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盆地及其发育的背景课件

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盆地 及其 发育 背景 课件
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沉积盆地分析与模拟,,林畅松 中国地质大学能源系,-------当前国际固体地球科学的发展的前沿领域,授课教师:林畅松教授(博士生导师) 曾于英国利物浦大学作博士后和美国弗吉尼亚大学高访研究,获国家进步二等奖、留学回国人员成就奖、北京高校青年学科带头人等奖励。 中国地质大学地学实验中心主任 石油和天然气勘探与开发研究中心主任 中国沉积学会理事、副秘书长 美国石油地质学会刊物AAPG编辑 中国科学刊物编辑 现代地质副主编 石油大学(华东)和山东科技大学兼职教授 团中央青年科学家奖初审委员会委员 国家自然奖初审委员会委员 国家自然科学基金评审委员会委员 曾任能源地质系主任,研究生处处长。 主要研究领域:(1)油气盆地分析和沉积地质学; (2)计算机应用和地质过程的计算机模拟;(3)层序地层和隐藏油气藏分析 电话:82320105,测试楼,325.,,一、概论,“沉积盆地分析与模拟”是涉及到沉积地质学、盆地构造地质、岩石圈动力学、应用地球物理、煤油气地质勘探、计算机模拟技术等多学科交叉的一门课程。,一、概论,近二十多年来,盆地整体的综合研究导致了空前的、包括地球物理学、地球化学、地质学及计算机技术等多学科的合作和交叉,取得了一系列重要的突破性和进展。 盆地分析形成了一套完善油气预测勘探的理论、方法和技术,为推动了地球科学的发展,油气的资源挖潜和增加提供了保障。,沉积盆地分析与模拟一直得到国际地质界和能源工业的高度重视,是跨世纪固体地球科学发展的主要领域之一。 (1)赋存人类社会赖以生存和发展的矿产资源。没有盆地就没有煤、油气及大型层控矿床。沉积盆地是油气形成、运移、富集、保存的场所。研究沉积盆地的形成演化是进行盆内油气资源勘探预测和评价的前提和基础。盆地的类型、盆地的形成和演化控制着盆内油气的聚集规律(烃源岩、储层、盖层、圈闭等的形成和油气资源量、油气的运聚和分布等),(一) 地球科学的前沿领域,(2)人类对能源资源,特别是石油和天然气的巨大需求,推动着沉积盆地研究的迅速发展。 国际上油气资源形势严峻。油气资源短缺制约国民经济发展/影响国家安全。我国2004年进口油量已超过1.2亿吨,依赖洋油程度超过41%,如果这种状况继续下去,我国对洋油的依赖度将在2010年左右达到国内外学者公认的安全警戒线50%。,(3)地球科学研究的重要组成部分 盆地的形成充填和演化是区域板块构造和岩石圈动力学过程的直接响应。 盆地研究构成了大陆动力学和岩石圈研究的重要研究领域,是地球科学研究的重要组成部分。,(二)沉积盆地分析的主要研究领域,沉积盆地分析是把沉积盆地作为一个动力学整体进行综合的研究(Allen,1992)。把盆地作为一个动力学整体为古地理、古构造、成矿、成藏等盆地过程分析和资源预测和提供了一个真正统一的方法。主要的代表性专著Pettijohn, Basin and paleocurrents analysis(1977)Conybeare, Lithostratigraphic analysis of sedimentary basin(1979)Miall, Principle of sedimentary basin analysis(1984)Allen, Basin analysis: principles and products(1992)Charles, Quantitative sedimentary basin modeling(1992),,沉积盆地分析的主要研究领域,盆地形成演化的区域地质背景分析。 