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。

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。

准噶尔盆地南缘西部山前褶皱—冲断带构造分带特征及形成演化

准噶尔盆地南缘西部构造呈新的构造叠置特征和复杂的复合叠加构造样式,叠加构造在空间分布上具有明显的分带特征。根据野外地质调查和地震解释资料,采用平衡剖面恢复、楔型构造理论和构造地质学分析方法,研究复杂叠加构造变形差异及分带特征。结果表明:准噶尔盆地南缘西部发育受基底卷入与顺层滑脱联合与差异控制下的空间断褶体系,褶皱发育受断层控制,褶皱与断层相互叠加形成构造楔、双重构造、突发构造等复合构造样式,表现为多期活动特征。研究区按构造变形性质及变形差异可划分为山前逆冲推覆构造带、基底卷入型褶皱—冲断带、盖层滑脱型褶皱—冲断带3个构造带;其中,基底卷入型褶皱—冲断带与第一排断褶带重合,受控于基底卷入型断裂体系,发育基底卷入式大型构造楔、背形堆垛式双重构造与前倾双重构造,背斜轴线与断层线平面重合度高;盖层滑脱型褶皱—冲断带包括第二和第三排断褶带,受控于顺层滑脱型断裂体系,发育断展褶皱,背斜轴线与断层线平面重合度低,构造垂向上具有分层差异,构造变形程度自南向北表现为由强至弱。挤压应力作用的时期和强度、滑脱断层的向北滑脱、构造楔的楔入长度及推挤距离、滑脱层的厚度和上覆地层厚度,以及沉积时代、沉积速率和岩性差异等因素是引起研究区构造垂向分层、南北分带的原因。该结果对明确研究区构造发育及下一步油气地质勘探具有指导意义。

南天山库车褶皱冲断带构造几何学和运动学

印度板块与欧亚大陆的汇聚作用和持续碰撞使中亚内陆沿天山、昆仑山、阿尔金山发生变形 ,山脉前沿发育褶皱冲断带。南天山库车褶皱冲断带中段库车河地区发育 3～4排东西走向的逆冲 (掩 )断层和相关褶皱 ,逆冲 (掩 )断层由北向南扩展 ,断层和褶皱的形成时代自北向南逐渐变新 ,北部山前带的变形发生于前中新世 ,南部秋立塔克背斜带和亚肯背斜带的变形时代为上新世 (5 2± 0 2Ma)。通过构造几何学和运动学分析 ,作者提出了库车褶皱冲断带的构造变形方式和演化模型。

南天山库车褶皱冲断带的伸展构造

为利于库车地区天然气的勘探与开发,对该区构造提出了一些不同的认识。通常认为,自渐新世晚期至今,南天山库车地区一直处于南北向挤压构造环境。但实地考察发现,新生界地层不仅被推覆构造卷入,而且亦有受到南北向拉张构造的改造,发育有5种伸展构造:挤缩地质体后部的块断伸展构造(块断构造)、挤缩地质体的反向伸展构造(反向正断层)、挤缩地质体的横向伸展构造(横向正断层)、挤缩地质体的反转伸展构造(负反转构造)、挤缩地质体隆起部的裂陷伸展构造(正地堑)。收缩与拉伸构造的关系表现为,在同一地段,早时挤缩褶冲,后时伸展块断,先后复合;在同一时段,前缘挤缩冲断,后缘伸展正断,前后并列。南天山构造地貌景观表明,通常被否定的我国西北地区含油气盆地的伸展构造是实在的,且与推覆构造相随相伴。

南天山褶皱冲断带西段变形空间差异性及控制因素

新生代早期印度板块与欧亚板块持续碰撞汇聚导致欧亚板块内部发生大规模的陆内变形,天山造山带再次隆升,并向塔里木盆地大规模逆掩推覆,形成了现今南天山褶皱冲断带,其变形表现出明显的空间差异性。本文以南天山褶皱冲断带西段为研究对象,通过对不同构造带的地震剖面解释、运用平衡剖面技术恢复出各演化阶段发育过程并计算出相应的变形量,分析本区构造带的空间差异性及其控制因素。通过分析认为南天山褶皱冲断带西段可以进一步划分为巴什布拉克构造段,乌恰-阿图什-喀什构造段和柯坪西缘构造段。其中,巴什布拉克构造段变形特征主要呈一系列对冲构造和背驮盆地样式。乌恰-阿图什-喀什构造段变形特征表现为深、浅两个层次:深部发育堆垛构造和构造楔,浅部发育断层传播褶皱和逆冲断层改造的褶皱带。柯坪西缘构造段变形更加强烈,也表现为深、浅两个层次:深部发育堆垛构造,堆垛程度更大,浅部也发育断层传播褶皱和逆冲断层改造的褶皱带以及反冲断层系。结合该研究区的地质概况进一步分析,本文认为南天山褶皱冲断带西段构造变形的差异性可能与新生代以来帕米尔块体向北推进、塔拉斯-费尔干纳右行走滑断裂的活动、先存断裂的活化与韧性滑脱层的影响有关。

