大巴山前陆冲断带构造样式和演化过程的数值模拟

由于大巴山地区处于独特的构造背景,拥有丰富的油气资源,正吸引人们开展日益深入的研究。本文通过有限差分方法,利用平面应变的二维弹塑性本构模型,对大巴山前陆冲断带开展了系列数值模拟研究。结果表明,前陆区拥有相对软弱的滑脱层(含膏盐岩的中下三叠统),是大巴山前陆冲断带主滑脱面由后陆向前陆逐渐抬升的主控因素。该滑脱层的分布以及同构造沉积的分布限定了主前缘逆冲断裂(镇巴断裂)的位置,通过该断裂,大巴山后陆的强烈缩短应变由深滑脱层(震旦系下部)向南传递至浅滑脱层(三叠系中下统)。镇巴断裂和城口断裂一起,它们的长期活动性,可能调节了大巴山一半以上的总缩短应变。同构造沉积发生后,前陆区浅层侏罗山式褶皱往前扩展的同时,后陆的先成断裂也继续活动并发生顺时针旋转,构成无序逆冲扩展序列。主要断层的逆冲扩展和经典背驮式不同,缩短应变主要由主断层下盘向后陆深部俯冲来实现。模拟结果和大巴山地质原型的近似程度,说明了利用有限差分软件对地质构造进行模拟的可行性。     

库车前陆盆地克拉苏构造带的构造特征与油气

克拉苏构造带位于库车前陆盆地的北侧, 由浅部和深部两个层次的构造组成, 上、下不同层次的构造具有不一致性。浅部层次的构造主要为断层传播褶皱、断层传播－ 滑脱褶皱, 这些构造的突破断层发育, 不利于油气的保存; 深部层次的构造主要为被动顶板双重构造、突发构造和断层转折褶皱, 这些构造在走向上相互转变, 构成了本区最有利的构造圈闭。断裂是本区最重要的构造, 它不仅是烃源岩排烃的有效机制, 而且是油气运移的通道。     

数值模拟在沉积盆地褶皱冲断构造变形研究中的应用与发展

数值模拟是一种利用电子计算机,通过数值计算和图像显示的方法,研究工程问题、物理问题乃至自然界各类问题的方法。随着高性能计算的不断发展,数值模拟方法在沉积盆地构造变形研究中的应用不断扩大,学术界和工业界将数值模拟方法广泛应用于盆地构造变形特征与变形机制的定量研究,取得了丰硕的成果。本文在系统分析前人数值模拟成果的基础上,阐述了有限元、有限差分、边界元和离散元四种常用数值模拟实验方法的特征和应用。同时,本文对近年来数值模拟方法在沉积盆地褶皱冲断构造变形中的研究进展进行了分类总结,重点介绍这一方法在构造特征与变形机制研究中取得的成果,为数值模拟方法在盆地构造变形领域应用的不断扩大和深入提供参考。最后,本文对数值模拟技术在目前应用中面临的问题和未来的发展方向提出了一些看法和建议。     

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。     

南海陆缘伸展破裂过程中的构造迁移和盆地演化

为了阐明南海由陆向洋的过渡带内构造活动的时间 空间迁移过程,本文以两条跨南海东部共轭被动陆缘和南海西南部共轭陆缘的两条长剖面为基础,进行精细的构造解释和分析,在南海洋陆转换带内确定了出Tb、SD、PD和Bi四个一级层序界面,并以这4个一层序界面为界,将南海陆缘划分为：早期断陷盆地(Tb—SD)、晚期拆离盆地(SD—PD)和断坳转换盆地(PD—Bi)。通过对同一剖面不同构造单元带内同构造地层的分析,发现构造活动时代由陆向洋逐渐变年轻;通过对比不同剖面同一构造单元带内的同构造地层发现,构造活动时代沿着海底扩张迁移的方向逐渐变年轻。因此,在南海扩张期间,岩石圈的伸展变形不仅表现为向洋方向的迁移,同时表现为向海底扩张方向的迁移。     

