北極區域構造對沉積盆地演化的控制作用

王哲 李學杰 汪俊 楊楚鵬 姚永堅 鞠東

研究綜述

北極區域構造對沉積盆地演化的控制作用

王哲1,2李學杰1,2汪俊1,2楊楚鵬1,2姚永堅1,2鞠東1,2

(1廣州海洋地質調查局, 廣東 廣州 510760;2自然資源部海底礦產資源重點實驗室, 廣東 廣州 510760)

北極地區眾多沉積盆地的演化受控于漫長地質歷史過程中的復雜區域構造作用。利用環北極編圖計劃重力、磁力資料對現今北極基底構造格局進行識別, 并將其與沉積盆地空間分布進行疊合, 在綜述北極主要沉積盆地演化序列事件基礎上, 歸納出三類對北極沉積盆地演化起主控作用的區域構造因素, 包括: (1)后造山伸展垮塌; (2)地體增生前陸收縮; (3)洋盆擴張作用。此三類區域構造作用之后的構造事件對盆地的重塑力有限, 使盆地性質大致得以延續。新元古代至顯生宙時期, 勞倫、波羅的、西伯利亞古陸相繼碰撞形成了蒂曼、加里東、埃爾斯米爾、烏拉爾造山帶, 經歷后碰撞期伸展垮塌成為巴倫支、喀拉、加拿大北極群島等區域的大型沉積盆地的基底。現今西伯利亞東北部和北美西北部的北太平洋邊緣地體新生代演化導致其北側發育前陸收縮盆地。美亞海盆和北大西洋-歐亞海盆洋盆擴張作用控制了馬更些三角洲、巴芬灣及拉普捷夫海裂谷盆地的演化。

北極 沉積盆地 區域構造 基底 造山作用

0 引言

北極區域廣泛發育的諸多沉積盆地蘊藏了儲量豐富的油氣資源, 并記錄了全球構造演化和古地理、古氣候環境變遷的重要信息。因此, 針對北極區域沉積盆地的地質構造特征開展研究, 兼具科學和能源方面的重要意義。然而, 受限于惡劣的地理環境和氣候條件, 北極地質-地球物理數據往往無法覆蓋全區, 再加上環北極國家的國力和各自北極戰略側重點的差異, 致使對北極沉積盆地的認識程度不均衡。巴倫支陸架、阿拉斯加北坡盆地及馬更些三角洲盆地等勘探程度較高, 地質-地球物理資料豐富, 而格陵蘭鄰區、拉普捷夫海區域及東西伯利亞海陸架區等區域的沉積盆地勘探程度較低, 現有地質-地球物理資料有限, 其深部結構、變形機制及演化過程的研究相對較弱。

針對北極沉積盆地地質特征存在上述認識程度不均衡的現狀, 一些學者通過構造重塑、古地理重建、區域長剖面對比、盆地綜合對比分析等研究方法, 試圖從區域角度推進對環北極沉積盆地的結構與構造演化的認識[1-5]。綜合現有研究成果表明, 北極區域構造演化歷史與波羅的、西伯利亞和勞倫三大古陸之間的匯聚和離散密切相關, 涉及加里東、海西、烏拉爾等造山作用, 及200 Ma以來的北冰洋-大西洋的裂谷作用和海底擴張過程, 此外, 現今西伯利亞東北部和北美西北部還長期受地體增生過程的影響(圖1)。

圖1 北極古構造重建簡圖(據參考文獻Golonka[4])

Fig.1. Simplified tectonic reconstruction of Arctic (modified from Golonka[4])

受區域構造復雜演化歷史影響, 北極沉積盆地演化過程大多疊合了多期次、多類型區域構造作用, 導致各類型沉積盆地演化歷程差異較大。此外, 同一類沉積盆地演化過程中受區域地質構造作用改造的程度也有差異。因此, 如能從繁多區域構造作用中梳理出對塑造北極沉積盆地類型起決定作用的構造要素, 將有益于加深北極區域構造對沉積盆地演化控制作用的理解。參考前人對北極全區重力、磁力資料的解譯和北極沉積盆地的劃分, 本文從限定主要沉積中心分布部位的構造屬性著手, 追溯盆地最初發育的主控構造事件(盆地后續演化極可能受此事件深刻影響); 并基于盆地發育部位的構造類型, 在綜述北極主要沉積盆地或沉積區域的構造演化序列的基礎上, 從宏觀區域視角歸納北極沉積盆地構造演化的主控因素。

