第二章 水平伸展构造.ppt

第二章水平伸展构造,伸展构造的基本样式薄皮伸展构造基底卷入的伸展构造及其演化与伸展构造有关的油气圈闭样式,伸展构造的基本样式,正断层裂陷盆地的伸展构造样式构造变换带正断层的运动及其调节性构造,一、正断层,正断层是在水平引张力作用下形成的。按照安德森断层形成模式，在1垂直、2以及3水平纯剪切应力场中，岩层破裂将形成一对共轭的正断层，正断层的倾角为60，共轭正断层的交线为2方向。但是，自然界的正断层并非都是共轭出现，其产状也并非总是60自然界的断层的位移有些是斜向的，地震剖面上的正断层是指上盘下降的倾向位移分量占明显优势的断层,伸展构造的基本样式,正断层的几何学和运动学分类,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,正断层的尺度分类,基底卷入的正断层断陷主边界正断层（位移一般大于1000米）次级正断层（位移一般小于1000米）盖层滑脱的正断层主要盖层正断层（位移大于100米）次级盖层正断层（位移10-100米）隐形盖层正断层（位移小于10米）,伸展构造的基本样式,正断层的活动方式分类,同生正断层（同沉积正断层、生长断层）同生基底正断层同生盖层滑脱正断层后生正断层后生基底正断层压实正断层,伸展构造的基本样式,正断层剖面组合,共轭状（相背倾斜、相向倾斜、交叉）平行状斜列状（软连接）铲式扇状（硬连接）伸展双重构造,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,地震剖面上的平行的铲式正断层组合,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,地震剖面上的共轭正断层组合,伸展构造的基本样式,露头岩层中的共轭正断层组,伸展构造的基本样式,共轭正断层组的形成和演化,伸展构造的基本样式,露头岩石上的共轭正断层组,伸展构造的基本样式,共轭正断层组,伸展构造的基本样式,同生共轭正断层组的形成和演化,伸展构造的基本样式,共轭正断层组,伸展构造的基本样式,多米诺式正断层组合,二、伸展断陷盆地地堑与半地堑,伸展断陷盆地的主边界断层的几何形态和运动学特征与断陷盆地的结构及相关的构造组合特点有密切关系4种类型的正断层作为伸展断陷盆地或凹陷的边界断层，构成了4种不同结构的断陷盆地的剖面构造样式单个断陷表现为地堑或半地堑结构,伸展构造的基本样式,裂陷盆地基本结构类型,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,半地堑地震剖面,伸展构造的基本样式,（据刘兴材等，1997）,伸展构造的基本样式,伸展断陷盆地基本构造样式类型及其主要特征,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,三、拆离断层和滑脱断层,所谓拆离断层（detachmentfault）是地壳中的大型低角度或近水平产状的断层，主要是指大型的低角度断层，强调断层面上下变形的差异性滑脱断层（decollementfault）沿着某一地层接触界面、不整合面或软弱岩层底面发育拆离断层不完全沿着这些受岩性控制的先存界面发育，但是总体上也受岩层能干性的影响（Ramsay，1987）。滑脱断层则没有尺度的概念，可以是小型的层间断层，也可以是大型的沿不整合面发育的断层,伸展构造的基本样式,穿过SevierDesert的地震剖面和解释剖面,（上图据McDonald，1976；下图据Groshong,1990）,伸展构造的基本样式,四、以半地堑为基本单元的伸展断陷族系,一条主边界正断层上盘下降即构成了一个半地堑断陷，完整地堑也可以视为两个相向倾斜的主边界正断层形成的半地堑叠加在一起而构成的在剖面上，主边界断层之间可以构成共轭组合形成地堑地垒族系，也可以构成平行组合形成多米诺式半地堑族系在平面上，主边界断层可以是平行延伸、斜列、侧列、分叉、交截和交汇等多种型式，使伸展断陷族系的构造样式复杂而丰富多彩。,伸展构造的基本样式,铲式正断层上盘半地堑族系,伸展构造的基本样式,伸展构造族系-1,伸展构造的基本样式,伸展构造族系-2,伸展构造的基本样式,背向倾斜半地堑组合,伸展构造的基本样式,伸展构造族系-3,伸展构造的基本样式,五、伸展断陷内部的断层,地堑、半地堑内部的断裂从形成机制、形成时代上看包括两种类型：一类是与主边界断层同时形成、受同一动力机制控制的断裂（辈分相同，“兄弟”关系）；另一类是主边界断层的伸展位移诱导出的次级断裂构造（辈分不同，“父子”关系）。前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系，后者则与主边界断层上盘的变形有关，出现在主边界断层上盘特定的构造部位，在伸展变形中起调节作用。