盆地沉积充填演化分析。 沉积盆地的构造格架和形成演化的动力学分析。 盆地过程的定量和动态分析。 盆地规模的成矿、成藏过程分析和预测。,1、盆地形成演化的区域地质背景分析 (1)盆地基底和岩石圈结构 (2)大地构造或板块背景 (3)构造-古地理背景 (4)气候背景 这些背景或参数决定着盆地的基本性质和盆地的类型,2、盆地沉积充填演化分析_盆地分析的基本内容,(1)从盆地规模建立盆地的地层格架和充填样式 地层层序单元、 盆地充填的物源体系 盆地充填模式; (2)等时地层格架中的沉积相和沉积体系研究 岩相单元 沉积相构成 沉积体系类型及其 空间分布 (3)沉积物或沉积岩组成和变化,沉积盆地充填分析包括下列三个层次:,把盆地的充填过程与构造作用相结合-构造地层分析 沉积-剥蚀区,沉积基准面变化 沉积古地貌 同沉积构造作用 从沉积基准面变化(湖平面、相对海平面等)研究沉积层序和沉积体系域的发育演化----层序地层分析 结合构造沉降、海平面或沉积基准面变化、沉积物供给、气候变化等互相作用上分析盆地充填的动力学过程,成为当前广泛关注的课题。,,,3、沉积盆地的构造格架和形成的动力学研究,,基本的盆地类型1 盆地分类2 拉伸盆地3 挤压挠曲盆地4 走滑盆地5 克拉通盆地,从岩石圈力学和热力学角度探讨盆地的成因,近二十年取得了显著进展。当前盆地动力学模式主要是从岩石圈机制上进行考虑的:,岩石圈动力学机制 拉伸、离散、变薄 挤压、加厚 走滑 重力均衡 相转换 热幔柱上升,,4、盆地过程的定量和动态分析 定量盆地分析理论和技术发展迅速,这方面的研究已成为盆地分析和资源预测勘探不可缺少的组成部分。 (1)盆地构造-热演化模拟 (2)盆地充填过程模拟 (3)盆地成矿成藏动力学过程模拟 (4)资源量评价和预测,,,5、盆地规模的成矿成藏过程分析 各种成矿作用都与盆地的各种过程和演化密切相关,必须从盆地规模上探讨成矿成藏规律。 大型的层控矿床的形成; 煤的富集过程; 油气的生成、运移和聚集。,,,(三)、沉积盆地分析的学科发展,1.地球科学的前沿领域 沉积盆地分析与模拟一直得到国际地质界和能源工业的高度重视,是跨世纪固体地球科学发展的主要领域之一。 赋存人类社会赖以生存和发展的矿产资源。没有盆地则没有煤、油气及大型层控矿床形成。人类对能源资源,特别是石油和天然气的巨大需求,推动着沉积盆地研究的迅速发展。 盆地的形成.充填和演化是区域板块构造和岩石圈动力学过程的直接响应。盆地研究构成了大陆动力学和岩石圈研究的重要研究领域,是地球科学研究的重要组成部分。,沉积盆地分析与模拟,,2.主要的代表性专著和学科发展70年代:Pettijohn, Basin and paleocurrents analysis(1977)Conybeare, Lithostratigraphic analysis of sedimentary basin(1979) 以盆地为一整体,进行古地理、古流体系的整体分析 盆地构造格架、地层格架----盆地整体的、三维的构造、地层构成特征,沉积盆地分析与模拟,,2.主要的代表性专著和学科发展80年代: Miall, Principle of sedimentary basin analysis(1984) 扩展到盆地发育的构造背景分析 考虑盆地构造、沉积、气候条件等的盆地沉积模式,沉积盆地分析与模拟,,2.