中国中西部褶皱冲断带构造变形机制与结构模型

基于复杂构造解析和实验模拟研究,揭示了中西部前陆褶皱冲断构造带主要表现为受侧向挤压形成的滑脱冲断构造变形过程和结构样式;明确了单层滑脱挤压冲断构造变形存在临界增生和非临界增生两种变形机制,发育脆性拆离型、塑性滑移型和黏性流动型3种作用类型,并受滑脱层强度、地层厚度、底部边界和外动力过程等4种主要因素影响。复杂冲断构造带基本上表现为受多层单滑脱作用控制形成的垂向叠置组合结构,本文提出了复杂滑脱冲断变形结构的可分解性以及受不同性质的滑脱层组合控制形成特征结构模式,并揭示了前陆冲断带前缘多滑脱构造变形结构中由浅层向深层逐渐发育的变形时序;建立了中西部再生前陆冲断带结构模型、构造单元以及基本构造类型;并基于前陆盆地多阶段构造演化过程以及晚期的隆升剥蚀-沉降沉积过程,提出了中西部两种类型冲断带的控油气作用及其勘探领域。     

扎格罗斯褶皱冲断带构造变形特征

扎格罗斯褶皱冲断带是扎格罗斯碰撞造山带的前陆褶皱冲断带, 也是波斯湾周缘前陆盆地的楔顶带, 自北东到南西垂直于构造线方向可分为高扎格罗斯冲断带和扎格罗斯简单褶皱带, 自北西到南东沿构造线方向可分为洛雷斯坦区(Lorestan)、迪兹富勒湾区(Dezful Embayment)和法尔斯区(Fars)。扎格罗斯褶皱冲断带的形成始于晚白垩世阿拉伯板块的洋壳向北俯冲到欧亚板块之下, 褶皱冲断构造从北东部缝合带向南西方向伸展, 并在上新世基本定型。本文选取了横切扎格罗斯褶皱冲断带的3条地质剖面和两条局部地震剖面进行构造变形分析。剖面分析显示研究区垂向上由一条大滑脱面将扎格罗斯褶皱冲断带剖面分为上、下两个构造层, 褶皱冲断变形从北东到南西向由强变弱。研究区发育走滑、挤压和拉张3种构造变形, 挤压构造变形占主导地位。挤压构造变形又包括滑脱褶皱、断展褶皱、断弯褶皱和双重构造等。     

塔里木西南地区变形的构造物理模拟研究:对剥蚀与同沉积影响褶皱冲断带变形的启示

构造变形与地表过程相互影响,但前人研究主要关注构造变形如何塑造地貌,而对地表过程如何影响构造变形尚有待研究。研究区塔西南褶皱冲断带主要经历了三叠纪末和新生代两期逆冲变形过程。在这两期变形过程中,剥蚀作用和沉积作用共同对变形施加影响,形成了山前逆冲断层突破地表、盆地内断层远距离传播的现今构造样式。因此,本研究以塔西南褶皱冲断带地质模型为基础,开展剥蚀和同沉积这两个地表过程对褶皱冲断带变形影响的构造物理模拟实验研究,结合塔西南地区的实际地质条件,在双滑脱层条件下,设计了3组实验模型,包括未施加剥蚀和同沉积的参照模型A、同时施加差异剥蚀和同沉积的模型B、同时施加剥蚀夷平和同沉积的模型C。在第一期变形结束后,三组模型变形样式相似,在没有上覆沉积物的负载作用时,变形均未向盆地内部远距离传播。在第二期变形结束后,模型A山前与盆地内部构造以及地形坡角差异不大,变形前锋最远可达106 cm;模型B在山前和盆地内部的地形坡度为14°以及4°,变形前锋最远可达96 cm;模型C在山前和盆地内部的地形坡度为20°以及5°,变形前锋最远可达89 cm。实验结果表明：1)早期剥蚀作用会降低逆冲楔体的地形坡度,从...     

