裂谷盆地.ppt

裂谷盆地 裂谷是指由地壳断裂所产生的大型洼地 地堑带 断裂凹陷带 这些裂谷主要与大陆板块地幔热流 岩浆侵入 火山活动和地震活动有关 一般认为 裂谷盆地是由于地幔上涌 地壳减薄 水平拉张和走滑作用产生的 水平拉张作用将形成一组大体平行的正断层 或者角度发生变化的一组产状断层 孟祥化等 1 概念 2 成因 1 主动裂谷盆地成因 裂谷盆地的形成主要是由于深部热地幔上升导致岩石圈表面的变形和裂陷而形成的 东非裂谷被看作是主动裂谷的典型例子 有广泛的隆起 裂谷系 火山作用明显 热柱 热地幔羽 thermalplume 在岩石圈的底部上拱 快速的加热减小岩石圈的密度 导致区域性的均衡上隆 上隆作用派生的拉张应力造成裂谷作用 来自地幔羽的传导热 岩浆侵入热或对流热可引起岩石圈受到拉伸的变薄 ziggler 1992 主动裂谷和被动的裂谷盆地成因学说 主动裂谷盆地形成机制 裂谷盆地的沉降机制 热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制 拉伸量 13 salveson 1978 裂陷 线性海洋裂谷 地壳 上地幔 洋壳 被动大陆边缘 热幔柱上隆 区域性隆起 岩石圈首先受到拉张 破裂和变薄 造成热地幔上隆 地壳的隆升和火山作用是随后出现的 裂谷作用是拉伸作用的响应 典型的例子是riogrande裂谷 美国西部 被动裂谷作用得到广泛的接受 但巨大的拉张应力的成因 如板块漂动的动力 是争论的焦点 2 被动裂谷盆地成因学说和动力学模型 裂谷盆地的沉降机制 被动裂谷盆地成因 主动和被动裂谷成因学说事实上代表裂谷盆地成因系列的两个端元 裂谷的形成都与这两种作用有关 而大多数裂谷的形成是位于这两个端元构成的系列之间 在裂谷形成过程中 岩石圈的变薄的地幔的隆起是在一个统一的机制中相互作用的 常常是不可区分的 这有如先有鸡还是先有蛋的问题 重要的是对裂谷过程的认识 裂谷过程控制着盆地的发育和盆内各种矿产的形成和分布 裂谷盆地 riftbasin 岩石圈板块作背向水平运动或地幔隆起时地壳中发育的 在地貌上表现为对称或不对称的中央深凹的谷地 按其所处位置可分为大陆内裂谷盆地 大陆边缘裂谷盆地 大陆间裂谷盆地 坳拉谷盆地和被动大陆边缘盆地 3 分类 主动和被动裂谷成因学说事实上代表裂谷盆地成因系列的两个端元 裂谷的形成都与这两种作用有关 而大多数裂谷的形成是位于这两个端元构成的系列之间 在裂谷形成过程中 岩石圈的变薄的地幔的隆起是在一个统一的机制中相互作用的 常常是不可区分的 这有如先有鸡还是先有蛋的问题 重要的是对裂谷过程的认识 裂谷过程控制着盆地的发育和盆内各种矿产的形成和分布 裂谷一词是gregory 1896 研究地堑时提出的 现在的东非裂谷系kenyan部分就是以他的名字命名的 裂谷是最常见的一种伸展盆地 是 由于整个岩石圈遭受伸展破裂而引起的 并且常常是一侧为正断层限制的断陷盆地 在真正的裂谷中 由于岩石圈上隆 减薄或区域应力场产生的张性偏应力足以克服岩石强度 从而形成断层 如果张性偏应力不足以造成脆性破裂 那未隆起或沉降作用就会在无断裂的情况下进行 大陆内裂谷 定义 岩石圈板块作背向水平运动或地幔隆起时发育的地貌对称或不对称的中央深凹的谷地 发育于大陆内部的裂谷就会产生陆内裂谷盆地 如东非裂谷中由南到北分布的几个湖盆 就是这种类型 我国的如汾渭地堑 也可以归为此类 大陆板块 克拉通 上裂谷盆地的物质来源主要是来自克拉通古陆 这些古陆是断裂控制的上盘造成的山地 由于断裂升降运动十分激烈盆地和山系的地势坡度很大 陆源物质剥蚀速率和搬运速率都十分快 堆积到断陷盆地的沉积物都是一些成分成熟度和结构成熟度都很低的不稳定碎屑物 大陆裂谷盆地的沉积作用受古气候带的控制和影响十分明显 因此 裂谷盆地常常可以将复陆屑建造分为潮湿型建造 灰色复陆型建造 干旱型复陆型建造 红色复陆型建造和干旱 潮湿过渡型复陆型建造 杂色复陆型建造 大陆边缘裂谷盆地 这种盆地具有前寒武系的结晶基底 开始为大陆内裂谷 以后发展为被动板块扩张发展为被动大陆边缘 沉积序列由陆相过渡为海相 边缘裂谷盆地往往具有较高的地温梯度 有利于生油母质向烃类转化 