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第一篇第五章-板块构造与沉积作用

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一篇 第五 板块 构造 沉积作用
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第五章 板块构造与沉积作用,一、地球动力作用与沉积作用的相互关系,(一)地球动力作用对沉积作用的控制1. 沉积盆地的结构、构造与构造活动区域不同应力作用往往会使地形产生差异-地貌的高低起伏受内动力控制;盆地大小、形态、形成、迁移、闭合(消亡)决定于构造运动过程的特征。2. 沉积盆地的沉积充填与构造活动影响因素;沉降速率;沉积速率;沉积组合(岩石组合、沉积相组合);充填序列。3. 沉积物的组成、成分、结构特征和成熟度取决于沉积环境的稳定性与活动性,并与构造的活动性相关一般来说:无火山沉积、成分成熟度好,结构成熟度高(磨圆好)说明构造性质稳定;发育火山物质,沉积物成分复杂(如俯冲带、岛弧、裂谷等)说明构造性质活动。4. 古地理环境和古气候与构造活动,由西藏高原和喜马拉雅山脉抬升所引起的亚洲气候区的演变,由西藏高原和喜马拉雅山脉抬升所引起的亚洲气候区的演变,,(二)沉积作用与板块构造 通过对沉积特征、沉积组合及沉积作用过程及其构造动力学背景的研究,探讨沉积作用与板块构造运动的关系。 1.残余盆地研究(稳定区、造山带、叠合改造盆地) 2.原型盆地恢复 3.沉积盆地形成历史 4.沉积盆地形成演化的动力学与板块构造作用过程分析 参考文献 1.Andrew D. Miall (加) ,沉积盆地分析原理,1991,石油工业出版社; 2.P. A. Allen J. R. Allen (英),盆地分析——原理与应用,1995,石油工业出版社; 3.陆克政,含油气盆地分析,2003,石油工业出版社。,,,,豫西前新生代基岩地质图1:500000,,,河南西部豫西隆起构造单元划分1:500000,,二、板块构造与沉积盆地,A.D.Miall的盆地分类(1984),,,Ingersoll和Busby的盆地分类(1994),,三、不同类型沉积盆地及其沉积作用,纯剪模式,单剪模式,分层滑动模式,(一)板块离散背景的盆地及其沉积作用 1.伸展成盆作用:伸展构造模式,,,,,,大洋裂谷阶段,陆间裂谷阶段,陆内裂谷阶段,2.裂谷的形成和演化过程,初始阶段,,主动裂谷与被动裂谷的讨论,,3.伸展盆地的沉积作用,裂谷是区域伸展隆起背景上形成的巨大狭长断陷,两侧由正断层限定,切割深,发育演化时间长,常具地堑型式。 按照裂谷发育的区域构造部位及其地质构造特征,可分为陆内裂谷和陆间裂谷:,①断陷盆地,断陷盆地沉积分布特征实例,,断陷盆地沉积序列模式图,,,,指示Rio Grande裂谷位置的美国西南部地质简图,沿Rio Grande裂谷盆地和隆起的位置分布图,,,Albuquerque盆地时间-地层柱状图,,Albuquerque盆地横剖面图,,,②陆内裂谷 为河湖相沉积、冲积扇群,岩石组成主要为大量不成熟的石英-长石砂岩、红层、膏岩、大陆火山喷发物、碱性火山岩、大陆溢流玄武岩。,③陆间裂谷 海水进入形成海陆交互及滨、浅海相碎屑岩、碳酸盐岩,厚可达千米。,陆内裂谷-陆间裂谷,陆 内 裂 谷- 陆 间 裂 谷,北埃及和西奈的主要构造成分 位置图 研究区地层柱状,苏伊士海湾裂谷盆地,,,,④拗拉谷盆地的沉积,,拗拉谷的形成演化过程:裂前拱起裂谷逆转阶段——或称晚期挤压阶段,沉积特征 初期与裂谷相似,粗碎屑发育,裂谷停止发育后,发育成熟度高的碎屑;晚期抬升,早期沉积地层挤压变形。拗拉谷的研究意义 拗拉谷在克拉通内保存了陆块裂解的重要信息,代表稳定陆块的存在以及判断克拉通陆块的裂解作用,在地质历史的构造背景研究上有重要意义。,⑤大洋裂谷,洋中脊中央裂谷处新生洋壳的形成模型,⑥被动陆缘的沉积 被动陆缘的沉积盆地,美国大西洋被动陆缘地壳剖面,被 动 大 陆 边 缘 地 貌 图,被动陆缘的沉积作用广阔而稳定的物源区,构造活动稳定;沉积特征: 主要分为裂谷沉积和陆缘沉积两个阶段; 早期裂谷沉积,活动性强,成熟度低; 晚期包括浅海-深海的不同类型沉积,构造稳定,成熟度高。