伸展边界方向对伸展盆地正断层走向的影响——来自平面砂箱实验的启示

五种不同边界几何条件的平面砂箱实验模型表明,一个方向的伸展变形可因伸展边界方向的变化形成不同走向的正断层,伸展裂陷盆地中不同走向的正断层并非一定代表不同方向区域构造应力作用、或多期构造变形的结果。伸展裂陷盆地正断层走向受伸展边界走向和构造伸展的方向共同控制,伸展边界的控制力随距离增大而逐渐衰减。伸展边界附近的断层走向主要受伸展边界方向控制,大致反映伸展边界方向。盆地内部断层走向主要受构造伸展方向控制(趋向于垂直构造伸展方向),主要反映构造伸展方向。盆地伸展边界方向的变化可以引起伸展裂陷盆地内部断层走向的转向。因铲式正断层上盘滚动变形产生的正断层,其走向平行于铲式边界断层的走向。     

曲折边界斜向裂陷伸展的砂箱实验模拟

根据黄骅盆地边界几何特征简化所设计的３个砂箱实验模型表明,同一裂陷伸过程可以形成不同走向的正断层,基底菜边界方向的变化可以引起裂陷内部断层走向的变化,陷盆地断瞳向受基底展边界方向和裂陷伸展方向的共同影响,裂陷边界及其附近断层走向主要受基底伸展边界方向的影响,裂陷内部、离伸展边界较远部位的断层走向主要受展方向影响,凸菜曲折边界可以引起断层转向,而凹工折边界的复合方向构成对断层走向的控制,黄骅新生代盆     

基底不均匀伸展对盆地构造形成特征影响的实验研究

不同基底伸展条件下砂箱实验模型变形特征的对比分析表明,基底的局部不均匀伸展可以导致伸展盆地构造格局的显著变化,复杂构造面貌并非总是意味着伸展盆地具有复杂的构造变形过程和变形历史。伸展基底的不均匀伸展可以导致锐交角平分线与伸展方向垂直的共轭剪切变形带。      

基底收缩对挤压构造变形特征影响——来自砂箱实验的启示

进行了 4个砂箱模型的模拟实验。其中基底收缩单侧挤压剖面模型以形成后冲叠瓦式断层为特征 ,基底无收缩单侧挤压剖面模型则以发育前冲叠瓦断层为特征。基底收缩斜向双侧挤压平面模型形成两组不同走向的逆断层 ,一组为与挤压带边界基本平行的主控断层 ,另一组为与挤压方向近于垂直的雁列断层。而基底无收缩斜向双侧挤压平面模型仅形成一组与挤压带边界基本平行的逆断层。这些模型的实验结果表明 ,基底收缩对挤压构造变形特征具有重要的影响。后冲 (或向陆冲向 )叠瓦式这种较为罕见挤压构造、以及与挤压方向近垂直的雁列断层的形成与基底的收缩作用有关。对于类似于焉耆盆地这种通常认为是压剪形成的挤压构造组合 ,笔者认为用“基底收缩条件下的斜向挤压作用”可更加贴切地加以解释。     

渤海湾盆地黄骅坳陷新生代伸展量的时空分布特征*

以渤海湾盆地黄骅坳陷22条区域地震剖面的构造解释为基础,利用平衡剖面技术计算了不同位置剖面的伸展量、伸展率和伸展系数,并分析了伸展量的时空分布规律。研究表明,黄骅坳陷新生代具有幕式伸展的特点,而且伸展量的时空分布极不均匀。空间上,伸展量主要是由盆地主边界断层伸展位移造成的,主边界断层位移较大处的伸展量也相应较大;时间上,水平伸展运动可以分为始新世、渐新世和新近纪3个时期,其中,始新世伸展主要发生在盆地南部,渐新世发生在中北部,新近纪伸展量较小,主要发生在中部。伸展量时空分布是受盆地构造变形、构造演化控制的。始新世,NNE向沧东断层的伸展位移是控制盆地伸展变形的主要因素,且沧东断层在盆地南区的伸展位移量较大。渐新世,NNE向沧东断层在盆地中北区的伸展位移量相对较大,同时盆地内部NNE向基底断层的右旋走滑诱导的NE向基底正断层对盆地伸展变形做出贡献。新近纪,盆地在后裂陷的热沉降过程中NNE向基底断层仍然有右旋走滑位移,致使盆地中部发育NE向盖层正断层。     

“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用"不协调伸展"的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——"不协调性准则",分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——"不协调伸展"模式。该模式显示:"不协调伸展"的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;"不协调伸展"模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过"不协调性准则"加以分析和预测。     

“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用“不协调伸展”的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——“不协调性准则”,分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——“不协调伸展”模式。该模式显示：“不协调伸展”的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;“不协调伸展”模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过“不协调性准则”加以分析和预测。     