基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究

西南天山山前褶皱冲断带的变形与其东侧的柯坪冲断带的大规模薄皮滑脱明显不同,它以发育"堆垛"构造和基底卷入逆冲构造为特征,是什么因素控制了该冲断带的变形。本文基于地震解释剖面,采用离散元数值模拟研究手段,单因素变量控制方法,设计了先存断裂模型,滑脱层模型和先存断裂与不同内聚力的滑脱层组合模型共5组数值模拟实验,分析西南天山山前褶皱冲断带的构造变形的控制因素。实验结果表明:滑脱层岩石强度控制了其下先存断裂向上突破的难易程度,滑脱层内聚力较强时,沿先存薄弱带易突破滑脱层形成逆冲推覆构造;滑脱层内聚力较弱时,滑脱层将发育成逆冲体系的顶板断裂,阻碍滑脱层之下单元中先存断裂后期活动向上传播,易形成相互叠覆的逆冲片。弱内聚力滑脱层发育的地区,变形前锋向前陆方向传播得更快、更远,变形主要发生在滑脱层之上单元,易形成冲起构造和三角带,滑脱层之下单元构造变形相对较弱。通过对比分析,认为西南天山山前冲断带发育堆垛构造和基底卷入逆冲构造变形,主要受控于发育上白垩统-古近系的膏盐层和前新生代的先存断裂。     

大巴山造山带及其前陆盆地的构造特征和构造演化

大巴山造山带及其前陆盆地的构造特征具有显著的分带性,按不同褶皱型式和变形强度可划分为若干构造带。逆冲推覆和褶皱作用均从大巴山外侧向前陆盆地方面呈递进运移扩展。根据对沉积充填与相邻大巴山造山带隆升之间的关系,重建了前陆盆地的构造演化。大巴山造山带及其前陆盆地具有广阔的含气远景。     

龙门山构造带的演化历史及构造样式综述

2008年5月12日汶川8.0级地震发生后,笔者在总结前人研究成果的基础上,结合野外实地考察,对龙门山演化历史和构造样式等方面进行了综述。研究表明,龙门山构造带经历了基底形成期、扬子地台裂解期、构造反转-褶皱隆升期和推覆滑覆叠加期四个演化阶段,同时具有东西分带、南北分段、上下分层的构造变形特点,发育大量的构造样式,如叠瓦冲断带、花状构造、背冲断层、断滑褶皱等,并且具有推覆滑覆多期叠加的特征。该研究有利于推动对造山带构造演化规律的研究,同时对汶川地震发震构造环境和青藏高原边缘动力学环境研究有着重要的意义。     

双滑脱层强度对博格达山北缘构造变形的影响：基于离散元数值模拟

博格达山北缘褶皱冲断带以横向分段、纵向分层、多期构造变形叠加、先存构造发育为主要特征,发育有中侏罗统西山窑组和下侏罗统八道湾组两套滑脱层,为探究这两套滑脱层内聚力强度差异及先存构造对冲断带新生代构造变形的影响,研究采用离散元数值模拟方法,在布设先存构造的基础上设计了无滑脱层模型和不同内聚力强度组合的双滑脱层模型共5组数值模拟实验.实验结果表明：双滑脱层内聚力强度相同时,上滑脱层在应力传播中占据优势;双滑脱层内聚力强度不同时,应力会优先沿弱内聚力滑脱层传递,且当下滑脱层内聚力较弱时,上滑脱层可能不发挥作用.通过对比实验结果与实际地质剖面,认为先存构造控制了冲断带构造变形的总体样式,而两套滑脱层共同控制了冲断带纵向上的变形解耦,上部滑脱层内聚力弱于下部滑脱层是影响研究区新生代构造变形的关键性因素.     

