南沙海槽岩石圈热-流变结构与动力学演化分析

南沙海槽前陆盆地是我国南海南缘陆架区重要的含油气盆地,海槽之下陆壳减薄的原因、前陆区逆冲推覆构造的变形机制是南海地球动力学研究的重要科学问题。利用地震、重磁、地热观测资料,依据地震沉积地层分析、重磁反演分析、地幔流应力场分析、热-流变学分析方法,文中计算了南沙海区地壳结构特征、南沙海槽逆冲推覆热-流变学结构。结果表明:南沙海区Moho面深度在18~26km,其中海槽区Moho面最浅,由海槽中心向东南至陆坡,Moho面由20km快速下降到26km深度,说明南沙海区陆壳结构曾发生过强烈的构造变动。南沙海区地壳累积流变强度FC与岩石圈累积流变强度FL之比小于80%,显示为一个整体陆壳地块,岛礁区大部分地段地壳热流QC与海底热流Q0之比大于60%,为"热壳冷幔"型热结构,而海槽区情况正相反,QC/Q0小于40%,为"冷壳热幔"型热结构。南沙海槽Moho面温度在300~700℃,地壳整体温度较低,地温梯度在垂向上高、低相间成层分布,地壳浅层地温梯度在15~30℃/km,深层地温梯度大于45℃/km。南沙海槽南北两侧应力分布特征不同,北侧挤压,南侧伸展。北侧挤压区,地层挤压收缩量由深向浅减小,南侧伸展区,地层伸展量由深向浅增大,类似手风琴风箱结构。北侧黏滞系数高、流变强度大,南侧黏滞系数低、流变强度小。南侧的黏滞系数、流变强度大约比北侧低2~3个数量级,因此南沙海槽南侧比北侧更容易发生构造变形。由计算结果推测,南沙Moho面起伏或陆壳减薄与"地壳重力均衡作用"和"地幔热隆升作用"有关,海槽东南缘逆冲推覆体构造变形机制主要是"地壳缩短"作用,其次是"重力滑脱"作用。文中没有涉及南沙陆块不同地质时期Moho面、"地壳均衡"、"地幔热隆升"之间的演化关系,也没有涉及南沙海槽基底变形中"弹性挠曲"和"逆冲推覆"之间的关系。     

前陆盆地构造-热演化:以龙门山前陆盆地为例

前陆盆地油气资源丰富但构造变形十分复杂,使得前陆盆地构造-热演化模拟面临挑战。前陆盆地演化过程中构造与热的耦合体现在多个层面:岩石圈热演化对岩石圈强度时空分布及其挠曲的影响;逆冲推覆作用的浅部温度效应;快速沉积作用对盆地温度场的影响等。首先,前陆盆地形成时的岩石圈热背景及其造成的岩石圈强度空间变化对盆地后期的演化具有重要影响。同时早期热事件的热扰动也会叠加在前陆盆地的构造-热演化过程中,并不断衰减,影响岩石圈的流变结构,从而带来一系列的影响。热与构造演化相耦合在前陆盆地定量模拟中非常重要。其次,还需特别关注岩石圈深部过程与近地表构造过程的耦合。造山带逆冲推覆、抬升和剥蚀是与前陆盆地形成相关的重要构造活动,这种运动引起的热对流对造山带的热结构、前陆逆冲带以及前渊地区的温度场的分布有着重要影响。最后,前陆盆地形成演化过程中的快速沉积作用对盆地温度场和地表热流产生强烈的压制作用,对前陆盆地浅部热演化的影响不容忽视。因此,在浅部热演化(包括造山带逆冲推覆、快速沉积压实等)与盆地下伏岩石圈挠曲、深部热演化的联合作用下,使得前陆盆地构造-热演化颇为复杂,二者的耦合使得前陆盆地构造-热演化模拟颇具挑战。     

前陆盆地的形成机制和充填演化

前陆盆地发育于前陆褶皱冲断带之上。它是在褶皱冲断带负载的作用下,岩石圈通过区域性均衡调整及流变挠曲而形成的。本文从流变学角度讨论了在前陆地区褶皱逆冲作用下,岩石圈流变、盆地形成及沉积充填三者间的内在成因联系,并着重介绍了前陆盆地形成过程中的两种岩石圈流变挠曲模型及前陆盆地充填演化的模拟反演。     

