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南襄盆地地形地貌与地质作用关系研究.rar

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    盆地 地形 地貌 地质 作用 关系 研究
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    编号:08009110231南阳师范学院 2012 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 南襄盆地地形地貌与地质作用关系研究 完 成 人: 吴菲菲 班 级: 2008-02 学 制: 4 专 业: 地理科学 指导教师: 罗 勇 完成日期: 2012-03-30 i目 录摘要 ............................................................................................................................(1)引言 ............................................................................................................................(1)1 南襄盆地地形地貌概况 ..................................................................................(1)2 南襄盆地地质构造发育特征 .........................................................................(2)3 南襄盆地的形成与演化 ..................................................................................(3)3.1 断陷发育时期(晚白垩世一早第三纪) .......................................................(3)3.2 凹陷发育时期(晚第三纪— 第四纪) ...........................................................(3)4 泌阳凹陷 ..............................................................................................................(4)4.1 泌阳凹陷地质背景 ...........................................................................................(4)4.2 泌阳凹陷层序地层样式 ...................................................................................(5)5 南阳凹陷 ..............................................................................................................(6)5.1 南阳凹陷地质背景 ...........................................................................................(6)5.2 南阳凹陷的层序构成模式 ...............................................................................(7)6 襄樊-枣阳凹陷 ...................................................................................................