对广阔克拉通区而言,由水 平横向应力导致的弯曲及沉降 是形成克拉通之上陆表海的主 要原因。华北古生代广泛而稳 定的、厚度不大的沉积作用即 无火山活动和低热流的特点均 表明,华北克拉通在古生代时是 一个内部相对均一的稳定板块, 陆表海盆地的形成与裂谷及热 沉降无关。早古生代早期华北 克拉通因大陆解体后的边缘张 应力而导致中升、边沉式变形, 并首先由边缘向中部沉降区域 逐渐扩大形成陆表海盆地。在 中奥陶世时结束边缘张应力,并 转为挤压应力场,从而导致华北 克拉通从中奥陶世开始直到中 石炭世以中凹、边凸式全面抬 升剥蚀为特点,并在石炭纪时表 现为中凹、边凸式以海陆交互 相沉积为特点的表克拉通盆地 (图5)。
图3 内克拉通凹陷盆地及其成因机制 Fig3 Interior Cratonic sagging basin and its genetic mechanism
a．发育于裂谷盆地之上的凹陷盆地，二者空间位置重叠；b．发育于拆离盆地之上的凹陷盆地，二者空间位置不一致
2.2.3 弯曲机制下的表克拉通盆地——陆表海盆地
五 沉积作用特征及成矿作用
• 1沉积作用特征
（1）克拉通内盆地的沉降可延续几亿年,具多阶段的沉降特征。 （2）并非所有克拉通盆地之下均存在先期裂谷,但裂谷作用对某些克拉 通盆地有影响。 （3）克拉通盆地的壳下部分均具有不均一性,其表现为沉积和构造荷载、 裂谷、巨剪切带、板内缝合线等。这一不均一性可通过重力异常和地 形相干性来识别。 （4）克拉通盆地的许多层序的沉积受全球构造作用的控制。 （5）克拉通盆地主要发生在两个时期,并都与联合大陆的裂解有关：一 为晚元古代--早寒武世,这是北美克拉通盆地发生期；另一个时期是早 中生代,非洲大陆、澳大利亚的许多克拉通盆地均属此期。 （6）板内应力、地壳不均一性及沉积荷载的模式可对克拉通盆地的演化 进行合理解释。 （7）自由热对流模型可解释沉降的多阶段性,但在地壳中发生规模应进 一步研究。
克拉通沉积盆地分析及实例介绍
学 生： 安 猛 邓丽君 指导老师： 周洪瑞
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一 克拉通的来源 二 克拉通盆地的概念及类型 三 盆地的构造演化 四 盆地成因机制分析 五 沉积作用特征成矿作用 六 研究实例
1．克拉通的来源
早先时候，人们把克拉通区看作是地壳上长 期稳定的构造单元 ，即地壳中长期不受造山运动 影响，只受造陆运动发生变形的相对稳定部分。 克拉通一词源于希腊语Kratos ，意为强度。1921 年柯柏称之为“kratogen”，1936年施蒂勒改称 “kraton”，当时克拉通还被划分为高克拉通和低 克拉通，分别对应于大陆和大洋盆地，但是后来 证实大洋是活动的年轻地壳，所以现在克拉通一 词仅用于大陆地区，是地盾和地台的统称。
因此，受其构造特征和沉积特征决定的, 狭义简单克拉通盆 地生油条件广而分散, 基底稳定因而不太容易形成大的构造圈 闭。 陆壳内部克拉通盆地不发育断裂活动,也没有火山喷发和岩 浆活动, 因而形成了稳定型的内源沉积和陆源沉积以及与板块 边缘无关的沉积矿产.
