构造运动对沉积作用的控制

构造运动和沉积作用~

中条运动，使古元古代线状活动带最终关闭，呈现统一的克拉通。从中元古代早期地层发育情况分析，仅在地台南缘和吕梁山中段及其以东有岩浆沿裂隙喷发，堆积了约7000m火山岩夹火山沉积岩及沉积岩熊耳群。主要展布在豫晋、豫陕界区，向东延伸至确山、明港附近，几何形态西宽东窄，呈不等边“三角”形。西部层位齐全，东部主要为下部层位（许山组），喷发、沉积（堆积）中心在熊耳山地区，地层等厚度线方向近南北，显示了南北向古裂隙的存在。前人研究认为属三向辐射裂谷北支插入地台内部的坳拉槽部分。
王屋山运动，迁就了北东向构造格局，形成斜贯研究区的燕辽—上党海槽及其两侧内蒙—山西古陆和下黄河古陆，为本区中、新元古界发育提供了物源和沉积场所。在槽内充填和沉积了河流三角洲相—浅海潮坪相碎屑岩、泥质岩夹碳酸盐岩，藻类和微古植物大量每繁衍。在海槽北部燕山地区沉降幅度大，形成了2300m的常州沟级组—团山子组。在宣化、怀来附近，因处于海湾环境，沉积厚度仅400m左右，且形成层藻型宣龙式铁矿。海槽南端的豫晋陕区，由于和北西向构造联合作用和熊耳群火山地貌发限制，沉积环境比较复杂，接受了以河流三角洲相碎屑岩为主夹潮坪相碎屑—泥质岩（云梦山组—北大尖组），偶而出现碳酸盐岩夹层。沉积厚度不稳定，在熊耳山南北两侧形成两个沉积中心，分别接受了4500m（洛南）和1420m（渑池）以碎屑岩为主的岩石组合。
兴城运动抬升结果，除燕辽和豫晋陕的部分地区保持海域外，其余全部为剥蚀区。第二次海侵沉积了450m（洛南）—2000m（蓟县）潮坪相砂泥岩过渡到含藻富镁碳酸盐岩为主的浅海相沉积，藻类和微古植物颇繁盛，岩性和厚度较稳定。燕辽地区除继承早期沉积范围外，形成大面积超覆，显示了海域的扩大。而太行山段—五台山区，大红峪组自东向西由不发育到缺失，高于庄组直接角度不整合在前长城系不同层位上，显示海侵较晚和海水波及范围之广泛，由断陷型向凹陷型过渡。南部的豫晋陕区较北部地层发育大为逊色，自下而上，由稳定的泥质岩夹砂岩逐渐过渡为含铁富镁碳酸盐岩（崔庄组—洛峪口组），岩性及厚度较稳定，从残留范围和缺失边缘相分析，原始沉积范围较长城纪早期沉积范围不会缩小。至于太行山南段，由于剥蚀殆尽缺少地层记录，但从南北邻区相当层位边缘相推测，不能排除、北海水有沟通的可能。
崤山运动波及范围较广，除蓟县—昌平地区萎缩成陆内残留海外，其它地区全部上升为陆，遭受程度不同的剥蚀。地层记录表明，南部地区上升幅度大，时间经历长，因之缺少杨庄组的组相当层位，高于庄组的相当层位也保存不全。之后的海侵是中新元古代规模最大的海侵，沉积了1400—4000m藻镁质碳酸盐岩（杨庄组—雾迷山组），含有机质和叠层石，属安静环境饱和状态条件下浅海相沉积。因后期剥蚀未见到边缘相，使得底部相当杨庄组的层位缺失，中、上部相当雾迷山组的层位亦残留比较局限。至于南、北海水是否连通由于太行山南段地层缺失，因而众说纷纭。据占有资料推测，沟通和有过连通都是有可能的，其理由：一是南北两地地层岩石组合皆为镁质碳酸盐岩；二是自下而上叠层石群有规律演化的一致和横向可比（包括洪水庄组—铁岭组）；三是底、顶构造运动面的一致；四是南、北两地相对应的边缘部分缺少边缘相和未见地层变薄或尖灭趋势。
杜关运动仅表现为区域抬升，引起部分地区遭受剥蚀，但未改变沉积构造格局，仅在燕山东段的凌源地区，南部的豫陕界区，洪水庄组或杜关组和下伏层间存在着平行不整合面。平行不整合面上、下地层的岩石组合皆由碳酸盐岩组成，且沉积中心和早期保持着继承关系。岩性和厚度稳定，一般250—469m为间。总的来讲，它是在海域萎缩过得中的一次短暂的急剧抬升，其沉积环境仍和早期保持着继承性关系。
芹峪运动后海水退出华北腹地，仅在地台南、北边缘赋存着小范围海湾。之后的海侵由南及北东向入侵，形成和广海时断时连的广海及陆内海。北部以怀来一带为中心接受了500m以上的暗色泥质为主夹碳酸盐岩和砂岩（下马岭组），而豫陕交界区形成数十米以上的含炭泥质岩夹碳酸盐岩和硅质岩（大庄组），硅质岩在该区较发育，足证当时海水是处于闭塞的沉积环境。而近地台南缘因处于和广海半连通的海湾和滨海沼泽环境，形成了厚达千米以上的含炭泥质岩（栾川以西的白术沟组），而东部的霍丘—淮南一带，仅沉积了20m左右的河流相铁质砂砾岩（曹店组）。
蔚县运动影响范围最广，由于此次运动具掀斜性质，对改变区域沉积格局有一定影响。由初期的河流—三角洲相碎屑岩（长龙山组、骆驼畔组）逐渐进入中、晚期的潮坪相泥质岩—碳酸盐岩沉积，生物开始出现宏观藻。至景儿峪期，在淮南地区沉积800—1000m富含有机质的刘老碑组，显然本期沉积中心已东移至两淮。至早震旦世，海水全部转移到两淮地区和下黄河古陆西南端，沉积中心由淮南转到宿县以北楮兰地区，沉积了近3500m富含宏观藻、叠层石的富镁碳酸盐岩和泥质岩，同时开始出现蠕形动物。整个趋势自下而上，由碎屑岩开始，向上变为碳酸盐岩夹砂泥岩。另外在台地南缘栾川及其以东，可能和广海相通，沉积了1100m含叠层石富镁碳酸盐岩和砂泥质岩石，并出现石煤夹层（可民用）的煤窑沟组，和伴随有浅成—喷出的大红口组次生火山岩。
栏杆运动后华北大部分变为剥蚀区，仅徐淮地区有残留海沉积；地台南部边缘地带因受侧向（南侧）构造压力影响上升，局部达到雪线以上，因而形成以含山岳冰川为特征的多成因含冰碛的、冰筏融落至边缘浅海沉积。晚期该区为海水所淹没，全部为浅海砂泥质沉积所替代。
通过构造运动和沉积作用分析可以看出，中元古生界段，由裂陷型（包括裂隙）发展到坳陷型；沉积方式由初期的火山堆积、填充沉积过渡到广海沉积。新元古阶段，因构造变动引起了沉积中心的侧向迁移，形成新的沉积中心；直到新元古末期才进入沉积中心不明显的复杂环境沉积。

