大地構(gòu)造學(xué)(克拉通裂谷)課件

1、第五章、克拉通(Craton) 地臺(tái)（Plateform) 裂谷（Rift） 一、 克拉通基本含義 克拉通(Craton)一詞最早來(lái)源于希臘語(yǔ)“Kratos”，意指強(qiáng)度。1921年L.Kober將之引入到地質(zhì)學(xué)中，用kratogen一詞來(lái)表達(dá)地殼上比較穩(wěn)定部分，并將大陸上的穩(wěn)定地塊稱為高位克拉通（大陸克拉通），大洋中的穩(wěn)定地塊稱為低位克拉通（大洋克拉通）。1936年H.Stille改稱kraton，泛指前寒武紀(jì)的穩(wěn)定區(qū)，從他的概念中克拉通只限于大陸部分。因此，克拉通是指具有厚層大陸地殼、長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定的廣大地區(qū)，一般指具有前寒武紀(jì)基底的地盾和地臺(tái)，也有人將具有古生代褶皺基底或其它前中生代增生

2、的現(xiàn)在已經(jīng)穩(wěn)定的大陸巖石圈也涵蓋在克拉通的概念中。板快構(gòu)造學(xué)說(shuō)誕生以來(lái)，由于對(duì)大洋認(rèn)識(shí)的深化，人們認(rèn)識(shí)到大洋部份不可能存在克拉通，因此現(xiàn)在一般概念上的克拉通只限于大陸地區(qū)，指地殼上早已固結(jié)、并在至少自古生代以來(lái)的漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期里長(zhǎng)期保持穩(wěn)定、很少受到變形的部分。在概念上相當(dāng)于槽臺(tái)理論的地臺(tái)。 地 臺(tái) 和 地 盾地臺(tái)概念由奧地利人E.Suess 于1885年提出，基本含義是：地殼上長(zhǎng)期穩(wěn)定的、自形成以后不再遭受褶皺變形的地區(qū)，巖層產(chǎn)狀平，地貌平坦。地盾是指前寒武紀(jì)基底長(zhǎng)期暴露的穩(wěn)定地區(qū) 大陸克拉通（地臺(tái)）基本地質(zhì)特征形態(tài)成面狀，不規(guī)則，地形簡(jiǎn)單，平坦，常呈高原、平原、盆地具有雙層結(jié)構(gòu)，下部為

3、基底，上部為蓋層蓋層，蓋層與基底之間以角度不整合面分開蓋層沉積為穩(wěn)定類型沉積建造巖漿活動(dòng)微弱構(gòu)造變動(dòng)微弱蓋層基本無(wú)變質(zhì)作用，或變質(zhì)作用極為微弱大陸克拉通的基本結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)蓋層：沉積較薄，巖相變化不大，穩(wěn)定類型沉積，產(chǎn)狀平緩，地殼運(yùn)動(dòng)為大面積的緩慢的升降運(yùn)動(dòng)，巖漿活動(dòng)微弱，很少受變質(zhì)作用基底：活動(dòng)類型沉積，構(gòu)造復(fù)雜，深成巖系發(fā)育，深融作用普遍，區(qū)域變質(zhì)作用強(qiáng)大陸克拉通基底前寒武紀(jì)地質(zhì)1. 原始地殼性質(zhì)：有年齡的地球最老巖石記錄為3638億年，最老的碎屑鋯石年齡有41億年。推測(cè)的地球形成于46億年左右（與月巖對(duì)比）問題：46億年至40億年左右地球外層性質(zhì)如何？Distribution of the

4、 Oldest rocks and zircons in China四種不同意見 花崗質(zhì)殼（Si-Al質(zhì)巖石）：地幔部份熔融分離上升形成的Si-Al薄殼安山質(zhì)殼：理由是現(xiàn)在地殼平均成分為安山質(zhì)斜長(zhǎng)巖：與月巖對(duì)比，月巖淺色斜長(zhǎng)巖年齡4445億年；暗色玄武巖年齡3139億年玄武巖：地幔部分熔融分異出玄武巖巖漿2. 太古宙地殼厚度估算方法：地球化學(xué)估算法: 如李繼亮估算冀東太古宙地殼厚度 Ar1:1617km; Ar2：2428km變質(zhì)礦物溫壓估算法：如格陵蘭綠巖中麻粒巖形成深度3040km綠巖厚度估算法 兩種意見：太古宙地殼厚度已經(jīng)很大，與現(xiàn)代地殼厚度相差無(wú)幾太古宙早期地殼很薄，太古元古宙地殼厚度

