Transcript 第8章伸展构造
第八章 伸展构造 背景图片是陕 西省泾阳县口 镇正断层 本章主要内容 一、伸展构造的表现形式 二、大陆伸展构造模式 三、造山期后伸展作用的机制与表现 四、构造反转 一、伸展构造的表现形式 伸展构造是在岩石圈拉伸与减薄背景下形成的特殊构造 组合系统。 1. 正断层的组合型式——地堑与地垒 地垒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）。 地垒 地堑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）。 地堑 地堑与地垒 一、伸展构造的表现形式 地堑与地垒举例 海拔(km) 镇4 英6 阳深1 召深1 北2 Q+N 0 Q+N K2m-K2s 4 4 K2n K2n 5 -2 K1qs -6 K2 y K1q 4 4 K 1d J J 0 -2 K1d 4 Pt Pz 4 J 4 K2m-明水组 K2s-四方台组 K2n-嫩江组 K2y-姚家组 K1qs-青山口组 K1q-泉头组 K1d-登娄库组 4 4 西部斜坡区 5 5 5 K1q -4 Pz E 海拔(km) 中央坳陷区 -4 -6 东南隆起区 松辽盆地J-K期间的地堑与地垒 S 海拔(km) 0 -4 -8 泥 丘 Qp+N1g E3d E3d E3s Mz E3s E3d AnZ Pz （E3s-沙河街组，E3d-东营组，N1g-馆陶组） 莱州湾凹陷 垦东凸起 黄河口凹陷 渤南凸起 N 海拔(km) 0 渤中13 渤中28-1-6 E3d Qp Mz E3s AnZ Pz-Mz 渤中凹陷 石臼坨 凸起 渤海盆地古近纪的地堑与地垒 E3s Pz 秦南凹陷 Pz-AnZ -4 -8 秦南 凸起 一、伸展构造的表现形式 鄂尔多斯盆地周边 被新生代地堑系环 绕 吕 梁 山 南部-东部：汾渭 地堑系 北部：河套地堑系 西部：银川地堑系 秦 岭 鄂尔多斯地 块及其周边 地区构造纲 要图 （据嵇少丞 ，2008） 鄂尔多斯地块目前以2-4 mm/a的速率向北东方向运动，同时 逆时针旋转使其东部和西部边缘受力拉张分别形成山西地堑 系（汾河地堑系）和银川地堑。 渤海盆地老第三纪的地堑与地垒 鄂尔多斯地块的南北两侧分别是渭河地堑和河套地堑 111 E 汾渭地堑系 渭河盆地断 陷幅度达 8100m，盆 38 N 地沉积厚度 6000m，盆 渭河断陷盆地 临汾断陷盆地 太原断陷盆地 忻定断陷盆地 大同断陷盆地 延怀断陷盆地 峨眉断块隆起 灵石断块隆起 石岭关断块隆起 恒山断块隆起 南口—干儿岭 断块隆起 怀来 大同 忻州 太原 临汾 地形成于始 新世以来 定襄 3 0 80km 隆起 34 N 西安 111 E 渤海盆地老第三纪的地堑与地垒 断陷盆地 34 汾渭地堑系 一、伸展构造的表现形式 N 秦岭 骊山 尧山 渭河 Q N2 N1 E Q Q N1 Pre-Cz N2 Q Q N1 N1 E E E N2 N2 E N2 北山 Q N2 Pre-Cz 渭河断陷剖面图 NW 深度(m) 马西 0 1 Pre-Cz 2 Pre-Cz 3 0 4km SE 梁家滩 汾河 杜家庄 Q N2 j N2b N2b Pre-Cz 清徐陷凹 Pre-Cz 平遥陷凸 N2 j 静乐组， N2b 保德组 太原断陷盆地构造剖面图 渤海盆地老第三纪的地堑与地垒 N2b Pre-Cz 汾渭地堑系 一、伸展构造的表现形式 Q 恒山 山 1井 N1+N3 N2 N2 N1+E3 Ar1-2 桑干河断陷地震剖图 T T C-P T T -4 N2 N2 N2 N2 SE 东观 Q Q 0 -2 -2 -4 NW 高白 0 Ar1-2 h/km T-O N2 N1+E3 -4 h/km 2 马营庄 Q 0 C-P -2 黄花梁 Q N2 怀仁 Q 0 T2 O2 -2 h/km h/km 七峰山 Ar -4 晋中断陷地震剖图 S C6 0 -4 渭河 咸阳 Q N1 N1 -8 N 0 N2 N2 E 嵯峨山 Q N2 -4 -8 渭河断陷地震剖面 （西安凹陷） h/km 4 秦岭 h/km 汾 渭 裂 谷 系 典 型 地 震 解 释 剖 面 SE NW 河套地堑 一、伸展构造的表现形式 阴 盆地边界 二级构造 单元边界 A 一级构造 单元边界 狼 山 深 山 陷 凹 坳 山 