前陆盆地形成的力学机制

前陆盆地挠曲沉降的主要控制因素包括：逆冲带负荷，地壳内部水平挤压，盆地沉积负荷和地壳力学性质，描术前陆盆地挠曲过程的主要参数为：逆冲楔状体初始宽度，逆冲前缘推进速度，地表坡度，拆离面倾角，搬运系数，地壳的有效弹性厚度，地壳内部作用力，前陆盆地力学模型极两种：一种依据造山带深部岩石圈是破裂的，其力学模型为中间破裂的无限宽度线弹性薄板的水平挤压和垂向负荷作用下的挠曲，另一种假设造山带深部岩石圈是连续的     

南沙海槽构造?地层格架及其动力学意义

为了明确南沙海槽的构造?地层格架和成因机制,以区域二维地震剖面的解释为基础,进行断层活动性和沉降史的定量计算,在南沙海槽盆地中确定出Tg、T60、T50和T0四个一级层序界面,以这4个一级层序界面为界,将南沙海槽盆地划分出3个盆地原型:古新世?渐新世（Tg?T60）断陷盆地、早中新世（T60?T50）拗陷盆地和中中新世（T50?T0）前陆盆地;新生代以来,南沙海槽盆地的沉降中心由NW向SE逐渐迁移. 区域资料对比分析表明南沙海槽前陆盆地是由多期前陆盆地叠置而成,以沙捞越造山不整合、区域深部不整合和区域浅部不整合这3个不整合面为界,划分出渐新世?早中新世、中中新世?上新世早期和上新世晚期?现今3期前陆盆地;南沙海槽属于第三期前陆盆地的组成单元,目前仍处于发育演化过程中.      

塔里木盆地北部隆起负反转构造成因机制探讨

塔(里木盆地)北(部)隆起中生代以来经历了逆冲上隆,构造反转和再生前陆盆地斜坡带3个阶段,分别与库车前陆盆地构造运动强、弱、强的演化历史相对应。塔北隆起的大型负反转构造形成于白垩纪-中新世。白垩纪之前,塔北断隆作为库车前陆盆地和北部坳陷的相邻单元,发育两组背冲断裂以实现其缩短。在构造宁静期(白垩纪-新第三纪吉迪克期),岩石圈回跳,前缘隆起局部伸展,早期逆冲断块沿着原逆冲断层面下滑形成负反转构造。中新世以后,塔北地区成为库车再生前陆盆地的斜坡区,负反转构造得以保存且有进一步加剧之势。塔北隆起上伸展应力场的产生与深部岩石圈同步挠曲变形过程中波峰和波长的变化有关。     

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。     

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.     

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。     

库车前陆盆地早白垩世岩石圈粘弹性变形的地层记录

基于前陆盆地岩石圈弹性与粘弹性挠曲变形的不同特点,提出应用前隆斜坡带地层结构获取岩石圈力学性质及变形过程信息的思路。对库车前陆盆地的实例分析表明,研究区早白垩世历经了两个逆冲期至宁静期的构造演化,卡普沙良群、巴什基奇克组分别为逆冲期和宁静期的地层记录。在单个逆冲期,随着逆冲加载和岩石圈挠曲变形,岩石圈性质从弹性转化为粘弹性,盆地由向克拉通方向扩展变宽转变为向逆冲带变窄加深。相应地,前隆斜坡带的地层记录为:逆冲早期,地层向克拉通方向渐进超覆和退积;逆冲晚期,地层向逆冲带收缩和前积,形成底面上超/削截和顶面削截—顶超两个重大不整合面。宁静期盆地宽浅,地层平行连续,临近冲断带因岩石圈回弹产生少量削截不整合。     

造山带逆冲系逆冲岩席的几何特征

1.前陆盆地和前陆逆冲系前陆盆地是逆冲作用的必然产物,在时空上,它包括从陆架或克拉通状态至造山带过渡性地层记录。前陆盆地是位于不断推进的褶皱逆冲带和宽展的克拉通穹窿之间的线型非对称凹陷。它是大洋海沟在大陆上的对应物,即当被大陆边缘俯冲到增生柱体之下时,大洋海沟通常就演化为前陆盆地。前陆盆地在某些地区亦可是陆内环境的逆冲作用结果。前陆逆冲系它具有完全相似的模式。我们假定在整个逆冲活动历史中,变形塑性层出现在逆冲传播的顶端,似横向顶部褶皱,它代表变形与逆冲最早阶段的结合。逆冲岩     

