2014《沉积盆地成因学》复习资料

《沉积盆地成因学》复习资料一、岩石与岩石圈变形1、区分体力(bodyforce)、面力(surfaceforce)和应力(stress)体力(bodyforce)在固体内处处存在，与其体积或质量呈正比，又称质量力。地球引力引起的重力和地球自转引起的惯性力是岩石圈中岩石受到的两种最重要的体力。面力(surfaceforce)作用于物体的外表面，又称接触力。面力的大小与受力表面积和表面的方向相关。水平表面上受到的垂直面力随深度呈线性增加。应力(stress)是在体力或面力作用下引起的，是作用在物体内或表面单位面积上的力。垂直表面的为止应力(。)，平行表面的为剪应力(T)。2、什么是静岩压力？地质学中常用静岩压力来描述地下深处岩石纯粹由于上覆岩层重量引起的应力状态，它造成对底面A的垂直压应力为：o1=pgh。3、目前有几种地壳均衡模型？Platt模型与Airy模型差别是什么？20世纪初，J.F.海福德、海伊斯卡宁(W.A.Heiskanen)和韦宁•迈内兹(「.A.VeningMeinesz)等人进一步完善了普拉特和艾里的假想，形成3种地壳均衡学说：普拉特-海福德模型、艾里一海伊斯卡宁模型和韦宁•迈内兹模型。艾里模型和韦宁•迈内兹模型区域性补偿二ho•R/（.机-里一海伊斯卡宁模型和韦宁•迈内兹模型。艾里模型和韦宁•迈内兹模型区域性补偿二ho•R/（.机-@）FLEXURE（regional}FUmraJbut*局部性补偿Platt模型(1854)假设地壳的密度随地形高度的增加而减少，山脉是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的。Airy模型(1855)认为地壳物质就象浮在水中的木块，号］出水面越多，陷入水中越深。4、影响岩石变形的因素有哪些？各自会对岩石变形发生怎样的影响？这些因素在岩石圈变形中会发生作用吗？影响岩石变形的因素外界因素：围压：围压增大，岩石的强度极限增大，韧性增大温度：温度增大，岩石的屈服极限减小，韧性增大；T-P联合作用！时间：应变速率降低一屈服极限降低，岩石韧性增大；在应力小于屈服极限时，岩石也会缓慢的永久性变形，称为蠕变。内部因素:各向异性：各种面理会成为先存薄弱面，岩石的极限强度会随主应力轴与各向异性构造的方位变化而变化。孔隙流体：当存在异常孔隙压力时，会降低岩石强度极限，易于发生脆性破坏。粘性与能干性性:粘度低、非能干的岩石比粘度高、能干性强的岩石更容易发生塑性流变。有三个参数决定了岩石发生脆性变形或韧性变形：压力、温度和应变速率。5、区分Byerlee定律和内维尔-库仑破裂准则。脆性破裂的发生取决于正应力N何时超过岩石内潜在摩擦阻力F，二者的比值等于摩擦系数(f)，或内摩擦角的正切(tan巾)：F/N=f=tan/。Byerlee(1978)通过一系列实验后发现，在应力很低时，摩擦系数会因材料而不同，在应力为5-100MPa时，摩擦系数与材料间对比关系变差，而当正应力超过200MPa后，摩擦系数不再材料相关，有：F=aN+b这就是著名的Byerlee定律。在压力＞2kbar(200MPa)时，系数a和b分别为0.6和0.5kbar。Byerlee定律的形式与内维尔-库仑破裂准则(Nevier-Coulombfailurecriterion)相同：tc=atan/+C式中tc为破裂的临界剪切应力，a为止应力，/为内摩擦角，C为止应力等于零时岩石的强度，称粘度。6、什么是地温梯度？怎样确定一个地区的地幔热流？地温梯度:温度随深度的变化。地幔热流的获取：一种办法是根据实测大地热流值和已知的岩石生热率，由热流(Q)及岩层放射性生热率(A)之间的线性关系Q=Qm+DA回归计算得到。另一种办法是建立研究区分层地壳模型，逐层计算放射性元素衰变产生的热量Qi，然后累加得到地壳热流值(Qc=Qi)，再由Qm=Q-Qc得到地幔热流值。