大地构造学-板块与盆地.ppt

第四章沉积盆地及与板块关系 第一节盆地和含油气盆地的概念 一 盆地概念朱夏 1965 地壳的一定地段在大地构造发展一定阶段的一种洼陷构造 或 在地质发展历史一定阶段的一定运动体制下形成发展的统一的沉降大地构造单元 叶连俊 1980 持续的接受沉积的地区称为沉积盆地 M T Halbouty 1979 盆地是一定的时期 在一定的地质时期 在独立的地理区 于相对统一的构造环境中 由来自一处或多处沉积物源的沉积物所组成的沉积岩体 Selley R C 1976 1985 将盆地分为三种 地貌盆地 沉积盆地和构造盆地 地貌盆地是指被天然高地围绕的一块低地 沉积盆地 同生沉积盆地 是指一个平缓褶曲的沉积层向中心倾斜的地区 构造盆地 叠合盆地 也称沉积后盆地 含油气盆地是指含有油气的盆地 即指已经发现有油气的盆地 陆克政等 2003 关于沉积盆地 1 物质 沉积盆地是由沉积层组成的 厚度超过1000m 2 地质时代 沉积盆地发生在一定的地质时代 3 空间 沉积盆地是具有盆状形态的地壳构造单元 二 沉积盆地分类原则1 据盆地赋存的大地构造位置按槽台观点划分为稳定区 过渡区和活动区 按板块构造观点划分为不同类型的板块边缘 如离散型边缘 聚敛型边缘 和板块内部盆地 2 据盆地形成的动力学环境根据盆地形成的动力学环境划分为引张型 或裂陷型 挤压型 扭动型和混合型盆地等 根据热流值和地温梯度 高温盆地 正常温度盆地 低温盆地 根据岩浆活动 优地槽 冒地槽和熔岩盆地 3 据盆地形态结构依据盆地规模划分 超巨型盆地 面积大于100 104km2 巨型盆地 面积为50 100 104km2 大型盆地 面积为10 50 104km2 中型盆地 面积为1 10 104km2 小型盆地 面积小于1 104km2 依据盆地平面形态 圆形 长条形等 依据下覆地壳性质 陆壳 克拉通壳 过渡壳 洋壳等 依据基底性质 结晶基底 褶皱基底 早期沉积物轻微变形基底 依据基底变形和沉积盖层的关系 褶陷 下覆基底为褶皱 断陷 裂陷和压陷 和拗陷 4 据盆地的沉降与充填根据盆地下沉与补偿关系 过补偿盆地 补偿盆地和欠补偿盆地 根据盆地内沉积充填 大陆环境 陆缘环境和海洋环境 根据构造岩石组合或建造 复理石盆地 磨拉石盆地 红色盆地等 5 据盆地的含油气性和含矿性含油气盆地 含煤盆地 含盐盆地等 按生油层演化程度划分为未成熟 成熟 过成熟等类型的盆地 三 盆地构造单元划分 第二节沉积与沉降 作为全球海平面变化和沉降作用函数的海平面相对变化及其对可容空间的影响 H W Posamentier等 1988 地心 全球 绝对 海平面 相对海平面 堆积的沉积物 基准面 水底 水深 海面 一 沉积可容空间 海平面相对变化周期 据朱筱敏 2000 略修改 层序边界 超覆的类型 据Payton C E 等 转引自陆克政等 1996 沉积层序及其年代地层剖面 R M Mitchum 1977 二 关于重力均衡的进一步说明 1 Airy均衡 2 挠曲均衡 W 为挠曲均衡的垂向沉降 m D 挠曲刚度 N m L x 重力负荷 N g 重力加速度 m s2 取9 81 m c 分别为地幔和地壳的密度 kg m3 x 距负荷点距离 m Airy模式与挠曲模式的差别在于对基底的挠曲响应系数的认识上 若沉积物负载服从正弦函数h h0sin 2 分布 则有 E 岩石圈杨氏模量 Pa r 泊松比 小数 Te 岩石圈弹性厚度 m 波长 即二分之一盆地宽度 m 挠曲系数在1 0之间变化 越大 负荷被补偿的程度越大 反之 越小 