第九章 压陷(挠曲)盆地

沉积盆地分析主讲：杜振川研究生课程沉积盆地分析第九章压陷(挠曲)盆地→第三篇盆地各论压陷盆地指那些受逆冲断层控制的断陷盆地。这类盆地在形成过程中表现为地壳或岩石圈的缩短变形，因而也可以称之为“收缩型盆地”。从形成机制看，压陷盆地是在挤压作用下断层上盘上升并引起下盘发生挠曲变形而形成的，因此，也可以称为“挤压型盆地”或“挠曲盆地”。第九章压陷(挠曲)盆地第一节压陷(挠曲)盆地形成的动力学机制一、压陷一挠曲作用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”。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)。第九章压陷(挠曲)盆地第一节压陷(挠曲)盆地形成的动力学机制二、压陷(挠曲)盆地的形成机制岩石因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，理论上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。第九章压陷(挠曲)盆地第一节压陷(挠曲)盆地形成的动力学机制二、压陷(挠曲)盆地的形成机制当大洋岩石圈俯冲到大陆岩石圈之下，即所谓的B型俯冲(B—Subduction)，这时大陆岩石圈作为负荷压在大洋岩石圈之上并使大洋岩石圈发生挠曲作用。两个大陆岩石圈发生碰撞时，其中一个大陆岩石圈俯冲到另一个大陆岩石圈之下，即所谓的A型俯冲(A—Subduction)，这时压在下面的大陆岩石圈发生挠曲作用。此外，火山喷发及火山物质的堆积、沉积物在盆地中的堆积等都可能作为负荷而使下伏的地壳或岩石圈发生挠曲变形。第九章压陷(挠曲)盆地第一节压陷(挠曲)盆地形成的动力学机制二、压陷(挠曲)盆地的形成机制“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。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先的收缩应变，而且为挠曲作用提供了构造负荷。因此，应该说“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。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。第九章压陷(挠曲)盆地第一节压陷(挠曲)盆地形成的动力学机制二、压陷(挠曲)盆地的形成机制压陷(挠曲)盆地形成示意图第九章压陷(挠曲)盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征一、板块运动体制中的压陷(挠曲)盆地类型第九章压陷(挠曲)盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征1、与板块B型俯冲作用有关的压陷(挠曲)盆地弧前盆地与B型俯冲有关的压陷(挠曲)盆地位置图(据G．Einsele，1992)第九章压陷(挠曲)盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征1、与板块B型俯冲作用有关的压陷(挠曲)盆地海沟：指两个板块发生B型俯冲作用的地带；堆积物包括来自火山弧上的碎屑和B型俯冲过程中落下的大洋地壳及其表层的深海沉积物等。堆积在斜坡盆地和弧前盆地中的陆源碎屑，可以通过发育在斜坡上的水下峡谷带到海沟中沉积下来，常发育浊积岩、混杂岩、海底扇等。现代板块构造主要在环太平洋的B型俯冲带上的海沟和印度洋北部边缘的海沟(如莫克兰海沟、爪哇海沟)。第九章压陷(挠曲)盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征1、与板块B型俯冲作用有关的压陷(挠曲)盆地斜坡盆地：位于火山弧与海沟的斜坡上，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过渡，形成海沟—斜坡盆地，斜坡中上部可以发育斜坡沉积裙或阶地沉积。弧前盆地：位于火山弧向海一侧的盆地。弧后前陆盆地：发育于火山弧后逆冲断层带下盘的挠曲盆地。