盆地与造山的耦合关系研究的几个问题

盆地与造山的耦合关系研究的几个问题

20世纪90年代初，对山盆地带的影响研究开始于。人们在长期的地质实践中发现,单纯地研究造山带或研究盆地,不能获得对山脉或盆地的完整认识,从而逐步提出了盆山关系研究的新思路。将盆地放在区域大地构造格架中进行造山带变形与盆地演化关系研究,或称为“耦合关系”研究是完整认识盆地形成机制的突破口。人们在多年的研究中愈来愈注意到盆地和造山带作为大陆岩石圈表面发育的两个基本构造单元,在空间上相互依存,在物质上相互转换,盆地形成受到盆缘山脉构造作用控制,盆地沉降与山脉隆升具有耦合关系,盆地沉积记录了盆缘山脉构造作用过程,盆山关系研究逐步成为当前大陆动力学研究的热点和前沿领域。造山带动力学与盆地动力学也成为大陆动力学研究的基本内容。2002年9月22日至23日美国国家基金委地学部大地构造分部在美国Colorado州Denver市召开的构造研讨会上明确提出了未来10年科学研究的新方向,并确立了4个研究主题,其中的第三个主题是“大地构造、气候和地表过程的动态相互作用”1。而盆山关系与该研究主题具有密切联系,显示了其前沿性。盆山关系研究在当今地质学研究中仍保持着重要地位,具有重要的理论和实际意义。盆山关系研究在我国进行较早,也被广大地质工作者所接受,并应用于地质实践中,获得了大量的理论和实际资料。笔者总结多年来的研究成果,并参阅国内外学者的研究经验,认识到盆山关系主要是指盆山系统之间转换、迁移、叠加和改造、沉降沉积与隆升剥露关系以及它们之间的相互指示和相互作用过程与动力学,关于盆山关系研究的基本思路、内容和方法取得了如下认识。1造山带演化阶段盆山系统的几何配置关系既是盆山关系研究的基础,也是盆山关系研究的主要目标之一。这里强调的盆山几何配置关系研究具有两个方面的含意,即现今盆山格局和不同阶段盆山格局的恢复。现今盆山格局相对直观,易于研究。但是,历史阶段中的盆山结构恢复是盆山研究的重要环节,在山脉中采用构造地质学的方法确定构造演化阶段,恢复不同阶段的变形样式和展布;在现今盆地区或经恢复的、现已卷入不同阶段变形的古盆地区以不整合为界面恢复不同阶段的盆地原型;在此基础上,分析山脉变形与盆地原型在不同阶段的几何配置关系。这种用动态的观念历史地研究不同阶段的盆山结构的几何关系,可以再造盆山系统之间的转换、迁移、叠加和改造过程,同时,有利于揭示盆山之间的成因关系和动力机制。多年来的研究实践证明,盆地演化与盆缘山脉构造事件具有较好的对应关系,因此盆地原型恢复及其与构造变形带的时空关系是揭示大地构造演化的有效手段。P.A.Allen和J.R.Allen(1990)将盆地划分为挠曲类盆地、伸展类盆地和走滑类盆地,将盆地形成与构造作用相联系,既阐明了盆地的构造性质又揭示了盆地的形成机制。这三种盆地类型的发育与造山带不同演化阶段往往具有密切的对应关系和成因关系。随着大洋板块俯冲消失、进入陆陆碰撞阶段,碰撞造山带地壳加厚,在逆冲负载作用下,在俯冲板块的被动大陆边缘之上、造山带前缘形成前陆盆地;随着基底卷入,造山带不断加厚并向前陆推进,形成前陆褶皱逆冲带,造山带表面隆升和剥蚀、前陆盆地在逆冲负载下的沉降与盆地沉积之间可能最终达到一种理想的平衡状态。随着向造山带注入的物质量减少,或造山带表面剥蚀速率增加,造山带将进入破坏阶段。