三 沉降沉降与隆升 地壳垂直运动有两个方向 其中顺重力方向 使高程降低的运动称为沉降 反之 即称为隆升 盆地的沉降和隆升都是相对于某个参照面和时间来说的 盆地沉降包括了沉积物负荷沉降与构造沉降 前者是沉积物负荷的均衡响应 后者是深部地球动力学作用 热冷却 扩展 地幔隆升 岩浆底辟 地壳拆沉等 和构造环境施加的影响 伸展 挤压或走滑 的综合反映 因此 构造沉降变化体现出地球动力学环境的演变 具有丰富的地球动力学信息 盆地总沉降 D t 为某时刻的基底沉降 Hs t 为该时刻沉积物厚度 d t 为古水深 S t 为相对现今海平面的海平面变化值 盆地构造沉降 Y t 为盆地过去某时刻 t 的构造沉降量 m F z t 为基底对负荷的响应函数 在艾里均衡 局部均衡 条件下为1 S为回剥计算后的地层厚度 S t 为相对现今海平面的海平面变化值 m d t 为沉积时的古水深 m m为地幔密度 kg m3 一般取3 3 s t 为该时间沉积层系的平均密度 kg m3 w为水体密度 kg m3 一般取1 0 关于挠曲响应系数 m为地幔密度 s为沉积物密度 D为抗挠刚度 g为重力加速度 为负荷波长 可取二倍盆地宽度 对于裂陷盆地 由于裂陷破坏了岩石圈的连续性 可认为是处于Airy均衡 挠曲响应系数可取为1 陆克政等 2001 对于前陆盆地 由于岩石圈保持了完整性 挠曲响应系数应小于1 如我国西部盆地岩石圈对沉积负荷的响应系数为0 7 0 9 何登发等 1999 泥岩 砂岩 泥岩 砂岩 沉积 沉降速率 增大 时间 增大 沉积 沉降速率 增大 时间 增大 泥岩 砂岩 泥岩 砂岩 沉积 沉降速率 增大 时间 增大 沉积 沉降速率 增大 时间 增大 泥岩 砂岩 负相关 正相关 构 造 沉 降 速 率 构造沉降速率与沉积速率变化关系对岩性的控制 沉积速率变化比构造沉降速率变化快 沉积速率变化比构造沉降速率变化慢 沉 积 速 率 构 造 沉 降 速 率 沉 积 速 率 构 造 沉 降 速 率 沉 积 速 率 构 造 沉 降 速 率 沉 积 速 率 同步 岩性不变 a b c d 粗砂岩 中砂岩 细砂岩 粉砂岩 含砾不等料砂岩 泥质粉砂岩 粉砂质泥岩 灰岩 生物灰岩 石膏层 膏盐层 图例 满参1井30Ma周期沉降和沉积波动曲线关系及反映的岩性 国际年代名称 纪世 第四纪Q 上新世 中新世 渐新世 始新世 古新世 白垩纪K 晚白垩世 早白垩世 侏罗纪J 晚侏罗世 中侏罗世 早侏罗世 三叠纪T 晚三叠世 中三叠世 早三叠世 二叠纪P 晚二叠世 早二叠世 岩性剖面 砂岩 泥岩 砂岩 泥岩 砂岩 泥岩 正相关 正相关 解释岩性 增大 沉积速率曲线 沉降速率曲线 增大 草1井30Ma周期沉降和沉积波动曲线关系及反映的岩性 图例 砾岩 石膏 泥灰岩 砂砾岩 砂岩 角砾状灰岩 粉砂岩 灰岩 白云岩 地层缺失 沉积速率直方图 沉积速率曲线 煤层 碳质泥岩 泥岩 粉砂质泥岩 东河1井30Ma周期沉降和沉积波动曲线关系及反映的岩性 英买8井30Ma周期沉降和沉积波动曲线关系及反映的岩性 图例 砾岩 石膏 泥灰岩 砂砾岩 砂岩 角砾状灰岩 粉砂岩 灰岩 白云岩 地层缺失 沉积速率直方图 沉积速率曲线 煤层 碳质泥岩 泥岩 粉砂质泥岩 地质年代 绝对年龄Ma 岩性剖面 沉积速率曲线 40 80 120 160 200 240 280 Q R K J T P N E K2 K1 J3 J2 J1 T3 T2 T1 P2 P1 砂岩 泥岩 砂岩 泥岩 砂岩 泥岩 砂岩 泥岩 解释岩性 沉降速率曲线 增大 增大 盆地沉降机理 一 