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11-12盆地构造格架4

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11 12 盆地 构造
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盆地构造格架 概述据盆地基底的形变特征和盆地形成动力条件,将盆地分为拗陷型、断陷型和构造 拗陷型盆地 的基底为一连续界面,是地壳沉降或拗折引起的波状形变; 断陷型盆地 基底为不连续界面,是由基底断块滑落及裂陷形成的; 构造 形成则以侵蚀 区域构造沉降为背景。盆地的构造格架 是指对盆地形成演化起控制作用的基底构造及其组合样式,它又是更高级别的区域构造格架的组成部分。盆地的构造格架决定了盆地的几何形态、沉积环境配置、沉积 盆地作为一个整体进行研究,盆地构造分析是一项重要内容。盆地是地壳形变的产物,影响地壳形变的因素较多,本章侧重盆地的 基底结构和岩石组成 、 盆地基底先存构造 、 成盆期基底构造及其活动 、 盆地内部 次级同沉积构造和构造应力分析 等。盆地构造格架 基底结构和先存构造以变质岩为基底常见于中新生代盆地,盆地充填与下伏基底岩系之间呈角度不整合,盆地较为简单的构造型式和基底岩系的紧闭褶皱和断裂网络构成鲜明的对比。盆地形成源于新的构造动力,由于基底岩系易于发生脆性形变,常产生新的断裂构造系,新生断裂可能沿袭、追踪基底先存构造形迹,形成复杂的盆地基底断裂网络。大多数煤盆地的基底由沉积盖层组成,含煤沉积岩系与下伏基底岩系之间可能为过渡,也可能被沉积间断、假整合或不整合面分开。当含煤岩系与下伏沉积岩系为过渡时,含煤沉积只是代表沉积盆地演化的一定阶段,而与其它类型的沉积建造密切共生,在这种情况下,含煤沉积盆地的基底只是依据岩性岩相和地层层序的不同而划分。大型沉积盆地的边缘地带含煤沉积与下伏沉积岩系之间常表现为沉积间断,而向盆地中心转化为连续。当含煤岩系与基底沉积岩系之间为假整合或不整合接触关系时,盆地基底界面代表了一个构造 期的侵蚀夷平作用为含煤沉积的广泛发育提供了有利。剥蚀夷平面通常为一区域抬斜面,具有一定的坡向和坡度,明显地控制充填早期的古流向和古流样式。基底结构和界面特征盆地构造格架 基底结构和先存构造美国伊利诺斯盆地石炭纪宾夕法尼亚系基底古地质图中,前宾夕法尼亚系地层分布表明盆地北部遭受了更为强烈的截切剥蚀作用,分布了奥陶系至泥盆系地层,而南部地层保留为完整,分布早石炭世密西西比系。整个含煤沉积盆地基底界 面呈现北高南低的区域古地势。基底结构和界面特征盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地南部在剥蚀基面上发育了侵蚀河道系,枝状支流向西南方向汇集,显示由东北向西南的古坡向,河道下切深度可达65m, 在不整合剥蚀面上形成具有储油远景的埋藏河道砂体。根据盆地充填的古流分析,在整个盆地的发展演化过程中河流体系由北东向西南的流向,对盆地的充填沉积体系及其配置、演化有明显的控制作用。基底结构和界面特征盆地构造格架 基底结构和先存构造有些煤盆地的基底为火成岩系,区域性隆起和短裂火山活动为盆地形成的前凑,盆地充填的下部层段有时为湖泊、沼泽沉积和火山岩、火山碎屑沉积的互层。我国东北大多数晚中生代煤盆地的基底为火山岩系,其分布十分广泛,而上覆含煤碎屑沉积则局限于一系列小型断陷盆地内,区域伸展构造作用产生的断裂系把火山岩系和上覆含煤碎属岩系联系起来,构成一个区域构造演化系列。我国西南地区的川滇黔交界地带晚二叠世含煤岩系发育在玄武岩流形成的台地上,以陆源碎屑为主的含煤沉积与玄武岩分布的范围和轮廓大体吻合。