裂陷盆地的构造特征课件

裂陷盆地的构造特征裂陷盆地的构造特征 裂陷盆地的构造特征裂陷盆地的构造特征 n n （一）裂陷作用和裂陷盆地（一）裂陷作用和裂陷盆地 n n 裂陷作用：裂陷作用：引张应力作用于整个岩石圈并引张应力作用于整个岩石圈并 导致地壳和岩石圈发生大规模的沉陷的地导致地壳和岩石圈发生大规模的沉陷的地 质作用过程，它与英文中质作用过程，它与英文中taphrogenesis（我（我 国地质文献上也翻译为地裂运动）和国地质文献上也翻译为地裂运动）和rifting 的地质涵义相当。的地质涵义相当。 n根据引张力的起因，可将岩石圈的裂陷作用分为 主动和被动的两种动力学机制。 n主动裂陷作用是指岩石圈下部的软流圈热物质主 动上涌，并引起整个岩石圈的水平引张。 n被动裂陷作用的力源是板块构造演化过程中产生 的区域水平引张力，地壳岩石圈的裂伸展也可能 导致岩石圈底下的软留圈热物质的被动上涌。 n一个裂陷盆地的产生既有“主动”成分，也有“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。 主动裂陷和被动裂陷两个实例 n主动裂陷和被动裂陷的主要区别是裂陷盆 地形成前是否出现区域的热隆起，亦即裂 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。 n因此，主动裂陷作用可能出现“热隆起火 山活动 裂陷盆地形成热沉降”等构造事 件序列。被动裂陷作用中可能出现“裂陷盆 地形成热隆起火山活动均衡沉降、热 沉降”等构造事件序列。 n n 无论是哪一种裂陷机制，都可以被认为是无论是哪一种裂陷机制，都可以被认为是 岩石圈的一种形变。对于均匀形变来说，岩石圈的一种形变。对于均匀形变来说， 分为纯剪切和简单剪切。分为纯剪切和简单剪切。 几种典型的岩石圈裂陷模型 a纯剪切伸展模型,异常地幔隆起可能诱导上地壳沉降形成伸展拗陷 b纯剪切伸展模型,上地壳发育正断层控制的伸展断陷; c简单剪切伸展模型,低角度正断层上盘发育半地堑断陷 d简单剪切伸展模型,低角度正断层上盘发育半地堑断陷,深层 岩石圈隆起可能引起上地壳沉降形成拗陷 E.分层伸展模型,拆离断层上、下的伸展变形方式不同,位置相同,上 地壳发育断陷 f分层伸展模型,拆离断层上、下的伸展变形方式可以不同,位置也不 同,上地壳可以发育断陷和拗陷 n n 裂陷盆地：裂陷盆地：裂陷盆地裂陷盆地（Rift basin ）或伸展盆地是地壳表浅层的或伸展盆地是地壳表浅层的 大型伸展构造，其主要特征是大型伸展构造，其主要特征是 沉积盆地是在地壳的伸长减薄沉积盆地是在地壳的伸长减薄 过程中形成和发展的。过程中形成和发展的。 （二）裂陷盆地的分类方案 （三）各种类型裂陷盆地的基本特征 1.与板内裂陷作用有关的 裂陷盆地 （1）伸展型坳陷盆地：指地壳 或岩石圈受引张减薄而形成的碟 状坳陷，盆地不直接受断层控制 （2）陆内宽裂陷盆地：裂陷盆 地是由一系列平行延伸或分叉、 斜交的地堑、半地堑组成，裂陷 作用发生在很宽阔的地区。 （3）陆内窄裂陷盆地：裂陷作 用发生在比较窄的范围内，地堑 、半地堑呈链状、斜列式分布， 构成平面上的狭长的沉降带。 2.与板块离散运动有关的裂陷盆地 （1）陆间裂谷或原始大洋裂谷；（2）衰退裂谷（坳拉槽） （3）新生大洋盆地和洋中脊。 （4）被动大陆边缘。指在离散板块运动造成的大陆 边缘。 被动大陆边缘沉积剖面示意图 3.与板块聚敛运动有关的裂陷盆地 （1）弧内（裂陷）盆地。 （2）弧后（裂陷）盆地和弧间（裂陷）盆地。 4.与大陆板块碰撞有关的裂陷盆地：撞击裂谷。 （四）裂陷盆地的基本结构单元（四）裂陷盆地的基本结构单元 n n 盆地的结构及相关的构造组合与裂陷盆地的主边盆地的结构及相关的构造组合与裂陷盆地的主边 界断层的几何形态和运动学特征有密切关系。界断层的几何形态和运动学特征有密切关系。 n n 裂陷盆地的主边界断层主要是正断层，正断层按裂陷盆地的主边界断层主要是正断层，正断层按 其几何学、运动学特征可以分为其几何学、运动学特征可以分为非旋转平面式、非旋转平面式、 旋转平面式、铲式和坡坪式旋转平面式、铲式和坡坪式等等4 4种类型，构成了种类型，构成了4 4 种不同特征的裂陷盆地剖面构造样式：种不同特征的裂陷盆地剖面构造样式：地堑地堑- -地垒地垒 系统、多米诺式半地堑系统、铲式正断层上盘半系统、多米诺式半地堑系统、铲式正断层上盘半 地堑系统、坡坪式正断层上盘复式半地堑系统地堑系统、坡坪式正断层上盘复式半地堑系统。 