伸展断层相关褶皱作用研究进展

在伸展背景下发生的断层相关褶皱作用即伸展断层相关褶皱作用。本文对伸展断层相关褶皱作用的地质背景、构造形态和演化特点等方面的研究进展进行了简要的总结与回顾,认为在长期伸展的同沉积正断层环境、沉积速率较高的伸展环境和与伸展断层端点传播相关的伸展褶皱环境中有利于发育伸展断层相关褶皱作用,伸展断层相关褶皱的应力-应变特点、几何学特征及其褶皱类型与挤压环境下形成的断层相关褶皱有所不同。伸展断层相关褶皱作用在有关盆地的油气勘探中具有重要的意义。

海拉尔盆地贝尔凹陷伸展断层转折褶皱作用及其对沉积作用的制约

海拉尔盆地是叠置于内蒙—大兴安岭古生代碰撞造山带之上的中新生代盆地,总体上呈北东向展布,由3坳、2隆5个一级构造单元组成,自西向东依次为扎贲诺尔坳陷、嵯岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起和呼和湖坳陷,其中贝尔凹陷是贝尔湖坳陷南部的1个二级构造单元。贝尔凹陷的控陷断层为1个上凸、2个上凹断层转折组合构成的犁式正断层,在深部发育伸展双重构造。在犁式正断层上盘由于上凸断层转折产生的活动轴面与断层面为同旋向剪切,而上凹断层转折产生的活动轴面与断层面为反旋向剪切,在断层上盘形成2个背斜中间夹1个向斜的构造组合。由活动轴面与固定轴面之间滚动面的宽度确定控陷断层F1在早白垩世南屯期晚期的水平伸展量为6 850m。贝尔坳陷伸展断层转折褶皱的几何学和运动学特征,反映了断层滑移速率、构造沉降速率和沉积速率对凹陷内沉积地层变形特征的影响和构造活动对沉积作用和油气地质条件的制约。贝尔凹陷南屯组上段内部角度不整合的形成与变形作用中的剥蚀作用和沉积间断无关,而是由于半地堑从略欠补偿充填向过补偿充填状态转变时,沉积速率相对于构造沉降速率显著增加所致。

伸展断层相关褶皱恢复方法及应用

近年来,断层相关褶皱逐渐引起学者们的重视,众多学者对其几何学和运动学的模型进行了大量的研究。文中在研究断层相关褶皱形成原理的基础上,系统分析了不同类型断层相关褶皱的恢复手段,特别是对伸展作用断层的相关褶皱进行恢复,并应用于具体实例中。文中重点采用斜剪切方法对构造成因比较复杂的南堡凹陷3号构造进行三维构造恢复,模型从上到下主要包括Ed1,Ed2,Ed3,Es1和Es2等5套地层,对比模型恢复前后的差异,判断出南堡3号构造地区经历的构造环境。恢复方法在南堡凹陷3号构造的应用,表明斜剪切、恢复到基准面等恢复手段对伸展作用下的断层相关褶皱具有可行性,斜剪切是其中最为主要的恢复手段。

渤海湾地区断层相关褶皱及其油气地质意义

利用最新的地震解释资料,对渤海湾地区伸展和走滑断层相关褶皱的分类、形态特征、成因机制、不同褶皱之间关系及其时空展布特征进行分析,并结合勘探实践,研究不同类型断层相关褶皱对油气成藏的控制作用。结果表明,伸展和走滑两种断层相关褶皱在形态特征、发育过程和成因机制上具有较大差异,但相互之间也有联系:同一断裂的不同演化阶段可形成不同形态的相关褶皱,不同类型的褶皱可以互相改造、叠置。断层相关褶皱的时空分布与断裂的演化阶段密切相关:在时间上古近纪主要发育伸展断层相关褶皱,新近纪主要发育走滑断层相关褶皱;在空间上伸展断层相关褶皱在盆地内广泛分布,走滑断层相关褶皱呈条带状分布;在层位上孔店组—东二段主要发育伸展断层相关褶皱,明化镇组—第四系主要发育走滑断层相关褶皱。伸展和走滑断层相关褶皱均可形成良好的圈闭条件,并促进油气运移,但走滑断层相关褶皱可能导致局部地区烃源岩生排烃时间滞后,促使浅层晚期快速成藏。

