盆地分析伸展盆地特征

盆地分析伸展盆地特征第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日第九講伸展盆地構(gòu)造分析（一）－－特征與演化一、伸展盆地的一般概念

伸展盆地是在引張作用下與地殼和巖石圈產(chǎn)生伸展、減薄作用有關(guān)的一類裂陷盆地。

裂谷是最常見的一種伸展盆地。裂谷（rift）是1921年Gregory描述東非裂谷時第一個采用的術(shù)語。他給裂谷下了一個定義，即裂谷是在平行的正斷層之間的一種狹長的凹陷。后來K.Burke（1980）對該定義作了較大的修改,即裂谷是由于整個巖石圈遭受伸展破裂而引起的狹長凹陷。第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日伸展盆地的一般概念

Burke對其定義作了如下解釋:第一、裂谷定義中未提到平行斷裂，這是因為許多為大家熟知的裂谷邊界不是兩條平行斷層，而僅僅是在一邊具有大型斷層。第二、所提到的整個巖石圈遭受破裂，是強調(diào)裂谷作為一種大尺度構(gòu)造，把中小型構(gòu)造（如淺層由于擠壓作用在軸部發(fā)育的張性地塹系，鹽丘構(gòu)造上部產(chǎn)生的小型地塹系）排除在外。第三、所提到的伸展破裂是將裂谷與其他貫穿巖石圈的大型斷裂（如轉(zhuǎn)換斷層和聚斂性斷層）區(qū)別開來。

Burke對Gregory裂谷定義所作的補充和修改是十分重要的，因此，裂谷比較完整的定義應(yīng)當(dāng)是“由于整個巖石圈遭受伸展破裂而引起的,并且常常是為正斷層限制的斷陷盆地”。第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日除了裂谷外，坳陷（sag）、坳拉槽（aulacogen）和被動大陸邊緣也屬于伸展盆地。裂谷與只經(jīng)過區(qū)域性沉降但缺乏大型伸展斷層的坳陷、坳拉槽和被動大陸邊緣的主要差別可以簡要地解釋如下（圖2-1）。在真正的裂谷中，由于巖石圈上隆、減薄或區(qū)域應(yīng)力場產(chǎn)生的張性偏應(yīng)力足以克服巖石強度，從而形成斷層。如果張性偏應(yīng)力不足以造成脆性破裂，那未隆起或沉降作用就會在無斷裂的情況下進行。如果熱源供應(yīng)中斷并不再有新的熱源，那么巖石圈就會發(fā)生熱收縮作用并引起熱沉降。當(dāng)裂谷繼續(xù)伸展，在擴張中心形成新的洋殼時，就開始了裂谷系向被動大陸邊緣的演化階段，即裂谷－漂移階段。第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日二、裂谷的一般特征和類型

裂谷的形成與伸展作用有關(guān)。在威爾遜旋回的各個階段和各種不同的板塊構(gòu)造環(huán)境中均可以見到裂谷的形成。它們是：(1)與大陸裂開和漂移作用有關(guān)的裂谷；(2)與俯沖作用有關(guān)的裂谷；(3)與大陸碰撞作用有關(guān)的裂谷。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

與大陸裂開和漂移作用有關(guān)的裂谷可分成大洋的、大陸間的和大陸內(nèi)部的裂谷三種類型。

現(xiàn)代大洋裂谷是沿大洋中脊延伸并受正斷層限制的裂谷。谷底和谷肩均為洋殼。大洋中脊及其裂谷為轉(zhuǎn)換斷層所橫切。其它特征主要是：(1)淺震;(2)活動的火山作用;(3)呈對稱狀正、負交替的磁異常和(4)高熱流值。實例是大西洋、印度洋中脊上發(fā)育的裂谷。第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