非旋转平面式正断层控制 的地堑地垒系统 旋转平面式正断层控制的 半地堑系，多米诺式半地 堑系 铲式正断层控制的半地 堑系统（滚动半地堑） 坡坪式正断层控制的复式 半地堑系统 裂陷盆地基本结构类型 2 初期样式 中期样式 晚期样式 伸展构造发展的不同时期断裂的一般样式 非旋转平面式正断层控制的地堑地垒系统 旋转平面式正断层控制的半地堑系 裂陷盆 地基本 构造样 式类型 及其主 要特征 n n 地堑和半地堑是裂陷盆地的基本结地堑和半地堑是裂陷盆地的基本结 构单元。构单元。 n n 地堑、半地堑在空间上有规律的排地堑、半地堑在空间上有规律的排 列组合，构成了裂陷盆地丰富多样列组合，构成了裂陷盆地丰富多样 的结构特征。的结构特征。 （五）以半地堑为基本单元的伸展构造族系（五）以半地堑为基本单元的伸展构造族系 n n 一条主边界正断层上盘下降即构成了一个半地堑断一条主边界正断层上盘下降即构成了一个半地堑断 陷，完整地堑也可以视为两个相向倾斜的主边界正陷，完整地堑也可以视为两个相向倾斜的主边界正 断层形成的半地堑叠加在一起而构成的；断层形成的半地堑叠加在一起而构成的； n n 在剖面上，主边界断层之间可以构成共轭组合形成在剖面上，主边界断层之间可以构成共轭组合形成 地堑地堑地垒族系，也可以构成平行组合形成多米诺地垒族系，也可以构成平行组合形成多米诺 式半地堑族系；式半地堑族系； n n 在平面上，主边界断层可以是平行延伸、斜列分叉在平面上，主边界断层可以是平行延伸、斜列分叉 、交截和交汇等多种型式，使伸展断陷族系的构造、交截和交汇等多种型式，使伸展断陷族系的构造 样式复杂而丰富多彩。样式复杂而丰富多彩。 典型的半地堑族系 伸展构造族系-1 具有叠置的反向半地堑 伸展构造族系-2 无叠置反向半地堑 伸展构造族系-3 同向倾斜半地堑 （六）地堑、半地堑内部的断层（六）地堑、半地堑内部的断层 n n 1 1、根据内部断层与主边界断层的成生关系、根据内部断层与主边界断层的成生关系 n n 地堑、半地堑内部的断裂包括两类：一类是与主边界断层地堑、半地堑内部的断裂包括两类：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，同时形成、受同一动力机制控制的断裂（辈分相同，“ “兄兄 弟弟” ”关系关系 ）；另一类是主边界断层的伸展位移诱导出的次）；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，级断裂构造（辈分不同， “ “父子父子” ”关系）。关系）。 n n 前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系，多为调前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系，多为调 节构造；后者则与主边界断层上盘的变形有关，出现在主节构造；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，与主边界断层走向不一定边界断层上盘特定的构造部位，与主边界断层走向不一定 一致，称为变换构造，多为变换构造。一致，称为变换构造，多为变换构造。 2、根据内部断层与主边界断层的产状关系 地堑、半地堑内部的断层如果其总体走向与主边 界正断层相同，可以视其倾斜方向分别称为同向断 层（synthetic fault）和反向断层（antithetic fault） ，前者为倾向与主边界断层相同的断层，后者为倾 向方向与主边界断层相反的断层 。 3 3、裂陷盆地伸展构造系统中的调节构造、裂陷盆地伸展构造系统中的调节构造 和变换构造和变换构造 n n （1 1）调节构造：）调节构造：由于主干断层沿倾向的位移引起剖由于主干断层沿倾向的位移引起剖 面上盘变形或发育的次级断层，称为调节构造。面上盘变形或发育的次级断层，称为调节构造。 主主 要为与主干断层走向相同的次级构造。要为与主干断层走向相同的次级构造。 n n 主干正断层位移引起的变形多分布在断层上盘中，主干正断层位移引起的变形多分布在断层上盘中， 包括：与主干正断层倾向一致的同向调节断层、与包括：与主干正断层倾向一致的同向调节断层、与 主干正断层倾向相反的反向调节断层、断层相关褶主干正断层倾向相反的反向调节断层、断层相关褶 皱变形（正牵引褶皱和滚动背斜）、构造斜坡以及皱变形（正牵引褶皱和滚动背斜）、构造斜坡以及 斜坡上发育的共轭断层系或反向断层组等等。斜坡上发育的共轭断层系或反向断层组等等。 