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。

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。

运动速度对褶皱—冲断带的构造变形样式的影响分析——来自硅胶和石英砂组合模型的模拟启示

运动速度与构造样式之间或许存在一定的内在联系,充分认识它们之间的关系对理解自然界的构造变形演化过程具有十分重要意义。为此,笔者等结合野外露头观察,开展了脆—韧性结构条件下,不同的变形速率对褶皱—冲断带的构造样式影响的物理模拟测试分析。结果表明:(1)高应形速率形成以前冲为主的构造样式,中等应形速率形成以前冲和后冲为主的构造样式,而低应形速率则形成以纯后冲为主的构造样式。(2)构造变形样式的差异主要是物质内部的应力状态所决定的:褶皱—冲断带的根带,脆性层剪应力大于基底韧性层的剪应力,形成以前冲断裂为主的构造样式;而褶皱—冲断带的中段和前缘地区,脆性层的剪应力和基底韧性层的剪应力较为接近,形成后冲和对称性冲起构造为主。(3)构造地质体的变形速率很可能决定了其存在的物质状态。葡萄牙南部滨岸带的布丁构造和北美卡斯卡底古陆的纯后冲构造等特殊的构造样式极有可能是在差异的变形速率下形成。

库车前陆褶皱—冲断带盐构造差异变形和分段性特征探讨

通过野外地质调查、GIS分析、三维可视化分析、盐相关构造变形样式的探讨、平衡剖面分析以及缩短量和缩短率的估算,表明库车前陆褶皱—冲断带盐构造具有明显的差异变形和分段性特征。差异变形主要表现为纵向上不同层次变形的差异性以及平面上构造变形的分带性与分段性。段与段的分界一般为走滑断层,在野外可见大量断层三角面、擦痕、阶步、错断的山脊和河谷等现象,地貌GIS分析可以揭示一些构造分段的细节特征,三维可视化反映了隐伏的残留盐枕的分段性。不同的段具有迥然不同的构造变形样式,平衡剖面分析可以估算出不同段落缩短量和缩短率的明显差异。盐构造差异变形和分段性的形成一方面受控于天山造山带的分段性活动过程,还和盐岩层本身的沉积学特征及盐体展布格局有关,同时还明显受到基底构造的控制,与基底古隆起、基底断裂及古构造断坡的发育密切相关。

南天山库车冲断褶皱带构造变形时间——以库车河地区为例

本文利用野外调查结果、二维地震反射剖面、钻井和测井数据建立了一条横穿库车河地区的南北向构造剖面,将库车冲断褶皱带划分为北部褶皱带、克依构造带、秋立塔格背斜带和亚肯背斜带。作者在库车冲断褶皱带北部发现了渐新世—中新世角度不整合,在库车南部亚肯背斜和东秋立塔格背斜顶部发现了构造生长地层,通过确定构造生长地层的底界,利用库车河地区古近系(下第三系)—第四系磁极柱,判断亚肯背斜和东秋立塔格背斜构造生长地层的沉积时代为5.2±0.2 Ma。上述结果暗示库车冲断褶皱带北部山前带的变形始于渐新世,并且经历了中新世、上新世的构造改造,南部秋立塔格背斜带和亚肯背斜带形成较晚,可能是上新世开始变形,而且变形活动持续至今,由此看来库车冲断褶皱带的变形时代由北向南变新。作者估算东秋立塔格背斜上新世以来(5.2±0.2 Ma)的构造变形量为7.5 km,变形速率为1.5 mm/a。

