第五章、板块构造与沉积作用.ppt

1、1、概述 沉积作用随着不同的盆地类型而不同，而盆地类型、性质是受到板块构造背景所控制。 盆地指地壳表面三度空间上的凹地，按构造位置可分为大洋盆地、大陆边缘盆地和克拉通内盆地三类；按时代可分为前寒武纪盆地、古生代盆地与中新生代盆地三类。沉积盆地与盆地概念不完全相同。在沉积盆地的概念中不应包括大洋盆地，原因是它的沉积厚度平均仅2 000m，因此建议将沉积盆地的厚度限定在 2000m, 沉积盆地概念的建立主要是服务于石油天然气勘探。,第五章、板块构造与沉积作用,沉积盆地的另一层含义是：它是地球历史上长期处于沉降状态未隆起造山的地区，这就把大多数中生代以前的盆地排除在外。因为所有造山带都曾经是盆地，没

2、有这一限制，盆地和造山带的含义就容易混淆，因而所总结的盆地成因机制常常并不适用于以含油气为特征的沉积盆地。,1、概述,20世纪80年代以来，根据与板块构造的关系对盆地分类，例如 Bally, （1975）及 Haily and Snelson(1980)的分类：与缝合带无关的盆地，如大洋盆地、被动陆缘盆地、克拉通盆地与裂谷盆地等；近缝合带盆地，如 B型与 A型俯冲带附近的海沟与深拗陷；中国型盆地，与缝合带有关，但远离缝合带的盆地；缝合带盆地，如不同类型的弧后盆地及与缝合带巨型剪切活动有关的盆地等。,1、概述,近代盆地分类多从下列三种因素考虑： 盆地形成的构造背景、力学机制； 充填盆地的沉积层序

3、; 盆地后期改造的构造环境。,1、概述,包特（1976）曾将盆地的成因机制归结为重力、热力和应力三种模式。 1）重力模式是把拗陷归因于沉积载荷作用下的岩石圈弯曲，同时借助于相转换假说，提出沉积荷载可能触发辉长岩一榴辉岩的相变，相变既可能加大沉降幅度，也是盆地后期抬升的原因（拆沉）；,1、概述,2）热力模式是指热膨胀引起岩石圈最初隆起，并受到剥蚀，后来岩石圈的冷却下沉将引起沉陷；另一种原因可能是密度大的基性、超基性物质侵入，引起下部地壳密度加大而下沉（底侵与拆沉作用）；还有一种可能是下地壳的密度增加，是由于热事件引起岩石变质成麻粒岩或榴辉岩引起的。,1、概述,3) 应力模式（四种假设） 张力作用

4、下正断层产生的地壳楔沉降； 挤压力作用下隆起前缘的均衡下降； 地壳扩张时，下部地壳拉伸减薄引起脆性上部地壳的破裂下沉； 由于平移或转换断层引起的地壳的局部沉陷。,1、概述,对盆地进行成因分类的方案很多，最多见的是从挤压、拉张与剪切三种应力出发进行分类；结合沉积特征分为断陷型、拗陷型；强调初始原因分为裂谷型、前陆型；强调综合成因分为叠合型、复合型；强调构造位置划分为陆内陆缘和大洋盆地等等。之所以分类方案很多，原因是沉积盆地的形成多是综合作用的结果，一种成因机制往往是另一种机制的延伸，很难截然分开。近年来国际上的盆地分析特别强调初始原因，把沉积盆地分为伸展型、挠曲型和走滑型三类，基本上概括盆地的所

5、有类型。,1、概述,伸展型盆地是指在岩石圈伸展背景下发育的盆地，一般以地壳变薄为其主要特征。究其原因，又分为热力驱动的伸展作用、应力驱动和重力驱动的伸展作用，前者又以普遍有火山活动为特征，这就是一般分类中的裂谷型盆地。应力驱动的地壳伸展即一般所讲的拉张盆地。陆内、陆缘盆地属于在重力驱动力下地壳向一个方向的蠕动拉伸，被动陆缘是典型的实例。,2、伸展型盆地,节理和断层是岩石脆性变形的证据，褶皱则是岩石脆塑性或塑性变形的证据，它们都取决于温度压力和应变速率 岩石圈伸展作用方式可以是纯剪切应变，也可以是简单剪切应变；可以是均匀应变，也可以是非均匀应变。,2.1变形形式,裂谷应变模型,裂谷是地壳拉张区，

6、以地壳薄、高热流值和火山活动为特征。多主张是地幔热柱作用的结果。初始原因是软流圈物质上涌，上覆岩石圈隆起，上地壳拉张断陷，下地壳及壳下岩石圈蠕变伸展而形成盆地下降；晚期上涌的热地幔物质冷却收缩或发生相转换，引导岩石圈弯曲变形而形成拗陷型盆地，盆地沉积向两侧超覆。,2.2裂谷盆地,主动和被动两类，前者是地幔隆起为主因，后者是地壳伸展减薄为主因。,2.2裂谷盆地,成 因,第一, 地幔底辟隆起，在隆起顶部可因均衡和张裂作用形成沉积盆地，以细粒碎屑沉积为主 第二阶段因地幔底辟的进一步上拱，岩浆沿边界断裂上升，引起裂谷肩部隆起，故形成粗碎屑沉积 第三阶段，随着地幔底辟的进一步扩大，地壳伸展减薄，沉降加剧