早二叠世晚期至晚二叠世早期沿攀西裂谷系喷涌的玄武岩流自西北向 东 南方向 扩 散,形成玄武岩台地,并逐 渐变 薄 、 分岔 、 尖 灭 ,在玄武岩台地的 东 南 边缘 玄武岩 、 凝灰岩和含煤碎屑沉 积 相穿插,构成底部的所 谓 “ 玄武岩含煤 组 ” ,台地 大 部分地区晚二叠世含煤沉 积 假整合于玄武岩 风 化面上 , 底部普遍 发 育一 层 残积铝 土 质 岩, 玄武岩残留厚度分布亦 显 示由西北向 东 南 倾 斜的古坡向 ,可能属于攀西裂谷系 东 部外 缘斜 坡。含煤岩系古流分析表明, 这 一古坡向是含煤沉 积 盆地河流流向和物 质 分散系的主要制因素,在滇 东 、 黔西地区形成广 阔 的 滨 海三角洲平原沼 泽 ,是 华 南最重要的富煤区。基底结构和界面特征盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造综述张文佑 (1984)依据穿层深度和地质、地球物理标志将断裂和断裂带区分为 : 岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂。本节所称的盆地基底断裂包括了上述各种类型的断裂,其中对盆地形成演化具有普遍意义的主要是地壳断裂和基底断裂两种类型。盆地基底先存构造是指盆地形成之前盆地基底岩系中已经存在的各种构造形迹,它对盆何形态、水系样式、盆地早期的构造格架等有重要影响,同时某些基底先存构造形迹也可能发生再活动,而成为成盆期构造系的组成成分。基底先存构造包括先存褶皱和先存断裂。盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造褶皱构造有些盆地基底岩系遭受过强烈的构造变形,基底岩系与上覆盖层之间呈明显角度不整合,二者属于不同的构造层,这常见于许多中新生代煤盆地。有些大型克拉通内拗陷盆地的基底岩系发育十分宽缓的褶皱构造,盆地基底岩系和上覆盖层之间表现为假整合和局部的微角度不整合。由于基底界面通常被巨厚的盖层所埋藏,只有通过钻探和物探手段填绘基底界面古地质图,才能识别基底界面的性质和宽缓褶皱的形态轮廓。基底先存褶皱是含煤沉积盆地形成前的古构造形迹,可借以推断构造动力作用的方式和方向,提供盆地形成的构造背景。基底先存褶皱构造是由基底构造 盆地形成的早期,构造 盆地充填序列的底部层段岩性岩相和厚度分布有显著的影响。盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造褶皱构造晚三叠世四川含煤沉积盆地的基底是印支期形成的构造 局部地区含煤岩系与下伏沉积岩系为假整合接触关系,缺失某些地层。从盆地范围来看,二者呈微角度不整合关系,晚三叠世含煤地层覆盖在中三叠统不同层段之上 (图 4在基底界面古地质图上,沿沪州 斜核部分布中三叠统嘉陵江组,两翼则残留中三叠统顶部的雷口坡组,背斜西翼为华蓥山古断裂,西侧永荣地区含煤岩系底部有扇形底砾岩分布,显示盆地充填早期基底界面的地貌差异。沿背斜西侧形成厚度梯度带和岩相转换带,将盆地分划为东、西两个不同类型的沉积区。盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造褶皱构造盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造断裂构造切割上地壳、地壳或岩石圈的基底先存断裂和断裂带是地壳的薄弱带,通常构成不同构造单元的分划性边界,具有长期、多次活动的特征,一般也是成盆期同沉积断裂。这类断裂带的主要识别标志包括:岩浆岩带或串珠状岩体的连线,裂谷沉积盆地轴线或串珠状沉积盆地的连线;地热异常带、矿化带、煤的高变质带;岩系厚度梯度带和岩相转换、冲积扇带;温泉、湖泊等的线状分布等。