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。

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。

深水褶皱冲断带的构造变形和油气地质特征

深水褶皱冲断带是目前全球油气勘探的重要领域,其构造变形和油气地质特征是勘探研究的主要内容。通过对不同地区深水褶皱冲断带的地震剖面解释和综合分析,结合沉积特征对其构造样式、变形特征和石油地质特征进行了研究。研究表明,在主动大陆边缘和被动大陆边缘存在4种不同构造样式的深水褶皱冲断带,即:主动大陆边缘型深水褶皱冲断带;被动大陆边缘背景下的泥岩滑脱型、盐岩滑脱型和重力垮塌滑动型深水褶皱冲断带。由于他们具有不同的驱动机制、构造特征和演化特征,导致了其含油气性差别较大。主动大陆边缘背景下发育的深水褶皱冲断带主要发育倾向陆地的逆冲断层、叠瓦构造以及相关的褶皱构造,缺乏有效的烃源岩和储层。被动大陆边缘背景下发育的深水褶皱冲断带可以划分为伸展区、过渡区和挤压区3部分,并发育相关构造,其中泥岩滑脱型和盐岩滑脱型深水褶皱冲断带已经有大量的油气发现。

川西龙门山褶皱冲断带分带性变形特征

通过野外地质考察和地震资料解释,将龙门山褶皱冲断带划分为5个构造带,即青川-茂汶断裂以西为松潘-甘孜构造带,青川-茂汶断裂与北川-映秀断裂之间为韧性变形带,北川-映秀断裂与马角坝-通济场-双石断裂之间为基底卷入冲断带,马角坝-通济场-双石断裂与广元-关口-大邑断裂之间为前缘-褶皱冲断带,广元-关口-大邑断裂以东为前陆坳陷带,在构造变形特征上,各条断裂在演化上具有前展式特征,在松潘-甘孜构造带和韧性变形带构造变形强烈,形成推覆构造带等构造变形样式,在前缘-褶皱冲断带和前陆坳陷带,变形强度较弱,形成背冲断块或断层相关褶皱等构造,西北部区域的变形表现为塑性变形特征,向南东方向渐变为塑-脆性变形和脆性变形,在剖面上各条断裂所形成的深度向盆地方向逐渐递减。龙门山褶皱冲断带的分带性变形特征是由多种因素共同影响的结果,这些因素主要有板块构造背景的决定作用、多套滑脱层的控制作用和岩性因素的制约作用。

受盐层影响的前陆褶皱-冲断带构造特征——以库车秋立塔克构造带为例

褶皱-冲断带和盐相关构造均十分发育的秋立塔克地区构造极其复杂,该地区新生界内部存在两套起滑脱层作用的膏盐层。受滑脱层位置变化影响,垂向上和平面上的构造变形特征均具有很大差别。地震剖面识别出的构造样式主要有盐焊接、断层滑脱褶皱、断层传播褶皱、断层转折褶皱、三角带及其混生构造样式和基底卷入型断层相关褶皱等。秋立塔克地区盐相关构造形成的主要动力是挤压应力,其形成过程主要经历了楔状地层、滑脱背斜、滑脱断层和对冲断裂形成4个阶段。

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。

四川盆地东北部前陆褶皱-冲断带盐相关构造

以中、下三叠统嘉陵江组(T1j)和雷口坡组(T2l)含膏盐碳酸盐岩层系为界,可以将川东北地区划分为3个构造-层序组合,盐下构造-层序组合由震旦系-下三叠统飞仙关组组成,属于一套海相碳酸盐岩层系为主的沉积;盐层构造-层序组合由下三叠统嘉陵江组和中三叠统雷口坡组组成,属于一套含厚层膏盐的海相碳酸盐岩层系;盐上构造-层序组合由上三叠统须家河组和侏罗系、白垩系组成,属于一套陆相碎屑岩沉积。川东北地区发育了一套独特的构造变形样式,主要有基底卷入叠瓦冲断强变形带、基底卷入与盐层滑脱叠合变形带、隐伏盐相关构造滑脱变形带、双重构造、堆垛式三角带构造和背冲断块构造等。由于该区盐岩层厚度相对较薄,盐岩层系总体作为一个大型滑脱层系,控制川东北地区的构造变形。川东北地区主要构造变形机制包括区域挤压缩短作用、盐岩层塑性流动和滑脱作用、构造隆升和剥蚀作用、重力滑动和重力扩展作用等。川东北地区与三叠系盐岩层系有关的构造变形控制该区油气圈闭样式,有利于油气聚集和保存。

