地壳波状运动

波状运动是板内地壳运动的一种主要形式，它控制了沉积的发育和各凹陷的生成，沉降中心有规律的转移，以及含油富集地区的分布。波动过程是地应力、质点运动及质点状态在时空上有规律的扩散；扩散过程可以是线性波动过程，也可以是非线性波动过程；许多地质现象是诸多非线性波动过程相互叠加干涉的结果，从重复的多种多样地质现象中去揭示那些相对简单的有周期的地质现象的本质，就是波动地质学的主要任务。

地壳波状运动学说的提出

1983年，中国张一伟教授和原苏联в.и.施比伊曼教授相互独立地发表了自己的论文，提出关于地壳波状运动的学术思想。张一伟教授发表在《石油学报》上的文章题为“山东西部箕状凹陷形成的探讨－初论地壳波状运动”，文章基于B.B.别洛乌索夫、R.W.范贝梅伦和张伯声的地壳波动学说，并结合板块构造学说新理论，首次提出了地壳波状运动的学术思想，认为波状运动是板内地壳运动的一种主要形式，它控制了沉积的发育和各凹陷的生成，沉降中心有规律的转移，以及含油富集地区的分布，并将该思想运用于研究盆地的形成、油气的分布。文章根据几种严格周期过程的叠加（干涉）产生不严格的周期现象的认识，解释了山东西部箕状凹陷的形成。

20世纪80年代后期以来，以张一伟教授为代表的科研团队对多个中国含油气盆地进行了波动分析研究工作，形成了沉积盆地波动分析的定量化方法，进行了沉积盆地波动机理的探索，所取得的波动分析结果在帮助理解沉积盆地形成演化和指导油气勘探都具有重要意义。

1994年，张一伟教授与俄罗斯学者в.и.施比伊曼教授等合作，以对黄骅凹陷波动分析结果为基础，再次在《石油学报》上发表文章“波动地质学在黄骅坳陷演化分析中的应用——再论地壳波状运动”，对地壳波状运动思想做了进一步的阐明，指出：波动过程是地应力、质点运动及质点状态在时空上有规律的扩散；扩散过程可以是线性波动过程，也可以是非线性波动过程；许多地质现象是诸多非线性波动过程相互叠加干涉的结果，从重复的多种多样地质现象中去揭示那些相对简单的有周期的地质现象的本质，就是波动地质学的主要任务。文章提出了地壳波状运动的定量化分析方法，即后来所谓的“地质滤波方法”。

基于多年对沉积盆地波动过程分析的积累，1997年，张一伟教授又在《地学前缘》上发表文章“中国含油气盆地波状运动特征研究”，对多年来波动研究结果进行了总结，分析了控制中国沉积盆地演化的主要周期过程，并初步提出从大地球系统观出发，对地壳波状运动机理进行探索。

以上三篇文章一脉相承，充分反映了张一伟教授地壳波状运动学术观点的形成历程，即从现象的分析入手提出地壳波状运动的思想，结合盆地分析和油气勘探实践，发展提出了盆地定量化分析方法，最后，对地壳波状运动的机理进行了解释，至此，应该说地壳波状运动思想已形成了一套比较系统的、完善的理论体系。

地壳波状运动思想的本质及意义

张一伟教授地壳波状运动思想的本质是波状运动是板内运动的基本形式，沉积盆地是多种周期波动过程叠加干涉的结果，波动过程控制着盆地中隆起和坳陷的变迁，进而控制着生储盖层的分布，控制着油气的分布。将其应用于盆地分析之中则表现为：根据盆地沉积充填和地质构造，利用地质的、数学的和物理的方法，分析控制盆地演化的不同周期的波动过程，分析这些波动过程的地质原因，从而研究沉积特征、埋藏过程、隆坳变迁、成藏旋回等，探讨地壳运动性质、成盆成藏过程和机理，为油气勘探服务。研究的内容包括沉积盆地形成条件的基础地质分析、盆地沉积充填的接触关系和盆地沉积充填的精细地质年代分析、波动过程分析、油气成藏和分布规律分析，其目标是根据盆地沉积充填，分离出控制盆地演化的简谐波动过程及其在空间上的变化。

