第五章 压陷盆地.ppt

第二篇含油气盆地构造学分析 第四章裂陷盆地的构造学分析第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第六章走滑盆地的构造学分析第七章克拉通盆地 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征第三节压陷 挠曲 盆地的构造样式第四节前陆盆地的演化 注 压陷 挠曲 盆地 泛指那些在挤压作用下地壳收缩变形过程中形成的沉积盆地 第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析 一 压陷 挠曲作用1 压陷作用2 挠曲作用3 压陷 和 挠曲 二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式三 造山楔动力学 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 1 压陷作用 概念 在挤压力作用下地壳或岩石圈发生破裂并致使一部分地壳断块体 或板块 相对上升 而另一些地壳断块体 或板块 相对陷落成为盆地的构造作用称为 压陷作用 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 1 压陷作用 概念理解 仅限于指尺度较大的地壳断块体之间的相对位移和变形 包括断块之间的逆冲作用和挤压引起的地壳中浅层构造层大尺度的褶皱变形 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 2 挠曲作用 概念 压陷作用使一个 一些 地壳断块体 或岩石圈板块 上冲到另一个 一些 地壳断块体 或岩石圈板块 之上 下伏的地壳断块体在受到上覆地壳断块体的垂直载荷作用力时还会发生挠曲变形 这种构造作用称为挠曲作用 flexing 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 1 压陷作用 概念理解 在板块构造运动过程中 由于板块俯冲 大陆碰撞或板块的构造作用 火山作用等都会造成岩石圈的某些部位受到垂直载荷作用 从而使岩石圈发生向下弯曲的挠曲变形 这些构造作用过程都可以称为挠曲作用 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 1 压陷作用 概念理解 挠曲作用也可以发生在非挤压环境中 如被动大陆边缘形成陆堤的过程中 大量沉积物堆积在早期裂陷的大陆边缘地壳表面 并引起地壳的挠曲变形 这也是将挤压型盆地称为 压陷 挠曲 盆地 而不直接称为 挠曲盆地 的原因 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 3 压陷 与 挠曲 压陷 和 挠曲 通常是挤压动力学过程中有密切联系的两种构造作用方式 也是压陷 挠曲 盆地形成的主要动力学机制 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制一 压陷 挠曲作用 3 压陷 与 挠曲 挠曲作用造成的地壳变形实际上是一种 横弯褶皱 变形 它只是引起地壳表面的垂直升降位移 并不引起地壳的大规模收缩应变 压陷作用不单是造成地壳的收缩应变 而且为挠曲作用提供了构造负荷 压陷 是挤压体制下盆地形成的最根本的动力学机制 挠曲 是盆地形成过程的具体体现 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制 二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式 岩石圈板块内部受垂直载荷作用力使岩石圈发生挠曲 理论上相当于无限长的 板 受垂直载荷力作用的挠曲 而板块 或地壳断块体 边界所受垂直载荷作用力相当于半无限延伸的 板 或 悬臂梁 在端部受垂直载荷力的挠曲 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式 P A 艾伦和J R 艾伦的观点 P A 艾伦和J R 艾伦引用了Turcotte和Schubert 1982 对弹性 板 的挠曲问题的理论分析来讨论岩石圈的挠曲变形 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式 弹性模型理论分析认识 1 岩石圈的挠曲作用主要与两个因数有关 一是载荷力的大小和分布 一是岩石圈本身的挠曲度 2 在弹性模型中 板块的挠曲变形总体特征是一个挠曲凹陷和一个前缘隆起 当载荷力是一定时 挠曲盆地 或凹陷 的宽度 x 主要与板块的挠曲参数 a 呈正比 后者与抗挠刚度 D 密度差有关 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式 3 在其他条件相同时 半无限延伸板块挠曲作用形成的挠曲凹陷宽度比无限延伸连续板块挠曲作用形成的挠曲凹陷的宽度更窄些 而半无限延伸板块挠曲作用形成的前隆比无限延伸连续板块挠曲作用形成的前隆的幅度更大一些 弹性模型理论分析认识 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制二 岩石圈挠曲作用的弹性理论模式 用弹性挠曲模型可以很好地模拟洋壳的挠曲作用 图4 3 而对于结构复杂的大陆岩石圈的挠曲作用可能是不适合的 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制 