地球科学｜肖文交院士团队文章：弧前盆地的沉积和构造特征

学术科学 2024-09-07 00:00 湖北

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汇聚板块边缘的沉积盆地是造山带研究的重要对象，其中弧前盆地位于弧前区域靠近岛弧一侧，更易在造山过程中被保留下来，保存造山带结构和演化的信息.本文以研究较为充分的新生代弧前盆地为例，详述了弧前盆地的大地构造位置、形成机制、沉积、物源和构造特征，为古老造山带研究中弧前盆地的识别提供依据.弧前盆地位于岛弧和海沟外坡之间，可以形成于伸展或挤压环境中，前者由伸展正断层形成地堑式盆地，后者由增生楔逆冲构造形成挤压盆地.弧前盆地发育多种类型的沉积，其中洋内弧以半深海‒深海相沉积为主，大陆弧则涵盖陆相‒海陆交互相‒海相等多种沉积相，总体呈现粒度从边缘向中心变细、从下往上变粗的沉积序列.陆源碎屑主要来源于相邻岛弧和增生楔，通过河流、海底峡谷和海底滑坡等方式进入盆地.洋中脊、海山、洋底高原和大洋破碎带俯冲都能不同程度地影响俯冲带结构，造成弧前盆地的反转、抬升剥蚀、沉积间断、物源区变化以及沉积环境的改变.弧前盆地的沉积过程复杂，难以用单一模型简单概括，在应用弧前盆地对造山带进行分析时，应结合多学科资料对地质记录进行综合分析.

弧前盆地是火山弧与增生楔之间的沉积盆地，可以形成于挤压或伸展构造环境中，其基底主要为岛弧和增生楔，也有一些弧前盆地基底为大洋地壳或大陆地壳.弧前盆地的形态和规模主要受到基底构造和沉积物供应量的影响，而这二者又受到俯冲带结构和区域气候等因素的影响.在正常的俯冲环境下，弧前盆地主要接受来自相邻火山弧和增生楔的碎屑沉积，总体呈现出粒度从盆地边缘到中心逐渐变细、从下到上逐渐变粗的沉积序列.弧前盆地可以发育所有类型的沉积环境：洋内弧环境中，由于远离大陆且水深较大，弧前盆地沉积较薄，以半深海‒深海相沉积为主，但陆相‒浅海相沉积也有可能出现；陆缘弧和大陆弧环境中，由于陆源碎屑供应充足，弧前盆地沉积较厚，可以发育陆相‒海陆交互相‒海相等多种沉积相.弧前盆地一般构造简单，沉积物变形较弱，沉积层主要在盆地沉降过程中形成超覆构造，有的被断层切割或形成宽缓的褶皱构造.

当洋底正地形进入俯冲带时，弧前盆地可以显示出特殊的沉积和构造特征变化.洋中脊俯冲、海山/洋底高原和洋底破碎带俯冲都可以不同程度地造成弧前盆地的反转，破坏其原始结构构造，中断盆地沉积过程，以及改变其沉积环境.

综上所述，弧前盆地具有相对一致的基底和物源特征，但可以具有多种类型的沉积环境、沉积相和沉积物类型，其构造特征也可以在挤压和伸展中变动，因此难以用简单的模型进行限定.在鉴别造山带中的古弧前盆地时，需从沉积、物源、构造和基底性质等多方面进行综合考虑；若仅仅根据沉积类型和构造类型进行判定，因没有普遍的标志性判别特征，难以与汇聚边缘中的其他类型盆地相区分.而在利用弧前盆地恢复造山带结构和演化历史时，也不能仅仅利用盆地的沉积类型和构造类型来判定俯冲带类型以及区域应力环境，需综合区域上岩浆岩、变质岩、构造和气候等多种地质记录，才能正确提取弧前盆地所提供的地质信息.

图1 俯冲带基本结构与组成(修改自Ingersoll, 2011)

图2 日本熊野盆地近海沟一侧的构造模型(修改自Moore et al., 2015)

图中阿留申阿米利亚破碎带两侧的弧前盆地构造特征(修改自Ryan et al., 2012)

文章刊登在《地球科学》第49卷第7期

谭毅滢, 肖文交, 宋东方, 2024. 弧前盆地的沉积和构造特征. 地球科学, 49(7): 2539-2551. doi: 10.3799/dqkx.2024.057

Tan Yiying, Xiao Wenjiao, Song Dongfang, 2024. Sedimentary and Structural Characteristics of Forearc Basins. Earth Science, 49(7): 2539-2551. doi: 10.3799/dqkx.2024.057

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