一些与主边界断层同时形成的“兄弟”断裂，由于其位移量相对较小在后期的构造演化过程中又受到主边界断层位移的影响或控制，成为主边界断层的次级断裂,伸展构造的基本样式,地堑、半地堑内部的断层如果其总体走向与主边界正断层相同，可以视其倾斜方向分别称为同向断层（syntheticfault）和反向断层（antitheticfault），前者为倾向与主边界断层相同的断层，后者为倾向方向与主边界断层相反的断层,裂陷盆地基本结构类型,伸展构造的基本样式,六、正断层的运动及其调节性构造的产生,断陷主边界断层可以是单条断层，也可以是一个断层组，它们在伸展变形过程中起主导作用。主干正断层位移引起的变形多分布在断层上盘中，包括：与主干正断层倾向一致的同向调节断层、与主干正断层倾向相反的反向调节断层、断层相关褶皱变形（正牵引褶皱和滚动背斜）、构造斜坡以及斜坡上发育的共轭断层系或反向断层组等等。正断层下盘的均衡隆升等构造变形也属于调节构造。,伸展构造的基本样式,铲式正断层控制的半地堑其内部断层向深部延伸可以与主边界断层交汇在一起，构成连锁断层系统（linked-faultsystems）,伸展构造的基本样式,铲式扇断阶带,各个断阶面上的产状依次变陡,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,伸展构造模拟实验3,铲式正断层上盘调节断层,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,坡坪式正断层控制的半地堑通常是“复式半地堑”，自断层边界向断陷斜坡方向包括主断陷、中央凸起和断坡凹陷3个次级构造单元，其中中央凸起相对于断弯背斜构造、断坡凹陷则是深层断坡控制的向斜构造（也称为断坡向斜，rampsyncline）,伸展构造模拟实验,坡坪式正断层上盘调节断层,伸展构造的基本样式,一系列旋转平面式正断层同向倾斜构成“多米诺构造”。多米诺构造中正断层的间隔与滑脱面或滑脱层有一定的关系，一般滑脱层深度较浅、正断层间隔较小。正断层的旋转角度与正断层密度也有关系，密集的正断层构成的多米诺构造系统中的正断层能容许的旋转角度会相对大一些。,伸展构造的基本样式,多米诺断块旋转构造,伸展构造的基本样式,平面式正断层的旋转受阻会产生新的旋转平面式正断层或旋转平面式正断层向铲式正断层转化。当正断层旋转至一定角度后，进一步的递进变形促使形成新的正断层，新的正断层切割老的旋转正断层进一步伸展变形。,伸展构造的基本样式,非旋转平面式正断层通常是共轭型式出现，形成一个完全地堑（fullgraben）。,伸展构造的基本样式,如果地堑深部发育拆离断层或近水平滑脱层（剪切层），当伸展位移量到达一定程度后，地堑中的断块体的下降受到水平滑脱层的限制，断块体内部将进一步破裂形成新的条件正断层。,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,由于受到拆离断层的限制，随着伸展位移的增加，非旋转平面式正断层有向旋转平面式正断层或铲式正断层演化的趋势,伸展构造的基本样式,正断层上盘下降形成的次级逆断层,伸展构造的基本样式,铲式正断层上盘调节断层,伸展构造的基本样式,地堑模拟实验,正断层（正）牵引构造,伸展构造的基本样式,伸展构造模拟实验2,伸展构造的基本样式,断层形态与构造鼻,正断层的相关构造变形,伸展构造的基本样式,铲式正断层与滚动背斜构造,背斜转折端形态与铲式正断层形态相关，背斜轴面自下而上向断层面方向迁移,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,七、伸展断层系统中的变换构造,accommodationzone（调节带）和transferzone（变换带，或译为“传递带”、“转接带”、“转换带”等），accommodationfault和transferfault等概念没有本质的区别，都是指由于主干伸展断层位移诱导出的调节性构造变形，前者强调主要构造要素的作用派生出的构造变形，后者强调这些诱导出的构造在变形场中的作用。主干断层位移引起剖面上上盘变形或发育次级断层，可以称为调节构造；主干断层位移沿走向变化引起的两盘断块的变形或发育横向、斜向断层等，可以称为变换构造。,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,变换断层的运动性质受被传递的主干伸展断层的位态及伸展位移方式、位移量等多种因素影响，一般多具有一定量的走滑运动。