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9-10盆地形成机制4

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10 盆地 形成 机制
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沉积盆地形成机制 概述 有关概念近年来,地球动力学发展迅速,已经走在地球科学其他学科领域的前面。然而,部分地球科学家自然或不自然地将地球 (岩石圈/地壳 )动力学视为形成机制的翻版,抑或将沉积盆地的动力学看做是其形成机制。事实上,形成机制(动力学 (各自的含义,前者着重于方式和过程,后者强调驱动力及其相关因素。本章的沉积盆地形成机制就是着眼于形成方式和变化过程,而非驱动力。沉积盆地形成机制 概述 有关概念岩石圈变形涉及到应力和应变问题: 岩石圈应力(指作用在固体岩石圈单元上的体力( 岩石圈应变 (in 是固体岩石在应力作用下发生的形变。同时要指出的是,岩石圈的形变受地幔热源影响,存在热应力和热应变 .岩石圈的形变服从于岩石流变学 (论:岩石的流变一般假定是指从线型弹性特征在达到屈服强度之后转变为塑性特征的过程,由温度、压力和应变速率三个参数决定。由于温度的巨大差异,岩石圈和软流圈的流变学特征存在不同。岩石圈变形和位移发生的沉降的控制因素:归纳为三种类型。992)的沉积盆地形成机制方案,包括由岩石圈伸展作用、 (大陆及大洋 )岩石圈挠曲作用与走滑 — 巨型剪切作用。岩石圈伸展作用 特征、分类伸展作用 (要形成岩石圈内的裂谷 成的盆地从陆内裂谷到被动大陆边缘都有分布。裂谷位于地壳伸展处 ( 某种程度上说伸展作用就是裂谷作用 (或裂陷作用 )(刘和甫 ,1993)。现代裂谷一般表现为布格重力负异常、高热流、有火山活动、随深度变化多有热异常发生;同时某些裂谷也与穹隆作用 (关,如 东 非裂谷。通常裂谷作用可分 为 两 类 (据 978):1. 主 动 裂谷作用 (主要是 热 幔柱、 热 幔席撞击 岩石圈,致使其 变 薄或呈穹隆上升,从而使地壳伸展。 东 非裂谷即是 该 种 类 型。2. 被 动 裂谷作用 (大 陆 岩石圈的 张应 力造成地壳 变 薄,使 热软 流圈被 动 上涌。地壳的上隆和火山活 动 只不 过 是被 动 裂谷作用的 阶 段之一 制由热地幔柱侵入使岩石圈受到加热,可产生几种效应 :(1)传导作用 ( 在裂谷中较难观察到;(2)岩浆活动及迁移: 因缺少广泛的侵入证据而不重要。(3)对流作用 ( 当来自软流圈的底部热流是几倍于正常值时,岩石圈所获得的对流热力可迅速使裂谷隆升。岩石圈伸展作用过程中,可能因种种因素如隆升、变薄作用、区域应力场造成的应力偏差促使盆地性质有所改变。例如偏应力差量足够大时,就会引起脆性岩石圈破裂,形成裂谷;当偏应力差量不足时,可能形成坳陷;而当热 “ 供给 ” 中途终止并且负荷量增加时,一方面可形成坳陷,另一方面还可形成不成熟的夭折裂谷或坳拉谷。而新洋壳岩石圈在扩张中心 谷就可能演化为成熟的被动大陆边缘。岩石圈伸展作用 裂谷作用阶段通常,裂谷盆地从陆内裂谷到被动边缘可划分为几个阶段。 978)将裂谷作川划分五个阶段:裂谷前、地堑形成、裂谷盆地 (1)、裂谷盆地 (2)、成熟大陆边缘。总体反映了岩石圈的拉伸过程。刘和甫 (1993)则归纳为三个主要阶段:①大陆裂谷阶段,常与地幔热隆起有关,并形成垒 洋壳侵位;②陆间海阶段,大陆漂移开始,洋壳沿洋中脊开始侵位和增牛,认为红海属裂谷作用该阶段的产物;③张裂大陆边缘阶段,大陆漂移期,发生大规模沉降和扩张,沉积速率超过沉降速率,有较厚的进积楔形体。刘和甫 (1993)划分的第一阶段相当于前者的裂谷前和地堑形成期,第二阶段相当于前者裂谷盆地 (1)和 (2),第三阶段则相当于前者的成熟大陆边缘。岩石圈伸展作用 伸展模式 11 R(1992)认为,大陆岩石圈的伸展作用与裂谷作用模式相同,它存在两种方式:主动伸展 ( 由重力扩张或底辟作用 (生;被动伸展 ( 由剪切作用形成。他们将与会聚板块边界相关的伸展剪切纳入伸展模式中 (表 2对于被动拉张剪切作用的剪切系, 978)提出了纯剪切和单剪切两种类型 (图 2而马杏垣等 (1983)则认为应存在分层伸展模式。 