第五章 压陷盆地

第二篇含油气盆地构造学分析第四章裂陷盆地的构造学分析第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析第六章走滑盆地的构造学分析第七章克拉通盆地第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析•第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制•第二节压陷（挠曲）盆地类型及其特征•第三节压陷（挠曲）盆地的构造样式•第四节前陆盆地的演化※注：“压陷（挠曲）盆地”泛指那些在挤压作用下地壳收缩变形过程中形成的沉积盆地第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析一.压陷-挠曲作用1.压陷作用2.挠曲作用3.“压陷”和“挠曲”二.岩石圈挠曲作用的弹性理论模式三.造山楔动力学第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用1.压陷作用①概念：在挤压力作用下地壳或岩石圈发生破裂并致使一部分地壳断块体（或板块）相对上升，而另一些地壳断块体（或板块）相对陷落成为盆地的构造作用称为“压陷作用”。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用1.压陷作用②概念理解：仅限于指尺度较大的地壳断块体之间的相对位移和变形，包括断块之间的逆冲作用和挤压引起的地壳中浅层构造层大尺度的褶皱变形。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用2.挠曲作用①概念：压陷作用使一个（一些）地壳断块体（或岩石圈板块）上冲到另一个（一些）地壳断块体（或岩石圈板块）之上，下伏的地壳断块体在受到上覆地壳断块体的垂直载荷作用力时还会发生挠曲变形，这种构造作用称为挠曲作用（flexing）。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用1.压陷作用②概念理解：在板块构造运动过程中，由于板块俯冲、大陆碰撞或板块的构造作用、火山作用等都会造成岩石圈的某些部位受到垂直载荷作用，从而使岩石圈发生向下弯曲的挠曲变形，这些构造作用过程都可以称为挠曲作用。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用1.压陷作用③概念理解：挠曲作用也可以发生在非挤压环境中，如被动大陆边缘形成陆堤的过程中，大量沉积物堆积在早期裂陷的大陆边缘地壳表面，并引起地壳的挠曲变形。这也是将挤压型盆地称为“压陷（挠曲）盆地”而不直接称为“挠曲盆地”的原因。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用3.“压陷”与“挠曲”①“压陷”和“挠曲”通常是挤压动力学过程中有密切联系的两种构造作用方式，也是压陷（挠曲）盆地形成的主要动力学机制；第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制一、压陷-挠曲作用3.“压陷”与“挠曲”②挠曲作用造成的地壳变形实际上是一种“横弯褶皱”变形，它只是引起地壳表面的垂直升降位移，并不引起地壳的大规模收缩应变；压陷作用不单是造成地壳的收缩应变，而且为挠曲作用提供了构造负荷。③“压陷”是挤压体制下盆地形成的最根本的动力学机制；“挠曲”是盆地形成过程的具体体现。第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模式岩石圈板块内部受垂直载荷作用力使岩石圈发生挠曲，理论上相当于无限长的“板”受垂直载荷力作用的挠曲，而板块（或地壳断块体）边界所受垂直载荷作用力相当于半无限延伸的“板”（或“悬臂梁”）在端部受垂直载荷力的挠曲。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模式P.A.艾伦和J.R.艾伦的观点P．A．艾伦和J．R．艾伦引用了Turcotte和Schubert（1982）对弹性“板”的挠曲问题的理论分析来讨论岩石圈的挠曲变形。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模式弹性模型理论分析认识1）岩石圈的挠曲作用主要与两个因数有关，一是载荷力的大小和分布，一是岩石圈本身的挠曲度；2）在弹性模型中，板块的挠曲变形总体特征是一个挠曲凹陷和一个前缘隆起。