逆冲断面几何学:关于逆冲断层带的演化和平衡剖面技术的应用

逆冲构造现代概念在造山带内的应用已经编制了许多精细的可复原剖面。逆冲断层通常是以阶梯状几何形态恢复在未变形的地层平板上。自从Rich(1934)的工作以来,一般都假设逆冲断层是以阶梯状形态扩展的,而且上盘构造是由于逆冲断片沿下盘断坡向上运动所致。然而,逆冲断层常常以平滑断层面切穿已经褶皱了的岩层。平滑冲断层可以根据下盘的几何形态和应变状态来确定。如果确定了是平滑冲断层,那么只作一个平衡剖面和一个复原剖面就很不够了,必须建立序列平衡剖面反演变形历史。因为将逆冲断层恢复到扩展之前的状态时,逆冲断面迹线仅只起一个标志线的作用,因而复原成阶梯状并没有力学意义。断坡在断层面上并不一定是一个实际的台阶,而经常只是一个逆冲断层所切穿的平滑弧状地带。逆冲断层带中的韧性变形可能使深部地层长度减小,这就排除了必须使构造中的岩层保持固定长度的必要。造山带内带中的韧性变形使得这些带中平衡剖面的编制成为极大的难题。     

河北东北部兴隆煤田区逆冲构造的特征及其区域构造意义

兴隆煤田及邻区的逆冲构造系基底卷入变形的厚皮逆冲构造,并具有典型的断坪-断坡式几何学结构.断层上盘逆冲方向指向NNW,沿着主干逆冲断层发生的倾向位移量约为13.1 km,逆冲断层及相关褶皱变形所造成的局部表层地壳缩短率约32.3%.对兴隆逆冲构造的几何学结构、运动学性质及其地层效应的分析表明,在申家胡同到黄土梁近东西向一线以南的区域,寻找到因逆冲断层作用导致的隐伏煤田的可能性是极小的.主干逆冲断层上、下盘地层大面积陡立乃至倒转的特征,更容易用断展褶皱,尤其是三角形剪切断展褶皱模型做出合理解释.该逆冲构造主要逆冲断层的上、下盘盖层岩系不整合于基底结晶变质岩系之上,地层序列发育完整而且可以一一对应,不存在沿着相对软弱层发育的大规模逆冲断层之断坪,因此,将该逆冲构造作为区域上承德逆冲构造的根带是不合适的.     

新疆柯坪新生代推覆岩席的走向连接与成因分析

柯坪断隆新生代推覆构造是南天山南缘冲断系统的一部分,断隆上多排逆冲岩席被数条横向断裂复杂化,致使不同地段岩席排数不等,各排岩席在走向上的对应关系不明,形成了十分奇特的山弯构造.逆冲岩席的变形特点是南天山新生代造山运动的重要表征.笔者通过卫星影像分析和野外路线地质调查,对横向断裂切割各排逆冲岩席之切点部位的构造特征及岩席内部中小型构造所显示的成因信息进行了详细分析,据此,对复杂岩席在走向上进行了连接,对其数量进行了识别.在此基础上,提出了复杂岩席成因的斜冲褶皱模式,即在北西向应力场持续作用下,岩席向南东斜冲,并在其水平位移分量作用下,沿走向发生褶皱和斜冲错断:横向断裂是多排岩席褶皱翼部扭性断层的发展和连通.     

新疆阿图什萨尔干断裂地质特征及地质意义

位于塔里木盆地西北缘的柯坪断隆由多排逆冲岩席所组成,逆冲岩席之间并非简单的平行排列。柯坪断隆中部萨尔干断裂呈右行走滑产出,活跃至今,其东西两侧逆冲岩席并非一一对应。笔者通过野外地质观察,依据区域地质调查成果、Worldview2遥感影像解译及前人资料,以柯坪断隆中部萨尔干断裂为研究对象,开展断裂构造特征和断裂带内侵入岩地质特征研究,分析萨尔干断裂的形成和演化过程,提出萨尔干断裂发育先于区内逆冲推覆,并以萨尔干断裂为界将柯坪逆冲岩席分为东部逆冲推覆体系与西部逆冲推覆体系。西部逆冲推覆体系由于受到巴楚隆起阻挡较东部逆冲推覆体系大,使柯坪逆冲岩席空间上出现不对应,进而初步解释柯坪断隆现今构造格局。     

