燕山板内造山带中部“承德逆冲构造”的褶皱相关断裂构造模型

燕山板内造山带中部承德盆地复杂的中生代褶皱及逆冲断裂构造,曾被解释为土城子组沉积之后大型逆冲推覆构造(位移量大于40～45km)又经褶皱变形的结果。近年来,土城子组沉积相和物源区分析、中新元古界沉积古地理研究以及相关构造变形研究结果等,对这一变形大型逆冲构造模型提出了多方位质疑。但已有研究并未提出新的构造模型来解释这一复杂构造区域中生代构造变形样式和形成机制。文中通过对承德盆地区域主体构造——承德向斜、向斜两翼逆冲构造变形几何学与运动学特征、向斜转折端附近构造变形与断裂发育状况进行详细野外调查及对关键地质体同位素地质年代进行测试,发现承德向斜两翼逆冲断层为分别向向斜核部以外区域逆冲的独立逆冲断层,逆冲断层活动与承德向斜变形是在统一的收缩变形体制下准同时形成的。它们形成于土城子组之后、张家口组火山活动之前,即距今约139～136 Ma。据此提出了"承德逆冲构造"的背离向斜逆冲构造模型。这一模型合理地解释了燕山中部承德盆地区域中生代构造变形和相应的盆地充填特征,同时表明,燕山板内造山带并不存在碰撞造山带前陆褶皱逆冲带中常见的大型薄皮逆冲构造样式。这一研究结果展示了褶皱相关断裂构造模型在研究和揭示收缩构造变形区域大尺度褶皱与断裂构造相互关系及准确重建区域构造演化过程方面的重要意义。

褶皱相关断裂构造及其地质意义

褶皱相关断裂是在褶皱变形过程中,为了调节褶皱不同部分的应变差异而形成的从属于褶皱变形的断裂构造,其中最重要的是背离向斜逆冲构造和指向背斜逆冲构造,褶皱枢纽楔入式逆冲作用是相对能干性岩层在褶皱转折端部位加厚的重要变形机制.通过手标本尺度和露头尺度褶皱相关断裂构造的定性分析,并结合前人已有的相关研究成果,提出了从断层与相关褶皱规模、断层发育部位与位移量变化特征、断层切层角变化特征以及断层与褶皱构造变形运动学配套关系等方面鉴别褶皱相关断裂构造的多种标志.褶皱相关断裂构造概念与构造模型,对于正确认识区域构造演化,合理进行收缩变形区域平衡地质剖面编制,以及探索褶皱、断裂构造演化过程,具有重要意义.

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。

逆冲断裂及相关褶皱的几何学与运动学定量化研究进展

逆冲断裂与相关褶皱的几何学、运动学定量化研究是当前构造地质研究中的重要课题。着重介绍了逆冲断裂与相关褶皱构造在几何学、运动学和动力学定量研究方面所取得的一些进展,提出了应注意的若干问题。

鄂尔多斯盆地东部高家堡背斜和相关断裂特征及成因演化

在鄂尔多斯盆地东部高家堡三维地震勘探区,新近研究发现了伴有断裂的背斜构造。在该盆地内部这类规模较大的背斜构造并不多见,因而以往研究薄弱。高家堡背斜构造与区内断裂在时空位置及成因上关系密切,且对奥陶系盐下天然气成藏和分布有重要影响。利用该区高精度三维地震、钻测井和周邻地区二维地震资料,综合分析已有区域地质构造成果和测试结果,研究了该背斜及其伴生断裂的构造特征,探讨了背斜构造的形成时限和成因模式及其与油气赋存—成藏的关系。研究结果认为:高家堡背斜长轴近南北向,呈东陡西缓不对称样式,自奥陶系马三段至地表下中侏罗统均具有完整背斜形态,各层系的隆起幅度和宽度相当,背斜内外层厚度变化不明显。断裂主要在背斜构造带部位发育、成因相关,属褶皱相关断裂。背斜构造形成于135~125 Ma的早白垩世早期,是在东高西低的区域背景下,受构造事件触发,上覆巨厚地层沿奥陶系马三段膏盐岩层发生层间滑动,在奥陶系—寒武系先成南北向断裂发育处受阻、膏盐岩层聚集增厚上拱而形成的底辟式背斜,具晚期一期形成的变形特点。高家堡背斜构造为油气聚集成藏的有利部位,褶皱相关断层的发育促使地层储集性能的改善和上下层系之间的连通,有利于油气在较多的层系聚集成藏。研究成果既丰富了盆地构造研究内容,也深化了对研究区油气赋存成藏的认知,为下一步油气勘探提供了新的思路。

甘肃金塔南山河流阶地褶皱变形分析

金塔南山的抬升变形主要受到青藏高原向北推挤的影响,其构造活动的几何学和运动学特征包含了高原北缘扩展的重要信息.金塔南山山顶普遍覆盖一层砾石,砾石层胶结弱,砾石磨圆度、分选性均较好,岩性组成以砂岩、石英砂岩和硅质砂岩为主.砾石层顶面连续,区域上与黑河第二级阶地（T2）对应.根据其组成和展布特征,笔者认为金塔南山地貌面与黑河第二级阶地为同一时期的产物.笔者对展布于金塔南山上及其周边的阶地高程进行了差分GPS测量,并对基岩地层产状进行了测量,结果显示阶地面发生了明显的褶皱变形.通过阶地面变形特征和下伏岩层产状分析,得到金塔南山褶皱主要以翼旋转的方式活动,形成了前翼陡倾而后翼宽缓且核部平坦的几何特征.依据T2阶地面的变形特征,初步建立了金塔南山下伏铲式逆冲断裂相关褶皱的几何学模型.根据几何学关系计算得到断裂上升盘自黑河第二级阶地形成以来产生了约200 m的垂直抬升量和143～190 m的水平缩短量,中更新世以来断裂的平均滑动速率为1.18±0.16 mm/a.由于深部断裂的逆冲作用,金塔南山主要以背斜方式发生抬升变形,断裂可延伸到地表16 km以下.通过对比分析金塔南山地区的构造,笔者认为褶皱的形成为阿拉善地块与柴达木-祁连块体相互挤压下金塔南山北缘断裂活动的结果.金塔南山在中更新世开始的抬升反映了青藏高原东北部扩展的最新过程.