第四章 裂陷盆地

盆地构造分析基本内容：包括:①岩石圈流变学分带和盆地动力学分类方案。②盆地特征分述：(1)由于岩石圈伸展所形成的盆地；(2)挤压型盆地；(3)与走向滑移或巨型剪切断层有关的盆地。•教学思路：①岩石圈流变学分带和盆地动力学分类方案。②盆地特征分述：(1)由于岩石圈伸展所形成的盆地〔伸展盆地的基本概念，裂谷盆地的类型和特征，大陆裂陷作用模式〕；(2)挤压型盆地〔基本类型和特征，控制前陆盆地发育的主要因素，前陆盆地构造沉降模式〕；(3)与走向滑移或巨型剪切断层有关的盆地〔雁列张性盆地，纵向松弛盆地，拉分盆地，转换伸展盆地〕。•教学重点与难点：•重点：盆地动力学分类方案，裂谷盆地的类型和特征，大陆裂陷作用模式，控制前陆盆地发育的主要因素，前陆盆地构造沉降模式，雁列张性盆地，纵向松弛盆地，拉分盆地，转换伸展盆地。•难点：岩石圈流变学分带，大陆裂陷作用模式，前陆盆地构造沉降模式。盆地构造分析岩石圈流变学分带和盆地动力学分类方案地球内部由若干组份带和流变带组成。主要组分带的分界是在地壳、地幔和地核之间。地壳由密度较低的岩石组成，上有沉积岩覆盖。力学和流变学的分带不一定与组分带一致，主要流变带的分界在岩石圈和下伏的软流图之间。•岩石圈有足够的刚度以构成比较连续的板块，其底部以等温(约1330℃)为特征，通常称为热岩石圈，它的上部(厚约50km)可以在长时期内储存弹性应力，因而称为弹性岩石圈。从大陆岩石圈的强度与深度的关系来看，地壳的下部存在一个塑性软弱带，它将脆性的地壳上部与地幔分隔开，类似果酱三明治结构。然而，大洋岩石圈不存在该塑性软弱带，它的强度随深度的增加而增加，直到上地幔中的脆性一塑性过渡带(图5—1)。•沉积盆地是地球表面的长期沉降区，它的位置和驱动机制与不连续的、相对刚性的板块的运动以及与下伏地幔的热对流系统密切相关，同时这些板块还代表地球冷却的热动力学边界，地球外壳由一些较薄的刚性板块组成，这些板块处于相互运动状态，由此产生可以传播相当远直到板块内部的板块边界力。因此，沉积盆地处在由于板块运动产生的应力环境中，此外，板块位于不断进行着缓慢热对流的地幔之上，因此盆地基底的岩石圈还受差异热力作用。•板块的相对运动在其边界产生了变形和地震活动，并形成了三种类型的板块边界：①离散边界，如作为大洋盆地扩张中心的大洋中脊；②聚敛边界，与大规模的收缩作用有关，如大陆碰撞带；③稳定边界，以走向滑移形变为特点。沉积盆地分类的主要依据岩石圈的基底类型(即：大陆型、海洋型、过渡型)：盆地与板块边界的相对位置关系(克拉通内、板块边缘)：离盆地最近的板块边缘类型(离散型、聚敛型、转换型)。广泛采用的Bally和Snelson(1980)的分类方法将盆地分为三大类(表5—1)：表5-1Bally和Snelson(1980)的盆地分类•1．位于刚性岩石圈之上且与巨型地缝合带的形成无关的盆地。•（1）与大洋地壳形成有关的盆地。•①裂谷。•②与大洋转换断层有关的盆地。•③深海平原。•④横跨大陆地壳和大洋地壳的大西洋型被动边缘（陆缘、陆坡和高地）。•a.覆于早期裂谷系上。•b.覆于早期的转换断层上。•c.覆于早期的（3.（2）①）和（3.（2）②）型的弧后盆地之上。•（2）位于前中生代的大陆岩石圈之上的盆地。•①克拉通盆地。•a.位于早先的裂谷地堑之上的盆地。•b.位于以前形成的（3.(2)①）弧后盆地之上的盆地。•2．位于与挤压型巨型地缝合带的形成有关的刚性岩石圈之上的近地缝合带盆地。•（1）位于靠近B型俯冲边缘的大洋地壳上的深海沟或海槽。•（2）前渊和下伏地台沉积或靠近A型俯冲边缘的大陆地壳上的深槽。•①具有埋藏地堑的对冲断层，块断运动不强烈或根本没有。•②断块作用为主。•（3）中国型盆地，伴有挤压巨型地缝合有关的远源断块作用，但与A型俯冲边缘无关。•3．缝合带盆地，位于挤压巨型地缝合带上，且大部分包含在地缝合带之内。•（1）与B型俯冲带伴生。•①弧前盆地。•②环太平洋弧后盆地。•a.弧后盆地，底板为大洋地壳，并与B型俯冲伴生（狭义的边缘海）。•b.弧后盆地，基底为大陆型或过渡型过壳，与B型俯冲伴生。•（2）弧后盆地，与大陆碰撞伴生，位于A型俯冲弧的凹侧。•①位于大陆地壳上，或为潘尼亚型盆地。•②位于过渡和大洋地壳上或为西地中海型盆地。•（3）与地缝合带巨型剪切系统有关的盆地。•①大盆地（GreatBasin）型盆地•②加利福尼亚型盆地。•Bally分类强调盆地与巨缝合带的关系及B-俯冲带、A-俯冲带之间的差异。