克拉通沉积盆地分析PPT

2克拉通盆地的成矿作用
简单克拉通盆地即是指稳定的克拉通盆地, 位于大陆板块内部, 包 括陆表海和狭义的简单克拉通盆地。其性质主要表现在稳定大陆板块 区内以均匀、缓慢、地势平坦、长期稳定、地形坡度很小的陆表海积 为主, 在陆表海沉积的基础上盆地深度加大, 从而形成了具有一定形 状的狭义简单克拉通盆地。 陆表海内源碳酸盐岩的沉积特征具有低能一高能一低能的基本格 局从而形成了特征岩石类型和结构构造以及生油层、储油层、盖层的 空间配置关系。 狭义简单克拉通盆地可理解为在陆表海的基础上发展起来的、比 陆表海深、沉积特征与陆表海相似的沉积盆地。其地质特征如下： （1）为近圆形、椭圆形、浅碟状盆地。陆表海一般无固定形状（2） 沉积厚度比陆表海沉积大。（3）虽然可以有一定的相变, 总体上处 于浅海相相带变化不明显, 呈渐变过渡从盆地边缘向盆地中心厚度加 大不明显。(4)现代研究资料盆地下部地慢隆起不明显, 现代地温和 古地温均不高。(4）整个石油地质特征和陆表海相似, 但沉积厚度比 陆表海大。（5）简单克拉通盆地的深度比陆表海大基本上由岩石圈 的物理性质及沉积负荷作用。 。
因此，受其构造特征和沉积特征决定的, 狭义简单克拉通盆 地生油条件广而分散, 基底稳定因而不太容易形成大的构造圈 闭。 陆壳内部克拉通盆地不发育断裂活动,也没有火山喷发和岩 浆活动, 因而形成了稳定型的内源沉积和陆源沉积以及与板块 边缘无关的沉积矿产.
六 实例分析 ——塔里木盆地 中低凸起古构造演化
四 克拉通盆地的成因机制
• Geroge D.Clein的研究表明, 当沉降开始的时候, 古生代和中生代的克拉通盆地具有较窄的时间间 隔除此之外沉积物的堆积历史、沉积物充填体积 的变化以及区域性的角度不整合具有同时代性 （图2)。因此他们认为显生宙克拉通盆地的形成 与晚前寒武纪和晚古生代的泛大陆解体有关。泛 大陆的解体发生于580～500Ma 。其基本原理如 下：泛大陆作为一个热的透镜体引起下部地壳和 上部地幔的部分熔融, 伴随着非造山花岗岩的侵入, 侵入的花岗岩使大陆岩石圈削弱, 因此提供了一个 区域性的拉张带导致克拉通盆地的形成。
2.演化阶段的划分
中国克拉通盆地主要发育在 晋宁以后, 结束在印支期, 总 体上可以进划分为4个阶段 (图1）。 A 加里东期———克拉通盆 地热沉降 B 晚加里东期———克拉通 盆地隆升, 边缘挠曲叠加 前陆盆地 C 海西期———弧后开合作 用 D 印支期———碰撞挠曲
图1 克拉通盆地演化与沉降机制
对广阔克拉通区而言,由水 平横向应力导致的弯曲及沉降 是形成克拉通之上陆表海的主 要原因。华北古生代广泛而稳 定的、厚度不大的沉积作用即 无火山活动和低热流的特点均 表明,华北克拉通在古生代时是 一个内部相对均一的稳定板块, 陆表海盆地的形成与裂谷及热 沉降无关。早古生代早期华北 克拉通因大陆解体后的边缘张 应力而导致中升、边沉式变形, 并首先由边缘向中部沉降区域 逐渐扩大形成陆表海盆地。在 中奥陶世时结束边缘张应力,并 转为挤压应力场,从而导致华北 克拉通从中奥陶世开始直到中 石炭世以中凹、边凸式全面抬 升剥蚀为特点,并在石炭纪时表 现为中凹、边凸式以海陆交互 相沉积为特点的表克拉通盆地 (图5)。
1 塔中低凸起的构造演化 2 塔中构造成因分析
1塔中低凸起的构造演化
塔里木盆地是青藏高原周边最大、最为稳定的 克拉通陆块。从古生代早二叠世(约300Ma) 开始, 古特提斯海大洋岩石圈向欧亚大陆俯冲,尤其是从 中生代末期(约65Ma) 开始,印度大陆与欧亚大陆 发生碰撞汇聚。伴随着大陆的碰撞,塔里木克拉通 周边强烈造山隆升形成了现今的昆仑山及天山,但 塔里木克拉通地壳未发生强烈变形,这说明了塔里 木克拉通岩石圈具有很强的刚性。
图5 古生代时华北板块弯曲机制及陆表海成因示 意图 Fig5 A skeleton map showing flexuring mechanism of North China plate and origin of epeiric sea，during Paleozoic a．（-O2期间，基底因张应力而呈背形，并从边 缘向中心发育浅水陆表海沉积；b．O2-C2期 间，基底因压应力而呈向形，并形成不整合 面