断层相关褶皱理论与应用研究新进展

自Rich(1934)提出断层转折褶皱的几何学概念以来,Suppe(1983)首次将其定量化,建立了褶皱形态与断层形态和断层滑动之间的定量关系,奠立了断层相关褶皱理论的基本模型。20年来,不但建立了断层传播褶皱、断层滑脱褶皱等基本端员类型的几何学与运动学模型,也建立与完善了断层相关褶皱叠加样式的几何学与运动学模型,例如叠瓦构造、构造楔与干涉构造等。研究同构造沉积作用,建立了生长断层相关褶皱的几何学与运动学模型,将沉积作用与断裂作用、褶皱作用及构造隆升作用等有机地联系起来。考虑地层的力学性质与变形差异,提出与建立了剪切断层转折褶皱理论,并建立了断层相关褶皱的一系列力学模型。20年来,断层相关褶皱的基本研究方法经历了由二维剖面与平面分析向全三维空间分析的转变,由几何学、运动学模型向力学模型的转变,实验模拟技术与数值模拟技术在断层相关褶皱理论模型的建立与检验中发挥了重要作用。断层相关褶皱的理论和方法在工程地质、地震灾害预报与油气勘探开发等领域获得了广泛的应用。中国在天山、祁连山和龙门山等相邻的前陆盆地的活动构造与含油气圈闭研究中,应用断层相关褶皱的理论与方法取得了重要进展。

褶皱相关断裂构造形成条件与发育机制：燕山中部露头尺度变形研究为例

总结了褶皱相关断裂发育机制的3个构造几何学模型:同心圆褶皱模型、膝折带褶皱模型和弯流褶皱模型。基于燕山中部中、新元古界地层中发育的5个露头尺度褶皱及其中、小型断裂构造的实例剖析,探讨了收缩变形过程中褶皱与断裂构造发育时序与褶皱相关断裂构造的产生机制。研究指出,规模与所在褶皱构造相当或略小的断裂构造当中,既有形成时间早于褶皱变形的断层,也有在褶皱变形过程中调节褶皱不同部位应变差异的褶皱相关断裂构造,而且卷入后期变形的早期断裂可能成为制约褶皱成核位置的影响因素,以及成为枢纽叠覆楔构造的形成方式之一。断层位移-距离曲线特征和断层与褶皱变形几何学、运动学关系分析,可用来判断断层、褶皱变形发生相对时序。认为影响褶皱相关断裂构造发育的机制主要有3种:(1)纵弯滑褶皱作用中,翼部顺层滑动受到限制而无法持续时,将通过断层向上切层的方式予以调节,从而形成翼部或转折端揳入逆冲断裂以及背离向斜和指向背斜逆冲断层;(2)各种因素导致的褶皱曲率变化是褶皱相关断裂产生的重要机制之一,褶皱曲率变化可由褶皱轴面的合并和新生直观反映,轴面合并引起褶皱曲率变化的层位,可能是诱发褶皱相关断裂,如背离向斜和指向背斜逆冲构造开始产生的重要部位;(3)能干性差异和强硬层之间距离较大的岩层组合发生纵弯褶皱变形时,软弱岩系在褶皱核部的聚集和逃逸,是迫使递进收缩的强硬层产生褶皱相关断裂构造的重要机制。

渤海湾盆地惠民凹陷滚动背斜与顶部垮塌断层形成的构造物理模拟

伸展盆地中发育的复杂断裂体系的结构样式、形成过程及成因机制一直是含油气盆地分析中的难点。利用构造物理模拟方法,研究了渤海湾盆地惠民凹陷典型剖面中滚动背斜与顶部垮塌断层的发育过程与形成机制。通过设计2组对照实验(E1和E2),分别研究了惠民凹陷中拆离断层和内部洼陷断裂对上盘褶皱和断裂结构影响和控制机制。其中,E1为预设断层模型,主要模拟弯曲的宁南拆离断层;E2实验采用双底板相对伸展模型和预设正断层模型相结合的方案,主要考虑了伸展盆地中后期次级洼陷的活动。构造物理模拟E1实验再现了渤海湾盆地惠民凹陷滚动背斜与顶部垮塌断层的形成过程,表明宁南断层实际控制了上盘一级褶皱的形态和次级断裂体系的发育。顶部垮塌断层体系由顺向和反向正断层构成,总体为不对称的结构特征,新发育的共轭断层具有同期的活动性,随后呈现侧向迁移的规律。断层位移量演化统计表明,实验存在同时活动、呈共轭关系的2组破裂面,与伸展楔体预测的2组库伦破裂一致,反映其处于或接近临界楔体状态。另一组实验显示,临邑和夏口断层的发育切割了早期形成的顶部垮塌断层,临南洼陷开始形成并不断加宽,最终形成的样式与现今构造剖面一致。本次研究对其他类似的伸展断层相关褶皱中的滚动背斜及其相关垮塌断裂发育机制具有一定的启示意义。