主要的代表性专著和学科发展90年代:Allen, Basin analysis: principles and products(1992)Charles, Quantitative sedimentary basin modeling(1992)盆地的成因机制和动力学演化模式盆地过程的定量描述和动态模拟,沉积盆地分析与模拟,,沉积盆地是地球表面一个独立的动力学系统,盆地构造格架及演化盆地充填过程和演化沉降过程和形成演化沉积物埋藏史热演化史成矿成藏过程,盆地动力学系统,,沉积盆地分析与模拟,盆地整体的古地理、古构造分析盆地模式和发育的大地构造背景分析盆地的成因机制和动力学演化模式盆地过程的定量描述和动态模拟,单学科、单参数、定性多学科交叉多参数综合分析定量-动态的动力学分析多学科的团队合作,(四)方法论,1、还原论 分科的学问,科学。分类分科研究,探索事物发展单一因素的作用和过程----当代自然科学的重要的研究方法和特点。 另一方面,导致学科发展方向很窄和局限。,2. 整体论 注重多学科方法,研究事物发展的整体变化规律,研究多因素的综合作用和过程。----近十多年来学科发展的一个重要特色和趋势。,-----盆地分析强调整体论,3. 还原论和整体论的辨证结合----自然学科研究的最佳思维,模式:多个个性的共性统一和描象------学习原理的有效工具。创新和特色:发现个性所拥有的与其它事物不同的个别特点------进行研究和建立模式时目标过程和结果---正演和反演 ----模式的预测性:探索地质事物发展的过程为目标,,追踪前沿-创新-----原创新,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(一)、沉积盆地的一般特征,1.沉积盆地 沉积盆地是地球表面长期沉降和接受沉积或发生沉积作用的地区。 广义的“盆地”又可分为: “原生的沉积盆地”,原生盆地的边缘是沉积边缘; “后生盆地”,由于后期构造运动产生的、 具有盆地形态的一种向斜构造,与沉积作用无关,其边缘是构造抬升引起剥蚀形成的边缘。 盆地分析的重点是研究原生的沉积盆地。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(一)、沉积盆地的一般知识,1、盆地成因 构造成因:沉积盆地的形成主要与岩石圈的构造活动有关。盆地的沉降常常是岩石圈变薄或 挠曲、重力均衡及热力作用的结果。 非构造成因:这些盆地规模小,如剥蚀盆地、死火山口形成的盆地等。但其沉积物最后得以保存也必须有构造沉降。 因此,地球表面主要的沉积盆地都是构造活动引起沉降的结果。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(一)、沉积盆地的一般知识,2、沉积盆地的形态 沉积盆地的形态是多样化的,有长条形的、圆形或不规则圆形的,与盆地的成因有关。 断陷或裂谷盆地多为长条形或线形的; 而稳定的克拉通上的拗陷盆地则呈混圆状或不规则圆形。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(一)、沉积盆地的一般知识,3、叠(复)合盆地和原盆地 沉积盆地自太古代至新生代的整个地质历史长河中经历了形成、消亡、再形成的多旋回的演化。在地层记录中有多个盆地的叠复。 单一的盆地又称原(单)型盆地,多个盆地的叠置形成叠(复)合盆地(朱夏,1980) 。它们为重要的地层间断和构造变革事件所分隔。不同的原型盆地形成和演化与其同期的构造作用等有关。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(一)、沉积盆地的一般知识,盆地群 形成于同一构造体制或构造域沉积盆地群,具有相同的或成因上有联系的盆地性质。 如今的东非裂谷系、我国东部的东北亚盆地群、北美的“盆岭省”(断裂陷盆地群)等。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(二)、板块构造背景,板块构造的诞生被誉为近代地球科学的巨大变革。