1 北極現今基底構造格局

作為環北極編圖計劃(Circum-Arctic Mapping Project)的一部分, 北極圈重力異常圖和磁力異常圖已完成[6]。北極圈重力異常圖的網格分辨率為10 km×10 km, 其海區為空間重力異常, 而陸區為布格重力異常。空間重力異常數據主要包括各參與機構最近出版的網格數據和ArcGP空間重力異常網格, 使用IBCAOv2地形網格數據對陸區進行布格改正[7]。北極圈磁力異常圖的網格分辨率為2 km×2 km, 向上延拓高度為1 km, 其數據主要包括各參與機構最近出版的網格數據。該圖使用近地面磁資料作為磁異常數據的短波成分, 使用衛星磁異常作為磁異常數據的長波成分。

本文參考前人對以上數據進行的綜合解譯[8-9], 但只對地球物理場表征邊界清晰的主要屬性單元進行劃分, 力圖反映北極區域基底格局。總體來看, 北極全區重力、磁力異常以洋、陸殼的顯著差異為特征(圖2)。洋殼包括了北大西洋、格陵蘭海、歐亞海盆和美亞海盆, 這些區域具有明顯大洋磁異常條帶, 是海底擴張在不同磁極性期形成的相反磁化方向洋殼剩磁的反映。從挪威-格陵蘭海延伸至北極歐亞海盆的擴張脊和北冰洋洋盆邊界在自由空間重力異常圖上表現顯著線狀特征。相對而言, 陸殼區域的重力、磁力異常明顯反映了基底的非均質性, 從中識別了陸核、縫合帶及增生體三類基底分區。陸核包括了西伯利亞陸核、加拿大地盾、格陵蘭、西西伯利亞陸核、波羅的陸核, 這些區域具有高幅值磁異常, 且呈明顯高-低值相間的條帶狀特征, 指示這些區域的磁性層厚度較大, 大都代表了穩定克拉通的分布[9]。縫合帶主要分布于陸核之間, 這些區域的磁異常特征總體平緩(缺乏短波長高幅值異常), 指示了磁性層厚度中等至薄、埋藏較深的特征。增生體指北太平洋邊緣增生地體(圖3中-新生代造山帶以南), 主要構造要素包括北維爾霍揚斯克、布魯克斯褶皺帶以及北極阿拉斯加-楚科塔-弗蘭格爾地體和科雷馬歐姆龍復合超地體[10-11]。這些地區磁異常特征總體以中高幅值異常為主, 異常樣式變化較大。

圖2 北極磁力、重力異常綜合解釋圖(參考Gaina等[6,9]; Saltus等[8]). A-西伯利亞陸核; B-西西伯利亞; C-波羅的克拉通; D-北大西洋; E-格陵蘭; F-加拿大地盾; G-北太平洋邊緣增生帶; H-北極阿拉斯加-楚科塔-弗蘭格爾地體; I-美亞海盆; J-歐亞海盆; K-格陵蘭海

Fig.2. Interpretation of Arctic magnetic and gravity anomalies (modified from Gaina et al[6,9]; Saltus et al[8]). A-Siberian continent core; B-Western Siberian; C-Baltic Craton; D-North Atlantic; E-Greenland; F-Canada Shield; G-North Pacific accretionary terrane collage; H-Arctic Alaska-Chukotka-Wrangel Terrane; I-Amerasian Basin; J-Eurasian Basin; K-Greenland Sea

2 北極沉積盆地分布

基于對北極沉積蓋層厚度數據的調研和收集[12], 結合北極區域地質構造特征, 重新擬定了北極主要沉積盆地(33個)的分布和邊界(圖4a, 表1)。結果表明, 一些盆地的沉積蓋層厚度較大, 局部區域厚度甚至超過了10 km, 這些盆地包括: 西巴倫支陸架的西巴倫支海盆地, 東巴倫支陸架的東巴倫支盆地, 北喀拉陸架的北喀拉盆地, 南喀拉-亞馬爾陸架的西西伯利亞盆地, 西伯利亞克拉通葉塞尼-哈坦加盆地, 通古斯盆地, 勒拿-維柳伊盆地, 拉普捷夫陸架的拉普捷夫海裂谷盆地, 東西伯利亞-俄羅斯楚科奇北部陸架的維爾基茨基-北楚科奇盆地, 阿拉斯加北部陸架的阿拉斯加北坡盆地, 波弗特陸架-加拿大海盆的馬更些三角洲-北加拿大海域盆地, 加拿大北部陸架的林肯海盆地和斯維爾德魯普盆地, 以及格陵蘭西部的巴芬灣盆地。

