文|地淵質
編輯|地淵質
1. 引言
在沉積盆地中，地層柱是解讀其地質曆史的關鍵名額；但往往地層柱可能并不明确地推斷出盆地在其存在期間所經曆的構造和地層控制。
這是因為在埋藏過程中發生的壓實效應；每個岩石單元的内部結構會随着時間發生改變。是以，對壓實沉積地層柱進行解壓縮（恢複地層單元的原始厚度）對于了解和模組化沉積系統在沉積過程中的沉積以及在整個沉積曆史中揭示盆地的内部結構至關重要。
恢複後的厚度在了解盆地的沉降以及重建其地質時間内的演化背景方面具有重要作用。位于印度東北部區域褶皺與逆沖帶周圍的地區包括一個東北-西南向的盆地，被稱為阿薩姆盆地。
它類似于前陸構造，因其下雅魯藏布江（Kopili）斷層的右旋滑移運動在下阿薩姆盆地引起了相當大的關注，以及上阿薩姆盆地的油氣潛力。
先前描述過阿薩姆盆地前陸盆地構造背景和沉積環境的研究主要依賴于磁性、重力、2D/3D反射地震和露頭研究。這些研究在了解控制盆地構型的地下結構體系方面存在局限性。然而，通過數量分析來闡明盆地的沉降曆史仍然缺乏詳細記錄。
盡管許多石油天然氣勘探公司，如印度石油天然氣公司（ONGC）和印度石油公司（Oil India Limited），已經在上阿薩姆盆地進行了勘探，但由于專有問題，結果尚未公開。
本案例研究是在上阿薩姆前陸盆地的天然實驗室中進行的試點研究，利用印度國家總指揮（DGH）最近擷取的鑽孔資料，以闡明盆地在其生命周期内經曆的構造控制。
通過對研究區内十口鑽孔進行退層分析計算，以進行構造沉降分析，研究旨在（a）解讀盆地的沉降曆史；（b）探讨構造和沉降如何控制盆地的演化過程；以及（c）建構一個演化模型，以闡明整個新生代時期上阿薩姆前陸盆地的生長和演化過程。
2. 上阿薩姆前陸盆地的地質背景
- 2.1. 盆地的地質動力學架構
上阿薩姆盆地是一個複合的前陸盆地，位于東北喜馬拉雅山腳和阿薩姆-阿拉幹逆沖帶之間。在構造上，該盆地位于喜馬拉雅前沖斷裂（Himalayan Frontal Thrust，HFT）和納加逆沖帶（Naga Thrust，NT）之間的區域三角區。
盆地的構造配置受到了北部的喜馬拉雅造山運動、東部的Mishmi逆沖斷裂以及南部的阿薩姆-阿拉幹山脈的構造互相作用的強烈影響。
它的特點是一個向北部的喜馬拉雅山麓和南部的納加山脈輕微傾斜的不對稱坡度。盆地的東北側被Mishmi逆沖斷裂終止，并在西南部部分受到Shillong高原地殼隆起的幹擾。
印度闆塊與歐亞闆塊的彙聚以及與緬甸闆塊的碰撞導緻了盆地中央基底的強烈彎曲和構造變形，形成了幾個高地和低窪地區。
基底結構和上覆沉積覆寫物似乎屬于平台型，呈現出被NE-SW或ENE-WSW走向的斷層剖面所切割的輕度延伸褶皺。由于長期地質時期内的持續彙聚和碰撞，這些沉積物經曆了強烈的隆起、褶皺和斷層運動。
- 2.2. 盆地的岩性地層架構
盆地的前寒武紀基底由結晶變質岩組成，包括片麻岩和花崗岩。基底之上是古新世、新新世和第四紀的沉積，包括Langpar、Lakadong/Therria、Prang、Narpuh和Kopili組（古新世至始新世）、Barail組（漸新世）、Tipam和Girujan組（中新世）、Namsang組（中上新世）、Dhekiajuli組（上新世）以及沖積層覆寫（更新世至現在）。
這些沉積物形成在各種淺海、三角洲和河流環境中，包括石灰岩、頁岩-砂岩、煤-頁岩互動變化、厚重砂岩、雜色和多色粘土、夾層砂岩以及厚厚的沖積層。
在目前時期，由于被巨大的褶皺和逆沖帶所環繞，該盆地從北、南和東三個方向接收沉積物。
3. 資料與方法
