伸展盆地平衡剖面

(三）正断层 的平面几何形态
最常见的是线 型、平行带状和侧 列状正断层，此外 也见有狗腿状、雁 列状、锯齿状、网 格状、弧形和平面 分叉状等正断层。
三、正断层－伸展褶皱的相关关系
张性构造环境中大多数褶皱与正断层系有关。这种与正断 层活动相关的伸展褶皱，可主要按褶皱的延伸方向分为3类：即（ 1）纵向褶皱的枢纽平行或大致平行于断层走向（图2a）；（2） 横向褶皱的枢纽垂直或近垂直于断层走向（图2b）；（3）斜向 褶皱的枢纽斜交于区域断层走向。
(1)平面状非旋转正断层：断 层面平直；断层面及上、下盘断 块在发育过程中不发生旋转。
(2)平面状旋转正断层：断层 面平直；断层面及上、下盘断块 一般均不断发生旋转，这类断层 常成组出现，多被称为“多米诺 式正断层”或“书斜式正断层”
(3)铲状（或犁式）正断层 ：其特征是随着深度增加，断层 面倾角变缓，沿沉积层、•基底 顶面、基底内缓断面以及中、下 地壳韧性层滑脱。这类断层具有 旋转性质，即上盘断块及其伴随 的地层、次级断层会发生旋转。
（5）均衡褶皱
属于规模最大的一类纵向伸展褶皱 类型。均衡褶皱是宽阔的褶皱，其形成 是对正断层下盘的差异卸载作用的响应。 大多数作者认同这种机制已产生了北美 科迪勒拉山变质核杂岩中及其它地区的 山体尺度的背斜。
2、横向褶皱
常见的横向褶皱按机制 主要包括断弯褶皱、收缩 褶皱和位移梯度褶皱等。 Байду номын сангаас1）位移梯度褶皱
图1中表示变形前的面积A等于 变形后的面积B。面积C是共有的， 因此，表示剖面未变形长度、变 形长度与滑脱面深度d之间的关 系的方程式是：
l0=l1－A/d
式中A是剖面的面积。
2 在伸展地区建立平衡剖面
原始长度为： l0=l1－A/d 伸展量为： l1－l0 = A/d 伸展率（或伸展应变）：
e=(l1-l0)/l0 表示单位长度的地壳伸展量。
3.阶梯状断层（及 多米诺构造） 正断层 在剖面上呈阶梯状或多 米诺骨牌式分布，常见 于陡坡和缓坡带。它们 逐渐向凹陷方向下掉， 组成断阶带。
4.Y字型断层 主断层与反 向的分支断层或分支断层本身 组合成Y字形。
正断层的剖面组合形态
• 5.铲状正断层扇 由多条铲状正断层组成，它们向下的产
状变缓并联合在一起；或由主铲状正断层及其上盘的次级铲状正 正层联合在一起组成。根据区域正断层的倾向，又可包括同向正 断层扇、反向正断层扇（或共轭正断层扇）等。
（2）纵向的伸展断展褶皱
根据挤压的断展褶皱来分析，它形成 于断层端线处。实验与数字模拟揭示，正 断层由下向上扩展或向上延伸，结果引起 上覆地层的褶皱挠曲，形成背斜－向斜对。
纵向的断弯褶皱与断展褶皱之间的鉴 别主要根据下盘褶皱是否存在和褶皱与正 断层之间的几何学关系。
伸展断展褶皱的规模取决于相关正断层 的规模。
伸展背景下常见褶皱
类型的形成机制 图解
1、纵向褶皱
（1）纵向的伸展断弯褶皱
发育于具有倾角变化的正断层的上 盘之中。“滚动褶皱”和“逆牵引褶皱” 是最初用于描述这些褶皱的术语，但按 这种褶皱形成的机制属“断弯褶皱”。 大多数断弯褶皱是位于铲状正断层之上 的相对简单的“滚动”背斜。由于认识 到一些正断层系可能具有类似于逆冲断 层的断坪－断坡的几何学特征，推测这 时存在更复杂的断弯褶皱。