二、形成沉积盆地的主要物理过程1、Ingersoll&Busby(1995)归纳的7种盆地沉降机制是什么？伸展作用、剥蚀或岩浆房萎缩导致的地壳减薄；下地壳和上地幔的冷却；地壳和岩石圈的沉积和火山物质负载；地壳和岩石圈的构造负载；岩石圈板底垫托作用导致的壳下负载；因岩石圈下潜而导致软流圈动力流动；高压相变导致的地壳密度增大。2、岩石圈拉张会形成哪些类型的沉积盆地？它们的演化过程有什么异同点？岩石圈拉张形成盆地的典型特征：裂谷裂谷盆地的典型特征：地壳减薄，地幔隆起；高热流(90-110mWm-2);火山活动；地貌高地重力负异常；正断层土走滑断层岩石圈拉张形成盆地的典型特征：坳拉槽岩石圈拉张形成盆地的典型特征：被动大陆边缘被动大陆边缘盆地的典型特征：覆盖在裂谷盆地上，二者往往为不整合接触拉张规模大，一般50-150km，可达400-500km生长断层发育，具重力垮塌现象正常热流土火山活动沉积物可多(nourishedmargin)可少(starvedmargin)裂谷盆地和被动大陆边缘的发育过程有两个共同点：一是地壳发育脆性断裂与拉张，造成张性断裂带和断裂控制的沉降，二是岩石圈韧性拉张后的热松弛，导致区域性的裂后沉降。3、什么是拉张因子？它受什么因素控制？怎样估算拉张因子？P为拉张因子，是拉张前地壳或岩石圈的厚度(yo)与拉张后地壳或岩石圈的厚度(yt)之比：8=yo/yt控制因素:对盆地沉降历史的分析可以估算地壳的拉张因子和拉张速率。White(1994)和Newman&White(1999)考察了2195组裂谷盆地数据后提出，拉张因子与最大应变速率有关。Newman&White(1999)通过数值模拟计算指出，初始应变速率是重要的控制因素。初始拉张速率很大时，岩石圈会完全裂开，应变速率开始时会因岩石圈变薄而增大，然后会因岩石圈冷却而减小。初始拉张速率小时，岩石圈冷却为主控因素，使拉张速率逐渐减小。应变速率高时，裂谷过程在热损失之前就完成了，而且应变速率会随时间而增加，因为同样的驱动力施加在不断减薄的岩石圈上。应变速率低时，裂谷初期，由于岩石圈的减薄效应，应变速率会增大，但随后由于岩石圈地幔的冷却越来越显著，应变速率会越来越小，直至停止(小于10-17s-1)。初始应变速率的大小还决定了拉张停止时间的早晚(拉张持续时间的长短)，初始应变速率大，拉张持续的时间就短，初始应变速率小，拉张持续的时间就长。拉张因子的估算方法FittingofthermalsubuderKed«Utomodelthermalsubsidencecurves拉张因子的估算方法FittingofthermalsubuderKed«UtomodelthermalsubsidencecurvesgivestheamountoflithosphericstretchingTimosince*ndofrifting(Myr)Inversionofstrainul®historyfromsubsidencedataintegratescrustalandsubcrustalstretchingTime(Myr)lime(Myr)，如~'Crustalthkknesichangesfromseismicexperimentgivetheamountofcrustalstretching4、岩石圈挠曲会形成哪些类型的沉积盆地？岩石圈挠曲是具有限强度的岩石圈在受到外部力时发生的长波长弯曲，会造成沉降或隆起。挠曲盆地主要有两类，一是海沟（大洋岩石圈挠曲），一是前陆盆地（大陆岩石圈挠曲）海沟的典型特征：大洋岩石圈挠曲程度大，高度弯曲，剖面不对称，向陆一侧陡，向洋一侧缓。海沟的水深为2-4km，波长为50-100km。海沟多为饥饿盆地，少数被充填，取决于是邻近适当的物源。在海沟内及加积楔上，自由空气重力异常是负的。两侧为正异常。前陆盆地的典型特征：长轴平行于构造带走向分布，横剖面具不对称结构，靠近造山带或岩浆弧一侧深度大。前陆盆地是同造山的形成的，靠近强烈剥蚀的物源区，充填了巨厚的同造山沉积物。