裂陷盆地的伸展构造4课件

1 第四部分第四部分 裂陷盆地的伸展构造裂陷盆地的伸展构造 含 油 气 盆 地 分 析 2 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 3 一、裂陷盆地概念 裂陷盆地指岩石圈裂陷作用形成的沉积盆地，或者说盆地的形成和演 化导致岩石圈或地壳发生伸展构造变形，故这类盆地也可以称为伸展型盆 地,裂陷作用可以理解为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，或造就岩石圈“伸展构造”的既“ 裂”又“陷”的构造过程，它与英文中taphrogenesis和rifting的地质涵义 大致相当。裂陷作用最具特征的产物就是“裂谷”（riftvalley） 裂谷（rift valley） Gregory（1894）用来描述“那些具有陡而长的、平行的正断层之间 的狭长沉降带”，其典型实例就是“东非裂谷”，并特别强调了裂 谷的地貌特征,Burke（1980）认为裂谷是引张作用使整个岩石圈破 裂而形成的狭长沉降带. 裂陷盆地（概念更广泛） 有些区域的岩石圈在引张作用下并不是发生单个“裂谷”构成的“ 狭长的”沉降带，而是由大量的“裂陷”构成大范围的沉降区，这 种构造单元统称为“裂陷盆地”（rift或rifting basin，有人译为裂谷 盆地，但这一英文名词中并没有“谷”的含义）. 4 地堑与半地堑 “地堑”(graben)一词也经常出现在描述和讨 论裂陷盆地的文献中。“Graben”一词来源于 德文，是沟槽的意思 有一些断陷构造只是一侧以正断层为边界，另 一侧为构造斜坡，称为“半地堑”（half- graben） 地堑、半地堑是裂陷盆地的基本构造单元 5 6 伸展盆地（Extensional Basin ） 伸展型盆地的涵义很广泛，泛指那些在地 壳或岩石圈伸展变形过程中形成的盆地，规模 可大可小，从大规模的大洋裂谷和大陆裂谷到 小型的由正断层控制的地堑和半地堑,伸展盆 地是从动力学成因方面给予定义，指那些由于 岩石圈或地壳伸展作用过程中形成的沉积盆地 7 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 8 二、伸展构造的基本样式 伸展构造是地壳在水平引张作用下发生的构 造变形. 正断层是伸展构造的基本要素，正断层的空 间组合构成了伸展构造的基本样式. 伸展构造包含不同尺度，正断层控制的半地 堑断陷是地壳浅层次伸展构造变形的主要表现 形式. 9 正断层是在水平引张力作用下形成的。按照安德森断 层形成模式，在1垂直、2以及3是水平的。 水平纯剪切应力场中，岩层破裂将形成一对共轭的正 断层，正断层的倾角为60，共轭正断层的交线为2方 向。但是，自然界的正断层并非都是共轭出现，其产状 也并非总是60 自然界的断层的位移有些是斜向的，地震剖面上的正 断层是指上盘下降的倾向位移分量占明显优势的断层 1、正断层 10 11 12 正断层的尺度分类 基底卷入的正断层 断陷主边界正断层（位移一般大于1000 米） 次级正断层（位移一般小于1000米） 盖层滑脱的正断层 主要盖层正断层（位移大于100米） 次级盖层正断层（位移10-100米） 隐形盖层正断层（位移小于10米） 13 正断层的活动方式分类 同生正断层（同沉积正断层、生长断层） 同生基底正断层 同生盖层滑脱正断层 后生正断层 后生基底正断层 压实正断层 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2、裂陷盆地地堑与半地堑 裂陷盆地的主边界断层的几何形态和 运动学特征与盆地的结构及相关的构造 组合特点有密切关系。 4种类型的正断层作为裂陷盆地或凹 陷的边界断层，构成了4种不同结构特征 的盆地剖面形态，裂陷盆地中单个断陷 表现为地堑或半地堑。 