(8)6.1 襄樊-枣阳凹陷 ..................................................................................................(8)6.2 襄樊-枣阳凹陷地层沉积特征 ..........................................................................(9)7 南襄盆地地形地貌与地质作用的 关系 ......................................................(9)8 结论 .....................................................................................................................(10)参考文献 .................................................................................................................(11)Abstract ...................................................................................................................(11)第 1 页 (共 12 页)南襄盆地地形地貌与地质作用关系研究作 者:吴菲菲指导教师:罗 勇摘要:前人研究表明中生代和新生代的构造运动和沉积作用在南襄盆地的成盆过程中起着至为关键的作用,但地质作用对南襄盆地的地形地貌形成方面的具体研究尚未展开。我们 前期研究发现:该盆地及邻区的壳幔结构主要特点是地壳中部明显比两侧较厚,而上部地壳和下部地壳薄于两侧;南襄盆地经历了中生代和新生代两期成盆过程,大致划分为白垩纪基底差异裂陷、白垩纪末期基底差异反转、古近纪基底差异裂陷、古近纪末期基底差异反转及新近纪基底整体拗陷 5 个主要构造演化阶段;且两期成盆作用差异较大,盆地沉降中心发生明显迁移,从而造成各凹陷地层结 构的差异性。我 们认为秦岭 —大别造山带中部的南襄盆地,主要由泌阳凹陷、南阳凹陷和襄樊-枣阳凹陷 组成。我 们对各相关凹陷的地质背景、 层序地层样式及相关特征的进行研究,着重分析了地质作用对南襄盆地地形地貌形成所起的作用。关键词:南襄盆地;泌阳凹陷;南阳凹陷;襄樊-枣阳凹陷;层序地层样式引言南襄盆地位于秦岭、大巴山以东,桐柏山、大别山以西,湖 北省 西 北 部 和 河 南 省 西 南 部 。 对 于 南 襄 盆 地 我 们 前 期 研 究 表 明 : 该盆地及邻域的壳幔结构主要特点是中部地壳明显比两侧地带厚,而上部地壳和下部地壳薄于两侧;南襄盆地经历了中生代和新生代两期成盆过程,大致划分为白垩纪基底差异裂陷、白垩纪末期基底差异反转、古近纪基底差异裂陷、古近纪末期基底差异反转及新近纪基底整体拗陷 5 个主要构造演化阶段;且两期成盆作用差异较大,盆地沉降中心发生明显迁移,从而造成各凹陷地层结构的差异性。但对于南襄盆地地形地貌与地质作用关系的研究还有一些不太明确的信息,我们通过对南襄盆地的主要凹陷区的地质背景和凹陷区的层序地层样式进行探讨分析研究,进一步明确南襄盆地地形地貌与地质作用之间的关系。1 南襄盆地地形地貌概况在 中 国 版 图 上 , 南 襄 盆 地 具 有 南 北 居 中 、 东 西 居 中 的 特 殊 地 位 ,第 2 页 (共 12 页)为 中 国 的 核 心 腹 地 。 位于秦岭、大巴山以东,桐柏山、大别山以西,湖 北 省 西 北 部 和 河 南 省 西 南 部 。 其北是秦岭山脉东部的伏牛山地,其南是大巴山脉的东段。周边的山脉恰好把这块地方给围了起来,从而形成了盆地。 盆地边缘分布有波状起伏岗地,岗地海拔140~200 米,岗顶平缓宽阔,岗地间隔以浅而平缓的河谷凹地,呈和缓波状起伏。盆地中部为海拔 80~120 米的冲积洪积和冲积湖积平原。盆地内有唐河、白河、丹江等主要河流,纵贯中部,南入汉水,其中以唐、白河流域面积较大。这块地区位于中国地势上“第二台阶”与“第三台阶”的交汇处,第二台阶即除青藏高原(第一台阶)之外的高原与山地地区,而第三台阶则主要是东部的平原地区,从这里向东西两面伸展,有着无尽的平原与山地资源。