逆冲-走滑作用叠加的复合构造变形机制砂箱模拟研究:以张家口-蓬莱断裂带渤海段为例

逆冲构造体受走滑作用影响形成新的复合构造体系在自然界中较为常见。新生代以来张家口-蓬莱断裂带渤海段的左旋走滑运动,改造了渤海湾盆地内燕山期挤压运动形成的逆冲构造。北西向的张家口-蓬莱断裂带渤海段受新生代以来太平洋板块俯冲驱动,与共轭的北东向郯庐断裂带共同控制了渤海湾盆地现今的构造样式,同时又是地震多发区和油气聚集区。本文通过砂箱模拟实验,研究不同走滑速率不同基底强度条件下,逆冲推覆构造受走滑作用改造的复合构造演化机制。实验结果显示,在挤压背景下,实验模型中先产生一系列的逆冲断层,形成逆冲推覆构造和冲起构造;叠加走滑作用后,走滑断层切割先存逆冲断层,具有明显的负花状构造特征。剖面上看,走滑速率越大,则断层数量越多,断层断距更大,花状构造更为复杂。在局部塑性基底模型中,无叠加的走滑构造区可形成断陷。结合研究区构造演化过程,模拟结果与张家口-蓬莱断裂带渤海段构造演化过程具有一定相似性,尤其沙北断裂、沙东断裂内部花状构造发育最为典型。走滑断裂对构造圈闭具有一定的控制作用,本模型可对逆冲叠加走滑复合区域的构造演变及动力机制分析提供参考和借鉴。

雁列构造是走滑断层存在的充分判据?——来自平面砂箱模拟实验的启示

多年来 ,雁列构造被作为走滑作用的结果、并得到物理模拟实验模型的支持 ,通常作为走滑断层的判据加以运用。本文根据针对黄骅盆地所设计的曲折边界基底均匀伸展模型和针对焉耆盆地所设计的基底均匀收缩斜向挤压模型的砂箱实验结果 ,给出了雁列构造另外的成因解释。认为雁列构造的成因并非局限于基底走滑作用 ,基底均匀变形条件下的斜向伸展或斜向挤压作用均可形成雁列构造 ,因此雁列构造不能作为走滑断层存在的充分判据。

渤海湾盆地张巨河复杂断块区平面砂箱模拟实验及其启示

伸展盆地复杂断块区往往发育多个方向的断层,这种复杂的正断层组合过去有人认为是多期构造叠加作用的结果。本文针对渤海湾盆地张巨河复杂断块区进行了平面砂箱模拟实验。实验结果表明,在基底有先存构造(如基底断裂)的情况下,如果区域伸展方向和先存断裂或基底构造活动(底辟上拱)不协调,通过递进变形就可以形成复杂的断层组合,即复杂的断层组合可以在一个伸展构造期内、在统一的区域伸展构造力作用下在递进变形过程中逐渐形成,复杂断层组合并不一定需要多期变形叠加。在此基础上,结合理论分析,提出了复杂断层组合成因的另一种模式——不协调伸展速进变形模式。该模式为揭示伸展构造系统中复杂断层组合之间的内在联系提供了新的思路。

基于粒子图像测速系统(PIV)的砂箱模拟实验方法研究与实例分析

粒子图像测速系统(PIV),是指利用高分辨率相机获得一系列图像,再通过一系列计算分析得到图像上各点的速度矢量,从而获取运动对象速度场的无扰动流场测量技术系统。PIV已经被应用于中国地质大学(北京)构造模拟实验室的砂箱构造物理模拟实验中。详细介绍了利用PIV监测和记录砂箱模拟实验的过程,以及监测的各项参数——砂粒运动速率、切应变率、涡度等的数据处理和计算流程与方法,并应用实例分析说明了上述数据处理结果应用于构造变形几何学、运动学和动力学的定量模拟研究方法,模拟结果对于解释构造变形过程和机制具有重要的意义。

伸展断层系统的砂箱模拟实验

砂箱模拟实验已被证明是研究盆地内部伸展断层系统的有效工具。英国伦敦大学ＭｃＣｌａｙ教授领导的断层动力学计划研究集体近年来在这方面做了大量开拓性工作。本文系统总结了其研究成果。