（一）单条正断层的剖面几何形态
正断层是伸展盆地 构造的基本结构要素。 正断层及被其切割的断 块可以组合成不同样式 的伸展构造，如半地堑 （或地堑）和半地垒（ 或地垒）。正断层还可 形成相关褶皱。
单条正断层的剖面几何形态
按照正断层的剖面几何形态可 分为铲式（或犁式）、坡－坪式 （坐椅状）和平面状断层等。
所有该类型的横向褶皱 都是由位移沿走向变化而 引起的。位移的这种变化 与正断层的规模无关。因 此，横向褶皱具有不同的 规模。横向褶皱的形态很 大程度上依赖于正断层系 的几何形态（孤立断层及 分段式断层体系）。
（2）横向断弯褶皱 “横向断弯褶皱”（
Schlische（2019） 称 为 “ 断 层线偏转褶皱”）与非平面状 的断层面有关。其关键特征包 括：下盘地层没有发生褶皱作 用；上盘中的褶皱与相邻正断 层中的横向断坡一致（即波状 断层面）。作为最简单的横向 断弯褶皱类型，在邻近断层的 向形弯曲部分（凹入部分）的 上盘中发育向斜，在邻近断层 的背形弯曲部分（凸出部分） 的上盘中发育背斜。
6.伸展双重构造 多发育于坡－坪式正 断层的深部，由顶板 正断层、底版正断层 及多个马石断片组成 。
与大型坡－坪式 正断层有关的铲状正 断层扇和伸展双重构 造的发育模式：
A－具坡－坪式形 态的铲状正断层，在 上盘断块中发育一个 滚动背斜和一个断坡 向斜；B－分别在断 层浅部和深部开始形 成正断层扇和伸展双 重构造；C－显示了 断片或马石的发育顺 序及多种断层组合。
一般来说，形成牵引褶皱的相关断层不 像断展褶皱那样断层由下部向上部扩展，而 是形成于浅部，多由上向下扩展；且形成牵 引褶皱的断层可切割上部褶皱的两盘地层。 通常，如果褶皱紧靠正断层的话，它们被认 为是典型的断层牵引褶皱。因此，它们是规 模最小的一类纵向褶皱，并且在刚性相似的 上盘和下盘岩层中均产生褶皱。
另外，还有一些与正断层作用无直接关系或关系尚不明确或者 具有复合关系的褶皱类型，如差异压实褶皱、披覆褶皱、盐或泥 变形褶皱、重力褶皱、滑塌褶皱等，这些褶皱将不作重点讨论。
伸展背景下褶皱按形 成机制的简要分类
纵向褶皱 （平行断层走向±22.5°）
横向褶皱 （垂直断层走向±22.5°）
斜向褶皱 (与断层走向交角22.5-67.5°)
第五讲 伸展盆地的平衡剖面
一、伸展地区的平衡剖面原理
１ 概述
Gibbs(1983)首先提出平衡剖面的概念也可用于张性地区的分 析研究，他以北海油田为例，运用平衡剖面技术编制和复原伸展 地区的地质剖面、计算伸展量与滑脱深度。
此后，平衡剖面技术在伸展地区得到了广泛应用，取得了不 少新的进展，如深入探讨了伸展地区平衡剖面中岩层变形的各种 机制(如垂向剪切、斜向剪切、层长守恒、弯滑作用及刚体旋转等)、 断层与地层变形之间的几何关系、断层与地层形态的预测与恢复、 复原系列发育史剖面(反演模拟)等方面。
（3）横向收缩褶皱 “横向收缩褶皱”记录了垂直
于区域伸展方向的水平缩短作用。 在收缩应变作用下，正断层变成了 褶皱形态，并且褶皱轴平行于伸展 方向。在断层上盘和下盘中的褶皱 呈线状排列并协调一致。这种特征 使它们很容易与位移梯度褶皱相区 别
（4）横向变换带褶皱 形成于两条或两组倾向相反的正断 层之间，两者趋近或有一定叠覆， 并形成横向构造变换带。