圖3 北太平洋邊緣增生地體分布及北極區域構造簡圖. AA-北極阿拉斯加地體; CH-楚科塔地體(據Strauss 等[11])

Fig.3. Simplified tectonic map of Arctic and North Pacific accretionary terrane collage. AA-Arctic Alaska Terrane; CH-Chukotka Terrane (modified from Strauss et al[11])

通過將北極沉積盆地分布與基底構造屬性單元進行疊合, 可直觀反映北極沉積盆地所處構造部位(圖4b): (1)古陸核之間的縫合基底, 這些縫合基底涉及蒂曼、加里東、埃爾斯米爾及烏拉爾造山運動; (2)北太平洋邊緣增生地體群北部相關區域; (3)北大西洋、歐亞海盆及美亞海盆相鄰區域。下節歸納了其中典型盆地的區域構造序列事件。

圖4 北極沉積盆地劃分及與基底格架對應圖(圖中數字代表盆地序號, 盆地名稱見表1, 數據基于Grantz等[12]). a)北極蓋層厚度分布及沉積盆地劃分; b)北極沉積盆地與基底分布對應圖. A-西伯利亞陸核; B-西西伯利亞; C-波羅的克拉通; D-北大西洋; E-格陵蘭; F-加拿大地盾; G-北太平洋邊緣增生帶; H-北極阿拉斯加-楚科塔-弗蘭格爾地體; I-美亞海盆; J-歐亞海盆; K-格陵蘭海

Fig.4. Correspondence map of Arctic sedimentary basin division and basement configuration (Basin sequence numbers are shown in the map and basin names are shown in Table 1, based on Grantz et al[12]). a) Arctic cover thickness distribution and sedimentary basin division; b) Arctic sedimentary basin and basement distribution. A-Siberian continent core; B-Western Siberian; C-Baltic Craton; D-North Atlantic; E-Greenland; F-Canada Shield; G-North Pacific accretionary terrane collage; H-Arctic Alaska-Chukotka-Wrangel Terrane; I-Amerasian Basin; J-Eurasian Basin; K-Greenland Sea

3 北極沉積盆地演化

3.1 縫合基底相關沉積盆地(從老到新)

3.1.1 蒂曼基底上形成的盆地

蒂曼基底主要涉及東巴倫支盆地、蒂曼-伯朝拉盆地和北喀拉盆地(圖5)。東巴倫支盆地面積廣闊且具厚度達16—18 km的厚層沉積充填, 該盆地后蒂曼造山期演化經歷以下構造階段[13-16]: (1)中泥盆世至早石炭世, 伴隨有鎂鐵質巖漿作用的弧后裂谷階段; (2)晚石炭世和早二疊世熱沉降; (3)晚二疊世和早三疊世時期, 整個東巴倫支海槽快速沉降, 并聚集源于烏拉爾造山帶、北喀拉、泰米爾的大量硅質碎屑沉積物, 至早三疊世末期, 盆地可能完全被碎屑沉積物充填; (4)三疊紀末和侏羅紀初期, 新地島-派赫伊造山運動; (5)早白堊世, 北極地幔柱相關的巖漿事件導致大范圍溢流玄武巖噴發。

表1 北極沉積盆地(據Grantz等[12]修改)

蒂曼伯朝拉盆地后續經歷的主要構造事件[17-21](圖6)包括: (1)早奧陶世裂谷作用, 塑造了波羅的古陸古生代陸緣; (2)泥盆紀裂谷作用及相關鎂鐵質巖漿作用; (3)晚古生代與烏拉爾造山運動相關的構造反轉作用; (4)二疊紀-三疊紀過渡期鎂鐵質巖漿作用及相關隆升, 推測與西伯利亞超級地幔柱有關; (5)晚三疊世派赫伊-新地島造山運動相關的構造反轉。