基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断带砂箱构造物理模拟研究

在前人对褶皱冲断带的研究基础上,为进一步深入分析对比滑脱层数量、强度、深度等对褶皱冲断带的制约,设计了6组砂箱模拟实验,并运用粒子成像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术的实时监测,计算出各阶段模型剖面上的速度场和涡度场,对褶皱冲断带的运动学过程和变形机制进行详细刻画和定量分析。实验结果表明,滑脱层的强度和深度均制约着褶皱断层的构造演化,滑脱层的强度越小,其上覆地层中的变形传播越远,滑脱层深度越深,对整个构造样式更具有控制作用,变形也就传播得更远。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式构造,上部推覆体前缘水平位移较快;以硅胶组成的滑脱层上部形成叠瓦式构造,下部形成冲起构造,上、下两部分具有明显的分层变形特征。PIV监测结果显示,当上盘速度骤停,并且前缘涡度值骤降时,断坡形成并发展成断坪-断坡组合构造样式;下一条断层以相同方式在前缘形成,从而使褶皱冲断带向前陆方向扩展。将实验结果与龙门山南段褶皱冲断带进行了对比分析,得到了较好的印证。

基于粒子图像测速技术(PIV)的砂箱物理模拟实验研究

地壳浅表变形受控于多种边界条件因素的影响,因而具有长期构造演化过程和复杂的构造特征。构造物理模拟是研究自然界地质变形过程的一种重要的可视化方法,特别是伴随着计算机技术的飞速发展,粒子图像测速技术(PIV)在地质模拟实验中越来越发挥着重要作用。该文以砂箱物理模拟实验为基础,详细分析了粒子图像测速技术(PIV)应用的方法、过程和技巧,模拟结果对于解译砂箱物质变形过程和机制具有重要意义。

东海陆架盆地南部中生代盆地性质与演化：砂箱物理模拟检验

东海陆架盆地位于欧亚板块、太平洋板块及菲律宾海板块的会聚交接带,是研究全球性构造体制转化事件的关键区域之一。通过物理砂箱实验方法模拟了东海陆架盆地南部瓯江凹陷、雁荡低凸起、闽江凹陷、台北低凸起及基隆凹陷几个构造单元中生代组合关系与演化过程。研究发现东海陆架盆地中生代的成盆过程及属性与中生代时期依泽奈崎板块的俯冲过程和与之相关的滨海大断裂的运动学性质是密切相关的,即瓯江凹陷的构造演化及成盆过程受滨海大断裂的运动学性质控制,表现出张扭型盆地的特征。而距离滨海大断裂较远的闽江凹陷和基隆凹陷则主要受俯冲带后撤导致的拉伸作用的影响,具有伸展型盆地的特征。中生代盆地的演化过程如下:在晚侏罗世,滨海大断裂表现为右行压扭性质,由于受到俯冲作用的影响,整个盆地在该期应属于压扭性的盆地;晚侏罗世—早白垩世早期,滨海大断裂由晚侏罗世的右行走滑转换为左行走滑,诱导出NW—SE向的拉伸力,同时,瓯江凹陷与闽江、基隆凹陷的性质产生分异;早白垩世晚期—晚白垩世,滨海大断裂再次转换为右行张扭,由此瓯江凹陷在原右阶雁列式排列的两个洼陷基础上,形成了3个左阶雁列式排列的次级洼陷,同时,受断层控制的雁荡低凸起逐渐形成,并被一条NW—SE走向的断层分割,使得雁荡低凸起呈雁列式不连续分布。

川西北前陆双鱼石地区砂箱物理模拟及其油气地质意义

基于川西北前陆双鱼石地区地震构造解释和砂箱物理模拟实验等,揭示川西北前陆盆地构造变形特征、过程与形成演化机制。标准模型、标准地层模型和断坪-断坡结构模型物理模拟实验揭示出川西北双鱼石地区具有双重构造扩展变形特征,受底部滑脱层系和断坡结构带联合控制,其深部物质变形形成典型冲起构造。断坡结构带对上覆下古生界构造变形及其断裂发育具有重要控制作用,部分断裂体系易于形成高效的下寒武统筇竹寺组源岩-古生界储层“源-储”输导体系。前陆扩展变形带逆断层与相关冲起构造易于形成深部隐伏的双重构造,前陆盆地隐伏构造由新生代晚期构造扩展变形形成,但其构造变形相对较弱,因而具有较佳的晚期油气保存富集条件。“自然界原型到实验模型”的砂箱物理模拟为解译前陆盆地演化过程及其油气富集等提供了独立有效的手段。

浅谈挤压砂箱构造物理模拟实验

文章介绍了挤压砂箱构造物理模拟实验方法、实验原理、实验影响因素;综合各种研究成果,深刻认识到不同的实验参数选择导致不同实验现象,了解模拟的地质背景和材料优化是砂箱构造模拟实验的基石;总结出影响挤压砂箱模拟实验的三大因素对砂箱构造变形样式、楔形体形成演化具有重要的控制作用。

