第七章克拉通盆地

沉積盆地分析主講：杜振川研究生課程沉積盆地分析第七章克拉通盆地→第三篇盆地各論一、基本概念

地臺(tái)是大陸的一部分，其上部覆蓋著水平的或緩傾斜的巖層，(主要是沉積巖)其下伏巖層是埋深不同的結(jié)晶基底，結(jié)晶基底是在更早期變形時(shí)固結(jié)的?？梢?jiàn)地臺(tái)具有雙層結(jié)構(gòu)，下層為褶皺基底，上層為沉積蓋層。地臺(tái)以升降運(yùn)動(dòng)為主，但升降幅度和變化都較小，因而沉積蓋層較薄，厚度和巖相亦較穩(wěn)定，構(gòu)造變動(dòng)、巖漿活動(dòng)和區(qū)域變質(zhì)作用都較弱。上述特點(diǎn)都說(shuō)明地臺(tái)的活動(dòng)性比地槽小，地臺(tái)是地殼中相對(duì)穩(wěn)定的大地構(gòu)造單元地盾：克拉通內(nèi)部有大面積基底巖石出露的地區(qū)，它們長(zhǎng)期隆起，遭受剝蝕，缺少蓋層或僅在局部有沉積。

沉積盆地分析第七章克拉通盆地→第三篇盆地各論一、基本概念

地槽這一術(shù)語(yǔ)最初是由美國(guó)地質(zhì)學(xué)家丹納(dana，1873)提出來(lái)的，他認(rèn)為地槽是地球表層強(qiáng)烈沉降的部分，堆積了巨厚的沉積物，并強(qiáng)烈的褶皺。百余年來(lái)隨著科學(xué)的發(fā)展對(duì)地槽有了新的認(rèn)識(shí)。地槽是巖石圈斷裂拉開(kāi)的槽谷，它向兩側(cè)擴(kuò)大，深達(dá)上地幔，在那里堆積了巨厚的沉積物，并有來(lái)自上地幔的巖漿侵入和噴出，夾于沉積巖中。在—定的構(gòu)造階段，巖石圈斷塊發(fā)生相向的水平運(yùn)動(dòng)，巖層擠壓褶皺隆起，而形成褶皺山脈。第七章克拉通盆地一、基本概念

優(yōu)地槽離地臺(tái)較遠(yuǎn)的巨大斷裂沉降帶，常與冒地槽相鄰，沉積巖層巨厚，主要為泥巖夾粉砂巖復(fù)理石、硅質(zhì)巖、放射蟲(chóng)巖、濁集巖、滑坍堆積、并有基性，超基性巖侵入和玄武巖噴出，還有細(xì)碧巖，可組成所謂的蛇綠巖套。它是過(guò)去的大洋深水盆地和深海溝。例如，我國(guó)的北祁連山加里東地槽，天山海西地槽，西秦嶺印支地槽都是優(yōu)地槽。

冒地槽靠近地臺(tái)的沉降帶，地臺(tái)與優(yōu)地槽之間的過(guò)渡區(qū)，其沉積物為碎屑巖、泥巖、石灰?guī)r，一般缺乏火山巖。褶皺和變質(zhì)均較輕弱，故稱(chēng)之為冒地槽。第七章克拉通盆地一、基本概念“克拉通”(Craton)一詞最先由Shill于1936年提出，意思是指極其穩(wěn)定的、為周緣地槽所環(huán)繞的地盾(shield)。Sloss(1988)把克拉通定義為具有厚層大陸地殼的廣大區(qū)域，在幾百萬(wàn)至幾千萬(wàn)年中其位置保持在海平面附近的幾十米范圍內(nèi)。美國(guó)地質(zhì)研究所出版的《地質(zhì)詞典》將克拉通定義為：長(zhǎng)期保持穩(wěn)定或僅有微弱變形的地殼，即將克拉通限定為包括地盾和地臺(tái)在內(nèi)的比較穩(wěn)定的大陸地殼。板塊構(gòu)造概念中的克拉通主要是指可近似作為剛性塊體的大陸板塊部分，是穩(wěn)定的大陸塊體。