北喀拉盆地后期經歷與中古生代埃爾斯米爾、晚古生代烏拉爾、早中生代新地島造山運動有關的多期構造反轉。最新的構造反轉發生于早白堊世, 可能與維爾霍揚斯克-楚科塔-布魯克造山作用導致的遠應力場有關[22-23]。

3.1.2 加里東基底上形成的盆地

后加里東期伸展作用大體塑造了西巴倫支陸架和東格陵蘭陸架的沉積盆地格局[24], 此基礎上的后續構造改造事件(圖6)包括: (1)泥盆紀末期至中石炭世, 造山帶垮塌伸展事件導致西巴倫支陸架發育北東向裂谷系統; (2)二疊紀至三疊紀, 西巴倫支陸架主要受熱沉降控制, 并廣泛堆積源自烏拉爾造山帶的硅質碎屑巖; (3)侏羅紀至早白堊世, 巴倫支陸架西緣發生復活拉張作用[13]。

圖5 巴倫支-喀拉海域主要構造要素分布圖(據Drachev[17]修改)

Fig.5. Structural elements of the greater Barents Sea (modified from Drachev[17])

圖6 北極陸架區域構造演化綜合圖(修改自Drachev[17])

Fig.6. Summary of the tectonic evolution of the Arctic shelf(modified from Drachev[17])

3.1.3 埃爾斯米爾基底上形成的盆地

加拿大北極群島的斯維爾德魯普盆地是后埃爾斯米爾期盆地建造的典型代表。斯維爾德魯普盆地演化過程[25-26](圖6)可大致歸納為: (1)中泥盆世埃爾斯米爾造山運動引發早期北美克拉通北部被動陸緣發生不同程度構造變質作用; (2)早石炭世至早二疊世后造山伸展作用; (3)早二疊世至晚白堊世裂后沉降階段, 推測與烏拉爾-新地島造山活動有關; (4)中生代末期至新生代Eurekan造山作用導致斯維爾德魯普盆地受擠壓變形。

3.1.4 烏拉爾基底上形成的盆地

發育于烏拉爾基底之上的西西伯利亞盆地, 分布在南喀拉-亞馬爾陸架-西西伯利亞地區。西西伯利亞盆地位于新地島褶皺帶以南, 東側為西伯利亞克拉通, 西側為烏拉爾造山帶, 可延伸至西伯利亞盆地之下, 構成盆地基底。西西伯利亞盆地基底塑造于波羅的克拉通、西伯利亞克拉通邊緣縫合事件, 因此其地殼強度相對周緣克拉通較弱, 進而限定了后期盆地發育的位置。西伯利亞盆地演化主要受到以下構造事件[27](圖6)控制: (1)晚石炭世-二疊紀, 波羅的古陸和西伯利亞古陸沿烏拉爾和泰米爾聚合帶碰撞; (2)二疊紀-三疊紀期間地幔柱相關巖漿事件和地殼伸展; (3)三疊紀-侏羅紀擠壓和造山作用; (4)早中生代造山帶于早侏羅世垮塌, 盆地基底發育地塹; (5)侏羅紀末至白堊紀初和始新世至漸新世期間的斷裂復活。

3.2 北太平洋邊緣地體增生相關沉積盆地

3.2.1 阿拉斯加北坡盆地

阿拉斯加北坡盆地位南界為布魯克斯山脈-赫拉爾德(Herald)穹隆造山帶, 北界為加拿大海盆被動陸緣。地震勘探和鉆井資料揭示, 阿拉斯加北坡盆地發育上古生界-中生界早期南傾被動大陸邊緣沉積序列和中生界晚期-新生界北傾前陸盆地沉積序列。阿拉斯加北坡盆地構造演化經歷四個明顯的變形階段: 前中泥盆世埃爾斯米爾造山階段, 晚泥盆世-中侏羅世被動邊緣階段, 中侏羅世-早白堊世裂谷階段以及晚期的布魯克斯造山和前陸階段。相應地, 阿拉斯加北坡盆地演化受到以下構造因素(圖6)控制: (1)前中泥盆世埃爾斯米爾造山運動, 影響中泥盆世及更老變質巖, 構成阿拉斯加北坡盆地的基底; (2)晚古生代至早中生代被動大陸邊緣環境下的伸展作用; (3)中-晚侏羅世和早白堊世的裂谷作用, 阿拉斯加北坡盆地受斷層控制發生差異沉降; (4)早白堊世-第四紀布魯克斯造山運動導致阿拉斯加北坡盆地南部擠壓抬升、北部沉降, 完成由裂谷盆地向前陸盆地的轉換。