由于造山带负荷量减少,受岩石圈均衡调整作用发生回跳,前陆盆地将发生隆升剥蚀直至消亡。在后造山阶段,由于造山带和盆地广泛地发生剥蚀卸载,造山带塌陷,形成裂谷盆地。由于碰撞造山作用在造山带延伸方向的不均衡,造山带内部不同块体间将发生走滑、挤出,从而形成拉分盆地。造山带这种自挤压逆冲叠置增厚至伸展塌陷及与之伴生的前陆盆地和裂谷盆地形成的过程是盆山系统演化的概念模型,实际情况可能更加复杂多变。大别山与超高压变质地块折返相联系的造山演化过程受国际瞩目,人们通过岩石学、同位素年代地球化学和构造地质学的研究提出了各种碰撞造山模式。近年来,作者从不同的角度,通过构造地质学与沉积学研究相结合,山脉构造变形与山脉边缘和内部发育的盆地演化研究相结合,发现大别山及邻区山盆演化经历了如下主要阶段:(1)晚三叠世挤压逆冲造山和南缘发育前陆盆地。盆地沉积地层厚度向北加厚,沉积物粒径向北加粗,在北缘主要发育辫状河冲积平原沉积体系。大别山超高压变质岩在此期间(226～219Ma)受挤出作用初始快速折返。该阶段构造作用可能表现为造山带持续挤压和地壳加厚。(2)侏罗纪至早白垩世山脉南北边缘逆冲,分别控制了北缘和南缘的合肥前陆盆地和中扬子前陆盆地发育。北缘合肥盆地发育巨厚(达6km)的侏罗系粗碎屑沉积。晚侏罗世末期至早白垩世逆冲作用向北迁移,在周口地区发育局部性前渊沉积。南缘中扬子前陆盆地仅发育中下侏罗统,主要为河流及三角洲碎屑岩,地层厚度约1km。晚侏罗世前陆盆地卷入变形,形成前陆逆冲带。大别山核部自侏罗纪开始发育穹隆构造,并于晚侏罗世至早白垩世沿核部北缘伸展裂陷。大别山超高压变质岩分别在早中侏罗世(180～170Ma)和早白垩世(130～110Ma)经历了与伸展拆离和核部穹隆作用有关的快速隆升。(3)晚白垩世之后山脉逐步塌陷,山脉内部及边缘逆冲带之上均叠加发育裂谷盆地(图1)。这种盆山几何结构反映了大别山双侧在中生代经历了长时期挤压逆冲(T-K1)与核部较早(J)的伸展、以至局部裂陷(J3-K1)、全面塌陷,挤压作用不断减弱、伸展作用不断增强,挤压、伸展并存的这种特异的构造现象。虽然挤压与伸展自侏罗纪至早白垩世在时间上重叠,但是造山带经历了从全区挤压和地壳加厚向伸展和裂谷盆地形成的渐变过程。整个大别山中准同期的挤压与伸展作用或许反映了受华北和扬子板块间长时间(>100Ma)挤压、增厚和增厚山脉核部地壳重力扩展的动力作用过程。总之,不同时期的盆山几何配置关系研究是盆山关系研究的主要方面之一,也是进行其他关系研究的基础。盆山几何配置关系研究的时间尺度与大地构造演化阶段相配,每一个阶段应处于相同的构造背景,空间尺度与研究范围相配,可以是一个造山带、一个克拉通地块和一个构造域。对原型盆地研究既注意每一盆地力学机制,也应注意不同原型盆地及其与构造变形带的空间分布,从而一方面揭示不同类型盆地的形成机制,另一方面将盆地作为一个地球动力学参数探索板块构造和大地构造演化和格局。2晚三叠世至晚侏罗世盆地中层序地层单元像建造块一样共同构成了盆地层序地层格架。盆地中层序地层构成的几何样式和发育规律受海平面(或相对沉积基准面)变化和盆地构造活动、气候、沉积物供给及物源等多种因素控制。盆地层序地层单元主要受构造或盆地沉降速率、海平面升降速率和沉积物供给速率控制。