逆牵引褶皱的存在并不意味着铲形断层的存在。实际上， 大多数逆牵引褶皱与面状或仅略具铲形形态的断层有关。
可用如下几点区分滚动褶皱和逆牵引褶皱：（1）预期滚动褶 皱见于与滑脱正断层有关的厚层沉积序列中，断层面形态不同（ 铲状－平面状），地层特征不同（较松散－较固结）；（2）逆 牵引褶皱可见于上盘和下盘，而滚动褶皱通常仅见于上盘。（3 ）逆牵引褶皱影响规模小，而滚动褶皱通常影响规模大。
滚动褶皱和逆牵引褶皱的差异
由于几何形态相似，在一些文献中“滚动”和“逆牵引”术语
常常混用。请注意，逆牵引作用是成岩岩石对正断层作用的弹性
一挠性响应的结果，而滚动褶皱与重力驱动的铲形断层有关。考
虑到这两类断层在机制方面的显著不同，建议不要互用这两个词
。 滚动褶皱的存在很好地说明相关断层为铲状断层（图5c）。 但由于滚动褶皱和逆牵引褶皱具有几乎相同的几何形态，逆牵引 褶皱可能被错误地解释为滚动褶皱，相关断层可能被错误地推断 为铲状断层。
用伸展系数（或拉张因子β ）表示： β = l1/l0 e= β -1 β =(1+e) 伸展系数表示伸展变形前后地壳的 长度比。
2 在伸展地区建立平衡剖面
在伸展地区建立平衡剖 面的过程中，压实作用可能 是除脆性断裂作用之外的最 重要的要素。
因为压实作用既可与构 造变形同期，也可发生在构 造变形之后，在任何平衡计 算及随后的复原重建时都必 须考虑这一点。
斜向褶皱
转换伸展褶皱与伸展兼走滑 的断层运动有关；其应变与收 缩应变类似；垂直于有限应变 伸展轴的缩短作用是这种类型 的变形发生的原因，推测其褶 皱的轴向平行于正－斜滑断层 上的滑动矢量。
断弯褶皱的规模变化很大，它取决 于相关正断层中弯曲的规模。断弯褶皱 可以根据发育非平面状断层、下盘中缺 乏褶皱作用来与其它纵向褶皱相区别。
滚动褶皱其实是一种相对简单的伸展断弯褶皱。
滚动褶皱（图5）常见于与被动大陆边缘有关的厚层沉积序列 中，特别是墨西哥湾沿岸地区和尼日尔三角洲。滚动褶皱是由上 凸（铲状）断层运动所形成，因而是断弯褶皱（图5a，b）。这 些断层的运动在断层上盘和下盘之间产生潜在的空隙；上盘随后 垮塌落入此空隙（图5a）。实际上，从来不会形成空隙，因为断 层运动和上盘变形同时发生。由于与滚动褶皱有关的断层形成于 强度很低的未固结岩石中，下盘褶皱一般是不会存在的。
“强制褶皱”属于伸展断展褶皱的一类， 其中，下部（或基底）为断开的刚性层， 其上覆者为未断开的层状地层。
（3）牵引褶皱
牵引褶皱通常紧靠断层面的区域。向斜 形成于正断层的上盘；背斜见于下盘。沿断 层面的摩擦阻力一直被认为是产生相邻岩层 中局部牵引褶皱的原因。然而，可能一些作 者的“断层牵引褶皱”可能实际相当于“断 展褶皱”，即两者有混用的迹象。
(4)逆牵引褶皱
逆牵引褶皱的几何形态与牵引褶皱相反，在上盘形成背斜， 下盘形成向斜（图4a）。同牵引褶皱类似，逆牵引褶皱的规模也 较小，且褶皱幅度一般十分宽缓。逆牵引褶皱表明位移随离开断 面距离增加而减小（图1d），这是对断层作用的弹性（或挠性) 响应。逆牵引褶皱的半径随位移而增加。一般来说，上盘逆牵引 褶皱的幅度高于下盘逆牵引褶皱的幅度（图4a）。
有两类：一类分布在断层下盘，为向下的马尾状断层（图2-28左 图）。另一类分布于断层上盘，为向上的马尾状断层（图2-28右 图）。