裂陷盆地汇编课件

盆地构造分析 裂陷盆地 授课教师：李 涛 联系电话E-Mail： QQ：156337651 1 裂陷盆地 裂陷盆地/伸展盆地 裂陷盆地泛指那些由于盆地的形成和演化而导致 岩石圈或地壳发生伸展构造变形的沉积盆地，也可称 为伸展型盆地。 地壳或岩石圈的伸展变形通称为伸展构造，裂陷 盆地就是地壳伸展构造的一种表现形式。 裂陷作用：引张力作用于整个岩石圈并导致地壳 或岩石圈发生大规模的开裂和裂陷的地质作用过程， 或造就岩石圈“伸展构造”的既“裂”又“陷”的构造过程 ，它与英文的taphrogenesis和rifting的地质含义大致相 当。2 裂陷盆地 伸展构造（extensional tectonics）是指裂 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 造总称。 裂谷（rift valley）是引张作用使整个岩 石圈破裂而形成的狭长沉降带。 地堑(graben)：地壳浅层次的规模相对小 一些的构造。 3 裂陷盆地 4 裂陷盆地 一、主动裂陷和被动裂陷 主动裂陷(active rifting)：指岩石圈底下的软流 圈热物质主动上涌，并引起整个岩石圈的水平引 张，裂陷作用是对软流圈和地幔深部热物质主动 上涌的反映。其发育过程是：热隆起火山活动 裂陷盆地形成热沉降。 被动裂陷(passive rifting)：板块构造演化过程 中，产生的区域水平拉张力。其过程可表述为裂 陷盆地形成热隆起火山活动均衡沉降、热 沉降。 主动裂陷和被动裂陷不是彼此孤立的，而是 相互转化和影响的。 5 裂陷盆地 软流圈物质主 动上涌水平扩 张 裂陷过程是深 部物质上涌的反 映 主动裂陷 6 裂陷盆地 主动裂陷：裂陷过程是深 部热物质主动上涌的反映 7 裂陷盆地 被动裂陷： 力源是区域水平引张力，与走滑有关。 裂陷作用导致热物质的被动上涌。 8 裂陷盆地 主动裂陷和被动裂陷的区别： 裂陷盆地形成前是否出现 区域上的热隆起，或者说，裂 陷盆地的形成和发展是否是区 域热隆起的后续构造事件。 9 裂陷盆地 二、大陆伸展模式 10 单剪 裂陷盆地 11 裂陷盆地 在纯剪切几何模型中，上部为脆性层， 下部为韧性层，伸展岩石圈的横剖面呈 对称形状，在伸展过程中可以伴随岩浆 侵入所产生的膨胀作用。 12 裂陷盆地 简单剪切几何模型中，发育有贯穿整个岩石圈并 一直延伸到软流圈内低角度滑脱断层，将岩石圈 分为上下两部分，即上盘和下盘，下盘岩石圈的 减薄沿滑脱面发生转移，因此表示岩石圈伸展作 用的横剖面是极不对称的形状。 13 裂陷盆地 上地壳破裂带 张性异地岩体 重要的上地 壳扩展界限 差异剪切带 莫霍面 枢纽带 14 裂陷盆地 G.P.Eaton(1980)提出了大陆地壳分层伸展模式，其基本思想 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不同。例如，浅层次可以 是简单剪切，深层次可以是纯剪切。 15 裂陷盆地 G.S.Lister等（1991 ）认为拆离断层可 以是低角度正断层 或坡坪式正断层， 并且认为拆离正断 层可以以低角度倾 斜切穿整个岩石圈 ，也可以在地壳中 的韧性层中滑脱。 据此，提出了岩石 圈拆离伸展的五种 伸展模式。 16 裂陷盆地 三、裂陷盆地分类 17 裂陷盆地 1）与板内 裂陷作用有 关的盆地 18 裂陷盆地 大陆内初始裂谷 大陆间裂谷 2）与大陆裂开和板块离散运动有关的盆地 19 裂陷盆地 20 裂陷盆地 21 裂陷盆地 3）与板块俯冲作用有关的裂陷盆地 22 裂陷盆地 23 裂陷盆地 正断层的几何学和运动学组合类型（据Wernicke et al., 1982） 类型构造（断层和岩层）运动学断层面形态 非旋转类 岩层面和断层面均不旋转平面式 旋转类 岩层面（上盘）旋转而断层面不旋 转 铲式 断层面和岩层面（上盘和下盘）均 旋转 平面式或铲式 四、裂陷盆地构造特征 裂陷盆地正断层形态及组合 24 裂陷盆地 组合形态：地堑与地垒、多米诺式半地堑、滚动式 半地堑、复式半地堑。 