5、不斷增大，剛性不斷增強(qiáng)。元古宙以后地殼厚度穩(wěn)定2. 太古宙地殼演化太古宙變質(zhì)地體三種不同類型：高級(jí)片麻巖區(qū)：高級(jí)變質(zhì)巖區(qū)，麻粒巖相角閃巖相變質(zhì)巖系，以片麻巖為主。面狀或線狀展布花崗綠巖區(qū)（綠巖帶）：Greenstone belt最早由Anhaeusser研究南非巴伯頓地區(qū)太古宙時(shí)提出。基本特征是：組成：變質(zhì)鎂鐵質(zhì)超鎂鐵質(zhì)火山巖鈣堿性火山巖沉積巖組合，下部含有科馬提巖，鎂鐵質(zhì)火山巖比例高。變質(zhì)程度：較低，為綠片巖相（也可到角閃巖相）形狀：帶狀構(gòu)造：復(fù)式向斜侵入巖：大量花崗巖侵入破壞3. 內(nèi)克拉通盆地：相對(duì)穩(wěn)定的盆地沉積區(qū)太古宙地殼演化在很大程度上涉及高級(jí)變質(zhì)巖區(qū)與花崗綠巖帶之間的相互關(guān)系及演化，

6、多種觀點(diǎn)： 傳統(tǒng)槽臺(tái)觀點(diǎn)馬杏垣對(duì)華北地臺(tái)基底演化的認(rèn)識(shí)：陸核萌地臺(tái)、萌地槽雛地臺(tái)、雛地槽原地臺(tái)、原地槽地臺(tái)、地槽2. 陸殼裂陷觀點(diǎn)Anhaeusser設(shè)想，綠巖帶是沿陸殼與洋殼交界的主要斷裂帶形成的，或是在不穩(wěn)定的硅鋁質(zhì)原始地殼上的平行斷陷槽Glikson認(rèn)為高級(jí)變質(zhì)體是在綠巖帶之后或同時(shí)形成的殼內(nèi)根部3. 均變的板塊構(gòu)造觀以Windley為代表，認(rèn)為現(xiàn)代板塊構(gòu)造觀點(diǎn)完全可以運(yùn)用于早前寒武紀(jì)地殼演化。綠巖帶相當(dāng)于邊緣海盆地、裂谷或原始洋中脊；高級(jí)變質(zhì)地體與島弧帶類比。4. 非均變的板塊構(gòu)造觀以Goodwin和Kroner等為代表，承認(rèn)板塊構(gòu)造在太古宙已經(jīng)存在，但不同時(shí)期板塊作用方式有其特殊性。

7、Kroner的有限板塊構(gòu)造模型：地殼薄，小規(guī)模地幔對(duì)流，地殼分裂形成綠巖帶，根部高級(jí)變質(zhì)，閉合發(fā)生擠壓褶皺，這一過程無(wú)需俯沖帶出現(xiàn)。克拉通內(nèi)盆地沉積蓋層系指位于前寒武紀(jì)結(jié)晶基底之上的盆地。發(fā)育于克拉通邊緣或內(nèi)部，可以表現(xiàn)為凹陷，也可以表現(xiàn)為斷裂控制的裂谷或拗拉谷大陸克拉通（地臺(tái)）典型沉積建造內(nèi)克拉通盆地沉積石英砂巖建造石灰?guī)r建造碎屑含媒建造膏鹽建造紅色碎屑巖建造克拉通內(nèi)盆地地層層序及邊界不整合研究 克拉通內(nèi)盆地層序提供了劃分盆地演化階段的基礎(chǔ)克拉通內(nèi)與邊緣地層層序的對(duì)比或不同克拉通之間層序的對(duì)比，可以分析區(qū)域板塊構(gòu)造乃至全球構(gòu)造環(huán)境與克拉通內(nèi)盆地發(fā)育的聯(lián)系層序邊界的不整合記錄了與板塊構(gòu)造作用驅(qū)

8、動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)事件，因此可以了解克拉通內(nèi)盆地形成和演化的動(dòng)力機(jī)制?？死▋?nèi)盆地中構(gòu)造地層事件與板塊構(gòu)造事件的對(duì)比是追蹤克拉通內(nèi)盆地演化的重要途徑。如形成褶皺帶的造山事件與板內(nèi)擠壓變形相關(guān)聯(lián)。克拉通內(nèi)盆地 成因 地殼伸展：巖石圈細(xì)頸化熱沉降熱衰減：熱穹窿作用及其后的侵蝕或減薄、冷卻收縮克拉通邊緣的構(gòu)造負(fù)荷板內(nèi)應(yīng)力大陸克拉通（地臺(tái)）地球物理特征地殼厚度一般3540km地殼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單地?zé)釤崃髦递^低，一般11.3HFU重力：布格重力異常-10-50mg,變化幅度和梯度均較小，顯示接近均衡狀態(tài)地震活動(dòng)微弱 中國(guó)克拉通區(qū)的特殊性 相對(duì)其它克拉通區(qū)，中國(guó)克拉通區(qū)在經(jīng)歷了古生代穩(wěn)定發(fā)展后，到中新生代表現(xiàn)出一些與典

