6盆地沉降史
盆地分析(10)克拉通盆地分析
二、克拉通内盆地的分布 克拉通内盆地出现于远离板块边缘的地区， 克拉通内盆地出现于远离板块边缘的地区，其底部 远离板块边缘的地区 为大陆壳。这种盆地在各大陆上都有广泛分布。 为大陆壳。这种盆地在各大陆上都有广泛分布。 如北美洲的克拉通内盆 地有伊利诺斯、威利斯顿、 地有伊利诺斯、威利斯顿、 伊利诺斯 密歇根、哈德逊湾等大型盆 密歇根、哈德逊湾等大型盆 ）。其中含大型 地（图6－4）。其中含大型 － ）。 油田的盆地有伊利诺斯、 油田的盆地有伊利诺斯、威 利斯顿盆地。 利斯顿盆地。
中国大陆构造 经历了多旋回的演 经历了多旋回的演 化。古生代以来， 古生代以来， 主要表现为冈瓦那 大陆的裂解、 大陆的裂解、离散 和亚洲大陆的增生 、造山活动。 造山活动。
中国有三个主要的古地台 中朝地台、 区，即中朝地台、扬子地台 和塔里木地台。中朝地台是 和塔里木地台。 早元古代末固结的克拉通， 早元古代末固结的克拉通， 扬子地台和塔里木地台则是 晚元古代固结的克拉通。 晚元古代固结的克拉通。 中国大陆与北美、欧洲大 中国大陆与北美、 陆不同， 陆不同，不具有巨型的前寒 武纪克拉通，而是有一些微 武纪克拉通，而是有一些微 小的克拉通块体和其间由许 小的克拉通块体和其间由许 多造山带组合而成的拼贴大 陆或复合大陆， 陆或复合大陆，呈现出复杂 的镶嵌格局。 镶嵌格局。
二、克拉通内盆地的分布
南美洲有巴拉那、北亚马逊盆地等大型克拉通内盆地， 南美洲有巴拉那、北亚马逊盆地等大型克拉通内盆地，巴拉 有巴拉那 那盆地尚无工业性油气流，北亚马逊盆地有较大型油田。 那盆地尚无工业性油气流，北亚马逊盆地有较大型油田。 非洲的克拉通内盆地中， 锡尔特、伊利兹、撒哈拉、 非洲的克拉通内盆地中 ， 锡尔特 、 伊利兹 、 撒哈拉 、 乍得 等盆地具大型和较大型油田。 等盆地具大型和较大型油田。 欧洲的克拉通内盆地中， 含大型油田的盆地有北海、 欧洲的克拉通内盆地中 ， 含大型油田的盆地有北海 、 西北 德盆地； 德盆地； 俄罗斯克拉通内盆地中，西西伯利亚盆地具大型油田， 俄罗斯克拉通内盆地中 ， 西西伯利亚盆地具大型油田 ， 波 罗的盆地有油田。 罗的盆地有油田。 在澳洲的克拉通内盆地中，鲍恩、坎宁、库珀、 在澳洲的克拉通内盆地中 ， 鲍恩 、 坎宁 、 库珀 、 瑟拉特等盆 地有油气田发现。 地有油气田发现。 中国的克拉通内盆地中，塔里木、四川、 中国的克拉通内盆地中 ， 塔里木 、 四川 、 鄂尔多斯盆地有大 型油气田发现。 型油气田发现。
不同类型盆地的构造样式
不同类型盆地的构造样式、层序地层格架断陷盆地的构造样式根据正断层的几何形态和构造运动学特征，作者建议将正断层划分为四种基本类型，即非旋转平面式正断层、旋转平面式正断层、铲式正断层和坡坪式正断层。
根据盆地或凹陷的边界正断层的几何形态和运动学特征购差异，可以将伸展型断陷盆地的剖面构造样式分为四种类型：①由非旋转平面式正断层控制的“地堑与地垒”；②由旋转平面式正断层控制的“多米诺式半地堑系”；③由铲式正断层控制的“半地堑”或“滚动式半地堑”；④由坡坪式正断层控制的“复式半地堑”(断陷半地堑十断坡凹陷)。
裂陷盆地中控制各个断陷地堑或半地堑的主干正断层在平面上的展布有多种型式，致使断陷盆地也呈现不同的平面形态，如线型、平行式、侧列式、雁列式、锯齿状、狗腿式、或分叉式等。