3.2.2 南楚科奇盆地

南楚科奇盆地從弗蘭格爾島向東南延伸至阿拉斯加西部科策布灣(Kotzebue Sound), 展布超過1 000 km。盆地北側為扭壓性的弗蘭格爾-赫拉爾德基底穹窿, 南部沉積物超覆至晚中生代變形基底之上。多道地震數據揭示南楚科奇盆地具明顯非對稱特征, 其南翼下伏低幅度基底隆起, 北翼限定于與弗蘭格爾-赫拉爾德穹窿相交的高陡破碎帶。

南楚科奇盆地受以下區域構造因素[28](圖6)控制:(1)與白堊紀和古新世造山塌陷有關的初始裂谷作用; (2)始新世至早漸新世北美板塊和歐亞板塊之間右旋相對運動導致的扭張構造背景下的沉降; (3)漸新世-中新世西北-東南向板塊會聚驅動的擠壓反轉, 導致弗蘭格爾-赫拉德穹窿扭壓變形, 并使中生代布魯克-楚科塔褶皺帶前緣復活。

3.3 洋盆開啟相關沉積盆地

3.3.1 馬更些三角洲盆地

馬更些三角洲盆地位于北極波弗特海陸架, 盆地東部以愛斯基摩湖(Eskimo Lakes)張性斷裂帶為界, 西南部以布魯克斯山脈為界, 北部延伸至陸架邊緣, 以坡折帶與加拿大盆地分界。馬更些三角洲盆地是在侏羅紀裂谷基礎上發育形成的被動大陸邊緣盆地, 沉積厚度超過16 km。

馬更些三角洲盆地基底包括元古界-石炭系變質巖, 主要沉積蓋層包括侏羅紀裂谷作用以及之后沉積的地層。馬更些三角洲盆地沉積蓋層可劃分為五個構造層組合, 分別對應裂谷、洋盆張開、擠壓、前陸和被動沉降構造發展階段。控制馬更些三角洲盆地的主要構造因素[29]包括: (1)侏羅紀至早白堊世, 區域裂谷作用下發育正斷層和半地塹、地塹構造; (2)北極阿拉斯加微板塊相對于北美克拉通逆時針旋轉, 導致加拿大海盆海底擴張; (3)晚白堊世布魯克斯造山為盆地供給粗碎屑沉積物; (4)上新世至今, 馬更些三角洲盆地處于被動陸緣離散環境。

3.3.2 巴芬灣盆地

巴芬灣盆地是北大西洋西北部在巴芬島和格陵蘭島之間的延伸部分, 位于巴芬島、埃爾斯米爾島和格陵蘭島之間, 中央為巴芬灣深盆, 周圍是加拿大和格陵蘭陸架。巴芬灣盆地作為晚中生代-早新生代拉布拉多海伸展擴張過程的產物, 邊緣陸架為陸殼或減薄陸殼基底, 發育大量與盆地軸線近似平行的伸展斷層。巴芬灣盆地中央發育菱形洋殼基底, 且洋盆擴張軸和轉換斷層與盆地長軸斜交, 顯示剪切拉分的特征。

巴芬灣盆地沉積物厚達8—10 km, 最老沉積地層的年代為早白堊世, 兩期裂谷事件控制了其形成演化[30-31]: (1)早白堊世裂谷作用(140—130 Ma)導致盆地內發育一系列狹長的地壘和地塹構造, 地塹內堆積了源自西南格陵蘭和拉布拉多陸緣的碎屑沉積物, 此后, 盆地中央形成洋殼, 盆地進入漂移階段并發生區域性沉降; (2)晚白堊世至古新世裂谷作用, 推測與拉布拉多海海底擴張有關。海底擴張引發了大規模火山活動, 在68°N以北形成了火山巖分布區。盆地巴芬島一側, 馬斯特里赫特期和古新世早期以碎屑沉積為主, 表現為明顯的裂谷層序特征。古近紀期間, 巴芬灣碎屑物輸入量達到最大。