重力作用 重力均衡 负荷作用 负荷 相转化 辉长岩相转化为辉榴岩 二 热力作用 地幔上涌 地壳变薄 水平拉张 岩石圈热膨胀 剥蚀 冷沉降 热 相转化作用 基性岩或超基性岩贯入作用 软流圈分异作用 火山作用三 应力作用 壳拉伸 蠕散作用 扭动作用 压缩作用 动力 相转化作用 三 沉积过程描述 短途输运碎屑岩剥蚀 沉积过程 h t qr为单位宽度河流卸载量 dh dl是河渠方向上的斜坡度 Ks是标量搬运系数 长途输运碎屑岩剥蚀 沉积过程 碳酸盐沉积过程 DW1 时间1 海平面 沉积物 基底 DS1 DW2 时间2 海平面 沉积物 基底 DS2 SL IS 碳酸盐岩沉积作用与各控制因素之间的关系 据徐怀大等 1997 第三节板块构造与沉积盆地关于盆地形成的原因 a 扭动形成盆地b 拉张形成盆地c 挤压形成盆地d 其它 深部物质喷出 相变引起的密度变化 热作用等 热作用 裂陷和压陷盆地 Allen Allen 1990 走滑拉分盆地演化模式图 Mann 1983 盆地 盆地 与盐流动或岩浆作用有关的盆地形成 一 与海底扩张或区域拉张有关的盆地1 大陆内初始裂谷2 大陆间裂谷3 被动大陆边缘和深海平原4 三联点中 裂谷以面向大洋遗弃的一臂出现 拗拉谷 大陆内初始裂谷 大陆间裂谷 被动型大陆边缘发育阶段 时代变新 拗拉谷发展示意图 二 与俯冲作用有关的盆地1 活动大陆边缘和弧沟系 弧沟系类型 Dickinson 1975 切开岛弧 切开具岛弧的大陆 海洋岩石圈发生岛弧活动 收缩 拉伸 弧沟系的产生模式 2 弧前体系 洋内岛弧横剖面示意图 综合的弧前体系模式 Ernst 1970 Grow 1973 Marlow 1973 1 地块内盆地 2 残余盆地 3 增生盆地 4 复合盆地 3 弧前地区的形态及其地球物理特征 弧前盆地类型 根据弧前盆地基底性质 Seely和Dickinson 1977 将弧前盆地划为4种类型 即岛弧地块内盆地 残余盆地 增生盆地和复合盆地 综合的弧前体系模式 Ernst 1970 Grow 1973 Marlow 1973 1 地块内盆地 2 残余盆地 3 增生盆地 4 复合盆地 3 弧后地区 弧后块断盆地 岛弧优地槽褶皱带的弧前逆断盆地与弧后块断盆地示意图 Thompson 1976 弧后前陆盆地 弧后盆地横剖面图 大陆边缘岩浆弧伴生的沉积盆地 4 边缘海盆地及弧间盆地 弧间盆地的横剖面简图 A 发展初期 B 发展后期 西太平洋部分地区地貌略图 广东上川岛外海底地形剖面 东海大陆架 琉球海沟海底地形剖面 中国海区及邻域地壳结构构造横剖面图1 沉积岩或火山碎屑岩地壳层 2 花岗岩地壳层 辉长岩地壳层 5 地震波速 公里 秒 中国海区及邻域热流量分布略图 弧间盆地的横剖面简图 A 发展初期 B 发展后期 与库拉 太平洋中央海岭俯冲相伴随的事件概念图 三 与大陆碰撞有关的盆地1 残留洋盆地 沿碰撞造山缝合带发育的残留盆地 2 周缘前陆盆地 与碰撞造山带有关的周缘前陆盆地 与板块碰撞作用有关的沉积盆地演化过程 四 与转换断层或走向滑移 或平移 断层有关的盆地 斜张走滑盆地和斜压走滑盆地 设想的东南亚向南南东方向扩张和纵向平移断层系 伊朗东南部斜向平移断层系 南亚地区大的平移断层 产生拉伸下沉盆地和挤压隆起块的走向滑移断层类型 走向滑移断层与拉张和挤压 理想的剪切 拉张的拉开盆地简图 五 克拉通内盆地1 克拉通内简单盆地 密执安盆地 左上为中奥陶统特仑顿灰岩顶面构造图 克拉通内简单盆地发育示意图 2 克拉通内坳陷盆地 西西伯利亚盆地 松辽盆地演化地球动力学模式图 松