裂陷盆地或伸展盆地课件

含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 长江大学地球科学学院 主 讲 人: 胡 望 水 2003 2003年5月 含油气盆地分析 2003构造学分析 裂陷盆地或伸展盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 裂陷作用与裂陷盆地的形成 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 从动力学角度看，地壳和岩石圈发生伸展变形是手引张作 用所致。因此，可将“裂陷作用”理解为引张力作用于整个并 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 造成就岩石圈“伸展构造”的既“裂”又“陷”的构造过程。 伸展构造是指在裂陷作用（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。裂 陷盆地或伸展盆地是地壳表浅层的大型伸展构造，其主要特征 是沉积盆地是在地壳的伸长减薄过程中形成和发展的。裂谷是 裂陷盆地的典型代表。 含油气盆地分析 2003构造学分析 2.裂谷与裂陷盆地 Burke(1980)对Gregory的裂谷概念作了较 大的修正，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。 “地堑”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。近来逐渐将“地堑”一词用于描述 以近似平行的正断层为边界断层所控制的长而窄 的断陷构造。 含油气盆地分析 2003构造学分析 二、主动裂陷作用与被动裂陷 作用 根据引张力的起因，森格等将岩石圈的裂陷作用分为主动 和被动的两种动力学机制。所谓“主动裂陷作用是指岩石圈底 下的软流圈热 热物质主动上涌，并引起整个岩石圈的水平引 张。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。 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、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。因此，在裂陷盆地形成的过程中，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。在被动裂陷机制中可能出现“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。 裂陷作用既有“主动”成分，又有“被动”成分，并且在不同的 阶段可能表现为不同的动力学机制占优势。 含油气盆地分析 2003构造学分析 1.纯剪切与简单剪切 2.纯剪切伸展模式 在水平引张力的 作用下，地壳或岩石 圈的纯剪切伸展变形 产生两组相或相背倾 斜的共轭正断层，并 在运动中导致短块体 相对上升和下降，从 而形成地堑和地垒构 造。 三、大陆伸展模式 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 3.简单剪切伸展模式 整个岩石圈的伸展变形是一种旋转的简单剪切应变机制 。在简单剪切伸展模式中，浅层地壳中脆性破裂构成的伸展 构造系统是由地壳中岩石圈尺度的大型低角度正断层上盘的 剪切滑动引起的。 含油气盆地分析 2003构造学分析 4.拆离断层及大陆分层伸展模式 岩石圈内部的大型拆离断层可能沿岩石圈内部的构造层面或 韧性层滑脱。这种伸展模式中包含着两个重要的思想，其一是地 壳（或岩石圈）伸展构造是分层次的，其二是不同层次的地壳或 岩石圈的伸展变形方式可以不同。 含油气盆地分析 2003构造学分析 岩石圈可能被近似 水平的拆离断层分隔为 不同的变形层，不同层 次的地壳和岩石圈可以 分别以纯剪切或简单剪 切变形方式发生伸展。 而不同层次形层，不同 层次的 地壳和岩石圈 可以分别一纯剪切或简 单剪切变形方式发生伸 展，而不同层次的伸展 变形区在垂向上可能叠 合在一起，也可能不叠 合。 含油气盆地分析 2003构造学分析 裂陷盆地类型及其特征 1.sengor的裂谷分类方案 不同的地区的裂陷盆地的特征不一样。Sengor根据现今 地壳表面的裂陷盆地的分布状况，从构造动力学成因、板块 构造位置及板块运动学特征、盆地平面上的几何学特征等方 面讨论了裂陷盆地的差异性，并提出了相应的分类原则。 2.国内裂陷盆地的分类方案 板块构造环境在裂陷盆地的形成机制和演化过程中有很 重要的地位。考虑裂陷盆地的形成与演化过程与板块构造运 动的关系，将其分成四大类、十种类型。 一、分类 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 二、各种类型裂陷盆地的基本特征 1.大陆类型板块内部的裂陷盆地 （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。 含油气盆地分析 2003构造学分析 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 （3）新生大洋盆地和洋中脊。 含油气盆地分析 2003构造学分析 2.与板块离散运动有关的裂陷盆地 （4）被动大陆边缘。指在离散板块运动造成的大陆边缘。 含油气盆地分析 2003构造学分析 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。 （3）撞击裂谷。 含油气盆地分析 2003构造学分析 一、裂陷盆地的剖面构造样式 1.正断层的几何学和运动学特征 即按断层面形态分为“平面式”和“铲 式” 裂陷盆地的构造样式 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 一、裂陷盆地的剖面构造样式 2.伸展盆地构造的基本样式 伸展型断陷盆地的剖面构 造样式分为四种类型： 1）由非旋转平面式正断层 控制的“地堑与地垒” 2）由旋转平面式正断层控 制的“多米诺式半地堑系” 3）由铲式正断层控制的“ 半地堑”或“滚动式半地堑。 4）由坡坪式正断层控制的 “复试半地堑” 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 二、裂陷盆地的构造变换带 一个伸展型断陷盆地 往往由多个由正断层控制的 断陷组成。