前陆盆地沉降机理和地层模型

前陆盆地形成的主要原因是造山带负载导致的岩石圈挠曲。逆冲作用造成地壳增厚,造山带的巨大质量又导致下部岩石圈的区域均衡沉降,从而临近和平行于造山带发育了凹陷。另外,前陆盆地的演化也受到沉积物供应、盆地内沉积物扩散能力、岩石圈强度、造山带逆冲速率、全球海平面变化、和俯冲有关的动力沉降及俯冲负载等众多其它因素的影响。本文阐述了这些因素与前陆盆地沉降的关系,介绍了与幕式逆冲有关的地层模型和欠补偿-过补偿地层模型。希望本文能够对中国西北地区前陆盆地的研究起到一定的借鉴意义。     

前陆盆地挠曲沉降和沉积过程3D模型研究

前陆盆地是在造山带负荷作用下岩石圈发生挠曲沉降而形成的,并且被主要从造山带搬运的沉积物所充填。为了更好地理解和认识前陆盆地的形成演化机制,特别是受控于周缘多个造山带活动所形成的前陆盆地的演化机制,本文通过建立前陆盆地挠曲沉降与沉积过程的3-D模型,模拟展示了造山带逆冲推覆作用、岩石圈挠曲沉降响应及在山盆体系中由于动力地形变化而导致的河流体系的发育变化及其产生的剥蚀和沉积过程。模型的建立和实验完整体现了逆冲推覆、弹性挠曲沉降和沉积物搬运这三者之间的耦合机制,为全面深入研究前陆盆地动力学提供了理论依据和方法。     

3-D Modeling for Flexural Subsidence and Deposition Process of Foreland Basin

前陆盆地是在造山带负荷作用下岩石圈发生挠曲沉降而形成的,并且被主要从造山带搬运的沉积物所充填.为了更好地理解和认识前陆盆地的形成演化机制,特别是受控于周缘多个造山带活动所形成的前陆盆地的演化机制,本文通过建立前陆盆地挠曲沉降与沉积过程的3-D模型,模拟展示了造山带逆冲推覆作用、岩石圈挠曲沉降响应及在山盆体系中由于动力地形变化而导致的河流体系的发育变化及其产生的剥蚀和沉积过程.模型的建立和实验完整体现了逆冲推覆、弹性挠曲沉降和沉积物搬运这三者之间的耦合机制,为全面深入研究前陆盆地动力学提供了理论依据和方法.     

大陆边缘动力沉降及其深部构造作用控制

动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。大陆边缘动力沉降的模拟已经提出了不同的动力学模型,如大洋板块缓倾角或陡倾角俯冲模型、不同样式（俯冲角度变化和速度变化）和性质（大洋岩石圈热年代变化等）的大洋板块俯冲模式和具应力引导的、动态三维的板块俯冲模型。关于大陆边缘动力沉降及其深部板块俯冲作用控制的研究已经趋向更加符合实际、更加精细和系统。对深部地幔活动及其地表动力地形响应的深入研究有望对关于大陆边缘区高级别层序单元及其界面的成因机制、大陆内部动力沉降与深部构造作用之间的耦合关系、我国晚中生代至新生代大陆边缘区动力学背景和油气资源评价等问题的研究取得新的进展和突破。     

雅鲁藏布中新生代深水沉积盆地形成和演化(Ⅲ)——喜马拉雅被动大陆边缘构造沉降分析

喜马拉雅特提斯中、新生代属印度板块北部被动大陆边缘。对充填这个被动大陆边缘的沉积物用“反剥法”(backstrippiog)进行研究,恢复了从被动大陆边缘到前陆盆地的抓降史。对分离出的盆地构造沉降曲线与McKenzie模式图版进行对比相关性分析,判断认为被动大陆边缘成熟期主要为热耗散沉降,前陆盆地时逆冲推覆动力为主要影响因素。     