但是，变换断层与一般的平移断层又有明显的区别，同一变换断层的不同地段可以是完全相反的走滑运动方向,伸展构造的基本样式,硬连接与软连接,一条断层可以直接与另一条断层相交，其交线称为分叉线（branchline），这两条断层的位移可以直接传递、转换，并通过分叉线协调起来。这种断层连接方式称为“硬连接”（hardlinkage）。断层之间也可以不直接连接，但是在运动学上仍然是协调一致，它们之间的位移传递是通过两断层之间的断块的变形来完成的。这种断层不直接连接、又保持运动学上联系的断层组合方式称为“软连接”（softlinkage）。软连接的断层之间的断块体通过变形来传递、变换彼此的位移，因此软连接的正断层之间由于正断层位移引起的种种构造变形现象都属于变换构造,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,多米诺式正断层组软连接的3D模型,伸展构造的基本样式,露头剖面上的软连接正断层实例,地震剖面上的“视连接”正断层实例,伸展构造的基本样式,Morley（1990）提出的变换带构造分类图,伸展构造的基本样式,背向和相向倾斜的伸展断层之间的几种变换构造样式,伸展构造的基本样式,同向倾斜的伸展断层之间的几种变换构造样式,伸展构造的基本样式,相向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的几种变换构造样式,伸展构造的基本样式,同向倾斜、平行延伸的伸展断层之间的变换构造样式,伸展构造的基本样式,主干伸展断层与次级断层之间的变换构造样式,伸展构造的基本样式,不同倾向的铲式正断层扇之间三变换断层,伸展构造的基本样式,被动大陆边缘的变换断层可能与洋中脊的转换断层联接在一起,伸展构造的基本样式,主干边界断层之间的构造变换,伸展构造的基本样式,主干边界断层软连接型式及其变换带构造,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,伸展断层面形态与上盘变形的几种模型,伸展构造的基本样式,伸展构造的基本样式,正断层在平面上的侧列（relay）再现,苏伊士裂谷,伸展构造的基本样式,薄皮伸展构造,一、构造样式二、相关（共生）构造变形三、形成机制,一、构造样式,薄皮伸展构造是指主要由沉积盖层卷入伸展变形的构造。铲式正断层系统和多米诺断层系统是薄皮伸展构造的两种主要构造样式。在剖面上，铲式正断层和旋转平面式正断层一般是在盖层中的软弱岩层（泥岩、盐岩等）中消失，或在盆地基底顶面的不整合面上滑脱平面上多为新月型断层线，可以用弓箭法则判断伸展位移方向,薄皮伸展构造,伸展与拆离,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造地震剖面,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造地震剖面,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造地震剖面,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造,尼日尔三角洲的正断层平面分布图,薄皮伸展构造,二、相关（共生）构造变形,与重力滑动成因的薄皮逆冲构造共生与底辟构造共生与基底卷入的伸展断层系统共生,薄皮伸展构造,被动大陆边缘与重力滑动和底辟作用有关的薄皮伸展构造剖面,薄皮伸展构造,橘子盆地剖面,薄皮伸展构造,薄皮铲式正断层地震剖面,薄皮伸展构造,薄皮铲式正断层与底辟构造剖面样式,薄皮伸展构造,基底正断层与盖层正断层两套断层系统基底背向共轭正断层系统与低凸起盖层滑脱向心共轭正断层系统与拱曲背斜,Melut盆地构造样式-剖面样式,薄皮伸展构造,主13剖面：多米诺式基底正断层组多米诺式盖层正断层组注意：基底断层与盖层断层的倾向相反,基底断层的向心型共轭正断层组合,Melut盆地构造样式-剖面样式,薄皮伸展构造,三、形成机制,构造环境：在大陆伸展半地堑斜坡上、被动大陆边缘、大型三角洲、大陆斜坡等不同的构造环境中都可能发育薄皮伸展构造重力滑动机制：在岩层重力沿着斜面的分量驱动下发生侧向扩展，形成薄皮滑脱断层底辟拱张机制：泥、盐等塑性物质底辟作用在底辟体顶部形成局部的侧向引张，或底辟作用引起底辟体两侧岩层的旋转而导致发育薄皮伸展断层区域引张作用机制：区域引张作用导致基底断层发生伸展位移，由于盆地内部存在的厚层软弱岩层发生韧性伸展，将上覆岩层形成的伸展断层与基底伸展断层分隔开来,薄皮伸展构造,薄皮伸展构造的形成模式,薄皮伸展构造,薄皮重力滑动模式,薄皮伸展构造,泥岩与薄皮正断层的发育模式,薄皮伸展构造,安哥那Cabinda近海地区的盐脊顶面的铲式正断层（据Brice等，1982）,薄皮伸展构造,基底卷入的伸展构造及其演化,地壳尺度的伸展构造伸展构造样式及其演化裂陷盆地类型及其演化,裂陷盆地是地壳或岩石圈尺度的伸展构造，也是结晶基底卷入的伸展构造。