9、型克拉通特征不相容的現(xiàn)象出現(xiàn)巨大的斷裂帶產(chǎn)生巨厚的沉積出現(xiàn)較強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng) 中國(guó)克拉通區(qū)為什么活動(dòng)？幾種觀點(diǎn)： 1、 別洛烏索夫（1954）將之稱為后地臺(tái)階段或地臺(tái)活化 2、陳國(guó)達(dá)稱后地臺(tái)階段為地洼發(fā)展階段，作為與地槽和地臺(tái)并列的第三構(gòu)造單元類型地洼 3、黃汲清提出準(zhǔn)地臺(tái)的概念，與地臺(tái)活化概念不同的是，準(zhǔn)地臺(tái)是指活動(dòng)性較大的地臺(tái)，活動(dòng)性表現(xiàn)在整個(gè)發(fā)展過程中，而不僅限于中新生代。4、與中國(guó)大陸處于三大構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系有關(guān)？ 阿爾卑斯喜馬拉雅構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系； 西太平洋構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系； 在古亞洲構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系基礎(chǔ)上的中新生代環(huán)西伯利亞構(gòu)造動(dòng)力學(xué)體系三大構(gòu)造體系域:阿爾卑斯喜馬拉雅、西太平洋和中新生代環(huán)

10、西伯利亞構(gòu)造體系域及其復(fù)合匯交華北地臺(tái)在古生代發(fā)育金伯利巖，表明當(dāng)時(shí)巖石圈厚度在200km左右，而新生代的巖石圈厚度僅幾十公里；表明華北地臺(tái)在中生代期間發(fā)生巖石圈的減薄 5、與拆沉作用和巖石圈破壞減薄有關(guān)？ 華北北部的出露巖石(Liu et al., 1992)和南部的麻粒巖捕虜體(Zheng et al., 2004), 都說(shuō)明: 早中生代前還是是一典型的克拉通. 一些基本地質(zhì)事實(shí)古生代: 山東蒙陰-遼寧復(fù)縣 含金剛石金伯利巖侵位， 巖石圈厚度大 (地溫低) 新生代: 大量玄武巖噴發(fā) 巖石圈厚度小 (地溫高) * 中新生代間, 華北巖石圈減薄了 100 km! (Menzies et al.

11、, 1993;鄭建平,1999) 早中生代時(shí): 揚(yáng)子大陸向華北大陸的深俯沖碰撞作用 (Li et al., 1992), 俯沖深度. 晚中生代以來(lái): * 強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng) (燕山運(yùn)動(dòng)), * 廣泛的巖漿作用, * 大型的盆地形成. 這些現(xiàn)象與深部過程(減薄/破壞)有何聯(lián)系? 巖石圈及巖石圈根的減薄，主要是通過拆沉作用方式實(shí)現(xiàn)。其控制因素是重力或密度差及熔體。此外，還有拉伸作用引起的力學(xué)減薄、軟流圈上涌等引起的熱減薄。a) 漸近的 熱侵蝕作用模型 - 熱和輕物質(zhì)上涌 強(qiáng)調(diào)化學(xué)過程 (克拉通內(nèi)部) b) 突發(fā)的 拆沉作用模型 - 冷和重物質(zhì)下沉 強(qiáng)調(diào)物理過程 (邊部和造山帶) 破壞機(jī)制“漸近的”熱侵

12、蝕作用模型: 先大幅度減薄, 后小幅度增厚過程 (Zheng et al., 2007 GCA)Gao et al. (2004)Wu et al. (2000)突發(fā)的 拆沉作用模型, 有: * 地幔的/巖石圈的, * 整體一次局部多次.主要通過火山巖研究間接獲得巖石圈破壞和大陸伸展構(gòu)造之間的聯(lián)系目前解釋巖石圈減薄破壞主要用拆沉模式，而拆沉作用主要考慮的是殼幔相互作用，拆沉作用的主要證據(jù)似乎主要來(lái)自巖石地球化學(xué)和地球物理研究所揭示的深部過程， 如此巨量的拆沉和巖石圈破壞減薄必然在地殼層次留下伸展構(gòu)造的痕跡，然而這種深部過程在淺部的響應(yīng)，特別是淺部的構(gòu)造變形作用考慮較少。如何建立巖石圈破壞和大陸