柴达木盆地北缘第四纪左旋斜冲推覆构造运动

柴达木盆地北缘第四纪发育比较强烈的左旋斜冲构造运动,形成长达百余公里、宽度超过30km的大型推覆构造,由斜冲断层、逆冲岩席和褶皱构造等组成。根据野外观测相关资料,柴达木盆地北缘第四纪发生两期构造变形： 早更新世不同规模的逆冲岩席如中新元古代中深变质岩、古生代浅变质岩与中生代沉积地层沿北西西－北西向断层发生左旋斜冲构造运动,导致下伏中新统和上新统湖相沉积地层强烈褶皱变形,上覆不同规模的逆冲岩席; 晚更新世中晚期构造运动导致中晚更新世砾石层发生宽缓褶皱变形。估算柴达木盆地北缘第四纪斜冲推覆构造运动产生的最小缩短量约为 17～18km,平均缩短速率约为 6.6～6.9mm/a。柴达木盆地北缘第四纪斜冲推覆构造运动是青藏高原北部新生代逆冲推覆构造运动自南向北扩展迁移的重要表现形式。     

调节带(或传递带)的基本概念和分类

传递带 (TransferZone)的概念是由DahlstromDDA1970年在研究挤压变形中褶皱 逆冲断层的几何形态时首次提出的。挤压变形带中的应变和位移量在区域上是守恒的 ,但逆冲断层带各段内的单个构造型式不是不变的。当逆冲断层带沿走向变化时 ,可以见到一条主逆冲断层通过其他型式的构造 (如分支断层或褶皱 )传递到或者变换为另一条主逆冲断层。Dahlstrom把这种首尾主逆冲断层之间的构造带称为传递带 (图 1)。1990年 ,MorleyCK等将这种传递带概念应用于研究伸展构造。在裂谷发育期间 ,控凹的一条主正断层沿走向可以通过其他型式的构造 (如分支…     

对逆冲断层一些普遍观念的质疑──以美国西部科迪勒拉及中国华北的野外研究为例(英文)

在过去的25年里,由于许多原因,作为最常见、分布也最广泛的地质构造形迹之一,逆冲断层成为倍受关注的科学研究主题。文中指出,关于逆冲断层及其几何学特征的许多普遍认识（或观念）,并不像以往文献中所阐述的那样简单。其中之一的"薄皮"冲断构造是受地层控制的,极少有或者没有结晶基底物的卷入。文中主张,"薄皮"一词只有逆冲板片的几何学形态含义,而不应包含地层意义,并列举了一些完全由结晶岩石所构成的薄皮逆冲构造的例子来说明这一主张。近来,逆冲双重构造成为构造文献中的热点。关于逆冲双重构造的成因,引用得最多的是1982年Boyer和Elliot在其重要论文"逆冲断层系统"中所作的解释。他们认为,双重道冲构造是通过在冲断坡底部发生下盘破裂。新生断裂不断向前扩展并进入先存断层下盘的一系列变形过程中逐渐形成的。根据Boyer和Elliot提出的这种变形过程,将形成一个具有平面状顶板断层的边冲双重构造,这个顶板断层只在活动断坡的顶部是主动向前扩展的。依笔者之见,在实际的构造变形当中,是不可能具备形成平顶过冲双重构造的地质条件的。而能对平顶过冲双重构造形成作出最好解释的是反序（out－of－sequence,OOS）边冲断层的发育,即断层向着主冲断层的后方发展,在先存道冲构造的上部?     

宁夏中西部香山—天景山地区逆冲推覆构造的特征及演化

宁夏香山-天景山地区逆冲推覆构造由天景山北麓断裂带(主滑脱断裂)和香山-天景山冲断席(可分为9个次级逆冲推覆岩席)组成,推覆岩席前端为一系列形态相似的铲式叠瓦状逆冲推覆断层,构造变形强烈;岩席内部构造变形相对较弱.整个推覆构造带主要遭受了燕山期和喜马拉雅期挤压逆冲推覆作用,燕山期主压应力σ1方向为44°,由南西往北东推覆,总位移量26.6km;喜马拉雅期主压应力σ1方向为75°,由南西西往北东东逆冲推覆,晚更新世以来还兼有左行走滑,总位移量大于4km.     

