构造地质学虚拟仿真实验设计与实现

由于构造地质学研究的对象为各种构造现象,其具有形成过程长期性、变形条件复杂性、变形过程不可逆性及实验室难以完全还原等特征,使得在构造地质学的教学和学习过程中,理论知识和实践观察中的构造现象仅以结果呈现,制约了学生对断层、褶皱等构造现象形成过程的认识,造成学生无法有效吸收构造地质理论知识并触类旁通应用于构造实践。采用虚拟仿真实验方法是开展该类实验教学和工程实践技能训练的有效途径。以西南石油大学“构造地质学”这门课程的实验教学资源建设为例,介绍其教学资源应用案例、教学体系建设与实现。

库车坳陷克拉苏河新生代沉积岩磁组构特征与古流向分析

塔里木盆地库车坳陷克拉苏河沿岸发育良好的新生界地层.我们对克拉苏河沿岸新生界剖面分A、B两段进行系统采样,获得定向岩芯样品1700余块.岩石磁学研究表明,新生代沉积岩中磁性矿物以赤铁矿为主,含有少量磁铁矿;磁组构测试结果显示,两段剖面磁面理均较磁线理发育,最小磁化率主轴近于直立,显示原生沉积组构.A剖面磁化率主轴к1的偏角指示古流向.库姆格列木群沉积时的古水流方向为NEE—SWW向,至苏维依组沉积时,流向变为NNE—SSW向.河流古流向在苏维依组形成时发生急剧变化,说明南天山此时可能发生了明显的隆升,且以北西部隆升为主;B剖面为吉迪克组、康村组和库车组粗粒碎屑岩,磁组构显示к1-к2构成的磁面理与层理面小角度相交,к3呈叠瓦状分布,可以用来指示古水流方向.从吉迪克组至库车组下段,古流向均为NNW—SSE,但逐渐偏东,暗示天山在此期间处于缓慢的隆升期或东西部处于同步隆升,且西部隆升速度快于东部.

塔北阿瓦特剖面磁性地层的构建:天山的脉动式隆升

晚新生代以来天山造山带的构造演化过程仍缺少准确的年龄限制.南天山山前新生界地层普遍缺乏古生物化石以及岩浆活动等定年依据,然而地层沉积连续,适合于磁性地层定年.对阿瓦特地区3700 m厚的晚新生代地层进行了详细的磁性地层研究,建立了该地区西域组底部至吉迪克组顶部的磁极性变化序列,共识别出26个负极性和26个正极性带,与CK95国际标准磁极性年代表对比该段地层年龄大致为1.7～15.1 Ma.结合年龄以及深度数据我们计算了研究区新生界地层的沉积速率,11 Ma时沉积速率由22 cm/ka陡降至约7 cm/ka,经历了4 Ma的缓慢沉积后,在6.5 Ma时陆源碎屑物的堆积突然加快,地层沉积速率也由7 cm/ka升至68 cm/ka,形成了巨厚的库车组地层.地层沉积速率的阶段性变化表明天山山脉在新生代的构造演化是一种脉动式隆升的过程.

盐层厚度对褶皱拼接样式的影响——以库车褶皱-冲断带西段前缘背斜带为例

本文综合利用钻井、地震反射剖面、遥感卫星影像和数字高程模型数据,分析了库车褶皱-冲断带前缘盐层厚度的变化特征及其对背斜样式(波长W)、褶皱拼接样式的影响。研究表明,秋里塔格构造带由于下伏盐层初始厚度约1.0km,且存在大量外来盐岩流入,发育延伸大约300km的背斜带;其背斜初始波长约22km,枢纽间距(D)达到10.3km的背斜也能发生斜向拼接。然而,喀拉玉尔滚构造带下伏盐层初始厚度为0.1~0.9km,且由西往东减薄;它主要由雁列式背斜构成,背斜波长较小(大约7~11km)。由于下伏盐层厚度不同,背斜核部断层发育特征也存在明显差异,导致枢纽间距(D)为6.5km的中喀、南喀背斜发生斜向拼接,而枢纽间距较小(D=6.1km)的北喀背斜却成为孤立背斜。因此,我们认为盐层的厚度不同导致了褶皱波长和断层发育特征的差异,进而影响背斜之间能否发生拼接。本文的研究结果需要得到进一步深入研究的验证,但势必将有助于加深对于挤压环境下盐构造变形样式及其对褶皱发育的控制作用的理解。