古地貌和物源区分布控制着盆地的充填方式和沉积体系的空间配置，进而对油气藏的形成和分布起主导控制作用。在一个时间序列中构造作用相对于沉积作用是瞬时的(脉冲式、幕式构造活动)，而沉积作用过程是一个渐进的过程。这样，我们可以得到一个动力控制过程———动力地形，即构造作用塑造了沉积地形(通过构造样式来表达)。沉积地形特别是地形突变带或突变点控制了水动力条件，因此控制了沉积作用，特别是碎屑流的沉积作用(通过沉积型式来表达)。因此，在分析古代沉积物(特别是利用地震、测井和岩心资料研究覆盖区地下地质特征)时，我们可以根据所识别的构造样式来分析不同的沉积型式。同时，也可以运用沉积型式来确定构造样式不同阶段的发育特征，而露头区的现代和古代构造样式与沉积型式研究可以提供模型和约束。
1.构造热沉降作用对古地貌的控制
莺歌海盆地是发育于红河断裂带之上的以伸展作用为主的盆地，如前所述，S60界面分隔了盆地的同裂陷阶段和巨厚的裂后阶段的沉积充填序列。本研究的主要层段为以S60层序界面为底的三亚组、以S50层序界面为底的梅山组和以S40层序界面为底的黄流组地层，这套地层加上莺歌海组和第四纪地层为盆地裂后期充填序列。
对于伸展型的盆地而言，热动力作用和沉积物的负荷作用是裂后期沉降的主要因素。在盆地的边缘，裂后期的盆地充填序列向早期断陷盆地的边缘断裂上升盘层层超覆。不同时期盆地中央的沉降速率远大于盆地边缘的沉降速率，形成下断上坳的牛头状盆地结构(Mckenzie，1978)。因此热沉降和负荷沉降是莺歌海盆地裂后阶段古沉积地貌的一级控制因素，导致盆地边缘总体表现为斜坡形的古沉积地貌特征。
2.断层扩展褶皱作用对古沉积地貌的控制和影响
如前所述，在盆地区岩石圈深层韧性伸展作用的控制下，莺歌海盆地裂后期沉降阶段仍然处于快速的、幕式的沉降状态，盆地的构造活动既不是表现为同裂陷阶段的地表正断层破裂作用，也非前陆盆地的构造负荷引起的岩石圈挠曲作用，而表现为伸展作用背景下的断层扩展式褶皱作用(fault－propagation fold)。由于这种褶皱作用在塑造莺歌海盆地裂后阶段古地形地貌方面的重要性，下面我们对这个概念作简要的介绍。
图5－10为一伸展作用背景下断层扩展褶皱发育过程的实验结果。基底为一刚性块体，是正断层开始发育的部位，基底上覆韧性的盖层(图5－10A)。当拉伸应力作用下，基底正断层开始活动时，断层的端点开始向上扩展，同时由于断层上盘下降和下盘抬升导致盖层被动弯曲而形成挠曲式褶皱(图5－10B)，有些学者称之为生长褶皱(growthfold)、强制性褶皱(forced fold)或披盖褶皱(drape)。这种褶皱发育在隐伏断层的断端之上，形成一个由下到上逐渐变得宽阔的单斜带，因此，也有学者称之为单斜褶皱(monocline fold)。随断裂活动的增强，挠曲幅度增大，单斜带变陡(图5－10C)。最后断层扩展到盖层表面，形成贯通式破裂(图5－10D)。
除了上述正断层垂向扩展的特点之外，正断层也可以在侧向上扩展，形成如图5－11所表示的构造特征。在断层区块的中心，断距最大，可以形成贯通地表的正断层。而沿断层的走向追踪，地表断距逐渐减小，一直到地表断距为零的部位，断层开始隐伏式活动，地表表现为断层顶端发育的断层扩展褶皱，沿走向离开断块中心越远，褶皱的幅度越小，一直到变形消失，恢复为断裂变形之前的状态。
断层扩展褶皱作用是莺歌海盆地裂后阶段古地形地貌的重要控制因素，这种作用与上述热沉降和沉积物负荷沉降造成的缓斜坡背景相叠加，构成了盆地不同时期的古地貌。图5－12表示了莺歌海盆地裂后阶段古地貌概念模型。在总体缓斜坡的背景上，贯通式断裂的发育部位形成了断裂坡折带，断层扩展式褶皱发育的部位形成挠曲坡折带，而在正断层的上盘，或者是不存在断层扩展褶皱作用的部位形成缓坡带。这些构造－古地貌对盆地层序的发育、体系域的构成样式等有重要的控制作用。