三 造山楔动力学 造山楔是指在俯冲带 通常是A型俯冲 之上的楔状增生体 主要由沉积岩层组成 在来自后方的水平推挤力作用下 这种力源可能与板块的聚敛运动有关 使造山楔内部的结构及应力状态在演化过程中发生变化 并对前陆板块的挠曲作用产生重要影响 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 一 造山楔对前陆挠曲变形的影响 造山楔对前陆挠曲变形的影响表现在三个方面 P A Allen和J R Allen 1990 1 对于前陆板块来说 造山楔是一种壳上负载 它的形态和构造影响前陆板块的挠曲作用 因此造山楔的形态和构造影响着前陆盆地的形态和构造 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 一 造山楔对前陆挠曲变形的影响 2 造山楔的缩短 增厚或伸展前移 都会导致挠曲板块的负载状态发生变化 从而影响前陆板块的挠曲变形 因此造山楔的发展演化影响着前陆盆地的发展演化 3 造山楔的构造抬升与侵蚀能够为沉积盆地提供碎屑来源 因此造山楔的剥蚀史与前陆盆地的沉降史有联系 造山楔的岩矿物质与盆地地层中的碎屑成分有联系 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 二 造山楔的演化模型 造山楔本身的构造变形主要与造山楔向前陆地区推进时其底部的剪切作用有关 Plait 198 提出了一个造山楔的演化模型 图4 4 包括四个演化阶段 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 二 造山楔的演化模型 造山楔本身的构造变形主要与造山楔向前陆地区推进时其底部的剪切作用有关 Plait 198 提出了一个造山楔的演化模型 图4 4 包括四个演化阶段 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 二 造山楔的演化模型 1 在造山楔形成之初 造山楔以前缘加积为主 在楔状体前缘产生逆断层 以叠瓦状逆冲构造为主 也发育反冲断层 使楔状体前缘的坡度降低 并引起楔状体内部缩短 增厚 楔状体下部也可能在剪切作用下形成双重构造 2 随着造山楔底部的剪切作用的加强 底部的加积变得更加明显 楔状体下部形成双重构造 盲冲构造和褶皱变形 并导致楔状体后缘出现伸展断裂 造山楔下部还可能发生高压变质作用 第一节压陷 挠曲 盆地形成的动力学机制三 造山楔动力学 二 造山楔的演化模型 3 底部加积持续进行 伸展作用使造山楔下部的高压岩层抬升 造山楔后缘的伸展作用促使前缘发生某种程度的逆冲收缩变形 4 底部加积和伸展作用使高压变质岩层抬升 造山楔顶部岩层遭受剥蚀 造山楔演化到成熟阶段 第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地3 与克拉通内部挤压环境有关的压陷 挠曲 盆地二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地与板内压陷 挠曲 盆地2 前陆盆地系统3 前陆盆地与板内压陷 挠曲 盆地的识别标志 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征 依照盆地在板块构造中的位置与板块构造运动的关系 可以将常见的挤压型盆地类型归纳于表4 1 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型 1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 1 海沟 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 1 海沟 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 1 海沟 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 2 斜坡盆地 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 2 斜坡盆地 与弧前盆地的主要区别 斜坡盆地的基底是俯冲杂岩增生楔 而弧前盆地的基底主要是岩浆弧基底 图4 8 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 3 弧前盆地 位于岩浆弧轴部向海沟方向一侧的盆地 或弧 沟间隙区的盆地 靠俯冲带一侧则发育挤压褶皱和逆冲断层或逆冲走滑断层 靠岩浆弧一侧可以出现正断层 甚至整个弧前盆地都位于伸展的岩浆弧基底之上并进一步发生伸展变形 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 3 弧前盆地 弧前盆地的基底可以是早期的残留洋壳 由于俯冲带并非严格地发生在洋壳和陆壳之间 或伸展的陆壳或岩浆弧基底 图4 8 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型1 与板块B型俯冲作用有关的压陷 挠曲 盆地 4 弧后前陆盆地 北美型大陆边缘的岩浆弧后面常发育逆冲断层带 在断层下盘发育挠曲盆地 常与相邻的岩浆弧平行延伸 如加拿大的阿尔伯达盆地 美国西部落基山东侧的山前盆地等 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型 