裂陷盆地的边界正断层向下可以延伸都进入到结晶基底中，一般至少在5-20km的地壳中消失，其中部分主干正断层可能切穿地壳甚至整个岩石圈。基本结构单元：不同几何学、运动学特征的基底正断层上盘发育的半地堑和完全地堑是裂陷盆地的基本构造要素。包括地堑、地垒、半地堑，半地垒等。剖面上构成地堑地垒、铲式正断层控制的半地堑、多米诺式半地堑组、坡坪式正断层控制的复式半地堑等。在平面上，这些半地堑、地堑构造可以呈带状分布也可以呈面状分布，不同半地堑、地堑之间被不同型式的变换构造带连接。,基底卷入的伸展构造及其演化,地壳尺度的伸展构造,基底卷入的伸展构造及其演化,莱茵地堑模型,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,北海盆地地壳结构剖面图,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地分布图,美国西部盆地地震解释剖面-1,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地震解释剖面,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地震解释剖面,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地质剖面-1,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地质剖面-2,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地质剖面-3,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地地质剖面-4,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地平衡剖面1,基底卷入的伸展构造及其演化,美国西部盆地平衡剖面-2,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,在递进变形过程中，伸展构造样式也会发生变化随着伸展量的增大主干断层上盘或下盘断块会进一步发育调节性次级正断层；随着伸展量的增大，主干正断层的集合形态和运动特征也会发生演化。一般地，非旋转正断层向旋转正断层演化，平面式正断层向铲式坡坪式正断层演化，简单断裂构造带向复杂断裂构造带演化,基底卷入的伸展构造样式的演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,裂陷盆地的演化,大陆裂谷陆间裂谷新生大洋盆地大陆裂谷衰退裂谷拗拉槽大陆裂谷被动大陆边缘大陆裂谷或裂陷盆地大陆内拗陷盆地大陆裂陷盆地伸展造山带,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,大陆裂谷陆间裂谷新生洋盆,原先的大陆裂谷的轴部形成了新生的大洋地壳，并成为两个或多个板块的离散边界。大陆裂谷演变成为陆间裂谷（或原洋盆地）。原洋盆地的裂陷作用主要发生在新生的洋壳部位，并且随着大洋扩张中脊的形成和发展，陆间裂谷进一步拓宽，演变成为以洋壳为底的新生大洋盆地实例：埃塞俄比亚红海亚丁湾三叉裂谷系,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,大陆裂谷衰退裂谷拗拉槽,三叉裂谷系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拗拉槽实例一：贝努埃凹槽裂谷系和尼日尔盆地实例二：俄克拉荷马盆地,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,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再发生显著的裂陷作用，成为与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。实例一：巴西东部被动大陆边缘盆地实例二：非洲西部的加蓬盆地,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,基底卷入的伸展构造及其演化,大陆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再进一步裂陷扩张了，早先裂陷作用减薄的岩石圈在热衰