3.3.3 拉普捷夫海裂谷盆地

拉普捷夫陸架裂谷盆地形成于晚白堊紀至今歐亞和北美板塊間的離散背景[32-33]。拉普捷夫陸架裂谷盆地由數個裂谷及晚中生代基底高地組成(圖7), 其中烏斯特勒納(Ust’s Lena)裂谷約13—15 km, 最深可達18 km, 基底高地的地層厚度小于2 km。地層厚度特征及裂谷構造復雜性向東明顯降低, 推測裂谷向東遷移。基于裂谷始于晚白堊世的假設, 推測控制拉普捷夫海裂谷盆地演化的主要構造因素(圖6)包括: (1)約90—80 Ma拉普捷夫陸架的初始伸展階段, 形成了拉普捷夫陸架裂谷系統的主要構造單元; (2)約70—60 Ma超拉伸(減薄)階段開始, 主要集中于烏斯特勒納裂谷和安尼森(Anisin)裂谷和新西伯利亞裂谷的最東端; (3)約60—55 Ma烏斯特勒納裂谷北部可能發生地幔剝露, 沿巴倫支-喀拉陸緣發生大陸裂解; (4)約55—20 Ma拉普捷夫陸架裂谷系統拉張作用明顯減弱或停止; (5)約20—15 Ma歐亞板塊與北美板塊離散背景導致的近期拉張。

圖7 拉普捷夫海裂谷盆地構造剖面(修改自Drachev[17])

Fig.7. Structural profile of the Laptev Rift Basin (modified from Drachev[17])

4 基底演化對沉積盆地的控制作用

北極基底構造演化主要反映波羅的、西伯利亞和勞倫三大古陸之間的匯聚和離散作用, 并控制了北極沉積盆地的形成演化。大陸匯聚過程中俯沖碰撞相關區域往往伴隨前陸、弧前、弧間和弧后等盆地類型的發育, 后造山期區域構造體制及熱狀態改變往往導致伸展作用, 從而形成疊覆于原造山之上的塌陷盆地, 大陸裂解易于形成與裂谷作用及被動陸緣發展相關的盆地, 此外, 后擴張期擠壓導致的構造反轉也在盆地演化過程中起到重要的作用。綜合北極不同區域發育的典型盆地演化中的區域構造事件表明, 北極沉積盆地演化主要受后古陸匯聚板緣碰撞期伸展垮塌、地體增生前陸收縮和洋盆擴張三類區域構造作用控制。

1. 后造山伸展垮塌

北極陸緣下伏固結陸殼形成于新元古代至顯生宙時期勞倫、波羅的、西伯利亞古陸和一些較小的微大陸及島弧碎片的碰撞拼合。期間, 勞倫、波羅的和西伯利亞古陸自赤道以南向北漂移, 志留紀-泥盆紀加里東造山運動將勞倫和波羅的古陸縫合, 晚志留至早石炭紀勞倫古陸北部地體碰撞導致埃爾斯米爾造山, 二疊紀西伯利亞和哈薩克斯坦與波羅的古陸碰撞, 聚合形成聯合古陸的組成部分, 過程中發育了一系列延伸到現今北極陸架的褶皺帶, 隨后經歷伸展垮塌過程而發育諸多大型沉積盆地。這些沉積盆地后期演化受重塑力有限的一次或多次構造反轉作用影響, 使盆地性質大致得以延續。

2. 地體增生前陸收縮

北太平洋邊緣地體增生集合體由廣布于現今西伯利亞東北部和北美西北部的一系列增生地體及其間交織的沉積、巖漿巖系組成。這些地體于侏羅紀和白堊紀早期增生, 是南阿紐伊(Anyui)洋和奧伊米亞康(Oimyakon)洋兩個洋盆關閉的結果。約130—125 Ma, 洋盆閉合后的造山作用在歐亞和北美大陸之間建造了陸橋。北太平洋邊緣地體增生使得阿拉斯加北坡盆地和南楚科奇盆地作為前陸盆地持續演化。

