盆山耦合几何模型及汇源错配问题纠正

上篇博文介绍了我在大地构造领域的重要论文：

吕洪波，冯雪东，王俊，朱晓青，董晓朋，张海春，李莎，郑大燃，张琦. 2025. 盆山耦合的关键问题及其在狼山与两侧白垩纪盆地研究中的应用。地质论评，2025.12.20 网络首发。网络连接：https://www.geojournals.cn/georev/georev/article/abstract/20257106051

博文链接如下：

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39040&do=blog&id=1515543 

今天开始进一步解说我们的论文:

一、盆山耦合概念简介

盆山耦合（basin-range coupling）就是对盆地和相关造山带活动事件的配对，以探讨二者之间的时空对应关系。

 盆山耦合是20世纪90年代末中国地质学家提出的概念，后来延伸出很多不同的说法。盆山耦合使用的就是地质学中最基本的原理，从地壳运动的视角探讨沉积作用和山脉隆起之间的相互关系及演化规律。然而，实际工作中经常因失耦（mismatch）而导致错时错位，降低了沉积盆地和造山带演化研究的水平。

二、盆山耦合的要点

根据前人的研究，笔者归纳出盆山耦合的要点如下：

（1）时间吻合：同期存在。盆地和造山带必须同时存在，否则就失去了耦合的时间基础。

（2）空间统一：相邻相关。盆地和造山带不仅位置相邻，而且必须在成因上相互联系。

（3）物质关联：输入输出。盆地接受沉积物，而沉积物必然来自造山带的侵蚀作用。从造山带（侵蚀区）到沉积盆地（堆积区）是典型的输出输入关系。

（4）次序颠倒：削高填低。沉积盆地的堆积次序（从老到新）由下而上，这是地层层序律的基本原则，而造山带必然同步遭受剥蚀而由高变低。盆地的逐渐沉积变厚与造山带的侵蚀变矮是对应关系：造山带削高充填了盆地，但沉积层堆积的次序与造山带削平的次序正好相反。

三、盆山耦合的几何模型剖面示意图

在研究沉积盆地和造山带关系过程中我们很容易犯这样的错误：

 用沉积岩露头圈定盆地范围，用周围古老岩层露头限定蚀源区！

然而，这是逻辑错误！在盆山耦合研究中一定要避免这样的思维方式！

为了弄清盆山耦合的基本原理，笔者尝试建立造山带和相关盆地构造演化剖面模式，利用几何图形展示造山带侵蚀和盆地沉积的对应关系。为此，我绘制了两张剖面示意图1：第一张（a）表示过去某个时段（假定早白垩世某个瞬间）的状况，第二张（b）则表示现今的状态。

简单剖析图示的两个片段：早白垩世某个阶段（图1a）是有待研究的历史，而现在（图1b）是今天看到的结果。图中造山带和盆地符合文中所归纳的四个特征，从早白垩世开始，造山带隆起遭受侵蚀而盆地区沉降并接受沉积（图1a）：造山带自上而下依次剥蚀1、2、3、4层，盆地则自下而上相继沉积1、2、3、4层。

此时地表剖面形态由图1（a）中的蓝线代表。显然，继续下去造山带5—7层的变质岩和7层的部分三叠纪花岗岩都会先后被侵蚀掉，而相邻的沉积盆地区则继续向上堆积5—7层沉积层（图1a）。然而，假设在早白垩世某阶段造山带侵蚀完第6层而同期右侧的沉积盆地也堆积完第6层之后，该区大地构造格局发生了根本变化：右侧的沉积盆地不再沉降，而是受到挤压而随着造山带掀斜、褶皱且抬升，靠近造山带的早期沉积层露出地表而成为造山带的一部分，因而同样遭受侵蚀，直到发展成现今的状态（图1b）：

造山带正在侵蚀第8层的花岗岩（图1b之左边），而右边的沉积盆地1—6层（早白垩世沉积层）被不同程度地侵蚀，在第6层上部局部不整合覆盖着全新世沉积层（8）。那么，本来造山带剥蚀的一大部分（图1b之7）应该沉积在盆地区的层（6）之上，但后来全部侵蚀掉了，以至于现今剖面中缺少沉积层7。如果将每一层都当作一个事件：造山带的侵蚀与沉积盆地的堆积事件一一对应，事件7时发生了致使整个相关区域格局剧变的构造事件，而我们现在看到的正好是事件7之后正在发生的事件8。

处于区域构造现今状态（事件8进行中）的研究者分析盆地和造山带历史，对过去的事件进行配对（盆山耦合研究），企图重建早白垩世以来（从事件1开始）该造山带与沉积盆地的演化关系。根据沉积盆地中的记录（主要是沉积层1~6）进行沉积学、岩石学、构造地质学综合研究时，我们在地表能够看得见的盆山耦合事件就是造山带中继续侵蚀的花岗岩（8）和正在继续发育的沉积层8（Q）。根据今天的地貌和水系特征等判断：沉积层（8）对应的物源区就是左侧造山带的花岗岩和部分沉积层（3~6层）。然而，早白垩世沉积层（1~6）的物源已经全部剥蚀掉了。尽管我们根据自己假想的示意图判断应该是造山带花岗岩（8）之上的部分，但却无法确定其具体位置。显然，今天出露于地表的任何岩石都不可能是早白垩世沉积层（图1b之1~6层）的物源。唯一能够确定的是这些沉积层（1~6）的物源区方位，但必须首先测量沉积层中的指向构造（如：前积纹层）以恢复其古流向而重建古地理格局（图1b）。