第七章克拉通盆地一、基本概念克拉通盆地(cratonbasin)：在克拉通基礎(chǔ)上形成的面積廣泛、形狀不規(guī)則、沉降速率相對(duì)較慢并以坳陷為主要特征的沉積層序。中國(guó)有三個(gè)主要的古生代地臺(tái)區(qū)，即中朝地臺(tái)、揚(yáng)子地臺(tái)和塔里木地臺(tái)。中朝地臺(tái)是早元古代末固結(jié)的克拉通，揚(yáng)子地臺(tái)和塔里木地臺(tái)則是晚元古代固結(jié)的克拉通。第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征克拉通盆地按其所處的大地構(gòu)造位置可劃分為兩類(lèi)：將克拉通盆地分為內(nèi)克拉通盆地(位于大陸板塊內(nèi)部)和邊緣克拉通盆地(位于大陸板塊邊緣)。再根據(jù)盆地基底性質(zhì)，將每一類(lèi)細(xì)分為簡(jiǎn)單克拉通盆地(位于結(jié)晶基底之上)和復(fù)合克拉通盆地(位于早期盆地之上)。1、克拉通盆地的類(lèi)型第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征

克拉通盆地平面形狀多樣，大致可歸納為7種。它們的平面和剖面輪廓總的來(lái)說(shuō)不規(guī)則，但長(zhǎng)寬比一般為1︰1～2︰1這些盆地的面積可大可小如巴黎盆地為11萬(wàn)km2，而盛產(chǎn)油氣的西西伯利亞盆地約為350萬(wàn)km2。2、克拉通盆地的特征1）形態(tài)特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形態(tài)特征

克拉通盆地的平面形態(tài)(Leighton1991)第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征克拉通盆地縱向剖面一般呈碟盤(pán)狀，顯示了盆地的不對(duì)稱(chēng)和基底的不平整性。如巴拉納、威利斯頓和密歇根盆地的基底較平整，起伏不大；而伊利諾伊、波羅的海和巴黎盆地的基底形態(tài)受下伏的古裂谷控制，呈不規(guī)則狀。2、克拉通盆地的特征1）形態(tài)特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形態(tài)特征

克拉通盆地的剖面形態(tài)及基底特點(diǎn)(Leighton，1991)第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征

克拉通盆地發(fā)育在穩(wěn)定的克拉通地塊之上，一般遠(yuǎn)離板塊邊緣，盆地中的沉積物充填較薄，多為緩慢下沉基底之上的淺水沉積。

克拉通盆地，特別是位于穩(wěn)定大陸板塊之上的內(nèi)克拉通盆地，常以大面積的淺?！獮I海沉積(可有一部分海陸交互相)為主。

由于處于構(gòu)造較穩(wěn)定的環(huán)境，沉積物的形成速度十分緩慢，形成寬而薄的席狀砂體；2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物質(zhì)充填樣式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征

橫向上相變不明顯，表現(xiàn)出沉積中心與盆地沉降中心基本一致的特征。

在盆地沉積的縱剖面上，表現(xiàn)出明顯的韻律旋回；2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物質(zhì)充填樣式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征

沉積物以穩(wěn)定型的內(nèi)源沉積和陸源沉積為主。內(nèi)源沉積物以碳酸鹽巖為主，其分布與沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件密切相關(guān)。陸源碎屑沉積巖以石英砂巖為主，可見(jiàn)高嶺石粘土巖、石英質(zhì)礫巖等。石英砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度都較高；在石英砂巖中?？梢?jiàn)代表穩(wěn)定、開(kāi)闊海環(huán)境的海綠石。

2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物質(zhì)充填樣式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類(lèi)型和特征2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物質(zhì)充填樣式

對(duì)中國(guó)三大克拉通盆地(華北、揚(yáng)子、塔里木盆地)沉積物充填特征的分析發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)克拉通盆地中，相對(duì)于全球相對(duì)海平面的變化，在低水位體系域時(shí)以陸源碎屑沉積為主，高水位時(shí)則形成廣闊的碳酸鹽臺(tái)地。隨盆地基底抬升的影響，淺水碳酸鹽臺(tái)地轉(zhuǎn)化為蒸發(fā)臺(tái)地。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

克拉通盆地的形成機(jī)制仍存在幾方面的問(wèn)題：①全球構(gòu)造與盆地的關(guān)系；②盆地之下的地殼結(jié)構(gòu)；③盆地形成過(guò)程中，較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間與熱活動(dòng)的關(guān)系；④造山期盆地發(fā)育的狀況。所以到目前為止，尚無(wú)一種成因模型可以完全清楚解釋克拉通盆地的成因。對(duì)克拉通盆地的成因解釋上，目前存在有多種假說(shuō)。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