柯坪褶皱冲断带构造变形特征解析

柯坪褶皱冲断带位于塔里木盆地西北缘,勘探程度低,地表、地下构造变形复杂,构造模型存在多解性.本文通过对最新地震资料的解释,结合地质露头和钻井资料,建立起该地区新的构造模型.柯坪褶皱冲断带构造变形具有东西分段、南北分带的特征.东西向具有“跷跷板式”的沉积特征.中部皮羌段中寒武统盐层厚度大,主要发育盐下冲断构造和盐上反向滑脱构造;东、西两段主要发育基底卷入构造.石炭纪柯坪褶皱冲断带存在一期古隆起构造.晚石炭世一早二叠世沉积的康克林组具有填平补齐的特征.皮羌段发育两期断裂.早期为海西期断裂,晚期为喜山期断裂.石炭纪古隆起受控于早期断裂.喜山期形成的盐上滑脱构造对下伏潜在的古油藏具有封闭和保存作用.     

均质多岩层褶皱的大变形数值模拟

利用杆件大变形力学理论,对均质多岩层在力作用下褶皱的形成过程及结果进行了数值模拟,结果表明当岩层受力两端边界条件对称时,产生的褶皱是对称的;当边界条件不对称时,产生的褶皱是不对称的,揭示了对称与不对称褶皱产生的力学成因,同时也表明,大变形力学理论在地质构造模拟方面有着良好的应用前景。     

均匀多岩层褶皱的大变形数值模拟

利用直件大变形力学理论,对均质多岩层在力作用下褶皱的形成过程及结果进行了数值模拟,结果表明当岩层受力两端边界条件对称时,产生的褶皱是对称的;当边界条件不对称时,产生的褶皱的是不对称的,揭示了对称与不对称褶皱产生的力学成因,同时也表明,大变形力学理论在地质构造模拟方面有着良好的应用前景。     

南天山晚新生代褶皱冲断带构造特征

南天山晚新生代褶皱冲断带位于南天山南麓,是南天山陆内造山作用过程中,南天山造山楔向塔里木盆地推进的结果.褶皱冲断带的构造变形以挤压冲断构造为主,伴生有挤压走滑构造和盐相关构造.以盖层滑脱冲断为特征,伴生有基底卷入型冲断构造.褶皱冲断带的主滑脱冲断层由造山带向盆地方向逐渐抬升,而且,"厚皮"构造向造山带方向越来越发育,"薄皮"构造向盆地方向越来越发育.整个褶皱冲断带从东到西冲断作用发生的时间基本一致,起始于中新世中-晚期并一直持续到现今;冲断高峰发生于新近纪晚期-第四纪.褶皱冲断带的形成过程为前展式,由南天山向塔里木盆地推进.受地层剖面结构、沉积建造、基底起伏、所处的构造部位等因素控制,南天山褶皱冲断带的构造变形特征沿走向具有明显的分段性,从东到西划分出4个次级褶皱冲断带:库车、乌什、柯坪和喀什北褶皱冲断带.每个次级褶皱冲断带在共性的基础上,都有自己独特的构造变形特点.     

博格达山北缘前陆褶皱冲断带构造特征及其动力学意义

博格达山北麓褶皱逆冲带是现代地质学研究的一个热点,但是大部分的研究都集中于古生代和新生代的构造变形,对于中生代多期构造变形少有关注。本文通过野外地质观测和卫星照片解析,结合前人地震剖面,识别出中生代以来博格达山北麓褶皱逆冲带内3期不同的构造变形: 1)是由于印度-欧亚板块碰撞远程效应所引起的新生代逆冲推覆构造,表现为一系列逆冲断层及相关的褶皱; 2)是侏罗纪末-白垩纪初博格达山遭受挤压变形,在山前形成宽缓的褶皱; 3)是博格达三叠纪末-侏罗纪初的构造变形,可能对应于博格达山的初始隆起,这期构造变形表现为博格达山北麓上二叠统的强烈褶皱变形。这些结果表明博格达山的隆升具有多期次的特点,主要受亚洲板块南缘不同时期小陆块碰撞的控制。     

