盆地分析伸展盆地特征

盆地分析伸展盆地特征第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，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(lèi)裂陷盆地。

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

Burke對(duì)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?yàn)樵S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(gè)巖石圈遭受破裂，是強(qiáng)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(kāi)來(lái)。

Burke對(duì)Gregory裂谷定義所作的補(bǔ)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(gè)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日除了裂谷外，坳陷（sag）、坳拉槽（aulacogen）和被動(dòng)大陸邊緣也屬于伸展盆地。裂谷與只經(jīng)過(guò)區(qū)域性沉降但缺乏大型伸展斷層的坳陷、坳拉槽和被動(dòng)大陸邊緣的主要差別可以簡(jiǎn)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(chǎng)產(chǎn)生的張性偏應(yīng)力足以克服巖石強(qiáng)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(huì)在無(wú)斷裂的情況下進(jìn)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(huì)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(kuò)張中心形成新的洋殼時(shí)，就開(kāi)始了裂谷系向被動(dòng)大陸邊緣的演化階段，即裂谷－漂移階段。第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、裂谷的一般特征和類(lèi)型

裂谷的形成與伸展作用有關(guān)。在威爾遜旋回的各個(gè)階段和各種不同的板塊構(gòu)造環(huán)境中均可以見(jiàn)到裂谷的形成。它們是：(1)與大陸裂開(kāi)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)型

與大陸裂開(kāi)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(lèi)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(dòng)的火山作用;(3)呈對(duì)稱(chēng)狀正、負(fù)交替的磁異常和(4)高熱流值。實(shí)例是大西洋、印度洋中脊上發(fā)育的裂谷。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)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(guò)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?chē)∫恍，F(xiàn)代大陸內(nèi)裂谷作用的特征是：(1)負(fù)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(dòng)。第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，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(gè)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(dòng)相伴生，但缺乏裂谷。其它裂谷系是美國(guó)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)型一般將裂谷作用歸為兩類(lèi)，即主動(dòng)裂谷和被動(dòng)裂谷作用。在主動(dòng)裂谷作用中，地表變形與熱柱或熱席對(duì)巖石圈底部的撞擊作用（impingement）相伴生。來(lái)自地幔柱的傳導(dǎo)加熱作用，來(lái)源于巖漿生成的熱傳遞作用或者是來(lái)源于對(duì)流加熱作用均可以使巖石圈變薄。如果來(lái)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(kāi)作用。主動(dòng)裂谷的實(shí)例是東非裂谷。第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)型

在被動(dòng)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(dòng)僅是次要過(guò)程（Turcotte和Oxbugh,1973）。如果被動(dòng)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(chǎng)的被動(dòng)響應(yīng)。RioGrande裂谷可能是由于這種被動(dòng)裂谷作用產(chǎn)生的。

Segnor和Burke（1978）討論了裂開(kāi)作用和熱穹窿火山活動(dòng)的相對(duì)時(shí)間，并根據(jù)它推測(cè)主動(dòng)或被動(dòng)裂谷。但實(shí)際上難以確定裂谷究竟屬于主動(dòng)裂谷還是屬于被動(dòng)裂谷，因?yàn)閷?duì)于小的地幔熱流來(lái)說(shuō)，隆起量可能是很小的。第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)型

主動(dòng)裂谷與熱點(diǎn)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(shí)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日大西洋被動(dòng)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(yùn)碎屑物質(zhì)進(jìn)入大洋，形成前積的三角洲和海底扇沉積體系。

第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)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(gè)大陸在其碰撞時(shí)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(shí)，曾指出貝加爾地塹系和山西地塹系是由于喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)印度板塊與亞洲大陸碰撞時(shí)所產(chǎn)生的拉張應(yīng)力場(chǎng)引起的。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)型

萊茵地塹系也是這種類(lèi)型裂谷的實(shí)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(rèn)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(shí)間和歷史。如果它是與大洋張開(kāi)期同時(shí)期開(kāi)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(shí)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(kāi)始是與中始新世阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)碰撞事件同時(shí)發(fā)生的，而波蘭坳陷的地質(zhì)歷史是在三疊紀(jì)開(kāi)始的，與阿爾卑斯洋張開(kāi)期同時(shí)。因此可以認(rèn)為萊茵地塹是碰撞谷，而波蘭坳陷是坳拉槽。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日裂谷的一般特征和類(lèi)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(dòng)有關(guān)。主要為兩種類(lèi)型:一種類(lèi)型,常是早期弧后裂開(kāi)，晚期演化為弧后邊緣海，為小洋盆，具洋殼。與西太平洋主動(dòng)大陸邊緣有關(guān)的邊緣海屬此類(lèi)型。另一種類(lèi)型，弧后盆地與安第斯型主動(dòng)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(jī)制可能為俯沖誘發(fā)熱對(duì)流作用。第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、伸展盆地的演化

