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。

南海陆缘中南-礼乐断裂带的发育与构造活动

南海南、北陆缘是否发育与目前中央海盆中存在的中南-礼乐断裂有关的S-N向走滑断裂带,一直是从事南海构造演化研究者关注的焦点之一,皆因资料缺乏等原因而没有定论.通过分析南海陆缘残余中生界的分布特征与精细解释最新地质-地球物理资料破解这一难题.南海陆缘发育S-N向延伸的中南-礼乐断裂带,构造属性为大型走滑断裂,初始活动时间始于中生代.新生代南海发生海底扩张之前,发育在南、北陆缘的中南-礼乐断裂带基本相连,长约700 km.该断裂带在不同时期具有不同的构造活动特征.中生代为左旋走滑构造活动,古近纪早、中期具有走滑拉张的活动特征,晚古近纪与早新近纪以走滑活动为主,新近纪中、晚期为走滑挤压活动特征.

佳伊断裂带晚白垩世走滑-逆冲事件的新证据

在四平市叶赫镇发现一系列走滑-逆冲断层,断层面平直、陡倾,走向集中在NNE15°~35°范围内,组成了佳木斯—伊通两条主干边界断裂之间的分支断裂带,分支断裂呈雁列式排布,与走向NE45°的主干边界断裂呈锐角相交,指示边界断裂具有右旋走滑特征。叶赫镇走滑-逆冲断裂带的发现为佳木斯—伊通断裂存在晚白垩世晚期—末期的走滑-逆冲事件提供了新证据。叶赫镇分支断裂带是石岭镇分支断裂带向南部的延伸,两者切割了相同的地层,具有相同的构造特征和构造属性,属于同一走滑-逆冲断裂系统,它们是晚白垩世晚期—末期同一地球动力学背景下的产物。

甘孜-玉树断裂带晚第四纪走滑速率与滑动分解作用

滑动速率是研究断裂运动学特征、地震活动性和区域应变分配的重要参数和依据。前人关于甘孜-玉树断裂带滑动速率的研究结果存在较大差异,因此,其晚第四纪滑动速率有待进一步调查研究。本文基于卫星影像解译和野外实地考察,对甘孜-玉树断裂带西段(玉树断裂)上典型断错地貌点进行测量分析,得到玉树断裂晚第四纪走滑速率为6.6±0.1—7.4±1.2mm/a。通过与前人对甘孜-玉树断裂带东段(甘孜断裂)滑动速率的研究结果进行对比,发现甘孜-玉树断裂带东、西段滑动速率不一致,其原因是甘孜断裂的左旋滑移在向西传递的过程中,一部分应变被分配到了巴塘盆地南缘断裂上。巴塘盆地南缘断裂的存在很好地解释了玉树断裂的走滑速率比甘孜断裂偏低的原因。但是,从区域变形来看,巴塘盆地南缘断裂分配的滑动速率恰好说明了甘孜-玉树断裂带东、西段及鲜水河断裂带的水平构造变形是协调一致的。

二十年来蠕变和短基线观测反映的鲜水河断裂带活动特征

利用鲜水河断裂带1990年1月—2009年12月的蠕变与短基线数据,采用小波变换与断层运动学分析方法,获取构造活动产生的断层形变速率.结合近场断层形变测量与GPS资料,分析了该断裂带的分段活动特征及时空演化.结果显示:(1)不同段落断层活动方式存在差异性.鲜水河断裂带分段活动现象显著,以道孚县为界,以北的炉霍、道孚断层走滑量相对较大且活动方式稳定,显示张性和左行走滑;以南的乾宁、折多塘断层活动微弱,走滑量小,且滑动状态复杂,其中,乾宁断层为压性和左行走滑,折多塘断层为微弱的右行走滑.这种分段活动特征可能与断层几何及巴颜喀拉块体内部次级块体的差异运动有关.(2)不同时期断层走滑方式存在交替性.鲜水河断裂带虽以左行走滑为主,但在汶川地震前一些断层段出现过逆向走滑现象.汶川地震前2年,炉霍、道孚断层左行走滑减弱,乾宁、折多塘断层在2007年出现过逆向走滑,至2009年底,逆向走滑区域保持扩展态势.(3)不同测点间距得到的断层错动速率和变形带空间分布特征不同.不同测量方法的分析结果表明,鲜水河断裂带不同段落和跨距宽度的走滑速率有所不同:测点间距18.7～65.1m的蠕滑速率为0.01～0.78mm/a;测点间距72～288m的短基线测量为0.02～2.46mm/a,点距十几至几十公里的GPS观测为6～11mm/a;地质滑动速率5～15mm/a.随测点间距的增加,平行断层的位移速率按对数函数增长,视剪应变率按幂函数衰减.我们推测,大间距测点的数据中既包含了跨断层的错动,也包含了断层两侧块体的分布变形;现今的断层形变测量与地质调查之间的差异,说明断层错动速率在时间上不是常数.

