The Effect of Wedge Structure on Displacement Subduction of Piedmont Thrust Structure: A Case Study of the Southern Margin of Junggar Basin

介于复活的天山造山带与稳定的准噶尔克拉通之间的准噶尔盆地南缘前陆冲断带,是印度板块与欧亚大陆碰撞的远距离效应产物,也是新近纪以来青藏高原隆升并向北推挤的直接结果.前陆冲断带吸收了来自造山带的水平缩短构造位移量后,克拉通一侧构造趋于稳定.准噶尔盆地南缘与世界上多数前陆冲断带构造地质特征相似,通过区域地震剖面的精细构造几何学和运动学解析,发现其中的楔形构造非常典型,是前陆冲断带内部冲断构造位移量消减的主要方式之一,控制着前陆冲断带分布范围和变形方式.准噶尔盆地南缘构造变形主要由南侧的天山造山带向北逆掩冲断,但是大部分冲断构造位移量是通过楔形构造反向传递后消减.紧邻天山北麓的齐古-喀拉扎-昌吉等构造带,山前深部的楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成霍-玛-吐第二排构造带和安集海-呼图壁第三排背斜带.准噶尔盆地南缘第二、三排构造带中-新生界内部发育多个小型的构造楔型体,这些互相叠置的楔型构造横向延伸不大,加大了构造变形的复杂性和构造圈闭识别的难度.     

构造楔形体的识别与勘探——以准噶尔盆地南缘为例

构造楔形体的形成需要两个条件,一是两条相互连接的断层,二是这两条断层的位移传递方向相反。当反向传递的位移量切割了上覆地层,通常在楔形体前翼形成具指示意义的背斜构造,此类背斜可作为判断深部构造楔形体存在的直接依据。准噶尔盆地南缘3排背斜内带的构造楔形体模式非常典型,并表现为“混序”的特征。在山前深部楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成第二排和第三排背斜带。在总位移量保持稳定的前提下,这3排背斜带在走向上的此消彼长反映了位移量在南、北两个方向上的转换。准噶尔盆地南缘第二、三排背斜带中-新生界内部发育多个小型的构造楔形体,这些互相叠置的楔形构造横向延伸不大,但有可能构成独立的成藏系统,具有不同的油气水特征,从而造成同一个背斜带不同部位的含油气性迥异。在油气勘探中应通过加强地震采集、处理和解释攻关,力求精细刻画各个楔形构造在三维空间的展布,再针对已落实的楔形体展开钻探。     

前陆冲断带复杂构造解析与建模——以准噶尔盆地南缘第一排背斜带为例

构造解析应从构造的变形机制、变形过程、变形量和变形时间四个方面入手,合理的构造解释方案是构造解析的基础,论文将等倾角区划分和轴面分析等几何学方法应用到地震解释中,从以上4个方面对准噶尔盆地南缘第一排背斜带做了系统的构造解析。地层结构揭示第一排背斜带深部发育楔状构造,楔状构造由5个古生界—中生界组成的断层转折褶皱叠加而成,是潜在的勘探目标群。在构造楔沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,台阶状逆断层的大部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,另一部分位移量则沿西山窑组煤层向北传递至第二排背斜带,在总位移量保持稳定的前提下,第一排背斜带和第二排背斜带在走向上的此消彼长,反映位移量在南、北两个方向上的转换。     

天山南北前陆冲断带构造滑脱层分布差异及对圈闭样式的控制作用

天山南北前陆冲断带具有较强的差异变形特征,滑脱层的差异对前陆冲断带变形特征及圈闭样式的影响较大,对于天山南北油气勘探具有重要意义。以地震资料解释为基础,通过断距测量、缩短量统计及平衡剖面复原等手段,对天山南北前陆冲断带构造变形差异进行研究,取得如下认识:(1)天山南北前陆冲断带滑脱层性质不同,库车前陆冲断带以古近系膏盐岩为滑脱层,分层变形特征显著;准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层断层多穿过滑脱层,分层性差;(2)天山南北前陆冲断带新生代构造变形差异明显,库车前陆冲断带在该时期的平均缩短率为12.1%,准噶尔盆地南缘前陆冲断带的平均缩短率为9.93%,库车前陆冲断带的新生代变形强度比准噶尔盆地南缘前陆冲断带更强;(3)受滑脱层差异的影响,库车前陆冲断带滑脱层上下平均断距总体大于准噶尔盆地南缘前陆冲断带,且库车前陆冲断带的缩短量呈现“单段多峰”复杂的变化趋势,这是准噶尔盆地南缘前陆冲断带没有的特点,表明库车前陆冲断带滑脱层塑性和分层能力比准噶尔盆地南缘前陆冲断带强;(4)基于天山南北前陆冲断带断层活动和滑脱层差异的影响,准噶尔盆地南缘前陆冲断带以岩性—构造的复合圈闭为主,而库车前陆冲断带以盐下大型构造圈闭为主,岩性—构造圈闭为辅。准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层和库车前陆冲断带的侏罗系—三叠系煤层、泥岩层等滑脱层控制的岩性—构造圈闭是未来油气勘探的有利目标。     

