裂谷盆地形成演化的动力学分析PPT课件

热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制 East African rift valleys and associated basins
2）被动裂谷盆地成因学说和动力学模型
岩石圈首先受到拉张、破裂和变薄，造成 热地幔上隆，地壳的隆升和火山作用是随后 出现的，裂谷作用是拉伸作用的响应。
6.1.2、岩石圈的拉伸变薄
裂谷或裂陷盆地是在岩石圈受到拉伸发生变薄时形 成的（Ziegler，1992）。 裂陷盆地沉降量的大小与岩 石圈的变薄程度密切相关。大量的研究已表明，岩石 圈变薄所产生的空间大小主要取决于： （1）岩石圈的变薄程度，一般可用水平拉伸量或垂 向的变薄量来度量。
（2）岩石圈结构，即拉伸前的初始状态或条件，包 括原始厚度、热结构、密度等。
• 岩石圈的冷却使密度增大，在重力均衡 作用下发生回沉，裂后的热衰减被认为是 裂后盆地发生拗陷沉降的主要驱动机制。
cr=c(1Tc)r
ma =m(1Tm)a
中国东部海域裂谷盆地 分布与岩石圈特征
南海现今大地热流分布
热异常与地幔隆起一致
裂谷盆地的沉降机制
岩石圈的加热或软流圈的上侵一般可看作是瞬时或快 速完成的，随后的冷却是逐渐的进行的，并主要以热传导 的方式扩散。
拉伸量
（1）岩石圈的纯剪变薄量是用单位长度的
拉伸倍数，即b值来定量描述（Mckenzie， 1978）。
a
a.b
a
b=a/b
b=a/b
拉伸量
（2）发生脆性断裂的地壳上部的拉伸程度 一般以水平的拉伸量或拉a 伸距离来定量（Barr， 1987）。
E E
6.1.3、热异常
岩石圈的密度与温度的关系： 地壳
裂陷
级大陆的破裂、离散，
发育裂谷、大洋中脊
（2）俯冲、大洋关 闭、冷的岩石圈下沉， 超级大陆形成
（3）冷的上地幔物 质在地幔边缘堆积， 熔融化，上涌，超级 地幔羽形成
裂陷 盆地
热隆
热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制
大西洋阶段： 大陆裂谷-大洋扩张
印度洋阶段： 大洋扩张、热点、一 侧出现俯冲，发育海 沟。 太平洋阶段： 大洋两侧发生俯冲、 碰撞、
6. 裂谷盆地形成演化的动力学分析
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
6.1、裂谷盆地的沉降机制
盆地的形成研究首先要涉及盆地的沉降机制。沉降 是盆地形成的前提，盆地的构造沉降量的大小直接与 岩石圈的拉薄程度、热衰减、重力均衡等作用有关。 因此，盆地沉降过程及其控制因素的研究，构成了盆 地动力学分析的基本内容。
裂谷盆地的沉降机制 最大拉伸时的减压绝热融熔，导致隆起，形成裂后不整合面
6.2 裂谷盆地的动力学机制
主动裂谷和被动的裂谷盆地成因学说
1）主动裂谷盆地成因
裂谷盆地的形成主要是由于深部热地幔上升导致岩石圈表面 的变形和裂陷而形成的。东非裂谷被看作是主动裂谷的典型 例子，有广泛的隆起，裂谷系，火山作用明显。
热幔柱上隆， 区域性隆起
拉 伸
地壳
量
上地幔
Baidu Nhomakorabea
b
洋壳
3
裂陷
线性海洋 裂谷 被动大陆边缘
主动裂谷盆地形成机制
热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制
地壳
上地幔
热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制
大西洋开裂过程中发育 的三叉裂谷系
三叉裂谷系
亚洲冷地幔羽 聚敛、碰撞
南太平洋超级地幔羽 离散、扩张
内地核
外地核
离散、扩张 非洲超级地幔羽
（1）处于大陆离散、裂解或拉伸的地壳或岩石圈变薄带 （2）高的热流值（80-115mW2m) （3） 基性、中基性火山岩、岩浆活动 （4）负布格重力异常 （5）伴生过区域隆起
裂陷盆地的沉降过程受到多种因素的控制。从盆 地规模的意义上，主要与下列作用有关
裂谷盆地沉降的主要影响因素
• 热柱上隆拱张裂陷 • 岩石圈拉伸变薄、裂陷 • 岩石圈冷却 • 充填沉积物重力负载 • 海平面上升
• 热柱、热地幔羽（thermalplume）在岩石圈的底部上拱、 快速的加热减小岩石圈的密度，导致区域性的均衡上隆，上 隆作用派生的拉张应力造成裂谷作用。
• 来自地幔羽的传导热、岩浆侵入热或对流热可引起岩石圈 受到拉伸的变薄。
主动裂谷盆地形成机制
裂谷盆地的沉降机制
1
热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制
（1）初期的冷却一般为时间的平方根
C= t
(2)几千万年后，一般呈指数衰减
e /t
裂谷盆地的沉降机制
大洋中脊的冷却沉降机制
e /t
• 软流圈上升造成的熔融作用
岩石圈受到拉伸变薄时，软流圈上隆，边界 条件发生了突变。一般来说拉伸过程和软流圈 的隆起是很快的，软流圈的上隆是一种突然的 减压过程。这种减压是绝热的，这将导致软流 圈顶部和岩石圈的下部出现熔融（Mckenzie and Bickle，1988，Kuzsnir，1992）。
由于裂谷盆地是地球表面广泛发育的、重要的煤油 气盆地类型，长期以来受到地质学者的重视，在盆地 动力学的研究方面积累了大量的成果，是近二十多年 来取得突出进展的领域。
6.1.1、裂谷盆地的地质背景特征
前面已指出，从内陆裂谷到被动大陆边缘存在一列与拉伸 作用有关的盆地类型，如现代的东非裂谷、莱茵地堑、大西洋 被动大陆边缘等，它们具有一些共同的特征：
下地幔
最早的人类发源地
大西洋中脊
热幔柱上隆的裂谷盆地形成机制 地幔羽构造（Plume Tectonics）(Shigenori Maruyama,1994)
地幔羽的垂向演化和分级
Plume Tectonics(Shigenori Maruyama,1994)
板块
上地幔
下地幔 地核
（1）地幔羽上隆，超
cr=c(1Tcr)
其中，ρc和ρm 分别 表示地壳和上地幔 O℃时的密度，α为
上地幔
热膨胀系数。Tcr和 Tma分别为地壳和 上地幔的平均温度。
ma =m(1Tm)a
• 在裂谷盆地形成时，伴随岩石圈变薄的 软流圈上隆导致高的热异常，引起隆升 （热隆）,导致了裂谷盆地具有高的热流背 景。一般来说，裂谷盆地的地温梯度是高 的。
绝热的、突然的减压熔融可产生下列效应：
（1）在地壳下部的熔融可造成隆升，这可造成 同裂陷期沉积层抬升遭受剥蚀，这可能是许多 裂谷盆地产生裂后侵蚀不整合的主要原因之一 （Kusznir和Ziegler，是1992）。
（2）这种熔融体可侵位到受拉伸的地壳底部、 或呈岩墙侵入，或直接侵入到地表形成火山喷 发。