阿尔金断裂带最大累积走滑位移量——900km?

通过变形构造几何学、岩石学和区域构造对比研究,认为阿尔金断裂西北侧的阿尔金山北缘、南缘近EW走向的蓝片岩-榴辉岩高压变质带、榴辉岩超高压变质带分别与阿尔金断裂东南侧的北祁连山、柴北缘NW—SE/NWW—SEE走向的蓝片岩-榴辉岩高压变质带、榴辉岩超高压变质带相对应,并且,高压变质带与超高压变质带的宽度和走向在断裂两侧存在较大的变化。这种在断裂带中宽度变窄、角度趋于与断裂带走向一致的变化是韧性或韧脆性走滑过程中产生的拖曳构造。因此,阿尔金断裂带走滑过程中存在较大的韧性变形,它的最大累积走滑位移量应由韧性和脆性走滑位移量组成,至少大于500km,小于1000km。另外,拖曳构造的几何特征,以及西昆仑库地北蛇绿岩、阿尔金南缘蛇绿岩和柴北缘蛇绿岩在年龄、岩石组合及地球化学特征方面均具有相似之处,暗示在早古生代时期西昆仑和阿尔金南缘、柴北缘很可能处于相同的构造背景之中,后被阿尔金断裂所切割。因此,综合得出了阿尔金断裂带最大累积左旋走滑位移量为900～1000km。

走滑断裂带贯穿过程与发育模式的物理模拟

结合实际地质资料设计9组砂箱模拟实验,并利用断层CT扫描技术研究简单剪切走滑带演化规律与发育机制。结果表明,R(Riedel)剪切断裂形成早、数量多,并有一组与主走滑带低角度相交,P剪切断裂(与R剪切断裂对称分布的压剪破裂)与Y剪切断裂(与主位移带近平行的剪切破裂)形成滞后,并在Y剪切断裂发育后才从分段构造连接成贯穿的走滑带。走滑带贯穿连通过程可划分为4个阶段:萌芽阶段、R剪切断裂发育阶段、P剪切与Y剪切断裂发育阶段、走滑带贯穿阶段。实验揭示了走滑断裂由基底向盖层递进传播的发育过程,萌芽阶段剖面上断裂逐渐向上散开发育,R剪切断裂发育阶段平面上向外散开后逐渐向主位移带收敛。雁列构造具有"螺旋-拖曳"发育模式,雁列断裂的长度增长速度呈约2倍于深度增长速度线性增长,而与主位移带夹角随深度呈二次函数变小。分析表明,最大主应力方向、盖层厚度是导致雁列构造"螺旋-拖曳"结构差异的主控因素。走滑断裂的物理模拟为塔里木盆地海相碳酸盐岩断裂解析与分层、分段的勘探开发实践提供了模型基础。

郯庐断裂带古新世—早始新世左旋走滑活动的反射地震证据

在渤海南部莱州湾附近，横过郯庐断裂的反射地震剖面直接显示了郯庐断裂带的延伸、运动性质和活动时限的证据。郯庐断裂带在渤海内几何形态和断裂组合与陆上出露情况基本一致，根据切过断裂带的剖面和平面上断裂系组合特征，判断其为兼具垂直位移的左旋走滑运动断裂系。由于断裂带活动控制了同构造沉积地层的发育，可以确定其活动的时限相当于渤海湾盆地孔店组和沙四段沉积期，即为古新世-早始新世期。此后，可能由于太平洋板块的俯冲方向的改变，引起区域性应力场的改变，北北东向严格意义上的郯庐断裂带不再有明显的活动，转而被北东向的右旋走滑构造活动所替代。

鲜水河断裂带的地震模拟

本文运用由弹簧—滑块模型来模拟走滑断层的地震活动,讨论了模型中断层强度、断层滑块间弹簧强度、滑块与驱动盘之间片簧强度、滑块摩擦力的影响,以及初始条件敏感性。并以我国最为典型的一条走滑断层———鲜水河断裂带为例,运用试错法调整模型参数以使发生的地震最大限度地逼近实际发生的地震,并利用最终结果讨论了鲜水河断裂带今后的活动性。

鲜水河断裂带断层活动“协同化”的演化特征

1997年11月8日玛尼7．5级地震前约1年的时间里，鲜水河断裂带北西段5个跨断层蠕变测点的走滑方式均为左行错动，走滑速率相差不大，活动比较规律（暂称为“协同化”），而在其他时段，各测点的旋性和速率差异都比较明显。通过考察鲜水河断裂带的走滑速率在玛尼地震前的细微动态演化过程，结合地震活动性的变化，研究该现象的演化特征。