这种分类难于从岩石圈动力学机制的角度考虑盆地之间的基本差异和相似性。•从岩石圈运力学角度进行盆地分类是近年来人们比较强调的一种分类方案。从水平应力场考虑，含油气盆地形成的动力学背景可以分为张性的、压性的和剪切的。这常与沉积盆地的边界断裂性质一致，如正断层、逆断层和平移断层；也可与板块边界的类型相一致，如离散型、聚敛型和转换型。因此大多数盆地的动力学类型可和断层的动力学类型一致。图5—2的左侧为安德森所提出的断层动力学类型，右侧则为盆地形成的动力学模式。•实际上大多数盆地的形成，既有水平运动分量，又有垂直运动分量。这首先为李四光(1962)所提出的压扭性及张扭性双重力学性质的概念所阐明，之后为英国地质学家Harland(1971)所引用，并应用于板块构造，建立了转换一挤压型和转换一拉伸型构造。近年来这也被美国地质学家应用于加利福尼亚的构造研究及油气勘探中(Sylvester，1976)。•此外也应该从重力来考虑，由于重力作用和岩石圈冷却，地壳缓慢下降，逐渐形成沉积盆地。•在研究工作的初期，我们可以根据盆地边界断裂及构造带性质，当某一种分量为主时，分类为某一类型盆地。如张性盆地的边界断层常以正断层或生长断层为主，盆地边界较直或呈锯齿状。压性盆地边界常以逆断层或冲断褶皱带为主，边界呈花彩弧状。扭性盆地的发育发展常受平移断层或剪切带的影响，边缘平直。随着研究工作的进一步深入，可以结合地球物理资料及遥感的透视信息，了解盆地构造细节及盆地内构造性质的变化，以便对隐伏构造的样式进行推断。盆地特征分述•从岩石圈动力学角度，沉积盆地分为三大类：(1)由于岩石圈伸展所形成的盆地；•(2)由大陆和海洋岩石圈弯曲所形成的盆地；•(3)与走向滑移或巨型剪切断层有关的盆地，其特点是在复杂的断裂带中有局部的伸展活动。含油气盆地构造学分析第四章裂陷盆地的构造学分析第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析第六章走滑盆地的构造学分析第七章克拉通盆地裂陷盆地的构造学分析•第一节裂陷作用与裂陷盆地的成因•第二节裂陷盆地类型及其特征•第三节裂陷盆地的构造样式•第四节裂陷盆地类型及其演化第四章裂陷盆地的构造学分析一.裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造2.裂谷与裂陷盆地二.主动裂陷作用与被动裂陷作用三.大陆伸展模式1.纯剪切与简单剪切2.纯剪切伸展模式3.简单剪切伸展模式4.拆离断层及大陆分层伸展模式第一节裂陷作用与裂陷盆地的成因第一节裂陷作用与裂陷盆地的成因一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义一.裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造①裂陷作用涵义②伸展构造涵义③裂陷盆地涵义及其特征一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造①裂陷作用涵义•引张力作用于整个岩石圈并导致地壳和岩石圈发生大规模的开裂和断陷的地质作用过程，或造成岩石圈“伸展构造”的既“裂”又“陷”的构造过程。•最具特征的产物是“裂谷”（riftvalley）②伸展构造涵义•指在裂陷作用（或区域引张作用）下形成的一切使地壳或岩石圈沿水平方向发生伸长变形的构造的总称；一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造收缩构造涵义•指在区域挤压作用下形成的一切使地壳或岩石圈发生缩短变形的构造的总称。一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造③裂陷盆地涵义及其特征•涵义：属于地壳表浅层的大型伸展构造；•主要特征：沉积盆地是在地壳的伸长减薄过程中形成和发展的；•典型代表：裂谷。一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义1.裂陷作用与伸展构造2.裂谷与裂陷盆地①裂谷概念及其解释②裂谷与“地堑”的关系③裂陷盆地及其与伸展型盆地的关系一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义2.裂谷与裂陷盆地①裂谷概念及其解释•概念：引张作用使整个岩石圈破裂而形成的狭长沉降带（Burke,1980）；•典型实例：东非裂谷。