图5－10 断层扩展褶皱的形成过程


图5－11 与断层侧向生长有关的构造特征


图5－12 莺歌海盆地裂后阶段古地貌概念模型

随着板块构造研究的蓬勃开展，特别是通过深海钻探的取样研究和地震地层工作，在现代大洋的沉积作用和沉积物特点的研究方面，已取得了很多成果。到目前为止，已对大洋中脊到大陆边缘的沉积物及其结构等特征都进行了不同程度的研究。在18世纪下半叶到19世纪，一些学者就已认识到构造运动能引起海侵和海退。地槽学说首先就是建立在对厚度巨大的沉积岩系的研究成果上的。20世纪50年代，原苏联学者首先把常见的岩石组合与大地构造单元及其构造发展阶段相联系，从而产生了建造学说。

从研究现代沉积物和沉积作用来分析板块构造有很大优越性，因为现代沉积场所在板块构造中所处的位置是清楚的，现代沉积作用地区所处的水动力等环境特征是现存的，其沉积物的来源和结构构造特征的成因，也是比较容易分析的。因此，从某种意义上讲，研究现代沉积作用是研究板块构造和沉积作用关系的起点。

构造运动对沉积作用的控制，在绝大部分情况下是通过沉积作用进行时的古地理环境的变化来表现的，故不能说某一种沉积物就一定能反映某种构造环境，有时不同构造环境会形成相似的沉积组合，相似构造环境也可能出现不同类型的沉积组合。构造运动对沉积作用的控制主要表现在以下七个方面：