中国南天山西部冲断褶皱系前缘区的运动学特征

南天山冲断褶皱系是中—上新世以来形成的以薄皮滑脱为主的冲断构造 ,冲断作用导致了盆地内及周缘区古—新生界的碎屑岩和碳酸盐岩地层发主形变。本文对该冲断系前缘区 (巴音库鲁提北部至喀什地区 )的运动学特征进行了研究。南天山冲断褶皱系从平面上分出了六个冲断褶皱带。从剖面上划分出两种不同的冲断体系。冲断系的前锋为盲冲结构的构造三角带。冲断作用导致前锋区中新世以来层系变形、抬升并出露地表 ,本区有两个区域性的主滑脱面 ,冲断作用及断层相关褶皱的形成是冲断层沿主滑脱面向前陆方向逐渐推进的结果。同时发育的次级冲断层导致冲断褶皱带的复杂化。文章同时指出 ,南天山冲断褶皱系的冲断扩展顺序为逆序。这与塔里木盆地南缘西昆仑山前冲断带的活动方式相反 ,暗示着南天山构造带的运动学特征是独特的。利用平衡地质剖面的方法 ,在综合地质和地球物理资料的基础上 ,作出本区的构造横剖面图并进行了平衡恢复 ,从而得出南天山冲断褶皱系前缘区上新世以来的南北缩短率为30 % ,缩短量为 5 0km ,缩短速率为 9— 10mm/a。

塔里木盆地库车褶皱冲断带东段依奇克里克背斜的构造特征和形成演化

依奇克里克背斜位于塔里木盆地北缘,库车褶皱冲断带北部构造带东段。它是一个基底卷入型开阔直立背斜,是在晚海西期古隆起和印支期库车周缘前陆盆地前渊带背景下形成的一个含油气构造。背斜核部出露的最老地层是白垩系下统,向两翼方向依次出露古近系、新近系和第四系。钻井资料揭示,之下还有三叠系和侏罗系含煤碎屑岩建造,不整合于石炭系灰岩之上。中新统吉迪克组至更新统西域组是背斜的生长地层,古近系及以下地层是前生长地层。背斜位于库车褶皱冲断带根带,发育厚皮构造;向前锋方向,逐渐演变为薄皮构造。褶皱冲断带的两个主滑脱断层分别发育于侏罗系煤层和吉迪克组膏盐层。作为印度—亚洲碰撞的远程效应,背斜的变形起始于古近纪末—新近纪初,经多个变形加速期,脉式冲断,直至第四纪晚期才最终定型。

山前冲断构造带研究的新进展

本文通过对山前冲断构造带研究中的几个新思路和新方法的简要介绍表明,山前冲断构造带的前锋带普遍发育与各种类型断层相关褶皱或(和)三角带构造。冲断断面的多次转折将使上盘地层中的褶皱复杂化,其复杂性可以用与断面转折点相关的褶皱轴面来描述。在有基底参与的冲断构造带中,尽管上盘与下盘有较大的构造高差,但盖层完全可能是连续的。生长地层不仅可以用于确定构造发育的时间,还可以用于定量地计算褶皱生长速率和冲断速率。在冲断层两侧看似牵引构造的褶皱实际上可能是破裂冲断构造。

塔里木盆地西北缘柯坪冲断带构造变形特征

柯坪冲断带位于塔里木盆地西北缘，是新生代南天山褶皱冲断系的一部分。本文根据野外实际考察和地震剖面解释，总结了该冲断带的构造变形特征。它是发育于古生界中且以中寒武统膏盐层为主滑脱面的薄皮构造，是内部结构相对简单的叠瓦状冲断，因更新世才定型而具暴露式冲断前锋，有断层传播褶皱发育但已遭强烈剥蚀，前展式冲断。上新世晚期的冲断曾控制了磨拉石盆地发育（西域组砾岩），但该盆地已遭更新世的冲断推覆作用破坏。根据平衡剖面恢复，柯坪冲断带南部3排冲断层的总构造缩短量为29.1%～40.7%。

塔里木盆地西北缘神木园-古木别孜冲断系的构造样式和形成演化过程

塔里木盆地西北缘的神木园-古木别孜冲断系,由神木园冲断带和古木别孜冲断带组成。前者位于乌什凹陷北缘,以厚皮构造为主,形成基底卷入型冲断楔。后者位于乌什凹陷南缘,为一盖层滑脱冲断构造,主滑脱面位于中新统吉迪克组膏泥岩。其中,古木别孜背斜是古木别孜断裂的断层传播褶皱。该冲断系是晚新生代南天山陆内造山带南麓的前陆褶皱冲断带的一部分,属于印度—亚洲碰撞的远程效应。该陆内造山带叠加在先存的增生-碰撞造山带之上。生长地层显示,神木园-古木别孜冲断系形成演化过程为前展式。其变形首先发生于冲断系根带的神木园冲断带,起始于上新世中期(3.5 Ma)。上新世末—第四纪初(1.8 Ma)向前推进至古木别孜冲断带,并在第四纪持续演化。

准南西段构造样式及逆冲推覆构造特征

准噶尔盆地南缘油气勘探的潜力是巨大的,但构造复杂、勘探难度大,因而运用断层相关褶皱的构造分析理论来研究该盆地南缘西段山前冲断带的复杂构造变形,有助于建立更为合理的构造解释方案,降低油气勘探的风险。为此,依据断层相关褶皱分析理论确定了该盆地南缘西段山前冲断带2种逆冲推覆构造样式,进而得出以下认识:①该盆地南缘3套构造滑脱层(中下侏罗统煤系地层、白垩系吐谷鲁群泥岩层、古近系安集海河组泥岩层)控制了南缘逆冲推覆断裂的发育特征,逆冲推覆断裂发育的层位及特征对南缘区域构造展布特征及局部构造样式都起到了明显的控制作用;②该盆地南缘山前冲断带发育2种逆冲推覆构造模式,即后翼冲断—前翼深层楔形逆冲及浅层的断层传播褶皱、后翼反冲—前翼深层断层转折褶皱及浅层的断层传播褶皱;③该盆地南缘背斜构造是多种构造样式叠加的复合背斜,南缘下组合构造圈闭与中上组合相比构造相对宽缓,勘探领域广阔。