主干断裂 主干断裂 主干断裂 主干断裂 调节构造 地堑、半地堑内部的同向断层（synthetic fault）和反向断层 （antithetic fault）主要为调节构造 复式半地堑的调节构造 n n （2 2）变换构造：）变换构造：由于主干伸展断层位移诱导由于主干伸展断层位移诱导 出的，与主干断层走向不同的构造变形，出的，与主干断层走向不同的构造变形， 叫叫 accommodation zoneaccommodation zone （调节带）和（调节带）和transfer zonetransfer zone （变换带，或译为（变换带，或译为“ “传递带传递带” ”、“ “转接带转接带” ”、“ “转换转换 带带” ”等），二者没有本质的区别，前者强调主等），二者没有本质的区别，前者强调主 要构造要素的作用派生出的构造变形；后者强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。调这些诱导出的构造在变形场中的作用。 n n 变换构造主要为横向、斜向隆起或变换构造主要为横向、斜向隆起或/ /和断层。和断层。 传递带 或变换带 传递断层 或变换断层 被传递断层 被传递断层 变换构造的产生主要是调节应变量的差异变换构造的产生主要是调节应变量的差异 断距沿走向的变化 变换构造也可以调节应变位置的差异变换构造也可以调节应变位置的差异 变换断层（或传递断层）往往具有一定量的走滑运动。但 是，变换断层与一般的平移断层又有明显的区别，同一变换 断层的不同地段可以是完全相反的走滑运动方向。 平移断层 传递断层 同倾向和不同倾向的铲式正断层之间的变换断层 被动大陆边缘的变换断层可能与洋中脊的转换断层联接在一起 n n 此外，变换构造的运动性质和方式受此外，变换构造的运动性质和方式受 被传递的主干伸展断层的位置、形态被传递的主干伸展断层的位置、形态 及伸展位移方式、位移量等多种因素及伸展位移方式、位移量等多种因素 影响。影响。 n n （1 1）伸展断层相向倾斜）伸展断层相向倾斜 n n （2 2）伸展断层背向倾斜）伸展断层背向倾斜 n n （3 3）伸展断层同向倾斜）伸展断层同向倾斜 Morley（1990）提出的变换带构造分类图 同向倾斜的伸展断层之间的几种变换构造样式同向倾斜的伸展断层之间的几种变换构造样式 背向和相背向和相 向倾斜的向倾斜的 伸展断层伸展断层 之间的几之间的几 种变换构种变换构 造样式造样式 相向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的几种变换构造样式相向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的几种变换构造样式 同向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的变换构造样式同向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的变换构造样式 桩西潜山模式图 大陆岩石圈板 块内部某些特定 区域受到引张， 从而导致大陆岩 石圈减薄并形成 伸展型拗陷盆地 向裂陷盆地。 （七）裂陷盆地类型及其演化 1、板内裂陷和板块离散运动与裂陷盆地的演化 （1）大陆裂谷陆间裂 谷新生大洋盆地 当地幔热物质上升并对 岩石圈产生热底辟作用后 ，首先产生大陆裂谷，大 陆裂谷的轴部形成新的大 洋地壳，并成为两个或多 个板块的离散边界，形成 陆间裂谷；陆间裂谷进一 步离散，形成新生大洋盆 地。 （2）大陆裂谷衰退裂 谷拗拉槽 并非所有的裂谷都会 不断的扩张为新生洋盆 ，特别是三叉裂谷系中 ，随着其中的两支裂谷 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。 （3）大陆裂谷被 动大陆边缘 大陆裂谷演化 成为陆间裂谷后， 裂陷扩展主要发生 在新生养中脊部位 ，早先被裂陷的大 陆地壳部分不再发 生显著的裂陷作用 ，成为向新生洋盆 地过度的被动大陆 边缘。 （4）大陆裂谷或裂陷盆地大陆内拗 陷盆地 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 因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盆地， 可以成为拗陷盆地。 （5）大陆裂陷盆地伸 展造山带 大陆裂陷盆地，特别 是发育在拆离断层上盘的 裂陷盆地发展到一定程度 后，断陷边缘的主干断层 的大规模伸展位移可能使 下盘在均衡作用下隆升， 使地壳深部由于伸展作用 而形成的“变质核杂岩”露 出地表，成为伸展造山带 。 2、与俯冲作用有关的弧间弧后裂陷盆地及 其演化 弧后盆地位于火山岛与大陆之间。现代的弧后盆地主要分 布在环太平洋+地区，特别是集中在西太平洋边缘。 主要影响因素有区域性 的甚至于全球性的岩石圈动 力学背景、岩石圈的结构、 地壳裂陷伸展机制以及岩石 圈伸展速率等。 Morley（1989）认为， 大陆岩石圈发生裂陷作用后 朝着什么途径演化与大陆岩 石圈内部是否发育大规