从地槽学说的固定论到板块构造的活动论,人们对地壳运动的认识产生的质的飞跃。板块构造理论的诞生可追索到魏格纳的大陆漂移学说(1912)。,(二)、板块构造背景,在60一70年代提出了海底扩张学说。 70—80年代发展成涉及全球的板块构造理论。 板块构造运动包括大陆的破裂解体、海底扩张、板块相互碰撞、俯冲、剪切、走滑等作用。板块是由岩石圈组成的,可以发生漂移运动是由于岩石圈 之下存在一个软流圈的流变带。 按板块构造理论,全球的地球表面可划分为若干个板块,如欧亚板块、南太平洋板块、北太平样板块、印度一澳大利亚板块、北美板块、南美板块、南极洲板块等,这些板块由聚敛、离散、转换等边界所分隔。,1.离散环境 离散边界是指板块发生背离运动,导致大陆破裂、离散漂移至海底扩张的构造环境。典型的离散边界是大洋中脊。随着地慢物质上涌,在大洋中脊两侧不断形成新的洋壳,两侧大陆边缘形成被动大陆边缘。,2、聚敛环境 聚敛环境是指两个板块发生相对聚合运动的地带,导致岩石圈板块消失于另一板块之下。聚敛环境有三种边界类型: (1)洋-洋俯冲边界。大洋岩石圈俯冲于另一大洋岩石因之下形成的边界。如马里亚纳群岛的边界,以发育典型的海沟和火山岛弧为特征。 (2)洋-陆俯冲边界。大陆岩石圈俯冲于大洋岩石圈之下形成的洋一陆边界,如安第斯山脉西部的边界,由海沟和大陆岩浆岛弧组成。 (3)陆-陆碰撞边界。由大陆壳和大陆壳聚合产生的碰撞带。这里没有发生上述意义的俯冲作用。下行板块的浮力抵制了俯冲,导致了强烈的变形和隆起。世界之脊的喜马拉雅山被认为是印度板块与欧亚板块碰撞的结果。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,3、转换环境 转换环境出现于相邻板块作平行剪切运动的地带,以发育转换或走滑断屁为特征。 典型的转换边界见于大洋中脊两侧洋壳走滑运动导致的转换断层。著名的圣得安列大断裂就是北美板块相对太平洋板块相对运动而产生的转换边界。,二、沉积盆地及其发育的构造背景,4、板内环境 大陆板块内稳定的克拉通环境,一般发育于古老的稳定结晶基底。 如我国的古生代碳酸盐岩台地、大型的内陆拗陷盆地等。 从现代构造环境:离散环境、聚敛环境、转换环境、板内环境,二、沉积盆地及其发育的构造背景,(三)、沉积盆地分类,1、一般的分类原则 沉积盆地分类是多年来人们关注的问题,也存在多种的争议。首先我们需要涉及的是沉积盆地的分类原则。一般来说,盆地的分类需要考虑下列因素: (1)盆地发育的大地构造环境; (2)盆地的基底性质、地壳类型等,如大陆壳、洋壳或过渡壳等; 大洋盆地、陆内盆地 (3)盆地形成的动力学过程,如拉伸、挤压或剪切过程等; 张性盆地、压性盆地、张扭盆地 (4)盆地的沉积充填史、构造古地理。 海相盆地、陆相盆地、过渡相盆地等,2、 Dickinson的盆地分类(1974) Dickinson(1974)提出的较有影响的盆地分类是依据盆地位置与岩石圈基底类型,即板块构造环境来进行划分的。圆心nson划分出五大类沉积盆地: ‘ (1)大洋盆地,指具有洋壳的海洋盆地。 (2)裂谷性大陆边缘盆地。 (3)发育于岛弧—海沟体系的盆地。 (4)蓬合带盆地 (5)内陆盆地,以克拉通盆地为主,稳定的板内环境。 这一分类显然忽略了发育于走滑环境的沉积盆地,但它奠定了当代盆地分类的基础。随后Bdy和Sndson的分类(1980表)、Ingos011的盆地分类(1988)以及Mid(1990表)等的沉积盆地分类都是以盆地发育的板块构造背景为主要依据的。 ·,,3. Mial 盆地分类,谢谢同学们的合作!,来之则安之,这里别有一翻天地,二、沉积盆地及其发育的构造背景,4、以板块构造为背景分类的盆地类型1)与拉仲作用有关的盆地 在大陆破裂、离散过程中,可产生一系列与不同拉伸、离散阶段有关的盆地。