研究區域涵蓋了上阿薩姆前陸盆地架上的一個面積，長80公裡，寬40公裡，并包括了研究區域内十口鑽孔（DBR-1、NMD-1、BP-5、BP-6、BP-8、BP-15、SC-1、SC-4、NK-496和NK-511）的地層詳細資訊。
這些鑽孔穿透了盆地的第三系和第四系沉積柱，包括基底。通過使用這些十口鑽孔的地層細節進行了沉降分析。
由于目前的沉積柱并不能直接揭示過去地質時期堆積的沉積物量，是以使用了由解壓縮技術。每個沉積層的原始厚度是通過假設孔隙度與深度之間存在指數關系來恢複的，根據這種關系，孔隙度随深度呈指數遞減。
古水深度資訊可以通過不同的沉積标志物來确定，主要包括底栖微化石、植物和動物群集、沉積相和獨特的地球化學特征。
古水深度的确定通常基于從鑽孔資料和上阿薩姆架的地震層序研究中編制的沉積體系和古生物學研究，第三紀和第四紀地層被解壓縮和背向剝離。
為古始新世地層配置設定了0-100米的古水深；漸新世地層為0-10米；中新世地層為0-80米；上中新世地層為0-5米。海平面變化對背向剝離有較小的影響。
短期海平面波動的記錄會引入對沉降模型的不确定性。是以，在考慮這一點的前提下，本研究未考慮計算現研究中的沉降模型時的海平面變化。
每個地質層的岩性組成主要來自每個鑽孔的完井報告（WCR）和測井資料以及已發表的文獻，研究區内的每口鑽孔都生成了構造性沉降曲線。通過不同的等高線圖，它們被可視化，以便了解在不同的地質時期内盆地的構造控制和演化過程。
4. 結果與解釋
- 4.1. 盆地結構與地下地層
上阿薩姆前陸盆地具有一個前寒武紀基底，其幾何形态受到多個背斜和斷陷的構造控制。從研究區域的區域地質剖面可以明顯看出這一點，研究區域内基底的深度在3780米到4430米之間變化。
在研究區域的東部，基底更加厚重，而在中部和西部地區較薄。基底上覆寫有第三紀和第四紀的沉積物。通過DBR-1、NMD-1和SC-1這幾口鑽孔的剖面，可以清楚地看出研究區域内第三紀和第四紀沉積物在地下岩性上由西向東呈現出變化。
這些沉積物在東部部分似乎較厚，在中新世期間，伴随着構造斷層的活動，沉積物的負荷在局部/區域範圍内創造了堆積空間。
沉降伴随着中新世構造斷裂活動，形成了多個拉攏斷層結構，這些結構成為了在盆地内堆積新生代沉積物的适當盆地。
- 4.2. 沉降分析
研究區域西南部（DBR-1和NMD-1鑽孔）的構造性沉降在古新世時期保持緩慢，介于28.9米到219.5米之間。從漸新世到中新世再到上新世-更新世，沉降逐漸增加，呈階梯狀增加。
在研究區域中部（BP-5、6、8和15鑽孔），古新世時期的沉降保持緩慢。相反，從漸新世到中新世，沉降逐漸增加，并從上新世到現在經曆了階梯狀的增加。
在中新世時期，中部地區的沉降仍然顯著。在研究區域的東北部（SC-1、4和NK-496、511鑽孔）中，沉降在古新世、新新世和第四紀期間呈現出類似的趨勢，研究區域在漸新世、中新世和上新世-更新世時期的構造性沉降保持顯著。
沉降曲線展示了一個初始階段的緩慢沉降，在此階段中，沉降速率保持較低（即在古新世時期）。此後，這些曲線逐漸增加，呈現凹向上的趨勢。晚中新世到上新世-更新世期間沉降的進一步增加表明沉降仍然在加速。
在古新世（66-56百萬年前）期間，構造性沉降在15.0米到130.0米之間變化，記錄顯示東北部最大，而中部和西南部最小。
始新世時期觀察到沉降逐漸增加，早始新世（56-47百萬年前）的構造性沉降在110.0米到260.0米之間變化；中始新世（47-42百萬年前和42-38百萬年前）在160.0米到400.0米之間變化；晚始新世（38-33百萬年前）的沉降在480.0米到750.0米之間變化。