,,被动大陆边缘沉积特征图,,,坎波斯盆地主要油田指示图,,,,坎波斯盆地的区域地质剖面示出沉积巨层序和构造型式(据Ojeda)修改,1983,概括出3个巨层序的坎波斯盆地年代地层,⑦大洋盆地沉积 洋 盆:大洋深水盆地 远海沉积:红色粘土和生物成因硅质沉积(物质来自于浮游生物、火山 质、粘土质及少量宇宙物质)。 陆源沉积:浊积和冰川成因的陆源物质。 大洋裂谷、洋脊、洋岛、海台,(四)活动大陆边缘沉积盆地及其沉积作用,活 动 大 陆 边 缘 沉 积 盆 地,①海沟构造特征:平面 上略呈弧形展布,剖面上为“V”型槽地;靠洋一侧发育地堑、地垒,靠弧一侧发育逆冲断层,具有强烈的活动性。沉积特征:一般堆积速度快,是深海盆地的10倍,但沉积年龄很少超过100万年(许靖华,1980)。沉积复杂发育程度取决于俯冲角度的大小及聚敛速度的大小,俯冲角越小,堆积厚度就越大,聚敛速度越小;俯冲角越大,堆积厚度就越小,聚敛速度越快。,A. 滑塌堆积(Olistostrome): 由水下重力滑动和塌落的不同类型沉积物堆积而成的半流体沉积体,它是一种缺乏真正层理但又夹在正常地层序列之中的巨大透镜状地层单元,具杂乱无序、大小不同砾级混合的外来滑块发育的特征。滑塌物来源于弧前盆地和沉积楔形体。 如马里亚纳海沟内壁钻进的460和461号孔,得到了重力滑塌沉积物,其中既有晚白垩世的放射虫和晚侏罗世化石,又有从第四纪到始新世所有时代的微体化石。,B. 增生楔形体和混杂堆积(Melange): ——是俯冲杂岩带的代表性组合,指一种含有外来和原地的各种大小不同的岩石碎片和岩块经受构造作用嵌入到遭受更大破坏而强烈变形的韧性以泥质为主的基质中的构造组合体。 或者可以理解为——一种普遍剪切的韧性基质与被构造破坏的外来和原地岩块共同组合的地质体,是构造作用的产物。特点:不同时代、不同来源、不同类型岩石的构造混杂的冲断岩片;岩块大小、形状差别大,既有刮落破碎的岩块又有构造作用,常石香肠化、透镜体化;基质的普遍剪切作用;等斜褶皱层系。 增生楔形体是大陆造山带判断古俯冲带的重要标志! 北美西海岸山脉中的早第三纪佛朗西斯科杂岩就是典型的古混杂堆积!,Santa Lucia山脉南部的概略地质图,Santa Lucia山脉南部的构造横剖面,,,,,,我国的混杂堆积:台湾东海岸山脉中的利吉组(中新世);西藏班工湖-怒江缝合带上侏罗统;北祁连山南侧的晚奥陶世的混杂岩带。滑塌堆积与混杂堆积的区别:动力方式不同: 滑塌成因多样,主体为重力作用;混杂堆积主要形成于俯冲刮削作用。岩块来源不同: 前者来源于海沟内壁崩塌、弧前盆地和岛弧基底;后者主要为大洋物质。层序特征不同: 前者整体有序,内部无序;而后者无序,且前者常叠置于后者之上。,,② 弧-沟间隙、弧前盆地,宽度在50-250km之间,一般为100-150km,该范围地貌形态多种多样。主要包括以下几个类型:大陆架弧前大陆坡弧前阶地弧前脊状弧前,沉积作用: 据对日本本州东北部弧前研究,晚第三纪以来至少下沉了3000m(439孔)局部达6000m,古弧前累计5-12km,是巨大的沉降区。• 沉降原因: 冷板块俯冲弧前的俯冲剥蚀——俯冲将海沟内壁物质移去、向陆退缩、沉陷。沉积特征: 地貌复杂,沉积相在空间变化大,在短距离内出现河流三角洲相、滨岸相、陆架相、陆坡相,甚至海底沉积及生物礁。沉积物组成复杂,物源主要来自岛弧,碎屑不成熟或极不成熟。,③弧内盆地沉积 弧内盆地是位于岛弧之上平行岛弧走向延伸的张裂盆地。 其基底为过渡壳或洋壳,是与深成岩浆上升使弧内地壳隆起产生拉张所致或与初期弧间盆地拉张有关。 沉积物主要来自岛弧,以火山碎屑为主。洋内弧内以海相为主,陆缘弧内以陆相为主。④弧间盆地 由弧内盆地进一步发展而成,位于岩浆弧与残留弧之间,被认为是岩浆弧由弧内扩张作用从弧内盆地发展演化而成,即可发生于洋内弧,亦可发育于陆缘弧。 弧间盆地水深2000-2500m,热流极高,这与基底年龄新有关,由于残留弧阻挡了陆源物质,故盆内几乎没有陆源碎屑沉积,沉积物主要源于岩浆弧,以火山碎屑、生物成因的钙质、硅质软泥为主,其下为玄武岩层。