上述简单分析告诉我们：根据沉积层露头所恢复的古地理只是以前沉积盆地的一部分，而我们看到的造山带也不是过去的造山带，其上部已经削顶，而且削去多少并无确切答案。即使根据假设的简化模型（图1），研究者也无法完全恢复过去沉积盆地的全部特征。实际情况比上述假设模型更加复杂，因而古地理重建也更加困难。造山带与相关盆地的基本特征是：今天的山脉过去不曾有，过去的盆地今天已残缺。

记住：中生代及以前的沉积层露头和周围的基岩露头都位于今天的隆起带中，它们没有汇源关系！高耸入云的山脉正在遭受侵蚀，只能是今天的物源区，而非古代沉积层的物源区。

四、盆山耦合研究中一个明显的错误—汇源错配

在沉积盆地古地理格局重建工作中，最常见的缺陷有两个：

一是忽略沉积岩露头中的指向沉积构造，即使看见非常清楚的前积纹层，也不测量其产状以恢复古流向，缺少追踪物源区方位的关键证据；

二是在沉积层与物源区配对过程中依赖碎屑锆石年龄峰值对比，将古代盆地沉积层露头周围古老岩石的露头看作对应的物源区，理由是二者具有同一锆石年龄峰值。显然，这样的配对导致源与汇的时空错位，而且错位并非个别研究失误，而是同行学者已经将该方法当作了“行业标准”，默认其合理。今天我们必须指出其逻辑错误，以便今后不再走进同样的误区。为说明问题，特选本文部分作者曾经参与的胶莱盆地沉积—大地构造研究作为实例：

逻辑推理分析指出上述对比关系的错误：

上白垩统王氏群，其沉积时间至少在66Ma以前，而原作者（2016）采集的所有样品都来自现今的地表露头，同属于侵蚀区。那么，胶北地体和苏鲁造山带今天的露头如何为至少66Ma以前的王氏群和至少120Ma以前的莱阳群提供物源？若想让两个地块为莱阳群沉积提供物源，必须满足两个假设条件之一：

一是胶北地体和苏鲁造山带采样点露头在莱阳群沉积的一亿多年前就出露地表成为侵蚀区，而且后来的一亿多年不再剥蚀，一直保留到今天让我们看见并采样。二是从莱阳群沉积时期开始，胶北地体和苏鲁造山带所侵蚀掉的数千米厚的岩石组合与今天地表出露的岩石组合完全一致而没有变化。

显然，上述两种假设都不可能存在，今天的“胶莱盆地”根本不是白垩纪时期的原型盆地，而是其沉积层的残留体；而周围古老的岩石露头也不能代表一亿多年前胶莱盆地周围遭受侵蚀的山体，因为无论是莱阳群还是王氏群沉积时，这些今天看见的岩石露头当时都深埋于地下深处而没有遭受侵蚀。

 归纳：沉积层和周围基岩同为现今隆起带中的岩石露头，二者无汇源关系。即使沉积层古流向与造山带物源区方位吻合，该造山带露头也非蚀源区岩石，甚至并非原来的造山带！

以测老庙坳陷为例，汇源错配直接导致野外地质勘探施工方案错误，造成经济损失和勘探失败。

五、感谢朋友的提醒：人人都犯错，纠错为前行     

一位同行朋友提醒我：

“在…的科学问题介绍中，出现了引用前人的图件，这在科技论文写作中是很少见的，更何况是说前人的不足，让前人阅读作者的文章感觉如何，作者可以自己换位思考一下…”

感谢朋友的善意提醒。我想读者中可能有很多人都会产生类似的想法，毕竟谁都不想当作实例解剖而被否定。笔者借机说明如下：

这里指出前人用碎屑锆石年龄峰值对比物源区时普遍存在着一个明显的逻辑错误：汇源错配。如果没有一个实例，读者不完全理解错在哪里，因为这样的做法至今还在流行。本着学术交流与追求真相的目的，文献作者应该感谢作者指出其错误或不足，而不应该出现学术之外的担心。即便如此，本文作者也已经考虑到有一大批论文出现了汇源错配的问题，所以特意选择自己课题组的论文做靶子（本文第一作者也是那篇论文的共同作者，那篇论文的第一作者也是本文的共同作者），将自己的错误作为实例进行剖析，避免引起他人误会。此外，在撰写之前和讨论过程中本文第一作者已经多次与文献的第一作者沟通，大家都认为应该纠正以前的错误。因此，本文作者批评自己过去认识的不足，也是学术研究中的一种勇气和担当，感谢地学同仁的理解和包容。

仔细想一下：碎屑锆石测年一个样品花费一万多元，一篇论文至少得做几个样品测试吧？全国有多少地学同行在做这样的事情？每年得花费多少钱？这些钱花了，却得出错误的认识，难道不令人心痛吗？我们论文讨论的这个内容虽然本身并未创造价值，但从此之后大家不再因此而浪费经费和精力，我们的论文是否也有经济价值？

感兴趣的朋友请到地质论评编辑部网站下载原文：

吕洪波，冯雪东，王俊，朱晓青，董晓朋，张海春，李莎，郑大燃，张琦. 2025. 盆山耦合的关键问题及其在狼山与两侧白垩纪盆地研究中的应用。地质论评，2025.12.20 网络首发。网络连接：https://www.geojournals.cn/georev/georev/article/abstract/20257106051

吕洪波

2025.12.29