25 裂陷盆地 26 裂陷盆地 27 裂陷盆地 裂陷盆地中的变换构造： 构造变换带最早是从逆冲推覆构造提出的 ，指调节逆冲带推覆位移大小、使收缩应变量 保持守恒或有规律变化的构造要素。近年来应 用于裂陷盆地研究中，并使用变换构造一词， 包括调节带和传递带（传递断层）。 简单的说，变换构造是调节主干断层位移 大小和极性的断层。 28 裂陷盆地 29 裂陷盆地 30 裂陷盆地 31 裂陷盆地 裂陷盆地伸展断层位移传递方式与变换构造32 裂陷盆地 裂陷盆地的沉降曲线成下凹型、两段式。 早期曲线陡、直、延伸短、斜率大，沉降速率 快，晚期曲线平缓、延伸长、斜率小，沉降速 率成指数衰减。前期代表地幔上隆，称裂陷阶 段沉降、裂谷阶段沉降或初始沉降；后段代表 裂陷伸展后，地幔隆起的热收缩松弛引起的地 壳缓慢下沉，称为后裂陷阶段沉降（拗陷阶段 沉降）或热沉降。这种“开始迅速下沉，而后热 指数衰减”反映了由地壳裂开岩石圈减薄热 流值增加热冷却的过程。 33 裂陷盆地 1、大陆裂谷-陆间裂谷-新生大洋盆地 埃塞俄比亚-红海-亚丁湾三叉裂谷系 埃塞俄比亚裂谷：古近纪为裂谷前穹隆阶段，渐新世至新近纪开 始裂陷，沉积粗碎屑岩和火山岩 红海裂谷：始新世末到渐新世为隆起阶段，古近纪晚期和新近纪 初期是裂陷。从演化时间上看，裂陷作用可能是从南东部向北西 部扩展。中新世早中期，红海仍然以大陆上的地堑-地垒构造为 特征，并开始出现海侵式砂岩。直到上新世晚期在中央海槽出现 新洋壳，同位素年龄为3.5Ma。自此开始，一直扩张到现在，已 与印度洋的中脊相连。目前热流密度高达90-180mW/m2，地温梯 度在28-50/km以上 五、裂陷盆地演化 34 裂陷盆地 35 裂陷盆地 2、大陆裂谷-衰退裂谷-拗拉槽 奥克拉荷马盆地 美国南部的奥克拉荷马盆地就是一个 自奥契塔褶皱带向北西伸向北美克拉通内部的拗 拉槽，它经历了中-晚寒武纪时期的大陆裂谷、晚 寒武世-密西西比纪和宾夕法尼亚纪的变形后保留 下来。 36 裂陷盆地 37 裂陷盆地 38 裂陷盆地 3、大陆裂谷-被动大陆边缘 巴西东部被动大陆边缘盆地演化可分为裂谷前克 拉通阶段、陆内裂谷阶段、过渡阶段和被动大 陆边缘阶段。 早白垩纪之前为裂谷前克拉通阶段。当时巴西 与非洲是一体的大型克拉通坳陷。缺乏生油岩 ，但有良好的储层。 早白垩世纽康姆期为裂谷阶段，主要为碎屑沉 积，厚约5000米。本阶段的典型油田是卡烙巴 油田，它由断块组成，通过断块活动，将上侏 罗统储集层与下白垩统的生油岩接触。 39 裂陷盆地 早白垩世阿普特期为过渡阶段，原先的大陆裂谷部分 的裂陷作用基本停止，岩石圈的裂陷作用集中表现为 新生洋壳的扩张。这期间巴西盆地发育蒸发岩层系。 这期间的底部砾岩可以构成储集层，而局限沉积环境 有利于生油岩的形成，蒸发岩可以作为盖层。 早白垩世晚期后的被动大陆边缘阶段，包括浅水台地 型边缘海和开阔边缘海的演化。在大西洋裂开和海底 扩张的早期，巴西大陆边缘主要是砂、页岩沉积，接 着是台地碳酸盐岩沉积，后者构成良好的储集层。细 粗粒砂岩以浊流方式沉积在深水中，由于区域性向东 倾斜和下沉，大陆供给的大量沉积物产生前积作用， 形成厚的碎屑物契状体。深水粗-细砂岩和粉砂岩构成 最好的储集层，而相邻的页岩是生油岩，石油地质配 置良好。 40 裂陷盆地 断陷盆地的古地理 41 裂陷盆地 42 裂陷盆地 43 裂陷盆地 4、大陆裂谷或裂陷盆地-大陆内坳陷盆地 东欧地台上的中俄罗斯盆地、西西伯利亚盆地，北美地台 上的密歇根盆地、北海盆地和我国的松辽、渤海湾盆地。 