第二章 伸展构造(1)

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露头岩 层中的 共轭正 断层组
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
露头岩 层中的 共轭正 断层组
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
地震剖面 上的共轭 正断层组 合
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
地震剖面 上的共轭 正断层组 合
2.1 伸展构造的基本构造样式


2.1 伸展构造的基本构造样式 地堑、半地堑内部的断层如果其总体走向与主边界正断层 相同,可以视其倾斜方向分别称为同向断层(synthetic fault)和反向断层(antithetic fault)。 前者为倾向与主边界断层相同的断层;后者为倾向方向与 主边界断层相反的断层。
裂陷盆地基本结构类型
2.1 伸展构造的基本构造样式
(据刘兴材等,1997)
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展断陷盆 地基本结构 类型及其主 要特征
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.3 拆离断层和滑脱断层

拆离断层(detachment fault)是地壳中的大型 低角度或近水平产状的断层,主要是指大型的低 角度断层,强调断层面上下变形的差异性; 滑脱断层(decollement fault)沿着某一地层接 触界面、不整合面或软弱岩层底面发育的断层; 拆离断层不完全沿着这些受岩性控制的先存界面 发育,但总体上也受岩层能干性的影响 (Ramsay,1987);滑脱断层则没有尺度的概 念,可以是小型的层间断层,也可以是大型的沿 不整合面发育的断层。
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.7.1 硬连接与软连接

一条断层可以直接与另一条断层相交,其交线称为分叉线 (branch line),这两条断层的位移可以直接传递、转换,并 通过分叉线协调起来。这种断层连接方式称为“硬连接” (hard linkage)。 断层之间也可以不直接连接,但是在运动学上仍然是协调一致, 它们之间的位移传递是通过两断层之间的断块的变形来完成的。 这种断层不直接连接、又保持运动学上联系的断层组合方式称 为“软连接”(soft linkage)。 软连接的断层之间的断块体通过变形来传递、变换彼此的位移, 因此软连接的正断层之间由于正断层位移引起的种种构造变形 现象都属于变换构造。
一系列旋转平面式正断层同向倾斜 构成“多米诺构造”。
2.1 伸展构造的基本构造样式
多米诺断块旋转构造 参与!!
2.1 伸展构造的基本构造样式
平面式正断层的旋转受阻会产生新的旋转平面式正断层或旋 转平面式正断层向铲式正断层转化。 当正断层旋转至一定角度后,进一步的递进变形促使形成新 的正断层,新的正断层切割老的旋转正断层进一步伸展变形。
2.1 伸展构造的基本构造样式
非旋转平面式正断层通常是共轭型式出现, 形成一个完全地堑(full graben)。
2.1 伸展构造的基本构造样式
如果地堑深部发育拆离断层或近水平滑脱层(剪切层),当伸 展位移量到达一定程度后,地堑中的断块体的下降受到水平滑 脱层的限制,断块体内部将进一步破裂形成新的条件正断层。

伸 展 引 起 的
坡坪式正断层控制的半地堑通常是“复式半地堑”。自 6 断层边界向断陷斜坡方向包括主断陷、中央凸起和断坡 7 凹陷三个次级构造单元。
1 4
1 3 5
1 5
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造模拟实验
(3)坡坪式正断层上盘调节断层
2.1 伸展构造的基本构造样式 多米诺构造中正断层的 间隔与滑脱面或滑脱层 有一定的关系; 一般滑脱层深度较浅、 正断层间隔较小; 正断层的旋转角度与正 断层密度也有关系,密 集的正断层构成的多米 诺构造系统中的正断层 能容许的旋转角度会相 对大一些。

2.1.1 正断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1.1 正断层分类
(1)几何学和运动学分类
2.1.1 正断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
原始状态 σ3 σ3
非旋转平面式正断层
旋转平面式正断层
直移+ 旋转
直移
2.1.1 正断层
原始状态 σ
3
2.1 伸展构造的基本构造样式
原始状态 σ3 σ3 σ3