13、伸展構(gòu)造之間的聯(lián)系是當(dāng)前構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的新課題。王濤等（2007）認(rèn)為，從建立華北克拉通巖石圈破壞和大陸伸展構(gòu)造之間的聯(lián)系的角度需要解決的基本問題是：1、推覆與伸展的轉(zhuǎn)化機(jī)制及增厚地殼向伸展減薄的起因和過程2、伸展構(gòu)造的區(qū)域運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、水平切向剪切作用及地殼伸展減薄的運(yùn)動(dòng)學(xué)模式3、伸展剪切帶的剪切類型及地殼減薄變形機(jī)制4、伸展構(gòu)造分布和規(guī)模及地殼減薄的空間發(fā)育特征和規(guī)模。5、伸展發(fā)育過程和巖石圈減薄的時(shí)限6、巖石圈減薄過程中深部和淺部的互動(dòng)響應(yīng)（巖石圈減薄模式：純剪模式、分布式剪切模式和單剪模式）7、伸展發(fā)育的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景和華北克拉通破壞、巖石圈減薄的地球動(dòng)力學(xué)背景。二、 大陸裂谷和陸間裂谷

14、（Rift)(一）概念英國(guó)地質(zhì)學(xué)家Gregory研究東非裂谷時(shí)提出，定義為：地殼斷裂作用形成的谷狀地形?，F(xiàn)在的完整理解：地殼上延伸很長(zhǎng)，切割很深的張裂帶，有兩個(gè)要點(diǎn)：1、規(guī)模大，所發(fā)育的斷裂可切割整個(gè)巖石圈。2、處于引張環(huán)境，地形上表現(xiàn)為縱長(zhǎng)的凹陷和谷地。 簡(jiǎn)言之：裂谷是地殼巖石圈上的大型構(gòu)造類型，是由于地殼或巖石圈的伸展作用而形成的延伸很長(zhǎng)的狹長(zhǎng)斷陷帶。 發(fā)育于陸殼上的裂谷就是大陸裂谷（二）地質(zhì)特征1、地形上的狹長(zhǎng)谷地，裂緣帶常表現(xiàn)為陡峭斷崖，高約幾百米甚至上千米如東非大裂谷、貝加爾裂谷大陸裂谷的地貌形態(tài) 著名的“東非大裂谷”亦稱“東非大峽谷”或“東非大地溝”。裂谷寬幾十至200 km，深達(dá)

15、10002 000m，谷壁刀削斧劈，長(zhǎng)度相當(dāng)于地球周長(zhǎng)的1/6，氣勢(shì)宏偉，景色壯觀，是世界上最大的裂谷帶，被形象地稱為“地球表皮上的一條大傷痕”。南起贊比西河的下游谷地，向北延仲到馬拉維湖北部，并在此分為東西兩條，東面的一條是主裂谷，穿越坦桑尼亞中部，經(jīng)肯尼亞北部及埃塞俄比亞高原中部，繼續(xù)向北直抵紅海和亞丁灣，全長(zhǎng)5000多公里;西面一條經(jīng)坦噶尼喀湖、基伍湖、愛德華湖、艾爾伯特湖等一直到蘇丹境內(nèi)的白尼羅河附近，全長(zhǎng)1 700多公里。 從整個(gè)非洲大陸來(lái)看，東非大裂谷是全非洲最高地帶，屬東非裂谷高原區(qū)，總面積500多萬(wàn)平方公里，占非洲面積的1/6多，非洲的幾座海拔在4500 m以上的高峰，全部分布

16、在這個(gè)自然區(qū)內(nèi)，其中有著名的乞力馬扎羅山、肯尼亞山、埃爾貢山等。2、構(gòu)造上以斷裂為邊界，且斷層均為正斷層，垂直斷距可達(dá)幾公里，形成盆嶺構(gòu)造。如美國(guó)西部盆嶺區(qū)。3、類型上有平行式和三叉裂谷式假想的構(gòu)造剖面東非裂谷帶的構(gòu)造東非裂谷系的主要單元坦噶尼喀湖的半地塹金戈馬盆地內(nèi)部構(gòu)造坦噶尼喀湖半地塹剖面坦噶尼喀湖的多道地震剖面4、大多伴有強(qiáng)火山活動(dòng)及深成巖漿活動(dòng)，并常有地幔巖包體。大陸裂谷火山巖以堿性玄武巖為主，當(dāng)向過渡型裂谷發(fā)展時(shí)，可以出現(xiàn)拉斑玄武巖。裂谷火山巖的另一特點(diǎn)是常出現(xiàn)雙峰式火山巖系列：基性巖漿與酸性巖漿大致同時(shí)噴發(fā)，幾乎缺失過渡的中性巖漿。基性巖漿屬幔源，酸性巖漿屬殼源。5、堆積厚度很大，可達(dá)幾公里，沉積序列一般：下部：粗碎屑巖中部：深湖沉積，有泥巖和湖相濁積巖等上部：往往形成蒸發(fā)鹽巖地層中常厚度不等的含有火山巖雙峰式火山巖巖套東非裂谷系沉積與火山蓋層坦桑尼亞的