44 裂陷盆地 实例一：中俄罗斯盆地 中俄罗斯盆地晚元古代早、中期（里菲期）为大陆内裂 谷，晚元古代晚期（温德期）至泥盆-石炭纪为大陆内 坳陷盆地，演化如下： 陆内裂谷阶段：陆相碎屑岩并有火山活动。 大陆内坳陷早期阶段：特征是强烈下凹，海进相地层 广泛发育，并形成地台盖层，形成巨厚的陆源砂-粘土 质岩石以及碳酸盐岩，包含主要的生油和储油层系 大陆内坳陷晚期阶段，其特征为上升作用超过下拗作 用，有广泛的海退沉积，包括碳酸盐岩-蒸发岩集陆相 碎屑岩-含煤层系。 45 裂陷盆地 实例2：松辽盆地 松辽盆地是一个在前古生代和古生代两套变质基底 上发育的侏罗纪早白垩世大陆内部裂陷盆地，晚白 垩世成为大陆内部拗陷盆地。大致经历了四个演化阶 段，即T-J3的热隆张裂阶段、J3-K1裂陷阶段，K1-K2拗 陷阶段、K2-Q萎缩阶段。 松辽盆地在拗陷阶段发育良好的生储盖组合。由 于盆地沉降速率大于沉积速率，湖盆中部发育了很好 的烃源岩。而向湖盆推进的三角洲砂体成为良好的储 层。盆地构造反转（K晚期）形成大型构造圈闭，如 大庆长垣。 46 裂陷盆地 上地幔 热隆张裂阶段(T-J3) 裂陷阶段(J3-K1) 拗陷阶段(K1-K2) 萎缩褶皱阶段(K2-Q) 被充填的盆地 非补偿盆地 裂谷式补偿盆地 剥蚀地带 47 裂陷盆地 渤海湾盆地区域构造轮廓简图 实例三：渤海湾盆地 渤海湾新生代盆地 在剖面上可以分解 为三个层次（1） 由前古近系组成的 盆地基底；（2） 由古近系（下第三 系）组成的下沉积 盖层（裂陷阶段） ；（3）由新近系 （上第三系）和第 四系组成的盆地上 部沉积盖层（拗陷 ，碟状盆地）。 48 裂陷盆地 49 裂陷盆地 50 裂陷盆地 东濮盆地区域构造位置 51 裂陷盆地 52 裂陷盆地 53 裂陷盆地 54 裂陷盆地 55 裂陷盆地 56 裂陷盆地 东濮凹陷连锁断层系统演化 57 裂陷盆地 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，裂陷边缘的 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形 成的“变质核杂岩”露出地表，成为伸展造山带 ，其隆升与卸载和地壳深部花岗岩侵入导致 的地壳均衡有关。美国西部科迪勒拉“盆岭区” 就是裂陷盆地演化成为伸展造山带的实例。 58 裂陷盆地 59 裂陷盆地 6、与俯冲作用有关的弧间-弧后裂陷盆地及演化 60 裂陷盆地 主动裂陷和被动裂陷 61 裂陷盆地 六、影响裂陷盆地演化的因素 Morley(1989)认为， 大陆岩石圈发生裂陷 作用后朝着什么方向 发展与大陆岩石圈内 部是否发育大规模拆 离断层有关。一种循 着大陆裂谷陆间裂 谷新生洋壳途径演 化，其中新生大洋盆 地边缘部分也是按照 大陆裂谷被动大陆 边缘演化；另一种为 裂陷盆地伸展造山 带。 62 裂陷盆地 Kusznir等（1987）认 为，大陆地壳或岩石圈 持续伸展情况下，裂陷 盆地向何方向演化与其 伸展应变速率及地壳组 成有很大关系。在高应 变速率下，可能导致裂 陷作用在窄的范围内进 行，并使大陆裂陷盆地 向陆间裂谷大洋裂谷 方向演化；低应变速率 伸展则可能导致在更广 阔的地壳范围内发生裂 陷，并出现低角度或近 水平的拆离断层，使大 陆裂陷作用继续在大陆 地壳内演化，形成一系 列的拆离断层上盘的裂 陷盆地或演化成为伸展 造山带。 63 裂陷盆地 Buck（1991）根据已知的不同大陆裂陷盆 地的地壳热结构和热流等特征，提出了三 种大陆裂陷伸展模式并进行了数值模拟。 当地壳厚度较大（约60km）、热流密度 较高（约100mW/m2）时，岩石圈伸展速 率较慢（约12cm/a），上地壳的伸展集 中在较窄的范围内，下地壳和上地幔部分 的伸展范围比上地壳更宽广，出现“核杂 岩模式”的裂陷。当地壳较薄（约45km ）、热流密度较低（约80mW/m