北部湾盆地涠西南凹陷断裂系统成因的砂箱实验研究及启示

北部湾盆地涠西南凹陷的断裂系统十分复杂,为了揭示其成因机制,在三维地震资料构造解析的基础上,应用砂箱物理模拟技术,对涠西南凹陷的形成机制进行了系统研究。结果表明,南北向的"不协调伸展作用实验模型"能够成功地模拟涠西南凹陷晚始新世以来复杂的断裂系统,断裂系统的主体特征在这一实验模型中均得到了很好的再现。涠西南凹陷复杂的断裂系统是在基底先存构造基础之上,在递进变形过程中逐渐形成的,其裂陷期(晚始新世-渐新世)断裂系统是在一个伸展期内形成(南北向伸展)、并非是多期构造叠加变形的结果。这一认识不但能够有效地指导涠西南凹陷三维地震资料的精细构造解释,同时也能够为南海周缘盆地的形成和演化研究提供借鉴。

多滑脱层构造物理模拟试验及其对川东褶皱带形成演化的指示意义

通过多滑脱层砂箱模拟试验探讨川东地区3套滑脱层对川东褶皱带形成演化过程的控制作用。结果表明滑脱层纵向配置和变形速率对多套滑脱层发育区的构造变形样式及构造演化具有重要控制作用,深部滑脱层的拆离效果显著强于浅部滑脱层,导致垂向上深部构造层之间的构造变形差异性高于浅部构造层,变形速率减小时,滑脱层的拆离效果明显增加,各构造层的变形样式差异性也随之增强;川东地区3套滑脱层对于川东褶皱带的构造变形具有明显的拆离作用,深部的中下寒武统膏盐岩的拆离作用显著强于中浅部的志留系泥岩和中下三叠统膏盐岩,导致川东地区3套构造层的变形特征具有很大的差异;川东地区在早期弱挤压变形阶段(变形速率较低)3套滑脱层拆离作用明显,以发育滑脱褶皱及小型的调节断层为主要构造变形特征,各构造层变形特征产生明显的垂向差异性,在后期强烈挤压变形阶段变形速率快速提升,限制各滑脱层的拆离作用,各构造层以发育高陡逆冲断层和反冲断层为主,变形特征趋于一致。

龙门山褶皱冲断带沿走向差异剥蚀作用——砂箱物理模型的启示

褶皱冲断带-前陆盆地系统普遍存在浅表构造剥蚀-沉积作用及其相关耦合机制,从而具有复杂的三维空间构造变形特征与演化过程。本文基于青藏高原东缘龙门山褶皱冲断带-前陆盆地系统,通过沿走向变化的剥蚀-沉积作用砂箱物理模拟实验和野外地质调查等研究,揭示其沿走向变化的剥蚀-沉积作用,导致了褶皱冲断带大规模抬升剥蚀、断层多期活化与无序变形;断层与冲起构造沿走向合并生长、形成斜向断层;尤其是冲断带三维空间上差异性抬升剥蚀,常常形成与构造剥蚀作用相关的反转构造。剥蚀作用越强、断层翻转越明显(形成视正断层)。龙门山褶皱冲断带广泛出露的拉张构造变形样式,可能受控于晚中生代—新生代沿走向变化的剥蚀-沉积作用过程。上述沿走向变化的剥蚀-沉积作用,可能导致川西南前陆盆地系统中低角度断层多期活化与无序冲断变形。研究表明,晚三叠世以来的构造缩短与浅表作用,对青藏高原东缘龙门山独特地貌构造特征具有重要的控制作用。

基于构造物理模拟实验的桌子山煤田棋盘井井田奥灰边界构造因素分析

棋盘井井田位于桌子山煤田东南缘,以苛素乌断层为界分为东西两区,东区奥灰缺失,成因机理尚不明确。在分析研究区地质构造格架、井田地质构造的基础上,结合构造物理模拟实验,研究了构造作用对奥灰地层缺失的影响。结果表明:桌子山地区构造几何形态和构造物理模拟结果高度相似,反映出棋盘井井田苛素乌边界断裂可能是顺基底的滑脱作用造成的,且改变了奥陶系灰岩沉积的原始边界,使得沉积边界向东迁移。

斜向挤压叠加变形的构造解析——以四川威远地区为例

威远地区位于四川盆地西南部,其构造主体威远背斜属于大型穹隆状背斜构造,经历了多期构造运动的叠加变形,前人对威远背斜的形成过程与机制认识存在很大争议,无法满足油气精细勘探和高效开发的需要。本文通过地震资料的构造解析,确定威远背斜主体是在基底先存构造(NE向基底古隆起)的条件下,在燕山期近NS向斜向挤压作用过程中形成的,喜山期近EW向斜向挤压作用对其构造变形也有一定的贡献。按此认识设计了砂箱模拟实验,实验结果在平面和剖面上很好地再现了威远背斜的构造特征,表明了上述认识的合理性。这些认识不仅能为威远地区油气的勘探开发提供指导,还可以为相似区域的构造形成演化机制分析提供借鉴。