盆地基底也可能被几组不同方向的断裂所切割,构成基底先存断裂网络,这些断裂主要为切割较浅的基底和盖层断裂类型。不同方向的断裂将盆地基底分割为三角形,菱形、多边形楔状或柱状块体,因而大大影响着盆地的沉积 — 构造格局和演化。盆地构造格架 基底结构和先存构造盆地基底先存构造断裂构造基底断裂的主要识别标志如下:<1)盆地大多呈三角形、菱形、四边形等几何形态,不同方向的盆缘断裂构成盆地的边框。(2)盆地内相对隆起和陷落断块交错配置,盆地发育的早期阶段表现为相互分割的次级盆地,盆地充填过程中出现一系列沉降,沉积中心。(3)盆地外围基底岩系被不同方向的先期断裂所切割,其构造样式可与盆地基裂网络相类比,邻近盆地的较大规模基底断裂可延续至盆地内部。(4)主要盆缘断裂一般呈锯齿状或波状(由于追踪基底先存断裂造成 )。(5)盆地充填岩性岩相变化剧烈,可出现多个沉积中心。我国云南昆明盆地是 — 个 经过较为详细 研究的第四 纪 煤盆地 (黄 发 政 ,1984), 盆 地的基底界面 为 一古夷平面,并具有厚 层风 化壳 , 基底 为 震旦 被多 组 先存断 层 所切割 (图 4南北向延伸的西山断 层为 成盆期盆缘 断裂, 将区 域北 东 向 6、 的菱形地 块 分割 为 两个三角形 块 体,构成盆 地基本构造格架,并决定了冲积扇、三角洲和湖泊沼泽区的环境配置。根据区 域资料,西山断裂具有走向滑动性质,昆明盆地形成演化过程中处于一种 局 部 拉 张构环境,并诱发了基底断块沿先存断裂发生垂向陷落。基底断块的相对陷落具有明 显 反向特征,即成盆期前为正向抬升块体 在成盆期则表现为负向断陷单元,相反成盆 前的 负向滑落断块 在 成盆期则表现为正向断隆单元。同时,盆地外围的地貌和新构 运动 形迹也为盆地基底构造追索捉供 了 重要的信息。盆地发育初期,沿先存断裂形成 河谷, 局部断陷单元形成孤立的湖盆或洼地,而后盆地范围逐步超覆扩展,湖 面加宽。后期由于河流的注入,湖泊淤浅而沼泽化 、在 断陷复合部位形成了沉积中心和富煤中心。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积褶皱综述同沉积褶皱一般是指盆地内部出现的次级相对隆起和拗陷,实质上这种相对隆起和拗陷是盆地基底不均衡沉降的表现、并通过沉积岩相和沉积厚度的变化而反映出来。这种同沉积褶皱与后期形变所形成的褶皱构造的含义不同,它不能作为具有一定力学性质的结构面看待,因而也不能据以直接恢复区域构造应力场,从这个意义来讲,似乎称谓同沉积隆起和同沉积拗陷更为贴切。有的同沉积隆起或拗陷一直延续至成盆期后,并在后期构造过程中成型为背斜或向斜,在这种情况下便可以确切地命名为同沉积背斜或向斜。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同期褶皱隆起和拗陷的识别同沉 积 隆起和拗陷常相伴出 现。 在 补偿 沉 积 条件下,沉积 厚度 向 隆起脊部显著变薄而向拗陷 槽 部增厚,反映了基底沉降幅度 差 异。 其主要识别标志如下:含煤岩系或层段厚度显著减薄;沉积间断面频繁,代表浅水环境的层面流水构造和胶结硬世壳发育,流水冲蚀和再搬运显著。有时隆起于沉积界面以上,导致某些层段的缺失,或转化为局部陆源区;沉积超覆明显,沉积剖面旋回结构对称,海退部分由于遭受剥蚀再搬运而显著变薄,旋回曲线显示快速海退;岩性岩相发生明显变化,一般为粗碎岩分布区,但也可能为粘土岩;或泥炭层持续发育区,在这种情况下煤层问向同沉积隆起区合并,形成煤层聚结带,分岔与合并后的相应层可以对比。煤层底板的根土岩比较发育。反映较长时期的暴露和较深的风化层。