3. 洋盆擴張

聯合古陸裂離背景下, 北極板內或板緣離散作用包括: 中晚侏羅世加拿大海盆的開啟、早白堊世巴芬灣、晚白堊世至今歐亞和北美板塊間離散導致的北大西洋-歐亞海盆開啟。拉普捷夫陸架裂谷盆地發育數個裂谷及晚中生代基底高地組成, 馬更些三角洲、巴芬灣等覆蓋于北冰洋洋盆邊緣并向洋盆進積的楔狀沉積盆地, 該類盆地發育于伸展構造應力背景之下, 其演化主要受裂谷至洋盆擴張的控制。

5 結論

1. 北極不同區域重力、磁力場特征存在顯著差異, 可識別出洋殼、陸核、縫合帶及增生體等基底分區。陸核包括了西伯利亞陸核、加拿大地盾、格陵蘭、西西伯利亞陸核、波羅的陸核, 洋殼包括了北大西洋、格陵蘭海、歐亞海盆和美亞海盆, 增生體指北太平洋邊緣增生地體。

2. 根據北極沉積盆地所處構造部位, 結合區域構造演化歷史, 北極沉積盆地可劃分三類: (1)建造于古陸核之間的縫合基底之上的沉積盆地, 此類沉積盆地演化的構造應力背景通常經歷了從擠壓到伸展的轉換, 個別盆地演化過程甚至發生多次構造反轉作用, 但對盆地的重塑力有限, 使盆地性質大致得以延續; (2)分布于北太平洋邊緣增生地體群相關區域的沉積盆地, 這些盆地的演化主要受構造收縮作用的影響; (3)北大西洋、歐亞海盆及美亞海盆相鄰區域發育的盆地, 該類盆地主要經歷與北極洋盆擴張相關的裂谷作用。

3. 北極沉積盆地演化過程主要受控于三大區域構造作用: (1)陸塊匯聚板緣碰撞及后期垮塌伸展作用, 該構造作用深刻塑造蒂曼、加里東、埃爾斯米爾、烏拉爾基底上覆盆地性質, 后期構造作用對疊加改造程度有限; (2)地體增生前陸收縮作用, 使北太平洋邊緣增生地體鄰區盆地性質完全轉變為前陸盆地; (3)板內或板緣離散, 該構造作用是對北冰洋洋盆擴張的響應, 以后期較強的伸展作用深刻改造前期盆地格局。

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TECTONIC CONTROL ON THE EVOLUTION OF ARCTIC SEDIMENTARY BASINS

Wang Zhe1,2, Li Xuejie1,2, Wang Jun1,2, Yang Chupeng1,2, Yao Yongjian1,2, Ju Dong1,2

(1Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China;2Key Laboratory of Marine Mineral Resources, MNR, Guangzhou 510760, China)

The evolution of sedimentary basins in the Arctic is controlled by complex tectonic processes over geological time. Using gravity and magnetic data from the Circum-Arctic Mapping Project, the tectonic framework of the Arctic basement was identified and overlapped with the distribution of sedimentary basins. Three types of regional tectonic factors that play a dominant role in the evolution of Arctic sedimentary basins were selected: (1) post-orogenic extensional collapse; (2) terrane accretion and foreland contraction; (3) rifting and opening of ocean basins. The tectonic events after these three types of regional tectonism have limited abilities to reshape basins; therefore, the characteristics of the basins basically remained constant. From the Neoproterozoic to the Phanerozoic, the Laurentia, Baltic and Siberia paleocontinents collided one after another to form the Tieman, Caledonian, Ellesmere and Ural orogenic belts. During the post-collision period, they extended and collapsed to form the base of large sedimentary basins in the Barents, Kara, Canadian Arctic seas and other regions. The Cenozoic evolution of the North Pacific margin terrane in northeastern Siberia and northwestern North America led to the development of foreland basins in the north. The rifting and opening of the Amerasia Basin and the North Atlantic-Eurasian Basin controlled the evolution of the Mackenzie Delta, Baffin Bay and the Laptev Rift Basin.

Arctic, sedimentary basins, regional tectonics, basement, orogeny

2019年6月收到來稿, 2019年10月收到修改稿

中國地質調查局科研項目(DD20190577, DD20190368, DD20190366)資助

王哲, 男, 1984年生。博士, 主要從事構造地質學和海洋地質學研究。E-mail: zhepub@163.com

楊楚鵬, E-mail: gmgs_yang@foxmail.com

10. 13679/j.jdyj.20190031