第七章克拉通盆地

沉积盆地分析主讲：杜振川研究生课程沉积盆地分析第七章克拉通盆地→第三篇盆地各论一、基本概念

地台是大陆的一部分，其上部覆盖着水平的或缓倾斜的岩层，(主要是沉积岩)其下伏岩层是埋深不同的结晶基底，结晶基底是在更早期变形时固结的。可见地台具有双层结构，下层为褶皱基底，上层为沉积盖层。地台以升降运动为主，但升降幅度和变化都较小，因而沉积盖层较薄，厚度和岩相亦较稳定，构造变动、岩浆活动和区域变质作用都较弱。上述特点都说明地台的活动性比地槽小，地台是地壳中相对稳定的大地构造单元地盾：克拉通内部有大面积基底岩石出露的地区，它们长期隆起，遭受剥蚀，缺少盖层或仅在局部有沉积。

沉积盆地分析第七章克拉通盆地→第三篇盆地各论一、基本概念

地槽这一术语最初是由美国地质学家丹纳(dana，1873)提出来的，他认为地槽是地球表层强烈沉降的部分，堆积了巨厚的沉积物，并强烈的褶皱。百余年来随着科学的发展对地槽有了新的认识。地槽是岩石圈断裂拉开的槽谷，它向两侧扩大，深达上地幔，在那里堆积了巨厚的沉积物，并有来自上地幔的岩浆侵入和喷出，夹于沉积岩中。在—定的构造阶段，岩石圈断块发生相向的水平运动，岩层挤压褶皱隆起，而形成褶皱山脉。第七章克拉通盆地一、基本概念

优地槽离地台较远的巨大断裂沉降带，常与冒地槽相邻，沉积岩层巨厚，主要为泥岩夹粉砂岩复理石、硅质岩、放射虫岩、浊集岩、滑坍堆积、并有基性，超基性岩侵入和玄武岩喷出，还有细碧岩，可组成所谓的蛇绿岩套。它是过去的大洋深水盆地和深海沟。例如，我国的北祁连山加里东地槽，天山海西地槽，西秦岭印支地槽都是优地槽。

冒地槽靠近地台的沉降带，地台与优地槽之间的过渡区，其沉积物为碎屑岩、泥岩、石灰岩，一般缺乏火山岩。褶皱和变质均较轻弱，故称之为冒地槽。第七章克拉通盆地一、基本概念“克拉通”(Craton)一词最先由Shill于1936年提出，意思是指极其稳定的、为周缘地槽所环绕的地盾(shield)。Sloss(1988)把克拉通定义为具有厚层大陆地壳的广大区域，在几百万至几千万年中其位置保持在海平面附近的几十米范围内。美国地质研究所出版的《地质词典》将克拉通定义为：长期保持稳定或仅有微弱变形的地壳，即将克拉通限定为包括地盾和地台在内的比较稳定的大陆地壳。板块构造概念中的克拉通主要是指可近似作为刚性块体的大陆板块部分，是稳定的大陆块体。

第七章克拉通盆地一、基本概念克拉通盆地(cratonbasin)：在克拉通基础上形成的面积广泛、形状不规则、沉降速率相对较慢并以坳陷为主要特征的沉积层序。中国有三个主要的古生代地台区，即中朝地台、扬子地台和塔里木地台。中朝地台是早元古代末固结的克拉通，扬子地台和塔里木地台则是晚元古代固结的克拉通。第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征克拉通盆地按其所处的大地构造位置可划分为两类：将克拉通盆地分为内克拉通盆地(位于大陆板块内部)和边缘克拉通盆地(位于大陆板块边缘)。再根据盆地基底性质，将每一类细分为简单克拉通盆地(位于结晶基底之上)和复合克拉通盆地(位于早期盆地之上)。1、克拉通盆地的类型第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征

克拉通盆地平面形状多样，大致可归纳为7种。它们的平面和剖面轮廓总的来说不规则，但长宽比一般为1︰1～2︰1这些盆地的面积可大可小如巴黎盆地为11万km2，而盛产油气的西西伯利亚盆地约为350万km2。2、克拉通盆地的特征1）形态特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形态特征

克拉通盆地的平面形态(Leighton1991)第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征克拉通盆地纵向剖面一般呈碟盘状，显示了盆地的不对称和基底的不平整性。如巴拉纳、威利斯顿和密歇根盆地的基底较平整，起伏不大；而伊利诺伊、波罗的海和巴黎盆地的基底形态受下伏的古裂谷控制，呈不规则状。2、克拉通盆地的特征1）形态特征

第七章克拉通盆地2、克拉通盆地的特征1）形态特征

克拉通盆地的剖面形态及基底特点(Leighton，1991)第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征

克拉通盆地发育在稳定的克拉通地块之上，一般远离板块边缘，盆地中的沉积物充填较薄，多为缓慢下沉基底之上的浅水沉积。

克拉通盆地，特别是位于稳定大陆板块之上的内克拉通盆地，常以大面积的浅海—滨海沉积(可有一部分海陆交互相)为主。

由于处于构造较稳定的环境，沉积物的形成速度十分缓慢，形成宽而薄的席状砂体；2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物质充填样式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征