当载荷力是一定时，挠曲盆地（或凹陷）的宽度（x。）主要与板块的挠曲参数（a）呈正比，后者与抗挠刚度（D）、密度差有关;第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模式3）在其他条件相同时，半无限延伸板块挠曲作用形成的挠曲凹陷宽度比无限延伸连续板块挠曲作用形成的挠曲凹陷的宽度更窄些，而半无限延伸板块挠曲作用形成的前隆比无限延伸连续板块挠曲作用形成的前隆的幅度更大一些。弹性模型理论分析认识第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制二、岩石圈挠曲作用的弹性理论模式用弹性挠曲模型可以很好地模拟洋壳的挠曲作用（图4－3），而对于结构复杂的大陆岩石圈的挠曲作用可能是不适合的。第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学•造山楔是指在俯冲带（通常是A型俯冲）之上的楔状增生体，主要由沉积岩层组成。•在来自后方的水平推挤力作用下（这种力源可能与板块的聚敛运动有关），使造山楔内部的结构及应力状态在演化过程中发生变化，并对前陆板块的挠曲作用产生重要影响。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（一）造山楔对前陆挠曲变形的影响•造山楔对前陆挠曲变形的影响表现在三个方面（P．A．Allen和J．R．Allen，1990）：1）对于前陆板块来说，造山楔是一种壳上负载，它的形态和构造影响前陆板块的挠曲作用，因此造山楔的形态和构造影响着前陆盆地的形态和构造;第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（一）造山楔对前陆挠曲变形的影响2）造山楔的缩短、增厚或伸展前移，都会导致挠曲板块的负载状态发生变化，从而影响前陆板块的挠曲变形。因此造山楔的发展演化影响着前陆盆地的发展演化;3）造山楔的构造抬升与侵蚀能够为沉积盆地提供碎屑来源，因此造山楔的剥蚀史与前陆盆地的沉降史有联系，造山楔的岩矿物质与盆地地层中的碎屑成分有联系。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（二）造山楔的演化模型•造山楔本身的构造变形主要与造山楔向前陆地区推进时其底部的剪切作用有关。•Plait（198）提出了一个造山楔的演化模型（图4－4），包括四个演化阶段：第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（二）造山楔的演化模型•造山楔本身的构造变形主要与造山楔向前陆地区推进时其底部的剪切作用有关。•Plait（198）提出了一个造山楔的演化模型（图4－4），包括四个演化阶段。第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（二）造山楔的演化模型1)在造山楔形成之初，造山楔以前缘加积为主，在楔状体前缘产生逆断层，以叠瓦状逆冲构造为主，也发育反冲断层，使楔状体前缘的坡度降低，并引起楔状体内部缩短、增厚、楔状体下部也可能在剪切作用下形成双重构造。2)随着造山楔底部的剪切作用的加强，底部的加积变得更加明显，楔状体下部形成双重构造、盲冲构造和褶皱变形，并导致楔状体后缘出现伸展断裂，造山楔下部还可能发生高压变质作用；第一节压陷（挠曲）盆地形成的动力学机制三、造山楔动力学（二）造山楔的演化模型3)底部加积持续进行，伸展作用使造山楔下部的高压岩层抬升，造山楔后缘的伸展作用促使前缘发生某种程度的逆冲收缩变形；4)底部加积和伸展作用使高压变质岩层抬升，造山楔顶部岩层遭受剥蚀，造山楔演化到成熟阶段。第二篇含油气盆地构造学分析第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地3、与克拉通内部挤压环境有关的压陷（挠曲）盆地二、前陆盆地和板内压陷（挠曲）盆地的主要特征1、前陆盆地与板内压陷（挠曲）盆地2、前陆盆地系统3、前陆盆地与板内压陷（挠曲）盆地的识别标志第二节压陷（挠曲）盆地类型及其特征第五章压陷（挠曲）盆地的构造学分析第二节压陷（挠曲）盆地类型及其特征依照盆地在板块构造中的位置与板块构造运动的关系，可以将常见的挤压型盆地类型归纳于表4-1一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型第二节压陷（挠曲）盆地类型及其特征一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地与B型俯冲有关的压（挠曲）盆地如图4-5所示，主要包括海沟、斜坡、弧前地区和弧后地区由挤压作用形成的沉积盆地。