2.1 伸展构造的基本构造样式
铲式正断层控 制的半地堑, 其内部断层向 深部延伸可以 与主边界断层 交汇在一起, 构成连锁断层 系统(linkedfault system)。
3 2
3 2 1 1
3 2 1
(a )
3
2 1
3 2 1
3 2 1
2.1 伸展构造的基本构造样式

各个断阶面上的产状依次变陡(性质分析??)
单个断陷表现为地堑或半地堑结构


2.1.2.1 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
• • •
2.1 伸展构造的基本构造样式
南红海西裂谷
2.1 伸展构造的基本构造样式
非洲马拉维湖的半地堑地震剖面
2 伸展构造



伸展构造的基本构造样式 薄皮伸展构造 基底卷入的伸展构造及其演化 与伸展构造有关的油气构造圈闭样式
2.1 伸展构造的基本构造样式

正断层 裂陷盆地的伸展构造样式 构造变换带 正断层的运动及其调节构造
2.1.1 正断层

2.1 伸展构造的基本构造样式
正断层是在水平拉张力作用下形成的。依照安 德森断层模式,在σ1垂直、σ2以及σ3水平的纯 剪切应力场中,岩层破裂将形成一对共轭的正 断层。正断层倾角约为60°。共轭正断层的交 线为σ2方向。然而,自然界的正断层并非都以 共轭形式出现,其倾角也并非总约60°。 自然界的断层的位移有些是斜向的;地震剖面 上的正断层是指上盘下降的、倾向位移分量占 明显优势的断层。
铲式正断层
坡坪式正断层
铲式扇
正双重构造
2.1.1 正断层
基底卷入的正断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1.1 正断层分类

——断陷主边界正断层(位移一般>1000m)
——次级正断层(位移一般<1000m)

盖层滑脱的正断层
——主要盖层正断层(位移>100m) ——次级盖层正断层(位移10-100m) ——隐形盖层正断层(位移<10m)
(1)铲式扇断阶带
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造模拟实验
⑩ ⑩ ⑨ 1 9 1 2 1 4
⑨ ⑧ 9 1 3

⑥ 7 4
拉伸率 42%
2
5
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造模拟实验
(2)铲式正断层上盘调节断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
0 ⑦ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ①
5
1 0 c m


2.1 伸展构造的基本构造样式
多米诺式正断层组软连接的3D模型
2.1 伸展构造的基本构造样式
露头剖面上的软连接正断层实例
2.1 伸展构造的基本构造样式
地震剖面 上的“视 连接”正 断层实例
2.1 伸展构造的基本构造样式
Morley(1990)的变换带构造分类图
2.1 伸展构造的基本构造样式


在平面上,主边界断层可以是平行延伸、斜列、 侧列、分叉、交截和交汇等多种型式,使伸展断 陷族系的构造样式复杂而丰富多彩。
2.1.4.1 铲式正断层上盘半地堑族系
同向
反向
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造族系-1
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造族系-2
2.1.4.2 背向倾斜半地堑组合
断层形态与构造鼻
2.1 伸展构造的基本构造样式
铲式正断层与滚动背斜构造

背斜转折端形态与铲式正断层形态相关,背斜 轴面自下而上向断层面方向迁移
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.7 伸展断层系统中的变换构造

accommodation zone (调节带)和transfer zone (变换带,或译为“传递带”、“转接带”、 “转换带”等),accommodation fault和transfer fault等概念没有本质的区别,都是指由于主干伸 展断层位移诱导出的调节性构造变形。前者强调 主要构造要素的作用派生出的构造变形;后者强 调这些诱导出的构造在变形场中的作用。
背向和相向倾斜 的伸展断层之间 的几种变换构造 样式
2.1 伸展构造的基本构造样式
伸展构造族系-3
2.1.5 伸展断陷内部的断层