一些研究者(Haxby等，1976；Nunn等，1984)認(rèn)為，克拉通盆地是由局部熱源之上的熱隆起、低密度地殼表層的剝蝕和變薄、冷卻、收縮和最后沉降造成。1、巖石圈伸展和熱隆起假說(shuō)Ziegler(1988)把一些克拉通內(nèi)裂谷形成模式劃分成兩類(lèi)：第一類(lèi)考慮地殼上、下層的機(jī)械性能和變形模式。它保證了拉伸模式的主要地位，并假設(shè)軟流圈只起被動(dòng)作用(圖b)。第二類(lèi)模型(圖c)強(qiáng)調(diào)上升的軟流圈和地殼的變薄，認(rèn)為熱可使巖石圈一軟流圈界面上移。這樣克拉通盆地就會(huì)在熱控制的沉降階段中形成的裂陷之上發(fā)育。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

1、巖石圈伸展和熱隆起假說(shuō)早期裂陷相克拉通盆地的成因(Leighton和Kolata，1991)

(a)北海中部地殼輪廓，克拉通凹陷疊加在裂陷的中生代～古生代剖面上；(b)巖石圈剪切模式，(c)張性破裂模式。軟流圈上升同時(shí)發(fā)生巖石圈的破裂，這種破裂使軟流圈物質(zhì)上升到殼／慢界面處第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

2、造山運(yùn)動(dòng)中構(gòu)造荷載假說(shuō)研究成果表明，克拉通盆地內(nèi)的沉積體受前陸構(gòu)造的強(qiáng)烈影響，影響范圍可達(dá)500～600km范圍內(nèi)。造山推覆體負(fù)荷增加，可使大范圍的巖石圈發(fā)生沉降，如伊利諾斯、密歇根盆地的形成與周?chē)椎穆∑鸨徽J(rèn)為是構(gòu)造荷載的結(jié)果(Leighton，1990)。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

3、相變和熱變質(zhì)作用

相變和殼下載荷機(jī)制由Haxby(1976)等提出。該理論認(rèn)為，當(dāng)下地殼密度由低變高時(shí)，地殼均衡作用使相對(duì)致密的地殼發(fā)生沉降。如威利斯頓盆地和密歇根盆地的形成被認(rèn)為是底辟侵入的軟流圈物質(zhì)，引起下地殼由輝長(zhǎng)巖相轉(zhuǎn)變?yōu)榱褫x巖相的結(jié)果。

第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

4、均衡補(bǔ)償假說(shuō)

Defito等(1983)認(rèn)為多數(shù)克拉通盆地之下都存在古裂谷。這些裂谷中大多經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)幾億年的周期性沉降，并與大型擠壓構(gòu)造作用相吻合。沉降的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自早期裂谷階段侵位于下地殼的均衡未補(bǔ)償體。當(dāng)巖石圈物質(zhì)的有效粘度下降時(shí)盆地就沉降，使未補(bǔ)償物質(zhì)和上覆地殼以較快的速度沉陷到均衡深度。在地?zé)崽荻鹊突驍D壓減弱期間，地殼很堅(jiān)固，從而使地殼沉降減慢或不發(fā)生沉降。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機(jī)制

5、自由熱對(duì)流假說(shuō)

Deming(1982)提出，大陸地殼中自由熱對(duì)流可導(dǎo)致熱的災(zāi)難性釋放。在自由熱對(duì)流期間，表面熱流將比背景值高出幾倍，熱散失非常快，并引起短期快速的沉降。在相對(duì)高熱流之后，表面熱流逐漸降低，盆地經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的沉降直到下部的熱傳導(dǎo)再一次使上地殼溫度梯度變陡為止。第七章克拉通盆地四、克拉通的旋回性和幕

Sloss(1971，1976)指出，大陸克拉通上的顯生宙歷史中有三種類(lèi)型的全球幕出現(xiàn)，即下降幕、上升幕和震蕩一破裂幕存在。

下降幕：在海平面逐漸下降形成廣闊的陸表海，這種下降具有差異性，形成盆地和隆起。

上升幕：是繼緩慢下降后發(fā)生的相對(duì)于海平面的緩慢上升。在上升幕時(shí)，克拉通表面無(wú)明顯的構(gòu)造和地形起伏。上升幕是以一個(gè)大型不整合為代表，以侵蝕作用為主，無(wú)沉積物保存在克拉通內(nèi)部，只是在克拉通邊緣形成成熟砂巖。第七章克拉通盆地四、克拉通的旋回性和幕

震蕩一破裂幕：是導(dǎo)致克