與大陸裂開(kāi)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(dòng)大陸邊緣；4.大陸內(nèi)裂谷→大陸內(nèi)坳陷?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)例討論如下：第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，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—紅海—亞丁灣三聯(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(guò)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(yè)，共三十八頁(yè)，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(jì)晚期和晚第三紀(jì)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(kāi)始破裂，形成原始大陸內(nèi)裂谷，有火山活動(dòng)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(kāi)始是一層海侵式底砂巖，后來(lái)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(cè)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(zhǎng)巖和輝綠巖組成。此后，海底擴(kuò)張一直延續(xù)到現(xiàn)在。第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，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(shí)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(gè)寬125-145公里、北東—西南向的大陸內(nèi)裂谷，在白堊紀(jì)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(yè)，共三十八頁(yè)，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(jì)時(shí)為大陸內(nèi)裂谷，其中充填有海相地層；第三紀(jì)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(jì)坳拉槽。古新世開(kāi)始海進(jìn),晚始新世開(kāi)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(dòng)背斜，形成很多小而肥的油田（圖2-7）。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.大陸內(nèi)裂谷→被動(dòng)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(dòng)大陸邊緣的實(shí)例（Campos等,1980）。

巴西東部被動(dòng)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(kāi)為被動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(diǎn)是下部為河、湖相紅色巖系，主要是頁(yè)巖和細(xì)－中粒砂，底部為蒸發(fā)巖和灰?guī)r（二迭紀(jì)？）。上部為淺灰色具交錯(cuò)層的細(xì)至粗粒砂巖。該層系推測(cè)其大部分巖層屬晚侏羅世。據(jù)Ponte等解釋?zhuān)碣_世南非、巴西為統(tǒng)一大陸。第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D2－8第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動(dòng)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(xì)—粗粒砂巖，灰至黑色粉砂巖和頁(yè)巖夾薄的灰?guī)r層逐漸過(guò)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(qiáng)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D2－9第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動(dòng)大陸邊緣

(C)過(guò)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(xì)—粗粒砂巖、暗灰色頁(yè)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(dá)到200米，在塞爾希培盆地達(dá)到500米。根據(jù)介形蟲(chóng)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D2－10第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動(dòng)大陸邊緣

(D)拉開(kāi)階段—淺水臺(tái)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(gè)階段主要是下沉作用。沉積物特征開(kāi)始為砂、頁(yè)巖，接著主要是臺(tái)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D2－11第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日大陸內(nèi)裂谷→被動(dòng)大陸邊緣

(E)大規(guī)模拉開(kāi)—開(kāi)闊邊緣海階段（晚白堊世坎佩期至上新世）在此階段，大陸進(jìn)一步大規(guī)模拉開(kāi)分離，并發(fā)生強(qiáng)烈向東傾斜的下沉，導(dǎo)致整個(gè)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(kāi)闊邊緣海沉積。這類(lèi)沉積物大致相當(dāng)于大陸坡深水海底和臺(tái)地沉積體系（圖2-12）。第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D2－12第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，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(gè)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(yè)，共三十八頁(yè)，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(jì)）：特點(diǎn)是與北大西洋形成的同時(shí)，三迭—侏羅紀(jì)發(fā)生強(qiáng)裂的拉張，塊斷運(yùn)動(dòng)，廣泛分布有分支的裂谷系，延伸長(zhǎng)度達(dá)300公里或更長(zhǎng)，寬達(dá)50公里。在裂谷內(nèi)堆積了厚達(dá)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(chǔ)集層。上侏羅統(tǒng)暗色泥巖為主要生油巖。第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，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(kāi)始，裂谷演化為南北向大陸內(nèi)坳陷。在下部為厚達(dá)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(yè)，共三十八頁(yè)，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(jī)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(fù)荷，不再活動(dòng)的大陸斷陷開(kāi)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(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、與俯沖作用有關(guān)的弧后盆地

這類(lèi)盆地與主動(dòng)大陸