整個始新世期間，沉降在研究區域的東北部最大，中部和西南部最小。漸新世期間，沉降穩步增加，範圍在820.0米到1240.0米之間。
中新世期間沉降持續顯著，在早中新世的構造性沉降在1020.0米到1420.0米之間變化；在中中新世期間，在1100.0米到1900.0米之間變化；在晚中新世的沉降在1100.0米到1950.0米之間變化。
在中新世期間，相對于研究區域的中部和西南部，東北部繼續經曆較大的沉降。上新世-更新世期間（5.2-0.012百萬年前），出現了加速的沉降，而且這種沉降保持穩定。在這個時期，沉降在1770.0米到2000.0米之間變化，研究區域的西南部沉降程度超過了中部和東北部。
5. 讨論
- 5.1. 上阿薩姆前陸盆地的沉降曆史
喜馬拉雅造山帶與北部、米什米逆沖斷層東部以及阿薩姆-阿拉幹山脈南部之間的構造互相作用在不同的地質時期影響了盆地的結構設定，構造性沉降的開始記錄在約66-56百萬年前。
在約66-56百萬年前和約56-33百萬年前期間，沉降速率相對較低（平均為5.16-13.52 m/Ma）。它在漸新世（約33-23百萬年前）和中新世（約23-5.3百萬年前）時期逐漸加速。
在此階段，由于印度闆塊在緬甸闆塊下的俯沖，盆地向南和東南傾斜。是以，沉積物從北向南和東北向東南流動。這導緻了盆地沉降速率的明顯變化。
在上新世-更新世期間，盆地在上新世-更新世期間逐漸向北和東北方向傾斜，并且在此後的時間裡，南部、東部和北部被封閉。
在上新世-更新世期間，由于盆地向西南地區不斷供應沉積物，以填補儲層空間，沉降保持加速狀态。此外，來自這三個方向的擠壓力和闆塊的相對運動在整個新生代時期構造性地控制了盆地的結構配置。
從研究的鑽孔獲得的沉降曲線顯示，在盆地内，古新世時期的沉降保持緩慢，而從漸新世到中新世再到上新世-更新世時期，沉降逐漸加速。這些曲線具有凹向上（或凹向下）的趨勢，反映出上阿薩姆盆地的前陸結構。
這些輪廓描繪了随着構造負荷向前陸遷移以及盆地的彎曲彎曲形狀，沉降逐漸加速的情況。由于構造負荷的遷移和持續的沉積作用，随着時間的推移，阿薩姆盆地擴大并形成了前陸結構。
在近端部分，盆地由于這種增加的構造負荷而立即下降，可遠離中央部分的往往反應較遲。而從構造性沉降曲線的分析中，觀察到構造性沉降的最大幅度約為2公裡，這在全球範圍内的前陸盆地的最大限制範圍内。
盆地的沉降曆史在漸新世、中新世和上新世-更新世時期保持豐富。漸新世期間的構造性沉降保持加速，平均約為548-983米，标準誤差為39米。
這個時期伴随着嚴重的構造運動，包括印緬闆塊的俯沖和盆地的南傾。中新世時期保持顯著，因為河流沉積物廣泛沉積。這些沉積物在喜馬拉雅前緣東部的海侵環境中沉積。
中新世沉積物的沉積容納空間主要是由于構造負荷和沉降而建立的。是以，中新世時期的構造性沉降繼續保持顯著，平均約為983-1437米，标準誤差為63米。
沉降在上新世-更新世時期繼續進行，平均約為1437-1841米，标準誤差為55米。在這個階段，盆地向北傾斜，并在南部發生構造運動，推覆片發生了構造性運動。是以，由于這種構造活動，許多變形結構形成，并逐漸成為沉積物的陷藏區。
在漸新世到中新世再到上新世-更新世時期，構造性沉降的速率也繼續顯著。漸新世的平均速率約為70-30 m/Ma，标準誤差為4 m/Ma；中新世的平均速率約為30-10 m/Ma，标準誤差為6 m/Ma；上新世-更新世時期的平均速率約為10-70 m/Ma，标準誤差為10 m/Ma。