川东台附状逆断层与韧—脆性变形的显微构造特征

川东盆地发育的台附状逆断层，其伴生构造有断层转折褶皱，拖曳褶被、背形堆垛的双重逆冲构造和后陆倾向中的双重逆冲构造，断层岩中方解石的变形，在光学显微镜下表现有波状消光、机械双晶、显微破裂和碎裂等特征，反映了岩石的变形以脆性变形为主，韧性变形为韧－脆性过渡型变形，在变形过程中，断层活动的差异应力值，根据方解石双晶发育程度推导，得出在500巴以上。台阶状逆断层的形成与低角度 断层之间有着密切的关系，其形成机制主要有：（1）形成断坡的滑动和破裂过程，其应变速率大于10^-10/s；（2）位错活动过程，产生阶状断层以及相伴生的褶皱构造，其应变速率在10^-10/s－10^-12/s范围之内。     

米仓山推覆构造的结构样式及演化特征

采用变形剖面和平衡剖面综合分析方法研究米仓山地区中新生代构造格局，得出该区构造样式为一大型东西向和北东向叠加的推覆滑脱构造，变形剖面总体格局为推覆—断展复式背斜，次级变形单元具叠瓦扇、逆冲岩席、断展褶皱、层滑褶皱等多种样式。推覆构造演化经历了断展隆起、逆冲推覆、逆掩滑脱和复合叠加变形阶段。     

铲式逆冲断层的地貌约束：以东天山尤路都斯盆地巴音背斜构造为例

将地表河流阶地变形特征与运动学模型、地貌年代相结合,可以推测出地下断层几何形态、断层变形量与变形速率.定量限定天山山间盆地不同褶皱冲断带的几何形态、运动学和变形速率是研究天山挤压应变吸收作用的关键.在天山东部的尤路都斯盆地内,开都河横穿巴音背斜构造发育并保存了较为完整的三级河流阶地.通过详细的野外考察发现,处于巴音背斜构造后翼位置的河流阶地具有宽阔、连续和逐渐倾斜的特点,符合通过翼部旋转运动而褶皱变形的铲式逆冲断层模型,其深部根植于平面断层斜坡.基于该运动学模型并结合阶地年代,得到巴音背斜构造下伏断层晚第四纪滑动速率为（0.35-0.06）～(0.35+0.16) mm/a,地壳缩短速率为（0.23-0.04）～(0.23+0.10)mm/a.对比尤路都斯盆地北部那拉提断裂的构造应变和GPS速率揭示的东天山南北向总地壳缩短速率,认为巴音背斜构造的变形作用占尤路都斯盆地总变形作用的15%～20%,进而容纳了～2%的东天山南北向地壳应变.东天山内部的山间盆地在天山变形量分配中占据重要作用.     

变形对变质作用压力—温度径迹的影响

以褶皱和逆冲断层为主构造区的压力-温度(P－T)径迹可能是复杂的,在一个变质带内可能变化很大.P—T径迹的复杂变化,是由于褶皱作用和逆冲作用造成的热水平对流、变形期间及变形后发生的热传导,以及褶皱和逆冲断层内相对短时间的热驰豫所造成的.在褶皱区,可以观察到背斜与邻近向斜具有不同的P－T径迹,背斜内是冷却径迹,而向科内是加热径迹,这些不同P—T径迹是由于变形期间发生等温线的褶皱作用,变形后又发生等温线验豫所造成的.在多期变形褶皱区,非共轴褶皱作用造成变形带短距离(＜15km)内复杂的P－T径迹,这是因为在每个褶皱作用事件中,重复发生等温线的褶皱作用以及驰豫过程.在逆冲断层为主的构造区,大型逆冲席体的P一T径迹之间存在差异,因为在变形期间从较热的逆掩席体向较冷的下盘发生热传递.逆冲作用期间的热传递引起上盘冷却,下盘加热.在发育多重逆冲席体的地区,P－T径迹可能是复杂的,它将取决于逆冲席体间的热传递速率与逆冲断层发育的相对同步性.本文讨论的褶皱和逆冲断层地区所观察到的P一T径迹,记录了10~5~10~6年的相对短时间间隔.由于小尺度的热扰动会引起矿物平衡,在一个变质带的短距离内,P－T径迹可能变化很大.因此,将P－T径迹用于恢复构造历史之前,必须进行构造及岩石学的双重研究.     