地堑、半地堑内部的断裂从形成机制、形成时代上看包 括两种类型:一类是与主边界断层同时形成、受同一动 力机制控制的断裂(辈分相同,“兄弟”关系 );另一 类是主边界断层的伸展位移诱导出的次级断裂构造(辈 分不同, “父子”关系); 前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系;后者 则与主边界断层上盘的变形有关,出现在主边界断层上 盘特定的构造部位,在伸展变形中起调节作用; 一些与主边界断层同时形成的“兄弟”断裂,由于其位 移量相对较小在后期的构造演化过程中又受到主边界断 层位移的影响或控制,成为主边界断层的次级断裂。
• 共轭非旋转平面式 正断层控制的复合 地堑 相向倾斜的两组正 断层控制的向心式 复合地堑 多米诺式正断层控 制的复合半地堑 铲式正断层控制的 复合半地堑

• •
2.1.6 正断层运动及调节构造的产生

断陷主边界断层可以是单条断层,也可以是一个 断层组,它们在伸展变形过程中起主导作用; 主干正断层位移引起的变形多分布在断层上盘中, 包括:与主干正断层倾向一致的同向调节断层、 与主干正断层倾向相反的反向调节断层、断层相 关褶皱变形(正牵引褶皱和滚动背斜)、构造斜 坡以及斜坡上发育的共轭断层系或反向断层组等 等; 正断层下盘的均衡隆升等构造变形也属于调节构 造。
2.1 伸展构造的基本构造样式
由于受到拆离断层的限制,随着伸展位移的增加,非旋转平面 式正断层有向旋转平面式正断层或铲式正断层演化的趋势。
2.1 伸展构造的基本构造样式
铲式正断层上盘调节断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
地堑模拟实验
正断层(正)牵引构造
2.1 伸展构造的基本构造样式
正断层的相关构造变形
(2)尺度分类
2.1.1 正断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1.1 正断层分类

同生正断层(同沉积正断层、生长断层)
——同生基底正断层 ——同生盖层滑脱正断层

后生正断层
——后生基底正断层Байду номын сангаас
——压实正断层
(3)活动方式分类
2.1.1 正断层
2.1.1.2 正断层组合

2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
地震剖面 上的共轭 正断层组 合的形成 和演化
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
共轭正断层 组的形成和 演化
2.1 伸展构造的基本构造样式
2.1.1 正断层
多米诺 式正断 层组合
2.1 伸展构造的基本构造样式
(1)剖面组合
2.1.2 地堑与半地堑

伸展断陷盆地的主边界断层的几何形态 和运动学特征与断陷盆地的结构及相关 的构造组合特点有密切关系; 四种类型的正断层作为伸展断陷盆地或 凹陷的边界断层,构成了四种不同结构 的断陷盆地的剖面构造样式 ;

主干断层位移引起剖面上上盘变形或发育次级断 层,可以称为调节构造;主干断层位移沿走向变 化引起的两盘断块的变形或发育横向、斜向断层 等,可以称为变换构造。
2.1 伸展构造的基本构造样式
变换断层的运动性质受被传递的主干伸展断层的位态及伸展位移方式、 位移量等多种因素影响,一般多具有一定量的走滑运动。但是,变换断 层与一般的平移断层又有明显的区别,同一变换断层的不同地段可以是 完全相反的走滑运动方向。


共轭状(相背倾斜、相 向倾斜、交叉) 平行状 斜列状(软连接) 铲式扇状(硬连接) 伸展双重构造
(1)剖面组合
2.1.1 正断层
地震剖面上的平行 的铲式正断层组合
2.1 伸展构造的基本构造样式
(1)剖面组合
2.1.1 正断层
2.1 伸展构造的基本构造样式
地震剖面上的共轭正断层组合
2.1.1 正断层


2.1 伸展构造的基本构造样式
穿过Sevier Desert的地震剖面和解释剖面
(上图据McDonald, 1976;下图据Groshong, 1990)
2.1.4 以半地堑为基本单元的伸展断陷族系

一条主边界正断层上盘下降即构成了一个半地堑 断陷,完整地堑也可以视为两个相向倾斜的主边 界正断层形成的半地堑叠加在一起而构成的; 在剖面上,主边界断层之间可以构成共轭组合 (反向)形成地堑-地垒族系,也可以构成平行 组合(同向)形成多米诺式半地堑族系;
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