2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 5 残留盆地 指碰撞造山带内部或边缘以尚未俯冲消失的洋壳为底的盆地 沉积物主要来源于周围碰撞造山带 以发育浊流形成的复理石沉积和与碰撞造山带有关的海相磨拉石沉积为特点 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 5 残留盆地 碰撞作用发生后 沿碰撞带走向可能过渡到B型俯冲带 在碰撞陆缘及仍然在俯冲的弧 沟系间的挤压型盆地亦属于残留盆地 残留盆地可以向周缘前陆盆地过渡 如孟加拉湾 bayofbengal 是现代的残留盆地的实例 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 6 周缘前陆盆地 指造山带与克拉通之间的前陆地区发育的挠曲盆地 以瑞士的阿尔卑斯山前的磨拉石盆地最为典型 因此磨拉石盆地也成为这类盆地的代名词 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 6 周缘前陆盆地 磨拉石 mo lasse 通常也泛指那些以陆相为主 巨厚的砾岩和砂岩占优势的沉积岩层 岩层的分选性差 层理不规则 相变急剧 是造山带山前地区的典型沉积类型 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与板块碰撞作用有关的压陷 挠曲 盆地 7 山间盆地 指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳 通常是克拉通或早期的褶皱带 为基底的压陷盆地 即以逆断层为盆地边界的断陷盆地 如我国天山褶皱带中的一些小型盆地 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型 3 与克拉通内部挤压环境有关的压陷 挠曲 盆地 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与克拉通内部挤压环境有关的压陷 挠曲 盆地 8 板内压陷 挠曲 盆地 指克拉通内部或远离造山带主体的山前地区由逆断层A型俯冲造成的压陷 挠曲 盆地 它可以与前陆盆地相邻 且构造方向和发育历史可以与前陆盆地类比 显示出其亲缘关系 如美国西部落基山前的克拉通内部的风河盆地 与落基山前前陆盆地 绿河盆地 相邻 一 板块运动体制中的压陷 挠曲 盆地类型2 与克拉通内部挤压环境有关的压陷 挠曲 盆地 8 板内压陷 挠曲 盆地 板块内部受到挤压作用时地壳也可以产生大规模的褶皱变形 背斜核部相对隆升遭受剥蚀 向斜核部相对沉降形成沉积盆地 这种盆地也属于压陷 挠曲 盆地的一种 可称为褶陷盆地的一种 若发育在克拉通内部也可将其归纳到类前陆盆地中 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征 各种类型的压陷 挠曲 盆地 有些是短命的 只存在于现代板块构造系统中 在地壳表面被较好的保存下来的压陷 挠曲 盆地是那些以 稳定 克拉通为基底的前陆盆地 包括弧后前陆盆地 周缘前陆盆地以及克拉通内部的压陷 挠曲 盆地 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 1 前陆盆地的提出 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 2 Dickinson 1974 对前陆盆地的分类 据前陆盆地在板块构造中的位置 一类是周缘前陆盆地 Peripheralforelandbasin 与碰撞造山作用有关 位于A型俯冲作用带中的俯冲大陆地壳之上并与碰撞造山带 缝合带 毗邻的沉积盆地 如位于阿尔卑斯北部山前的磨拉石盆地等 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 另一类是弧后前陆盆地或退弧盆地 retroarcforelandbasin 与弧后造山作用有关 位于陆缘岩浆弧后的沉积盆地 如北美西部大陆边缘的科迪勒拉山脉东侧山前地带的一些盆地 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 2 Dickinson 1974 对前陆盆地的分类 当发育有弧后前陆盆地的大陆板块与另一个大陆板块碰撞后 周缘前陆盆地与弧后前陆盆地可以分别位于造山带 缝合带 的两侧 图4 10 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 3 周缘前陆盆地和弧后前陆盆地 对于与中生代以前的造山带有关的前陆盆地 要区分是周缘前陆盆地还是弧后前陆盆地有时是很困难的 由于这两种前陆盆地的板块构造位置的不同 它们与岩浆弧俯冲杂岩的关系以及盆地基底的性质可能有所不同 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 3 周缘前陆盆地和弧后前陆盆地 周缘前陆盆地更靠近地缝合带 且盆地早期沉积物的水深相对深一些 覆盖在裂陷的被动大陆边缘之上 而作为载荷的造山带则可能是先前与B型俯冲有关的增生杂岩和弧前盆地的沉积层 弧后前陆盆地的演化过程可能更长一些 且靠近陆缘岩浆 火山 弧 因而沉积物中可能更多的火山碎屑 而作为载荷的逆冲褶皱带则主要是岩浆弧 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 