地形的影響，煤體呈透鏡狀，延伸不遠(yuǎn)便變薄、尖滅。