裂陷盆地课件

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裂陷盆地授课教师：李涛联系电话：13997550415E-Mail：ltm817@163.comQQ：1563376511 裂陷盆地/伸展盆地裂陷盆地泛指那些由于盆地的形成和演化而导致岩石圈或地壳发生伸展构造变形的沉积盆地，也可称为伸展型盆地。地壳或岩石圈的伸展变形通称为伸展构造，裂陷盆地就是地壳伸展构造的一种表现形式。裂陷作用：引张力作用于整个岩石圈并导致地壳或岩石圈发生大规模的开裂和裂陷的地质作用过程，或造就岩石圈“伸展构造”的既“裂”又“陷”的构造过程，它与英文的taphrogenesis和rifting的地质含义大致相当。2 伸展构造（extensionaltectonics）是指裂陷作用（或区域引张作用）下形成的一切使地壳或岩石圈沿水平方向发生伸长变形的构造总称。裂谷（riftvalley）是引张作用使整个岩石圈破裂而形成的狭长沉降带。地堑(graben)：地壳浅层次的规模相对小一些的构造。3 4 一、主动裂陷和被动裂陷主动裂陷(activerifting)：指岩石圈底下的软流圈热物质主动上涌，并引起整个岩石圈的水平引张，裂陷作用是对软流圈和地幔深部热物质主动上涌的反映。其发育过程是：热隆起－火山活动－裂陷盆地形成－热沉降。被动裂陷(passiverifting)：板块构造演化过程中，产生的区域水平拉张力。其过程可表述为裂陷盆地形成－热隆起－火山活动－均衡沉降、热沉降。主动裂陷和被动裂陷不是彼此孤立的，而是相互转化和影响的。5 ●软流圈物质主动上涌→水平扩张●裂陷过程是深部物质上涌的反映主动裂陷6 主动裂陷：裂陷过程是深部热物质主动上涌的反映7 被动裂陷：●力源是区域水平引张力，与走滑有关。●裂陷作用导致热物质的被动上涌。8 主动裂陷和被动裂陷的区别：裂陷盆地形成前是否出现区域上的热隆起，或者说，裂陷盆地的形成和发展是否是区域热隆起的后续构造事件。9 二、大陆伸展模式10单剪 11 在纯剪切几何模型中，上部为脆性层，下部为韧性层，伸展岩石圈的横剖面呈对称形状，在伸展过程中可以伴随岩浆侵入所产生的膨胀作用。12 简单剪切几何模型中，发育有贯穿整个岩石圈并一直延伸到软流圈内低角度滑脱断层，将岩石圈分为上下两部分，即上盘和下盘，下盘岩石圈的减薄沿滑脱面发生转移，因此表示岩石圈伸展作用的横剖面是极不对称的形状。13 上地壳破裂带张性异地岩体重要的上地壳扩展界限差异剪切带莫霍面枢纽带14 G.P.Eaton(1980)提出了大陆地壳分层伸展模式，其基本思想是：地壳（或岩石圈）伸展构造是分层次的，其二是不同层次的地壳或岩石圈的伸展变形方式不同。例如，浅层次可以是简单剪切，深层次可以是纯剪切。15 G.S.Lister等（1991）认为拆离断层可以是低角度正断层或坡坪式正断层，并且认为拆离正断层可以以低角度倾斜切穿整个岩石圈，也可以在地壳中的韧性层中滑脱。据此，提出了岩石圈拆离伸展的五种伸展模式。16 三、裂陷盆地分类17 1）与板内裂陷作用有关的盆地18 大陆内初始裂谷大陆间裂谷2）与大陆裂开和板块离散运动有关的盆地19 20 21 3）与板块俯冲作用有关的裂陷盆地22 23 正断层的几何学和运动学组合类型（据Wernickeetal.,1982）类型构造（断层和岩层）运动学断层面形态非旋转类岩层面和断层面均不旋转平面式旋转类岩层面（上盘）旋转而断层面不旋转铲式断层面和岩层面（上盘和下盘）均旋转平面式或铲式四、裂陷盆地构造特征裂陷盆地正断层形态及组合24 组合形态：地堑与地垒、多米诺式半地堑、滚动式半地堑、复式半地堑。