压陷盆地的构造样式逆冲褶皱带的构造样式1前陆盆地边缘逆冲带的构造样式是以前陆方向逆冲的叠瓦状逆断层组为特点。
靠近造山带部分的逆冲断层的倾斜相对较陡，向前陆方向逆冲断层的倾斜逐渐变缓，这些逆冲断层向深部产状变得更缓，收敛于基底拆离断层之上，构成叠瓦扇结构。
2前陆盆地内部的逆冲构造样式包括：①铲式逆冲断层与蛇头构造、叠瓦扇结构：逆冲断层面表现为上陡下缓的铲式形态。
上盘向上逆冲并发生褶曲变形，形状貌似蛇头。
②坡坪式逆冲断层与断弯褶皱：在挤压作用下形成的逆冲断层产状随岩层能干性的变化而发生折射，断层在能干岩层中的切割角度较大为断坡。
在非能干岩层中的切割角度较小为断坪，这种产状的逆冲断层称为坡坪式逆冲断层。
坡坪式逆冲断层的上盘断坡逆冲到下盘断坪上后，上盘为了适应断层的几何形态会发生褶皱变形，成为断弯褶皱③盲冲断层、断展褶皱与断滑褶皱：逆冲断层在逆冲过程中其位移逐渐减小以致在地层中尖灭，称为盲冲断层。
伴随着盲冲断层的位移减小断层上盘及上覆地层会发生褶皱变形，称为断展褶皱。
顺层的逆冲断层在层间尖灭并引起上覆地层发生褶皱，称为断滑褶皱④双重构造和楔状双重构造：双重构造是由一条顶板断层和一条底板断层夹持中间的逆冲断片组成，夹持的中间逆冲断片可以被若干分支断层切割。
克拉通盆地沉降机理
1. 克拉通
一、基本概念
• Kober（1921）用Kratogen表示地壳较稳定部分，与造山带对应。
• Stille (1936,1941)最先使用“craton”一词，意指极其稳定的圆盾或地 盾，其为周缘地槽所环绕。
• Sloss （1988）将克拉通定义为具有厚层大陆地壳的广大区域，在几 百万至几千万年内其位置保持在海平面附近的几十米范围内。
• 美国地质研究所将克拉通定义为在漫长的地质时期保持相对稳定或 仅有微弱变形的地壳。包括地盾和地台。
• 板块构造中的克拉通主要是指大陆板块内的稳定大陆块体。
一、基本概念
2. 克拉通盆地
• 包括形成在克拉通内部和克拉通周边环境的盆地，前者即克拉通内盆 地（Interior cratonic basin），后者是指发育在克拉通边缘或靠近克拉 通边缘的盆地。
通盆地。（Cloetigh, 1988）
三、实例分析
1. 中国克拉通盆地
• 特征：平面上呈椭圆形或菱形；在剖面上呈碟状，多为复合多旋回克 拉通盆地，下伏有古裂谷或拗拉谷，上叠有前陆盆地或裂谷盆地。
• 形成机制：与超级大陆裂解有关，克拉通盆地的沉降主要与地幔柱升 降与板块开合运动有关, 随着超大陆裂解, 克拉通随之沉降, 形成克拉 通盆地。
• 关于地幔上涌（mantle diapirs） 的密歇根盆地的形成模式。
• 热的软流圈地幔岩石以底辟方式 刺穿岩石圈到达莫霍面附近，加
热下地壳导致其发生转化，由辉 长岩相变为榴辉岩。
• 当上涌地幔冷却后，盆地就在榴 辉岩负载的作用下发生沉降。
• 冷却过程中弹性岩石圈加厚，导 致岩石圈的抗弯刚度随时间逐渐 增强，这证实了热收缩机制。
期间，地壳很坚固，从而使地壳沉降减慢或 不发生沉降。
5-盆地沉降与充填史
热流公式：
KT1 Q t h
n 2 t n sin 1 2 exp n n 1
拉伸作用之后热流衰减的曲线 ：