0 40km 固阳 脉 长胜 东 部 临探1 斜 坡 区陷 山 呼和浩特 北 河 临河 起 区 青 凸 山 隆 起 央 陷 太阳庙 乌拉 大 凹陷 山 乌 中 包头 凹 浅 起 拉 陷 隆 南部 前 坳 陷 呼参1 乌 临 头 区 北 部 包 块 坳 坡 断呼 和 部 磴口 西 南 部 斜 托克托 起 部 B 磴口 隆 吉兰 于嘴陶 坳 泰 陷 A 海拔（m） 吉参1 0 B N1 E3 Q -4000 N2 -8000 N1 E3 Pre K1 E3 K1 Pre K1 Pre K1 0 K1 河套盆地构造区划图与剖面图 盆地从渐新世之后开始发育 1000m K1 银川地堑 一、伸展构造的表现形式 石嘴山站 0 银 A 石嘴山 贺 川 平罗东 银川1 凹 苏峪口 黄 坳 部 姚伏 陷 陷 坡 河 0 -200 -400 缘 陶乐 冲 6km 4 K+Q Q N2 N1 E2 E1 K1 Q+N E1 E1 Cz C B C 银川盆地构造剖面图 斜 银参3 山 B 西 银 川 深 兰 2 A 海拔(m) 银 川 盆 地 （ 银 川 地 堑 ） 银川盆地 构造区划图 断 通贵 银川 构 三关口 永 宁 隆 永宁 起 灵 灵 武 浅 造 0 20km 凹 灵武 带 武 青铜峡 横山堡 坳 吴忠 南部 斜 陷 一级构造单元界线 银参2 陷 坡带 二级构造单元界线 盆地从古近系开始发育 一、伸展构造的表现形式 银川地区84645地震剖面 贺 4 陶 乐 2 号 断 断 层 层 E3 兰 山 东 E 陶乐地区01695地震剖面 陶 乐 1 号 N 2 3 黄河 3 km Q 1 银川地堑 K 陶 乐 3 号 断 层 J2-3 J1y T3 y T1－2 C3t上－P2s ∈－O－C3t下 Pt2 AnPt2 E2 麓 5 断 裂 6 0 银川盆地 10km 西缘逆冲带 银川盆地与鄂尔多斯盆地西缘逆冲构造带 之间的过渡关系 天环坳陷 英国北海地堑系 一、伸展构造的表现形式 双程走时（秒） 1 2 西 东 地堑 边界断层 南维京地堑 Sleipner西 0 Sleipner 盆地 Ling/Utsira 高地 2km 3 4 前Zechstein基底 Zechstein组 蒸发岩 T-J2 （同裂谷沉积） J2-3 （同裂谷沉积） J之后沉积 （后裂谷沉积） 北海北部南维京（Viking）地堑构造剖面 渤海盆地老第三纪的地堑与地垒 一、伸展构造的表现形式 美国盆地山岭省的 成因模式（1） 软流圈 上图：大洋板块近 水平的俯冲导致盆 地山岭省的挤压应 力和地壳加厚； 下图：大洋板片下 沉，软流圈上涌， 热物质的浮力导致 地壳上部的挠曲和 伸展破裂，伴随着 火山作用和近150 km的东西向伸展量。 软流圈 一、伸展构造的表现形式 美国盆地山岭省 的成因模式（2） 上图：美国西部 盆地—山岭省地 表照片，近平行 的山脉与谷地相 间排列 下图：伸展模式， 单面山 一、伸展构造的表现形式 2. 断陷盆地 断陷盆地是在伸展背景下受基底及边缘正断层控制发育的沉积 盆地。 如果断陷盆地一侧断层发育，形成一侧由主干弧形或铲形正 断层控制的不对称盆地，则称为箕状断陷或半地堑盆地。 断 隆起 阶 带 深凹带 斜坡带 箕状断陷 华北油田束鹿 凹陷构造剖面 一、伸展构造的表现形式 断 陷 盆 地 举 例 海拔(m) 0 2．断陷盆地 辽东湾海域绥中36-1油田地质解释横剖面 通古1 营10 河78 坨8 N Q+N Ed+Es1 C+O C+O AnZ 变质 岩 -4 -8 广饶凸起 Es2+3 2+3 Es Es2+3 AnZ变质岩 Es4+Ek C+ C+P O J+K 质岩 变 Z An 东营凹陷 渤海湾盆地济阳坳陷的J-K-E箕状坳陷 陈家庄凸起 一、伸展构造的表现形式 3. 裂谷 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，裂谷可分为大陆裂谷、陆间裂谷和大 洋裂谷，它们构成一个威尔逊旋回。 裂谷在大陆裂解与大洋扩张方面具有重要 意义 一、伸展构造的表现形式 大陆裂谷 大陆裂谷导致 大陆地壳裂解， 在一些情况下 会最终演化成 新的大洋 3．裂谷 大 陆 裂 谷 理 想 的 演 化 模 式 一、伸展构造的表现形式 3．裂谷 东 非 大 裂 谷 一、伸展构造的表现形式 3．