3 周缘前陆盆地和弧后前陆盆地 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 4 类前陆盆地 挠曲类前陆盆地 或 类前陆盆地 有一些与造山带不相邻 但也是大陆地壳压陷一挠曲作用形成的盆地 陈发景 1992 这类盆地属于克拉通内部的压陷 挠曲 盆地 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 5 前陆盆地的构造背景 陈发景 1992 认为类前陆盆地包括三种构造背景 a 前陆地区的基底拆离 或基底滑移 作用以及伴生的基底卷入式逆冲断层系统的构造负荷作用 使下盘系统形成压陷 挠曲 盆地 例如落基山地区的风河盆地等 图4 11 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 落基山地区的风河盆地 图4 11 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 5 前陆盆地的构造背景 b 由于前陆盆地的前缘隆起进一步受挤压隆升造成的构造负荷作用 使前陆盆地前缘隆起外侧 向克拉通方向 凹陷成为一个相对独立的压陷 挠曲 盆地 图4 12 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 这种盆地也被称为 破裂前陆盆地 brokeforelandbasin 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征1 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地 5 前陆盆地的构造背景 c 早期的克拉通边缘的夭折裂谷在大洋闭合和大陆碰撞造山过程中演化成为拗拉槽 由于拗拉槽层序的构造反转形成褶皱 冲断层带造成的构造负荷作用 使拗拉槽肩部及外侧地带形成压陷 挠曲 盆地 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 2 前陆盆地系统 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征2 前陆盆地系统 前陆盆地系统的涵义 a 前陆盆地系统是指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳之上的沉积物堆积的潜在地区 这一地区的沉降主要是与俯冲作用以及俯冲作用导致的周缘或弧后褶皱逆冲带有关的地球动力学过程的响应 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征2 前陆盆地系统 前陆盆地系统的涵义 b 前陆盆地系统由四个分割的构造沉积带组成 逆冲楔顶部带 wedge top 前渊带 foredeep 前隆带 forebulge 隆外凹陷带 backbulge 二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征2 前陆盆地系统 前陆盆地系统的涵义 c 前陆盆地系统的延伸长度大致与褶皱带的长度相等 不包括溢出到邻近的残留海盆地和碰撞大陆裂陷盆地中的沉积物 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 2 前陆盆地系统 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 3 前陆盆地与板内压陷 挠曲 盆地的识别标志 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 3 前陆盆地与板内压陷 挠曲 盆地的识别标志 第二节压陷 挠曲 盆地类型及其特征二 前陆盆地和板内压陷 挠曲 盆地的主要特征 3 前陆盆地与板内压陷 挠曲 盆地的识别标志 第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析 一 逆冲褶皱带的构造样式1 前陆盆地边缘逆冲带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式一 逆冲褶皱带的构造样式 1 构造样式特点 a 前陆盆地边缘逆冲褶皱带的构造样式是以向前陆方向逆冲的叠瓦状逆断层组成为特点 b 叠瓦扇构造 靠近造山带部分的逆冲断层的倾斜相对较陡 向前陆方向逆冲断层的倾斜逐渐变缓 而这些逆冲断层向深部产状变得更缓 收敛于基底拆离断层之上 1 前陆盆地边缘逆冲带的构造样式 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式一 逆冲褶皱带的构造样式 2 逆断层类型 a 前陆盆地边缘的逆冲断层可以是基底卷入型的逆冲断层 也可以是薄皮的逆冲断层 1 前陆盆地边缘逆冲带的构造样式 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式一 逆冲褶皱带的构造样式 b 有些逆冲断层甚至是在褶皱变形基础上形成的 即岩层受挤压先发生褶皱变形 进一步褶皱紧闭 倒转 最后在倒转翼发生逆冲断层 图4 15 1 前陆盆地边缘逆冲带的构造样式 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式一 逆冲褶皱带的构造样式 前陆盆地内部以薄皮逆冲构造为特点 由于断层形态 断层组合方式不同而表现出丰富多彩的构造样式 