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伸展构造与裂谷盆地成藏区带_刘和甫

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第26卷　第5期O IL ＆GAS GEO LOGY 2005年10月　 基金项目:国家自然科学基金项目(49672154);国土资源大调查项目(DKD 2104011) 第一作者简介:刘和甫,男,74岁,教授(博士生导师),石油构造 收稿日期:2005-05-15文章编号:0253-9985(2005)05-537-16伸展构造与裂谷盆地成藏区带刘和甫1,李晓清1,2,刘立群3,侯高文1,4,边海军1,5(1.中国地质大学,北京100083;　2.胜利油田东胜精攻石油开发集团有限公司,山东东营257100;3.中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;　4.中国石化国际石油勘探开发公司,北京100083;5.中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院,河南濮阳457001)摘要:全球裂谷系广泛发育于板块构造旋回的各个阶段及各种环境中,包括:1)大陆裂谷;2)新生洋盆;3)伸展大陆边缘;4)弧后裂谷;5)碰撞裂谷等。

全球典型裂谷系的形成机制主要有:1)主动裂谷;2)被动裂谷;3)复合裂谷。

成藏区带是总油气系统(TPS )中的基本评价单元(AU )。

裂谷盆地中广泛发育各种成藏区带,根据正断层的卷入层次及不同构造环境中的沉积体系,主要划分出4种类型:1)掀斜断块带;2)滚动构造带与三角洲体系;3)坡折带与礁滩层序;4)调节带与浊积扇体系。

关键词:成藏区带;总油气系统;裂谷盆地;伸展构造中图分类号:TE111.1 文献标识码:APetroleu m pl ays i n rift basi ns and ex tensional structuresLiu H e f u 1,LiX iaoqing1,2,Li u Liqun 3,H ou G ao w en 1,4,B ian H a ij u n1,5(1.China Un i versity of Geos ciences ,Beiji ng ;　2.Dongs heng J inggong Petrol eu m D eve l op men tGroup Cor porati on ,Sheng li O ilfiel d Co .,Ltd .,S I NOPEC ,Dongying ,Shandong ;3.Explor a tion ＆Production Res earch Institute ,S I NOPEC ,Beij ing ;4.Internati onal Petrol eu m Exploration ＆P r oduction Cor por ati on ,SINOPEC ,B eiji ng ;5.E xplor a tio n ＆Production Scientific Res earch Instit ute ,Z hongyuan O ilfi e l dCo m p any ,S I NOPEC ,Puyang ,Henan )Abst ract :Rift sy ste m s i n the w o rld ar e w idely deve l o ped in various stages and various env ironm en ts of p late t e c -t o nic c y cle ,i n cluding (1)continen tal rift ,(2)nascen t ocean ,(3)ex t e nsional continentalm argin ,(4)back -arc rift ,and (5)co llision rif.t The for m ing m echanis m s of t y pical rift syste m s in t h e w orld m ainly incl u de (1)acti v e rift ,(2)passive rift ,and (3)co m plex rif.t P lay is the basic assess m en t unit (AU )of t h e t o tal petrole -um syste m (TPS ).V arious kinds of p lays are ex tensively deve loped in rift basi n s .According to horizons cut by nor m a l faults and sedi m enta r y syste m in different tec t o nic environm ents ,four kinds of play s can be r ecognized ,i n cluding (1)tilted fault b l o ck belt ,(2)r o llover struct u r a l belt and de lta syst e m ,(3)sl o pe br eak be lt and r eef -bank sequences ,and (4)acco mm odation zone and t u r bidity fan syste m .K ey word s :play ;to t a l pe tro leu m s y st em ;rift basin ;extensiona l struc t ure s 地球岩石圈中的伸展构造体系是全球重要的构造现象,可以发生在板块构造的所有环境,即威尔逊旋回的所有阶段。