23 24 25 26 27 3、拆离断层和滑脱断层 所谓拆离断层（detachment fault）是地壳中的 大型低角度或近水平产状的断层，主要是指大型的低 角度断层，强调断层面上下变形的差异性。 滑脱断层（decollement fault）沿着某一地层接 触界面、不整合面或软弱岩层底面发育。 拆离断层不完全沿着这些受岩性控制的先存界面发 育，但是总体上也受岩层能干性的影响（Ramsay， 1987）。滑脱断层则没有尺度的概念，可以是小型的 层间断层，也可以是大型的沿不整合面发育的断层。 28 4、以半地堑为基本单元的伸展构造族系 29 30 相向倾斜 31 背向倾斜 32 同向倾斜 33 5、正断层的运动及其诱导的构造变形 地堑、半地堑内部的断裂从形成机制、形成时代上看包括 两种类型：一类是与主边界断层同时形成、受同一动力机制控 制的断裂（辈分相同，“兄弟”关系）；另一类是主边界断层 的伸展位移诱导出的次级断裂构造（辈分不同，“父子”关系 ）。 前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系，后者则 与主边界断层上盘的变形有关，出现在主边界断层上盘特定的 构造部位，在伸展变形中起调节作用。 一些与主边界断层同时形成的“兄弟”断裂，由于其位移 量相对较小在后期的构造演化过程中又受到主边界断层位移的 影响或控制，成为主边界断层的次级断裂。 34 铲式正断层控制的半地堑其内部断层向深部延伸可以与主边界断层 交汇在一起，构成连锁断层系统（linked-fault systems） 35 6、半地堑内部的次级断层 36 37 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 38 三、伸展构造系统中的变换构造 accommodation zone（调节带）和transfer zone（变 换带，或译为“传递带”、“转接带”、“转换带”等）， accommodation fault和transfer fault等概念没有本质的 区别，都是指由于主干伸展断层位移诱导出的调节性构造变 形，前者强调主要构造要素的作用派生出的构造变形，后者 强调这些诱导出的构造在变形场中的作用。 主干断层位移引起剖面上上盘变形或发育次级断层，可 以称为调节构造；主干断层位移沿走向变化引起的两盘断块 的变形或发育横向、斜向断层等，可以称为变换构造。 39 40 41 42 43 44 45 46 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 47 四、薄皮伸展构造 以盆地基底面或盆地内部软弱岩层面为滑脱 面的伸展构造变称为薄皮伸展构造，也称为 盖层滑脱的伸展构造。 薄皮伸展构造常常发育的三角洲沉积体中， 或被动大陆边缘，并与薄皮收缩构造相关（共 生在一起）。 薄皮伸展构造的形成机制与重力滑动有关。 48 薄皮伸展构造是指主要由沉积盖层卷入伸展 变形的构造。 铲式正断层系统和多米诺断层系统是薄皮 伸展构造的两种主要构造样式。在剖面上，铲 式正断层和旋转平面式正断层一般是在盖层中 的软弱岩层（泥岩、盐岩等）中消失，或在盆 地基底顶面的不整合面上滑脱。 平面上多为新月型断层线，可以用弓箭法则 判断伸展位移方向。 1、构造样式 49 50 51 52 与重力滑动成因的薄皮逆冲构造 与底辟构造共生 与基底卷入的伸展断层系统共生 2、相关（共生）构造变形 53 54 55 56 构造环境：在大陆伸展半地堑斜坡上、被动大陆边缘、大 型三角洲、大陆斜坡等不同的构造环境中都可能发育薄皮伸 展构造。 重力滑动机制：在岩层重力沿着斜面的分量驱动下发生侧 向扩展，形成薄皮滑脱断层。 底辟拱张机制：泥、盐等塑性物质底辟作用在底辟体顶部 形成局部的侧向引张，或底辟作用引起底辟体两侧岩层的旋 转而导致发育薄皮伸展断层。 