現(xiàn)代大陸間裂谷是裂谷的下面為洋殼，谷肩是陸殼，它們是大陸裂谷演化為大洋裂谷的過渡產(chǎn)物。例如，在印度洋附近的亞丁灣和紅海南部。

現(xiàn)代大陸內(nèi)裂谷的下面為陸殼，谷肩也為陸殼。但裂谷下面陸殼厚度要比周圍薄一些?，F(xiàn)代大陸內(nèi)裂谷作用的特征是：(1)負布格重力異常；(2)高熱流（90至115mWm-2，也即是大于2H.F.U）和(3)火山活動。第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日東非裂谷是典型的大陸裂谷系，其特征是在兩個大的隆起區(qū)發(fā)育，即北部的埃塞俄比亞隆起和東南的東非隆起（圖2-2）。這些隆起常常與廣泛分布的火山活動相伴生，但缺乏裂谷。其它裂谷系是美國西部的RioGrande裂谷，歐洲的萊茵地塹和中亞的貝加爾裂谷。第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型一般將裂谷作用歸為兩類，即主動裂谷和被動裂谷作用。在主動裂谷作用中，地表變形與熱柱或熱席對巖石圈底部的撞擊作用（impingement）相伴生。來自地幔柱的傳導(dǎo)加熱作用，來源于巖漿生成的熱傳遞作用或者是來源于對流加熱作用均可以使巖石圈變薄。如果來自于軟流圈的熱流很大，大到可使大陸巖石圈較迅速地減薄，這將引起均衡隆起。為隆起產(chǎn)生的張應(yīng)力于是引起裂開作用。主動裂谷的實例是東非裂谷。第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

在被動的裂谷作用中首先是大陸巖石圈的張應(yīng)力引起它破裂，其次才是熱的地幔巖貫入巖石圈。地殼穹隆作用和火山活動僅是次要過程（Turcotte和Oxbugh,1973）。如果被動裂谷作用發(fā)生，首先產(chǎn)生裂谷作用，隨之發(fā)生穹隆作用，因此裂谷作用是區(qū)域應(yīng)力場的被動響應(yīng)。RioGrande裂谷可能是由于這種被動裂谷作用產(chǎn)生的。

Segnor和Burke（1978）討論了裂開作用和熱穹窿火山活動的相對時間，并根據(jù)它推測主動或被動裂谷。但實際上難以確定裂谷究竟屬于主動裂谷還是屬于被動裂谷，因為對于小的地幔熱流來說，隆起量可能是很小的。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

主動裂谷與熱點有關(guān)的現(xiàn)象是地殼大面積呈穹隆上升和呈三聯(lián)（tripleJunction）破裂，紅海－蘇伊士－亞喀巴灣裂谷系、紅海－亞丁灣－埃塞俄比亞裂谷系（圖2-3）均屬于這種三聯(lián)裂谷系的實例。三聯(lián)裂谷中每支裂谷發(fā)育不平衡，如紅海－亞丁灣－埃塞俄比亞裂谷系，其中紅海南部和亞丁灣兩臂已發(fā)育為陸間裂谷，而另一臂埃塞俄比亞裂谷仍處于大陸內(nèi)裂谷狀態(tài)，發(fā)育不足（圖2-3）。第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大西洋被動大陸邊緣附近的尼日爾盆地也是這樣一種三聯(lián)裂谷系中發(fā)育不足的一臂演化結(jié)果。原為三聯(lián)裂谷，演化中其它兩臂發(fā)育為大洋，另一臂由大陸內(nèi)裂谷發(fā)展為與海岸線近乎垂交的坳拉槽（圖2-4）。大的河流沿坳拉槽搬運碎屑物質(zhì)進入大洋，形成前積的三角洲和海底扇沉積體系。

第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

Segnor,Burke和Dewey（1978）還劃分出一種在形態(tài)上與坳拉槽相似的碰撞谷（Impactogen）。這種裂谷的發(fā)育與大陸碰撞有關(guān)。兩個大陸在其碰撞時除了產(chǎn)生平移斷層外，還在與碰撞帶垂直相交的方向形成拉張應(yīng)力，產(chǎn)生碰撞谷。P.Tapponier和P.Molnar（1975）在討論碰撞作用形成走向滑移斷層的同時，曾指出貝加爾地塹系和山西地塹系是由于喜山運動時印度板塊與亞洲大陸碰撞時所產(chǎn)生的拉張應(yīng)力場引起的。第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

