大地构造学-裂陷盆地

渤海湾盆地新生代盆地地层层序及构造演化简表
渤海湾盆地演化 ：
古新世以前为基 底形成阶段； 古新世-渐新世早 期为裂陷阶段； 渐新世晚期为裂 陷叠加右旋扭动 。 新近纪为拗陷阶 段。
东濮盆地区域构造位置
东濮凹陷连锁断层系统演化
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。
裂陷盆地中的变换构造：
变换构造是调节主干断层位移大小和极性的断 层或构造带。
变换带
三种主要的变换带构造示意图
传递断层
裂陷盆地主干边界断层及断陷构造的平面展布的几种型式 （a）线性和平行式；（b）侧列式；（c）雁列式；（d）锯齿状；
（e）狗腿式；（f）分叉式
Morley（1990）提出的变换带构造分类图 1－伸展（正）断层及其末端；2－地层倾斜方向；3－传递带位置；4－传递断层
变质核杂岩的形成过程（Lister和Davis,1989）
6、与俯冲作用有关的弧间-弧后裂陷盆地及演化
弧后裂谷形成过程（Karig,1971）
弧后裂陷盆地形成机制的各种解释模 式（Tamaki和Honza,1991）
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。(1)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；(2) 裂陷盆地－伸展造 山带。 大陆裂陷盆地演化方向示意图（Morley，1989）
五、裂陷盆地演化
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：E1-2, 穹隆；E3－N,裂陷。 红海裂谷：E为隆起阶段 ，E晚期和N为裂陷。上 新世晚期出现新洋壳（同 位素年龄为3.5Ma），并 一直扩张到现在，已与印 度洋的carsberg中脊相连 。
东非裂谷带在东非－阿拉伯裂 谷带系统中的位置。该裂谷带 系统包括：东阿拉伯裂谷（1 ）；苏伊士裂谷（2）；红海 裂谷（3）；亚丁裂谷（4）； 埃塞阿比亚裂谷（5）；东非 裂谷系（虚线框内），包括东 西两条分支，分别从东、西两 侧绕过维多利亚湖。东支包括 肯尼亚裂谷（6）、埃塞俄比 亚裂谷；西支包括坦噶尼喀裂 谷（7）和鲁夸－尼亚萨裂谷 （8）
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。
上地壳破裂带
张性异地岩体
重要的上地 壳扩展界限
莫霍面 枢纽带
差异剪切带
大陆简单剪切伸展模式图（Wernicke，1981）
1、与板内裂陷作用有关的裂陷盆地
（1）伸展型拗陷盆地 （2）陆内宽裂陷盆地（拆离断层上的伸展盆地） （3）陆内窄裂陷盆地（裂谷） 2、与大陆裂开和板块离散运动有关的裂陷盆地 （4）陆间裂谷 （5）衰退裂谷（拗拉槽） （6）新生大洋盆地（大洋中脊） （7）被动大陆边缘（陆阶和陆隆或陆堤） 3、与板块俯冲作用有关的盆地 （8）弧内（裂陷）盆地 （9）弧后（裂陷）盆地和弧间（裂陷）盆地
（2）
与B型俯冲有关的裂陷盆地
4）与大陆碰撞有关的裂陷盆地
岩石圈伸展与裂陷盆地演化示意图（Allen等，1990）
与滑移线场有 关的盆地
四、裂陷盆地构造特征
裂陷盆地正断层形态及组合
正断层的几何学和运动学组合类型（据Wernicke et al., 1982）
类型 构造（断层和岩层）运动学 断层面形态
4、与大陆板块碰撞作用有关的裂陷盆地
（10）撞击裂谷
裂陷盆地的板块构造环境分类
1）与板内 裂陷作用有 关的盆地
大陆板块内部的三种裂陷盆地的剖面结构
2）与大陆裂开和板块离散运动有关的盆地 大陆内初始裂谷 大陆间裂谷
三叉裂谷系示意图（Einsele，1992）
3）与板块俯冲作用有关的裂陷盆地
（1）
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。
主动裂陷
●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：裂陷过程是深 部热物质主动上涌的反映
●● 裂力被 陷源动 作是裂 用区陷 导域： 致水 热平 物引 质张 的力 被， 动与 动走 上滑 涌有 。关 。
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。
大陆内裂谷－坳陷（陆向斜）各个阶段的发育示意图 Ⅰ－裂谷期；Ⅱ－早期台向斜期；Ⅲ－晚期台向斜期；Ⅳ－侵蚀回返期。 1－陆相碎屑岩及火山岩；2－陆源碎屑岩－陆相沉积；3－陆源碎屑岩、碳酸盐岩、蒸发岩沉 积；4－陆源碎屑岩；5－基底
变质核杂岩的形成过程 （Liser和Davis，Baidu Nhomakorabea989）
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。
二、大陆伸展模式
纯剪切与简单剪切
大陆岩石圈纯剪切伸展和简单剪切伸展（Wernick,1981）
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。
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。
大陆伸展模式（Lister等，1991）
三、裂陷盆地 板块构造环境 分类
第六章
裂陷盆地
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。
高应变速率
大陆裂陷盆地演化与伸展速率关系 示意图（Kusznir等，1987）
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。
松辽盆地构造演化过程
实 例 三 ： 渤 海 湾 盆 地
渤海湾盆地区域构造轮廓简图
渤海湾新生代盆地 在剖面上可以分解 为三个层次（1） 由前第三系组成的 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）。
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”。
主动裂陷(active rifting)：指岩石圈底下的软流 圈热作用下主动上涌，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(passive rifting)：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。
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-J2的热隆张裂阶 段、J3-K1裂陷阶段，K2拗陷阶段、E-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。
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
正断层剖面组合
裂陷盆地基本结构类型
非旋转平面式正断 层控制的地堑—地 垒系统
多米诺式正断层控 制的半地堑系 铲式正断层控制的 半地堑系统
坡坪式正断层控制 的复式半地堑系统 基本样式 复杂样式
裂陷盆地伸展断层位移传递方式与变换构造
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（后裂谷 阶段沉降）或热沉降。
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。
Βml-岩石圈地幔伸展系数， Βc-地壳伸展系数
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。
大陆地壳分层伸展模式图（Eaton，1980）
伸展构造（extensional tectonics）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（rift valley）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。
一、主动裂陷和被动裂陷
2、大陆裂谷-衰退裂谷-拗拉槽
晚元古代－中寒武世
晚寒武世－早泥盆世
阿克拉荷 马拗拉槽 构造过程
晚泥盆世－密西西比纪
宾夕法尼亚纪－二叠纪
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。
克拉通盆地阶段（Pre-K）
早白垩世尼欧可姆期为断陷盆地， 5000余米碎屑岩沉积
被动 大陆 边缘 过渡 断陷
早白垩世阿普第期为过渡阶段，新生洋壳的 扩张。发育蒸发岩层系。生储盖层发育。
早白垩世晚期后为被动大陆边缘阶段，包括 浅水台地型边缘海和开阔边缘海的演化。
大西洋裂开和海底扩张的早期，巴西大陆边缘沉积砂、页岩， 然后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，形成厚的碎屑物楔状 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
•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。