张一伟教授地壳波状运动思想的意义表现在理论和应用两个层面。在理论层面上的，自20世纪60年代以来，板块构造学说逐渐成为了大地构造的主流学说，它能很好的解决板块边缘的变形问题，但很少触及板内变形问题，更不用说解决盆地的找油问题。而20世纪30年代提出并在一直发展着的地壳波动假说在某些方面补充了板块构造学说的不足。而在地壳波动和板块构造理论基础之上发展起来的地壳波状运动学说创造性的将地壳波动运用到盆地分析之中，对理解板内变形和沉积盆地的形成演化具有重大的理论意义。在应用层面上，沉积盆地波动分析定量化方法的提出，解决了盆地分析上的一个重大难题，即不整合形成过程和剥蚀量问题。众所周知，一个不整合面表现为曾发生过地层的缺失，“缺”代表没有沉积，“失”代表曾发生过沉积，但后来被剥蚀掉了。传统的分析方法只能给出不整合剥蚀量，但不能告诉我们不整合的形成过程，即何时曾发生过沉积、沉积了多少，何时又发生过剥蚀、剥蚀掉了多少。正是由于解决了这个问题，才使得不整合精细分析、烃源岩演化分析和隆（起）坳（陷）迁移分析更精确，这对生储盖分布分析、油气分布分析具有重要意义。

地壳波状运动的表现及机理

地壳的波状运动主要表现在地壳运动的周期性、沉积上的“旋回性”和“韵律性”、古生物集群演化和地震活动的“周期性”，以及构造分布的“等距性”和迁移性等方面。在构造运动的周期性上，自地球形成至今的46亿年中，大约每十亿年发生一次较大的突变，每个十亿年的周期之间具有较大的共性。而在每个十亿年的演化阶段内，地壳运动又明显表现出两亿年左右的周期性。当然，这些构造旋回可以进一步划分成构造幕和再次级构造旋回，这些次级、再次级的旋回均具有同级旋回大致等时性的特点。生物集群的演化存在着周期性，显生宇以来，重大的古生物灭绝周期有两个，一个是30Ma左右，另一个是80-90Ma。我国一些盆地反映的主要周期有220±Ma，100-120±Ma，65±Ma，30±Ma和10±Ma，其中30±Ma的周期波动过程控制着隆坳的变迁，控制着盆地的沉积—剥蚀过程。地质构造在空间上的近等距性，是地壳波浪运动在地表留下的最好标记，大到地球上的几个明显的环球构造活动带，小到盆地隆坳带、褶皱带上的背斜向斜相间排列等都表现出近等距性的特点，而前陆盆地区的变形则明显表现出波的特点，如库车前陆区。南阳、泌阳坳陷已发现的几个油气藏，也具有明显地近等间距性的特点，间距约10公里左右，油藏受构造影响，这也从另一个侧面说明了构造的等距性。沉降中心有规律地迁移、不整合面的等时性等也都是地壳波状运动的表现。

关于地壳波状运动的原因，既应该考虑天文因素，也应该考虑地内因素。天文学研究证明，太阳系以大约250km/s的速度围绕银心转动，转动一周的时间为280-300Ma亿年，称为一个银河年。这种长周期的变化与地球系统的许多重大变异有对应关系，其中包括银河年与地球大冰期、银河年与海平面变化、银河年与古地磁倒转、银河年与地球脉动（即构造运动的脉动）等。同时，太阳系围绕银心旋转的同时，会经过不同级别的旋臂，这些时刻与地球上重大构造变动和冰期具有一定的对应关系。太阳系在围绕银心旋转的同时，也穿越银道面上下运动。距今6亿年以来，太阳在银道面上、下往返运动的轨迹，以及地质年代上各个地质纪所处的时段。其中三叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪的分界时间分别为距今1.95、1.37和0.67亿年前，而太阳由北向南穿越银道面的时间分别为1.97、1.35和0.64亿年前，两个系列的时间符合得很好。地壳波状运动的地内因素包括与地球自转速度变化有关的周期力作用、岩石圈板块的周期性碰撞和应力的波状传递、负荷作用引起的应力波状传递、地幔的周期性对流、重力分异作用引起的密度波等，例如引起岩石圈板块重大变化的地幔对流周期为65Ma左右。另外，米兰科维奇旋回对盆地沉积的周期性可能有重要影响。