准噶尔盆地乌夏前陆冲断带沉降史与沉积响应研究

针对前陆冲断带的特殊构造位置及沉积特征的复杂性,本文在地层剥蚀厚度恢复和层序划分的基础上,通过对准噶尔盆地西缘乌夏前陆冲断带沉降史分析,在海西运动晚期准噶尔地块与西伯利亚板块发生碰撞挤压,形成一系列冲断推覆构造,前缘岩石圈挠曲下陷发育周缘前陆盆地,并夹杂大规模的短暂伸展火山喷发活动,接受了巨厚的二叠系沉积层序;随着板块俯冲在二叠纪末的逐渐消亡,三叠纪进入印支期陆内坳陷继承性挤压活动阶段,周边受南北向挤压和左旋构造应力场影响,前陆冲断带古断裂再次逆冲,哈拉阿拉特山急剧抬升,后缘和什托洛盖盆地形成;进入侏罗纪—白垩纪(燕山运动早中期),为陆内坳陷的填充消亡阶段,但有继承性活动,构造活动强度较二叠纪大为减弱,在燕山运动Ⅲ幕晚期最终被覆盖定型。整个过程受地体碰撞和板内挤压影响,冲断带发生幕式构造活动,从而导致盆地沉降也发生幕式变化,而且冲断带每次挤压逆冲均导致相应的沉降和沉积物充填,并直接控制前陆盆地和陆内坳陷的沉积充填特征。     

前陆盆地盆山耦合及其物质交换

前陆盆地为汇聚板块边界的典型盆地代表,其沉降的动力机制主要有构造挠曲、俯冲动力以及各种重力负载。其盆山耦合可观测的表现是各种镜像或对应关系,包括造山带隆起与盆地沉降,造山带推进与前陆盆地迁移,造山作用终止与盆地消亡,幕式、韵律性的表浅层物质转移等,其根源是汇聚板块统一的区域地球动力学及运动学过程。盆山耦合过程中物质交换在表浅层完成从山到盆以碎屑物质为主的转移,在中深层表现为各种脆性断层及方式不一、方向各异的复杂的韧性流变。盆地与造山带是统一区域动力作用的不同产物,二者在形成、演化过程中表现出复杂的相互直接作用或间接影响。     

前陆盆地挠曲沉降正演模型的设计与实现——以库车古近纪陆内前陆坳陷沉降分析为例

本文以二维薄板弹性挠曲模型为基础,对模型进行简化和参数优化选取,并在VC++6.0环境下采用Windows视窗设计,实现了前陆盆地挠曲沉降的正演模拟系统.应用这一系统模拟分析了库车古近纪-新近纪前陆盆地的挠曲沉降过程.模拟结果表明,库车古近纪-新近纪前陆盆地的沉降曲线总体呈上凸型,具有典型前陆盆地沉降的特点,根据沉降速率变化可以把整个沉降过程分为四个部分,分别对应盆地的四个构造层序发育阶段,每一阶段呈不同的沉降特征,相邻两阶段之间存在一盆地回弹隆升、逆冲构造活动终止期,盆地遭受广泛剥蚀形成两个构造层序之间的不整合界面.正演模拟通过将沉降过程时间离散,精细设定不同时间段的构造负载,能够精细恢复前陆盆地的沉降过程和演化.     

前陆盆地挠曲过程模拟的理论模型

本文讨论了前陆盆地形成的主要控制因素，包括逆冲负荷、盆地沉积物负荷、地壳内部水平挤压力和地壳力学性质，介绍了前陆盆地弹性和粘弹性挠曲力学模型的基本特征。在此基础上，结合典型实例，探讨了运用粘弹性和弹性挠曲模型模拟前陆盆地沉降和沉积过程的基本方法和基本原理，揭示了造山带与前陆盆地系统演化的动力作用过程。     

川西龙门山前陆盆地构造沉降初步分析

研究表明，龙门山冲断带是川西前陆盆地的主要物源区，它的逆冲推覆活动直接控制着川西前陆盆地的沉积类型和沉积物供给量，晚三叠世诺利期，瑞替期和晚侏罗世早中期是川西前陆盆地构造沉降速率较高时期，反映龙门山冲断带在这些时期的逆冲推覆速率较大，是逆冲推覆作用构造抬升的强烈时期；而早侏罗世是该地区构造沉降时，估算龙门山逆冲推覆体在各个不同时期的抬升高度和抬升速率。     