对一个由不整合界面分隔的原型盆地的全部沉积充填,即一个构造层序或盆地相进行不同级别的层序地层单元的划分,充分认识原型盆地内部充填格架样式,可精细确定盆地低级别幕式构造沉降事件和盆缘逆冲、裂陷或板内应力作用事件。现已证明,前陆盆地充填层序变化反映了盆缘逆冲事件,裂谷盆地沉降事件与层序发育相一致,克拉通内盆地由沉积层序揭示的盆地沉降事件与板缘构造作用事件具有很好的耦合关系,并且一个块体内不同克拉通内盆地演化具有同时性,反映了它们受统一的远程构造事件影响。不同阶段盆地沉积古地理恢复、沉积体系的平面分布重建是揭示盆缘山脉构造变形带扩展和迁移规律的有效方法,同时在沉积古地理恢复时,古流方向准确而精细的测定对确定盆缘山脉构造活动部位也具有重要意义。秦岭-大别山南缘分隔秦岭-大别微板块与扬子板块的勉略洋盆于中三叠世关闭,并逐步发生陆陆碰撞。对发育于扬子北缘晚三叠世至早白垩世前陆盆地进行层序地层单元划分,并恢复不同构造层序的沉积古地理,可精细揭示块体间碰撞过程。研究表明,中三叠世晚期,在扬子北缘西段的迭部-松潘地区发育复理石前渊沉积带,并沿其走向向东消失,它可能是东秦岭-大别山南缘后期向南逆冲叠覆的产物。晚三叠世,在扬子北缘东段的桐柏-大别山南缘首先发育陆相前陆盆地冲积体系沉积,而西侧在川西地区仍保持海相沉积。盆地沉积格局反映了该时期南北块体在东段大别山南缘发生初始碰撞。早中侏罗世,沿秦岭-大别山南缘前陆褶皱逆冲带前缘最终形成统一的贯穿东西的前陆盆地带,以厚度巨大的辫状河三角洲沉积为主,物源主体来自北侧逆冲带,反映了扬子板块相对华北板块作顺时针旋转后,发生正向碰撞,并最终实现焊接。晚侏罗世和早白垩世,前陆盆地带不断向西迁移,盆地沉降中心先后分别迁移至秭归地区和万源以西地区,主要以冲积沉积为主。这种沉积格局的迁移显然反映了秦岭-大别山南缘前陆褶皱逆冲带向南逆冲,南侧的江南褶皱逆冲带向北西扩展,两者在东段的交会复合陆内变形区不断向西迁移的过程。盆地边缘的构造性质往往控制了盆地沉积体系类型。鄂尔多斯盆地西缘晚三叠世至晚侏罗世盆地演化可划分为三个阶段:晚三叠世,鄂尔多斯盆地西南缘受秦岭-祁连逆冲作用控制,发育了陡坡三角洲沉积体系,而西北缘的贺兰山地区受阿拉善地块东缘裂陷作用控制,发育扇三角洲体系;早中侏罗世,盆地西缘为统一的转折边缘(hingedmargin),发育冲积及湖三角洲体系;晚侏罗世,贺兰山褶皱逆冲变形,盆地西缘形成统一逆冲带,控制冲积扇及冲积体系。在前陆逆冲带中研究与不同逆冲断层相伴生的粗碎屑沉积体系与逆冲断层的关系可精确确定不同逆冲断层的活动时间,从而确定不同逆冲断层的逆冲事件对不同沉积单元的依次控制关系。美国中西部晚白垩世怀俄明盆地为弧后前陆盆地,西部边缘盆地沉积受到西侧Sevier逆冲带逆冲事件控制。随着逆冲带不断向东前展逆冲,盆地边缘沉积不断卷入逆冲变形。逆冲带控制晚白垩世沉积的断层主要有Willard-Meade,Crawford,EarlyAbsaroka逆冲断层(图2)。通过对与不同逆冲断层相邻的砾岩的沉积学、与逆冲断层构造关系及砾石成分与逆冲岩块剥露岩性关系等分析,准确确定了逆冲活动与沉积砾岩的对应关系(图3)。Meade-Laketown活动控制了Frontier组边缘砾岩(盆地相1)、Crawford活动控制了Henefer、EchoCanyon和WeberCanyon砾岩,对应的盆地沉积主体为Hilliard泥岩(盆地相2)、EarlyAbsaroka活动控制了LittleMuddyCreek砾岩的沉积,对应的盆地沉积主要为Blair组和RockSprings组(盆地相3)。