褶皱冲断带构造砂箱物理模型研究进展

地壳浅层次褶皱冲断带普遍受控于具耦合互馈特性的多种机制或边界条件,从而具有长期的构造演化过程和复杂的构造特征。自19世纪初以来,基于地质构造过程自相似性和"无理有效性"的砂箱物理模型,为解译褶皱冲断带的演化过程及其动力学机制等提供了独立有效的手段。本文主要基于国内外地壳浅表褶皱冲断带构造变形过程为研究对象的构造砂箱物理模型研究结果与进展进行综述性报道,以期为同行提供参考与借鉴。基于与地壳浅表地层具相似流变学特性的砂箱物理模拟研究,揭示出地壳浅层次构造变形过程普遍自相似性生长过程,符合库伦临界楔理论。褶皱冲断带挤压变形过程中,基底特性(基底几何学、有效摩擦角、基底耦合性和流体超压)、变形物质特性(空间几何学、能干层、流变学和非均一性)、动力学机制(砂箱几何边界、汇聚速率和汇聚方向)、浅表作用(剥蚀和沉降)等对于地壳浅表构造变形过程具有明显的控制作用。构造砂箱物理模型在解译不同构造变形过程与机制的研究中发挥着越来越突出的作用。     

龙门山褶皱冲断带沿走向差异剥蚀作用 ——砂箱物理模型的启示

褶皱冲断带-前陆盆地系统普遍存在浅表构造剥蚀-沉积作用及其相关耦合机制,从而具有复杂的三维空间构造变形特征与演化过程.本文基于青藏高原东缘龙门山褶皱冲断带-前陆盆地系统,通过沿走向变化的剥蚀-沉积作用砂箱物理模拟实验和野外地质调查等研究,揭示其沿走向变化的剥蚀-沉积作用,导致了褶皱冲断带大规模抬升剥蚀、断层多期活化与无...     

龙门山褶皱冲断带扩展生长过程——基于低温热年代学模型证据

基于多封闭系统低温热年代学特征的浅部地貌构造模型重建在揭示褶皱冲断带-前陆盆地系统形成演化过程中受到越来越广泛的重视与应用。青藏高原东缘龙门山地区多封闭系统低温年代学年龄总体上具有逐渐从冲断带前缘、由SE向NW至高原内部减小趋势,且走向上由NE向SW也具微弱减小趋势;龙门山褶皱冲断带热年代学年龄变化范围明显大于高原内部,揭示出盆-山过渡带新生代加强的褶皱冲断剥蚀浅表作用。基于龙门山区域低温热年代学和褶皱冲断带-前陆盆地系统稳态冲断剥蚀热模型,揭示出青藏高原东向扩展速率约为5～10 mm/a,抬升剥蚀速率为0.4～1.0 mm/a和龙门山褶皱冲断带缩短速率为0～15 mm/a,它们与现今地质学和大地测量学特征具有较好的一致性。因此,青藏高原东缘由西向东的多封闭系统热年代学年龄特征反映出新生代稳态的高原东向扩展生长过程,即龙门山褶皱冲断带冲断扩展和浅表剥蚀作用耦合过程。     

褶皱冲断带物理模拟实验研究进展

褶皱冲断带油气资源丰富,统计表明全球探明油气储量约14%分布在褶皱冲断带。自从1815年地质学家第一次以模拟实验的方式验证了褶皱形成于岩层遭受水平挤压变形的二百多年来,针对褶皱冲断带的物理模拟实验研究无疑是最卓有成效的研究领域方向之一。本文从追溯早期模拟实验先驱,到近二十年来国内外相关研究进展综述,着重分析和评述物理模拟实验研究对于前陆褶皱冲断带构造理论发展的主要贡献。强调造山带临界楔体理论以及基底滑脱层强度、流体超压和变形岩层内聚强度等对构造变形过程的控制作用。主要介绍的实验性标志成果有：(1)褶皱冲断带构造变形的生长规律;(2)褶皱冲断带的构造变形机制;(3)褶皱冲断带中构造变形的主控因素。我们的目的是提供引人入胜的物理模拟实验研究成果,吸引更多现在和未来的研究人员理解和重视物理模拟工作,借助日益进步的实验装置和技术方法,促进盆地构造研究在学科发展道路上,一步步实现从定性走向定量、从二维走向三维、从几何学和运动学走向动力学的飞跃。     