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同期褶皱低级别同沉积褶皱盆地内部的一些低级别同沉积褶皱是伴随盆地充填过程而发育的,是同沉积向斜或背斜。依据成因和剖面特征,可区分为三种类型:即滚动背斜,与沉积断层相伴生;继承性背斜,与基底断块隆起相对应,分布在基底高的部位;挤压背斜,往往邻近同沉积基底断层,是区域挤压或扭动作用所派生的构造形迹。同沉积背斜能影响水系样式和局部沉积作用、聚煤作用,同时由于其成生过程和生油过程大体同期,往往成为良好的储油构造。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂综述同沉积断裂是指盆地形成演化过程中新生的或再活动的基底断裂以及重力滑动、压实作用所产生的重力断层,包括盆缘主干断裂、盆地内部基底断裂和各类生长断层等。同沉积断裂的构造样式和断陷活动,决定了断陷盆地的几何形态、盆地充填的沉积 度分布等。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂识别标志同沉积断裂是一种线性构造,具有明显的方向性,并与区域构造有着密切的成生联系,可作为一种构造结构面看待,而区分为张性、压性、走滑及过渡断裂类型。同沉积断裂可构成地貌单元的分划性界线,即作为盆缘断裂分划隆起剥蚀区和裂陷沉积盆地,同沉积裂也可隐伏于沉积界面之下,表现为岩性岩相变化带和厚度梯度带。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂识别标志(1)盆 缘 主干断裂内 侧 的冲 积 扇粗碎屑岩 带 ;(2)同沉 积 断裂两 侧 岩性岩相和 层 段厚度的 显 著差异,沿断裂构成狭 长 的 转换带 和地 层 厚度梯度 带 ;(3)粗碎屑岩楔或煤 层 向同一方向 变 薄、分岔合并或尖 灭 ,并且 这 种 变 化在平面 上呈明 显 的 带 状展布 ;(4)同沉 积 断裂两 侧 的地 层层 序不 对应 ,下降 盘层 序完整,底部 层 段可能 发育冲积 扇粗碎屑堆 积 ; 上升 盘层 序不完整,可能缺失下部 层 段,而上部 层 段超覆于剥 蚀 面上 ;(5)断 层 两 侧 岩 层 、 煤 层 厚度 显 著不同,各 层 段断距不等,自下而上断距逐 渐 减 小,直至消失;(6)古流向和样式的急剧改变, 古流长期沿袭的拗陷带和由此产生的沉积层中 河道冲蚀体的叠置。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂盆缘主干断裂盆缘断裂是控制断陷盆地形成演化的主干断裂,通常为切穿较深的基底断裂,有时可能切穿整个岩石圈,伴生岩浆和热液活动。盆缘断裂可以是伸张、挤压或走向滑动断层,也可以是张扭、压扭性过渡类型断层,并常是由多条断层组成的复杂断层带。盆地不同演化阶段盆缘断裂可能处于不同的位置,沿剖面方向呈阶梯状由里向外生长扩展,并导致沉积超覆和盆地扩张。沿走向盆缘断裂可能被横向、斜向断层所切错或追踪基底先存断裂,从而在平面上呈锯齿状或折线状延伸。挤压、伸展作用形成的盆缘断裂面多呈铲状,浅部倾角较陡,向深部变缓变平,而合并于底部滑脱面;走滑作用形成的盆缘断裂倾角较陡或近于直立。盆缘断裂是沉积盆地和剥蚀区的分划性构造边界,一般邻近断裂是盆地的最大沉陷带,近源物质供应和洪水事件在盆缘断裂内侧形成巨厚的叠置冲积扇和扇三角洲沉积,盆地的岩性地层单位向盆缘断裂一侧增厚。由于盆缘断裂外侧剥蚀区的区域水流主要属于外流水系,因而在强烈断陷期盆地处于非补偿状态,湖区范围可直抵盆缘断裂,狭窄的冲积扇粗碎屑沉积和重力流沉积与细粒湖泊沉积交互共生。