地質參數對構造性沉降的重建影響顯著，其中包括沉積物壓實、岩性以及古水深的變化。然而，對構造性沉降的影響中，海平面的升降起到了較小的作用，岩性細節通常發揮主導作用，因為在沉積過程中覆寫地層的厚度增加時，沉積物的孔隙度會降低。
在這項研究中，每個地質層次的厚度及其岩性細節是根據研究鑽孔的地層記錄和不同的已發表文獻考慮的。對每個研究鑽孔産生的構造性沉降曲線進行了古海底深度校正。
以鑽孔DBR-1為例展示了校正前後的構造性沉降差異，避免這種校正會在上新世-更新世時期産生一個約為111.0米的古海底深度誤差範圍。對于盆地内的沉積物充填和構造運動，這個時期是最重要的。
經過校正的構造性沉降呈現出真實的圖形表示，進而叙述了盆地在地質時間内經曆的構造變化階段，采用這種校正方法可以提高分析沉積盆地沉降曆史的準确性。
上阿薩姆前陸盆地的演化受到古老和更新的斷層系統的構造互相作用的控制，并在不同的時間内受到沉積過程的地層調節，概念圖突出顯示了上阿薩姆前陸盆地的演化階段。
盆地演化的早期階段受到了塊體斷層活動的控制，将地下分成不同的區塊。奧陶紀期間的印度-緬甸闆塊互相作用激活了盆地内斷層的構造運動。
在這個時期，一個回歸環境持續存在，盆地經曆了幾次構造隆升。随後，中新世和後中新世沉積的沉積速度很快。盆地内的大部分地區都處于河流沉積環境之下。從晚中新世到早上新世，海洋向南和西南撤退。
在上新世到更新世期間，盆地被厚厚的沖積物覆寫。現今，該盆地是阿薩姆東南傾斜的陸架的一部分，被巨大的褶皺-逆沖斷層帶環繞。最近的盆地模拟研究與鑽孔和多項地球科學資料相結合，更新了上阿薩姆前陸盆地的區域地質模型，包括其演化曆史。
這些研究進一步表明，在奧陶紀到上新世時期，盆地經曆了向南傾斜，然後在上新世到更新世時期經曆了向北傾斜。
由于這種構造活動，以及盆地周圍褶皺-逆沖斷層帶的存在，現在從三個方向（北、南和東）接收到沉積物輸入。盆地的構造傾斜、來自邊界褶皺-逆沖斷層帶的沉積物負載以及地質時間内的盆地沉降，共同影響了上阿薩姆前陸盆地的構造配置。
6.結論
基于對研究區内鑽孔的地下地層詳細分析，證明了上阿薩姆前陸盆地在地質時期内經曆了強烈的下沉作用，上阿薩姆前陸盆地的構造下沉分為四個不同階段。
在古新世時期，盆地經曆了緩慢的下沉。在漸新世期間逐漸增加，并在中新世時期達到了較快的速度，在中新世後沉積（上新世-更新世期間），盆地内的構造下沉保持加速狀态。
從研究的鑽孔中獲得的下沉曲線呈凸向上的形态，表明随着時間的推移，盆地逐漸形成了前陸配置，現在是一個由相對逆沖褶皺-逆沖斷層帶所包圍的東南傾斜陸架。在奧陶紀-中新世期間，構造下沉持續顯著。
在奧陶紀期間，平均下降到約548-983 m，标準誤差為39 m；在中新世期間，平均下沉到約983-1437 m，标準誤差為63 m。
整個上新世-更新世期間，平均下沉到約1437-1841 m，标準誤差為55 m，整個盆地在其演化過程中經曆了約2 km的構造下沉，平均下沉速率約為30 m/Ma。
參考文獻
- 德· 巴伯，D.F. 斯托克利，B.K. 羅德島州霍頓 科什瑙，伊朗西部阿拉伯-歐亞碰撞期間紮格羅斯造山帶的新生代發掘和前陸盆地演化，構造學， 37 （12） （2018）， pp. 4396-4420
- G.C. 邦德，馬薩諸塞州 科明茨，加拿大南部落基山脈早古生代微斜層構造沉降曲線的建構：對沉降機制、破裂年齡和地殼變薄的影響，地質學報， 95 （2） （1984）， pp. 155-173
- S. 博爾戈海因，J. 達斯，又名 薩拉夫· 辛格，S.S. 巴拉爾，印度上阿薩姆河谷地形和河流形态動力學的結構控制，喬丁。學報， 29 （1） （2017）， pp. 62-69