岩石圈拉张变薄及软流圈 上隆时，盆地的热流值亦相 应增加，其大小可以由拉张 系数和时间来定量确定。 在最初的50Ma地表热流值 与拉张系数β很有关系，拉张 系数β越大，地表热流值的 初始值越大。 在50ma以后，不管拉张系 数β有多大，地表热流值都将 趋于稳定值，即拉张前的地 表平均热流值。
DT——构造沉降
ρs—沉积层密度 ρm—地幔的密度 ρw—水的密度 ρc—岩石圈的密度
m - s DT = ———— * H m - w
沉降史的模型
（3）挠曲均衡(Flexure)—面板补偿
Watts（1982）认为由于岩石圈具有一定的刚度，在加载后出现的地 壳变形响应实际上是挠曲均衡。 挠曲均衡模式认为：基底对负荷的响应是受力弯曲的弹性板，其均 衡补偿不仅发生在负荷点上，而且分布在一个比较大的范围内。该 模式认为上覆载荷一部分由地幔浮力承载，另一部分则由岩石圈来 承载。由于负荷是由一个面而非一个点来承载，故该模式得出的负 荷沉降要小于Airy模式得出的沉降，而且各类的沉降幅度与其到负 荷点的距离有关。
Accommodation
【公式】
Δaccommodation = Δeustasy + Δsubsidence + Δcompaction
相对海平面变化
Δaccommodation
可 容 空 间 减 小
同步变化
Relative sealevel change
可 容 空 间 增 大
盆地沉降 海平面升降 沉积供给量
Mckenzie 模型小结：
第3章沉降史
（二）平衡剖面在地质研究中的作用
快速地评价和检验地震解释剖面； (1) 快速地评价和检验地震解释剖面； 确定盆地的构造演化史， (2) 确定盆地的构造演化史，动态地认识构造的形成过 准确地判断出圈闭的形成时间； 程，准确地判断出圈闭的形成时间； 更精确地圈定油气藏的几何形状、 (3) 更精确地圈定油气藏的几何形状、分布范围及其演 为油气成藏在时、空匹配分析提供必要的保证。 变，为油气成藏在时、空匹配分析提供必要的保证。
3、古水深Wd和古海平面变化SL 古水深W 和古海平面变化 古水深校正， 古水深校正，目前主要根据古生物化石的古生态分析 资料或沉积相的某些标志，加以推测得出。 R等人 资料或沉积相的某些标志，加以推测得出。Vail P R等人 得出的全球海平面变化的成果现已基本满足计算需要。 得出的全球海平面变化的成果现已基本满足计算需要。
（一）、铲状正断层构造变形几何模型 ）、铲状正断层构造变形几何模型 1、几何模型的假设条件 应用平衡剖面原则， 应用平衡剖面原则，建立铲状正断层与 地层变形的几何模型时， 地层变形的几何模型时，假定变形过程满足 以下四个条件： 以下四个条件： ①构造变形只发生在上盘，下盘未发生变形； 构造变形只发生在上盘，下盘未发生变形； 构造变形为平面应变， ②构造变形为平面应变，即质点只在剖面内 发生位移，没有物质移出、流进； 发生位移，没有物质移出、流进； 上盘变形是由单一的变形机制所引起的； ③上盘变形是由单一的变形机制所引起的； 沉积物的压实作用已被校正。 ④沉积物的压实作用已被校正。