盆地具负的布格重力异常。大陆岩石圈挠曲地区的热流基本是正常的。5、岩石圈挠曲盆地的构造要素是什么？怎样用薄板挠曲模型去解释挠曲盆地形成过程中的应力平衡状态？挠曲盆地构造要素包括负荷、盆地和前隆6、地幔对流会对地表地势的升降发生影响吗？长波长的大地水准面与地幔中物质的密度有怎样的对应关系？地幔动力过程会引起动力响应地势。由地幔对流造成的地壳表面垂向位移的高差被称为动力响应地势（Richard&Hager,1984）。动力响应地势不同于地球表层密度差引起的重力均衡地势。长波长的水准面高区反映了上地幔中的高密度体（俯冲板块）和下地幔中的低密度体（超级大地幔柱）三、沉积盆地的充填1、陆源碎屑物从产生到沉积，中间经历了哪些作用过程？从“源”到“汇”的过程可分为三段，侵蚀段、搬运段和沉积段沉积岩的形成：物源与作用过程2、剥蚀作用会造成地表高度的升高吗?STATKEFRCTOFEtOSION设山高为h,地STATKEFRCTOFEtOSION设山高为h,地壳厚度为IL，如果剥蚀掉D,在重力均衡作用下，剥蚀面以下的岩石会抬升■剥蚀面的高度与剥蚀前的地表高度会有一高度差（All）。地壳抬升了，地表降低了！「Market■hiwiion•'«}MOUNTAINSANDVALLEY)如果地表山、谷交错，虽然其平均高度没变，但山峰的最高点会比剥蚀前还要高。剥蚀造成了高山！3、滑坡产生的条件是什么？当重力超过阻力时或临界摩擦系数等于休止角的，当坡度大于休止角时，或当摩擦系数减小时，就会发生滑坡。4、层流和紊流的区别是什么？用什么参数可以区分此二者？层流（a）是一种缓慢流动的流体，质点流动的轨迹相互平行、有条不紊，彼此不掺混紊流（b）是一种充满了漩涡的急湍流动的流体，质点流动的轨迹极不规则，流速和流动方向也随时改变，彼此掺混Reynolds根据在实验室的观测、计算，得到了区分层流和紊流的参数，Re（雷诺数）：DpuD惯性力Re==门粘滞力式中u为流体的流速，d为碎屑物颗粒直径,p为流体的密度，门为流体的粘度。当雷诺数大于2000时，流体发生紊流，惯性力占主导，流动阻力是速度平方的函数；当雷诺数小于2000时，流体发生层流，粘滞力占主导，流动阻力是速度的线性函数。5、使静止颗粒开始移动的临界流速与什么参数有关？写出在紊流条件下该临界流速的近似表达式。7:临界剪切应力Z7:临界剪切应力Z*——_:1流体密度=、C^^匕gDpf分别是颗粒沉积物pf,Cs为无量纲数,ps和和流体的密度，g是重力加速度，D是颗粒直径。pf分别是颗粒沉积物u*紊流条件下该临界流速的近似表达式：6、什么是尤尔斯特隆（Hjulstrom）曲线？Hjulstrom做了一系列实验，揭示了要移动沉积物的临界流速与颗粒直径的关系，被后人称为尤尔斯特隆曲线。7、自然界的流体可分为牵引流和沉积物重力流两类。碎屑沉积物在牵引流中的两种搬运形式是什么？推移搬运（或滚动搬运），较粗的碎屑物多沿流水的底部移动，滚动或跳跃式前进悬浮搬运（或悬移搬运），较细的碎屑物常呈悬浮状态随水流前进8、佛罗德数（Fr）的物理意义是什么？在沉积学中有什么应用意义？如果是在明渠中流动，水深为D时，则佛罗德数可定义为：。惯性力uFr=—=重力：gD，工，工gD，u是水的平均速度，g是重力加速度。佛罗德数是惯性力与重力相对贡献之比。沉积学意义：可以看出，如果重力波的波长可以和水深相比拟时，即当重力波长等于水深时，此时的重力波速度等于gD，此时Fr=1。这样就提出了佛罗德数的一个重要含义，如果