底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带影响的数值模拟

滑脱层是影响褶皱冲断带的第一因素。为了探讨底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带的影响,本文通过二维有限差分软件FLAC开展了数值模拟研究。常见的泥岩滑脱层具摩擦性质,此类冲断带采用弹塑性模型;而盐岩滑脱层具蠕变性质,此类冲断带则采用黏弹塑性模型。结果表明,底部滑脱层流变性以及厚度对冲断带的变形影响很大。当滑脱层为泥岩时,发育典型的叠瓦状构造样式,变形序列为背驮式向前扩展的有序序列。而当滑脱层为盐岩时,发育背、向斜相间排列的侏罗山式构造样式,并以无序序列演化。底部滑脱层厚度的变化,对泥岩滑脱层的冲断带而言,主要改变其表面坡角,对构造样式和演化序列影响不大;但对盐岩滑脱层的冲断带影响很大,不管滑脱层最厚的地方分布在后陆还是前陆,变形都会最强烈,地表凸起最高。从后陆向前陆加厚的盐岩滑脱层结合由后陆向前陆略为减薄的上覆地层可产生罕见的后冲、后展式演化序列。这些变形的差异主要是由于盐岩比泥岩具有小得多的剪切强度所致。     

塔里木盆地西秋里塔格构造带走滑双重构造与“三明治”构造地质建模

据地球物理、地质以及遥感图像解释,西秋里塔格构造带地面发育走滑双重构造,其形成受前古近系基底走滑构造影响。由于基底构造与地面构造之间发育巨厚的古近系蒸发盐,使得这种联系具有间接性。走滑双重构造是在喜马拉雅期南天山—塔里木前陆近南北向挤压和基底左行走滑的复合作用下形成的,具有松弛弯曲背景下的扭张性质。西秋里塔格构造带前古近系基底以花状构造变形为主;盐上盖层为倾滑变形的构造三角带,两者与其间的盐构造共同构成研究区的“三明治”构造地质模型。     

英吉苏凹陷中─新生代背驮式前陆盆地构造特征及成因机制

英吉苏中新生代凹陷是在古生代逆冲推覆构造背景之上发育起来的背驮式前陆盆地。盆地的沉积作用和变形作用严格受基底参与的逆冲断层的控制。中新生代构造由北向南可划分七个带：北部斜坡带；群克─新开屏背斜带；英北向斜带；阿拉干背斜带；英南向斜带；古城墟斜坡带和罗布庄断凸带。叠瓦式逆冲断层、冲起构造、构造三角带、断展褶皱和披覆构造是英吉苏凹陷的主要变形样式。自三叠纪以来，不同时期的沉积中心自造山带向前陆方向迁移。 中新生界变形的动力学和运动学是与塔里木板块南缘活动大陆边缘的板块拼贴事件和壳内拆离缩短作用有关。     

塔里木盆地库车前陆褶皱带中段盐相关构造特征与油气聚集

塔里木盆地北部库车前陆褶皱带古新统一始新统发育盐岩层系，将库车前陆褶皱带构造变形和圈闭样式分为三层，即盐上构造、盐层(盐间)构造和盐下构造。盐上构造包括盐上背斜、盐上逆冲断层及断层相关褶皱、盐上背冲断块构造、强制褶皱、盐上逆冲断层遮挡构造和盐推覆构造等；盐层(盐间)构造主要包括盐枕构造、盐间断褶构造、盐焊接构造和外来盐席等；盐下构造主要有背冲断块构造、断层相关褶皱、叠瓦冲断带和双重构造等。库车前陆褶皱带盐构造的形成可能受挤压作用、重力滑动和重力扩展作用多重控制。笔者等讨论了盐相关构造油气成藏条件和模式，认为库车前陆褶皱带盐岩层变形与丰富的圈闭构造形成密切相关，烃源岩主要位于盐下，盐岩层作为优质盖层构成石油和天然气藏最优越的遮挡条件，断裂对盐下、盐间和盐上油气成藏都起重要控制作用，但盐下是最有利的油气聚集场所。     