三条断层的活动时间可依次确定为97.2～90.4Ma、90.4～83.9Ma、83.9～78.5Ma。大约于70～74Ma逆冲带之上普遍沉积了HamsFork砾岩,它与下伏砾岩或逆冲带地层之间为不整合关系。盆地东部远离逆冲带区沉积了厚度相对较小的Ericson组下部河流与滨岸沉积(盆地相4)。因此,怀俄明盆地西缘与三条逆冲断层相对应的沉积单元(盆地相1、2、3)与盆缘三次逆冲事件有关。EarlyAbsaroka断层之后,逆冲活动停止,逆冲带均衡回跳,遭受剥蚀,并在后期大面积覆盖新的砾岩层。盆地内部Ericson组下部沉积体正是逆冲带静止期,均衡回跳的沉积响应。Heller等(1988)通过将挠曲模型应用于陆相前陆盆地揭示了在盆地演化中存在两种不同盆地充填地层样式。在逆冲负载时期,盆地快速沉降,粗碎屑紧邻逆冲前缘分布,并且粒度向盆地方向迅速变细;若受侵蚀或其他构造作用影响,逆冲负荷卸载,逆冲带及其邻近的前陆盆地弹性回跳,在这种造山调整期,在前陆盆地近端形成区域性不整合,从逆冲带和盆地近端剥蚀的沉积物在前陆盆地远端沉积。前陆盆地两种沉积相模式表明在盆地近端和远端的向上变粗的层序具有相反构造意义,近端层序反映逆冲前展,远端层序反映逆冲停止。如上述的美国中西部怀俄明盆地RockSprings组和Ericson组沉积及其之间的不整合是这两种相模式的典型代表。这种从盆地沉积相模式判断前陆逆冲活动的实例较多,并具有重要意义。因此,与造山带相邻或发育于造山带之中的盆地的充填序列除受气候等影响外,主要受造山活动控制,以不整合界面分隔的盆地相及其内部沉积旋回反映不同级别的构造事件,盆地边缘沉积体系与控制性断裂活动有关,盆地演化与造山过程具有密切耦合关系。许多非对称性裂谷活动决定了横向水系切过控制性正断层下盘进入盆地中心,并形成粗碎屑沉积体系。一些学者认为粗碎屑进积是盆地边缘构造微弱活动的沉积响应,而细粒的湖相或浅海沉积形成于高沉降速率时期。他们认为沉积供给一定,进积的形成取决于慢速沉降时期可容性空间的减少。一般来说,前陆盆地充填序列在演化过程中主要为进积式,在初期由于快速挠曲形成海相沉积,后期沉积速率超过沉降速率出现陆相沉积。但是由于响应负载的挠曲变化、盆地下部地壳性质差异、盆地类型(周缘或弧后)不同和在前陆盆地之下大陆裂陷边缘年龄等影响盆地不同的沉积带具有不同的沉积方式。3岩屑岩性相和岩屑岩组合相盆地沉积物是连接盆地与造山带的“纽带”,盆地沉积物示踪是盆山关系研究的关键。通过盆地沉积物源分析,可有效地恢复蚀源区构造面貌、岩石组成、基底和盖层剥露过程、沉积物流向,示踪山盆系统间的物质交换过程。早在20世纪70年代,人们已经注意到砂岩矿物成分与板块构造背景的关系。砂岩碎屑成分模式是由板块构造控制的源区类型的函数。根据砂岩中石英、多晶石英、长石(钾长石、斜长石)和各种岩屑含量进行三角投影,可以了解物源区构造背景。Heller和Ryberg(1983)根据Oregon海岸山脉南部始新统砂岩成分的系统变化,并将不同的岩屑和矿物成分组合类型划分为岩屑岩石组合相(lithicpetrofacies)、长石砂岩岩石组合相(arkosicpetrofacies)和火山岩岩石组合相(volcanolithicpetrofacies),从而提出了板块增生和陆壳旋转模式。