裂谷 蛇绿岩的三个组分在洋中 脊裂谷中的形成过程 大洋裂谷 枕状熔岩 席状岩墙 辉长岩 蛇绿岩 组合 洋壳的构造 大洋岩石圈 软流圈 大洋岩石圈模型 洋中脊中央裂谷处新生洋壳的形成模式 一、伸展构造的表现形式 4. 变质核杂岩 变质核杂岩是构造上被低 角度正断层拆离的、呈孤 立的平缓穹形或拱形强烈 变形的变质岩和侵入岩构 成的隆起，往往断续出现 在造山带的核部。 灰岩高原 变质岩区 哈尼峰 美国南达科他州（Dakota） 黑山地区大规模穹隆构造， 核部出露岩浆岩和变质岩 片麻岩 花岗岩 达科他 砂岩岭 一、伸展构造的表现形式 4. 变质核杂岩 变质核杂岩是晚造山阶段的产物，经历过早期 挤压造山和地壳增厚过程，其最重要的特征是 普遍出露一套中地壳（高温—低中压）变质— 变形岩石、部分熔融岩石和花岗岩体。 5km 5km 脆性上拆离盘 半地堑 年 轻 糜棱 正 岩带 断 层 韧性下拆离盘 绿泥石角砾岩 糜棱岩 主拆离断层 岩墙群 岩株式变形花岗岩 拆离断层和变质核杂岩结构示意图 一、伸展构造的表现形式 4. 变质核杂岩 图兹盆地 软流圈上涌导致区域抬升和变质核杂岩出露 大理岩 片岩和片麻岩 混合岩 土耳其中央安纳托利亚薄皮伸展构造和克尔 谢西尔（Kirsehir）变质核杂岩出露机制 A. 碰撞造山带形成 碰撞造山带 变 质 核 杂 岩 形 成 过 程 示 意 图 未变质岩石 岩石圈 岩石圈 岩石圈山根 软流圈 软流圈 B. 去山根作用（拆沉作用） 导致造山带伸展 岩石圈 软流圈 岩石圈 软流圈物质上涌 软流圈 C. 变质核杂岩出露 古老的变质岩 和岩浆岩出露 变质核杂岩 岩石圈 软流圈 岩石圈 软流圈物质上涌 软流圈 一、伸展构造的表现形式 5. 岩墙群 阿尔金拉配泉北侵入于 元古界中的基性岩墙群 二、伸展构造的形成模式 1. 大陆伸展模式 脆性上地壳 纯剪模式 韧性地壳 Moho 岩石圈地幔 软流圈 单剪模式 岩浆 分层滑动 模式 岩浆 一、伸展构造的形成模式 2. 造山期后伸展模式----岩石圈拆沉作用 地壳 造 山 期 后 伸 展 模 式 岩石圈地幔 伸展前增厚的地壳 岩石圈剪切带 非均匀地壳变形和区域尺度流动 均匀的纯剪伸展 不对称非均匀的岩石圈伸展 Moho拆沉作用 一、伸展构造的形成模式 2. 造山期后伸展模式——岩石圈拆沉作用 莫霍面 地壳 地幔 造山带的山根示意图 造山带的根部伸入密度较大的地幔之中获得浮力， 该浮力支撑着地表的造山带。沉入地幔中的部分就 是造山带的山根。 一、伸展构造的形成模式 2. 造山期后伸展模式——岩石圈拆沉作用 山根去除—拆沉作用 ——导致造山带伸展 拆沉作用（delamination) 泛指由于重力的不稳定性 导致岩石圈地幔、大陆下 地壳或大洋地壳沉入下伏 软流圈或地幔的过程 一、伸展构造的形成模式 时间 造山阶段 时 间 2. 造山期后伸展模式----岩石圈拆沉作用 构造环境 实例 活动大陆边缘 亚洲东部大陆边缘 碰撞阶段 （主要碰撞阶段） 喜马拉雅山地区 西藏 碰撞后阶段 （陆内阶段） 东南亚地区 撒哈拉地区 造山后阶段 板内阶段 500Ma后 非 洲 主 体 非造山阶段 造山带演化的时间序列（据Liegeois，1998） 热-应力模拟研究表明，造山带从同碰撞的挤压应力场转换到碰撞后伸展阶段 的时间不应超过60Ma（England等，1989） 三、构造反转 断层的性质在不同的时间段内发生转变的现象就是构 造反转。 早期的张性或张扭性断层后期转变为压性或压扭性断 层称为正反转构造。 早期的挤压系统部分地转变为正断层称为负反转构造 正反转构造 三、构造反转 0 海拔(m) 2000 2 4km Q+N 1000 E 0 K1l -1000 -4000 -5000 0 K1n-K1m 石 K1h-K1s -2000 -3000 海拔(m) 2000 Q+N 1000 J (?) P2 断 口 层 六盘山盆地LP99-123测线地震地质解释剖面 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 海原凹陷 六盘山盆地的正反转构造 峡 T74 C3-O1+2 C1-2 Z T81 T82？ T90 T10 Z448剖面 塔里木盆地中央隆起下部正断层，上部逆断层 思考题 • 伸展构造主要有哪些表现型式？ • 伸展构造的形成机制主要有哪些？ • 伸展构造与挤压构造有哪些主要 的差别？