2 南襄盆地地质构造发育特征南襄盆地是一个发育在东秦岭褶皱带上一个以古近纪沉积为主的中、新生代叠合裂陷型含油气盆地,面积约为 1.7×104km²,包括泌阳、南阳、邓州、襄阳和枣阳 5 个三级负向构造单元。由于受多期构造运动的影响,盆地自下而上沉积了 3 套构造层序:中生界上白垩统裂陷沉积层序、新生界古近系裂陷沉积层序及新近系坳陷沉积层序。中生代晚期,秦岭岩石圈转入强烈伸展状态,沿着秦岭内部主要的断裂带发生广泛的近南北向拉张作用,形成了一系列具拉张性质的晚白垩一古近纪裂陷盆地。南襄盆地的白垩纪裂陷作用也是由这一区域伸展构造应力场引起的,在其作用下岩石圈发生了伸展减薄、区域性断裂及控凹断裂强烈的差异活动,盆地基底断块相应地产生了近南北向的拆离和差异沉降。晚白垩世时期,南襄盆地西部邓州凹陷呈现快速沉降特征。白垩纪末期,南襄盆地的沉降速率较小,西部的邓州凹陷尤为明显。这是由于区域应力场的反转,由拉张应力场变为挤压应力场,受其影响盆地发生了区域性差异隆升,遭受了较强的区域性剥蚀,形成了中、新生界之间的不整合,在盆地部分构造带产生了正反转构造。古近纪时期,南襄盆地东部泌阳、南阳凹陷呈现快速沉降特征,平衡剖面恢复结果表明南襄盆地仍处第 3 页 (共 12 页)于近南北向拉张应力场控制下。由于受白垩纪盆地先存构造格架的控制,古近纪伸展作用主要沿白垩纪构造带发生,构造的发育基本得到较好的继承性叠加,但古近纪断陷作用强弱分布地区及规律发生了明显的变化 [1]。3 南襄盆地的形成与演化南襄盆地的形成最为关键的是经历了断陷和坳陷两个发育时期:3.1 断陷发育时期(晚白垩世一早第三纪)3.1.1 快速沉降阶段自晚古生代,特别是早白垩世以来,该地区北西向区域性大断裂具有左行剪切平移性质,剪切平移断层由于活动的不均一性而出现拉张段与挤压段,在拉张段的旁侧则形成断陷,在挤压段的旁侧则出现隆起。此时,襄樊-广济断裂、新野断裂和丹凤- 内乡-桐柏断裂等均作左行剪切平移活动,所以在其旁侧的拉张地段形成了襄枣凹陷、南阳凹陷和泌阳凹陷的雏形,其中沉积了紫红色粗碎屑岩建造。进入早第三纪,北西向断裂继续活动,仍然是控制下第三系玉皇顶组、大仓房组褐红色粗碎屑岩沉积的主要断裂,此时北东向的下二门断层开始活动,对泌阳凹陷中该期沉积有控制作用。由于玉皇顶组、大仓房组沉积范围有所扩大,因而使南阳、泌阳两凹陷的沉积连成一片新野凸起呈一近东西向的壁障将盆地南北分开。3.1.2 稳定沉降阶段(早第三纪核桃园组三段、二段沉积时期)早第三纪核桃园组沉积时期,盆地各凹陷先后转入了均衡稳定沉降阶段。外围山区经过馒长时期的剥蚀,与盆地的相对高差已大大减小,物质供应不如早期那样充分。但各凹陷沉降速度依然较大,因而各凹陷湖水加深、水域扩大,造成核桃园组各层段逐层超覆,形成了一个生物繁茂、有机质丰富的半深湖相泥页岩夹白云岩生油建造,在其边缘则形成了浅湖相、水下扇三角洲或三角洲相碎屑建造。3.1.3 缓慢上升阶段(早第三纪核桃园组一段-廖庄组沉积时期)第 4 页 (共 12 页)从核桃园组一段沉积开始,盆地逐渐转为不均衡的缓慢上升,湖水变浅,氧化作用加强,形成了一套红色砂泥沉积,沉积范围亦随之缩小廖庄组沉积范围大大缩小,仅局限于凹陷的深部位。3.2 凹陷发育时期(晚第三纪—第四纪)晚第三纪,盆地发育进入一个新的发育阶段—坳陷时期。盆地普遍发生沉降,沉积范围空前扩大,使早期一直处于隆起剥蚀状态的新野凸起亦发生下降接受沉积,形成了与今日南襄盆地范围大致相同的面貌 [2]。总的来说,南襄盆地基底北部属秦岭-大别造山带,南部属扬子地台 [2]。盆地具有“四凹五隆”的构造格局,划分为南阳凹陷、泌阳凹陷、襄樊凹陷、枣阳凹陷、师岗凸起、社旗凸起、新野凸起、唐河低凸起和双沟低凸起。泌阳凹陷位于活动的秦岭-大别造山带上,南阳凹陷位于秦岭—大别造山带与扬子地台的交汇处,襄樊-枣阳凹陷位于扬子地台之上。南襄盆地基底主要发育北西—近东西向和北东向两组共 9 条断裂,前者活动时间长、切割较深,延伸远,后者一般延伸距离短,切割深度相对浅。其中,控制襄樊-枣阳凹陷的断裂有 3 条,北西—近东西向断裂有新野断裂和襄樊-广济断裂,北东向的断裂为九集断裂 [3]。