Liu等(2003)将沉积岩中单种岩屑或砾石成份类型称为岩屑岩性相(lithicpetrofacies),将不同岩屑或砾石的组合称为岩石组合相(lithofacies),它反映了一定源区各种地层类型。通过对合肥盆地侏罗系岩屑和砾石统计,确定了多种岩屑岩性相,并根据其组合规律将金寨县柳树店-钉钯冲侏罗系剖面划分为7个岩石组合相类型,从而揭示了源区不同地层的剥露过程。Hendrix等(1996)和Hendrix(2000)通过采用沉积岩矿物、岩屑成分分析方法,成功地示踪了蒙古国南部NoyonUul复向斜及天山北部准格尔盆地南缘的构造作用细节过程。由于盆地沉积物源的多样性、复杂性、不同物源区贡献的差异性以及受碎屑物在搬运过程中的分异作用影响,仅单纯利用沉积物碎屑组分、副(重)矿物组合,研究岩屑分散型式、分析源区性质和特征等是不够的。近年来国内外学者将岩石学、同位素地球化学及同位素年代学方法应用于盆地沉积物研究中,示踪造山过程,定量揭示源区山脉物质组成和剥蚀量。从沉积岩中分选出足量的锆石进行单颗粒锆石U-Pb同位素年龄测定,获取盆地中关键层位沉积岩中锆石U-Pb年龄谱,了解不同盆地在不同时期物源岩石类型和变化。Bruguier等(1997)对我国松潘-甘孜复理石盆地沉积岩中的锆石颗粒进行U-Pb年龄测定。其中两块采于不同地区的中三叠统砂岩样品获得了一致年龄,说明其具有相同的物源,物源区年龄主要为中元古界(1.8～2.0Ga),其次为新元古界(约2.5～2.6Ga)。该样品还获得了大约420和450Ma的一致性年龄。其物源主要为盆地北部的华北板块。另一块上三叠统样品中的锆石获得了大约为230Ma的年龄,该年龄与沉积岩的形成年龄几乎一致,说明同沉积期具有强烈的地质活动,还获得了大约760Ma年龄,其物源可能为扬子克拉通。这种中上三叠统砂岩U-Pb年龄谱的差异反映了松潘地区构造演化和物源区隆升过程。盆地沉积物同位素组成分析是示踪沉积物物源的另一个有效的方法。Henry等(1997)通过对阿尔卑斯山前磨拉石沉积物的Sm-Nd同位素组成及其他岩石化学系统分析,揭示了沉积剖面[Nd]、147Sm/144Nd、ε(Nd)、tDM等数据在剖面上的变化,盆地沉积和物源变化旋回;结合源区岩石类型分析,确定可能的源区岩石端员及其Nd同位素组成,了解盆地不同层位的源区岩石端员组成和变化,计算不同层位中每一源区岩石端员对该层位的相对贡献和源区剥蚀量,进而揭示沉积物物源与源区岩石剥露过程的内在联系。Clift等(2002)通过对西喜马拉雅印度河水系中现代碎屑钾长石的Pb同位素和Nd同位素分析,成功地揭示了不同分支河流的物源以及源区地壳的非均一性。以上介绍的U-Pb年龄谱及同位素组成分析方法与盆地古流方向、盆地沉积学、盆缘构造地质学及山脉中岩石学等相结合,可有效地恢复不同时期源区山脉的原始构造面貌、山盆结构,示踪现已消失的断片、岩片或地块,进而为揭示造山过程及其与盆地演化关系提供理论依据和实际资料。4造山带隆升和剥蚀作用盆地沉降与山脉隆升是盆山之间的又一重要的构造耦合行为。造山带演化具有阶段性,具有发生、发展和消亡的演化过程。