这一过程可分别用以下模型处理： 这一过程可分别用以下模型处理： 水平断距不变模型； 斜向剪切模型； ①水平断距不变模型；②斜向剪切模型；③位移距不变 模型； 层长不变模型； 滑移线模型。 模型；④层长不变模型；⑤滑移线模型。 （二）、拉张量和滑脱面深度的计算 ）、拉张量和滑脱面深度的计算 根据变形前后面积保持不变的平衡原理， 根据变形前后面积保持不变的平衡原理，上图中楔 形空隙的面积A 等于剖面右侧所增加的矩形面积A 形空隙的面积A2等于剖面右侧所增加的矩形面积Al，即：
沉降盆地地壳演化过程与沉积物源分析
沉降盆地地壳演化过程与沉积物源分析在地质学中，沉降盆地指的是一种地质形态，是由地壳在长时间内的沉降过程形成的凹陷区域。
沉降盆地的形成通常与构造运动有关，地壳的下沉使得周围的山脉逐渐形成，沉降盆地才得以展现。
本文将探讨沉降盆地的地壳演化过程以及分析沉积物的源。
在地壳演化过程中，沉降盆地的形成与断层运动密切相关。
断层是指地壳中岩石断裂的产物，当断层活动较为频繁时，地壳容易产生下沉现象，从而形成沉降盆地。
这种地质过程在地质历史上非常常见，形成了许多著名的沉降盆地，例如西伯利亚的祖母绿盆地和美国的科罗拉多盆地。
沉降盆地的地壳演化过程通常具有一定的时空性。
首先，地壳的下沉是一个漫长的过程，可能需要数以百万年甚至更久的时间。
其次，在地壳沉降的同时，周围地区的山脉逐渐抬高，形成了“盆山共生”的现象。
这种时空关系使得沉降盆地在地理上具有一定的特征。
沉降盆地的形成不仅与地壳演化有关，还与沉积物的源有密切的联系。
地壳沉降会导致海平面上升，使得附近的河流和河口发生变化。
沉积物源分析可以通过研究沉积物中的岩石组成、矿物成分以及化学元素等一系列信息，来追溯沉积物的来源以及沉降盆地的地质背景。
沉积物中的岩石组成可以反映沉积物的源地。
不同类型的岩石具有不同的特征，通过研究岩石组成可以判断沉积物是来自陆地还是海洋。
例如，如果沉积物中含有富含石英的砂岩，通常可以推断出其来自陆地的河流冲积作用。
矿物成分也是分析沉积物源的重要依据。
不同的地质环境中形成的岩石通常具有不同的矿物组合。
通过研究沉积物中的矿物成分，可以判断岩石的类型以及可能的产地。
例如，砂岩中含有石英、长石和云母等矿物，而碳酸盐岩中则富含方解石和白云石。
化学元素的分析也能提供有关沉积物源的线索。
不同岩石中的化学元素组成通常也有所差异，通过测量沉积物中的化学元素含量以及比值，可以推断出其来自不同的岩石类型。
例如，富含镁和铁的沉积物通常与侵入性岩石相关，而富含矽和铝的沉积物则可能与火山活动有关。
沉积盆地形成的动力学机制
四.类型划分
四、 转 换 型 板 块 边 缘
（三）与两条或多条断层活动有关
7. 拉分盆地： 拉分盆地：
由两条或多条近于平行展布、侧向相接的走滑断层， 由两条或多条近于平行展布、 侧向相接的走滑断层， 在走滑运动 后方拉张而形成的盆地。 后方拉张而形成的盆地。
8. 渗漏盆地: 渗漏盆地:
拉分盆地发育的晚期所形成，基底断裂深度很大， 拉分盆地发育的晚期所形成 ， 基底断裂深度很大 ， 已经出现了洋 壳的盆地。 壳的盆地。
基本思想：沉积物在重力作用下发生局部沉 基本思想： 降形成盆地。 降形成盆地。 动力来源: 地球物质在不同层次， 动力来源: 地球物质在不同层次，不同尺度 上存在的纵横向上的非均一性. 上存在的纵横向上的非均一性. 不同层次： 不同层次：
垂向上：地壳、 垂向上：地壳、地幔物质分布的不均一 平面上：地槽（复理石建造）、 平面上：地槽（复理石建造）、 大陆边缘（巨厚，不含火山岩， 大陆边缘（巨厚，不含火山岩， 以三角洲或浊流为主的沉积物） 以三角洲或浊流为主的沉积物）