7、，盆地向外扩展，由于远离物源区，沉积物颗粒度变细，甚至出现未补偿沉积。,裂谷演化阶段,大西洋型被动陆缘伸展盆地经历了从大陆裂谷到大洋的转变，故一般将其演化分为四个阶段,裂谷演化阶段,大陆裂谷阶段一般均以河湖相碎屑岩或火山碎屑岩沉积为主； 红海型裂谷主要以蒸发岩沉积为特征； 窄大洋期间因裂谷肩消失，碎屑物可搬运至深海盆，从而在深水区形成浊积与半远洋沉积的互层； 大西洋阶段主要在陆基上形成厚层浊积和以细层理为特征的沉积层。,裂谷沉积特征,克拉通盆地这一概念颇有异议，一种定义的克拉通盆地相当于陆内盆地。克拉通盆地仅指发育在克拉通地块之上的盆地而言。 克拉通盆地发育的一个重要事实是，明显受早、晚显生宙

8、巨旋回的影响,说明克拉通盆地的发育与两次泛大陆的解体关系密切，即板块的分裂与漂移是盆地初始形成的主要原因。 正因为全球主要克拉通盆地的发育与显生宙几次大的大陆分裂活动有关，所以这里将克拉通盆地归人伸展型盆地系列。 以陆相及浅海相碳酸盐岩及蒸发岩沉积为主。,2.3克拉通盆地,挠曲型盆地是指地壳挠曲变形所形成的盆地，并非是简单的挤压应力所致。Alien（1990）把前陆盆地和海沟归结为挠曲盆地，认为其形成机制是岩石圈受外力作用而发生挠曲变形的结果。大陆上的挠曲盆地可分为同造山期前陆盆地和后造山期山前凹陷二类。,3 挠曲型盆地,Dickinson（1974）最初把前陆盆地分成两类：1）周缘前陆盆地，

9、位于陆一陆碰撞造山带前弧地区 2）弧后前陆盆地，位于大洋岩石圈俯冲形成的岩浆派之后（如安第斯地区。北美晚中生代一新生代落基山盆地)。 尽管国内外已划分出许多不同类型的前陆盆地，但是基本的一点是：在冲断负荷作用下克拉通地壳因挠曲作用形成的盆地才称前陆盆地。,3.1前陆盆地,挤压环境中岩石圈拆离作用和大陆碰憧带、前陆的演化 ATCM一大西洋型大陆边缘；SAC一俯冲一增生体；FB一弧前盆地；F一前渊； S一S缝合带；B一后渊。,3.1前陆盆地,前陆盆地特征 1）向造山带前缘加厚的楔状体，向大陆方向超覆 2）以褶皱冲断带与造山带相邻，故近冲断带一侧厚度大、变形强；近克拉通一侧厚度小，变形弱 3）以碎屑

10、沉积为主，物源主要是造山带，也可来自翼部克拉通 4）沉积组合为河流一三角洲相和浅海相，深海沉积少，浊流仅局部发育，非海相沉积取决于沉降速率和沉积速率的关系 5）被动陆源沉积和前陆沉积均有利于油气富集并造成高产条件，且以前者为主（如波斯湾地区）,3.1前陆盆地,位于大陆边缘岩浆弧后，通过逆冲到岩浆弧后翼，形成褶皱一冲断带，构造叠置产生的负荷作用形成前陆盆地。主要为海陆交互相碎屑岩。,3.1.1弧后前陆盆地,在靠近地缝合带的俯冲板块上形成。这是这类碰撞带前缘的一个普遍特征。,3.1.1周缘前陆盆地,碎屑物不断增加，表现为水体变浅，粒度不断增大的反旋回沉积，从下往上从石英砂岩变到岩屑砂岩。 层序和岩

11、相:早期细粒含浊流半深海沉积、中期海相磨拉石沉积和晚期的陆相磨拉石沉积。 沉降中心和边缘尖灭体向克拉通方向移动。 以异常高的堆积速率为特征，前陆盆地平均堆积速率为 186 mMa，而克拉通盆地仅为6.6m/Ma。 前陆盆地的油源层主要为下伏的被动陆缘稳定沉积，其次为前陆期沉积中的油源岩,3.1.2前陆盆地沉积,山前凹陷用以表示造山作用之后在山脉前缘形成的盆地，大致反映了中亚这类所谓的前陆盆地的基本特征。地质及地球物理资料说明，山前凹陷的形成最初属于重力塌陷性质，是密度大而冷的克拉通边缘地壳在重力作用下破碎而下沉到密度小而热的造山带之下，从而引起上地壳的挠曲变形。这类似于最初对海沟的成因解释。