西昆仑甜水海地区前陆褶皱冲断带的构造样式及其演化

运用碰撞造山带大地构造朴理论,研究了西昆仑甜水海地区三叠系的沉积特征及其构造环境,晚三叠世末羌塘陆块与塔里木板块南缘的晚古生代一早中生代山弧碰撞造成的前陆褶皱冲断带的构造样式及其演化。通过对地层构造岩石组合、沉积环境及其变形强度特征的分析,得出该区三叠纪的沉积是一套典型的深水－半深水的复理石建造,形成于被动大陆边缘的沉积环境;其变形具有典型的前陆褶皱冲断带特征,并将褶皱冲断带按变形特征分５个带。提     

库车前陆褶皱-冲断带前缘盐构造分段差异变形特征

库车前陆褶皱-冲断带前缘秋里塔格构造带发育大量盐构造,其类型丰富多样。根据野外露头、钻井和地震资料识别出的盐构造样式主要有盐推覆、盐枕、盐墙、盐焊接、鱼尾构造、盐撤凹陷、突发构造、断层传播褶皱、断层转折褶皱和三角带构造等。秋里塔格构造带盐构造变形表现出明显的分段差异变形特征,其中西段却勒地区以古隆起(盐下)—盐枕(盐层)—逆冲推覆构造(盐上)为主;中段西秋地区以构造斜坡(盐下)—盐墙(盐层)—断层传播褶皱、向斜(盐上)为主;东段东秋地区则以断层转折褶皱(盐下)—盐推覆(盐层)—断层传播褶皱(盐上)为主。造成这种盐构造分段差异变形的主要控制因素包括基底断裂、含盐层系、构造转换带和变形空间等方面的差异性,其中基底构造和含盐层系的差异性起主导作用。     

Structural Evolution of the Eastern Qiulitagh Fold and Thrust Belt, Northern Tarim Basin, China

The eastern Qiulitagh fold and thrust belt (EQFTB) is part of the active Kuqa fold and thrust belts of the northern Tarirn Basin. Seismic reflection profiles have been integrated with surface geologic and drill data to examine the deformation and structure style of the EQFTB, particularly the deformational history of the Dina 2 gas field. Seismic interpretations suggest that Dongqiu 8 is overall a duplex structure developed beneath a passive roof thrust, which generated from a tipline in the Miocene Jidike Formation, and the sole thrust was initiated from the same Jidike Formation evaporite zone that extends westward beneath the Kuqatawu anticline. Dongqiu 5 is a pop-up structure at the western part of the EQFTB, also developed beneath the Jidike Formation evaporite. Very gentle basement dip and steep dipping topographic slope in the EQFTB suggest that the Jidike Formation salt provides effective decoupling. The strong deformation in the EQFTB appears to have developed further south, in an area where evaporite may be lacking. Since the Pliocene, the EQFTB has moved farther south over the evaporite and reached the Yaken area. Restoring a balanced cross-section suggests that the minimum shortening across the EQFTB is more than 7800 m. Assuming that this shortening occurred during the 5.3 Ma timespan, the shortening rate is approximately 1.47 ram/year.     