双层滑脱构造的物理模拟:对准噶尔盆地南缘褶皱冲断带的启示

为了研究双层滑脱构造变形的主控因素,设计了3类砂箱模型,对滑脱层材料、滑脱层厚度、滑脱层黏度、上覆砂层厚度、受力边界条件等主控因素进行物理模拟试验研究。试验结果表明:不同滑脱层材料产生的变形样式不同。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式断裂构造,下部滑脱层起主控滑脱作用,上部滑脱层厚度、滑脱层之上砂层厚度越大越容易形成滑脱断层;挤压方向与受力边界间的夹角较大时,上部滑脱层容易先形成滑脱断层,其推覆体前缘水平位移较快。以不同黏度硅胶组成的滑脱层产生不同的分层滑脱构造变形样式,当下部滑脱层硅胶黏度为500～1 000Pa.s时,形成分层滑脱前展型叠瓦式构造;当硅胶黏度为2 000～2 500Pa.s时,靠近挤压端先形成背冲构造,然后在上部滑脱层形成叠瓦式构造,在下部滑脱层形成对冲三角带构造、冲起背斜构造。地震和钻井资料显示,准噶尔盆地南缘西段霍尔果斯—安集海褶皱冲断带具有双层滑脱变形特征;模拟结果认为,斜向受力边界、侏罗纪煤层以及古近纪泥岩层的分层滑脱作用是控制变形过程的主要因素。

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。

库车褶皱-冲断带前缘盐层厚度对滑脱褶皱构造特征及演化的影响

库车褶皱-冲断带前缘发育一系列滑脱褶皱,虽然卷入变形的新生代地层及底部滑脱层(古近系盐层)相同,但滑脱褶皱的构造特征及演化存在显著差异。文中结合野外地质调查结果以及钻井资料和高品质二维地震反射剖面解析,以南喀背斜和米斯坎塔克背斜为例,估算出盐层初始厚度,并讨论其对于滑脱褶皱样式及其演化过程的影响。结果表明,南喀背斜和米斯坎塔克背斜下伏盐层初始厚度不同,估算出前者厚度介于0.1~0.5km,主要为0.1~0.3km,而后者却大约为1.0km。与此同时,南喀背斜和米斯坎塔克背斜均表现出分段差异变形特征。南喀背斜为低缓的滑脱褶皱,其东段隐伏地下,变形方式为褶皱作用;而西段出露地表,背斜核部发育隐伏的逆冲断层,变形方式为褶皱作用和断层作用。背斜西段平均隆升速率大于东段,导致西段隆升出露地表。米斯坎塔克背斜表现为大规模滑脱褶皱,根据变形特征的不同可以分为3段,东段背斜倾向北,盐岩在其核部及北翼下方聚集加厚;而中—西段背斜倾向南,其中中段背斜核部位置盐岩聚集加厚,两翼下伏盐岩减薄甚至形成盐焊接。而在西段背斜呈箱状,两翼下方盐岩厚度至少为1.0km。笔者总结出库车褶皱-冲断带前缘发育的7种滑脱褶皱变形样式,通过构造分析得出,研究区滑脱褶皱的变形主要受盐层厚度、构造缩短量及盐岩流动变形共同控制,其中盐层厚度起主导作用,控制了滑脱褶皱的发育位置,并影响了滑脱褶皱的变形样式。研究结果将为其他褶皱-冲断带中滑脱褶皱的相关研究提供重要参考,特别是在缺少高品质地震资料,或者构造变形强烈、地震资料品质较差的地区。