Fr>1时，则由于向下游的流速大于向上游传播的速度，就不可能有向上游传播的波，因此当Fr>1时，流水的性质为急流或为超临界流动（临界上的流动），其特点是水浅急流的动态，又称为高流态；当Fr<1时所出现的则是缓流或临界下的流动，它代表的是一种水深流缓的动态，又称为低流态。因此，Fr普遍适用于碎屑物质以床沙载荷方式搬运和沉积作用的解释中，尤其是对沉积构造形成的水动力条件分析中.9、怎样理解瓦尔索（Walther）相律？在沉积体系分析中怎样应用瓦尔索相律？J.Walther相律（1894）：只有侧向相邻的相才能垂向叠置。10、写出谢才（Chezy坚程，并解释其物理意义。Chezy方程：uC（ds，式中u为流速，C为Chezy系数，d为明渠水深，s为渠道底部的坡度。谢才方程非常简洁，指明了水流流速、水深、水道坡度三者的关系。该方程可用来解释曲流河的成因。当发洪水时，河道中水的流量突增，流速必然增大。为适应流速的变大，只有增加水深或增加河道坡度。在地势平坦地区，河道坡度是无法一夜之间突增，结果只有使水深增加，这必然引起河水决堤、越岸！一旦河道弯曲，河水中离心力作用下，会对凹岸造成侧向侵蚀，加大河道的弯曲程度。11、湖水循环在一年四季中有什么变化？变化的原因是什么？12、控制三角洲几何形态的主要作用过程有哪些？各会对三角洲几何形态造成怎样的影响？C・・，・・・・・■r

*»<中*枚5蝶外Hit、it瓶WUI.IE12、控制三角洲几何形态的主要作用过程有哪些？各会对三角洲几何形态造成怎样的影响？*»<中*枚5蝶外Hit、it瓶WUI.IE撞B5呵香中河口醐J做出(■分吞有慎州Hit免.尖何：岬*(!田利叫拉初*&景斯呼三・利.TrPCS■置]#*;E««at.Hl的治厚31尊.厦外*H»KoWIE:**的**植：>#海临欧，平行于牌整推利■具*tt年村曲it-KH：■愚!》朱河三第裸，•Ml*#：fiflftnc占*为|£n.nj«CV.XHR4.*蔚桁中即携蠢*、M#_M的HN淳,4W的女术苦垃.对世：村■#♦](于址株分布卜偶皿与■"■fl：■•河，加.H.H*丑*丹.E间*!!&•*可工土凯.**-诅洋•河，沸尊瓦底江*|漏业耳三需洲.13、什么是方解石补偿深度(CCD)?大约有多深？碳酸盐补偿深度是指海洋中碳酸钙(生物钙质壳的主要组分)输入海底的补给速率与溶解速率相等的深度面，也称碳酸钙补偿深度。它是海洋中的一个重要物理化学界面。海水表层碳酸钙是饱和的。随着水深增大，由于温度降低,CO2含量增加，碳酸钙溶解度增大，至某一临界深度，溶解量与补给量相抵平衡，这一临界深度就是碳酸钙补偿深度(carbonatecompensationdepth(CCD)补偿面的深度和形状因受海区碳酸盐补给量和溶解速率、地形、再沉积作用等的影响而变化。在全球范围内，碳酸盐补偿面的深度变化幅度在2000米左右。14、控制基准面变化的主要因素是什么？在大陆上，基准面的形状受到河流系统纵向剖面平衡状态的控制。三大控制因素：水头的高度(可因构造抬升或侵蚀作用而升降)河口的高度(可因海平面升降而变化)；沉积物供应量15、区分全球海平面(eustaticsealevel)、相对海平面(relativesealevel)、水深(waterdepth)和可容空间(accommodation)等几个基本概念。全球海平面变化(Eustasy)，是海平面与某一固定基准(如地心)的距离。相对海平面(relativesealevel)是海平面相对于一个移动的基准的距离，如与盆地基底的距离，或与沉积层中某一标志层的距离。相对海平面受构造升降、压实作用和全球海平面变化的影响。水深(waterdepth)是海面与海底沉积物表面的垂直距离。水深除受相对海平面变化影响外，还受沉积物输入盆地的影响。可容空间(accommodation):沉积物堆积的可用空间。16、理清构造沉降速率、沉积物输入速率和可容空间三者相互作用对地层发育特征(加积、进积、退积)的影响。