连阳煤田可能存在推覆构造

沿连阳煤田西侧、总体呈南北走向、往东倾斜的连县－寨岗逆冲断层将中泥盆统至下二叠统由东往西逆冲于上二叠统至中三叠统之上；逆冲断层的上盘和下盘在断裂、褶皱构造特征、沉积建造、地球物理场等方面都存在差异；据此推断，连阳煤田可能存在推覆构造而不仅是简单的复向斜构造。Ｆ２断层以东为推覆系统，以西为下伏系统，整个煤田显示出以断坪为主，断坪和断坡闪替出现的台阶式断裂构造特征。     

南海北部珠江口盆地中段伸展构造模型及其动力学

位于南海北部大陆边缘上的珠江口盆地发育NNE向、NE向、NW向、近EW向等多组基底断裂,盆地结构复杂,并表现出明显的时空差异性。本文基于珠江口盆地中段地震资料解释的构造样式的变化推断地壳中存在一条向南缓倾斜、呈坡坪式形态的拆离断层,古近系构造属于这条拆离断层上盘的伸展构造系统。北部的西江凹陷属于拆离断层伸展构造系统的头部,凹陷边界正断层铲式断层面形态向深层延伸并收敛在拆离断层面上,凹陷表现为半地堑“断陷”样式;中部的番禺低隆起对应于拆离断层的低角度断坪部位,拆离断层上盘断块的伸展位移导致两侧的恩平组超覆在低隆起上;南部的白云凹陷位于拆离断层的深部断坡部位,充填的文昌组和恩平组表现为“断坳”或“坳断”样式;南部隆起位于拆离断层深部断坪部位,其上盘发育的分支断层控制着荔湾凹陷古近系、新近系的发育并使之表现为复杂的断陷断坳构造样式。该模型强调拆离断层上盘与下盘、不同地壳结构层均发生不同程度的伸展变形,且伸展变形方式、应变量等存在时空差异,而拆离断层正是不同构造单元、不同地壳构造层之间的调节性构造面。总体上,拆离断层上盘以脆性伸展构造变形为主,分支断层控制不同构造单元古近纪的构造演化,下盘则是以韧性伸展变形为主,并拖曳上盘发生不均一的伸展应变;西江凹陷的伸展应变量大于拆离断层下盘的伸展应变量,白云凹陷的伸展应变量则小于拆离断层下盘的伸展应变量。以西江凹陷北部边缘的NE向铲式正断层为头部的拆离断层控制了文昌组沉积,但在恩平组沉积期被近EW向高角度正断层切割破坏而被遗弃,拆离断层系统的头部由西江凹陷北部边缘迁移至番禺低隆起。盆地结构及断裂系统的时空差异性受盆地基底先存构造、地壳与岩石圈结构及伸展量等多方面因素的影响,但主要是对软流圈流动及岩石圈热结构变化的响应。用软流圈由北西向南东流动拖曳上覆岩石圈发生伸展变形的动力学模型能合理地解释珠江口盆地中段古近系构造的形成和演化。     

黔南地区古生代正断层对构造特征的制约

黔南地区发育东西向的古生代正断层以及南北向的中、新生代逆冲断层和褶皱。通过对地层、褶皱和断层的平面展布、野外地质调查以及地震剖面的解释,结合雪峰隆起的逆冲推覆特征,研究黔南地区古生代正断层对构造特征的制约作用。研究结果表明东西向的古生代正断层在中、新生代的构造变形过程中起构造转换带的作用。通过建立区内构造转换带的几何学模型,对地震线上的构造变形特征进行了解释。在构造转换带（正断层）附近,断层上盘逆冲推覆不明显;在远离断层处,逆冲断层和与断层相关的褶皱发育。随着距离断层面越来越远,构造转换带（正断层）下盘地层的逆冲推覆特征逐渐消失。     

库车褶皱冲断带东秋里塔格位移转换构造及其演化--兼论侧断坡相关背斜构造圈闭的形成

库车褶皱冲断带东秋里塔格构造带发育与侧断坡有关的位移转换构造.东秋里塔格冲断层是一条北倾盲冲断层,其错移地层自西向东逐渐降低,从东秋5井以西的新近系膏盐岩转换至迪那201井的古近系膏盐岩再到迪那11井的侏罗系煤系,地震剖面上侧断坡形态清晰.侧断坡东、西断坪分别是新近系吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤系,侧断坡发育在煤上-盐下构造地层组合中.通过DQ99-196、DQ00-226、DQ00-263等构造演化剖面恢复计算,东秋里塔格构造盐上地层位移梯度向西约为103.72m/km,而盐下东秋-迪那段的位移梯度为61.65m/km.在上述地震剖面上,盐上背斜和盐下隐伏背斜的轴线位置发生了相对变化,后者自东向西逐渐向南发生偏移;野外露头观察,盐上背斜的褶皱作用也随之向西增强.在走向上,东秋里塔格构造具有构造分段性,表明侧断坡的位移量变化具有突发性.西段为库车塔吾构造,东段为东秋-迪那构造.库车塔吾构造的盐下隐伏背斜是受东秋里塔格冲断层控制的断层相关褶皱,前、后断坪分别位于吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤系,其隐伏的构造楔与南秋里塔格背冲断层组成库车塔吾三角带.东秋-迪那构造的隐伏背斜样式与库车塔吾段相似;但南翼缺乏背冲断层,不具备三角带形态.磷灰石裂变径迹测年表明,侧断坡的发育过程最早可以追索到康村期.东秋里塔格侧断坡相关背斜的形成与自北向南的盲冲断层和区域左行扭压复合作用有关.侧断坡相关背斜的主要构造特征是由侧断坡调节上、下滑脱层之间的应变差异,同时作为油气运移通道沟通气源岩和储层;其油气勘探意义是使得煤系烃源岩生成的天然气向上运移到侧断坡相关背斜构造圈闭如迪那2之中聚集成藏.     

