南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂研究新进展

文章基于深地震探测数据与大洋钻探资料,研究了南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂机制科学问题。2018-2023年在国家基金委共享航次的协助下,实施了三维深地震探测实验,共投放海底地震仪52台次,海底电磁仪2台次,放炮数量达8750炮,累积获得了294Gb的第一手数据,并取得了一系列的创新性成果:1)首次获得南海北部陆缘洋陆转换带深达上地幔的三维速度结构,精准确定了研究区洋陆转换带三维空间展布范围宽度为10~20km;2)揭示南海北部陆缘异常活跃的岩浆作用,提出了不同时间段的构造与岩浆相互作用方式,岩浆活动随着伸展作用不断向洋迁移并逐渐占据主导地位;3)建立了边缘海独特的张裂–破裂地质演化模型,最后一期强烈的岩浆活动导致岩石圈破裂,形成由玄武岩为主的“鳄鱼嘴”构造,同时张裂–破裂过程沿其陆缘走向又存在显著的构造–岩浆差异性。

液压张裂掘进法在半煤岩巷掘进中的应用

针对辛置煤矿东区地质条件复杂,已施工的轨道大巷和皮带大巷之间层位差别大,在设计时常需要在两条大巷之间施工断面较小、长度较短的联络巷作为回风、行人或运料通道,传统的炮掘法受政策影响和安全性较难控制等原因不宜使用,综掘法受巷道客观条件制约发挥不出机械优势等问题,通过利用断面中较软的含煤层更易人工创造充足的凌空面或自由面这一特点,提出采用液压张裂掘进法进行施工。结果表明,在半煤岩巷或巷道断面岩层占4/5以上的含煤岩巷中利用液压张裂掘进法掘进,单进水平满足要求,并在很大程度上减轻了职工的劳动强度。

珠江口盆地白云凹陷西区始新世张裂-拆离作用下沉积转换及源-汇响应

珠江口盆地始新世裂陷期盆地呈隆-坳相间格局,陆缘深水区脆性张裂作用向韧性拆离作用的转变多表现为洼陷由深变浅和沉积中心的迁移。目前针对张裂-拆离裂陷转换过程中洼陷内沉积响应的研究还比较少,制约了沉积体分布的预测。基于珠江口盆地白云凹陷西区钻井与全覆盖三维地震数据,恢复始新世张裂期与拆离期沉积古地貌。研究结果表明:①张裂期窄深湖盆发育多沉积中心,拆离期宽缓湖盆水体连片、向拆离中心区汇聚;②联合井-震格架与地震构型标定,认为白云凹陷西区张裂期受先存断块的调控作用而出现了短轴物源供给,发育了扇三角洲-半深湖-辫状河三角洲(扇辫)沉积体系,而拆离期地壳韧性隆升导致整体地形坡度减缓(<10°),水深变浅、高能水体范围扩大,出现隆升带长轴供源体系,沿低隆带广泛发育辫状河三角洲-滩坝(滩扇)沉积体系;③番禺低隆源区流域分区参数耦合揭示张裂-拆离转换过程中滩扇沉积体系供给效率提高、砂质含量增加,与韧性隆升对应的长轴区所发育的沉积体系可形成有利的源-储配置关系。

冲绳海槽——弧后背景下大陆张裂的最高阶段

高热流值、强地震活动、火山活动、张性断层作用以及快速沉降等特征表明冲绳海槽的演化已经达到了大陆张裂的最高阶段。根据地震折射和重力资料的计算表明冲绳海槽底下存在低密度的异常地幔 ,冲绳海槽的莫霍面介于 15 .4～ 2 3.8km之间。在我们提出的边缘海盆地演化旋回中 ,冲绳海槽处于胚胎期 ,即处在大陆张裂的最高阶段和弧后海底扩张的过渡阶段。