图4 在0.1GPa水平轴向压力下，22km厚的均一性 岩石圈变形模拟 Fig4 A deformation model of a uniform elastic thickness(22km) in a stress field of 0.1GPa of horizontal axial compression
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图1 克拉通盆地据动力学成因机制分类 Fig 1 Classification of Cratonic basins based on geodynamic mechanism
2.2.1 内克拉通伸展盆地—裂谷盆地及拆离盆地 直接由岩石圈机械伸展可以形成一系列与正断层发育 相关的盆地。岩石圈伸展可能是主动的, 也可能是被动的, 因而与之对应所产生的裂谷盆地分别称为主动裂谷或被动 裂谷。在主动裂谷中, 岩石圈减薄由热幔柱上拱形成。在 被动裂谷中, 大陆地壳自身的张应力使岩石圈强度减弱, 并 导致软流圈被动上拱。 基于被动裂谷概念的岩石圈伸展理论模型至少已有5 种: ①均匀纯剪切拉伸模型; ②非均匀纯剪切拉伸模型; ③ 简单剪切模型; ④上单剪切、下纯剪切拉伸模型; ⑤单剪切、 纯剪切及挠曲的综合模型。纯剪切模式及单剪切模式 (图2) 是深入研究地壳复杂变形的基本出发点。Friedmann等基 于这两个端元机制,提出了岩石圈伸展减薄机制下的盆地 端元类型。即纯剪切机制下的裂谷盆地和单剪切机制下的 拆离盆地。
五 沉积作用特征及成矿作用
• 1沉积作用特征
（1）克拉通内盆地的沉降可延续几亿年,具多阶段的沉降特征。 （2）并非所有克拉通盆地之下均存在先期裂谷,但裂谷作用对某些克拉 通盆地有影响。 （3）克拉通盆地的壳下部分均具有不均一性,其表现为沉积和构造荷载、 裂谷、巨剪切带、板内缝合线等。这一不均一性可通过重力异常和地 形相干性来识别。 （4）克拉通盆地的许多层序的沉积受全球构造作用的控制。 （5）克拉通盆地主要发生在两个时期,并都与联合大陆的裂解有关：一 为晚元古代--早寒武世,这是北美克拉通盆地发生期；另一个时期是早 中生代,非洲大陆、澳大利亚的许多克拉通盆地均属此期。 （6）板内应力、地壳不均一性及沉积荷载的模式可对克拉通盆地的演化 进行合理解释。 （7）自由热对流模型可解释沉降的多阶段性,但在地壳中发生规模应进 一步研究。
克拉通沉积盆地分析及实例介绍
学 生： 安 猛 邓丽君 指导老师： 周洪瑞
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一 克拉通的来源 二 克拉通盆地的概念及类型 三 盆地的构造演化 四 盆地成因机制分析 五 沉积作用特征成矿作用 六 研究实例
1．克拉通的来源
早先时候，人们把克拉通区看作是地壳上长 期稳定的构造单元 ，即地壳中长期不受造山运动 影响，只受造陆运动发生变形的相对稳定部分。 克拉通一词源于希腊语Kratos ，意为强度。1921 年柯柏称之为“kratogen”，1936年施蒂勒改称 “kraton”，当时克拉通还被划分为高克拉通和低 克拉通，分别对应于大陆和大洋盆地，但是后来 证实大洋是活动的年轻地壳，所以现在克拉通一 词仅用于大陆地区，是地盾和地台的统称。
图3 岩石圈性质对盆地中沉积样式的影响 据（A.A.Philipa和R.A.Jhon,1990) a弹性岩石圈, 沉积样式呈超覆式 b-c粘弹性岩石圈, 沉积样式呈退复式
总之显生宙克拉通盆地的形成一方面与 泛大陆解体有关, 第二期沉降受到远距离 应力场的影响；另一方面与岩石圈的物理 性质有关而气侯的影响和沉积负荷作用也 是不可忽略的影响因素。
图3 内克拉通凹陷盆地及其成因机制 Fig3 Interior Cratonic sagging basin and its genetic mechanism