横向上相变不明显，表现出沉积中心与盆地沉降中心基本一致的特征。

在盆地沉积的纵剖面上，表现出明显的韵律旋回；2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物质充填样式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征

沉积物以稳定型的内源沉积和陆源沉积为主。内源沉积物以碳酸盐岩为主，其分布与沉积环境的水动力条件密切相关。陆源碎屑沉积岩以石英砂岩为主，可见高岭石粘土岩、石英质砾岩等。石英砂岩的结构成熟度和成分成熟度都较高；在石英砂岩中常可见代表稳定、开阔海环境的海绿石。

2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物质充填样式

第七章克拉通盆地二、克拉通盆地的类型和特征2、克拉通盆地的特征2)克拉通盆地的物质充填样式

对中国三大克拉通盆地(华北、扬子、塔里木盆地)沉积物充填特征的分析发现，在内克拉通盆地中，相对于全球相对海平面的变化，在低水位体系域时以陆源碎屑沉积为主，高水位时则形成广阔的碳酸盐台地。随盆地基底抬升的影响，浅水碳酸盐台地转化为蒸发台地。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

克拉通盆地的形成机制仍存在几方面的问题：①全球构造与盆地的关系；②盆地之下的地壳结构；③盆地形成过程中，较长的延续时间与热活动的关系；④造山期盆地发育的状况。所以到目前为止，尚无一种成因模型可以完全清楚解释克拉通盆地的成因。对克拉通盆地的成因解释上，目前存在有多种假说。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

一些研究者(Haxby等，1976；Nunn等，1984)认为，克拉通盆地是由局部热源之上的热隆起、低密度地壳表层的剥蚀和变薄、冷却、收缩和最后沉降造成。1、岩石圈伸展和热隆起假说Ziegler(1988)把一些克拉通内裂谷形成模式划分成两类：第一类考虑地壳上、下层的机械性能和变形模式。它保证了拉伸模式的主要地位，并假设软流圈只起被动作用(图b)。第二类模型(图c)强调上升的软流圈和地壳的变薄，认为热可使岩石圈一软流圈界面上移。这样克拉通盆地就会在热控制的沉降阶段中形成的裂陷之上发育。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

1、岩石圈伸展和热隆起假说早期裂陷相克拉通盆地的成因(Leighton和Kolata，1991)

(a)北海中部地壳轮廓，克拉通凹陷叠加在裂陷的中生代～古生代剖面上；(b)岩石圈剪切模式，(c)张性破裂模式。软流圈上升同时发生岩石圈的破裂，这种破裂使软流圈物质上升到壳／慢界面处第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

2、造山运动中构造荷载假说研究成果表明，克拉通盆地内的沉积体受前陆构造的强烈影响，影响范围可达500～600km范围内。造山推覆体负荷增加，可使大范围的岩石圈发生沉降，如伊利诺斯、密歇根盆地的形成与周围基底的隆起被认为是构造荷载的结果(Leighton，1990)。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

3、相变和热变质作用

相变和壳下载荷机制由Haxby(1976)等提出。该理论认为，当下地壳密度由低变高时，地壳均衡作用使相对致密的地壳发生沉降。如威利斯顿盆地和密歇根盆地的形成被认为是底辟侵入的软流圈物质，引起下地壳由辉长岩相转变为榴辉岩相的结果。

第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

4、均衡补偿假说

Defito等(1983)认为多数克拉通盆地之下都存在古裂谷。这些裂谷中大多经历了长达几亿年的周期性沉降，并与大型挤压构造作用相吻合。沉降的驱动力来自早期裂谷阶段侵位于下地壳的均衡未补偿体。当岩石圈物质的有效粘度下降时盆地就沉降，使未补偿物质和上覆地壳以较快的速度沉陷到均衡深度。在地热梯度低或挤压减弱期间，地壳很坚固，从而使地壳沉降减慢或不发生沉降。第七章克拉通盆地三、克拉通盆地的形成机制

5、自由热对流假说

Deming(1982)提出，大陆地壳中自由热对流可导致热的灾难性释放。在自由热对流期间，表面热流将比背景值高出几倍，热散失非常快，并引起短期快速的沉降。在相对高热流之后，表面热流逐渐降低，盆地经历一个长期缓慢的沉降直到下部的热传导再一次使上地壳温度梯度变陡为止。第七章克拉通盆地四、克拉通的旋回性和幕

Sloss(1971，1976)指出，大陆克拉通上的显生宙历史中有三种类型的全球幕出现，即下降幕、上升幕和震荡一破裂幕存在。

下降幕：在海平面逐渐下降形成广阔的陆表海，这种下降具有差异性，形成盆地和隆起。

上升幕：是继缓慢下降后发生的相对于海平面的缓慢上升。在上升幕时，克拉通表面无明显的构造和地形起伏。上升幕是以一个大型不整合为代表，以侵蚀作用为主，无沉积物保存在克拉通内部，只是在克拉通边缘形成成熟砂岩。第七章克拉通盆地四、克拉通的旋回性和幕

震荡一破裂幕：是导致克