a.指两个板块发生B型俯冲作用的地带，堆积物包括来自岩浆弧上的碎屑和B型俯冲过程中刮落下来的大洋地壳及其表层的深海沉积物等。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地1）海沟一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地1）海沟b.海沟附近地区充填的沉积层受B型俯冲的影响而发生强烈的褶皱并产生逆冲断层，构成与B型俯冲有关的增生楔（如巴基斯坦的莫克兰海沟，图4-6）一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地1）海沟c.增生楔岩层基本上没有表现出沉积层序，而是表现出被构造混杂后的构造层序（图4-7）一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地2）斜坡盆地•位于岩浆弧和海沟的斜坡上，盆地基底由俯冲杂岩组成，本身也可能演化成为俯冲杂岩的一部分；比较低的位置可以向海沟过渡，形成海沟一斜坡盆地，斜坡中上部可发育斜坡沉积裙和阶地沉积；•与海沟的主要区别是，斜坡盆地的沉积物不应该包含从俯冲的洋壳表面刮落下来的深海沉积；一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地2）斜坡盆地•此外斜坡与弧前之间存在地形上的一个折。•与弧前盆地的主要区别：斜坡盆地的基底是俯冲杂岩增生楔，而弧前盆地的基底主要是岩浆弧基底（图4-8）；一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地3）弧前盆地•位于岩浆弧轴部向海沟方向一侧的盆地，或弧--沟间隙区的盆地；•靠俯冲带一侧则发育挤压褶皱和逆冲断层或逆冲走滑断层，靠岩浆弧一侧可以出现正断层，甚至整个弧前盆地都位于伸展的岩浆弧基底之上并进一步发生伸展变形。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地3）弧前盆地•弧前盆地的基底可以是早期的残留洋壳（由于俯冲带并非严格地发生在洋壳和陆壳之间）或伸展的陆壳或岩浆弧基底（图4-8）。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型1、与板块B型俯冲作用有关的压陷（挠曲）盆地4）弧后前陆盆地•北美型大陆边缘的岩浆弧后面常发育逆冲断层带，在断层下盘发育挠曲盆地，常与相邻的岩浆弧平行延伸；•如加拿大的阿尔伯达盆地、美国西部落基山东侧的山前盆地等。第二节压陷（挠曲）盆地类型及其特征一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地与B型碰撞有关的压陷（挠曲）盆地如图4-9所示，主要包括残留盆地和周缘前陆盆地一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地5）残留盆地•指碰撞造山带内部或边缘以尚未俯冲消失的洋壳为底的盆地。•沉积物主要来源于周围碰撞造山带，以发育浊流形成的复理石沉积和与碰撞造山带有关的海相磨拉石沉积为特点。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地5）残留盆地•碰撞作用发生后，沿碰撞带走向可能过渡到B型俯冲带，在碰撞陆缘及仍然在俯冲的弧--沟系间的挤压型盆地亦属于残留盆地。•残留盆地可以向周缘前陆盆地过渡。如孟加拉湾（bayofbengal）是现代的残留盆地的实例。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地6）周缘前陆盆地•指造山带与克拉通之间的前陆地区发育的挠曲盆地；•以瑞士的阿尔卑斯山前的磨拉石盆地最为典型，因此磨拉石盆地也成为这类盆地的代名词。一、板块运动体制中的压陷（挠曲）盆地类型2、与板块碰撞作用有关的压陷（挠曲）盆地6）周缘前陆盆地•“磨拉石”（mo-lasse）通常也泛指那些以陆相为主、巨厚的砾岩和砂岩占优势的沉积岩层，岩层的分选性差，层理不规则，相变急剧，是造山带山前地区的典型沉积类型。一、板