R (1992)总结的伸展作用模式主动伸展 : (1)重力扩张 (2)底辟作用被动伸展1)均一伸展 (2)地幔对流引起的均一伸展(3)间断 均一伸展 (4)连续非均一伸展5)渐递非对称伸展与会聚板块边界相关的伸展作用 内陆裂谷岩石圈伸展作用 伸展模式1.纯剪切 ( 这是一种对称剪切作用。所谓对称是指伸展方向平行于最小主应力轴,伸展作用不发生岩块旋转。一般纯剪切作用过程中,脆性岩石圈层上覆于塑性层,并产生对称性岩石圈横剖面 (图 2 11 R(1992)总结了 4种纯剪切方式:均一伸展、地幔对流均一伸展、间断均一伸展、连续非均一伸展。均一伸展是指在任何深度大陆地热变化均与温度和压力呈线性关系,而非均一性则呈非线性关系。间断是指壳下和地壳的伸展作用各自独立。2. 单 剪切 ( 属于一种延迟非对称性质,由低角度断层将岩石圈分为 “ 上板块 ” 和 “ 下板块 ” ,沿断层滑脱面滑动来实现伸展作用,产生极不对称的岩石圈横剖面 (图 2岩石圈伸展作用 伸展模式岩石圈伸展作用 伸展模式马杏垣等 (1983)提出的分层伸展模式是指随着岩石圈层次不同、流变性质差异而产生的层圈拆离伸展,它的实现是通过上地壳脆性地层减薄,下地壳及上地幔则以透镜化或网状剪切来完成的。渤海湾盆地的伸展就可能属于这种模式。岩石圈伸展作用 构造样式伸展作用形成各种构造样式,以正断层系为特征。刘和甫(1993)按断层系卷入到不同的深度将伸展构造样式分为两大类:(1)卷入基底构造: 主要表现为深层次韧性剪切带,广泛发育糜棱岩前锋带 (基底拆离断层 )。基底拆离断层是伸展构造体系中平缓状大型滑脱断层,常呈现铲式正断层。断层上盘为中等深度的伸展断块,下部为变质核杂岩。滑脱带对岩石圈不同深度的伸展起调节作用,并形成一条重要的构造界面。因此,卷入基底伸展断块的差异沉降就常形成两种构造样式,一种是大致对称的地垒和地堑构造,另一种是岩块向同一方向旋转,形成半地垒和半地堑构造,如渤海湾盆地的箕状坳陷构造。(2)浅层 (盖层 )构造: 是指在伸展构造体系的沉积盖层中经常发育凹面向上的正断层,随着深度增加倾角变缓,有时呈台阶式。这类正断层形似铲状,故也称铲式正断层,它们的组合可形成叠瓦状正断层系,一般从盆地边缘向轴部发展,时代向轴部变新。岩石圈挠曲作用 特征和机制一般地说,岩石圈挠曲作用由薄的上覆弹性板块施加在下伏塑性板块上的垂向力、水平力及扭转或弯曲剪切力几个因素决定。对洋壳岩石圈的挠曲作用 (言,既可由上覆板块负荷作用垂向力引起,也可由垂向力作用下的下覆板块破裂引起。决定挠曲形态的因素包括:挠曲的最大幅度、盆地宽度、前隆(置和高度。发生于沟 壳岩石圈的挠曲可由两种模式来解释:一是连续板块在垂直外力作用下直接产生,另一是在垂直压力作用下岩石圈发生破裂产生的弯曲。大陆岩石圈的挠曲作用及其控制作用很复杂,现在研究的并不十分清楚。前人研究表明大陆岩石圈的挠曲作用是集中发生在碰撞造山带,其特点是穿过造山带和前陆盆地的布格重力异常变化较大,造成挠曲力差别很大。其中一种观点认为大陆岩石圈的抗挠刚度与受热无关,随弯曲应力增大而减小。岩石圈挠曲作用 主要盆地岩石圈挠曲作用会产生挠曲沉降,而挠曲沉降的形成与板块汇聚和碰撞造成的增生构造带有关,所形成的相应盆地主要为海沟盆地和前陆盆地。因此岩石圈挠曲主要形成 压缩型构造体系和压缩盆地 (刘和甫, 1993),其盆地类型主要有海沟、弧前盆地、残留洋盆、前陆盆地、缝合盆地、山间盆地等。前陆盆地 是指与大陆碰撞带相关的长形或弧形(不对称的盆地类型, 974)提出了两种成因类型: 周缘前陆盆地 (形成于陆 印度 尔卑斯前陆盆地; 弧背前陆盆地 (与洋壳岩石圈俯冲有关,位于岩浆弧之后的一种类型,如安第斯、落基山盆地。这两种前陆盆地都超覆在克拉通岩石圈之上,且与构造活动带的 地壳缩短 有关。岩石圈挠曲作用 构造样式刘和甫 (1993)根据冲断层和相关褶皱构造系被卷入到地下深度的不同,将岩石圈挠曲作用的构造样式分为卷入基底变形和盖层滑脱变形两种。被基底卷入变形的厚皮构造是深层次韧性剪切带的冲断层系,伴生流动褶皱和相似褶皱,劈理发育,剪切带之上为基底冲断层和挤压断块。