伸展构造体系中最常见的大陆裂谷是板块构造最基本的作用之一。

裂谷形成的力源可以来自地壳下伏的地幔,也可以来自板块边界,前者称为主动裂谷,而后者称为被动裂谷,但在不同的构造环境下常常形成复合裂谷。

　538　石油与天然气地质第26卷　大陆裂谷保存了大陆裂解初始阶段的特征,同时也富集矿产资源,特别有利于油气聚集。

对盆地内的区带分析将是油气新区勘探的关键。

1　裂谷系基本特征1.1　伸展构造体系与裂谷演化在全球引张动力系统下形成的伸展构造体系主要有:大陆裂谷系和大洋中脊及其两侧的被动大陆边缘。

从构造演化来看,伸展构造体系可以发育在威尔逊旋回各阶段,由各种作用所产生:1)造槽作用(taphr ogeny),可以导致各种槽地形成,即形成裂谷,如莱茵地堑;2)造盆作用(ko il o ge-ny),可以导致坳陷形成,即形成裂谷盆地,如北海盆地;3)造洋作用(thalassogeny),当伸展作用进一步发展,大陆裂解可以形成海洋及大陆边缘,如红海;4)伸展造山作用(ex tending orogeny),当伸展作用诱发大量岩浆上涌,构成山岭的岩基,如北美内华达山。

有关伸展造山作用目前仍存在较大争议[1～5]。

1.1.1　大陆裂谷与裂谷盆地(图1a)大陆裂谷是指整个岩石圈受伸展断裂所产生的狭长凹地,常形成地堑或半地堑,如东非裂谷和美国盆岭省等;后期由于热沉降形成裂谷盆地,如渤海湾盆地和北海盆地。

大陆裂谷的主要特征为:1)高热流值和低密度异常;2)火山作用频繁,以碱性玄武岩流为主;3)沉积作用,发育陆源冲积扇、河湖相及三角洲体系。

1.1.2　新生洋盆(大洋初始阶段)(图1b)当大陆裂谷进一步扩展,大陆开始裂解,洋壳沿中脊侵位,形成新生洋盆或陆间海,具较高热流值和沉积速率。

如红海发育有红层-熔岩-蒸发岩-碳酸盐岩沉积组合。

当红海中洋流循环受阻时,出现海底还原环境,形成腐泥型海相粘土,有利于油气生成。

1.1.3　伸展大陆边缘(图1c)当新生大洋进一步扩张时,即大洋成熟期,在两侧形成大陆边缘,由于没有明显的火山活动或地震活动,常称为被动大陆边缘;但有些地区发育在地幔柱之上,具有明显的玄武岩喷发作用。