龙门山前陆褶皱冲断带的平衡剖面分析

对龙门山前陆褶皱冲断带形成的正反转构造过程有过许多分析 ,但明显缺乏直接的证据和定量的分析。本文在地层资料分析的基础上 ,借助平衡剖面分析验证龙门山形成的正反转构造过程 :志留纪至中三叠世受多条倾向北西的同沉积断裂控制 ;晚三叠世以来遭受北西—南东向挤压、抬升和剥蚀 ,形成逆冲推覆构造。在晚三叠世和新生代的两期板块碰撞的影响下 ,龙门山产生了两期褶皱冲断作用 ,但在南、北两段表现出显著不同的变形过程。龙门山北段表现为复杂的逆冲推覆构造 ,能明确划分出两期构造变形 ,晚三叠世的变形强烈 ,缩短率达 31.7% ;而新生代的变形较弱 ,缩短率仅为 10 .5 %。南段则表现出基底卷入的叠瓦状冲断的特点 ,主要体现新生代的构造变形 ,晚三叠世的构造变形基本上被改造 ,南段整体缩短率达 2 6 .2 %。

龙门山冲断带构造特征研究主要进展及存在问题探讨

在前人研究成果基础上,对龙门山冲断带差异构造变形特征,构造几何样式,构造演化等几个方面进行了综述。研究表明,龙门山冲断带具有明显差异构造变形特征,即东西分带、南北分段、上下分层,同时发育大量构造变形样式,如断层相关褶皱、三角带、飞来峰、双重构造等等,在经历了多期复杂构造演化之后,构造变形样式具有多期叠加特征,最后提出详细地表构造地质建模、地震剖面精细解释及合理模型的建立,同时结合多种量化测试分析手段能够有效推进龙门山冲断带复杂构造样式与多期构造演化阶段分析研究工作,以及推动该地区的油气勘探。

川西南冲断带深层地质构造与潜在油气勘探领域

应用地质、地震及钻井等资料,对川西南冲断带深层地质结构、构造演化和变形过程进行系统研究,探讨四川盆地西南(简称川西南)地区深层潜在的油气勘探领域。川西南冲断带在关键地质历史时期发育特征性的地层分布及构造变形结构,主要包括前震旦纪多个近南北向的裂谷构造、震旦系灯影组阶梯状台地-台缘构造、晚古生代早期的西部古隆起、晚古生代—中三叠世碳酸盐台地、晚三叠世至白垩纪的前陆斜坡和前缘隆起构造以及新生代多期多向再生前陆冲断构造等。现今川西南冲断带整体上表现为受中三叠统雷口坡组内盐层和基底拆离层控制的双层冲断变形几何学结构,浅变形层发育构造位移远距离传播的北东—南西走向的滑脱冲断构造;而深变形层则发育基底卷入的近南北走向的基底褶皱,并改造了上部早期形成的滑脱冲断构造,改造强度南强北弱。川西南冲断带南部地区以晚期基底冲断褶皱构造为特征,而中—北部地区则以浅层滑脱冲断为主。靠近山前的雾中山构造带呈现滑脱推覆结构特征,上盘推覆构造为复杂化的断层转折褶皱核部和前翼,深层则发育稳定的隐伏原地构造。从构造变形结构分析,区域盐滑脱层上、下的构造变形层中都发育了有利的勘探层系和区带,各变形层中多排显性背斜构造带是重点领域。而雾中山构造带深层原地隐伏的震旦系和二叠系、深层隐伏的前震旦纪裂谷层序及相关构造、震旦系灯影组台地-台缘带以及龙泉山构造东侧的印支期古隆起等是川西南冲断带潜在油气勘探领域。

燕山造山带复杂构造变形型式的新证据及其地质意义

我们在燕山造山带若干区域的构造填图工作表明, 燕山带构造变形型式十分复杂。在华北地区中元古代“标准剖面”所在的天津市蓟县常州村团山子杨庄地区, 我们的填图工作识别出众多的逆冲构造。在北京市东部密云县丰台顶一带发现了褶皱的推覆体。在北京市西北部延庆县的河口石槽地区填绘出强烈变形的褶皱冲断构造。但是, 前人已发表的地质图并未显示这些构造形迹。根据GADavis及其合作者的研究和我们的调查工作, 我们认为前人对燕山造山带的填图工作在识别区域主要构造特征方面是不成功的, 燕山带挤压变形比前人所认为的要更为强烈和复杂。

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.