一般将陆陆碰撞造山过程划分为同碰撞(晚碰撞)和后碰撞阶段,与不同造山演化阶段相对应,将发生不同性质的山脉隆升和盆地沉降行为。造山带一般区分为挤压逆冲增厚隆升、均衡调整隆升,与造山带相伴生的盆地沉降可区分为负荷沉降、均衡沉降、区域性沉降和裂陷沉降。山盆系统的升降历程具有耦合关系。造山带隆升过程与速率主要通过岩石学或同位素年代学研究获得。根据山脉中变质岩矿物结晶温度和年代可以定量分析山脉隆升过程,同时也可根据山脉中不同高度岩石中磷灰石裂变径迹分析定量反演山体隆升,关于该方面的研究已有大量的成果。近年来,人们通过盆地沉积物中具不同封闭年龄的矿物同位素年龄测试结果,用盆地沉积岩年龄对该矿物剥露于地表的时限进行限制,定量恢复山脉开始隆升时限和隆升速率。Najman等(1997)通过对印度北部,喜马拉雅构造带前缘前陆盆地沉积地层Dagshai和其上的Kasauli组中单颗白云母进行40Ar/39Ar定年,获得了近于一致的22～28Ma年龄谱,这说明作为沉积物源区的喜马拉雅造山带28Ma之后才开始发生隆升和剥露作用。刘少峰等(2001)通过对合肥盆地金寨县三尖铺组和凤凰台组沉积剖面中花岗岩砾石岩石化学和同位素年代学分析证明,作为合肥盆地主要物源区的大别山或北淮阳地区原始存在同碰撞造山后的花岗岩。砾石样品锆石U-Pb不一致性下交点年龄为214Ma左右、白云母40Ar/39Ar年龄为196Ma左右、钾长石K-Ar年龄为181Ma左右。前者可能为花岗岩的成岩年龄,后两者为样品中白云母和钾长石的同位素封闭年龄。取166Ma为沉积岩剥露于地表的最小年龄,由此计算出岩体自214Ma形成后,晚三叠世至中侏罗世初期经历了早期缓慢隆升和后期快速隆升,隆升速率分别为0.08和0.4～0.3km/Ma。这些结果与用其他方法对大别山超高压变质岩带、北淮阳逆冲带隆升过程的研究结果基本一致。由于在造山带隆升的同时,地表在不断地发生剥蚀作用,关于造山带在演化过程中山体形态恢复较为困难,但可以借助于构造平衡剖面恢复及与盆地边缘沉积砾岩反映出的源区同沉积期可能存在的岩石类型分析相结合进行估计。盆地区由于具有沉积岩记录,通过去压实校正、古水深校正和海平面变化校正可定量恢复盆地总沉降量。盆地沉降包括盆地沉积物自身的负荷沉降和构造沉降。构造沉降计算通常采用局部性的均衡回剥法,它具有计算简单、资料需求较少的特点。由于均衡回剥法是进行单个钻孔或实测剖面的一维均衡回剥,并未考虑剖面周围地层挠曲刚度影响,它适合于一些断层较发育的裂谷盆地,但是应用于面积较大的前陆盆地不如二维或三维挠曲回剥准确。挠曲回剥计算出沉积负荷沉降是沉积地层剖面作用于具一定刚度的连续板块之上的挠曲沉降,从总沉降中减去该部分沉降可得出构造沉降。造山带在陆陆同碰撞阶段,在加厚的逆冲负荷作用下,造山带边缘前陆盆地挠曲沉降。在晚造山阶段,随着挤压逆冲作用减弱,造山带核部裂陷。关于前陆盆地沉降与不断隆升的逆冲带负荷之间的关系和裂谷盆地沉降与地壳伸展作用的关系及其模拟计算已有许多研究成果。长期以来,大部分学者认为,前陆盆地沉降是逆冲负荷沉降和盆地自身的沉积负荷沉降,然而,弧后前陆盆地中可能叠加了由于洋壳俯冲作用产生的动力沉降。美国中西部怀俄明前陆盆地位于Sevier逆冲带前缘,已有许多学者对白垩纪前陆盆地进行了沉降研究,仅部分学者注意到该盆地可能存在动力沉降,但未作具体研究。