六 实例分析 ——塔里木盆地 中低凸起古构造演化
图2 泛大陆地壳部分熔融和在拉张作用 下非造山花岗岩侵人地壳的同时克拉通盆地 的演化和形成的等时性
在克拉通盆地的形成过程中盆地下部岩石圈的物理性质也具有 非常重要的作用, 如图3a所示如果岩石圈的性质为弹性, 则表现为沉 积盆地范围逐渐扩大, 盆地沉降不深, 地层呈现逐层超覆现象, 如图 3b。如果岩石圈的性质为粘弹性, 则表现为盆地沉积范围逐渐缩小 但沉降深度加深图。沉积物逐层呈退覆一现象最后只分布在盆地中 心。
虽然岩石圈板块的刚性是板块 构造理论的前提之一,但在足够的应 力及变形时间尺度内(>50Ma),刚性 板块也会发生弯曲变形,且在长期保 持弹性变形后会转变为塑性变形。 导致板块挠曲变形的动力有两种:一 是沉积物负载引起的重力均衡补偿; 二是来自板块碰撞边界水平横向挤 压力的远程传递。但在沉积作用发 生之前的初始沉降则只能是构造作 用力所致。沉积负荷可加速构造起 因的沉降,但其本身不足以用来解释 巨厚沉积层序的形成。通过模拟古 代和现代板块内应力场状态证实,水 平横向挤压力可导致板块的波状弯 曲(图4)。地球现在的应力状态及整 个地质证据说明,主压应力可以通过 大陆和大洋岩石圈远距离(1300km) 传递。北美大陆的研究表明,大陆边 缘张应力也能影响到克拉通内部。 因此,在有明显边界作用力时,整个 克拉通区处于应力状态之中。
图5 古生代时华北板块弯曲机制及陆表海成因示 意图 Fig5 A skeleton map showing flexuring mechanism of North China plate and origin of epeiric sea，during Paleozoic a．（-O2期间，基底因张应力而呈背形，并从边 缘向中心发育浅水陆表海沉积；b．O2-C2期 间，基底因压应力而呈向形，并形成不整合 面
2克拉通盆地的成矿作用
简单克拉通盆地即是指稳定的克拉通盆地, 位于大陆板块内部, 包 括陆表海和狭义的简单克拉通盆地。其性质主要表现在稳定大陆板块 区内以均匀、缓慢、地势平坦、长期稳定、地形坡度很小的陆表海积 为主, 在陆表海沉积的基础上盆地深度加大, 从而形成了具有一定形 状的狭义简单克拉通盆地。 陆表海内源碳酸盐岩的沉积特征具有低能一高能一低能的基本格 局从而形成了特征岩石类型和结构构造以及生油层、储油层、盖层的 空间配置关系。 狭义简单克拉通盆地可理解为在陆表海的基础上发展起来的、比 陆表海深、沉积特征与陆表海相似的沉积盆地。其地质特征如下： （1）为近圆形、椭圆形、浅碟状盆地。陆表海一般无固定形状（2） 沉积厚度比陆表海沉积大。（3）虽然可以有一定的相变, 总体上处 于浅海相相带变化不明显, 呈渐变过渡从盆地边缘向盆地中心厚度加 大不明显。(4)现代研究资料盆地下部地慢隆起不明显, 现代地温和 古地温均不高。(4）整个石油地质特征和陆表海相似, 但沉积厚度比 陆表海大。（5）简单克拉通盆地的深度比陆表海大基本上由岩石圈 的物理性质及沉积负荷作用。 。
2．克拉通盆地的概念及类型
2.1 概念 Dickinson等曾把克拉通盆地定义为发 育于夭折裂谷上的长期沉降地带。Bally等 则把克拉通盆地局限于前中生代刚性大陆 岩石圈之上,且与巨型缝合带的形成无关。 而另一些学者认为内克拉通盆地是指克拉 通区所有长期缓慢的宽广沉积区。现在人 们所倾向的概念为:克拉通盆地泛指克拉通 地区所有接受沉积的沉降区域。
图3 岩石圈性质对盆地中沉积样式的影响 据（A.A.Philipa和R.A.Jhon,1990) a弹性岩石圈, 沉积样式呈超覆式 b-地的形成一方面与 泛大陆解体有关, 第二期沉降受到远距离 应力场的影响；另一方面与岩石圈的物理 性质有关而气侯的影响和沉积负荷作用也 是不可忽略的影响因素。
