构造岩相古地理分析的概念、思想和方法

黄(1945)先生在《中国主要地质构造单元》中编绘了寒武纪、加里东泥盆纪、华力西二叠纪、燕山白垩纪、喜马拉雅期五幅中国大地构造古地理图,并勾画了这些地质构造阶段的海陆分布等值线。这些古地理图是中国最早的构造古地理图,是中国构造古地理的前身。

王宏镇等人(1985)的《中国古地理图集》主要以大地构造理论和大量区域调查资料为基础,是中国大地构造古地理的代表作。崔可欣(1986)、黄等人(1987)、等人(1990)、刘本培等人(191)、周志毅等人(1995)。

国外构造古地理学的代表著作有齐格勒(1988)、德考特等人(1991)、斯科特塞(1997)、东南亚研究组(1995)、李镇祥等人(65438)。

目前,国内外构造古地理学表现出与沉积学、地层学、古生物学、地球物理学、地球化学、构造地质学等学科的相互结合和渗透。研究重点是造山带沉积与古地理、古特提斯群岛和大洋的古地理、全球古大陆的重建,特别是古大陆关键部位的重建。它是古地理学的一个非常活跃的分支。

20世纪60年代板块理论的诞生为活动构造古地理学的研究提供了理论基础,促进了该领域的发展。20世纪90年代,该领域的研究成果,如地质历史、古地理和古气候中的海洋和陆地重建,已被石油地质学家用于研究全球石油聚集和分布。在中国,王宏镇先生在活动构造古地理学领域做出了重要贡献。

板块理论,特别是海底扩张和磁条带年龄的证据,使古地理和古气候研究进入了一个新的领域,地质学家必须重建原始的沉积盆地。这使得活动论构造古地理学的概念有了新的理论基础和研究方法。在此之前,大陆漂移学说的出现开启了行动主义的萌芽阶段,其最重要的标志就是承认了大规模水平运动的存在。在20世纪60年代之前,一些古生物学家和古地理学家已经提出了开创性的推论。在板块理论作为一场地学革命的研究高潮中,地质学家以全球构造活动理论为基础,应用当代古地磁方法和填图技术,致力于重建地质历史中的古大陆。许多学者编制了不同地质历史阶段的古地理重建图和古气候区预测图。由于技术和数据密度的不足,全球制图规模仍然很小,而且是推断性的。随着古地磁和测绘技术的进步和资料的积累,这一领域正在取得实质性进展。Scotese等一些学者建立了数据库,根据新资料的积累,不断修正全球和大尺度古地理重建的成果。孙枢先生曾在第三届全国沉积学会议上对该领域的研究现状和趋势进行了评述。上述活动构造古地理研究的思路很快引起了石油地质学家和沉积地质学家的注意。一些专题研究对全球油气聚集的分析更有价值,如法国学者德·高尔特的《特提斯古地理图集》。古大陆重建与油气聚集规律研究成功结合的范例体现在克莱姆等人的著作中。Klemme等人在全球范围内研究了早古生代以来各时代烃源岩形成的油气资源比例,在古大陆重建的基础上绘制了全球大型油气系统分布图。从而揭示了沉积盆地所处的古纬度古气候带及其与古海洋的关系。特别强调了晚侏罗世和白垩纪优质烃源岩的重要性——全球一半以上的油气资源都是在这一时期形成的。这取决于当时独特的古构造、古气候和古海洋环境。其中最突出的是被动边缘盆地形成的巨大油气聚集。在以中东阿拉伯湾为代表的特提斯洋被动边缘,形成了世界上最丰富的油气聚集带。

在地质历史上,盆地的演化和内部沉积古地理变化都受盆地的构造属性、盆地边缘和盆地内构造活动规律的控制。由于盆地边界的构造属性和构造活动规律不同,位于不同板块或同一板块内的不同盆地具有不同的演化过程。同样,同一盆地不同部位的不同动力环境也造就了盆地不同的沉积古地理环境。因此,在构造古地理分析过程中,应遵循构造盆地控制和盆地相把握的基本原则,完成构造-岩相古地理填图。

关于填图的思路,可以从两个方面研究构造古地理。首先,以文献研究资料为基础,结合研究区构造演化特征,根据构造演化阶段划分,结合构造运动性质和规律研究,查明研究区地堑断层的位置、形成、活动时间、控盆控相机制。其次,在构造和大规模断裂研究的基础上,完成岩相古地理填图的基础资料准备工作,主要包括岩石地层多重划分对比、单剖面沉积环境分析、横向沉积相变规律研究、单因素数据统计整理等。在上述基础资料和图件编制的基础上,结合研究区构造和盆地演化规律的研究成果,以由点到线再到面的沉积相研究方法为基本思路,采用相应的岩相古地理填图方法(如岩石比值法、优势相法或单因素分析法)完成研究区的构造古地理填图。事实上,岩相古地理的分析离不开盆地构造和全球构造的分析,构造分析构成了古地理分析的基础和前提。但就盆地构造-岩相古地理分析的范围而言,更应重视构造带的古地理恢复与分析。

造山带古地理学是在造山带地区或经历造山改造的地区开展古地理研究的理论和方法。在研究过程中要注意三点:一是地质历史时期的隆升堆积区不能用“从过去讨论现在”的方法恢复;第二,沉积相带的分布受区域构造应力场和基底构造格局的控制;第三,辨析了原生沉积盆地和构造盆地古地理(吴根耀,2003)在盆地构造-古地理重建中的应用,核心是用发展和动态演化的思想研究盆地。

盆山耦合分析是正确认识盆地动态演化的关键。所谓盆山耦合,是指造山运动与盆地演化之间存在统一的运动学过程和动力学机制。就盆山矛盾而言,山地往往是主要方面。但造山带内部结构复杂,地质记录不完整,地质现象往往存在多解性。盆地内地质记录较为完整,对其运动学的综合研究为造山过程的运动学认识带来了有价值的参考,对其成盆动力学机制的探讨为造山动力学机制的认识带来了有益的启示。因此,在用动力学演化的思想研究盆地发展的运动学特征时,要有意识地加强与造山动力学相匹配的盆地动力学研究。