天山中段南麓的第四纪褶皱作用

天山是亚欧大陆内部重要的活动构造带,通过地表地质和地震剖面解释相结合的研究方法,在天山中段南麓库车再生前陆逆冲带内部,鉴别出库车塔吾背斜南翼的褶皱崖和东丘里塔格背斜北翼的褶皱崖.褶皱崖是由于断层台阶状转折和运动,其上盘原来水平的沉积层和地表面因活动轴面及固定轴面的分离而形成单斜构造.测量褶皱崖的形态,利用受变形的第四纪沉积物的年代,求得深处断层所造成的地壳缩短,东丘里塔格背斜北翼第四纪缩短率为(1±0.1)mm/a.东丘里塔格背斜和库车塔吾背斜的褶皱崖证实了库车地区地壳缩短构造延伸进入第四纪晚期.

乍得Bongor盆地反转构造特征及形成机制:来自地震剖面及沙箱模拟实验的证据

结合区域地震剖面解析和沙箱模拟实验,探讨分析了乍得Bongor盆地反转构造特征及其形成机制。结果表明:(1)Bongor盆地中发育三种典型的反转构造类型:挤压反转单斜构造、挤压反转向斜构造和挤压反转背斜构造。该类反转构造一部分具有反转断层相关褶皱样式,主要沿高角度边界断层和基底地垒边界断面发育,形成演化与断裂活动息息相关,另一部分呈散花状背斜构造样式,属于地层纵弯上拱褶皱,主要发育于斜坡断阶带之间;(2)区域剥蚀作用对盆地反转构造演化具有重要的影响,其对盆地内深部地层反转褶皱发育具有促进作用,为深部构造圈闭形成提供条件,而对浅部地层的反转褶皱发育则表现出阻碍或破坏作用,不利于浅层构造圈闭的形成。

东海西湖凹陷中南部晚中新世构造反转与油气运聚

解剖了西湖凹陷中南部晚中新世反转构造的结构特征,认为本区反转构造的发育部位受伸展期的基底断裂带控制。在巨厚的沉积盖层条件下,断陷构造层与拗陷构造层之间的构造特征差异明显。反转构造形态自下而上表现为叠加在断块基础上的顶厚褶皱、平行褶皱和顶薄褶皱。在伊豆小笠原弧及九州帛琉海岭与日本南缘碰撞产生的近东西向区域挤压力作用下,构造反转作用具有“下逆上褶”特征,即断陷构造层沿基底断层发生逆向反转,而拗陷构造层在力偶作用下发生不对称褶皱作用。构造反转对油气运移的控制通过构造增压和断层泄压作用进行,油气主要在断陷构造层与拗陷构造层的转换构造层聚集。

一个典型剖面的构造特征分析

断裂带上盘岩石的褶皱变形程度随距底板断层距离的不同而有规律的变化,即愈靠近底板断层,褶皱变形愈强烈,从而在剖面上呈现明显分带性。褶皱的形成与断裂活动有关,底板滑脱断层、底板逆冲断层和次级逆冲断层的滑动导致不同形态特征褶皱的形成,其中滑脱褶皱和断层传播褶皱典型,褶皱和断层在剖面上构成以逆冲顶板双重构造。

川中地区新元古代—古生代初多幕裂陷过程及其演化

经钻井、二维和三维地震勘探证实,四川盆地川中威远—安岳之间存在一个近南北向展布的裂陷槽,为川中地区的生烃中心,对其进行研究具有非常重要的油气地质意义。在前人研究的基础上,结合最新的地震和钻井资料,依据断层相关褶皱理论对该裂陷槽的形成演化和成因机制进行了分析。分析认为在桐湾二期末,受到拉张作用,基底发育正断层,在正断层相关褶皱作用下,构造发生反转,"隆起"变"凹陷",从而在四川盆地形成大型裂陷槽,结合断层相关褶皱理论分析其成因机制,认为四川盆地受南华纪—震旦纪伸展作用影响,发育多幕裂陷,形成半地堑—坳陷组合,早寒武世,裂陷槽受基底正断层传播作用影响而形成。