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第四章 沉积盆地

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第四 沉积 盆地
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来之则安之,来之则安之,这里别有一翻天地这里别有一翻天地前陆盆地前陆盆地形成的动力学机制形成的动力学机制与造山挤压挠曲沉降有关的盆地主要包括下列几种类型:(1)俯冲带挠曲变形形成的深海沟和前弧带;(2)大陆碰撞带岩石圈挠曲产生的周缘前陆盆地;(3)破裂前陆盆地及(4)挤压挠曲盆地(类前陆盆地 )。前陆盆地是由岩石圈挤压挠曲沉降作用而形成的沉积盆地,发育于聚合、碰撞或挤压环境。前陆盆地一般具有如下特点:(1)发育于造山带与克拉通之间的山前拗陷;(2)具有与挤压有关的、从造山带)低的热流背景,缺少盆地发育期的基性火山活动。重要的含煤油气资源盆地类型。~构造活动的盆地边缘是探讨盆山耦合动力学过程的有利场所一、前陆盆地一、前陆盆地形成的主要影响因素形成的主要影响因素前陆盆地的成因机制和动力学模型一直是盆地分析领域的热点课题。多年来的研究表明, 逆冲变形、地幔补偿和地面侵蚀及沉积过程 是形成盆地地层格架的主要因素。控制前陆盆地形成的主要因素有三个:(1) 逆冲带的构造负荷;(2) 盆地沉积物负荷;(3) 在造山过程中形成的地壳内部水平挤压力。这三种应力同时作用于地壳,陆盆地的沉降主要取决于地壳的变形性质。1、周缘前陆盆地周缘前陆盆地位于造山带的外则,随着大洋的消减之后,在继续俯冲的大陆岩块之上形成的, 是陆型俯冲)的产物。波斯湾等周缘前陆盆地含丰富的油气资源。周缘前陆盆地沉降与下列因素有关:①早期的伸展造成减薄的岩石圈。往往与被动大陆边缘发育有关,前陆盆地上置于早期的大陆裂谷和被动大陆边缘盆地之上。②俯冲作用的牵引或碰撞产生的挠曲驱动力。③俯冲作用加厚地壳的负载。④沉积物负载。2、弧后前陆盆地弧后前陆盆地是在弧后盆地之上发育的前陆盆地。弧后盆地挠曲沉降机制有关因素:(1)弧后褶皱冲断产生的构造负荷陆克拉通与岩浆弧叠接。(2)岩浆弧的软化(3)沉积物负载北美落基山盆地、内华达岩浆弧3、陆内造山挠曲(前陆)盆地在中国一些地区的造山作用与板块的俯冲作用或碰撞作用无直接关系,也缺乏同时代的洋壳残余或蛇绿混杂岩些造山作用也相应产生由于挤压挠曲作用形成的山前拗陷。从拗拉槽、衰亡谷反转挤压或再生的挤压挠曲盆地。陆内造山挠曲(前陆)盆地4. 破裂前陆盆地由基底隆起分割的前陆盆地,北美落基山区的拉勤米前陆盆地等。基底破裂前陆盆地周缘前陆盆地依据地壳变形性质的不同,可把前陆盆地的形成机制划分为:• 弹性挠曲模型• 粘弹性挠曲模型二、前陆盆地的动力学机制二、前陆盆地的动力学机制1、弹性挠曲模型以 要采用弹性挠曲模型解释前陆盆地的形成机制。• 把地壳或岩石圈看作是覆盖于粘滞性流体之上的连续性弹性薄板。在水平应力和重力负载作用下发生弹性挠曲变形。• 弹性变形模型认为岩石圈的挠曲刚度为一常量,它取决于岩石圈的有效弹性厚度;如 1981)采用弹性挠曲模型,很好地解释了美国西部落基山前陆盆地的沉降史。2、粘弹性挠曲模型、粘弹性挠曲模型以要采用粘弹性挠曲模型,认为地壳对负荷的初始响应为弹性,随着时间的推移,负荷不变,岩石圈发生粘弹性变形。