准噶尔盆地南缘山前带阿什里背斜精细构造建模

准噶尔盆地南缘山前冲断带经历了多期叠加构造活动,构造变形特征复杂,对研究陆内造山变形机制具有重要意义。阿什里背斜处于北天山后方前陆部位,构造样式为分层滑脱变形体系控制的复式叠加背斜,垂向上包括浅层薄皮推覆构造系统和中深层复合构造楔系统。钻井和地震反射信息揭示,阿什里地区主要滑脱层为基底滑脱层,石炭系、二叠系泥岩层,中下侏罗统八道湾组、西山窑组煤层。阿什里背斜侏罗系底部不整合面受基底发育的叠加构造楔(由2~3个冲断席构成)控制,反冲断层之上石炭系-三叠系构成不对称背斜。阿什里西南大型石炭系推覆体之下发育泥盆系-石炭系组成的冲断席,构成(楔端点向上方突破的)构造楔。阿什里背斜北侧以一向斜与喀拉扎背斜过渡,指示冲断位移沿浅部滑脱层向北继续传播。阿什里及邻区发育的石炭系与三叠系-中下侏罗统不整合、二叠系内部不整合、二叠系与三叠系削截不整合、三叠系与侏罗系不整合、新近系与第四系不整合揭示了中-晚二叠世以来多期构造活动。其中,阿1井核部二叠系梧桐沟组之下钻遇的凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb同位素分析结果显示其年龄为289.1±7Ma(95%置信度),指示了晚海西期的构造活动。根据阿什里地区地震剖面的精细构造几何学、运动学解析,结合关键不整合面,划分了5个关键构造演化期次:中二叠世阿什里西南逆冲推覆形成古隆起;晚二叠世-晚三叠世阿什里地区存在两期小规模冲断活动;侏罗纪整体稳定沉降或弱坳陷;白垩纪-古近纪多幕隆升构造活动使阿什里地区沿基底发育叠加构造楔;中新世北天山剧烈造山活动中阿什里基底构造楔向北突破形成阿克屯-喀拉扎背斜。     

天山南北缘前陆冲断构造对比研究及其油气藏形成的构造控制因素分析

天山南北缘分别发育了库车前陆冲断带和乌鲁木齐前陆冲断带,南缘前陆冲断带发育4排褶皱冲断构造,北缘前陆冲断带发育3排褶皱冲断构造。天山南北缘前陆冲断构造形成时间的对比研究表明,南缘第一排构造带起始时间为23.3Ma,构造形变从山前由北向南依次展开;北缘第一排构造带的形成时限为10~8Ma,构造形变从山前开始由南向北依次展开。平衡剖面研究表明,天山南北缘地壳缩短率也存在明显差异,南缘前陆冲断带地壳缩短率为31%~59%,北缘前陆冲断带地壳缩短率为15.13%~23.74%,南缘构造缩短量要大于北缘,这种差异正是印度板块和欧亚板块碰撞的远距离构造效应从南向北传播造成的,也真实反映了天山的陆内造山过程。目前天山南缘前陆变形构造中已经发现几个规模较大的油气田,北缘虽有多处油气显示和油气田的发现,但数量和规模均较南缘少和小。天山南北缘生储盖等石油地质条件基本相似,大型油气藏形成的差异可能主要是由天山南北缘前陆冲断带启动时间的不同造成的。     

天山南北缘前陆冲断构造对比研究及其油气藏形成的构造控制因素分析

天山南北缘分别发育了库车前陆冲断带和乌鲁木齐前陆冲断带,南缘前陆冲断带发育4排褶皱冲断构造,北缘前陆冲断带发育3排褶皱冲断构造。天山南北缘前陆冲断构造形成时间的对比研究表明,南缘第一排构造带起始时间为23.3Ma,构造形变从山前由北向南依次展开;北缘第一排构造带的形成时限为10~8Ma,构造形变从山前开始由南向北依次展开。平衡剖面研究表明,天山南北缘地壳缩短率也存在明显差异,南缘前陆冲断带地壳缩短率为31%~59%,北缘前陆冲断带地壳缩短率为15.13%~23.74%,南缘构造缩短量要大于北缘,这种差异正是印度板块和欧亚板块碰撞的远距离构造效应从南向北传播造成的,也真实反映了天山的陆内造山过程。目前天山南缘前陆变形构造中已经发现几个规模较大的油气田,北缘虽有多处油气显示和油气田的发现,但数量和规模均较南缘少和小。天山南北缘生储盖等石油地质条件基本相似,大型油气藏形成的差异可能主要是由天山南北缘前陆冲断带启动时间的不同造成的。     

南天山晚新生代褶皱冲断带构造特征

南天山晚新生代褶皱冲断带位于南天山南麓,是南天山陆内造山作用过程中,南天山造山楔向塔里木盆地推进的结果.褶皱冲断带的构造变形以挤压冲断构造为主,伴生有挤压走滑构造和盐相关构造.以盖层滑脱冲断为特征,伴生有基底卷入型冲断构造.褶皱冲断带的主滑脱冲断层由造山带向盆地方向逐渐抬升,而且,"厚皮"构造向造山带方向越来越发育,"薄皮"构造向盆地方向越来越发育.整个褶皱冲断带从东到西冲断作用发生的时间基本一致,起始于中新世中-晚期并一直持续到现今;冲断高峰发生于新近纪晚期-第四纪.褶皱冲断带的形成过程为前展式,由南天山向塔里木盆地推进.受地层剖面结构、沉积建造、基底起伏、所处的构造部位等因素控制,南天山褶皱冲断带的构造变形特征沿走向具有明显的分段性,从东到西划分出4个次级褶皱冲断带:库车、乌什、柯坪和喀什北褶皱冲断带.每个次级褶皱冲断带在共性的基础上,都有自己独特的构造变形特点.     