2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 铲式逆冲断层 逆冲断层面表现为上陡下缓的铲式形态 1 铲式逆冲断层与蛇头断层 叠瓦扇构造 蛇头构造 铲式逆冲断层上盘向上逆冲并发生褶曲变形 其形状貌似蛇头 图4 16a 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 逆冲叠瓦扇构造 两条或两条以上的同向倾斜的铲式逆冲断层向深层收敛为一条低角度逆冲断层 或拆离断层 图4 16b 1 铲式逆冲断层与蛇头断层 叠瓦扇构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 由于前陆盆地地层能干性的交替变化 在挤压作用下形成的逆冲断层产状随岩层能干性的变化而发生折射 断层在能干岩层中的切割角度较大 称为断坡 在非能干岩层中的角度很小 称为断坪 这种产状的逆冲断层称为坡坪式逆冲断层 图4 17 2 坡坪式逆冲断层与断弯褶皱 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 坡坪式逆冲断层的上盘断坡逆冲到下盘断坪上后 上盘为了适应断层的几何形态会发生褶皱变形 称为断弯褶皱 图4 17 2 坡坪式逆冲断层与断弯褶皱 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 前陆盆地中的逆冲断层多数没有直接逆冲露出地表 如果逆冲断层在逆冲过程中其位移逐渐减小以致在地层中尖灭 则称为盲冲断层 图4 18a 3 盲冲断层 断展褶皱与断滑褶皱 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 断展褶皱 伴随着盲冲断层的位移减小 断层上盘及上覆地层会发生褶皱变形所形成的的褶皱 3 盲冲断层 断展褶皱与断滑褶皱 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 断滑褶皱 顺层的逆冲断层也可能在层间尖灭 并引起上覆地层发生褶皱 这种褶皱即断滑褶皱 图4 18b 3 盲冲断层 断展褶皱与断滑褶皱 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 双重构造 一系列向前陆逆冲的坡坪式逆冲断层的断坪连接起来构成的构造 4 双重构造和楔状双重构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 双重构造是由一条顶板断层和一条底板断层夹持中间的逆冲断片 岩席 组成 夹持在中间逆冲断片又可以被若干分支断层 或连接断层 切割 4 双重构造和楔状双重构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 随着后方逆冲断层的位移的增大 双重构造可以从 倾向后陆的双重构造 演化成为堆叠背形构造 倾向前陆的双重构造 4 双重构造和楔状双重构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 楔状双重构造 双重构造的顶板断层是一条 被动 的反向逆冲断层时 底板断层的逆冲位移在断层前锋端部传递到顶部断层上 图4 20 4 双重构造和楔状双重构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 反冲断层 向后陆逆冲的断层 冲起构造 两条或两组逆冲断层相向倾斜 并使中间的公共上盘断块向上逆冲的构造 图4 21 5 冲起构造与逆冲三角带构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 对冲构造 相背倾斜的两条逆冲断层 将它们各自的上盘断块相对逆冲到其公共的下盘断块之上 这种样式的逆冲构造组合称为对冲构造 5 冲起构造与逆冲三角带构造 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 5 冲起构造与逆冲三角带构造 对冲的逆断层可能会有一条深层的拆离断层将它们联系在一起 构成逆冲三角带构造 图4 21 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 6 撕裂断层与逆冲调节带 逆冲断层系统中有一些横向或斜向的断层 图4 22 这些断层的形成是与逆冲断层的位移过程有关的 因而通常具有走滑位移性质 称为撕裂断层或捩断层 tearfault 一 逆冲褶皱带的构造样式2 前陆盆地内部的逆冲构造样式 6 撕裂断层与逆冲调节带 所有在逆冲带中具有调节主干逆冲断层之间的位移的作用的构造都可以视为逆冲调节带或逆冲传递带构造 包括撕裂断层 第五章压陷 挠曲 盆地中的构造学分析第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式 二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 1 逆冲断层系统的根部 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 2 逆冲断层系统的中带 第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 3 逆冲断层系统的前锋 第五章压陷 挠曲 