被动大陆边缘:从大陆张裂到海底扩张

被动边缘是研究大陆张裂、破裂到海底扩张的关键。ODP103、149、173航次对伊比利亚—纽芬兰非火山型共轭边缘的研究,证实了洋陆过渡带和低角度拆离断层的存在,其中洋陆过渡带中广泛出现蛇纹岩化地幔橄榄岩,钻探结果支持不对称单剪模式。ODP104、152、163航次对挪威—格陵兰东南火山型共轭边缘的调查,揭示了典型的向海倾斜反射层(SDRS)的特征,反映了岩浆活动在边缘形成中的主导作用。为了进一步了解大陆从张裂到破裂到洋底扩张过程的一系列学术问题,需要在IODP阶段继续对共轭被动边缘以及包括冲绳海槽和南海在内的典型地区,通过钻探、采样和观测进行更深入的研究。

塔里木盆地早中寒武世张裂构造及沉积响应

塔里木盆地塔中、巴楚地区中下寒武统发育半地堑和正断裂,说明早中寒武世塔里木盆地为张裂构造环境;半地堑在平面上呈带状分布,纵向发育具有继承性;正断层的平面组合形态呈侧列式和雁列式,断层断距自西向东逐渐增大。张裂构造是离散大陆边缘形成时强烈拉张作用的产物,半地堑的形成与塔西南被动大陆边缘和塔东克拉通边缘拗陷的形成有关,受盆地东北缘三叉裂谷系发育的影响更为明显。断裂体系控制着盆地的沉积格局和充填演化,盆地整体呈现台地相—斜坡相—半深海盆地相的沉积格局,而半地堑的走向呈NW—SE向,与隐伏基底断裂走向一致,其沉积模式为灰岩—云岩—膏岩—盐岩—红层沉积。

张裂大陆边缘形成演化的数值模拟

本文在等黏态角落流模型的基础上,建立了上升离散地幔流场,将该流场作用于大陆岩石圈底部,能解释岩石圈减薄、裂解并最终形成海底扩张和张裂大陆边缘等一系列过程.数值模拟的结果表明,岩石圈在上升离散地幔流的作用下发生依赖于深度的伸展减薄,表现为不同深度的拉张因子不同,地表热流显著升高,热扰动引起的均衡调整造成地表沉降,同时热扰动造成岩石圈流变强度尤其是在变形中心处显著减小,脆性变形临界深度变浅,而韧性变形范围扩大.在上升离散地幔流的持续作用下最终导致大陆裂解,岩石圈地幔出露,形成海底扩张和张裂大陆边缘.

冲绳海槽弧后张裂构造及其动力机制讨论

在总结、讨论冲绳海槽弧后张裂构造的地形地貌、地球物理场和动力背景特征的基础上,归纳出海槽北、中、南三段之间的差异,以及它们在陆坡、槽底、岛坡上的不同表现特征.槽底雁行排列的地堑及断层斜切入陆坡,伴随的断块隆脊作用往南加强,使得钓鱼岛—赤尾屿隆起带区别于其北边的陆架外缘隆起带,吕宋岛向台湾的碰撞挤压引起的旋张活动加强了海槽南段的地壳拉张,从北往南岛坡侧都可以追踪出双列岛弧特性.海槽内部构造现象不能为笼统的构造动力背景所能完全解释,需要对各个典型中央地堑的具体深入探测研究.鉴于地堑、地垒、断层以及它们所界定的构造单元和它们内部发生的岩浆作用各有特点,最后讨论了各个地段中央地堑的构造属性、动力要素的差异及变化规律,以期为海槽构造动力的进一步深入研究提供借鉴参考.

论冲绳海槽的张裂运动

琉球岛弧系向海沟方向的旋张掀斜运动和岛弧-弧后地区地幔流的波动运动是冲绳海槽张裂运动的动力源．在张应力场作用下，自早第三纪以来，冲绳海槽长期为一负向构造．现代海槽是老海槽的继承性、阶段性发展的产物，晚中新世以来冲绳海槽的张裂运动增强与菲律宾海板块的俯冲作用增强密切相关，但它不可能形成大规模的扩张．

南海西南海盆的岩石圈张裂模式探讨

南海西南海盆的西北边缘和东南边缘在地形地貌上不对称，在地质构造特征上东南边缘为上板块边缘，西北边缘为下板块边缘，它们为一对共轭边缘。新生代张性构造运动和海底扩张活动中，上地壳呈脆性，发生过脆性变形，产生了一系列倾斜正断裂及一系列断块，断块沿断层面转动，在地表出现一系列半地堑，在拉张应力的进一步作用下，上地壳沿断层面被拉开；下地壳呈塑性，发生塑性变形，最后以瓶颈方式被拉断。由此可见，在张性应力场作用下，岩石圈的变形方式是分层而异的：上地壳以简单剪切方式变形，下地壳以纯剪切方式变形。因此。