25 26 27 裂陷盆地中的变换构造：构造变换带最早是从逆冲推覆构造提出的，指调节逆冲带推覆位移大小、使收缩应变量保持守恒或有规律变化的构造要素。近年来应用于裂陷盆地研究中，并使用变换构造一词，包括调节带和传递带（传递断层）。简单的说，变换构造是调节主干断层位移大小和极性的断层。28 29 30 31 裂陷盆地伸展断层位移传递方式与变换构造32 裂陷盆地的沉降曲线成下凹型、两段式。早期曲线陡、直、延伸短、斜率大，沉降速率快，晚期曲线平缓、延伸长、斜率小，沉降速率成指数衰减。前期代表地幔上隆，称裂陷阶段沉降、裂谷阶段沉降或初始沉降；后段代表裂陷伸展后，地幔隆起的热收缩松弛引起的地壳缓慢下沉，称为后裂陷阶段沉降（拗陷阶段沉降）或热沉降。这种“开始迅速下沉，而后热指数衰减”反映了由地壳裂开－岩石圈减薄－热流值增加－热冷却的过程。33 1、大陆裂谷-陆间裂谷-新生大洋盆地埃塞俄比亚-红海-亚丁湾三叉裂谷系埃塞俄比亚裂谷：古近纪为裂谷前穹隆阶段，渐新世至新近纪开始裂陷，沉积粗碎屑岩和火山岩红海裂谷：始新世末到渐新世为隆起阶段，古近纪晚期和新近纪初期是裂陷。从演化时间上看，裂陷作用可能是从南东部向北西部扩展。中新世早中期，红海仍然以大陆上的地堑-地垒构造为特征，并开始出现海侵式砂岩。直到上新世晚期在中央海槽出现新洋壳，同位素年龄为3.5Ma。自此开始，一直扩张到现在，已与印度洋的中脊相连。目前热流密度高达90-180mW/m2，地温梯度在28-50℃/km以上五、裂陷盆地演化34 35 2、大陆裂谷-衰退裂谷-拗拉槽奥克拉荷马盆地美国南部的奥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拗拉槽，它经历了中-晚寒武纪时期的大陆裂谷、晚寒武世-密西西比纪和宾夕法尼亚纪的变形后保留下来。36 37 38 3、大陆裂谷-被动大陆边缘巴西东部被动大陆边缘盆地演化可分为裂谷前克拉通阶段、陆内裂谷阶段、过渡阶段和被动大陆边缘阶段。⑴早白垩纪之前为裂谷前克拉通阶段。当时巴西与非洲是一体的大型克拉通坳陷。缺乏生油岩，但有良好的储层。⑵早白垩世纽康姆期为裂谷阶段，主要为碎屑沉积，厚约5000米。本阶段的典型油田是卡烙巴油田，它由断块组成，通过断块活动，将上侏罗统储集层与下白垩统的生油岩接触。39 ⑶早白垩世阿普特期为过渡阶段，原先的大陆裂谷部分的裂陷作用基本停止，岩石圈的裂陷作用集中表现为新生洋壳的扩张。这期间巴西盆地发育蒸发岩层系。这期间的底部砾岩可以构成储集层，而局限沉积环境有利于生油岩的形成，蒸发岩可以作为盖层。⑷早白垩世晚期后的被动大陆边缘阶段，包括浅水台地型边缘海和开阔边缘海的演化。在大西洋裂开和海底扩张的早期，巴西大陆边缘主要是砂、页岩沉积，接着是台地碳酸盐岩沉积，后者构成良好的储集层。细粗粒砂岩以浊流方式沉积在深水中，由于区域性向东倾斜和下沉，大陆供给的大量沉积物产生前积作用，形成厚的碎屑物契状体。深水粗-细砂岩和粉砂岩构成最好的储集层，而相邻的页岩是生油岩，石油地质配置良好。40 断陷盆地的古地理41 42 43 4、大陆裂谷或裂陷盆地-大陆内坳陷盆地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、北海盆地和我国的松辽、渤海湾盆地。44 实例一：中俄罗斯盆地中俄罗斯盆地晚元古代早、中期（里菲期）为大陆内裂谷，晚元古代晚期（温德期）至泥盆-石炭纪为大陆内坳陷盆地，演化如下：⑴陆内裂谷阶段：陆相碎屑岩并有火山活动。