盆地中的构造学分析第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式 二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 第五章压陷 挠曲 盆地中的构造学分析第三节压陷 挠曲 盆地中的构造样式 二 从造山带到前陆盆地的逆冲构造系统 第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析 一 造山楔的演化与前渊的迁移二 前陆盆地的演化与地层层序三 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀四 前陆盆地演化的实例分析 第四节前陆盆地的演化 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 一 前陆盆地的宽度和深度与造山带构造负荷的大小和前陆地区岩石圈的挠曲刚度有关 但大陆地壳并非是一个弹性板块 与粘弹性模型更加接近 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 1 对于弹性模型 载荷保持不变时 挠曲变形的形态也保持不变 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 2 对于粘弹性模型 即使载荷的大小不变 随着时间的推移 发生挠曲变形的岩石圈会产生应力松弛 导致挠曲凹陷进一步加深 前缘隆起进一步抬升并向载荷方向迁移 图4 25 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 渐进逆冲的造山楔在两个方面影响到前陆盆地沉降中心的迁移 其一 渐进逆冲的造山楔相当于渐进增加的载荷力 其二 渐进逆冲的造山楔相当于载荷渐进地向前陆地区位移 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 三 造山楔顶部的剥蚀和前陆盆地的沉积是影响前陆盆地沉降中心迁移的另一个因素 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 四 前陆盆地的演化与造山带的演化有密切关系 造山带收缩作用增强 会使造山楔坡度和质量增大 从而使前陆挠度增大 前陆盆地则变的窄而深 使前缘隆起向造山带方向迁移 反之 前陆盆地变得宽而浅 前缘隆起向前陆方向迁移 一 造山楔的演化与前渊的迁移 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 一 前陆盆地的地层层序在纵向上易发生变化 P A Allen和J R Allen引用瑞士的北亚宁前陆盆地的实例说明前陆盆地地层变化的总体特征 自下往上包括七个地层单元 图4 27 二 前陆盆地的演化与地层层序 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 七个地层单元 前陆岩石圈抬升引起的基底不整合 货币虫灰岩和抱球虫灰泥岩地层代表的前陆盆地的水侵 北Helvetic地层代表的有火山造山带泻入的浊流沉积体系 下部海相磨拉石 从陆架搬运到滨岸的沉积 二 前陆盆地的演化与地层层序 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 下部淡水磨拉石 NAFB的第一期河流 湖泊沉积 上部海相磨拉石 代表浅海和海湾 河口湾沉积体系 上部淡水磨拉石 是使NBFB 北亚宁前陆盆地 最后充填消亡的粗的陆相碎屑沉积 二 前陆盆地的演化与地层层序 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 前陆盆地及其下伏地层可能包含有板块构造运动旋回各个主要阶段的沉积记录 二 前陆盆地的演化与地层层序 A W Bally 1989 构思了一幅前陆盆地的地层层序结构图 他称之为理想的前渊 图中表现了前陆盆地及其下伏地层 自结晶基底向上可以包括多个重要的不整合面 图4 28 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 前陆盆地的演化与地层层序 1 不整合面a 标志着裂谷作用的开始及被动大陆边缘广泛发育的前奏 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 前陆盆地的演化与地层层序 2 不整合面b 板块破裂并扩张离散运动的标志 预示着被动大陆边缘漂移的开始 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 前陆盆地的演化与地层层序 3 不整合面d 前陆盆地演化时期海平面下降引起的 这些不整合面也可以造成邻近格皱带的生长背斜顶部的剥蚀 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 4 结晶基底面以上的整个层序 记录了大陆岩石圈从形成大陆裂谷或裂陷盆地 被动大陆边缘盆地 前陆盆地的演化过程 二 前陆盆地的演化与地层层序 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 三 前陆盆地沉积物早期 复理石 常常是细粒的含浊流沉积物 常常在陆棚以下的深水处发育 晚期 磨拉石 浅海或陆相沉积物 这种早期深水阶段的沉积物与造山带还未生长至稳定状态有关 Covey 1986 二 前陆盆地的演化与地层层序 