萊茵地塹系也是這種類型裂谷的實例。由于在平面上這種碰撞裂谷與造山帶近乎垂交，很象前述的坳拉槽。Burke認為可以根據(jù)其地質(zhì)發(fā)展歷史區(qū)別它們。其方法是確定和重塑裂谷的形成時間和歷史。如果它是與大洋張開期同時期開始的，那么它應(yīng)為坳拉槽。如果裂谷僅僅是從大洋封閉為褶皺帶的時間，那么即為碰撞谷。例如萊茵地塹和波蘭凹陷都與阿爾卑斯褶皺帶垂直相交。萊茵地塹地質(zhì)歷史的開始是與中始新世阿爾卑斯運動碰撞事件同時發(fā)生的，而波蘭坳陷的地質(zhì)歷史是在三疊紀開始的，與阿爾卑斯洋張開期同時。因此可以認為萊茵地塹是碰撞谷，而波蘭坳陷是坳拉槽。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類型

弧后裂谷和弧后邊緣海盆地與俯沖作用有關(guān)，雖然也屬伸展盆地，但與聚斂型板塊活動有關(guān)。主要為兩種類型:一種類型,常是早期弧后裂開，晚期演化為弧后邊緣海，為小洋盆，具洋殼。與西太平洋主動大陸邊緣有關(guān)的邊緣海屬此類型。另一種類型，弧后盆地與安第斯型主動大陸邊緣有關(guān)，分布于“山弧”后方，在大陸殼上發(fā)育。它們的形成機制可能為俯沖誘發(fā)熱對流作用。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日三、伸展盆地的演化

與大陸裂開和漂移作用有關(guān)的裂谷演化呈下列四條路線：

1.大陸內(nèi)裂谷→大陸間裂谷→大洋（大洋裂谷）；2.大陸內(nèi)裂谷→坳拉槽；3.大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣；4.大陸內(nèi)裂谷→大陸內(nèi)坳陷?，F(xiàn)結(jié)合實例討論如下：第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日

1.大陸內(nèi)裂谷→大陸間裂谷例如埃塞俄比亞—紅?！獊喍橙?lián)裂谷系。其中埃塞俄比亞為大陸內(nèi)裂谷、紅海南端和亞丁灣為大陸間裂谷，紅海北部（占紅海1/3）比南部處于更早的演化階段，紅海南部（占紅海2/3）比亞丁灣演化過程又差一些。除了地殼性質(zhì)和厚度反映裂谷的演化特征外，下列其它特征也反映裂谷的演化程度，例如裂谷的沉積充填物、火山巖成分以及熱流值。

第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→大陸間裂谷例如埃塞俄比亞裂谷前為穹窿，早第三紀晚期和晚第三紀為初始大陸內(nèi)裂谷，堆積陸相粗碎屑巖，主要是沖積扇和湖相沉積物，基性火山巖為堿性。

紅海裂谷的演化歷史是漸新世發(fā)育區(qū)域隆起，在隆起頂部開始破裂，形成原始大陸內(nèi)裂谷，有火山活動和河、湖相沉積夾玄武巖。玄武巖具堿性性質(zhì)。裂陷發(fā)育階段發(fā)生于早中新世和中中新世，它的特征是發(fā)育地塹（半地塹）、地壘（半地壘）構(gòu)造，并且裂陷。開始是一層海侵式底砂巖，后來是厚層蒸發(fā)巖堆集，覆蓋在漸新世碎屑巖之上。沉積物厚2-5公里。推測中新世，紅海仍處于大陸內(nèi)裂谷階段，但大陸巖石圈厚度減薄。