均衡作用
体积变化 由大→ (由大→小) 密度增大
沉 降 盆地形成
热胀冷缩
三、沉积盆地 热力沉降成因 沉积盆地 热力沉降 沉降成因
特征复杂、类型多样。 特征复杂、类型多样。 塌陷型热力构造 早期受热上拱、 早期受热上拱、隆升剥蚀 晚期冷却收缩、 晚期冷却收缩、塌陷沉积 两个特征不同、 两个特征不同 、 性质 截然相反的发育阶段, 截然相反的发育阶段,在同 一地区上、下叠置。 一地区上、下叠置。 其总体构造面貌常呈 放射状或同心圆状。 放射状或同心圆状。 热鼓胀说
沉积盆地地质学沉积盆地地质学-02
沉积盆地形成的 沉积盆地形成的 动力学பைடு நூலகம்制
盆地沉降史分析
第一节 沉积物的压实作用
一、压实作用
压实作用（Compacting）：在上覆沉积物和静水压力或构造变形压力 的作用下，使沉积物（岩）减少其孔隙空间和总体积而变致密的作用。
埋藏压实过 程中的变化 物理变化 化学变化
骨架守恒原理：压实作用 对地层的影响只是导致地 层中孔隙度减小，没有使 地层柱的截面积增大。
2017/1/12
16
第二节 古水深变化
二、地球化学指标
3.Piper（1977）
2017/1/12
17
第二节 古水深变化
二、地球化学指标
4.许东禹（1993）
2017/1/12
18
第二节 古水深变化
二、地球化学指标
5.闫葆瑞（1998）源自2017/1/1219
第二节 古水深变化
二、地球化学指标
48
第四节 盆地沉降过程回剥
二、盆地的构造沉降
构造沉降 = 总沉降
沉积物和水负载沉降 沉积物压实沉降 海(湖)平面变化
1.海平面变化校正
沉积物的厚度不能代表沉积物的沉降深度 沉降深度 = 古水深 + 沉积物未压实的厚度
若海平面发生变化，则要消除海平面变化的影响。
2017/1/12
49
第四节 盆地沉降过程回剥
1 ( z )dz
z1
( z) 0eCz
hs ( z2 z1 ) (0 / c)(ecz1 ecz2 )
z2 hs z1 (0 / c)(e
2017/1/12
cz1
e
cz2
)
7
第一节 沉积物的压实作用
四、去压实作用
z2( k ) f ( z2( k 1) )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
沉积层随盆地沉降的压实过程 盆地古水深变化过程 海（湖）平面升降过程 构造沉降过程
构造演化 沉积物埋藏史 生排烃史 沉积充填演化
沉积物压实
沉积物堆积后随着盆地的沉降被不断压实，孔隙减小，厚 度变小。要恢复盆地的沉降史必须对沉积物的压实过程进行 校正。这是进行盆地各种过程的正、反演模拟的基础。 • 沉积物的压实过程受到岩性、超压、成岩作用等因素影响， 岩性往往起主导作用。在这里主要是考虑沉积层在上覆沉积 物的重力作用下发育孔隙度减小的过程。 • 在正常的压实情况下，孔隙度和深度关系可认为服从指数 分布（athy, 1930；hedbery，1936；ruby和Hubbert，1960）：
0e cy
其中，φ是深度为ｙ时的孔隙度，φ。为表面孔隙度，ｃ为 压实系数。ｃ主要与岩性有关。一般含泥质较高时，上述公 式与实际的情况比较一致。
在正常压实情况下通常采用的压实参数：