蒙古弧形褶皱带上叠沉积盆地油气远景

根据我们近年来在蒙古国开展的油气地质调查和勘探开发实践,对蒙古大地构造演化、盆地沉积充填、构造发育以及盆地含油气系统等开展综合研究。探讨了蒙古弧形褶皱带构造叠加变形特征,指出北西、北东向构造是蒙古西部和东部中新生代的叠加构造,南北向构造带是蒙古西部晚期发育的上叠构造;发育于蒙古弧形褶皱带的中生代沉积盆地群可分为残余海盆地、前陆盆地、裂陷盆地三种类型。根据石油地质条件综合分析,认为蒙古盆地群中塔木察格、东戈壁等盆地具有良好的油气勘探远景。     

天山南北缘前陆冲断构造对比研究及其油气藏形成的构造控制因素分析

天山南北缘分别发育了库车前陆冲断带和乌鲁木齐前陆冲断带,南缘前陆冲断带发育4排褶皱冲断构造,北缘前陆冲断带发育3排褶皱冲断构造。天山南北缘前陆冲断构造形成时间的对比研究表明,南缘第一排构造带起始时间为23.3Ma,构造形变从山前由北向南依次展开;北缘第一排构造带的形成时限为10~8Ma,构造形变从山前开始由南向北依次展开。平衡剖面研究表明,天山南北缘地壳缩短率也存在明显差异,南缘前陆冲断带地壳缩短率为31%~59%,北缘前陆冲断带地壳缩短率为15.13%~23.74%,南缘构造缩短量要大于北缘,这种差异正是印度板块和欧亚板块碰撞的远距离构造效应从南向北传播造成的,也真实反映了天山的陆内造山过程。目前天山南缘前陆变形构造中已经发现几个规模较大的油气田,北缘虽有多处油气显示和油气田的发现,但数量和规模均较南缘少和小。天山南北缘生储盖等石油地质条件基本相似,大型油气藏形成的差异可能主要是由天山南北缘前陆冲断带启动时间的不同造成的。     

天山南北缘前陆冲断构造对比研究及其油气藏形成的构造控制因素分析

天山南北缘分别发育了库车前陆冲断带和乌鲁木齐前陆冲断带,南缘前陆冲断带发育4排褶皱冲断构造,北缘前陆冲断带发育3排褶皱冲断构造。天山南北缘前陆冲断构造形成时间的对比研究表明,南缘第一排构造带起始时间为23.3Ma,构造形变从山前由北向南依次展开;北缘第一排构造带的形成时限为10~8Ma,构造形变从山前开始由南向北依次展开。平衡剖面研究表明,天山南北缘地壳缩短率也存在明显差异,南缘前陆冲断带地壳缩短率为31%~59%,北缘前陆冲断带地壳缩短率为15.13%~23.74%,南缘构造缩短量要大于北缘,这种差异正是印度板块和欧亚板块碰撞的远距离构造效应从南向北传播造成的,也真实反映了天山的陆内造山过程。目前天山南缘前陆变形构造中已经发现几个规模较大的油气田,北缘虽有多处油气显示和油气田的发现,但数量和规模均较南缘少和小。天山南北缘生储盖等石油地质条件基本相似,大型油气藏形成的差异可能主要是由天山南北缘前陆冲断带启动时间的不同造成的。     

Topography as a major factor in the development of arcuate thrust belts: insights from sandbox experiments