裂陷盆地中控制 各个断陷地堑或半地堑的主 干断层在平面上的展布有多 种样式，致使断陷盆地也呈 现不同的平面形态，如线型 、平行式、侧列式、雁列式 等。 含油气盆地分析 2003构造学分析 二、裂陷盆地的构造变换带 Dahlstrom(1970)将这种“变换”应变并使逆冲推覆带收缩应变 量保持守恒或有规律变化的构造要素称为“变换带”。同一裂陷 盆地的不同地段，其构造样式、构造位态以及伸展应变量 的分 配形式等都可能有显著的差异。于是，“变换带”的概念很自然 的被引入到伸展构造的研究领域中。 连接基底主断层的一些横向、或斜向断层扮演着犹如板块构 造系统中的转换断层的角色，称其为变换断层。同一变换断层的 不同地段可以是完全相反的 走滑方向。Morley（1990）通 过研究东非裂谷伸展构造实例 他在（1990）将变换带分为三 类四型 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 板块运动的过 程中可能使大陆岩 石圈板块内部某些 特定区域受到引张 ，从而导致大陆岩 石圈减薄并形成裂 陷-拗陷盆地或裂陷 盆地。 裂陷盆地类型及其演化 一、板内裂陷和板块离散运动与裂陷盆地的演化 含油气盆地分析 2003构造学分析 如果引张作用使整个大陆 岩石圈裂开则形成大陆裂 谷 。大陆裂谷进一步扩张 和伸展，扩展中心形成新 的洋壳时，大陆裂谷将向 着陆间裂谷、被动大陆边 缘和大洋裂谷演化。 发生在三叉裂谷系中 的一支在伸展过程中可能 受到其他两支裂谷的扩张 和伸展的限制，这一支大 陆裂谷就是衰退而演化成 为拗拉槽。 含油气盆地分析 2003构造学分析 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裂谷 轴部产生热底辟作用后，都有 可能促使大陆岩石圈板块裂解 成为两个或多个板块。 原先的大陆裂谷的轴部形 成新的大洋地壳，并成为两个 或多个板块的离散边界；大陆 裂谷则演变成为陆间裂谷。 含油气盆地分析 2003构造学分析 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。 含油气盆地分析 2003构造学分析 在洋盆俯冲消减直至 发生大陆碰撞的过程中 ，衰退裂谷还可能发生 一些轻微的挤压构造作 用，最终成为拗拉槽。 1）实例一：贝努埃凹槽裂 谷系和尼日尔盆地 2）实例二：俄克拉荷马盆 地 含油气盆地分析 2003构造学分析 在洋盆俯冲消减直至 发生大陆碰撞的过程中 ，衰退裂谷还可能发生 一些轻微的挤压构造作 用，最终成为拗拉槽。 1）实例一：贝努埃凹槽裂 谷系和尼日尔盆地 2）实例二：俄克拉荷马盆 地 含油气盆地分析 2003构造学分析 3.大陆裂谷被动大陆边缘 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 发生在新生养中脊部位 ，早先被裂陷的大陆地 壳部分不在发生显著的 裂陷作用，成为向新生 洋盆地过度的被动大陆 边缘。 1）实例一：巴西东部被动 大陆边缘盆地 2）实例二：非洲西部的加 蓬盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 3.大陆裂谷被动大陆边缘 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 壳部分不在发生显著的 裂陷作用，成为向新生 洋盆地过度的被动大陆 边缘。 1）实例一：巴西东部被动 大陆边缘盆地 2）实例二：非洲西部的加 蓬盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 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在进一步 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（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。 1）实例一：中俄罗斯盆地 2）实例二：密歇根盆地 3）实例三：北海盆地 4）实例四：松辽盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 没有出现 洋壳 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 含油气盆地分析 2003构造学分析 5）实例五：渤海湾盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 拗陷阶段 反转阶段 含油气盆地分析 2003构造学分析 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。 含油气盆地分析 2003构造学分析 二、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，通常也称为大陆 边缘盆地。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。 弧后裂 陷盆地 弧间裂 陷盆地 含油气盆地分析 2003构造学分析 Tamaki和Honza（ 1991）将前人对弧 后裂陷盆地形成机 制各种解释，概括 为主动裂陷和被动 裂陷两种机制的五 种模式 （1）模式1：由于板块 俯冲摩擦产生岩浆作用 和诱导出地幔物质上涌 ，岩浆的底辟使弧后地 区发生裂陷作用 含油气盆地分析 2003构造学分析 （2）模式2：热 地幔柱沿俯冲板 块的顶面“注入 ”到弧后地区， 并使弧后岩石圈 裂陷形成裂陷盆 地。这种机制属 于主动裂陷机制 。 （3）模式3：由于 上覆板块在俯冲作 用过程中发生“后 退”运动使弧后地 区岩石圈产生被动 裂陷伸展 含油气盆地分析 2003构造学分析 （4）模式4：可能与地球 自转有关的向东流动的软 流圈物质遇到向西俯冲的 大洋板块跟部后，推动大 洋板块后退，在弧后造成 伸展裂陷的构造环境 （5）模式5：岩 石圈下伏的软流 圈的下降流使俯 冲板块发生“滚 动”后退，并诱 导出弧后的伸展 裂陷 含油气盆地分析 2003构造学分析 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模拆 离断层有关。 三、影响裂陷盆地