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。     

裂陷盆地断层的形成和演化——目标砂箱模拟实验与认识

摘要 断层的分布、活动和演化是裂陷盆地构造研究的核心,也是其油气勘探的关键。大量高精度的三维地震资料表明裂陷盆地内断层分布组合十分复杂,无法用经典构造地质学理论——Anderson模式作出合理的解释, 现有的模式（叠加模式和斜向伸展模式等）也还没有很好地揭示裂陷盆地断层复杂性的实质和断层形成和演化的内在规律。本文以渤海湾盆地张巨河构造带和北部湾盆地涠西南凹陷两个有高精度三维地震资料覆盖、断层分布与组合十分复杂并富含油气的典型裂陷盆地区为原形,进行了目标砂箱模拟实验,再现了目标区构造的基本特征。砂箱实验所揭示裂陷盆地断裂系统的基本特征是：1）基底先存构造（主要所控制的断层构成了盆地断裂系统的基本格架;2）断层的形成与演化决定于基底先存断裂的取向、区域伸展方向及伸展量。首先形成的是有刚性边界基底先存断裂控制的断层。其次,形成的是薄弱带基底先存断裂控制的断层。继而,形成的是小型基底先存断裂控制的断层。最后,在远离基底先存构造的区域,形成与伸展方向垂直的新生断层。3）伸展作用早期,断层的方位主要决定于基底先存断裂的方位。随着伸展量的增大,受伸展方向的影响越来越大,晚期形成的断层常反映区域伸展作用方向。4）不协调递进伸展变形过程是导致裂陷盆地复杂断层体系的根本原因。上述砂箱模拟实验揭示的裂陷盆地在不协调性伸展作用下断层的形成与演化规律可以利用“不协调性准则”从理论上给予解释,表明在裂陷盆地中具有普遍意义。     

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矗加作用的结果。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——不协调伸展递进变形模式。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。     

鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究

运用板块构造理论,对鄂尔多斯盆地西缘和南缘的地质背景和构造变形特征进行分析,认为鄂尔多斯盆地中央古隆起在早古生代由祁连海槽与鄂尔多斯盆地碰撞拼贴产生的近东西方向的侧向挤压应力作用而形成。盆地西缘近南北向的青铜峡－固原断裂是碰撞拼贴带,断裂带与中央古隆起延伸方向平行,同时,秦岭海槽由南向北推挤以及渭北构造带北界的近东西走向的草碧－老龙山－圣人桥断裂的左行走滑使中央古隆起的南端向东转折,导致中央古隆起在平面上呈现“Ｌ”形展布。     

饶阳凹陷留北地区新近系河流相沉积模式

为了深入认识河流相储层分布规律,通过地层对比、沉积相、主控断裂特征等分析对饶阳凹陷留北地区新近系河流相砂体展布特征及影响因素进行了研究.结果表明:饶阳凹陷新近系各超短期旋回的砂体在平面上呈带状展布,砂体主要延伸方向与边部控洼断层大致平行.留北地区的NE向及NEE向主控断裂在新近纪仍表现为继承性生长的特征,受NE及NEE向近平行于盆地轴向的盆缘继承性主控断裂的影响,在下降盘形成大致平行于其轴向的河谷洼地、斜坡或山脊复合古地貌体系,断层上盘发育的沉降中心沿轴向延伸,地层厚度呈NE向展布.盆缘断层附近发育高梯度扇体或河流沉积,以沉积物的横向搬运体系为主.远离物源区,在主控断层下降盘,来自短轴物源的横向河流或冲积扇的影响变弱,河流向着轴向倾斜下端方向(最大斜坡方向)改道,汇聚形成轴向搬运沉积体系,平行于主要断层边界走向的方向延伸.     

Origin of fault domains and fault-domain boundaries (transfer zones and accommodation zones) in extensional provinces: Result of random nucleation and self-organized fault growth

In many extensional provinces, large normal faults dip in the same direction forming fault domains. Features variously named transfer faults, transfer zones, and accommodation zones (hereafter non-genetically referred to as fault-domain boundaries) separate adjacent fault domains. Experimental modeling of distributed extension provides insights on the origin, geometry, and evolution of these fault domains and fault-domain boundaries. In our scaled models, a homogeneous layer of wet clay or dry sand overlies a latex sheet that is stretched orthogonally or obliquely between two rigid sheets. Fault domains and fault-domain boundaries develop in all models in both map view and cross-section. The number, size, and arrangement of fault domains as well as the number and orientation of fault-domain boundaries are variable, even for models with identical boundary conditions. The fault-domain boundaries in our models differ profoundly from those in many published conceptual models of transfer/accommodation zones. In our models, fault-domain boundaries are broad zones of deformation (not discrete strike-slip or oblique-slip faults), their orientations are not systematically related to the extension direction, and they can form spontaneously without any prescribed pre-existing zones of weakness. We propose that fault domains develop because early-formed faults perturb the stress field, causing new nearby faults to dip in the same direction (self-organized growth). As extension continues, faults from adjacent fault domains propagate toward each another. Because opposite-dipping faults interfere with one another in the zone of overlap, the faults stop propagating. In this case, the geometry of the domain boundaries depends on the spatial arrangement of the earliest formed faults, a result of the random distribution of the largest flaws at which the faults nucleate.     