a．发育于裂谷盆地之上的凹陷盆地，二者空间位置重叠；b．发育于拆离盆地之上的凹陷盆地，二者空间位置不一致
2.2.3 弯曲机制下的表克拉通盆地——陆表海盆地
2.2 类型 对克拉通盆地而言,其 主要动力机制有:①大陆岩 石圈机械伸展减薄;②发育 热扰动大陆岩石圈的热冷 却收缩;③大陆岩石圈板块 因重力负载及水平横向挤 压而弯曲。与此相应克拉 通盆地可分为:大陆岩石圈 机械伸展盆地、岩石圈减 薄基础上因热扰动后的岩 石圈冷却收缩形成的热凹 陷盆地和由板块弯曲机制 形成的表克拉通盆地(图1)。
三 克拉通盆地的演化
1构造演化与构造旋回
克拉通盆地的沉降主要与地幔柱 升降与板块开合运动有关, 随着超 大陆裂解, 克拉通随之沉降, 形成 克拉通盆地。 克拉通盆地常下伏裂谷作用火 山作用, 如天山洋裂解, 随后为塔 里木盆地沉降; 秦岭洋裂解, 随之 为鄂尔多斯盆地与四川盆地沉降。 因此克拉通旋回与威尔逊大洋旋 回有关, 因为盆地演化主要遵循大 陆裂解与聚合旋回, 从离散到聚合 发育各类原型盆地: ( 1 )离散期主 要发育裂谷盆地; ( 2)漂移期则出 现克拉通盆地; ( 3 )聚合期则以前 陆盆地为主, 也出现走滑盆地和裂 谷盆地。
图2 岩石圈伸展减薄的两种端元机制 Fig2 Two end-mechanisms of extension of lithosphere a．纯剪切机制；b．简单剪切机制
2.2.2 热收缩机制形成的内克拉通盆地——内凹陷盆地
在地壳伸展过程中,由于热地幔的上拱,在减薄的岩石圈之下形成 一个具有高热流附加值的上凸区域(图3)。热收缩实际上是岩石圈减薄 热隆升后的必然结果。热沉降机制是内克拉通凹陷盆地的最主要成因 机制。热隆升在岩石圈减薄的后期可能抵消了因减薄而导致的垂向沉 降,并形成沉积间断。虽然内凹陷盆地往往发育于古老裂谷之上,但二 者在形成机制及发育阶段上迥然不同。所以有人将其作为克拉通内伸 展环境下不同阶段、不同机制的盆地类型。 这类盆地拥有大量的油气藏(约25%),且大多与早期岩石圈伸展的 裂谷作用有关(如巴黎盆地、密西根盆地等)。凹陷盆地沉降及沉积作 用缓慢,但持续时间长(可达200Ma～1000Ma),沉积物累积厚度可达几 公里,且不变形或轻度变形。大多数凹陷盆地沉积作用反映了长时间的 构造宁静。
虽然岩石圈板块的刚性是板块 构造理论的前提之一,但在足够的应 力及变形时间尺度内(>50Ma),刚性 板块也会发生弯曲变形,且在长期保 持弹性变形后会转变为塑性变形。 导致板块挠曲变形的动力有两种:一 是沉积物负载引起的重力均衡补偿; 二是来自板块碰撞边界水平横向挤 压力的远程传递。但在沉积作用发 生之前的初始沉降则只能是构造作 用力所致。沉积负荷可加速构造起 因的沉降,但其本身不足以用来解释 巨厚沉积层序的形成。通过模拟古 代和现代板块内应力场状态证实,水 平横向挤压力可导致板块的波状弯 曲(图4)。地球现在的应力状态及整 个地质证据说明,主压应力可以通过 大陆和大洋岩石圈远距离(1300km) 传递。北美大陆的研究表明,大陆边 缘张应力也能影响到克拉通内部。 因此,在有明显边界作用力时,整个 克拉通区处于应力状态之中。
2．克拉通盆地的概念及类型
2.1 概念 Dickinson等曾把克拉通盆地定义为发 育于夭折裂谷上的长期沉降地带。Bally等 则把克拉通盆地局限于前中生代刚性大陆 岩石圈之上,且与巨型缝合带的形成无关。 而另一些学者认为内克拉通盆地是指克拉 通区所有长期缓慢的宽广沉积区。现在人 们所倾向的概念为:克拉通盆地泛指克拉通 地区所有接受沉积的沉降区域。
图2 泛大陆地壳部分熔融和在拉张作用 下非造山花岗岩侵人地壳的同时克拉通盆地 的演化和形成的等时性
在克拉通盆地的形成过程中盆地下部岩石圈的物理性质也具有 非常重要的作用, 如图3a所示如果岩石圈的性质为弹性, 则表现为沉 积盆地范围逐渐扩大, 盆地沉降不深, 地层呈现逐层超覆现象, 如图 3b。如果岩石圈的性质为粘弹性, 则表现为盆地沉积范围逐渐缩小 但沉降深度加深图。沉积物逐层呈退覆一现象最后只分布在盆地中 心。