东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质

为了探讨东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质,本文以实测地温数据为依据,模拟西湖凹陷岩石圈热结构,在此基础上,应用流变学原理模拟确定西湖凹陷岩石圈流变性质。结果表明,西湖凹陷岩石圈为一个冷地壳-热地幔、强地壳-弱地幔的"奶油蛋糕"型岩石圈。西湖凹陷平均地表热流密度为71 m W/m~2,地幔热流密度为40~65 m W/m~2,对地表热流密度的贡献度达73%~79%,地表热流受地幔热流控制,莫霍面温度在700℃左右,热岩石圈平均厚度为66 km。西湖凹陷岩石圈流变分层明显,上、中地壳基本为脆性层,下地壳和岩石圈上地幔为韧性层,岩石圈总流变强度平均约为2.65′10~(12) N/m,其中地壳流变强度为2.12′10~(12) N/m,地幔流变强度为5.29′10~(11) N/m,有效弹性厚度为11.7~14.5 km,地壳的流变性质控制了岩石圈的流变行为。此外,西湖凹陷岩石圈总强度较低,在构造应力作用下易于变形,且存在壳幔解耦现象。西湖凹陷岩石圈热状态及流变性质决定了西湖凹陷东部地区主要以浅部地壳的断层滑动和地层破裂来调节深部的构造应力。     

叠加于弧后前陆盆地挠曲沉降之上的另一类沉降——动力沉降

弧后前陆盆地挠曲沉降包括逆冲负载沉降和盆地沉积物负载沉降。叠加于挠曲沉降之上还存在另一类沉降,即动力沉降。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。由大洋板块俯冲产生的动力沉降往往分布于弧后前陆盆地区,其幅度、波长与板块俯冲角度、俯冲速率、俯冲板块在地幔中通过的位置和俯冲岩石圈的热年代密切相关。将通过弧后前陆盆地沉积地层的去压实得到的总沉降减去盆地模拟获得的逆冲带负载和盆地沉积物负载沉降可以得到剩余沉降,即动力沉降。从地层资料中定量分离出动力沉降为改进和限制长期以来悬而未决的由洋壳俯冲导致的地幔-粘性流动构造模型提供理论基础和实际资料。     

塔里木盆地北缘—南天山造山带盆-山耦合和构造转换

文章探讨了塔里木盆地北缘和南天山造山带的盆-山耦合和构造转换过程。塔里木盆地属于典型的叠合盆地,经历了多期构造演化。研究表明,在地史时期中,塔里木盆地北缘和相邻南天山造山带经历了多期和复杂的盆山耦合和盆山转换过程,形成多种类型盆山耦合和转换方式。(1)按时间域可划分为:早古生代陆内裂陷盆地-早期伸展造山-晚期挤压造山耦合,晚古生代陆内裂陷盆地-弧后造山-晚期碰撞造山耦合,中生代陆内前陆盆地-挤压造山耦合,古近纪前陆盆地-挤压造山耦合,新近纪—第四纪再旋回前陆盆地-挤压造山耦合;(2)按深度域可划分为:深部地幔俯冲型盆-山耦合,地壳分层滑脱拆离型盆-山耦合,基底滑脱拆离型盆-山耦合,古生代伸展和逆冲推覆型盆-山耦合,中—新生代逆冲推覆型盆-山耦合;(3)按运动学和动力学可划分为:逆冲推覆型盆-山耦合和接触关系、重力滑脱型盆-山耦合和接触关系、走滑转换型盆山耦合和接触关系、深部岩浆上涌焊接型盆-山耦合和接触关系、鳄鱼嘴型盆-山耦合和接触关系。     

库车再生前陆盆地的构造演化

库车再生前陆盆地位于塔里木盆地的北缘,其沉积和构造特征具有典型的前陆盆地性质.库车再生前陆盆地开始形成于吉迪克组沉积早期(距今25Ma),叠置于晚二叠世-三叠纪前陆盆地之上,是始新世末印度-西藏碰撞的远距离构造效应所致.其中的前陆逆冲带是由浅部和深部两个层次的构造组成的,其构造特征具有不一致性和不协调性.库车再生前陆逆冲带内的台阶状逆断层及其相关褶皱都是伴随着中新世以来的造山运动形成的,由山前向盆地以背驮式渐次连续扩展,自渐新世晚期一直持续到现在.印度-西藏碰撞作用引起的陆内俯冲及壳内拆离-缩短作用是库车再生前陆盆地的形成机制.     