三 克拉通盆地的演化
1构造演化与构造旋回
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。 克拉通盆地常下伏裂谷作用火 山作用, 如天山洋裂解, 随后为塔 里木盆地沉降; 秦岭洋裂解, 随之 为鄂尔多斯盆地与四川盆地沉降。 因此克拉通旋回与威尔逊大洋旋 回有关, 因为盆地演化主要遵循大 陆裂解与聚合旋回, 从离散到聚合 发育各类原型盆地: ( 1 )离散期主 要发育裂谷盆地; ( 2)漂移期则出 现克拉通盆地; ( 3 )聚合期则以前 陆盆地为主, 也出现走滑盆地和裂 谷盆地。
图4 在0.1GPa水平轴向压力下，22km厚的均一性 岩石圈变形模拟 Fig4 A deformation model of a uniform elastic thickness(22km) in a stress field of 0.1GPa of horizontal axial compression
2.2 类型 对克拉通盆地而言,其 主要动力机制有:①大陆岩 石圈机械伸展减薄;②发育 热扰动大陆岩石圈的热冷 却收缩;③大陆岩石圈板块 因重力负载及水平横向挤 压而弯曲。与此相应克拉 通盆地可分为:大陆岩石圈 机械伸展盆地、岩石圈减 薄基础上因热扰动后的岩 石圈冷却收缩形成的热凹 陷盆地和由板块弯曲机制 形成的表克拉通盆地(图1)。
四 克拉通盆地的成因机制
• Geroge D.Clein的研究表明, 当沉降开始的时候, 古生代和中生代的克拉通盆地具有较窄的时间间 隔除此之外沉积物的堆积历史、沉积物充填体积 的变化以及区域性的角度不整合具有同时代性 （图2)。因此他们认为显生宙克拉通盆地的形成 与晚前寒武纪和晚古生代的泛大陆解体有关。泛 大陆的解体发生于580～500Ma 。其基本原理如 下：泛大陆作为一个热的透镜体引起下部地壳和 上部地幔的部分熔融, 伴随着非造山花岗岩的侵入, 侵入的花岗岩使大陆岩石圈削弱, 因此提供了一个 区域性的拉张带导致克拉通盆地的形成。
1 塔中低凸起的构造演化 2 塔中构造成因分析
1塔中低凸起的构造演化
塔里木盆地是青藏高原周边最大、最为稳定的 克拉通陆块。从古生代早二叠世(约300Ma) 开始, 古特提斯海大洋岩石圈向欧亚大陆俯冲,尤其是从 中生代末期(约65Ma) 开始,印度大陆与欧亚大陆 发生碰撞汇聚。伴随着大陆的碰撞,塔里木克拉通 周边强烈造山隆升形成了现今的昆仑山及天山,但 塔里木克拉通地壳未发生强烈变形,这说明了塔里 木克拉通岩石圈具有很强的刚性。
图1 克拉通盆地据动力学成因机制分类 Fig 1 Classification of Cratonic basins based on geodynamic mechanism
2.2.1 内克拉通伸展盆地—裂谷盆地及拆离盆地 直接由岩石圈机械伸展可以形成一系列与正断层发育 相关的盆地。岩石圈伸展可能是主动的, 也可能是被动的, 因而与之对应所产生的裂谷盆地分别称为主动裂谷或被动 裂谷。在主动裂谷中, 岩石圈减薄由热幔柱上拱形成。在 被动裂谷中, 大陆地壳自身的张应力使岩石圈强度减弱, 并 导致软流圈被动上拱。 基于被动裂谷概念的岩石圈伸展理论模型至少已有5 种: ①均匀纯剪切拉伸模型; ②非均匀纯剪切拉伸模型; ③ 简单剪切模型; ④上单剪切、下纯剪切拉伸模型; ⑤单剪切、 纯剪切及挠曲的综合模型。纯剪切模式及单剪切模式 (图2) 是深入研究地壳复杂变形的基本出发点。Friedmann等基 于这两个端元机制,提出了岩石圈伸展减薄机制下的盆地 端元类型。即纯剪切机制下的裂谷盆地和单剪切机制下的 拆离盆地。