区域引张作用机制：区域引张作用导致基底断层发生伸 展位移，由于盆地内部存在的厚层软弱岩层发生韧性伸展， 将上覆岩层形成的伸展断层与基底伸展断层分隔开来。 3、形成机制 57 58 59 60 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 61 五、基底卷入的伸展构造 裂陷盆地是地壳或岩石圈尺度的伸展构造，也是结晶基底卷 入的伸展构造。裂陷盆地的边界正断层向下可以延伸都进入到 结晶基底中，一般至少在5-20km的地壳中消失，其中部分主干 正断层可能切穿地壳甚至整个岩石圈。 基本结构单元：不同几何学、运动学特征的基底正断层上 盘发育的半地堑和完全地堑是裂陷盆地的基本构造要素。包括 地堑、地垒、半地堑，半地垒等。 剖面上构成地堑地垒、铲式正断层控制的半地堑、多米 诺式半地堑组、坡坪式正断层控制的复式半地堑等。 在平面上，这些半地堑、地堑构造可以呈带状分布也可以 呈面状分布，不同半地堑、地堑之间被不同型式的变换构造带 连接。 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 在递进变形过程中，伸展构造样式也会发生变 化。 1.随着伸展量的增大主干断层上盘或下盘断 块会进一步发育调节性次级正断层； 2.随着伸展量的增大，主干正断层的集合形 态和运动特征也会发生演化。一般地，非旋转正 断层向旋转正断层演化，平面式正断层向铲式坡 坪式正断层演化，简单断裂构造带向复杂断裂构 造带演化基底卷入的伸展构造样式的演化。 73 74 75 提 要 裂陷盆地概念 伸展构造的基本样式 伸展断层系统中的变换构造 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造 裂陷盆地演化 76 大陆裂谷陆间裂谷新生大洋盆地 大陆裂谷衰退裂谷拗拉槽 大陆裂谷被动大陆边缘 大陆裂谷或裂陷盆地大陆内拗陷盆地 大陆裂陷盆地伸展造山带 六、裂陷盆地的演化 77 原先的大陆裂谷的轴部形成了新生的大洋地 壳，并成为两个或多个板块的离散边界。大陆 裂谷演变成为陆间裂谷（或原洋盆地）。原洋 盆地的裂陷作用主要发生在新生的洋壳部位， 并且随着大洋扩张中脊的形成和发展，陆间裂 谷进一步拓宽，演变成为以洋壳为底的新生大 洋盆地 实例：埃塞俄比亚红海亚丁湾三叉裂谷系 1、大陆裂谷陆间裂谷新生洋盆 78 79 三叉裂谷系中的两支裂谷扩张到出现新生洋 壳并进一步演化成为新生洋盆，另一支裂谷的 扩张可能会受到限制而停止扩张，成为衰退裂 谷。 衰退裂谷与新生洋盆、被动大陆边缘相连， 但是当洋盆发生俯冲作用继而使被动大陆边缘 演化成为碰撞造山带的一部分时，先前的衰退 裂谷成为自造山带伸向大陆克拉通内部的拗拉 槽 实例一：贝努埃凹槽裂谷系和尼日尔盆地 实例二：俄克拉荷马盆地 2、大陆裂谷衰退裂谷拗拉槽 80 81 82 83 大陆裂谷演化成为陆间裂谷新生大洋盆 地后，裂陷扩展主要发生在新生洋中脊部位， 早先被裂陷的大陆地壳部分不再发生显著的裂 陷作用，成为与新生洋盆过渡的被动大陆边缘 。 根据沉积环境和沉积物类型、物源供给情况 ，被动大陆边缘分为陆阶斜坡陆隆型和陆 堤型两种。 实例一：巴西东部被动大陆边缘盆地 实例二：非洲西部的加蓬盆地 3、大陆裂谷被动大陆边缘 84 85 86 87 大陆裂谷或裂陷盆地发展到一定程度后可能不再进一步 裂陷扩张了，早先裂陷作用减薄的岩石圈在热衰减过程中 还会引起地表拗陷而形成碟状的沉积盆地，可以称为拗陷 盆地。 注：很多文献中用“坳陷”一词与“断陷”相对应。“ 拗陷”与“坳陷”略有不同，前者为一动词，有构造作用 的涵义，后者只是形态的概念。为了与“裂陷”相对应， 故建议使用“拗陷盆地”一词。 这种位于克拉通内部、在先前的裂谷或裂陷盆地基础上 形成的大陆内部拗陷盆地，也可以称为克拉通盆地。 实例：中俄罗斯盆地、密歇根盆地、北海盆地、渤海湾盆 地、松辽盆地等。 4、大