库车褶冲带博孜敦底辟新生代盐构造变形期次:来自盐动力层序的证据

盐动力层序是指被动盐底辟周缘发育的一套角度不整合地层,是识别盐盆地早期被动底辟的标识。库车地区盐构造由于被上新世区域大规模挤压事件显著破坏,其古新世–中新世的早期演化过程尚存在争议。本文首次将盐动力层序的研究方法运用在库车地区盐构造研究中,并通过对库车褶冲带的博孜敦盐底辟进行野外观察、地层恢复、地震解译后发现,库车地区博孜敦盐底辟南西翼渐新统–中新统发育一套与盐底辟活动相关的沉积层序,小层序之间以角度不整合为界,但随着远离底辟地层之间的接触关系很快变为整合接触,符合直立状复合型盐动力层序的模型。由此认为,库车地区早期被动盐底辟发育,盐构造的演化变形可分为两个期次:早期被动底辟期(渐新世–上新世早期)与后期挤压改造期(上新世–现今)。通过对比物理模拟结果与地震资料解译结果认为,库车地区早期被动底辟作用很可能受控于始新世以来的冲积扇沉积加载作用。

准噶尔盆地南缘中段深层构造变形特征及构造转换关系

准噶尔盆地南缘属于环青藏高原盆山构造系统的一部分,受新生代以来青藏高原远距离构造传递作用的影响,深部构造期次多,变形十分复杂,地震剖面成像品质很差,导致对其构造变形特征和变形机制的认识存在争议,对横向构造转换关系和纵向构造传递过程方面的研究甚少。本文采用最新宽线地震资料,运用断层相关褶皱变形方法分析了准噶尔南缘中段霍玛吐背斜带中-深部隐伏构造变形特征;通过构造样式、变形强度对比与分析,阐述了霍玛吐背斜横向转换关系;在构造建模与精细解释的基础上,利用平衡剖面和构造正演模拟方法,分析了其构造演化过程,并阐述了纵向构造传递过程。分析认为,霍玛吐背斜带深部主要发育低幅度断层转折褶皱,中部发育复合型构造三角楔,并伴生有次级褶皱调节断层及小型反冲断层;浅部发育断层传播褶皱;横向上主要表现为构造样式相近、构造变形强度发生此消彼长的构造转换关系;纵向上表现为侏罗纪—中新世的低幅度构造变形,并以前展式向盆地方向发生构造挤压传递,上新世经强烈逆冲挤压,形成复合构造三角楔及派生的突发构造,后经强烈挤压逆冲,在浅部形成断层传播褶皱,并使山前带被强烈推举地表,遭受剥蚀。

龙门山南段印支晚期构造活动的厘定-来自构造几何分析及碎屑锆石年代学的约束

印支运动在龙门山构造带的形成与演化中扮演着重要作用。为明确龙门山南段晚印支以来构造活动特点,本研究选取山前带某地震剖面进行构造解析和正演模拟,并采用碎屑锆石U-Pb年代进行定量约束。结果表明龙门山南段上三叠统物源与松潘-甘孜地块具有亲缘性,应来自北部的秦岭造山带以及松潘-甘孜褶皱带内中下三叠统的再旋回。研究区晚印支以来经历多次逆冲推覆,位移量约为1.7km,与中北段相比,其构造活动相对较弱。结合区域资料,认为龙门山印支期的构造活动整体呈由北向南传递之特征。

川西双鱼石构造反转的有限元模拟证据

川西双鱼石研究区位于龙门山构造带北段,近年双鱼石区块进行的油气勘探证明该区具有良好的油气资源条件,查明该区构造发育特征和构造演化历史对区内油气勘探和开发具有重要意义。本文通过野外地质调研和地震资料解释,认为双鱼石研究区具有构造正反转特征;通过有限元模拟分析,印证了双鱼石研究区构造演化经历了晚三叠世之前被动大陆边缘环境,发育高角度正断层,而后在燕山期和喜山期受到龙门山造山运动影响构造反转,早期高角度正断层上下相邻软弱层诱发逆断层。

四川长宁地区五峰组—龙马溪组构造演化特征

长宁地区位于川南和川西南的交界部位,其地表构造行迹展布方向较为复杂,北西向、北东向及东西向褶皱构造共生,明显受多个区域应力场控制多方向、多期次断裂体系互相叠加影响的整体构造特征,先后经历了加里东期、印支期、燕山期及喜山期等构造事件的非同轴叠加改造。研究表明长宁地区受北东向多期次叠加应力场及喜山晚期北西向应力场控制,造成北西向基底卷入式及北东向滑脱派生的构造带发育,形成以断层传播褶皱为主要特征的构造变形样式。

川南云锦地区三维构造平衡恢复的断裂体系研究

四川盆地南部泸州地区具有以页岩为代表的较为丰富的地质资源,而作为控制这些资源的影响因素之一,断裂体系特征的研究就颇具价值。结合地震、露头资料等,运用三维构造平衡恢复技术,进一步明确泸州地区云锦区块的断裂体系特征。结合云锦区块乃至泸州地区周缘的构造环境,对云锦区块断裂体系的研究方法提出了新的认识。