大陆岩石圈在张裂和分离时的变形模式

通过对南海南北共轭边缘地壳剖面的对比研究 ,发现大陆岩石圈的物理性质是分层的 :上、中地壳呈脆性 ,下地壳表现出塑性 ,而岩石圈上地幔则仍呈脆性。因此 ,在它受张性应力场作用时 ,其变形和破裂分离方式也是分层进行的 :上、中地壳能发生犁式断裂 ,产生的断块沿断面转动在地表产生一系列半地堑 ,并使地壳厚度减薄 ;如拉张应力继续作用时 ,上、中地壳将沿犁式断裂被拉开 ,从而形成上、下板块边缘 ,并彼此分开。下地壳则发生塑性变形 ,使地壳厚度减薄 ,并最终将其拉断。岩石圈上地幔亦可产生陡倾断裂 ,形成的断块沿断面转动亦使其厚度减薄 ,并最终沿陡倾断裂被拉断。

冲绳海槽现代张裂的地球物理特征

位于东海陆架与琉球岛弧之间的冲绳海槽为板块俯冲作用形成的弧后断陷盆地,具有独特的构造地貌特征。自中新世末以来历经了4个强烈拉张的演化时期,目前已达到张裂的高级阶段。地球物理资料显示,海槽中的现代拉张作用仍在进行,表现在海槽轴部快速沉降形成地堑槽,对称分布的张性断裂,晚更新世—全新世以来的岩浆活动,从老至新排列的磁异常条带以及高地热流、频繁的地震活动等,充分体现了冲绳海槽的现代扩张特点。

完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示,当规定主应力以压为正时,沿最大主应力σ_(1)方向将产生收缩变形,若中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)都远小于σ_(1),则沿σ_(2)和σ_(3)方向会产生横向扩张变形,当横向扩张变形达到一定极限时,将会在平行于σ_(1)的方向产生张裂破坏.如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究,最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏,但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态.本文分别用ε_(1),ε_(2)表示最大张应变和次大张应变,则最大拉应变理论认为当ε_(1)达到单向拉伸屈服应变时,材料将产生破坏.而本文将根据ε_(1)+ε_(2)之和达到极限值ε_(u)来建立张裂破坏准则.可以证明ε_(1)+ε_(2)所表示的是σ_(1)主平面的面积增长率.当σ_(3)<σ_(2)≪σ_(1)时,大部分岩石都具有脆性破坏的特点,所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料,这样用ε_(1),ε_(2)表示的强度准则可通过σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示.在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点,并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定ε_(u).不管σ_(1),σ_(2),σ_(3)是压应力,还是拉应力,或者σ_(1),σ_(2),σ_(3)中有拉有压的情形,基于ε_(1)+ε_(2)=ε_(u)都可建立相应的强度准则.所建立的准则可以反映中间应力σ_(2)对强度的影响规律,通过建立的强度准则还可以证明:静水拉力能引起屈服,而静水压力不能产生屈服;压缩破坏能使塑性体积增大,其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形.并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则,所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好.通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果,可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.

甘肃北山古岛弧期后张裂带及海相火山岩金矿

甘肃北山地区古生代处于塔里木、哈萨克斯坦与西伯利亚三大板块聚合部位。晚古生代(D_2—D_2)形成岛弧带和弧后盆地,之后又处于板内构造演化时期,石炭纪—二叠纪有拉张—闭合构造运动,形成规模较大的火山喷发活动和岩浆侵入作用,对金矿的形成提供了有利条件。本区划分出4条张裂带,每条张裂带控制着金矿床(点)的分布。从金矿成矿构造环境,成矿机制及矿床地质特征分析,本区金矿床属于海相火山岩型金矿。

