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晶基底，結晶基底是在更早期變形時固結的。可見地臺具有雙層結構，下層為褶皺基底，上層為沉積蓋層。地臺以升降運動為主，但升降幅度和變化都較小，因而沉積蓋層較薄，厚度和巖相亦較穩定，構造變動、巖漿活動和區域變質作用都較弱。上述特點都說明地臺的活動性比地槽小，地臺是地殼中相對穩定的大地構造單元地盾：克拉通內部有大面積基底巖石出露的地區，它們長期隆起，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

地槽這一術語最初是由美國地質學家丹納(dana，1873)提出來的，他認為地槽是地球表層強烈沉降的部分，堆積了巨厚的沉積物，并強烈的褶皺。百余年來隨著科學的發展對地槽有了新的認識。地槽是巖石圈斷裂拉開的槽谷，它向兩側擴大，深達上地幔，在那里堆積了巨厚的沉積物，并有來自上地幔的巖漿侵入和噴出，夾于沉積巖中。在—定的構造階段，巖石圈斷塊發生相向的水平運動，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

優地槽離地臺較遠的巨大斷裂沉降帶，常與冒地槽相鄰，沉積巖層巨厚，主要為泥巖夾粉砂巖復理石、硅質巖、放射蟲巖、濁集巖、滑坍堆積、并有基性，超基性巖侵入和玄武巖噴出，還有細碧巖，可組成所謂的蛇綠巖套。它是過去的大洋深水盆地和深海溝。例如，我國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地槽。

冒地槽靠近地臺的沉降帶，地臺與優地槽之間的過渡區，其沉積物為碎屑巖、泥巖、石灰巖，一般缺乏火山巖。褶皺和變質均較輕弱，故稱之為冒地槽。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，意思是指極其穩定的、為周緣地槽所環繞的地盾(shield)。Sloss(1988)把克拉通定義為具有厚層大陸地殼的廣大區域，在幾百萬至幾千萬年中其位置保持在海平面附近的幾十米范圍內。美國地質研究所出版的《地質詞典》將克拉通定義為：長期保持穩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在內的比較穩定的大陸地殼。板塊構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)：在克拉通基礎上形成的面積廣泛、形狀不規則、沉降速率相對較慢并以坳陷為主要特征的沉積層序。中國有三個主要的古生代地臺區，即中朝地臺、揚子地臺和塔里木地臺。中朝地臺是早元古代末固結的克拉通，揚子地臺和塔里木地臺則是晚元古代固結的克拉通。第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類型和特征克拉通盆地按其所處的大地構造位置可劃分為兩類：將克拉通盆地分為內克拉通盆地(位于大陸板塊內部)和邊緣克拉通盆地(位于大陸板塊邊緣)。再根據盆地基底性質，將每一類細分為簡單克拉通盆地(位于結晶基底之上)和復合克拉通盆地(位于早期盆地之上)。1、克拉通盆地的類型第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類型和特征

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說不規則，但長寬比一般為1︰1～2︰1這些盆地的面積可大可小如巴黎盆地為11萬km2，而盛產油氣的西西伯利亞盆地約為350萬km2。2、克拉通盆地的特征1）形態特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形態特征

克拉通盆地的平面形態(Leighton1991)第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類型和特征克拉通盆地縱向剖面一般呈碟盤狀，顯示了盆地的不對稱和基底的不平整性。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受下伏的古裂谷控制，呈不規則狀。2、克拉通盆地的特征1）形態特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形態特征

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

克拉通盆地發育在穩定的克拉通地塊之上，一般遠離板塊邊緣，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，特別是位于穩定大陸板塊之上的內克拉通盆地，常以大面積的淺海—濱海沉積(可有一部分海陸交互相)為主。

由于處于構造較穩定的環境，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)克拉通盆地的物質充填樣式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類型和特征

橫向上相變不明顯，表現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)克拉通盆地的物質充填樣式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的類型和特征

沉積物以穩定型的內源沉積和陸源沉積為主。內源沉積物以碳酸鹽巖為主，其分布與沉積環境的水動力條件密切相關。陸源碎屑沉積巖以石英砂巖為主，可見高嶺石粘土巖、石英質礫巖等。石英砂巖的結構成熟度和成分成熟度都較高；在石英砂巖中常可見代表穩定、開闊海環境的海綠石。

2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物質充填樣式

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

對中國三大克拉通盆地(華北、揚子、塔里木盆地)沉積物充填特征的分析發現，在內克拉通盆地中，相對于全球相對海平面的變化，在低水位體系域時以陸源碎屑沉積為主，高水位時則形成廣闊的碳酸鹽臺地。隨盆地基底抬升的影響，淺水碳酸鹽臺地轉化為蒸發臺地。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

克拉通盆地的形成機制仍存在幾方面的問題：①全球構造與盆地的關系；②盆地之下的地殼結構；③盆地形成過程中，較長的延續時間與熱活動的關系；④造山期盆地發育的狀況。所以到目前為止，尚無一種成因模型可以完全清楚解釋克拉通盆地的成因。對克拉通盆地的成因解釋上，目前存在有多種假說。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

一些研究者(Haxby等，1976；Nunn等，1984)認為，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Ziegler(1988)把一些克拉通內裂谷形成模式劃分成兩類：第一類考慮地殼上、下層的機械性能和變形模式。它保證了拉伸模式的主要地位，并假設軟流圈只起被動作用(圖b)。第二類模型(圖c)強調上升的軟流圈和地殼的變薄，認為熱可使巖石圈一軟流圈界面上移。這樣克拉通盆地就會在熱控制的沉降階段中形成的裂陷之上發育。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

1、巖石圈伸展和熱隆起假說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。軟流圈上升同時發生巖石圈的破裂，這種破裂使軟流圈物質上升到殼／慢界面處第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

2、造山運動中構造荷載假說研究成果表明，克拉通盆地內的沉積體受前陸構造的強烈影響，影響范圍可達500～600km范圍內。造山推覆體負荷增加，可使大范圍的巖石圈發生沉降，如伊利諾斯、密歇根盆地的形成與周圍基底的隆起被認為是構造荷載的結果(Leighton，1990)。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

3、相變和熱變質作用

相變和殼下載荷機制由Haxby(1976)等提出。該理論認為，當下地殼密度由低變高時，地殼均衡作用使相對致密的地殼發生沉降。如威利斯頓盆地和密歇根盆地的形成被認為是底辟侵入的軟流圈物質，引起下地殼由輝長巖相轉變為榴輝巖相的結果。

第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

4、均衡補償假說

Defito等(1983)認為多數克拉通盆地之下都存在古裂谷。這些裂谷中大多經歷了長達幾億年的周期性沉降，并與大型擠壓構造作用相吻合。沉降的驅動力來自早期裂谷階段侵位于下地殼的均衡未補償體。當巖石圈物質的有效粘度下降時盆地就沉降，使未補償物質和上覆地殼以較快的速度沉陷到均衡深度。在地熱梯度低或擠壓減弱期間，地殼很堅固，從而使地殼沉降減慢或不發生沉降。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成機制

5、自由熱對流假說

Deming(1982)提出，大陸地殼中自由熱對流可導致熱的災難性釋放。在自由熱對流期間，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。在相對高熱流之后，表面熱流逐漸降低，盆地經歷一個長期緩慢的沉降直到下部的熱傳導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型的全球幕出現，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：是繼緩慢下降后發生的相對于海平面的緩慢上升。在上升幕時，克拉通表面無明顯的構造和地形起伏。上升幕是以一個大型不整合為代表，以侵蝕作用為主，無沉積物保存在克拉通內部，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：是導致克