库车前陆褶皱—冲断带前缘大型盐推覆构造

塔里木盆地北部库车前陆褶皱-冲断带构造-地层层序可划分为中生界盐下层序、古新统一始新统盐层层序和渐新统一第四系盐上层序。盐岩层序的岩性主要为灰白色、浅灰色盐岩、膏岩、泥灰岩和紫红色碎屑岩,厚110～3000 m。盐岩层的存在使库车前陆褶皱-冲断带发育-系列盐相关构造,其中最引人注目的是盐推覆构造。野外地质调查、地震资料解释、遥感资料和钻井资料揭示,沿库车前陆褶皱-冲断带前缘西秋立塔克山发育大型盐推覆构造,总体呈近东西走向,并略呈往西南凸出的弧形展布,沿走向延伸超过200km,由北往南逆冲推覆距离达30km以上。主断层沿古新统-始新统盐岩层发育,外来推覆体由古新统-始新统盐层层序和渐新统-第四系盐上层序组成,表现为受断层控制的单面山,逆冲推覆在原地中生代-新生代地层之上。地质分析和剖面复原结果表明,盐推覆构造主要形成于新近纪末期以来的喜马拉雅晚期阶段,现今仍具有强烈的活动性。由于不均匀推覆作用,在盐推覆构造的不同地段,逆冲推覆距离、冲断层产状、外来岩系和原地岩系的叠置关系以及盐相关构造的发育都有较大差异,显示出走向上分段性特点。库车前陆褶皱-冲断带前缘盐推覆构造的形成演化受区域挤压作用、重力滑动和重力扩展作用控制。     

Simulation of the Subsidence and Deposition Processes of the Foreland Basin in the Southwestern Margin of Ordos

Characteristics of deformation in the thrust belt and sequence stratigraphic framework in the foreland basin, structural features of the basin margin, and the episodic thrusting are studied in this paper by combining the eastern Qilian thrust belt and the Late Triassic foreland basin on the southwestern margin of Ordos. On this basis, a geological model and a mechanical model of coupling mechanism were established for the pair of thrust belt and foreland basin, and the subsidence and deposition process of the foreland basin were simulated on given parameters.     

环青藏高原巨型盆山体系构造与塔里木盆地油气分布规律

中国中西部受控于喜山期青藏高原的隆升和向北、向东的推挤,在其外围形成一个巨型的盆山构造体系,环青藏高原巨型盆山体系主要由复活后的古造山带、前陆冲断带和小型克拉通盆地三个基本的构造单元组成,其中古生界小型克拉通与中新生界前陆冲断带是重要的含油气单元,它决定了中国中西部油气分布主要受古生界克拉通古隆起和中新生界前陆冲断带的控制。塔里木盆地在纵向上由发育齐全的下古生代碳酸盐岩、上古生代海相-海陆交互相碎屑岩沉积和中新生代陆相碎屑岩等构造层序叠置而成,在平面上以较稳定的小型克拉通为核心,边缘环绕库车、喀什、塔西南、塔东南等褶皱或冲断变形的前陆冲断带。塔里木盆地古生界小型克拉通盆地与中新生界前陆逆冲带叠合-复合的构造特征,以及演化的多阶段性,决定了这类盆地具有"多套烃源岩、多储盖组合、多含油气系统"的叠合-复合含油气系统的特点;油气分布受小型克拉通盆地中的古隆起控制,形成大面积岩性地层油气藏,前陆盆地中的冲断带构造控制形成背斜油气藏,具有多期成藏并存与晚期成藏为主的特点。     

塔里木盆地三叠纪前缘隆起迁移演化规律

利用大量钻测井及地震资料,通过对邻近前缘隆起的隆后坳陷地层特征的分析以及与库车河露头的对比,探讨了塔里木盆地三叠纪前缘隆起的迁移演化规律。结果表明,三叠纪前缘隆起发生了3次往复迁移,隆后坳陷地区发育多期不整合面,且最大不整合面均发育于地层的底部。早三叠世,隆后坳陷地层南厚北薄,早期前缘隆起向天山方向迁移,隆后坳陷地层超覆其上,前陆坳陷变窄;晚期则向克拉通方向迁移隆升,邻近的隆后坳陷地层遭受强烈剥蚀。由于前缘隆起的遮挡作用,该时期前陆坳陷与隆后地区尚未贯通,山前发育冲积扇。中、晚三叠世前缘隆起又发生两次迁移,其迁移特征与早三叠世类似,但中三叠世前陆坳陷与隆后坳陷仍未相连,而晚三叠世两者相互连通。