,⑤弧后盆地(边缘海盆地) 是岛弧与大陆间的沉积盆地,是重要的沉积区,沉积物厚度大,平均1.5km,该盆地靠岛弧一侧其物源主要来自火山弧,发育不成熟的浊流沉积和岛弧喷发的凝灰岩。靠陆一侧物源来自大陆,沉积特点与被动大陆边缘盆地相似。若盆地规模大,中部深海平原下为洋壳,上为远海沉积物。 特点: A. 沉积厚度大,平均1.5km; B. 热流高,年轻海盆热流相当于洋中脊热流; C. 年龄新;,D. 盆地边缘发育正断层。,⑥弧后前陆盆地 位于陆缘岛弧(山弧)后侧邻接的大陆板块周围地带,基底全为陆壳。该盆地对弧而言为弧后盆地,对大陆板块而言为前陆盆地,故称弧后前陆盆地。特点: 平行岛弧在靠陆一侧分布; 靠弧一侧发育逆冲作用,为挤压性盆地;盆地沉积和构造均具不对称性。,弧后前陆盆地(加图),,土仑期北美的前陆盆地图,沿安第斯大陆边缘岩浆弧的俯冲作用模式图,,,,,,,,,(五)碰撞造山带的沉积作用,洋盆俯冲、消减、闭合的最终阶段,岛弧与大陆或两个大陆板块结合的带称为缝合带或碰撞带。碰撞造成的变形地带称碰撞造山带。 碰撞带是一个洋盆发展演化不同阶段的最终产物,代表了一个过程,是跨时的。涉及洋盆闭合、残留及相关盆地转换。,1. 弧-陆碰撞沉积盆地 岛弧与大陆的碰撞作用形成陆缘增生山链,山链与大陆之间形成冲断凹陷盆地,沉积了类似前陆盆地的沉积组合。,2. 陆-陆碰撞沉积盆地①残留海盆—洋盆 碰撞闭合过程中的残留洋——东地中海,被年轻的大陆褶皱山系包围,现今的基本轮廓是中新世早期形成的,残留中生代特提斯洋。,加图,,,地中海的洋底除白垩纪灰岩外,中新统自下而上依次为深海沉积物(浊流沉积发育),蒸发岩与海相沉积岩(硅藻土)互层,顶部为淡水沉积;上新世以及第四纪沉积,以深海沉积为主,局部出现缺氧环境下不含海底生物化石底黑色软泥。,② 周缘前陆盆地 位于缝合带的褶皱冲断带与大陆之间的大陆基底(被动大陆边缘)之上,平行缝合带走向延伸,是同造山期的不对称的挤压盆地。 沉积序列:早期深海-半深海复理石沉积;晚期海相磨拉石沉积和陆相磨拉石。,边缘(周缘)前陆盆地剖面形态,周缘前陆盆地的两种类型,,褶皱逆冲带,,单向俯冲,,双向俯冲,,,,,,前 陆 盆 地 地 层 模 式,,(六)转换-走滑盆地的沉积作用 转换-走滑盆地是发育在转换边界,与两板块间巨大的走滑运动(转换边界、板块的斜向碰撞)密切相关的盆地。 形成因素: 1. 不均一平移导致的差异变形调整作用和转换产生不同类型的盆地; A. 调整;B. 转换-补偿构造 2.两盘断块的斜向运动; 3.断层沿走向产状变化引起的聚合和控制作用; 4.平移断层交切。,沉积作用特征:,走滑拉分盆地演化模式图,洋内: 无物源供给区,只能接受两壁或浊流、洋底火山及其它远洋沉积。陆内: 物源丰富,大量陆源堆积,重力滑塌发育。,,,,A.走滑拉分盆地构造和沉积的比较,走滑拉分盆地实例,B.雷奇盆地的成因立体图,C. 雷奇盆地综合剖面图,拉分盆地沉积序列图,,(七)大陆板内盆地的沉积作用 大陆板内的盆地,其成因历史复杂、分类多样,这里仅介绍Stoneley(1981)分类方案,供参考:他将大陆内盆地克拉通盆地和褶皱带盆地。 克拉通盆地-稳定地块上的沉积盆地 克拉通盆地特征: 发育时间长,沉积稳定,处于陆表海、陆棚海和大陆湖盆环境。 克拉通盆地盆地形成发育的主要因素: A.基底构造的控制:基底裂解、拗拉槽的继承性; B.相邻板块的远程影响; C.热效应(受热膨胀,失热沉降); D.地幔交换,岩石圈拆离、拆沉。 褶皱带盆地 褶皱带盆地的分类: A. 褶皱带内原来的稳定断块或小板块后来沉降而演化成的盆地,如柴达木盆地和黑海盆地; B. 叠置在造山带褶皱基底之上的小型山间盆地,陆内造山作用形成的逆冲推覆的类前陆。,南美巴拉那盆地位置图,,,,,,,中国大陆沉积盆地(含煤)分布,中国大陆沉积盆地(含油气)分布,,陆内凹陷盆地沉积特点及沉积序列,,三、总结和讨论1. 盆地沉降的因素2. 现代沉积作用对古沉积盆地的恢复与古构造环境的重建的意义3. 沉积作用的构造事件与地层划分对比粗碎屑堆积的动力学意义关于磨拉石建造4. 盆山耦合、转换研究思考题 古构造环境的重建(残余盆地分析与原型盆地恢复)研究思路与方法。,
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