塔里木巴楚隆起北缘吐木休克楔形基底卷入构造

石油地震资料揭示出塔里木盆地中央巴楚隆起为结晶基底和古生代地层相对隆升区,多数地区缺失中新生界,顶部为第四系陆相碎屑岩不整合覆盖隐伏隆起。在隆起南北两侧构造变形比较强烈,均发育基底卷入的逆冲构造和古生界内逆冲构造。运用断层相关褶皱理论,通过对研究区的二维地震测网解释及钻井标定,综合研究得出巴楚隆起北侧吐木休克卷入基底逆冲断层倾向南,向北逆冲,前寒武系基底到早古生代地层被错断。新生代时期的生长地层特征指示基底卷入构造于古近纪、中新世-上新世和更新世均有活动。构造分析表明基底卷入构造于中生代末期还有一次活动,说明吐木休克构造由多期构造运动形成。向北逆冲的吐木休克基底断层和盖层褶皱构造的向南反冲逆冲断层或滑脱断层共同组成基底卷入楔形构造,楔形点同时位于基底和盖层中。盖层构造以中寒武统膏岩为滑动面,向南逆冲,发育断层扩展或滑脱背斜构造。基底断层和盖层滑脱断层在剖面上组成典型的楔形构造几何形态,平面上形成三角形构造。地震剖面综合解释成果图显示,吐木休克弧形逆冲构造东部盖层反冲构造,即基底卷入楔形构造表现较为清楚,向西则表现不太明显,但地震反射波组(地层转折)指示盖层中仍存在这些反冲构造。纵向地震剖面和联络地震剖面均显示出存在该类构造。吐木休克基底卷入断层弧形构造顶部位移最大,盖层变形相对最小;向东西两侧基底断层位移逐渐减小,盖层构造位移相应逐渐增加。研究认为,塔里木巴楚隆起系挤压作用下,刚性地壳发生挠曲而形成的变形区带。     

闽西南回龙地区逆冲推覆构造

闽西南回龙地区逆冲推覆发育于桃溪变质核杂岩构造东南缘，由一系列规模不等，倾向南东东的叠瓦状逆冲断层及逆冲岩席组成，推覆运移方向由南东东入北西西，具明显分带，为单冲型逆冲推覆构造，形成发育时期为燕山期。     

淮南煤田八里塘煤矿深部控煤构造研究

八里塘煤矿位于淮南复向斜内的谢桥向斜南翼,由于受区域推覆构造的影响,矿区总体构造呈轴向近东西的不对称倒转褶皱形态,其两翼倾向倾角变化剧烈。煤矿深部构造为逆冲推覆构造区,上覆系统由阜凤逆冲断层及其分支断层的推覆构造断夹块组成,下伏系统由淮南复向斜次级褶皱谢桥向斜南翼原地系统组成。经估算位于F2断层（阜凤逆冲断层）下盘至-1200m水平的13-1、11-2、8-2、8-1煤层累计资源量约8000万t。     

薄皮式或厚皮式逆冲构造及其向地壳深部的延续

关于冲断构造有两种对立的观点,一种观点认为大逆冲断层在深部变平缓,并与某些诉离面相接,向着逆冲的相反方向开拓类似阶梯式的路径,以达逆冲运动源地.另一种观点认为,逆冲断层向深部变陡,可以韧性应变的方式,消失于地壳的下部或地幔之中.第一种逆冲断层模式,通常称之为“薄皮式构造”或“外来构造”.第二种模式可以称之为“铅直运动构造”或“原地构造”,这种模式认为深部运动近于铅直,水平位移很少.图1是横过德国中部蒙希伯格地块的几个剖面,展示了这种模式对构造的不同解释.这