走滑断裂“分期-异向”变形过程砂箱物理模拟:以塔里木盆地顺北5号断层北段为例

塔里木盆地顺北5号走滑断裂是顺北及邻区一条克拉通内小尺度走滑断裂带,整体分为3段:北段、中段和南段.选取顺北5号断层北段为研究对象,结合断层几何学和运动学解析,应用构造物理模拟实验,明确了走滑断层的变形特征与形成机制.结果表明:顺北5号断层北段主体表现为多段式特征,发育平直型、压隆型和拉分型3种类型构造样式.北段主要活动时期为加里东中期Ⅲ幕与加里东晚期,表现为两期异向叠加变形作用,早期(T74界面)表现为多种组合样式分段生长特征,晚期(T70界面)表现为雁列式正断层分布特征.基于顺北5号断层北段砂箱物理模拟证实,早期走滑作用控制断层分段变形特征,晚期张扭作用控制着雁列式断层的分布规律.因此,“分期-异向”叠加变形控制了顺北5号断层北段走滑断层的变形过程和形成机制.

渤海湾盆地板桥凹陷构造演化特征及油气地质意义

板桥凹陷位于渤海湾盆地东部,断裂发育特征较为复杂。基于地震解释资料,根据断裂活动特征及构造演化史恢复,明确板桥凹陷主干断裂几何学特征及活动过程,分析断层形成演化模式;根据砂箱物理模拟实验结果,验证先存主干边界断层几何形态对后期构造变形特征的控制作用。结果表明:板桥凹陷构造演化遵循“断陷—断坳—坳陷”的演化序列;新生代,区域伸展方向逐渐由NW—SE向过渡为SN向,新生界断裂优势走向从NE向逐渐转变为近EW向。板桥凹陷于沙河街组三段—二段、沙河街组一段—东营组、馆陶组—明化镇组沉积时期发生3期断裂活动,分别对应裂陷Ⅰ幕、裂陷Ⅱ幕和后裂陷期。板桥凹陷伸展变形过程符合铲式断层主控下的多期次构造演化模式,上盘地层在多期演化后可划分为地层旋转区、裂陷区和斜坡区。该结果对研究区下一步油气勘探开发具有指导意义。

渤海湾盆地南堡凹陷新生代断裂系统形成机制

基于南堡凹陷实际地质条件设计了3组不同伸展方向的平面砂箱模型,根据模型试验结果与地质实际综合分析,探讨了南堡凹陷新生代断裂系统形成机制。研究结果表明:南堡凹陷新生代构造是区域南-北向伸展作用的产物,南堡凹陷的复杂断裂系统是在南-北向伸展过程的不同阶段逐步形成的;南堡凹陷新生代构造的形成主要受控于特定的边界几何条件,并非多期构造作用叠加或先存走滑断裂重新活动的结果。

库车坳陷克拉苏构造带大北—克深区段差异变形特征及其成因分析

库车坳陷克拉苏构造带发育大量与膏盐相关的收缩构造,其深、浅构造变形不协调具有明显差异性。构造建模表明:克拉苏构造带属于库车坳陷北部强变形带,自西向东具有不同的变形样式。西部大北区段受前缘拜城断裂控制,发育断层规模小的基底卷入冲断叠瓦扇;东部克深区段则受后缘克拉苏断裂控制,发育大位移断层控制的盖层滑脱冲断叠瓦扇。克拉苏构造带基底断裂位移分布具有差异平衡的特点,基底断裂活动对膏盐层厚度及分布具有再调整作用。砂箱物理模拟结果显示,构造变形强度、膏盐层厚度及其分布差异是克拉苏构造带东、西段结构和垂向变形差异的主要控制因素。

高邮凹陷真武断裂构造演化特征

真武断裂是苏北盆地高邮凹陷重要的基底断裂,研究其演化规律对认识高邮凹陷的构造演化特征至关重要。在断裂构造解释的基础上,根据区域应力场状态将真武断裂的构造演化分为挤压、反转和伸展共3个主要时期。挤压期,真武断裂为印支期板块碰撞所形成的逆冲断裂;反转期,真武断裂继承性演化为真1断层和吴1断层,二者的构造演化特征存在差异;伸展期,受真1断层和吴1断层影响,形成真2断层和吴2断层等一系列次级断层,共同组成了真武断裂带和吴堡断裂带。高邮凹陷真武断裂伸展期砂箱模拟实验结果表明,区域拉张应力场和作为基底断裂的真武断裂是高邮凹陷南部边界断裂带构造演化的2个重要因素。