I沉积物输入与可容空间(相对海平面升降、水深)的变化造成了地层中不同的沉积序列It—A.nA-—tlI.TAsI沉积物输入与可容空间(相对海平面升降、水深)的变化造成了地层中不同的沉积序列It—A.nA-—tlI.TAs四、沉积盆地演化1、陆内裂谷盆地、陆间裂谷盆地和被动大陆边缘盆地都经历了三个演化阶段，各是什么？它们的沉积体系有什么异同点？陆内裂谷盆地陆内裂谷盆地是在地壳较薄的软弱带形成的，一般经历了三个阶段：热隆起阶段：岩石圈受地幔上升流影响产生隆起，在隆起顶部形成对称或不对称的张性正断层组合，形成地堑或半地堑。此时可发育火山岩组合。断陷阶段：随地壳拉张变薄，地堑或半地堑进一步发育，裂谷轴部剧烈沉降，发育冲积扇+纵向河流+湖泊沉积体系，盆地中沉积速率可达1—3m/ka(碎屑岩)或10-35m/ka(盐类沉积)坳陷阶段：地壳变薄和火山喷发使上升地幔变冷，发生壳下冷却下沉，断裂作用减弱，岩石圈整体坳陷，盆地边界不再受地堑边界断层控制，盆地范围向地堑外扩展。陆间裂谷盆地如果大陆在拉张作用下完全开裂，地幔物质上涌，会形成新生洋壳，在新生洋壳和过渡型地壳基础上会发育陆间裂谷盆地。盆地中会发育火山熔岩，并发育冲积扇+纵向河流+湖泊沉积体系。红海是典型的陆间裂谷盆地，经历了拱起阶段、裂谷阶段和扩张阶段。被动大陆边缘盆地被动大陆边缘盆地以大西洋型大陆边缘盆地为代表，是板块拉张的最终结果。发育冲积扇+河流一三角洲+滑塌堆积一蒸发岩一深海沉积体系。沉降速率由20m/ka到2-4m/ka不等。2、会聚板块边缘盆地有哪些类型？它们的沉积物有什么共同特征？会聚板块边缘是指大洋板块与大陆板块碰撞的边缘，太平洋板块周缘是其代表。海沟的沉积以火山灰和远洋沉积为主，也可有陆源碎屑物。俯冲增生楔和弧前盆地位于弧前，主要沉积半远洋粉砂和泥质，浊流沉积也很重要。二者的区别是前者已经变形，后者正在沉积中。弧内盆地和弧间盆地主要接受火山碎屑物，火山灰和火山碎屑流常见。弧后边缘盆地分布在岛弧和大陆板块之间的弧后地区。其中堆积了大量陆源碎屑沉积物，多由浊积岩组成。3、试着归纳出多岛海(archipelago)的演化特征。多岛海形成的第一阶段以地中海东部的克里特弧为代表，洋壳初期消减多岛海形成的第二阶段以印度尼西亚巽他一班达弧后的多岛海为代表，几十个弧后盆地数百个岛屿，弧后海底扩张多岛海演化的更高级阶段以岛弧、小陆块碰撞为特征，弧后盆地衰萎，被围限在大陆内部4、前陆盆地有哪些典型特征？基底为陆壳盆地长轴平行造山带分布盆地充填体为楔状，近山侧厚，冲断构造明显，远山侧薄，无冲断构造陆源碎屑物发育，缺乏碳酸盐岩沉积沉积体系为（深海沉积+）浅海沉积+扇三角洲沉积层序为海退序列5、走滑盆地有哪些典型特征？与走滑断裂伴生，具同构造性质盆地纵横剖面都高度不对称沉降速率极大，但沉降历史极短构造样式复杂多变6、叠合盆地发育过程的最主要特征是什么？叠合盆地中往往发育多个不整合面，哪一种不整合面能代表关键构造变革期？（1）把这类经历了多期构造变革、由多个单型盆地经多方位叠加复合而形成的、具有复杂结构的盆地统称为叠合盆地.特征：“多期成盆改造、多套烃源岩、多次生排烃、多期运聚散”（2）盆地的叠合界面常是区域性不整合面，代表着大区域范围内不同体制间的转换。该界面所代表的地质时期往往发生盆-山格局的变化，其前后的盆地结构类型、深部动力学过程、热体制和盆地边界截然不同。这一区域性不整合面所代表的地质时期称为关键构造变革期。7、我国前中生代华北地区沉积盆地演化经历了怎样的演化过程？古元古代（1.9Ga）碰撞，形成华北克拉通，成为哥伦比亚古大陆的一部分中元古代（1.6Ga）哥伦比亚古大陆裂解，华北形成坳拉槽早古生代克拉通盆地晚古生代克拉通盆地8、我国前中生代华南地区沉积盆地演化经历了怎样的演化过程？晚元古代（0.8Ga）罗迪尼亚超大陆裂解，华南发育裂谷盆地早古生代被动大陆边缘盆地晚古生代多岛海闭合陆内造山盆地五、沉积盆地分析1、进行盆地物源分析的主要方法有哪些？可以提供哪些有关盆地成因的信息？的颗粒大小，因为岩石含有的颗粒越细，就能够产生越多的砂级大小的岩屑。QpLvLs图：只使用了部分颗粒类型，揭示了砂岩骨架的多晶组分特征。QmPK图:只使用了部分颗粒类型，揭示了砂岩骨架的单晶组分特征。碎屑岩重矿物分析（2）砂岩全岩地球化学成分分析①主元素和微量元素在统计时，CaO的成分要扣除掉。一Bhatia