4 泌阳凹陷泌阳凹陷属南襄盆地的一个次级构造单元,位于河南省南部的唐河县和泌阳县境内,南部和东部紧靠桐柏山,北邻社旗断凸,西以唐河低断凸与南阳凹陷分隔,东北部毗连伏牛山,平面上呈扇形展布,面积约 1000 km²。泌阳凹陷的形成主要受北西西向唐河—栗园断裂和北北东向栗园—泌阳断裂的影响 [4]。4.1 泌阳凹陷地质背景泌阳凹陷位于南襄盆地东部,是燕山运动末期在秦岭褶皱带中段古老基底上形成的中新生代断陷盆地。自晚白垩纪晚期以来经历了断陷一坳陷的两大构造旋回、四个构造演化阶段,即晚白垩世一渐新世的断陷期(包括晚白垩世一中始新世的快速沉积期、中一晚始新世的稳定沉降期、始新世末期一渐新世的缓慢上升期)、晚第三第 5 页 (共 12 页)纪一第四纪的坳陷期。它主要发育了下第三系,自下而上包括玉皇顶一大仓房组、核桃园组、廖庄组,其中核桃园组是主要的勘探目的层系,厚约 3000m,自下而上细分为核三段、核二段和核一段。由于控制凹陷形成的北西向唐河一栗园断裂和北东向栗园一泌阳断裂的发育时期、活动强度具有明显的阶段差异性以及沉积物供给和湖平面相对变化的周期性,下第三系表现出明显的垂向沉积旋回特征 [5]。4.2 泌阳凹陷层序地层样式泌阳凹陷下第三系核桃园组沉积时期,由于边界大断裂的强烈活动形成了断陷箕状结构,使得盆地的古地形具有南部陡坡、中央深凹和北部斜坡的分异特点。在不同的地形差异地区,层序地层的形成背景和主控因素是有差别的。南部陡坡带临近物源,加之盆地边界断裂的强烈活动,地形高差大,重力流沉积作用明显,在这个地区形成的层序及叠置样式主要受控于盆地深大断裂的活动幅度和阶段性,沉积类型以扇三角洲为主。中央深凹区是盆地的沉积中心,远离物源供给区,构造活动弱,地势深坳平坦,层序的叠置样式主要受湖平面升降变化造成的古水深的控制,以发育厚层暗色泥岩和浊积扇为特征。北部斜坡带地形相对平缓单一,湖平面的升降变化以及沉积物源供给的多少控制了缓坡区层序地层的叠置样式 [5]。4.2.1 南部陡坡带层序地层样式南部陡坡带层序地层在沉积上具有明显的近源、短距离搬运和快速沉积的总体特征,发育扇三角洲为主体的沉积体系,表现为近源物源风化产物快速入湖,并直接进入到半深湖、深湖水体中,与深湖黑色、灰黑色泥岩、页岩或油页岩互层沉积,具有重力流水体搬运和深水沉积的特征。沉积作用主要受控于边界断层活动产生的新增可容空间及闭流湖盆可容空间重新分配提供的沉积场所。在一个层序发育的低位体系域时期,水体相对较浅,湖盆萎缩,在断层边缘地区发育沉积了扇三角洲的陆上平原,往湖盆方向则发育陆上分流河道向前推进而形成的扇三角洲前缘;在湖侵体系域和高位体系域时期,水体较深,沿断裂带附近形成了较大规模的扇三角洲。其中湖侵体系域呈上超沉积的特征,在垂向上表现出明显的退积特第 6 页 (共 12 页)点;高位体系域时期总体上以加积式特征为主,在其顶部进积式的准层序叠罩也较常见。4.2.2 中央深凹区层序地层样式深凹区是盆地的沉积中心地带和湖盆水体相对较深的地区,以较深水的暗色泥岩沉积为特征。由于远离沉积物源区,地层的堆砌样式主要受湖平面升降变化的控制。低位体系域沉积时期,北部三角洲和南部扇三角洲不断向湖盆中央推进,其前缘及其远端的浊积扇进人深凹区,随着湖平面的上升,三角洲和扇三角洲向岸退积,从而形成由多个退积式准层序组组成的低位体系域。湖侵体系域沉积时期,湖平面快速上升,水体加深,水域扩大,北部三角洲继续向岸退积,南部扇三角洲的规模较小,所以在深凹区形成了分布广、厚度大、富含有机质的深湖相,总体显示退积式准层序组叠置样式,砂岩百分比含量低。高位体系域沉积时期,随着湖平面的相对静止和开始下降,在深水泥岩之上又沉积了三角洲前缘远端沉积物和浊积扇,总体构成进积式准层序组叠置样式,砂岩百分比含量增大。4.2.3 北部斜坡带层序地层样式北部斜坡带为盆地缓坡,地形坡度相对较缓,随着湖平面的大幅度升降变化,北部斜坡带可大面积的出露地表遭受剥蚀形成层序界面,也可被后期沉积物不断上超形成层序界面。北部斜坡带层序边界和层序叠置样式主要受控于湖平面的升降变化和沉积物的供源速率。在盆地发育时期,北部斜坡带主要发育三角洲沉积体系。低位体系域沉积时期,由于湖盆水域较小,地形相对平缓,下切河谷沉积发育,成为该区沉积充填的主要场所。湖侵体系域形成时期,随着湖盆水体范围扩大,与物源之间的距离缩短,同时由于温暖潮湿的气候造成河流的规模加大,沉积物供给增加,三角洲较前期发育,形成退积式准层序组叠置样式。