因此可以有两种类型的伸展大陆边缘:1)幔柱型;2)柱间型。

大陆边缘为陆壳与洋壳的结合带,两类地壳具有不同的沉积负荷:低水位期,洋壳上沉积复理石海底扇;高水位期,在大陆架上发育有海岸三角洲沉积体系(图1c)。

1.1.4　弧内裂谷与弧后裂谷(图1d)当大洋消减时,即太平洋期,由于大洋板块俯冲,在火山弧一侧可以发育弧内裂谷或弧后裂谷。

大洋沉积中发育有红色粘土及放射虫硅质岩,如太平洋西侧的锡霍特山硅质岩(图2)及太平洋东侧的旧金山金门桥畔硅质岩[6,7]。

1.1.5　坳拉谷与碰撞谷(图1e)大陆裂谷常以三叉裂谷模式开始发育。

其中两支在大陆裂解后形成大洋;一支从大陆边缘伸向大陆内部,衰退成为夭折谷或衰退谷,如西非贝努埃槽。

而当大洋闭合或大陆碰撞时产生变形,形成坳拉谷,如俄罗斯第聂伯-顿湟茨盆地。

当碰撞造山时可以在一侧形成新的裂谷,即碰撞谷,如欧洲莱茵地堑(图3)。

夭折谷与碰撞谷常与大陆边缘或碰撞造山带呈高角度相交,但沉积搬运方向不同(图1e)。

从演化来看,坳拉谷常经历裂谷期、后裂谷期(夭折期)及反转期(碰撞期)。

1.2　动力学模式大陆裂谷是伸展构造体系中最广泛和最重要的类型,更是油气勘探的最有利地域。

对裂谷成因主要有两个端元:主动裂谷和被动裂谷。

但有些裂谷成因是多元的,可称为复合裂谷。

1.2.1　主动裂谷裂谷形成动力来自岩石圈板块底部,为软流圈上涌所产生的裂谷,称为主动裂谷(图4a)。

如地幔柱上升而引起岩石圈变薄和破裂的大陆裂谷,早期拱曲形成区域规模穹隆,高热流并伴随广泛火山活动,为离心水系,沉积物供应不足。

经典例子为G r ego r g所研究的东非裂谷系(图3)[8]。

1.2.2　被动裂谷裂谷形成动力来自板块边界(plate-edge),为岩石圈伸展所产生的裂谷,称为被动裂谷(图4b)。

如板块聚合时陆-陆碰撞所产生的碰撞谷,早期为伸展沉降而不是上隆,形成向心水系或轴向水系,沉积物供应充足,火山作用发生在晚期。

经典例子为阿尔卑斯碰撞造山带伴生的莱茵裂谷(图3)[8]。

第5期刘和甫,等:伸展构造与裂谷盆地成藏区带539图1　裂谷类型与多阶段构造演化[1～5]F i g.1　C l a ssifica tion o f rifts and mu lti phase tectonic evo lution[1-5]　540　石油与天然气地质第26卷　图2　亚洲东部中新生代裂谷系及盆地简图[9,10]F ig.2　Ske tch m ap sho w i ng M eso-Cenozo i c rift syste m s and basi ns in EastA si a[9,10] 第5期刘和甫,等:伸展构造与裂谷盆地成藏区带541图3　非洲大陆与欧洲中部裂谷系及伸展盆地分布图[2,3,8]F ig.3　D istributi on of rift sy ste m s and ex tensiona l basins in A frica and central Europe[2,3,8]　542　石油与天然气地质第26卷图4　裂谷形成动力学模式[8]F ig.4　Dyna m i c patt e rns o f con tinental rifting[8]1.2.3　复合裂谷主动机制和被动机制只是强调裂谷的初始期,但裂谷常发生在板块运动中,因此裂谷动力学是多元的,即为复合裂谷。

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中国中_新生代含油气盆地成因类型_构造体系及地球动力学模式

中国中_新生代含油气盆地成因类型_构造体系及地球动力学模式

现 代 地 质第11卷 第4期1997年12月GEOSCIENCE Journal of Graduate School,China Universi ty of Geosciences Vol 111 No 14 Dec.1997中国中、新生代含油气盆地成因类型、构造体系及地球动力学模式收稿日期:1997)06)10 第一作者简介:陈发景,男,教授,博士导师,1927年出生,石油地质学专业。

陈发景(能源系 北京 100083)汪新文(地矿系 北京 100083)摘 要 讨论了中国中、新生代含油气盆地的成因类型、构造体系和地球动力学模式:(1)按照地球动力学背景,将中国中、新生代盆地划分成伸展、缩短挠曲和走滑3种成因类型;(2)提出了含油气盆地构造体系的概念,并按照盆地成因类型、板块构造背景和构造演化讨论了中、新生代含油气盆地构造体系的分布;(3)根据构造几何学、运动学和动力学、火山岩岩石地球化学、基底和岩石圈结构以及地温场等特征,建立了有关大陆内伸展盆地和前陆盆地的地球动力学模式。

关键词 含油气盆地成因类型 盆地构造体系 伸展盆地 缩短挠曲盆地 走滑盆地分类号 P541;P618113近年来,地球动力学研究取得了较大进展,Turcotte 和Schubert [1]曾将地球动力学与板块构造联系起来,认为地球动力学研究的基本内容是认识板块构造和一系列地质现象所必需的基本过程。