We have used sandbox experiments to investigate and to illustrate the effects of topography upon the development of arcuate thrust belts. In experiments where a sand pack shortened and thickened in front of an advancing rectilinear piston, the geometry of the developing thrust wedge was highly sensitive to variations in surface topography. In the absence of erosion and sedimentation, the surface slope tended to become uniform, as predicted by the theory of critical taper. Under these conditions, the wedge propagated by sequential accretion of new thrust slices. In contrast, where erosion or sedimentation caused the topographic profile to become irregular, thrusts developed out of sequence. For example, erosion throughout a hinterland caused underlying thrusts to remain active and inhibited the development of new thrusts in the foreland. Where initial topography was irregular in plan view, accreting thrusts tended to be arcuate. They were convex towards the foreland, around an initially high area; concave towards the foreland, around an initially low area. Initial plateaux tended to behave rigidly, while arcuate thrust slices accreted to them. Thrust motions were radial with respect to each plateau. Within transfer zones to each side, fault blocks rotated about vertical axes and thrust motions were oblique-slip. At late stages of deformation, the surface slope of the thrust wedge tended towards a uniform value. Initial mountains of conical shape (representing volcanoes) also escaped deformation, except at depth, where they detached. Arcuate thrust slices accreted to front and back. Where a developing thrust wedge was subject to local incision, accreting thrust slices dipped towards surrounding areas of high topography, forming Vs across valleys.Arcuate structural patterns are to be found around the three highest plateaux on Earth (Tibet, Pamirs and Altiplano) and around the Tromen volcanic ridge in the Neuquén Basin of northern Patagonia. We infer that these areas behaved in quasi-rigid fashion, protected as they were by their high topography.     

前陆冲断带非对称性变形与逆冲断层运动学指向

前陆冲断带冲断层的冲断方向一直没有得到理论解释。文中基于库伦断裂理论和造山带前陆冲断带变形的非对称性,分析了前冲断层和反冲断层的成因。变形初期将会出现两组共轭势断裂面,随后在变形非对称引起的准静力平衡条件下,两组势断裂面中所需作用力小的那组断裂面将更容易发育成冲断层,断层滑动所需作用力包括克服滑脱面摩擦力和断层面摩擦力两部分。大部分条件下,前陆区前冲断层将优先发育,但当最大主应力轴向前陆倾斜时或共轭断层交叉点在滑脱面上时,反冲断层将有可能优先发育。后缘推动力、滑脱面摩擦力和滑体形状都会决定着主应力轴的方位。上述认识能够解释包括收缩变形区、伸展变形区等断层发育的选择性。     

准噶尔盆地乌夏前陆冲断带沉降史与沉积响应研究

针对前陆冲断带的特殊构造位置及沉积特征的复杂性,本文在地层剥蚀厚度恢复和层序划分的基础上,通过对准噶尔盆地西缘乌夏前陆冲断带沉降史分析,在海西运动晚期准噶尔地块与西伯利亚板块发生碰撞挤压,形成一系列冲断推覆构造,前缘岩石圈挠曲下陷发育周缘前陆盆地,并夹杂大规模的短暂伸展火山喷发活动,接受了巨厚的二叠系沉积层序;随着板块俯冲在二叠纪末的逐渐消亡,三叠纪进入印支期陆内坳陷继承性挤压活动阶段,周边受南北向挤压和左旋构造应力场影响,前陆冲断带古断裂再次逆冲,哈拉阿拉特山急剧抬升,后缘和什托洛盖盆地形成;进入侏罗纪—白垩纪(燕山运动早中期),为陆内坳陷的填充消亡阶段,但有继承性活动,构造活动强度较二叠纪大为减弱,在燕山运动Ⅲ幕晚期最终被覆盖定型。整个过程受地体碰撞和板内挤压影响,冲断带发生幕式构造活动,从而导致盆地沉降也发生幕式变化,而且冲断带每次挤压逆冲均导致相应的沉降和沉积物充填,并直接控制前陆盆地和陆内坳陷的沉积充填特征。     

逆断层区构造煤形成机制及分布规律的数值模拟

采用FLAC2D数值模拟分析软件,通过流变模型和摩尔库仑弹塑性模型转换技术,研究了在水平构造应力作用下,逆断层运动过程中断层区域塑性破坏区的分布及变化规律,进而揭示了逆断层区构造煤的形成机制和分布规律。结果表明,逆断层区域的塑性破坏区域在距离断层一定范围内分布,随着远离断层而减小,且断层上盘构造煤的发育程度和范围大于下盘。研究成果可为断层区域煤与瓦斯突出防治提供借鉴。