地壳波状运动分析方法及分析结果应用

盆地波动分析方法主要包括地质学方法、盆地模拟法和“地质滤波法”。地质学分析方法主要包括不整合分析、沉积沉降分析和构造分析等，其中不整合分析是关键，它既是隆坳变迁的记录，也是层序地层分析的基础。盆地波动的“地质滤波法”是在综合利用野外、岩芯、录井、测井、地震等资料，在开展地层古生物、不整合及沉积环境研究的基础上，根据盆地沉积充填，借助数学方法和手段，找到能够代表该区沉积—剥蚀过程的波动曲线，建立波动方程，具体步骤包括建立岩性-深度（厚度）剖面、建立年代地层格架、建立沉积速率——地质年代柱状图、滤波法建立波动方程、波动方程的拟合检验和波动曲线分析及应用。

沉积盆地波动过程分析，基于盆地内部保存的沉积和构造，能够为我们提供如下信息：1）控制盆地演化的周期，控制盆地沉积——剥蚀的主波动过程；2）对盆地沉积过程给出精细的刻画，帮助解释盆地演化过程、预测目标层段；3）帮助分析不整合面的“缺失”过程，计算曾经发生的沉积和剥蚀掉的沉积量，对原型盆地范围分析和油气生成过程的分析具有重要意义；4）帮助分析隆坳变迁及相关沉积特征，研究生油层、储集层的分布；5）帮助分析构造形成的动力条件、动力来源，预测构造迁移和发展，对油气圈闭的分析研究有意义；6）帮助层序地层学分析；7）从“天、地、生”地球系统的角度，综合揭示盆地的形成机理，为地壳运动特征的研究提供信息。

地壳波状运动思想的发展远景

波动是物质运动的基本形式之一，大到天体，小到细胞内的物质，无不包含着波动现象。沉积盆地作为地壳的一部分，包含着丰富的地球动力学信息，也是油气赋存的主要场所。地壳波状运动学说已基本形成了完整的理论体系，在盆地形成演化、油气分布分析等都取得了很好的效果。有理由认为，随着地球系统科学的发展和理论基础的巩固和方法的不断完善，盆地波动过程分析会得到更好的发展，在解决大陆动力学和成盆机制分析以及指导油气勘探上都会发挥越来越大的作用，其发展具有广阔的前景。21世纪地球科学强调大地球系统观、强调地球各圈层的耦合作用，而这种耦合作用应该表现为波动耦合。

地壳波状运动思想将来的发展还应注意以下问题：1）盆地形成演化是构造作用、海平面变化、气候变化、剥蚀速率等多个因素耦合作用的结果。基于沉积充填分离出的不同周期的波动过程如何与天文过程、地内过程等对应，是探索波动机理的关键。2）在波动分析方法上，应注意将不整合分析与地质滤波方法结合起来，与层序地层学分析结合。如何通过地质滤波方法找到更精确的反映盆地波动过程的波动方程，也是值得注意的。3）注意时间上的波动过程与空间上的波动过程结合起来，即将旋回与构造迁移结合起来。4）注意区分不同层次的波动过程，如盖层层次的、上地壳层次的、地壳层次的和岩石圈层次的等，如Airy均衡约束下的陆-洋尺度的、盆-山尺度的和挠曲均衡约束下的隆-坳、背斜-向斜尺度的。

张一伟教授生前最大愿望之一是将其多年的地壳波状运动研究成果系统整理作为专著出版，但恩师以其严谨的治学态度认为有些地方尚不圆满或不满意，需进一步完善，最终没有实现该想法，这不能不说是一个遗憾。希望恩师的学子们，不懈努力，继承恩师的遗志，发展并完善地壳波状运动学说。