因而蕴藏着很大的储油潜力 陆间裂谷 大陆在拉张作用下完全开裂 地幔物质上涌形成新的洋壳 盆地区发育成准大陆型或准大洋型过渡壳 裂谷轴部已位于洋壳之上 并成为典型的初始分离板块边界 几种不同盆地类型对比 坳拉谷盆地 它是裂谷构造的一种 呈长条形 有很长的演化历史 与裂谷的区别通常是条形的一端开放而另一端收缩尖灭 又称坳拉槽 坳拉谷最先由前苏联地质学家 沙茨基提出 用来描述指以正断层为边界的长期发育的一种沟槽状构造 大多位于克拉通边缘的内凹处 而向地台内纵深方向逐渐尖灭消失 也有向地台内部的台向斜状的大盆地方向开放 谷内为弱变形不变质岩层 其厚度常比外围的地台同时代盖层厚几倍 属克拉通区内一种具特征性的构造单元 中国华北克拉通区的中晚元古庙的燕辽坳拉谷 中条坳拉谷具这类构造的典型特征 被动大陆边缘盆地 被动大陆边缘盆地 passivecontinentalmarginbasin 是分布在被动大陆边缘的盆地 又称大西洋大陆边缘盆地 是一个从大陆向大洋过渡的广阔带 地壳稳定 主要形成砂质粘土岩建造 石英岩建造和灰岩建造 由大陆边缘或陆间裂谷继续扩张 逐渐张开加宽而形成 残留被动大陆边缘盆地 在威尔逊旋回中 从大西洋型成熟期大洋到喜马拉雅型的遗痕期 大洋关闭以两种方式进行 一种为太平洋式 两侧的洋壳俯冲模式差异很大 但都是通过洋壳向大陆方向俯冲而最终关闭 从而形成缝合带 其间产生了前陆盆地和残留洋盆地 最终以前陆盆地的统一而告终 另一种方式是以冈瓦纳大陆前面的洋壳向欧亚大陆俯冲 以多个微陆块逐次俯冲 碰撞完成 使特提斯洋关闭 形成了恒河前陆盆地和孟加拉湾残留洋盆地 现代的地中海接近这种模式 从动态观点看 在大洋关闭的晚期 处于被动边缘演化模式的大陆由于其前方的洋壳 包括洋中脊 插入到更前方的主动大陆边缘之下 但还没有发生碰撞时的 残留被动大陆边缘盆地 当属于会聚型盆地大类 是与残留洋盆地同级且早于其发育的一种过渡壳上发育的盆地类型 板块运动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 坳陷盆地或裂陷盆地 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 这一支大陆裂谷就衰退而演化成为坳拉槽 岩石团在引张作用下形成何种类型的裂陷盆地 大陆裂谷或裂陷盆地形成后又如何进一步演化 这会受到很多因素的影响 4 裂谷盆地的构造演化 与大陆裂开和漂移作用有关的裂谷演化呈下列四条路线 1 大陆内裂谷 大陆间裂谷 大洋 2 大陆内裂谷 坳拉槽 3 大陆内裂谷 被动大陆边缘 4 大陆内裂谷 大陆内坳陷 1 大陆内裂谷 大陆间裂谷 大洋 红海亚丁湾 埃塞俄比亚裂谷分布 典型的是埃塞俄比亚 红海 亚丁湾三联裂谷系 它们是由埃塞俄比亚 红海南端 亚丁湾三联裂谷和苏伊士湾 亚喀巴湾 红海北端三联裂谷组成 2 大陆内裂谷 坳拉槽 并非所有的裂谷都会不断的扩张成为新生洋盆 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 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坳拉槽 衰退裂谷一般位于被动大陆边缘的凹角处 在新生洋盆的扩展过程中 衰退裂谷不再发生裂陷沉降而发生热沉降 并可能成为大陆地区的物源输入大陆边缘的通道 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 但由于衰退裂谷的方向与俯冲 碰撞过程中板块的运动方向近于平行 所以一般还能较完整地保留裂谷时期的地层层序和基本的构造形态 最终成为坳拉槽 美国南部的俄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坳拉槽 它经历了中 晚寒武纪时期的大陆裂谷 晚寒武世 密西西比纪时期的坳陷和宾夕法尼亚纪的变形后保留下来 形成一个典型的大陆内裂谷 坳拉槽演化序列 俄克拉荷马盆地大陆内裂谷 坳拉槽演化示意图 3 大陆内裂谷 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再发生显著的裂陷作用 