一些地球物理学家从板块俯冲动力学角度也曾设计了不同的动力模型模拟美国西部动力沉降,但是他们自己也认为模拟出的沉降量是粗略的、不准确。笔者通过精细的测井曲线对比,过怀俄明州南部构建了WesternInteriorSeaway盆地的上白垩统沉积剖面,并标定了年代界面;同时对与沉积剖面相接的Sevier逆冲带剖面的变形、缩短和侵蚀进行了分期恢复,并建立了逆冲事件与盆地沉积之间的对应关系(图2和图3);在此基础上对盆地进行了纯逆冲负载沉降、逆冲和沉积负载沉降及动力沉降量模拟计算,在盆地中分离出了动力沉降。在73.4Ma,盆地累积动力沉降量平均达926m,自怀俄明州东部边界至Sevier逆冲带前缘动力沉降量由约800m增加至约1.8km(图4)。计算出的动力沉降幅度、沉降时间和波长为改进和限制长期以来悬而未决的地幔流动动力模型提供了理论基础和实际资料,同时也为大面积恢复地质历史时期地壳在洋壳俯冲作用下的大幅度倾斜量提供了有效方法。另外,模拟结果也进一步证实了晚白垩世Sevier逆冲带三次逆冲加厚事件及其之后的逆冲作用停止时的均衡回跳事件与盆地沉降充填及沿不整合界面隆升剥蚀的关系。5地表过程研究构造与地表过程的相互作用是复杂的,并且与各种机制反馈交织在一起,地表作用除受气候影响外,可能主要受地质构造作用控制。地质历史时期盆山系统之间的地表过程细节研究较为困难,但是第三纪以来发生的山脉地表侵蚀和盆地沉积及其反映的构造和气候控制关系研究是可行的。特别是随着高新技术的发展,数字高程模型(DEM)、新型高空间分辨率遥感数据和数字地质资料出现,借助GPS和GIS技术、低温热年代学和宇宙成因放射性核素测年技术,定量研究地表过程已成为当前地学的一个新的前沿领域。地表过程研究在国外已有较多的研究成果,总结盆山系统之间的地表过程研究主要包括地表现今形态的定量分析、剥蚀与沉积间的耦合分析、地表(山脉)侵蚀沟谷分布样式与剥蚀量、地质历史时期(新构造活动期)形成的地表侵蚀面、和沉积顶面的现今展布及对山盆系统构造作用的指示、地表地形与沉积物的低温热年代学和宇宙放射性核素测年、新构造隆升时期和速率等。美国西部Rocky山脉新构造活动强烈,是进行地表过程研究的典型地区。沿垂直于Rocky山脉的剖面获取现代DEM剖面,并将剖面两侧宽度为100km范围内的具有最大厚度第三纪以来的沉积地层顶面最高高程投影至剖面上,可清楚地再现盆地原始沉积面与后期经侵蚀后形成现代地形差。Rocky山脉东缘沉积地层顶面投影与现代地形面平行或重叠,然而沉积顶面的坡度远大于地层同沉积坡度,这说明盆地沉积顶面在沉积后发生了构造掀斜。盆地充填面的三维形态可以借助GIS软件进行恢复。盆地沉积地层的分布可以通过数字地质资料获得。选取的地层应为沉积岩层和火山岩,其年龄应最新、未变形和位于最高高程处。盆地沉积面的高程由DEM资料获得,并采用平面内插法构建最终的沉积包络顶面。它代表了被后期改造的一定沉积时期的沉积顶面,沉积顶面年龄为盆地由沉积转入隆升、侵蚀的时间,沉积顶面与现代DEM的差值代表了盆地区自沉积之后的侵蚀量。沉积顶面隆升的动力成因反映了盆地卷入变形的驱动机制。同样,用GIS软件,根据现代DEM资料可提取山脉中低起伏地形面,这些地形面一般为反映构造隆升的各种侵蚀面。如侵蚀面年龄已知,侵蚀面与参考面,如海平面的关系清楚,可