⑵大陆内坳陷早期阶段：特征是强烈下凹，海进相地层广泛发育，并形成地台盖层，形成巨厚的陆源砂-粘土质岩石以及碳酸盐岩，包含主要的生油和储油层系⑶大陆内坳陷晚期阶段，其特征为上升作用超过下拗作用，有广泛的海退沉积，包括碳酸盐岩-蒸发岩集陆相碎屑岩-含煤层系。45 实例2：松辽盆地松辽盆地是一个在前古生代和古生代两套变质基底上发育的侏罗纪－早白垩世大陆内部裂陷盆地，晚白垩世成为大陆内部拗陷盆地。大致经历了四个演化阶段，即T-J3的热隆张裂阶段、J3-K1裂陷阶段，K1-K2拗陷阶段、K2-Q萎缩阶段。松辽盆地在拗陷阶段发育良好的生储盖组合。由于盆地沉降速率大于沉积速率，湖盆中部发育了很好的烃源岩。而向湖盆推进的三角洲砂体成为良好的储层。盆地构造反转（K晚期）形成大型构造圈闭，如大庆长垣。46 上地幔热隆张裂阶段(T-J3)裂陷阶段(J3-K1)拗陷阶段(K1-K2)萎缩褶皱阶段(K2-Q)被充填的盆地非补偿盆地裂谷式补偿盆地剥蚀地带47 渤海湾盆地区域构造轮廓简图实例三：渤海湾盆地渤海湾新生代盆地在剖面上可以分解为三个层次（1）由前古近系组成的盆地基底；（2）由古近系（下第三系）组成的下沉积盖层（裂陷阶段）；（3）由新近系（上第三系）和第四系组成的盆地上部沉积盖层（拗陷，碟状盆地）。48 49 50 东濮盆地区域构造位置51 52 53 54 55 56 东濮凹陷连锁断层系统演化57 5、大陆裂陷盆地-伸展造山带大陆裂陷盆地，特别是发育在拆离断层上盘的裂陷盆地发展到一定程度后，裂陷边缘的主干断层的大规模伸展位移可能使下盘在均衡作用下隆升，使地壳深部由于伸展作用形成的“变质核杂岩”露出地表，成为伸展造山带，其隆升与卸载和地壳深部花岗岩侵入导致的地壳均衡有关。美国西部科迪勒拉“盆岭区”就是裂陷盆地演化成为伸展造山带的实例。58 59 6、与俯冲作用有关的弧间-弧后裂陷盆地及演化60 主动裂陷和被动裂陷61 六、影响裂陷盆地演化的因素Morley(1989)认为，大陆岩石圈发生裂陷作用后朝着什么方向发展与大陆岩石圈内部是否发育大规模拆离断层有关。一种循着大陆裂谷－陆间裂谷－新生洋壳途径演化，其中新生大洋盆地边缘部分也是按照大陆裂谷－被动大陆边缘演化；另一种为裂陷盆地－伸展造山带。62 Kusznir等（1987）认为，大陆地壳或岩石圈持续伸展情况下，裂陷盆地向何方向演化与其伸展应变速率及地壳组成有很大关系。在高应变速率下，可能导致裂陷作用在窄的范围内进行，并使大陆裂陷盆地向陆间裂谷－大洋裂谷方向演化；低应变速率伸展则可能导致在更广阔的地壳范围内发生裂陷，并出现低角度或近水平的拆离断层，使大陆裂陷作用继续在大陆地壳内演化，形成一系列的拆离断层上盘的裂陷盆地或演化成为伸展造山带。63 Buck（1991）根据已知的不同大陆裂陷盆地的地壳热结构和热流等特征，提出了三种大陆裂陷伸展模式并进行了数值模拟。当地壳厚度较大（约60km）、热流密度较高（约100mW/m2）时，岩石圈伸展速率较慢（约1－2cm/a），上地壳的伸展集中在较窄的范围内，下地壳和上地幔部分的伸展范围比上地壳更宽广，出现“核杂岩模式”的裂陷。当地壳较薄（约45km）、热流密度较低（约80mW/m2）时，岩石圈伸展速率非常快（约1－10cm/a），岩石圈的地壳部分和上地幔部分都发生大范围的裂陷，出现“宽裂陷模式”。当地壳更薄（约30－35km）、热流密度更低（约60mW/m2）时，岩石圈伸展速率也较小（一般小于1cm/a），岩石圈产生“细颈化”，出现“狭裂陷模式”。64 平衡地质剖面恢复古构造（黄骅盆地K85-121剖面）裂陷盆地在演化过程中沿水平方向的伸展变形65 裂陷盆地演化过程总结66 裂陷盆地中有利的油气成藏部位及条件？课后思考67