合肥盆地断层活动特征及其控制因素

利用断层活动速率法定量分析了合肥盆地主要近东西向断层的活动规律,并分析了它们形成与演化的控制因素。研究表明,盆地前侏罗系基底主要发育了近东西向、南倾的逆冲断层,属于印支期前陆变形的产物。这些断层的逆冲速率向南有规律的增加,指示其动力来自南部大别造山带的碰撞造山。盆地在侏罗纪期间接受大量沉积时,并没有发生明显的断裂活动,指示属于前陆拗陷型盆地,其对应着大别造山带的快速隆升。盆地在早白垩世至古近纪期间演变为断陷盆地,印支期基底的逆断层转变为正断层活动。这些盆地内主要的近东西向正断层的伸展活动在早白垩世呈现北强南弱,而随后转变为南强北弱的变化趋势。     

基于平面砂箱实验对黄骅盆地新生代构造成因的新解释

根据黄骅盆地实际情况设计系列砂箱实验模型。基于实验结果分析,笔者认为黄骅盆地是近Ｓ—Ｎ 向伸展形成的新生代裂陷盆地。盆地内部不同方向的断层形成于同一伸展变形过程。导致盆地内部断层方向复杂多变的原因是盆地裂陷边界方向的变化, 而非走滑构造或拉分作用叠加的结果。实验模型同时也可较好地用以解释整个渤海湾盆地区新生代构造的成因。     

青藏高原北缘新构造运动特征

ＮＥＥ向阿尔金主断裂带的新构造运动以左旋压扭性活动为特征，仅西端发育张性构造，并可划分出两期变形，新构造运动强度在时间上自上新世晚期开始至第四纪断裂活动强度增大，在空间上自ＳＷＷ向ＮＥＥ方向断裂活动强度逐渐减弱；柴达木北缘的新构造运动可划分为两期，其主要构造特征表现为向柴达木盆地逆冲的前进式叠瓦道冲带，柴达木盆地第四纪时的北界相对于第三纪时的北界向南迁移了数十公里；河西走廊盆地的新构造运动主要表现为盆地边缘断裂的逆冲兼走滑，盆地接受新生代沉积、盆地内第三系的轴面南倾的褶皱；ＮＥＥ向阿尔金主断裂带与其南侧的ＮＷＷ向断裂带是在统一构造应力场作用下相互协调、同时活动的两组关系紧密的构造带，两者的共同活动构成了断块运动。     

北部湾盆地乌石凹陷东洼伸展滑脱构造发育演化模式及其油气地质意义

北部湾盆地乌石凹陷从古新世早期到渐新世末期经历了多幕次的伸展,在裂陷Ⅱ幕时期形成了一组近E-W向的伸展滑脱断裂系,但其形成机制及演化过程尚未明确. 基于油气勘探过程中获取的全新高精度三维地震资料,应用构造?地层综合解释以及定量分析的技术方法,对乌石凹陷东洼伸展滑脱构造进行了深入的解析. 结果表明,乌石东洼新生代地层共发育7条近E-W或NE-SW向展布的伸展滑脱断层（Fa?Fg）,这些伸展滑脱断层与北倾的7号断层相向倾斜发育,共同控制了流沙港组一段到涠洲组一段的跷跷板式地层沉积和大型滚动背斜的形成. 从演化上来讲,在始新世早中期（T100-T83）盆地为由NE-SW向展布的7号断层和局部基底小规模正断层控制的地堑或半地堑盆地,早期局部沉积的流沙港组三段被晚期连续沉积的厚层流沙港组二段油页岩覆盖. 始新世晚期?渐新世晚期（T83-T60）,盆地沉积了由对倾发育的伸展滑脱断层和7号断层共同控制的流沙港组一段?涠洲组一段,对倾断层的先后活动导致了沉降沉积中心的迁移,控制了复杂的“跷跷板式”滚动背斜及“包心菜”构造的发育. 新近纪以来（T60-海底）,盆地的构造活动性减弱,转变为坳陷型盆地. 描述了乌石凹陷东洼裂陷Ⅱ幕时期形成的伸展滑脱构造的几何学特征,并解析了伸展滑脱构造的形成模式,提出了滑脱断裂发育有自下坡断层组向上坡断层组迁移的规律,对解决油气的运移、储存、保存等问题有重要的意义.      

Improved Geometric Model of Extensional Fault–bend Folding

Extensional fault–bend folds, also called rollovers, are one of the most common structures in extensional settings. Numerous studies have shown that oblique simple shear is the most appropriate mechanism for quantitative modeling of geometric relations between normal faults and the strata in their hanging walls. However, the oblique simple shear has a rather serious issue derived from the shear direction, particularly above convex bends. We use geometric and experimental methods to study the deformation of extensional fault–bend folds on convex bends. The results indicate that whether the fault bends are concave or convex, the shear direction of the hanging wall dips toward the main fault. On this basis, we improve the previous geometric model by changing the shear direction above the convex bends. To illustrate basin history, our model highlights the importance of the outer limit of folding instead of the growth axial. Moreover, we propose a new expression for the expansion index that is applicable to the condition of no deposition on the footwall. This model is validated by modeling a natural structure of the East China Sea Basin.