随着板块构造学说的兴起与发展,建立了现代岩石圈的概念,并提出了岩石圈动力学。

丁国瑜[2]曾认为岩石圈动力学主要是指现代岩石圈的运动变形及其与深部过程的联系。

造山带和沉积盆地的岩石圈动力学是大陆动力学的两大基本领域。

沉积盆地岩石圈动力学的研究范畴是了解沉积盆地的形成、演化过程及其与周缘板块活动和深部过程的联系。

尽管近30年来地学理论和方法技术的迅速发展,地质、地球物理和地球化学资料的大量积累,沉积盆地地球动力学取得了巨大进展,但由于深部过程十分复杂,所以仍然存在着很多未解决的难题。

伸展构造

伸展构造


四. 构造反转概念
1) 正反转构造: 盆地由早期 张性或者张扭性转变为后 期的压性或者压扭性. 2) 负反转构造: 盆地由早期 压性或者压扭性转变为后 期的张性或者张扭性. 3) 推广之, 凡是区域应力场 发生性质反转的构造就是 反转构造.
思考题：
试述伸展构造样式与形成机制.
34造山带伸展机制1加厚作用形成势能差2造山根对流拆离作用3板块深俯冲断离作用1加厚作用形成势能差汇聚造山导致壳层加厚和地表隆升当汇聚趋于停止时加厚壳层就会在变形与未变形岩石圈之间引发势能差高势能柱体总会向低势能柱体施加水平挤压力由此促发造山带变形柱体伸展塌陷
13 伸展构造
一. 伸展构造概念
二. 伸展构造样式
2）造山根对流拆离作用
在岩石圈根部, 热边界层随汇聚缩 短发生显著加厚并向下运移，它在地 幔对流驱使下失稳、拆离、快速沉陷 进入软流圈，而软流圈热物质随之上 涌补偿使得残留岩石圈甚至壳底直接 暴露与软流层接触，由此引发强烈熔 融、高温变质、区域伸展与岩浆作用.
3）板块深俯冲断离作用
持续汇聚促使低密大陆 岩石圈随同高密大洋岩石圈 运移至俯冲带深处，这时显 著密度差就会使得俯冲板块 陆壳部分强烈上浮而高密洋 壳部分向下拖曳，这时俯冲 板块就会张裂、断离和沉陷 作用，热软流层上涌引发构 造伸展、区域隆升、岩浆活 动以及热变质作用。
2.3 断陷盆地
在伸展背景下受基底及盆缘正断裂控制发育的沉积盆地. 地堑盆地 半地堑盆地
半地堑盆地叠加
2.4 裂 谷
裂谷是区域伸展隆 起背景下形成的巨 大狭长断陷,切割深, 发育演化期长,常具 有地堑型式. 包括大洋裂谷, 大陆 裂谷以及陆间裂谷.
大陆裂谷陆间裂谷大洋 裂谷构成一演化系列,即大 陆开裂、海底扩张的过程。 不过，并非所有的大陆裂谷 都能演化为大洋裂谷。
第十二章伸展构造

第十二章伸展构造

第十二章伸展构造伸展构造：在岩石圈拉伸与薄化作用下形成的特殊构造组合系统。

一、伸展构造的表现型式1．正断层的组合型式――地堑与地垒地堑：主要由两组走向近平行且倾向相向（或相对）的正断层组成，两个正断层拥有一个共同的上盘（下降盘）。

巨型地堑系又叫裂谷，如东非大裂谷。

地堑实例：环鄂尔多斯地块周边的地堑系，如汾渭地堑、银川地堑、河套地堑等，欧洲的莱茵地堑。

地垒：主要由两组走向平行且倾向相反（或相背）的正断层组成，两个正断层拥有一个共同的下盘（上升盘）。

通常情况下地堑与地垒相伴产生，但地堑要比地垒发育一些。

2．断陷盆地在伸展背景下受基底及盆地边缘正断层控制发育的沉积盆地，如新生代的华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等。