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂盆内同期基底断裂断陷盆地一般发育在有成生联系的基底断裂系之上,断裂系是一个生长系列,沉积盆地类似一个“ 载体 ” ,在断裂系的动力驱动下形成和演化。盆地发育的早期阶段,基底断裂系分割的断块构成相互分隔的亚盆地,基底断裂前缘堆积了冲积扇粗碎屑沉积,沿倾和轴向方向可能出现一系列沉积中心。随盆地基底断裂系的成生,作为盖层的盆地充填也卷入了地壳形变的过程,这既包括盆地充填层序中低级别同沉积断裂系和伴生的同沉褶皱,也包括由同沉积构造引起的岩性岩相和沉积厚度的变化。四川盆地东部的华蓥山断裂具有长期活动的历史。中三叠世末的印支运动形成北东向泸州 西翼发育古华蓥山断裂,并成东西沉积的分划性界线 (图 4晚三叠世含煤沉积盆地充填初期,沿断裂带表现出东高西低的地形差异,在永荣地区煤系底部有扇形底砾岩分布。在盆地充填过程断裂带以基底差异沉降方式影响岩性岩相带和沉积厚度分布。由东部流入的古河流大体沿断裂带附近向西注入稳定湖盆:断裂线以西为泻湖 细碎屑岩为主夹有灰岩泥灰岩,含半咸水动物化石;断裂线以东为冲积型沉积,以砂岩为主,砂泥岩比值一般大于 5;沿断裂带出现湖泊滨岸带和滨湖三角洲环境,以达县,永荣两个滨湖三角洲发育最好,为煤层富集地。断裂带也是含煤地层厚度变化的梯度带,断裂线以东盆地基底沉降幅度小,煤系厚度一般小于 500米,最薄不足百米;断裂线以西煤系厚度急剧增大,一般大于 600m, 至西侧龙门山前缘可达数千米。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂生长断层盆内生长断层主要指发育于充填层序中的大量低级别同沉积断裂,是发育于未固结沉积物中的变形。生长断层主要是由于沿软弱层的重力滑动作用或不同岩性单元的差异压实作用形成,有些生长断层与盆地基底地形差异或基底断裂活动有成因联系。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂生长断层沉积物堆积过程中,沉积界面的原始倾斜超过 2度时,在重力作用下未固结沉积层发生滑塌。在大型进积三角洲的前缘,流水搬运的大量砂质沉积物堆积在前三角洲细碎屑、有机泥沉积之上,造成密度倒置,在重力作用下,沉积物所含的水分被排除。由于粗碎屑与泥质沉积物的压实比相差约 2三角洲前积层砂体和底积层淤泥的界面易于产生铲状正断层 。 一般断层规模不大,向盆地方向倾斜,断层上部倾角约 60下倾角变缓约 30~ 40度。伴随沉积作用过程,初始断开层位上的断距不断增大;有时发育反向对偶断层系,规模较大的生长断层两盘的煤层厚度、结构和层间距差异显著。盆地构造格架 成盆期同沉积构造同沉积断裂生长断层规模较大的生长断层系是粗碎屑沉积体在重力驱动下沿下伏软弱层的滑脱形成的,见于美国墨西哥湾沿岸盆地。断层大体平行岸线延伸,长达几至上百公里,滑脱层向盆地方向滑移,断层倾角浅部较陡,切穿不同沉积层,向深部变缓变平,而与层面趋于平行。滑脱体的后方为一系列拉伸正断层,而前方发育同沉积褶皱和冲断层,这种生长断层具有层控特征,发育于一定的层位。花状构造是盆地充填层序中一种重要的同沉积构造,可区分为正向和负向花状构造,其形成和盆地基底陡直断层的走向滑动有关。阜新盆地的正花状构造实际上是个被一系列向上向外撒开的断层组所错断的背形构造,是在局部压扭场中形成的,断层倾角上缓下陡,向深部汇集于直立的中央主干基底断裂。花状构造可作为沿基底断层发生走向滑动的标志。直立的基底断裂的走向滑动,还可在沉积盖层中诱发伸展滑脱,形成复杂的滑脱生长断层系
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