祁连山南部地区三叠纪弧后前陆盆地——基于沉积填充与大地构造的证据

本文通过对祁连山南部地区三叠纪沉积充填特征的研究,建立了盆地形成过程中沉积充填与区域构造演化的关联。依据沉积充填特征、构造接触关系及区域地质背景,认为祁连山南部地区三叠纪盆地具有弧后前陆盆地的构造属性;综合分析年代学、沉积物性和盆地内部填充单元的差异划分出与柴达木岛弧带和祁连山南部弧后前陆盆地相关的区域大地构造单元。认为早三叠世-中三叠世中期,南部遭受俯冲作用持续向北挤压推覆导致盆地挠曲沉降;中三叠世中期-晚三叠世中期发生弧(东昆仑-柴北缘)-陆(巴颜喀拉地块)碰撞,祁连山南部盆地挠曲沉降增大,其间形成区域性断裂和不整合等盆地记录的地质事件;晚三叠世晚期祁连山南部盆地发生过补偿陆相填充,弧后前陆盆地消亡。     

莺歌海盆地异常裂后沉降的动力学机制

为了理解莺歌海盆地形成与演化的动力过程, 用回剥法和应变速率反演方法对该区的钻井和地层剖面资料进行了研究.研究结果表明莺歌海盆地观测得到的裂后沉降和模拟预测的理论裂后沉降结果存在较大差异, 其中在西北部为300~500 m, 中部和东南部为900~1200 m, 其异常裂后沉降明显呈现向东南和向海方向递大的趋势.地幔对流模型预测的结果表明, 20 Ma以来南海北部边缘的动力地貌沉降量为300 m, 因此, 莺歌海盆地裂后异常沉降在300 m左右的地区可以用动力地貌沉降机理来解释, 但是盆地中部和东南部的巨厚的异常沉降远大于动力地貌沉降量, 它是自晚中新世以来盆缘断层的右旋走滑作用、裂后热回沉和动力地貌沉降共同作用的结果.      

地下采矿引起的地表下沉的动态过程模型

分析了由地下采矿引起地表下沉的动态过程的Knothe时间函数模型的不足,在原Knothe时间函数中增加了一个以常数k为参数的幂指数,增加参数后的时间函数模型经理论分析符合地表点下沉的动态过程、速度变化过程和加速度变化过程;改进后的时间函数模型中参数c决定地表点下沉过程时间的长短,参数k决定地表点在时间轴上的下沉路径及达到最大速度所需的时间;用改进后的时间函数模型对某矿沉陷盆地倾向主断面上下沉量最大点的下沉过程的观测资料进行了拟合,即用经验方法确定参数c后,再用最小二乘法确定参数k。研究结果表明,该模型可较准确地拟合实测曲线。用改进后的时间函数模型结合沉陷盆地主断面的剖面函数模型,建立了主断面地表下沉曲线变化的动态过程模型,该模型可求出沉陷主断面或沉陷盆地某一点在某一时刻的下沉量、下沉速度和加速度。     

楚雄中生代前陆盆地的构造沉降史研究

云南楚雄盆地位于场子陆块的西南边缘,为一典型的中生代周缘前陆盆地,盆地演化阶段明显,晚三叠世为前陆早期复理石沉积,侏罗纪则为前陆晚期磨拉石沉积。对盆地构造沉降史研究后笔者认为：①晚三叠世复理石沉积盆地构造沉降幅度巨大,沉降与沉积中心位于盆地最西部,紧邻古哀牢山造山带,沉积体呈形楔形展布;③侏罗纪磨拉石沉积盆地构造沉降和沉积中心以及前缘隆起向内陆方向迁移明显;③中生代构造快速沉降的沉积体的楔形展布表     

Foredeep submarine fans and forebulge deltas: orogenic off-loading in the underfilled Karoo Basin