大陆张裂三维有限元的数值模拟

采用纯数值模拟的方法,研究了大陆岩石圈在拉张和底部隆起作用下的张裂现象,编制了三维粘弹性有限元程序,结果表明:(1)单纯拉张或底部隆起时不会造成岩石圈块体层间的相互滑动,不会产生不对称共轭扩张边缘,块体的中间部分总是首先被拉薄而分离,应力应变转移集中到两侧,张裂的不对称性取决于周边的约束或加载条件,张裂共轭边缘的不对称性与周边块体的作用及其它地质改造作用密切相关。(2)拉张与底部隆起同时作用时,将会造成层间的相互滑动,且应力较大。(3)介质的塑性或流变性对张裂及应力有很大的影响,如对位移产生一定影响,同时应力值降低,使层间产生相对运动,张裂以一种渐变的形式出现。

坝基卸荷回弹张裂面声波异常分析研究

在坝基施工过程中 ,利用声波测井方法确定坝基卸荷回弹张裂面应进行相对异常和地质物探趋势面分析研究 ,才能保证物探资料的可靠性及直接指导设计变更和施工组织。地质物探趋势面分析是作者的一种新提法。

南黄海北部盆地张裂阶段演化特征

南黄海北部盆地张裂阶段经历4期拉张。同期半地堑具多种组合形式，它们控制沉积物分布，导致各凹陷具有不同沉降史，不同期半地堑的叠合反映盆地在时序上的演化特征，盆地拉张应力曾发生旋转，拉张速率从慢到快再到慢，阜宁期拉张作用最强烈，拉张方向近N－S向，是盆地的全面形成时期。

张裂型褶皱下中和面顺层张裂区:一类有利储层发育区——兼谈塔里木盆地碳酸盐岩溶蚀储层的发育特征

背斜上中和面和向斜下中和面(斜坡部位)是有利储层的发育区,进一步的分析认为,张裂型褶皱下中和面发育的顺层张裂区也可以是有利的储层发育区,尤其是碳酸盐岩(潜山)背斜。碳酸盐岩张裂型褶皱上中和面的扇形张裂区一般发育表层岩溶带和渗流岩溶带,发育溶蚀洞、孔,多表现为杂乱反射;下中和面的顺层张裂区一般发育渗流岩溶带和潜流岩溶带,发育溶蚀孔、缝,常表现为"串珠"状反射。塔里木盆地海相碳酸盐岩中发育同生期岩溶、风化壳岩溶(表生期)、埋藏岩溶三种不同类型的古岩溶。张裂型褶皱的扇形张裂区发育地表岩溶带、垂直渗流岩溶带,均有利于储层发育;顺层张裂区既发育风化壳岩溶(水平潜流带)又发育埋藏岩溶,其中的埋藏岩溶非常有利于储层发育。塔里木盆地寒武系和奥陶系碳酸盐岩在扇形张裂区和顺层张裂区多形成同生期岩溶储层和埋藏期岩溶储层,石炭系碳酸盐岩CⅡ油组在顺层张裂区主要形成埋藏期岩溶储层。

基于“剪切＋张裂”一般位错模型频率域求解微震震源机制

研究微地震的震源机制,获得压裂区域的破裂方向、尺度和应力状态等信息,在非常规油气开采过程中具有重要意义.对于微震,通常采用剪切位错或者矩张量模型对震源进行描述.本文从其实际发震机制出发,使用了"剪切+张裂"的一般位错点源模型,并基于此模型发展了一种利用全波形信息,通过波形振幅谱相关和初至约束,在频率域求解微震震源机制的方法.该方法适用于地面和井中观测,能够在得到常规震源参数(断层走向、倾角和滑动角)的同时给出裂缝断层剪切和张裂错动的距离信息,更直观体现破裂程度.理论数值测试证明方法有效、可行,在未滤波的情况下,实际数据的波形拟和结果仍较为一致,同时还发现错动距离与应力降等常规破裂参数并不严格相关,说明剪切、张裂错距可作为独立的新参数来定量评估水压致裂效果,指导工程开发进行.

利用物探方法确定坝基卸荷回弹张裂面

在坝基施工过程中 ,利用声波测井方法确定坝基卸荷回弹张裂面应进行相对异常和地质物探趋势面分析研究 ,才能保证物探资料的可靠性 ,才能直接指导设计变更和施工组织。