第九章压陷(挠曲)盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征1、与板块B型俯冲作用有关的压陷(挠曲)盆地弧后前陆盆地：发育于大陆仰冲板块边缘之上，火山弧后逆冲断层带下盘的挠曲盆地。弧后前陆盆地一般是在仰冲板块上邻近褶皱冲断带发展起来的，在洋壳俯冲作用时期，相邻造山带向这类前陆盆地推覆逆冲，大陆壳表面向岛弧造山带的后侧方向向下拖曳而形成。世界上大多数前陆盆地属于此类盆地，如加拿大阿尔伯达盆地、安第斯山东侧新生代盆地、冈底斯白垩纪盆地、台湾西部晚第三纪盆地等。第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征1、与板块B型俯冲作用有关的压陷(挠曲)盆地安第斯山东侧弧背前陆盆地和俯冲带之间的成因配置关系第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征2、与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地周缘前陆盆地：与A型俯冲作用有关，形成于造山带前缘的俯冲板块之上，是大陆碰撞及其以后由于板块自身重力作用，造成内俯冲而形成的岩石圈挠曲盆地。前陆盆地位于造山带侧翼与克拉通边缘。平面上前陆盆地平行于造山带展布，在造山带一侧发育向前陆区逆冲的褶皱—冲断层带；盆地近克拉通一侧可发育正断层。由于碰撞造山带，特别是向前陆推覆叠置的褶皱冲断层带产生的巨大构造负荷促使岩石圈均衡调整，从而形成盆地横剖面为由造山带侧翼向克拉通减薄的不对称楔状沉降区。第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征2、与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地(A型俯冲)第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征2、与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地周缘前陆盆地和弧后前陆盆地第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征2、与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地山间盆地：指周围被碰撞造山带包围或位于造山带内部的以陆壳(通常是克拉通或早期的褶皱带)为基底的压陷盆地，即以逆断层为盆地边界的断陷盆地。如我国天山褶皱带中的一些小型盆地。第二节压陷(挠曲)盆地类型及其特征二、压陷(挠曲)盆地类型特征2、与板块碰撞作用有关的压陷(挠曲)盆地山间盆地第三节前陆盆地的主要特征“前陆”(foreland)一词在板块构造学说提出之前就已广泛使用，意指被褶皱带逆掩的稳定的陆地，也指褶皱逆冲带物质运动所指的方向，相反的方向则成为后陆。由于造山带的隆升，在造山带与稳定克拉通之间，在克拉通基础上通常发育由于造山带的隆升，造山带与稳定的克拉通之间，在克拉通基础上通常发育一个深陷的沉积盆地，在地槽学说中被称为“前渊”，意即位于造山带山前的前渊（foredeep）。Dickinson(1974)根据前陆盆地(forelandbasin)在板块构造中的位置将其分为两类，一类是与碰撞造山作用有关、位于A型俯冲作用带中的俯冲大陆地壳之上并与碰撞造山带(缝合带)毗邻的沉积盆地，称为周缘前陆盆地(peripheralfore—landbasin)，如位于阿尔卑斯北部山前的磨拉石盆地等；另一类是与弧后造山作用有关、位于陆缘岩浆弧后的沉积益地，称作弧后前陆盆地，如北美西部大陆边缘的科迪勒拉山脉东侧山前地带的一些盆地。第二节前陆盆地的主要特征一、前陆盆地系统Decelles等(1996)在对传统的前陆盆地概念以及典型实例进行总结分析后，提出了前陆盆地系统概念。