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 一 Dickinson和Suczek 1979 研究发现 在一般情况下碎屑物源区类型与盆地类型之间有一定的关系 三 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 二 Dickinson和Suczek 1979 根据构造背景把物源区分成三大类九种类型 大陆块物源区 克拉通内部 过渡区 基底隆起区 岩浆弧物源区 未切割的岩浆弧 过渡区 切割的岩浆弧 再旋回造山带物源区 俯冲杂岩体物源区 碰撞造山带 前陆隆起 弧后逆冲断层带 三 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 三 Dickinson和Suczek共采集了88个从中晚元古代到现代不同类型物源区的砂岩样品 用几组不同的参数编制成三角图 图4 29 表4 2 进行统计分析 三 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 经统计分析得出三条基本规律 1 来源于克拉通地区的碎屑 石英含量非常高 岩屑非常少 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 2 来源于岩浆弧的砂岩是典型的不成熟砂岩 砂岩中岩屑含量很高 3 再旋回 或旋回性 造山带供给的碎屑以丰富的石英和沉积岩 变质沉积火山岩 变质火山岩的岩屑碎块为特征 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 四 F L Schwab 1986 研究了阿巴拉契前陆盆地 西怀俄明前陆盆地 Jackson盆地 西阿尔卑斯前陆盆地等盆地的砂岩碎屑的矿物成分 表明前陆盆地阶段的碎屑主要来源于再旋回造山带和碰撞造山带 前陆盆地下伏地层的物源是大陆克拉通地块 三 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 阿巴拉契前陆盆地 点a b c 下伏的寒武纪或前寒武纪Chilhowee群地层中的石英矿物丰富 长石和岩屑含量较少的砂岩 可能来源于未来前陆盆地以西和北西的克拉通物源区 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 阿巴拉契前陆盆地 点l 10 奥陶纪一石炭纪宾夕法尼亚纪的砂岩 都分布在Dickinson图解的再旋回造山带区域 上升的沉积物和变质沉积物物源区 9和10可能来源于一些特别晚的 再活化的克拉通物源区 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 西阿尔卑斯前陆盆地 1 5是晚古生代至早白垩世地层 基本都落在图中的 大陆地块 中 点6 10是晚白垩世至第三纪地层 基本都落在 再旋回造山带 和 碰撞造山带 中 图4 31i j 前陆盆地层序的砂岩图解 都落在 再旋回造山带 和 碰撞造山带 区 第五章压陷 挠曲 盆地的构造学分析第四节前陆盆地的演化 以台湾西部晚第三纪前陆盆地 北美落基山山前前陆盆地和天山两侧山前的前陆盆地为例 进一步讨论前陆盆地的演化 四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 区域概况 台湾西部晚第三纪前陆盆地位于台湾岛的西侧 是吕宋岛弧与亚洲大陆碰撞造山带俯冲板块上的一个周缘前陆盆地 台湾的弧一大陆碰撞是斜向发生的 中国大陆被动边缘为NE SW方向 与南北向的吕宋岛弧呈高角度相交 1 台湾西部晚第三纪前陆盆地 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 沉积物 台湾北部的碰撞造山是在400 104a前的更新世开始的 使现在的前陆地区从被动大陆边缘沉积物变为前陆盆地沉积物 其标志有 a 向东指向的古水流 被动边缘来自大陆的水流 变为向西指向的古水流 前陆盆地来自东部造山带的水流 b 开始出现来自台湾造山带的板岩碎屑和再加工钙质超微体化石 1 台湾西部晚第三纪前陆盆地 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 从老到新大致有五种沉积环境 反映了从深海至河流的沉积环境的变迁 图4 32 a 最深水环境 b 浅海环境 c 滨海环境 d和e为河流环境 1 台湾西部晚第三纪前陆盆地 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 前陆盆地的南部沉积环境与北部有差别 南部盆地形成时代较新 上新统和更新统仍然是以深水海相沉积物为主 图4 32a b 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 北部盆地形成时代较早 上新统有些深水海相沉积物 更新统只有少量浅水海相沉积 主要为河流沉积物 图4 23c d 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 M Covey 1986 认为台湾西部前陆盆地演化至稳定状态是由于构造和沉积作用相互作用造成的 图4 33 1 台湾西部晚第三纪前陆盆地 第四节前陆盆地的演化四 前陆盆地沉积充填与物源区的剥蚀 据此 M Covey 1986 将前陆盆地沉积物充填的演化概括为以下四个阶段 早期沉积作用阶段 图4 34a 盆地充填作用阶段 图4 34b 达到稳定阶段 图4 34c