一般基底冲断层主要发育在弧前盆地的靠陆一侧和前陆盆地靠造山带地带。基底冲断层位于弧前区时常遭受俯冲高压变质,位于弧后区时则多受岩浆活动控制,产生高温变质。基底冲断层组合可将基岩切割成不同形态。当同向组合时可切割成阶梯叠瓦状断块,反向组合时则可将基岩拱曲隆起或上隆成楔形。岩石圈挠曲作用 构造样式盖层滑脱变形薄皮构造集中发育在中 生中度变形的同心褶皱、褶皱相对平缓。盖层冲断层系与弯滑褶皱从靠近造山带向前陆盆地方向变形程度发生变化,刘和甫 (1993)总结了三种组合:(1)叠瓦冲断层系:由相同倾向的冲断层组成;(2)突隆构造和三角带构造:由不同倾向的冲断层组合而成。在背冲断层组合时产生隆曲构造,对冲断层组合时则出现坳曲或三角带;(3)双层冲断层系:当冲断作用连续发育时在上部会形成一个顶板滑脱面,同时在下部形成一个底板滑脱面。岩石圈挠曲作用 构造样式在造山带挠曲盆地形成过程中会产生一个很重要的构造单元 — 造山楔 ( 它的发展演化在多方面对前陆盆地的发育有重要影响。造山楔在造山带的挠曲板块之上起垂向负荷作用,同时对侧向块体有侧压力作用。造山楔一般有三个特点:(1)对于前陆板块来说,造山楔是一种壳上负载,因而它的形态和构造影响着前陆板块的挠曲作用。(2)造山楔的缩短、增厚或伸展前移,都使挠曲板块的负载状态发生改变,也就是使负载的大小和分布方式发生变化。(3)造山楔的抬升与侵蚀可为沉积盆地提供碎屑来源。走滑转换作用 盆地及形成机制通常伴随离散性走滑发生沉陷作用,即形成走滑型盆地。一般将走滑带盆地分为拉分盆地和推升盆地两类:1. 拉分盆地 (是发育在走滑断层系局部伸展地段的沉陷,沿断层走向叠覆方向与断层滑动方向一致。随着拉分量增大,狭长的走滑裂谷可发展成为菱形拉分盆地,进一步可演化到陆间走滑盆地。2. 推升盆地 (是走滑断层系中的局部挤压产生的相关盆地,此时沿断层走向叠覆方向与滑动方向相反。走滑 地及形成机制走滑盆地的形成与走滑断层演化有关。 1983)提出的拉分盆地形成机制模式广为引用,可概括为四个方面:①侧移断层 (叠覆: 指平行的断层在水平方向叠覆,断距 (盆地 宽 度 )保持不 变 。随着走滑位移的增加,断 层 叠覆和盆地 长 度逐 渐 增加;②离散断 层 断片 (滑 动 :主断层 不平行,由中 间 的斜交断 层 相接。拉 张 从 该 斜交断 层 和不平行的主断 层 位移开始,拉 张 的一 边挤压 及隆升,而另一 边则发 育伸展沟。由此造成的最后叠覆面并不均一,但沉 积 中心仍不断加 宽 ;③雁列式断裂 ( 建立于剪切箱粘土 实验 基 础 上。随 变 形 进 行,剪切断裂 汇 聚形成拉 张 盆地;④ 级 次相关盆地 (合作用: 由若干小型的相似次 级 盆地聚合而成。随着主断 层 位移增大,斜交断 层拉 张 使沉 积 中心加 宽 。盆地 长 度与盆地 宽 度呈 线 性关系。走滑 地及形成机制刘和甫 (1993)根据走滑断 层 卷入深部将走滑盆地的构造 样 式分 为 :1.基底走滑盆地 样 式 在 纵 向剖面上,据岩石圈性 质 ,分 为 板内和板 间 两种情况。 发 生在板 间 的 则 称 为 (狭 义 的 )走滑盆地 (朱志澄和 马 杏垣, 1990),而 发 生在板内的 则 称 为转换 断 层 盆地。由于走滑断 层 一 侧 岩 块 相 对 于另一 侧 岩 块 几乎水平运 动 ,断 层 在基底中断面近于直立,断裂 带 破碎,两 侧 地震反射 层 中断,至浅部或盖层 散开或分枝,因此常形成 “ 花状 ” 构造。花状构造由于走滑断层带 中的分量差异可以形成正花状构造和 负 花状构造。在平面上,因 为 走滑断 层 呈 线 状或弯曲状,因而相 应 的盆地也呈 线 状展布 。2. 盖 层 走滑构造盆地 样 式 撕裂断 层 (或称捩断 层 )主要 发 育在盖层 中,其作用在于横向上 调节 冲断 层带 和走向上的位移量的差异,并使它 们 达到平衡。它可以使两 侧 断 层发 生位移,也可使其 倾 向发 生 变 化。撕裂断 层 的 这 种作用往往会使盖 层发 生 变 形,并形成雁列式构造 样 式。
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