前陆盆地系统的涵义包括三方面内容：①前陆盆地系统是指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳之上的沉积物堆积的潜在地区；②前陆盆地系统由四个分隔的构造沉积带组成，根据这些沉积带与逆冲带的几何关系将它们分别称为逆冲楔顶部带(wedge-top)、前渊带(foreddeep)、前隆带(forebulge)和隆外凹陷带(back-bulge)；③前陆盆地系统的延伸长度大致与格皱带的长度相等。第二节前陆盆地的主要特征一、前陆盆地系统前陆盆地系统二、前陆盆地的形成过程从残余盆地到前陆盆地的演化二、前陆盆地的形成过程从残余盆地到前陆盆地的演化第二节前陆盆地的主要特征二、前陆盆地形成过程磨拉石建造(mo-lasseformation)：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。复理石建造(flyschformation)：它是海相陆源碎屑物质，主要由砂，泥质层交替组成，具有韵律特征。建造的总厚度很大，有时可达万米以上。粗到细的碎屑物质相间构成明显的韵律结构，单个韵律厚度自数厘米到数十厘米。上下两个韵律之间常被冲刷面所分隔，在每一韵律的底板上具有特殊的象形印模。建造中砾岩很少，交错层和波痕罕见，几乎不含化石，岩石分选性较差。第二节前陆盆地的主要特征二、前陆盆地形成过程残余洋盆发育的晚期，洋壳俯冲闭合，造山带开始形成，盆地的发育表现出从残余洋盆到周缘前陆盆地的转化。残余洋盆主要接受深水复理石类型的沉积，其一侧为楔形的、老的碎屑岩和碳酸盐沉积物组成的被动大陆边缘，而另一侧为正在向盆地推进的褶皱—冲断增生楔体。褶皱—冲断增生楔体是盆地中的厚层海相浊积岩深水扇和重力流沉积等各种碎屑沉积物的主要物源区。图（a）（b）第二节前陆盆地的主要特征二、前陆盆地形成过程当洋盆闭合，冲断—褶皱带的前缘推进到先存伸展陆壳的边缘时，周缘前陆盆地的演化开始。然后，俯冲带消亡，并演化成碰撞逆冲带，这时一个大陆仰冲上驮到另一个大陆之上。板块碰撞造山带形成以收缩构造带和相邻的克拉通之间陆壳上的长形沉降区，即前陆盆地的发育为特征。前陆盆地的发育主要是由于造山带构造负荷下引起岩石圈挠曲响应，山脉上升，盆地下沉。前陆盆地往往被浅海和陆相磨拉石型沉积物充填，磨拉石包括了大型的冲积扇、扇三角洲、河流湖泊环境的沉积物。图（c）（d）第二节前陆盆地的主要特征三、前陆盆地沉积充填特征基本特征：①前陆盆地介于造山带与前缘隆起之间，有时受周缘山系的控制，盆地可呈不规则狭长平面形态；一般地，在平面上由造山带向克拉通方向前陆盆地系统可以划分为冲断带、前渊凹陷、前缘斜坡、前缘隆起和隆后盆地等构造单元，它们往往呈带状平行于逆冲造山带的走向分布；②通常前陆盆地的剖面具不对称，近造山带一侧陡，向克拉通一侧宽缓；1、盆地的基本特征第二节前陆盆地的主要特征三、前陆盆地沉积充填特征基本特征：③一般来说，前陆盆地的盆地充填体的空间形态为楔状体，即靠近盆地近端(造山带一侧)沉积物厚度最大，向克拉通方向逐渐减小；④沉积充填物质包括两部分，一部分来自造山带或冲断隆起上，一部分来自克拉通地区；在前陆盆地发育早期，冲断体位于海平面之下，物源主要来自克拉通方向；当冲断体向前陆推进出露海平面之上，物源主要来自冲断体的削蚀；1、盆地的基本特征第二节前陆盆地的主要特征三、前陆盆地沉积充填特征基本特征：⑤前陆盆地总体上可分为两大体系，下部以台地碳酸盐为主，上部陆相碎屑岩为主。其沉积环境经历了由海到陆的变迁过程，既有大陆边缘沉积，又有造山过程的复理石—磨拉石沉积；⑥随着盆地的演化、早期沉积层逐渐被卷入逆冲褶皱带中，并使盆地沉降、沉积中心向逆冲前锋方向(前陆隆起方向)迁移。1、盆地的基本特征第二节前陆盆地的主要特征三、前陆盆地沉积充填特征前陆盆地自克拉通边缘演化到以陆相冲积地层为主的整个过程中，可具有各种不同的沉积环境。一般而言，前陆盆地的沉积物早期以灰、灰绿色等为主，晚期以红、杂色等为主；岩石组合在下部层序为石英砂岩组合，在上部层序为岩屑砂岩组合，矿物成分的成熟度与结构成熟度由下至上明显地降低。2、盆地的沉积充填特征三、前陆盆地沉积充填特征前陆盆地的充填演化从大陆碰撞、逆冲造山带的形成开始。初期褶皱造山带处于海下，形成一个低于海平面的海底隆起高地，因此，仅引起缓慢沉降，提供有限的沉积物。褶皱—冲断带的进一步推进扩展进入盆地，导致逆冲带前缘挠曲地