断层转折褶皱塑性应变分布特征及构造意义的有限元模拟

断层转折褶皱是一种广泛分布的构造样式,但是当前利用数值模拟研究断层转折褶皱的应力应变发育特征的研究还比较少,不能很好地指导复杂构造区的构造解释。采用有限元建模方法,利用不同强度参数的层状均匀介质模拟地下不同性质岩层,研究典型断层转折褶皱的塑性应变发育和演化特征。典型断层转折褶皱动力学有限元模拟结果表明该方法效果较好,值得应用推广。

川南泸州地区次级断裂识别及其油气意义

川南泸州地区页岩气产量高,为了明确其高产的因素。次级断裂以及裂缝影响着油气分布,但目前对于次级断裂以及裂缝的识别研究较少,仅仅通过地震剖面识别小尺度断裂具有一定的局限性。从区域构造特征,分析研究断裂形成机制、断裂分级;利用多种地震属性来识别次级断裂,对比其优点、缺点,选出最优的次级断裂识别方法。通过研究得出:泸州地区根据次级断裂的成因,分为伴生型次级断裂、走滑型次级断裂,剖面都具有断距小、多为次级褶皱、不容易识别等特点,基于3D恢复的曲率属性计算方法可较清晰地识别次级断裂平面展布特征,以此来分析次级断裂以及裂缝发育对油气聚集的影响,为油气勘探开发提供参考。

龙门山前双鱼石南地区三维构造建模与恢复研究

川西北地区是四川盆地关键的油气勘探区,长期以来双鱼石构造区在油气勘探领域取得了显著性成果。但受龙门山及米仓山挤压构造影响,川西北部整体处于山前复杂构造区,存在多期构造叠加,邻近山前复杂构造带的地下构造变形及地震反射波场复杂,地震资料成像差,导致对复杂构造带的构造模式认识不清,严重限制了该地区的油气勘探进程。基于文献资料分析、三维地震资料精细解释和三维构造建模与恢复研究,结合区域构造背景和构造特征,研究探讨双鱼石南地区整体构造特征,基于三维构造建模结果发现:从北西至南东,整个双鱼石区域P_(1)l底~P_(1)m底、P_(1)m底~P_(2)l底厚度逐渐减薄,表明在茅口组沉积初期和龙潭组沉积初期,P_(1)l底、P_(1)m底古形态呈现北西深、南东浅的古形态特征。基于去断层去褶皱操作的古形态恢复研究结果来看,双鱼石地区P_(1)l古形态呈北西低、南东隆升的构造格局。龙潭组沉积初期,古地貌整体仍然呈南隆北坳的构造格局,但南部抬升幅度受到大幅度限制,隆深高点转至双鱼石区域的中部。

四川盆地中部侏罗系中沙溪庙组正断层活动时期分析

断裂作为油气运移的重要通道,一直是油气勘探的重点研究对象。本文通过高精度三维地震资料,在研究区域内选取了7条剖面对侏罗系沙溪庙组正断层进行了精细解释与构造分析,结合了断层生长指数与断层落差两种方法对正断层的运动学特征进行了定量统计分析;并讨论了沙溪庙组正断层的形成机制。研究结果表明:沙溪庙组正断层发育程度与下部三叠系盐构造活动强度呈明显的正相关性;沙溪庙组正断层在沙溪庙组二段沉积时期活动,遂宁组、白垩系沉积时期持续活动,对应此时的主要构造运动为早燕山期;三叠系盐层聚集上涌导致沙溪庙组地层形成局部应力差,尚未固结成岩的沙溪庙组地层形成正断层。

龙门山中北段印支晚期构造活动:来自构造解析及碎屑锆石年代学的证据

晚三叠世是四川盆地演化过程中的重要阶段,该时期盆地西部经历了从被动大陆边缘向前陆盆地的演变.为进一步厘定龙门山中北段印支晚期构造的具体活动时间及活动强度,本研究选择龙门山前中北段某地震剖面进行构造几何分析,结果显示龙门山前中北段大规模的逆冲推覆很可能在须家河组四段沉积初期就已经出现,其恢复的推覆位移量至少达到11 km;另外针对研究区晚三叠世地层开展碎屑锆石U-Pb年代学以及沉积学分析,结果显示~800 Ma主峰及沉积学响应表明须家河组三段沉积时期研究区域地层中具有大量来自龙门山中段彭灌杂岩的碎屑物质,反映龙门山中北段基底在须家河组三段沉积时期已经局部隆升并为研究区提供物源.