鲜水河断裂带地震破裂段落的边界特征研究

作为“位于亚洲大陆东南部强烈变形场中的左旋剪切破裂带，撕裂了高耸的青藏高原的东南部边缘，在中国大陆内部新构造格局中占据着突出位置”的青藏高原东缘一条重要的左旋走滑断裂带，鲜水河断裂带有着丰富的历史地震记录、较清晰的地貌特征和地表破裂形迹，是开展活动断裂定量研究、检验地震破裂分段模型——独立破裂模型和级联破裂模型的理想场所，

低—非孔隙岩石中走滑断裂带内部结构的形成演化

文中描述了低—非孔隙岩石中走滑断裂带特征,分析了断裂带内部结构的物性特征,研究了走滑断裂带的形成过程。研究表明,低—非孔隙岩石中走滑断裂带具有典型的"二元结构",即断层核和破碎带。当围压和有效压力上升时,断层核和破碎带的孔渗性均降低,但破碎带的物性要好于断层核。另外,低—非孔隙岩石中走滑断层成核作用,具有破碎带成核、压溶缝成核和先存节理成核3种形式。早期碳酸盐岩中普遍存在破碎带,并且在应力集中处破碎程度严重,随着断层逐渐演化形成断层核;早期低孔隙灰岩中会形成开启型雁列岩脉,在雁列脉间的压性岩桥内形成第1期压溶缝,其持续开启时,沿岩脉形成的剪切作用使岩块滑动,导致压溶缝受到剪切,形成第2期压溶缝,最终形成断裂带;低孔砂岩、花岗岩及变质岩中存在早期形成的节理,在剪切作用下,形成次级裂缝,次级裂缝与小型断层逐渐连接起来,形成了走滑断裂带。

莫里青断陷西北缘走滑断裂带特征及油气地质意义

通过对莫里青断陷构造、沉积特征及油气成藏规律系统分析,总结出西北缘走滑断裂带演化特征及其对油气勘探的意义。研究结果表明:西北缘断裂成盆期为一条高角度的走滑张性断裂,新近系受挤压应力作用发生反转,形成了内部发育众多具走滑性质的次级逆冲断层、挤压褶皱、花状等构造的西北缘走滑逆冲断裂带;宏观来看西北缘断裂经历了早期走滑拉张和晚期走滑挤压2个演化阶段;西北缘走滑断裂对油气勘探具重要意义:深大断裂通过提供大坡度构造环境、有效物源及保存条件为湖泊水下扇有效储集体形成创造了有利条件,且水下扇中扇辫状水道微相上的油气产能较高;断裂带内部形成断褶皱等构造圈闭、具有挤压性质的逆冲断层封堵油气等因素为油气聚集提供了有效圈闭条件;各条件有效配置使得研究区西北缘走滑断裂带成为较有利的油气富集区带。

郯庐断裂南段走滑和伸展断裂的深部结构及位置关系

郯庐断裂带是亚洲东部著名的断裂活动带,经过多年的研究,取得了一系列重要成果,但涉及断裂带内部精细结构、走滑与伸展断裂体系的研究成果较少.本文以其中的嘉山庐江段为对象,依据高精度大地电磁(EMAP)和人工地震剖面及航磁异常资料,剖析了断裂带内部精细结构,明确了伸展和走滑断裂体系组成和平面位置,认为该段由多条主干断裂组成,具有断裂属性横向分区的特征:以池河太湖断裂为界,东侧主要发育池河—太湖(隐伏)、嘉山—庐江和古河—散兵等断裂,组成正花状构造样式,主要呈现压剪性走滑活动特征;西侧主要发育五河—合肥、石门山和池河—太湖(浅部)等断裂,呈现半地堑结构,其中2条断裂往南伸入合肥盆地而消失,只有池河—太湖断裂继续南延为合肥盆地的东部边界,主要呈现伸展活动特征.本文提出的断裂带横向分区等认识,既融合了前人有关"裂谷论"和"平移论"的重要成果,又弥合了二者的认识分歧,为今后精细研究郯庐断裂带提供了一条新思路.