(1)克拉通内断陷或内陆裂谷盆地或盆地群,发育于在大陆受到拉伸、破裂的早期,拉伸量小,常常伴随有地壳的减薄和地慢隆升作用。拉伸作用可以停止或进一步拉伸形成:(2)陆间裂谷,或具有扩张中心的。(3)大洋盆地。随着海底扩张形成。(4)被动大陆边缘盆地。,,4、以板块构造为背景分类的盆地类型 一些裂谷盆地是伴随与之垂向的大洋盆地的形成而发育的,这些裂谷没有进一步扩张成洋盆而天折,因而称为天折裂谷(fmled dabasin)或(5)拗拉槽(Aulacogen,拗拉谷、裂陷槽) 拗拉槽最早是由苏联的地质学家沙斯基(1960)提出的,指的是一种与地槽褶皱带相垂直的深断带。Burke等(1974)后来解释为三叉裂谷系的一个衰亡支。 与地槽褶皱带垂直的还有一类裂谷盆地,它们的形成与造山带碰撞导致垂直方向的拉张作用有关,因此,一般称为:(6)碰撞谷,如莱因地堑,是由阿尔卑斯山的碰撞造山导致垂直方向的拉伸的结果。(7)弧后盆地,其形成与俯冲板块造成深部物质上涌生的拉伸作用有关。 走滑伸长盆地,由走滑作用导致的拉伸作用形成的。,,二、沉积盆地及其发育的构造背景,4、以板块构造为背景分类的盆地类型2)与挤压挠曲作用有关的盆地 与岩石圈挤压挠曲作用有关的盆地发育于聚合、碰撞或挤压环境。这类盆地主要有:(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)类前陆地带或克拉通内地块碰撞产生的挤压挠曲盆地等。 前陆带岩石圈挤压挠曲均衡作用是解释这类盆地形成的重要机制。弧后盆地也发育于聚合环境,其形成与俯冲板块造成深部物质上涌生的拉伸作用有关。,,弧后前陆盆地,周缘前陆盆地,大陆碰撞带岩石圈挠曲产生的周缘前陆盆地,,,,,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,,陆内造山挠曲(前陆)盆地,二、沉积盆地及其发育的构造背景,3).与走滑作用有关的盆地 在走滑带发育的盆地是很复杂的。这些盆地主要与走滑作用产生的局部拉伸过程有关。 拉裂盆地,是常见的一种盆地类型。 此外,一些走滑盆地盆地的形成与断裂终止或末端的拉裂、雁行断裂走滑伸长盆地等有关。 近年来提出一种走滑-拉伸盆地,其形成与走滑和拉伸的共同作用有关,如我国的莺歌海盆地和渤海湾盆地都具有这类盆地的特点。,,二、沉积盆地及其发育的构造背景,4)、克拉通盆地 这类盆地发育于长期稳定的结晶基底之上,形成于稳定的板内环境。这些盆地的沉降机制是复杂的,受到周边构造作用、区域性海平面或沉积基准面变化的明显影响。 典型的盆地是古生代: a.碳酸盐岩台地、 b.陆表海盆地和 c.中生代的大型内陆拗陷盆地。,,二、沉积盆地及其发育的构造背景,5.从古地理和盆地充填特征也可对盆地类型进行描述。 陆相盆地包括由间河流或冲积盆地、内陆河流或湖泊盆地等。 海相盆地包括从近岸、浅海至深海盆地。陆相盆地多为补偿性盆地,而浅海至深海盆地常常是非补偿性的。,,二、沉积盆地及其发育的构造背景,6.重要的油气盆地类型Klemme(1980)1 内陆简单拗陷2 叠合(复合)盆地(拗陷叠合、断-拗叠合)3 裂谷(断陷)4 拗陷小洋盆:弧后前陆盆地5.拉裂盆地、走滑伸长盆地前陆盆地6.俯冲带有关盆地;弧后盆地、弧前盆地、前陆7.陆内挤压挠曲盆地8.被动大陆边缘盆地,,体息,谢谢同学们的合作!来之则安之,这里别有一翻天地,,,沉积盆地形成演化动力学和构造地层学研究的一些进展,一、裂谷盆地形成演化的地球动力学模式二、盆地沉积充填分析 1.从沉积构造到沉积体系域 2. 构造活动盆地的层 序地层学—构造地层学 3. 层序地层模拟,,
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