98 4)应用粘弹性挠曲模型,解释了加拿大阿尔伯达盆地的地层和沉降问题。1、逆冲负载 弛阶段 向前渊方向迁移。3、再逆冲负载 隆 前渊 逆冲带粘弹性流变模型预测的前隆迁移前隆随时间向盆地方向迁移(1)均匀粘弹性流变模型在均匀粘弹性模型中,认为岩石圈的挠曲刚度随时间变化。整个地壳(或岩石圈)具有初始的挠曲刚度(等同于弹性模型),但随着时间的推移,挠曲刚度减少至零,最终达到已有资料研究表明,一些古老前陆盆地区,经过长期的均衡调整,岩石圈仍具有一定的挠曲刚度。认为粘弹性流变最初发生于热的、低粘度的下部岩石圈,然后逐渐向上扩展到冷的、具较高粘度的岩石圈,而上部岩石圈温度低、粘度大,在整个地球发展时期都不会发生流动,保持非静力弯曲状态,因此,地壳的弹性厚度随着时间逐步变小,最后达到一个稳定值,从而保证了岩石圈长期具有一定的挠曲刚度。关于盆地形成期的岩石圈粘弹性松弛量仍存在不同的意见。因此,岩石圈流变挠曲是一个极其复杂的问题。(2)非均匀粘弹性流变模型3、简单剪切/纯剪切模型 (2000)• 地壳(岩石圈)上部脆性带断裂逆冲,叠置加厚,挠曲。•下部韧性带呈纯剪切变形,岩石圈加厚,软流圈顶面下降。简单剪切 /纯剪切模型三、挤压挠曲沉降的定量模型981), 1999) 等认为,用弹性流变模型近似地模拟盆地演化是可行的。 弹性薄板挠曲理论是当前广泛应用于前陆盆地分析的基础性理论。1)二维弹性薄板4. 二维弹性薄板挠曲定量模型)(2244Δ++ ρ式中沉降量;为挠曲刚度:,)1(1223的大小取决于地壳的有效弹性厚度性挠曲变形可用二维弹性薄板的一般挠曲方程来描述(1992; 1999):1)、弹性挠曲方程)、弹性挠曲方程22由于造山带碰撞引起的水平挤压力,一般不容易确定它的大小。为由于地幔密度与盆地内充填的沉积负载密度差所引起的浮力;;)(∂∂+∂∂=为垂直负载,是造山带褶皱逆冲和沉积物充填加载于板块之上形成的,负载的大小和形态对盆地挠曲产生重大的影响。前陆盆地沉降机制这是位于弱流体之上的二维弹性薄板在受到垂直外力、水平外力以及扭动或弯曲力矩作用下发生变形的一个综合挠曲公式,对于不同的地球动力学环境,只需相应改变其边界条件,都可应用此公式进行挠曲作用研究。)(2244Δ++ ρ2)、粘弹性挠曲模型)、粘弹性挠曲模型岩石圈的粘度为地温 (T)和蠕变活化能 (Q)的函数))1)(1((00=μμ那么,岩石圈的挠曲刚度则是岩石圈粘度的函数)()(2244Δ++ ρμ假设:(1)假设在点负载情况下 (Q(x)除x=0这一点外全为0) ;(2)水平挤压力不予考虑;044=Δ+ 简化后的四阶微分方程的一般解可用指数函数、正弦和余弦函数来表示:)/(4321+=−式中数2、4由边界条件确定。44) . 一些主要的盆地参数A、最大挠曲沉降和盆地宽度前隆点负载连续挠曲在点负载使板块对称挠曲的情况下,可以得到挠曲度的一组特殊解:挠曲沉降量 )/−最大挠曲沉降,;即在x=0处点负载作用下的挠曲深度。此时的 坳陷半宽最大挠曲点(x=0处)到无挠曲点(w=0处)的水平距离为:430w=0 4陷宽:从点负载(x=0处)到前隆最高点(x,b)的水平距离亦可求出: 曲斜率为0,即当x=dW/。