岩性 表面孔 隙度 0.63 0.49 压实系数
页岩 砂岩
0.51 0.27
泥砂岩
白垩
0.56
0.70
沉积体几何形态与古水深关系
构造沉降过程的恢复
• 构造沉降量 • =总沉降量-（沉积物压实+古海平面变化 +沉积物重力均衡沉降量）
每一沉积层的密度可表示为：
b Rw (1 ) g
多层的密度则可表示为：
j w (1 j ) gi
S
si (
Y
S
Es
m s Y S m w
Es
海平面变化引起的均衡作用：
Sw Sl
m w
m
因此，考虑Airy均衡的构造沉降量为：
m s m Y S Sl ( wd Sl) m w m w
沉积物重力均衡沉降机制
当水平应力为零时，假定负载为周期负载时，挠曲均衡造 成的沉降可表达为: d 4w x D 4 ( m c ) gw c gh0 sin 2 dx
)yj
沉积物重力负载的均衡沉降
岩石圈可看作是浮于软流圈之上的板 块刚体，其底面可看作重力均衡面。假定 均衡面（软流圈顶面）之上的岩石圈是由 一系列的上浮柱体所构成，当盆地水体被 沉积物充填时，则发生Airy均衡沉降。 设构造沉降为 Y（水载盆地）盆地被 沉积物充填时，按浮力原理可得: • 总沉降（S）与构造沉降的关系
若沉积物负载服从Sin函数分布，局部均衡（W∞ ）与挠曲 均衡（W）的比值为:
C W W
2
m c m c
D 2 4 ( ) g
上式中
称为波数，λ＝２倍的盆地宽度。若盆地很宽
或有效弹性厚度很小时，即ｃ趋近于１，为局部均衡。 若已知岩石圈的有限弹性厚度，沉积物挠曲均衡沉积可由 下列的简单算式得出： W= C W∞
应用回剥技术进行的盆地沉降史分析
盆地沉降史恢复是盆地分析的一项重要内容。 回剥技术是通过现今地层恢复沉降过程的方法，已发展 成为一门比较成熟的定量分析手段。沉积盆地的总沉降量主 要与构造作用、沉积物压实、重力均衡、海（湖）平面变化 或古水深变化等因素有关。 盆地沉降史恢复的主要内容包括：
• • • •
0.39
0.71
在某一深度Y 1 和Y 2 之间，岩层中水充填的孔隙：
Yw 0 e cy dx
y2 y1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
C
(e cy1 e cy 2 )
沉积物颗粒的体积： 那么，其厚度：
Vｓ＝Vｔ（整体）－Vｗ(孔隙水）
Ys y2 y1 yw y2 y1
0
C
(e cy 1 e cy 2 )
因此，挠曲均衡的构造沉降量为：
m s m Y C (S Sl ) ( wd Sl) m w m w
莺歌海盆地沉降史
0
C
(e
cy 1
e
cy 2
)
0
C
(e cy ' e cy " )
当埋藏很浅时，沉积物的压实过程一般服从下列公式：
1
1
0
cy
即，
1 1
0
cy
其中，φ是深度为ｙ时的孔隙度，φ。为表面孔隙度，ｃ为 压实系数。ｃ主要与岩性有关。
• 古水深估算
沉积相、遗迹化石组合与盆地几何形态和古水深关系
y1 Vｗ
Vｓ
y2
y’
y’’
y1
y2 当岩层回剥到Y’ 和Y’’ 的高度时，沉积物部分（Vs） 不变而只有孔隙中的水发生变化(Vw)。
Yw 0 e cy dx
y" y'
0
C
(e cy ' e cy " )
新的位置上的岩层的厚度由下式给出：
S y' ' y' y2 y1