一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义2.裂谷与裂陷盆地东非裂谷一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义2.裂谷与裂陷盆地①裂谷概念及其解释概念解释：•“裂谷”定义中未提到平行断层，即裂谷并非一定是对称的；•“裂谷”是整个岩石圈发生破裂，即裂谷是一种大尺度的构造；•“裂谷”是引张作用使岩石圈破裂，这可将裂谷与其它深大断裂及其相关的构造相区别。一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义2.裂谷与裂陷盆地②裂谷与地堑的关系•地堑：用于描述以近平行的正断层为边界断层所控制的长而窄的断陷构造；•与“裂谷”的地质涵义不同：“地堑”只是个描述性名词，且多描述地壳浅表层次的规模相对小一些的构造。一、裂陷作用与裂陷盆地的地质涵义2.裂谷与裂陷盆地③裂陷盆地及其与伸展型盆地的关系•裂陷盆地：从动力学成因方面定义，指由于岩石圈或地壳裂陷作用过程中形成的沉积盆地；•伸展型盆地：泛指在地壳或岩石圈伸展变形过程中形成的盆地；•所有的裂陷盆地都属于伸展型盆地。二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（一）主动裂陷作用1）概念2）力源（二）被动裂陷作用1）概念2）力源（三）主动和被动裂陷作用的因果关系（四）主动与被动裂陷的区别（五）小结1）概念所谓“主动裂陷作用”(activerifting)是指岩石圈之下的软流热物质主动上涌，并引起整个岩石圈的水平引张。二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（一）主动裂陷作用二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（一）主动裂陷作用概念理解•裂陷过程是对软流圈地幔深部热物质主动上涌的反应；•软流圈的热物质的主动上涌与地幔热点的活动有关；二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（一）主动裂陷作用•地幔“热点”(hotspot)：地幔中某些地点的热流明显比周围区域高很多，而且地幔热对流方向是向上的，形成地幔“热点”。①软流圈主动上涌至岩石圈底部后可由上升运动变为侧向水平运动，从而对上覆岩石圈施加水平引张力，拖曳上覆岩石圈发生伸展变形；②地幔上涌使岩石圈发生穹状隆起后，岩石圈本身的重力可以诱导出水平引张力（Bott，1981）。二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（一）主动裂陷作用2）力源岩石圈底下的软流圈热物质被动上涌。二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（二）被动裂陷作用1）概念二、主动裂陷作用与被动裂陷作用（二）被动裂陷作用2）力源•板块构造演化过程中产生的区域水平引张力；•地壳或岩石圈的裂陷伸展也能导致软流圈热物质的被动上涌。（三）主动与被动裂陷作用的因果关系•软流圈或地球深部的热物质上涌可以使岩石圈加热并发生穹状上隆，从而引起地壳或岩石圈的引张，发生裂陷作用；•另一方面，裂陷作用使地壳或岩石圈减薄也能导致岩石圈底部的热活动加剧和被动上涌。（四）主动与被动裂陷的区别•最大区别就是裂陷盆地形成前是否出现区域的热隆起、裂陷盆地的形成和发展过程是否属于区域热隆起的后续构造事件。（五）小结•裂陷作用的主动机制和被动机制不可能是彼此孤立的；•裂陷盆地形成的动力学过程中，裂陷作用既有“主动”成分，亦有“被动”成分，并且在不同阶段可能表现为不同的动力学机制占优势。第一节裂陷作用与裂陷盆地的成因三、大陆伸展模式1.纯剪切与简单剪切•如图3-1所示，一个带有“圆”形标志的主应变平面可以通过两种方式使“圆”变形成为椭圆。①纯剪切•概念：由引张或挤压产生的对称的剪切变形称纯剪切(pureshear)。三、大陆伸展模式1.纯剪切与简单剪切①纯剪切•特征：在引张力作用下，主伸展应变轴方向的伸长和主收缩应变轴方向的缩短使之产生一对以主应变轴为对称轴的共轭剪切变形带，并且主应变轴方向在变形过程中保持不变。三、大陆伸展模式1.纯剪切与简单剪切②简单剪切•图中，原始状态的带有“圆”标志的正方形在剪切力作