这种盆地往往一侧正断层发育，另一侧正断层相对不太发育，在剖面上形成铲形的不对称盆地，称箕状断陷或半地堑盆地。

如松辽盆地中的侏罗－白垩纪断陷盆地。

3．裂谷区域性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，常具有地堑型式。

按照裂谷发育的区域构造部位及其地质构造特征，可分为大洋裂谷（大西洋中央海岭上的裂谷，在格陵兰出露于海面之上）、大陆裂谷（东非大裂谷）和陆间裂谷（红海）。

它们构造成一个威尔逊旋回。

大陆裂谷的特点：①由一系列地堑、半地堑和地垒组成的复杂地堑系统，通常发育于区域性隆起的轴部，表现为断陷谷和断陷盆地的构造－地貌景观，反映岩石圈的伸展作用。

②往往沉积一套巨厚的粗碎屑沉积，常伴有蒸发岩、火山熔岩和火山碎屑岩。

③往往是浅源地震带和火山带。

裂谷带内的地球物理场一般表现为巨大的负布格重力异常和负磁异常，或者为负背景值上的正异常。

④有两类岩浆岩共生组合：大陆溢流玄武岩，主要为拉斑玄武岩，也包括碱性玄武岩及其深成侵入岩体；双峰系列，可以是拉斑玄武岩－流纹岩套，也可以是碱性玄武岩－响岩或粗面岩套。

⑤深部结构上，裂谷下地幔升高，地壳变薄，玄武岩层下普遍存在着波速较低的壳－幔物质混合组成的裂谷垫（异常地幔）。

盆地分析(6)伸展盆地-变换构造带

盆地分析(6)伸展盆地-变换构造带


Rosendahl(1987)认识到，调节带的几何学特征很大程度上依赖 于两个正断层组之间叠覆的程度。在叠覆的相对倾斜的正断层组之 间的背斜隆起带被称为“低地势调节带” (low-relief accommodation zones)。使用“低地势”这个术语是因为，东非裂 谷中这些带的绝大部分都沉没在大型盆地之中。相背倾斜的正断层 组的叠覆部分之间相对未沉降的地区被Rosendahl等(1986)称为“盆 内脊”(interbasinal ridges),而被Reynolds(1984)和Rosendahl(1987) 称为“高地势调节带”(high-relief accommondation zones)。
本人认为,可将“构造分段作用” (segmentation) 和 “变换构造”(transition structure) 作为含义最广的两 个对应概念来理解。 前者指造成区域或局部构造发生分段的一种构造作 用型式，是由多方面因素引起的，它具有动力学或运动 学的含义； 后者主要指分段作用形成的结果或表现型式即变换 构造，具有几何学的含义。
Larsen(1988)、Peacock和Sanderson(1994)提出了转换斜 坡（relay ramps）的概念，并进行了深入的分析。其构造特征 表现为：发育于两条同向倾斜的正断层的叠覆部位，是联结一 条逐渐终止的正断层的上盘与另一条逐渐终止的正断层的下盘 之间的斜坡构造，并有效地传递两个雁行排列的同向正断层之 间的应变。类似的构造也被称为断层桥（Ramsay和Huber,1987)。
J.E.Faulds(1998)提出了伸展构造的“分段作用” (segmentation)的概念；讨论了“调节带”和“传递带” 的概念及其在伸展区的“构造分段”中的作用
他指出，伸展区带的分段作用(segmentation)是由单条断层 上或断层系上位移的不均匀分布造成的。 单条断层上的位移在断层的中段附近达到最大，而向两端 逐渐减弱(图1)。一条正断层的总体长度大体上与垂向位移量成 比例。单条正断层或一组断层在各种不连续的地方终止 。 如转换斜坡(relay ramps)联结一条 断层的上盘与另一条断层的下盘， 并有效地传递两个雁行排列的同 向正断层之间的应变。在这些不 连续地段中位移量和断层倾向的 变化产生了伸展地块的分段作用， 它们最终导致各单个盆地的产生 和下盘的抬升(图1B和1C)。