无挠曲的前隆高度Wb(x=: w=0 B、前隆构造盆地深1依据造山带深部岩石圈破裂与否,可划分为破裂岩石圈挠曲模型和连续岩石圈挠曲模型: 破裂连续C、岩石圈破裂和连续挠曲模型在点负载使板块发生了 破裂挠曲 的情况下,若挠曲刚度和垂直负载与前面相同,则 破裂板块的最大挠曲度是未破裂板块最大挠曲度的两倍, 挠曲度与0πa/4 =值前隆高点的 44曲沉降W=前隆高67较(盆地宽)隆低) D、挠曲刚度(D)对盆地的形态可产生重要的影响挠曲刚度 石圈有效弹性厚度变小,盆地变窄、变深逆冲体逆冲体宽浅深窄204曲刚度 石圈有效弹性厚度变小,盆地变窄、变深弹性和粘弹性的前陆盆地动力学模型产生的最终差异事实上表现在挠曲刚度的变化上:当,D 0,由下式:即从挠曲均衡逐渐达到局部均衡沉降。可得:)(44Δ+ ρ)(ΔρE、岩石圈切割深度对盆地形态的影响• 断裂深度大、断层陡,盆地窄,深;• 断裂深度小、断层缓,盆地宽,浅。4)、前陆盆地的沉降特征粘弹性挠曲模型逆冲初期小,早 期减小至隆起弹性挠曲模型早期迅速增大,中期至晚期减弱至隆起时间沉降曲线时间沉降曲线前陆盆地挠曲构造沉降和充填过程模拟(998)前陆盆地挠曲构造沉降和充填过程模拟(998)与走滑作用有关的盆地形成机制与走滑作用有关的盆地形成机制走滑作用可以通过派生的应力产生盆地:( 1)、走滑作用派生的拉张作用形成盆地;( 2)、走滑作用可派生挤压形成的向斜小盆地,一般不可能造成前陆式的盆地。因此,主要的走滑盆地是与走滑产生的拉张作用有关的。块运动速度差异的调整、俯冲边界的斜滑等,造成地块、克拉通的走滑作用是普通的,裂谷盆地都或多或少与走滑作用有关。(1)曲线断裂追踪形成的走滑盆地(2)相交断裂的离散端形成的走滑盆地(3)网状断裂形成的走滑盆地(4)断裂末端或入字型断裂形成的走滑盆地(5)拉裂盆地(6)转换伸长盆地曲线断裂追踪形成的走滑盆地相交断裂的离散端形成的走滑盆地网状断裂形成的走滑盆地右旋扭动断裂末端或入字型断裂形成的走滑盆地主干断裂主干断裂右旋扭动右旋扭动主干断裂主干断裂锐角指向断块运动方向锐角指向断块运动方向拉裂盆地走滑拉裂作用形成的盆地拉裂盆地(1)步阶断层的超覆边缘发育的拉裂盆地右旋扭动拉裂盆地左旋扭动( 2)收敛段的走滑发育的拉裂盆地(3)雁形断裂的拉裂左旋扭动(4)联合拉裂盆地左旋扭动小型逆冲、滑移小断块、褶皱受挤压边缘火山岩底离散边缘正断裂不整合剥蚀边界主动断裂与聚合环境有关的浅层(地壳内)走滑断裂• 一般无明显的热异常和热衰热沉降莺歌海盆地(6)转换伸长盆地拉伸盆地的动力学模式可应用于走滑拉伸盆地分析( 1)横向的热衰减作用小( 2)热衰减沉降小( 3)拉伸范围小走滑盆地的断裂样式(自习总结)①盆地断裂②花彩状断层③平面断裂格架④次级隆起,拗陷或地堑地层的发育和迁移⑤沉积中心的迁移从拉裂→走滑挤压(1)拉裂沉降(2)开始发育扭转构造、背斜(3)继续发育,局部隆起剥蚀(4)断裂反转,挤压变形 )• Is of to a a) ¼(b) ½(c) of 裂谷盆地 => no => 0 %= as a of 1978), of be of an of as an to by a of is by as by (he in by as to by ) _______or 要的沉降机制可能与下列因素有关:陷槽)拗拉槽后的热衰减沉降中晚元古;尔多斯盆地周缘的挤压挠曲,华南火山作用后热衰减等。陆表海碎屑盆地谢谢同学们的合作!谢谢同学们的合作!来之则安之,来之则安之,这里别有一翻天地这里别有一翻天地
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