西藏高原与喜马拉雅山深剖面(INDEPTH)的研究进展

本文介绍了 INDEPTH计划关于喜马拉雅山和西藏高原深部结构和构造的 10项主要成果 ,如 :1西藏高原地壳是很厚的 ,南厚北薄 ,上地壳、下地壳及地幔岩石圈具有不同的性质 ,形成一“三明治”结构 ,上地壳是刚脆性的 ,下地壳是粘塑性的 ,地幔岩石圈为刚韧性的 ,其结构特性与单一的刚性海洋板块很不同。2在印度次大陆向北挤压过程中 ,地块之间发生陆陆碰撞后 ,上地壳在前陆形成一个巨大的增生楔 ,增生楔以大规模的逆冲、背冲和褶皱以及岩浆体、部分熔融层的方式实现增厚 ;在上下地壳之间存在一大型拆离层 (如主喜马拉雅逆冲断裂 ,即 MHT)或是…     

鄂尔多斯西南缘前陆盆地沉降和沉积过程模拟

本文将东祁东逆冲带与鄂尔多斯西南缘晚三叠世前陆盆地相结合，研究了逆冲带内部变形特征，前陆盆地中层序地层格架特征及其反映的盆缘构造性质和幕式逆作作用。     

前陆盆地的地层模式：逆冲变形和岩石圈流变的解释

为了预测在逆冲作用期间，产生于陆相前陆盆地中的地层形态和相模式，在数字模拟中结合了侵蚀和沉积作用。模拟结果的地层资料明显地表明，任何因相的退缩形成的阶梯层状的岩相组合，都可看作是一次逆冲事件的标志；相的退缩、盆地前缓隆起向逆冲断层方向迁移以及侵蚀不整合的出现是相辅成成的。以前，人们对前陆盆地在演化过程中所产生的盆地波长的改变，一直是用岩石圈粘弹性松弛的观点进行解释的。笔者则认为，盆地波长的改变主要     

前陆盆地的构造演化及其沉积、地层响应——以库车坳陷下白垩统为例

逆冲推覆构造近年来的研究表明,由于逆冲带内超压的反复积聚和释放,冲断活动表现为间歇式前展逆冲方式,且具有早期长周期低前展速率、晚期短周期高前展速率的特点,由此导致作用于前陆盆地的构造负载早期以垂向加载为主、晚期则以递进加载为主。库车坳陷下白垩统记录了一幕完整的前陆盆地构造演化过程,卡普沙良群和巴什基奇克组分别对应于逆冲期和构造宁静期,两者之间发生了地层几何形态的重大转变以及内部削截反射终止点的迁移。与早、晚期冲断活动特征对应,在前隆向前渊的斜坡带,卡普沙良群的下部和上部分别发育大套向逆冲带的前积反射和向克拉通方向的退积超覆反射。在紧邻造山带的前渊带,亚格列木组砾质粗碎屑沉积体标志着逆冲推覆的重新开始;巴西盖组三角洲体系的发育说明快速前展逆冲导致宽缓的楔顶带的形成;巴什基奇克组底部粗碎屑发育及其与巴西盖组之间沉积突变,反映为宁静期岩石圈强烈回弹的结果。最终,前陆盆地构造演化的逆冲期可细分为初始逆冲、?冲、前展逆冲、逆冲减弱-停滞等4个阶段。     

前陆盆地的构造演化及其沉积、地层响应——以库车坳陷下白垩统为例

逆冲推覆构造近年来的研究表明,由于逆冲带内超压的反复积聚和释放,冲断活动表现为间歇式前展逆冲方式,且具有早期长周期低前展速率、晚期短周期高前展速率的特点,由此导致作用于前陆盆地的构造负载早期以垂向加载为主、晚期则以递进加载为主。库车坳陷下白垩统记录了一幕完整的前陆盆地构造演化过程,卡普沙良群和巴什基奇克组分别对应于逆冲期和构造宁静期,两者之间发生了地层几何形态的重大转变以及内部削截反射终止点的迁移。与早、晚期冲断活动特征对应,在前隆向前渊的斜坡带,卡普沙良群的下部和上部分别发育大套向逆冲带的前积反射和向克拉通方向的退积超覆反射。在紧邻造山带的前渊带,亚格列木组砾质粗碎屑沉积体标志着逆冲推覆的重新开始;巴西盖组三角洲体系的发育说明快速前展逆冲导致宽缓的楔顶带的形成;巴什基奇克组底部粗碎屑发育及其与巴西盖组之间沉积突变,反映为宁静期岩石圈强烈回弹的结果。最终,前陆盆地构造演化的逆冲期可细分为初始逆冲、?冲、前展逆冲、逆冲减弱—停滞等4个阶段。