营口-潍坊断裂带对辽东湾坳陷东部凸起的形成及构造分段的控制作用--来自物理模拟实验和断层几何学特征的证据

辽东湾坳陷是渤海湾盆地的重要组成部分,其发育受营口—潍坊断裂带控制。其东支的两条分支断层大体沿其次级构造单元辽东湾东部凸起的两侧延伸。本文应用大量地震测线的构造几何学特征分析,结合构造物理模拟试验,认为辽东湾坳陷东部凸起是在先期存在的低凸起的基础上,在渐新世东营组沉积期因营口—潍坊断裂带的右行走滑形成的。以Lz205测线和Lz185测线之间为界可分为类似的两段,各自经历了一个自南而北的右旋走滑伸展—剪切走滑—右旋走滑挤压的变化过程。这种变化由北东向的基底断裂与由之派生的新生代内的北北东内断裂间的关系造成,在两者的交汇点(如Lz151)或走向发生转折处(如Lz255)右旋走滑作用发生变换,其南侧拉张下沉,正断层发育,表现为右旋走滑伸展,北侧则挤压隆升,表现为右旋走滑挤压。南、北两侧相反的力学性质是走滑活动派生的局部差异应力场造成的。构造物理模拟试验证实了右旋走滑伸展—剪切走滑—右旋走滑挤压的变化过程。

白河-谷城断裂带中段构造变形特征与第四纪活动性

通过地质地貌、断层物质测年及第四纪沉积物测年等方法,对白河-谷城断裂带中段构造变形、活动性进行了初步分析。认为断裂带经历了多期构造变形,分带性明显;断裂带及周缘地区第四纪晚更新中期以来抬升速率为0.64～0.85 mma-1;在早第四纪有明显活动,断裂带活动方式以左旋走滑为主;邻近断裂带周边地区小震在时间上具有增强的趋势,与断裂带的第四纪活动具有构造上的联系。

基于GPS观测的张家口-渤海断裂带活动性

文中基于1999年、2007年、2009年、2011年、2013年以及2015年6期GPS区域站观测资料,计算得到了5个相邻时段中张家口-渤海断裂带的水平形变速率和应变率,据此研究了该断裂带的活动性演化特征。结果表明,在5个时段中,张家口-渤海断裂带的总体形变速率平均为1.74mm/a,左旋走滑速率平均为1.59mm/a,压缩速率平均为-0.59mm/a。张家口-渤海断裂带各时段的左旋走滑速率均大于压缩速率,说明其活动性以左旋走滑活动为主,兼有压缩运动。在5个时段中最小主应变率均小于0,为压性,最大主应变率>0,为张性。张家口-渤海断裂带的主压应力方向均为NEE-SWW向,主张应力方向NNW-SSE向;正应变率均为负数,为压性;断裂带的剪应变率值相对于正应变率较大,表明剪应力较强,各时段均以左旋剪切应力作用为主。张家口-渤海断裂带的构造活动具有继承性,在日本3·11大地震后,其构造活动性呈现逐步减小的趋势。

沂沭断裂带北段大盛-马站早白垩世盆地成因分析

为了分析大盛 -马站盆地的成因类型 ,重点调查了盆地内沉积相带的空间展布特征及盆地沉积中心迁移的规律 .盆地内同生构造显示盆地边缘主干断裂具有左行走滑特点 .盆地内生物化石及火山岩年代学特征表明盆地形成于早白垩世 .盆地性质为左旋走滑拉分盆地 。

沂沭断裂带安丘-莒县断裂安丘—朱里段几何结构与活动特征

安丘-莒县断裂是沂沭断裂带最主要的活动断裂,对强震的发生具有明显的控制作用。该断裂的安丘—朱里段由南流段、双官—眉村段和朱里段3条右阶斜列的次级断裂所组成,以右旋走滑活动为主,兼有正断或逆冲活动分量;其最新活动时代推断为晚更新世—全新世早期。根据断裂活动性的最新研究成果,认为在莒县至昌邑之间安丘-莒县断裂仍是占主导地位的活动断裂,与公元前70年安丘7级地震的发生具有密切关系。

龙陵-瑞丽断裂带附近的构造地貌与断裂活动性

利用ALOS全色、ASTER多光谱遥感影像和SRTM数字高程模型数据解译,并结合野外地质调查和实时差分GPS测量,对龙陵-瑞丽断裂带晚第四纪活动的构造地貌和地质特征进行了研究。综合遥感解译、构造地貌和地震地质调查的结果认为,龙陵-瑞丽断裂带是一条以左旋走滑作用为主的断裂,在晚第四纪具有一定的活动性;并确定了龙陵-瑞丽断裂带各活动段落的空间分布情况。选取朱家寨一带开展了探槽挖掘工作。探槽很好地揭露了基岩中发育的新鲜断层面和晚第四纪冲洪积层,但是未发现断层错动晚第四纪沉积物的迹象。采集了冲洪积层底部的植物化石进行了14C测年,结果为(1150±30)a BP。据此推测,从距今1150年以来,龙陵-瑞丽断裂带活动断层在北段未再发生过破坏性古地震事件。综合分析1976年龙陵地震的发震特点,认为1976年发生在龙陵的大地震未发生在龙陵-瑞丽断裂带上,其震源机制解和余震分布特征表明地震活动与NNW向展布的新生断裂带活动有关,这很有可能造成了NE向龙陵-瑞丽断裂带晚第四纪构造活动性减弱。