12、总之，盆地早期沉陷受重力控制，晚期与冲断负荷效应有关，这是山前凹陷盆地的共同特征。当冲断带向盆地内部进一步扩展时，盆地发生构造反转。,3.1.2前陆凹陷沉积,走滑拉分盆地形式多样，但它们都与一条大型走滑断裂的活动有关。或因断层叠覆引起，或因断层弯转引起，或因断层离散而引起。引起沉降的主要作用力是减薄作用、热收缩和负荷作用。主要特点是纵向和横向上的不对称、块体的旋转、横向上相突变、高的沉积速率和后期变形强烈等。,4 走滑盆地,4.1 走滑拉分盆地,4.1 走滑拉分盆地,离散断裂组合形成的拉分盆地,4.1 走滑拉分盆地,走滑断裂盆山耦合及伴生构造图,4.1 走滑拉分盆地,走滑断裂 盆山耦合 及伴生

13、 构造图,4.1 走滑拉分盆地,郯庐断裂 与相邻盆地,走滑造山带 与盆地体系,4.1 走滑拉分沉积,1）沉降速率快。拉分盆地类似于被动裂谷盆地，常因快速沉降形成早期的非补偿深水盆地，如加利福尼亚的Ridge盆地在不到15Ma的时间内沉积厚度达10Km。拉分盆地一般较窄，在100-250Km。 2）常以“S”、“Z”型向菱形盆地演化。早期因主断层分开较宽且不平行，所以盆地形态呈“S”、“Z”型；随着拉分作用的进行，主断层趋于平行，长宽比增大，形态上变为菱形，沉降中心常位于长对角线两端。 3) 沉积、沉降中心及相带沿边界断裂朝一定方向迁移。圣安德列斯走滑断裂旁侧的Ridge盆地和库木库里盆地可作为

14、走滑拉分盆地变形的一个典型实际，据此推测，柴达木盆地西部的一系列背斜的形成可能均与一系列次一级的走滑断裂有关。,4.2 走滑盆地主要特征,构造样式是在特定应力场作用下形成的构造几何形态，可以根据张、剪、压三类应力进行分类，这是盆地成因分类的基本依据。但它又不是唯一的依据，因为不同成因类型的盆地可以具有相同的构造样式，如伸展盆地与拉分盆地的剖面构造样式就完全相同；此外，某些不同成因的构造样式可以出现在同一类盆地中，例如正花状构造及底辟等挤压构造常常与拉张构造共处于同一个盆地中。这就要求对各类构造样式除进行运动学分析外，还要进行动力学特征的探讨，同时要结合区域构造演化史进行分析，方能提出盆地成因的

15、正确结论。,5、盆地基本构造样式,5.1 张性构造样式 张性构造的基本样式就是地堑或半地堑。铲式边界断裂形成的地堑是上部脆性破裂和下部韧性滑动共同作用的结果。,5.2挤压构造样式 5.2.1冲断构造 冲断构造是造山带向前陆盆地不断逆冲推覆的记录。常用冲断系来描述一个滑动系统中所有的逆冲构造，逆冲系一般由双重构造（duplex）、叠瓦构造和三角带组成。双重构造是底板逆冲面与顶板逆冲面之间围限的一系列断片（horse）。,5.2.2 滑脱构造 滑脱构造是在挤压应力作用下，当滑动层均一并有区域上发育的主滑动面存在时，滑动层顺层滑动而形成不同形态的构造，顺层滑动往往达数公里至数百公里 5.2.3反转构

16、造 “反转构造（inversion）”一词原意指构造低地转变为构造高地，显然指的是盆地反转。前陆盆地都发育在伸展作用的基底之上，后来的发育主要依赖于冲断负荷作用下的地壳挠曲，应是典型的正反转构造。,5.2.3 反转构造 构造形态的反转表现为：正断层被逆断层或褶皱所代替称正反转；逆断层被正断层所代替就称为负反转。反转构造与油气聚集关系密切，例如大庆长垣位于早期的深断陷盆地中，故都是油气的富集区。,反转构造样式 1) 因盆地构造性质的改变，由早期的拉张断陷而改变为晚期的挤压回返，反转构造往往不是孤立的，而是成排成带出现。前陆盆地应属于这种情况，但前陆盆地多被后期强烈的挤压变形所改变，常没有反转构造保留 2) 局部应力场改变而形成的反转构造。这类构造多发育在伸展型盆地中，常与塑性层的上拱（底辟）有关，但多是孤立出现。,反转构造样式 3）与走滑断裂伴生的反转构造，有正花状构造和负花状构造。 花状构造是一种较特殊的走滑构造。其特征是：断层带呈近直立的窄带，在沉积盖层中，断层向上并向侧旁分叉张开，共同组合成辫状撒开的断裂带。一般认为花状构造的形成与主滑动断层在走向离散型与聚敛型构造的发育有关，例如与拉分盆地伴生的花