1.沉积盆地的形成

盆地的形成主要是构造运动的产物。板块学说强调水平运动，但板块相互作用所派生的垂直运动足以提供沉积盆地的起源和发展的能量需求，板块的水平运动引起垂直运动，是通过地壳厚度、热状态和均衡条件的改变而实现的。由于各种应力特征引起的构造运动往往会使一些地区发生相对周缘地区的下沉，从而使地形较高地区的物质搬运到低处沉积，形成沉积盆地。因此盆地的大小、形态及其形成、迁移和消亡，主要取决于构造运动特征。一般来讲，沉积盆地都形成在构造应力相对拉张的地区。

2.沉积物的厚度和性质

沉积物厚度大小主要与构造盆地沉降幅度有关，同时还要考虑沉积物的形成深度、沉积速度与盆地沉降速度之间的关系。如属非补偿性沉积，则盆地构造下沉速度或幅度始终大于沉积物沉积速度及厚度，这时研究构造下沉幅度时，就必须考虑沉积物形成深度。特别是对古代沉积来说，沉积物厚度不一定反映构造下沉幅度。现代大洋区的沉积作用基本上是非补偿性的。在研究沉积速度较大的盆地时，还一定要考虑沉积中心在历史时期中的转移，因为沉积中心的转移可使盆地沉积物的累积厚度远大于盆地局部地段的沉降幅度。

沉积物的性质包括成分、结构和成熟度等。一般说来，沉积物成分较纯、成熟度较好（如石英砂岩），反映其沉积区构造性质较稳定；相反，物质成分复杂和成熟度低是构造环境不稳定的反映。如沉积物中有滑塌构造，则可能反映地处不同构造带的交界区或是沉积盆地的边缘地区，也就是沉积盆地斜坡和构造性质不稳定地区。巨厚的礁灰岩发育区也有特定的构造环境，如大陆斜坡与陆棚区的转折带隆起区、下沉型碳酸盐岩台地和某些大洋中的平顶山地区等。

3.火山物质的掺入

沉积物中火山物质的分布更明显地受构造作用的控制，常与俯冲带附近的岛弧或陆缘弧、大陆裂谷区有关，以及与受弧后扩张影响的大陆边缘活动区及碰撞造山带活动区等有关；而火山岩物质成分、结构特征则与一定构造位置及其演化阶段有关。

4.古地理环境和古气候

大陆漂移、板块运动可以使沉积盆地所处的古纬度和古气候条件发生变化，从而引起沉积物性质和沉积速率的改变。除沉积盆地所处纬度外，构造运动剧烈期总是与气候的旱热期相关联的，而构造运动宁静期又与气候的温暖期相关，从而影响沉积物特征。这种影响在大陆和沿海近岸区更为明显。

5.沉积物的后生作用

在剧烈构造下沉区，在上覆沉积负荷压力和温度升高的影响下，沉积物开始变化，其变化首先反映在沉积结构上。在物质成分方面，特别是一些有色金属元素的硫化物（Cu、Pb、Zn等的硫化物），在成岩阶段具有明显的转移性。在不同构造活动区，热流值大小不同，沉积物后生作用强度也不同，其中最明显地反映在成油物质成熟度的差别上。在构造活动区，热流值高，成油物质不需经历很长地质时期，也不需上覆厚度极大的沉积层，即可转化为成熟度较高的石油，否则则相反。此外，在构造应力进一步作用下，沉积物或沉积层还会发生更多的物质和结构的变化，直到变质。

6.沉积物堆积体的形态

沉积物堆积的形态直接受到沉积场所（盆地）的形态、范围及沉积后保存情况的影响，而这些又和构造背景密切相关。在大陆稳定区和大洋盆地区，沉积物堆积体形态常为等轴状或宽带状，但它在历史中却常呈现极窄的带状被保存下来。其他构造带的原始沉积物堆积体的形态常为带状。近年来对大陆边缘沉积物研究的结果表明，沉积物堆积体常为楔形，巨厚沉积物在垂直走向上很快尖灭，而且沉积物堆积体在岩相、物质组分、结构和厚度等方面，两侧均不对称。有些沉积物堆积体在构造剪切应力作用下进一步成为较小的楔状体，这在研究地层对比和沉积岩体分布时必须特别注意，并非在各个方向上都能追索或进行对比。

7.沉积矿床的形成

有些沉积矿床，如热水沉积的铅、铜，锌，可能还有部分的铁、锰、磷等，常在一定构造部位出现，这些矿床的成矿物质可能源于深部，但它是以沉积方式出现的。这类矿床部分已属“层控”矿床类型。

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