晚上新世，中央海槽的巖石圈已經(jīng)減得很薄，使得大洋型玄武巖得以侵入，新的洋殼由拉斑玄武巖，輝長巖和輝綠巖組成。此后，海底擴張一直延續(xù)到現(xiàn)在。第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日2.大陸內(nèi)裂谷→坳拉槽

貝努埃裂谷系南段和尼日爾盆地是這樣的實例。貝努埃裂谷的西北為上幾內(nèi)亞隆起，東南為剛果克拉通西北的喀麥隆隆起，均為前寒武系的變質(zhì)巖系。裂谷從乍得盆地南端經(jīng)貝努埃凹槽至尼日爾三角洲，在早白堊世末至始新世產(chǎn)生。貝努埃裂谷系北、中、南三段的演化程度有很大不同。(1)貝努埃凹槽中段，是一個寬125-145公里、北東—西南向的大陸內(nèi)裂谷，在白堊紀形成。其中,早白堊世晚期（中阿爾必期）、晚白堊世早期（晚賽諾曼期）和晚白堊世中期（中森諾期）沉積了厚4000米的地層；晚白堊世中期末，上述地層受側(cè)向擠壓,盆地回返。第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→坳拉槽(2)貝努埃凹槽北段，白堊紀時為大陸內(nèi)裂谷，其中充填有海相地層；第三紀轉(zhuǎn)化為大陸內(nèi)坳陷，即乍得盆地，充填有陸相沉積物。下白堊統(tǒng)含油，油田有卡內(nèi)娜薩迪奇和米安多那。

(3)尼日爾盆地是在貝努埃凹槽南段基礎(chǔ)上發(fā)育的第三紀坳拉槽。古新世開始海進,晚始新世開始到中新世為典型的三角洲層系。三角洲層系發(fā)育正斷層和滾動背斜，形成很多小而肥的油田（圖2-7）。第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日3.大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣

巴西東部雷康卡沃、坎波斯、塞爾希培－阿拉戈斯和圣埃斯皮里托等盆地，非洲西部加蓬、寬扎和下剛果等盆地都是大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣的實例（Campos等,1980）。

巴西東部被動大陸邊緣盆地：

演化階段可劃分為裂谷前克拉通階段，大陸內(nèi)裂谷階段和大規(guī)模拉開為被動大陸邊緣階段。

(A)裂谷前克拉通階段（早白堊世前）（圖2-8）構(gòu)造長時間穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)有意義的斷層?？死▋?nèi)部層系的沉積特點是下部為河、湖相紅色巖系，主要是頁巖和細－中粒砂，底部為蒸發(fā)巖和灰?guī)r（二迭紀？）。上部為淺灰色具交錯層的細至粗粒砂巖。該層系推測其大部分巖層屬晚侏羅世。據(jù)Ponte等解釋，晚侏羅世南非、巴西為統(tǒng)一大陸。第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日圖2－8第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣

(B)裂谷階段（早白堊世尼歐克姆期）主要為碎屑巖層系，為細—粗粒砂巖，灰至黑色粉砂巖和頁巖夾薄的灰?guī)r層逐漸過渡和交互。在南邊坎波斯和圣埃斯皮里托盆地，分布侵入脈巖和噴出火山巖，它被解釋為是南大西洋形成前裂谷作用的結(jié)果。本層系厚約5,000米，屬早白堊世尼歐克姆期。圖2-9表示這些裂谷盆地。構(gòu)造特征總的是發(fā)育高角度正斷層和向西翹傾的半地塹型凹陷和半地壘型凸起，斷層作用強度大，密度也很大，可以看到落差大于4,000米的斷層。沉積環(huán)境為河流—湖相，在斷陷期，在比較靠近主斷層處發(fā)育河流粗碎屑沉積，縱向上往上廣泛發(fā)育湖相沉積，最后以沖積作用而告結(jié)束。第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日圖2－9第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣

(C)過渡階段（或蒸發(fā)巖階段階段，早白堊世阿普第期）為蒸發(fā)巖層系，由底礫巖、細—粗粒砂巖、暗灰色頁巖、灰?guī)r和蒸發(fā)巖（硬石膏、巖鹽、鉀鎂鹽）組成。該層段的厚度在阿拉戈斯盆地中達到200米，在塞爾希培盆地達到500米。根據(jù)介形蟲和孢粉資料，該層系屬于早白堊世阿普第期。古地理分布表明在此階段為一大的海灣。第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日圖2－10第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣

(D)拉開階段—淺水臺地型邊緣海階段（早白堊世晚期阿爾必期—晚白堊世桑托期）這個階段主要是下沉作用。沉積物特征開始為砂、頁巖，接著主要是臺地碳酸鹽巖相（圖2-11D-D‘）。最大厚度約2,500米。據(jù)有孔、菊石和孢粉資料，該層系屬早白堊世晚期阿爾必期至晚白堊世桑托期。第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日圖2－11第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動大陸邊緣

(E)大規(guī)模拉開—開闊邊緣海階段（晚白堊世坎佩期至上新世）在此階段，大陸進一步大規(guī)模拉開分離，并發(fā)生強烈向東傾斜的下沉，導(dǎo)致整個盆地形成向東的區(qū)域斜坡，岸外地區(qū)更加明顯的下沉，形成開闊邊緣海沉積。這類沉積物大致相當(dāng)于大陸坡深水海底和臺地沉積體系（圖2-12）。第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日圖2－12第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日4.大陸內(nèi)裂谷→大陸內(nèi)坳陷北海大陸內(nèi)裂谷→坳陷型盆地北海盆地維京地塹演化有三個階段，即裂谷前前陸盆地和克拉通內(nèi)盆地階段，大陸內(nèi)裂谷階段和大陸內(nèi)坳陷階段。(A)裂谷前階段,在志留系基底之上是巨厚的泥盆系紅色陸相砂巖,屬前陸盆地沉積.石炭系—中下三疊統(tǒng)為克拉通內(nèi)盆地沉積。第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日北海大陸內(nèi)裂谷→坳陷型盆地(B)裂谷階段（晚三迭世－侏羅紀）：特點是與北大西洋形成的同時，三迭—侏羅紀發(fā)生強裂的拉張，塊斷運動，廣泛分布有分支的裂谷系，延伸長度達300公里或更長，寬達50公里。在裂谷內(nèi)堆積了厚達2-3公里早侏羅世海相砂、泥巖。在中侏羅世，除了石灰?guī)r和含煤層外，還發(fā)育巨厚的火山巖。下和中侏羅統(tǒng)含有儲集層。上侏羅統(tǒng)暗色泥巖為主要生油巖。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日北海大陸內(nèi)裂谷→坳陷型盆地(C)坳陷階段（早白堊世—新生代）：從早白堊世開始，裂谷演化為南北向大陸內(nèi)坳陷。在下部為厚達1.5公里的下白堊統(tǒng)灰色海相泥巖，上白堊統(tǒng)白堊和古新統(tǒng)下部的白堊質(zhì)石灰?guī)r，上白堊統(tǒng)白堊和古新統(tǒng)下部的白堊統(tǒng)灰色海相泥巖，上白堊統(tǒng)白堊和古新統(tǒng)下部的白堊質(zhì)石灰?guī)r，古新統(tǒng)中，上部以及新生代為大于3公里的陸源沉積。第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→大陸內(nèi)坳陷

在大陸內(nèi)裂谷轉(zhuǎn)化為坳陷的機制中，熱冷卻可能起很大的作用。朱夏指出（1983），“相應(yīng)于巖石圈的冷卻和地殼的沉積負荷，不再活動的大陸斷陷開始了區(qū)域性的沉降。沉降的多少受到了在斷陷階段中熱異常的量和地殼拉張程度的控制”。第三十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日二、與俯沖作用有關(guān)的弧后盆地

這類盆地與主動大陸