Third-order sequence stratigraphic analysis of the Early Permian marine to continental facies of the Karoo Basin provides a case study for the sedimentation patterns which may develop in an underfilled foreland system that is controlled by a combination of supra- and sublithospheric loads. The tectonic regime during the accumulation of the studied section was dominated by the flexural rebound of the foreland system in response to orogenic quiescence in the Cape Fold Belt, which resulted in foredeep uplift and forebulge subsidence. Coupled with flexural tectonics, additional accommodation was created by dynamic loading related to the process of subduction underneath the basin. The long-wavelength dynamic loading led to the subsidence of the peripheral bulge below base level, which allowed for sediment accumulation across the entire foreland system.A succession of five basinwide regressive systems tracts accumulated during the Artinskian (5 My), consisting of foredeep submarine fans and correlative forebulge deltas. The progradation of submarine fans and deltaic systems was controlled by coeval forced and normal regressions of the proximal and distal shorelines of the Ecca interior seaway respectively. The deposition of each regressive systems tract was terminated by basinwide transgressive episodes, that may be related to periodic increases in the rates of long-wavelength dynamic subsidence.     

Mesozoic to Cenozoic retroarc basin evolution during changes in tectonic regime,southern Central Andes (31–33°S): Insights from zircon U-Pb geochronology

The southern Central Andes of Argentina and Chile (27–40°S) are the product of deformation, arc magmatism, and basin evolution above a long-lived subduction system. With sufficient timing and provenance constraints, Andean stratigraphic and structural records enable delineation of Mesozoic-Cenozoic variations in subsidence and tectonic regime. For the La Ramada Basin in the High Andes at ∼31–33°S, new assessments of provenance and depositional age provided by detrital zircon U-Pb geochronology help resolve deformational patterns and subsidence mechanisms over the past ∼200 Myr. Marine and nonmarine clastic deposits recorded the unroofing of basin margins and sediment contributions from the Andean magmatic arc during Late Triassic to Early Cretaceous extension, thermal subsidence, and possible slab rollback. Subsequent sediment delivery from the Coastal Cordillera corresponded with initial flexural accommodation in the La Ramada Basin during Andean shortening of late Early Cretaceous to Late Cretaceous age. The architecture of the foreland basin was influenced by the distribution of precursor extensional depocenters, suggesting that inherited basin geometries provided important controls on later flexural subsidence and basin evolution. Following latest Cretaceous to early Paleogene tectonic quiescence and a depositional hiatus, newly dated deposits in the western La Ramada Basin provide evidence for a late Paleogene episode of intra-arc and proximal retroarc extension (development of the Abanico Basin, principally in Chile, at ∼28–44°S). Inversion of this late Paleogene extensional basin system during Neogene compression indicates the southern Central Andes were produced by at least two punctuated episodes of shortening and uplift of Late Cretaceous and Neogene age.     

循环动荷载下下伏空洞路面塌陷的模型试验研究

在循环动荷载作用下,地下空洞会逐步发展成为路面塌陷。针对此问题,本文建立了模拟路面塌陷发生发展全过程的模型试验。试验结果表明,随着动荷载值的减小,土体所能承受的极限振动循环次数呈指数型增加。而当地下存在一定尺寸的地下空洞时,即使动荷载值较小,在足够多次数的振动循环作用后,也有可能引发路面塌陷。最大粒径较大、不均匀系数较高土体的静力稳定性较强,体现在其能承受的极限静荷载较大;但其动力稳定性较弱,体现在其能承受的极限振动循环次数较少。反之,最大粒径较小、不均匀系数较小土体的静力稳定性较弱,而动力稳定性较强。地下空洞上覆土层厚度越大,则其静力、动力稳定性均较强。同时,循环动荷载作用下地表沉降与土体裂缝的发展呈现出三阶段规律。阶段1为初始固结沉降阶段,持续时间较短,土体受到振动压密作用,地表发生整体沉降,土体裂缝未见明显发展;阶段2为等速沉降阶段,持续时间较长,中心土体受到振动剪切作用,地表中心沉降与土体裂缝随时间呈等速发展;阶段3为加速沉降阶段,持续时间最短,中心土体受到振动破坏作用,地表中心沉降与土体裂缝快速发展直至发生塌陷。