成为向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 前者主要是陆源碎屑供给不充分 在陆阶上发育碳酸盐岩 页岩相沉积 在斜坡脚和陆隆上发育浊流相沉积 后者有大量的陆源碎屑供给 且波浪和洋流对输入大陆边缘的沉积建造的破坏性较小 使沉积层序 主要是三角洲 滨岸体系沉积物 不断向海洋部分推进 发育何种类型的被动大陆边缘可能与很多因素有关 包括物源供给 洋流 构造活动等等 巴西东部雷康卡沃 坎波斯 塞尔希培一阿拉戈斯和圣埃斯皮里托等盆地 非洲西部加蓬 宽扎和下刚果等盆地都是大陆内裂谷 被动大陆边缘的实例 4 大陆内裂谷 大陆内坳陷 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图在热衰减过程中还会引起地表裂陷而形成碟状的沉积盆地 可以称为坳陷盆地 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坳陷盆地 也可以称为克拉通盆地 但是克拉通盆地的涵义更为广泛 泛指克拉通内部发育的坳陷盆地 其中有些显然不是在大陆裂谷或裂陷盆地基础上演化而成的 由大陆裂谷或裂陷盆地演化而成的大陆内坳陷盆地 其范围一般比早先的裂陷盆地范围更大一些 早期强烈坳陷 晚期沉降速率明显衰减 期间还伴随有区域性隆升 表明盆地的形成与演化在很大程度上受大陆裂谷时期的岩石圈减薄的影响 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 北海盆地等都是由大陆裂谷演化成为大陆内部坳陷盆地的实例 我国的松辽 渤海湾等裂陷盆地也是沿着大陆裂陷盆地一大陆内勘陷盆地这一途径演化的 中国东部中新生代裂谷盆地演化模式 裂谷盆地一般可划分为三个阶段 初始张裂阶段 断陷阶段和坳陷阶段 如下图为中国东部中新生代裂谷盆地的演化模式图 裂陷盆地的演化序列 裂谷盆地在不同级别的断裂作用影响下 一般多出现坳隆相间 凹凸相邻的构造格局 并且均经历过快速沉降到稳定沉降的转换 通常快速沉降的裂陷期充填了巨厚的沉积物 生成的油气在具备良好的生储盖条件下进入背斜 断块 不整合及岩性等圈闭中 形成油气藏 裂谷盆地勘探已为全球油气工业提供了近1 3的油气发现 因此裂谷盆地是世界上重要的含油气盆地之一 可见裂谷盆地在油气资源中占有非常重要的位置 5 成油作用 裂谷盆地是一类很重要的油气储集盆地 也是勘探研究的重点 具有以下特征 1 油气生成特征烃源岩可以有碳酸盐岩 泥页岩 源岩厚度大 有机质以水生生物为主 且丰富 分布广 类型多的特点 地热梯度高 利于有机质向油气的转化 深层地层中烃类的聚集基本上经历两个过程 一是早期浅层形成的油藏被改造 二是深层分散有机质不断经受深成变质作用而生成新的油气 并运移聚集成藏 2 储盖组合特征坳陷型裂谷在稳定沉积环境下 储集层发育规模大 横向稳定 成熟度高 断陷盆地在块断运动作用下发育规模小 横向变化大 储集层成因类型多 盖层岩石类型多 主要为泥质岩类 盐岩 膏岩及致密的碳酸盐岩 生储盖组合在裂谷前期为新生古储组合为主 断陷期为自生自储式组合为主 而裂谷后期以古生新储组合为主 3 运移特点裂谷盆地中油气运移既存在侧向运移又存在垂向运移 但以垂向运移为主 断裂带控制了裂谷盆地中油气田的地理分布 裂谷盆地断裂体系发育 油气纵向运移十分活跃 有多期运聚 重新分配 多期成藏的特点 油气往往沿断裂向上运移 在断裂两侧富集 纵向含油气井段长 断陷盆地油气藏分布模式4 油气分布特征裂谷盆地油气藏类型多 主要有背斜油气藏 断块油气藏 岩性油气藏 地层不整合油气藏 地层超覆油气藏 坳陷型裂谷盆地中部 一般发育与基底活动有关的背斜油气藏 断块油气藏 断陷盆地陡坡带则主要发育滚动背斜油气藏 断块油气藏 地层超覆油气藏 洼陷带岩性油气藏发育 缓坡带则以岩性上倾尖灭油气藏 断块油气藏 地层不整合油气藏 地层超覆油气藏为主 油气主要分布在裂谷盆地的中心和边缘 在裂谷期 油气被限制在裂谷盆地的中心和边缘 而且在平面上具有环带分布的特点 主要的油气聚集带分布于地垒型隆起 构