在高位体系域沉积时期,湖平面稳定并开始下降,三角洲向湖盆中央推进,其前缘多发育浊积扇,形成进积式准层序组叠置样式。5 南阳凹陷5.1 南阳凹陷地质背景第 7 页 (共 12 页)南阳凹陷是南襄盆地的一个次级构造单元,东临唐河低凸起,南与新野凸起相接,西北部与师岗凸起相邻,面积 3600km²,为一南断北超的箕状凹陷,凹陷南部边界为新野断裂,走向由北西向转北东向,呈“之”字形展布。凹陷的古近系最厚约 4800m,自下而上划分为玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组等地层单元,其中核二、核三上段是凹陷的主要含油目层,最厚约 2500m。凹陷发育 NW 和 NE 向两组断裂,盆地具有南北分带、东西分块、凸凹相间的构造格局。南阳凹陷现今的构造格局可分为南部断超带、中部凹陷带和北部斜坡带。南阳凹陷发育 NW 和 NE 向两组断裂组成新野断裂,不同方向的断裂具有不同的构造背景,其活动性随时问演化也具有差异性,南阳凹陷薪野断裂的 NE 向断层活动具有时快时慢的“幕”式特征 [7]。5.2 南阳凹陷的层序构成模式对于构造活动型盆地而言,构造对沉积体系类型的分布具有重要的控制作用。在断裂边缘如凹陷南侧,地貌上形成陡坡,物源补给快速甚至有大量泥石流突发事件,因此发育了冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇和低位浊积扇。在较大的坡折带或断坡带上,同生断裂的活动造成了可容空间增加,坡折带下砂体加厚,由于流速增大更易形成独流,坡折带枢纽线之上具有下切谷充填及高位辫状三角洲和三角洲。凹陷内湖平面的变化产生的湖泊整体扩展和萎缩仍是划分沉积体系域的基本原则。按照初始湖泛面和最大湖泛面划分出了LST、EST 和 HST 等 3 种体系域。南阳凹陷为南断北弯折、南深北浅的箕状凹陷,下第三系沉积容纳空间的变化和层序发育主要受控于南侧盆缘的铲型生长断裂活动,该断裂的活动形成了南侧的边缘单阶式断坡带,北部为铲型生长断裂控制下发育形成的伸展型褶皱造成的弯折带。南部断坡带和北部弯折带控制了南阳凹陷下第三系各层序的低位湖区(或低位域区) ,是低位域砂体发育的重要部位,为可能隐蔽岩性油气 [6]。5.2.1 南部断坡带特征a.南部断坡带走向由北西向转北东向,呈“之”字形展布的控凹边界断裂(即新野断裂) ,主体表现为西北端和中部为单断阶式,第 8 页 (共 12 页)向东北端呈帚状分叉成多断阶式;b.断坡带的下降一侧(如同沉积断裂的下降沿单断阶断坡带陡坡低位扇体和高位扇三角洲体侧向相连成裙状,多断阶断坡带在粗碎屑体系到达的部位砂体的层数和厚度明显加大;c.凹陷西北端和中部的单断阶式断坡带既是低位体系域的沉积区,又是高位体系域的边界范围,东北端多断阶式断坡带以下常常是低位域的沉积区,控制了各层序低位体系域的发育范围,在高位时则是从浅水区向较深水区过渡的突变界限;d.南部断坡带的陡断性,近源区的突发强物源间歇供给,因此断坡带内在低位和高位常发育陡坡扇三角洲体,重力流水道砂体发育是其主要特征。由于向东北端断裂组合样式的复杂化,物源和砂体的发育方向在不同时期的坡折带中有不同的情况,因此其砂体分布也具有复杂化的特点。5.2.2 北部弯折带特征弯折带实际上是伸展断弯褶皱的膝折变形带,这也是斜坡带上的一种向盆地方向坡度明显变陡的地带,其特征和意义如下:a.弯折带上下沉积厚度发生突变。一般弯折带上,坡度平缓,各层序厚度相对较薄,变化稳定,弯折带下坡度突然加大,各层序的厚度明显增加,地层格架上呈向南侧散开的扇形。b.弯折带向深凹内的沉积旋回增多低位湖扩展和高位体系域发育齐全,在碎屑体系到达的部位砂体的层数和厚度明显加大,弯折带上宽缓的斜坡带区沉积旋回明显减少,仅发育湖扩展和高位体系域,厚度稳定且薄。c.弯折带控制了北部低位体系域的发育范围,同时还控制了湖扩展体系域深湖和滨浅湖区及高位体系域的轴向三角洲沉积区。在低位期,低位体系域主要发育在弯折带下的深凹内或深凹的斜坡区,形成低位扇或低位斜坡扇,弯折带上为暴露剥蚀区或局部发育有下切水道;在高位时,弯折带则是从浅水区向较深水区过渡的突变界限(湖扩展和高位体系域) ,同时也是东西两端轴向高位三角洲的扩展边界线,因此弯折带往往是半地堑断陷盆地沉积体系域分带的界线。
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