准噶尔盆地南缘中段构造的平衡剖面研究

笔者以平衡剖面理论为指导,利用平衡剖面反演技术,研究了准噶尔盆地南缘中段3条代表性剖面构造的几何学、运动学与发育史。研究表明准噶尔盆地南缘中段山前冲断带构造变形强度由北到南整体表现为由弱变强,反冲断层位移逐渐增大、反冲断层所滑脱的层位亦逐渐加深。纵向上划分为基底卷入型褶皱—冲断带和滑脱型褶皱—冲断带;在横向上不同构造带之间通过相邻构造的变形样式和滑脱层位的渐变实现位移的传递、转换和互补,从而保持褶皱—逆冲断层累计缩短量沿走向有规律的渐变关系。     

盆山地壳横向变化对挤压构造变形的影响——来自砂箱模拟实验的启示

前陆克拉通与造山带增生楔在地壳结构、力学性质等方面有明显的差异。挤压作用使盆山地壳横向变化通过构造变形表现出来。本文设计了具有深浅两个滑脱层"克拉通"与不同能干性的"造山楔"接触砂箱模型,通过模拟实验分析了盆山地壳横向差异变化对挤压构造变形的影响。实验结果表明,端部的挤压收缩位移由刚性的"克拉通"推挤相对软弱的"造山楔"使之形成挤压"冲起构造",而"造山楔"发生收缩变形的同时也斜向推挤刚性的"克拉通",并通过克拉通内部的滑脱层将收缩应变向克拉通内部传递。受不同深度滑脱层发育的影响,"克拉通"发育分层不协调收缩变形。在挤压作用下,随着"造山楔"与"克拉通"地壳在横向上能干性差异的增加,"造山楔"收缩形成的"冲起构造"幅度减小,而向"克拉通"侧向(斜向)挤压形成的"反冲构造"幅度增加,"造山楔"通过深层滑脱层向"克拉通"传递收缩应变的调节能力减弱,通过浅层滑脱层向"克拉通"传递收缩应变的调节能力增强。"造山楔"由深层过渡至浅层形成强变形带,由"克拉通"边缘至内部形成的深层冲断褶皱与浅层褶皱冲断组合过渡为深层褶皱与浅层的褶皱冲断组合,"克拉通"边缘的冲断带由深层的前展式楔状逆冲叠瓦扇构造向"克拉通"内部的浅层褶皱组合过渡。实验结果为理解中国西北部复杂山前冲断带构造的形成机制具有启示作用。     

库车新生代构造性质和变形时间

库车构造位于南天山古生代碰撞造山带之南,为塔里木盆地最北的一个构造带。它自北而南可分为边缘逆冲（ 隐伏构造楔） 、斯的克背斜带、北部线性背斜带、拜城盆地、南部背斜带。每个背斜带又包含有若干逆冲断层相关褶皱,它们是断层转折褶皱、断层传播褶皱、滑脱褶皱、断层传播 滑脱混生褶皱、双重逆冲构造、突发构造、三角带构造。底部逆冲断层向南变浅,堆叠逆冲岩席向南变薄,总体上形成一个向南的逆冲构造楔。逆冲断层在斯的克背斜带侵位最早（２５ Ｍａ） ,在北部线性背斜带为１６９ Ｍａ,拜城盆地中的大宛其背斜为３６ Ｍａ,南部背斜带为５３ Ｍａ（ 北部） 和１８ Ｍａ（ 南部） ,变形作用向南变新。库车构造是印 藏板块碰撞的内陆构造响应,是二叠纪前陆盆地复活而成的再生前陆盆地变形带     

库车再生前陆盆地冲断构造楔特征

库车再生前陆盆地冲断构造楔由一系列向南运动的逆冲断层和相关褶皱组成。冲断楔的北部以断层转折褶皱、断层传播褶皱、双重逆冲构造为主。断层楔的前缘发育了很好的滑脱膝折背斜,全为盲断层控制,形成隐蔽式前锋。冲断层的就位从中新世开始,自北向南迁移,前锋的构造形成在第四纪。造成逆冲断层的地壳水平缩短作用速度在中新世较慢,平均为0．355mm/a,上新世中期达0．82mm/a,而到上新世晚期和第四纪速度增大了约一个数量级,达到1．29－3mm/a。     

英吉苏凹陷中─新生代背驮式前陆盆地构造特征及成因机制

英吉苏中新生代凹陷是在古生代逆冲推覆构造背景之上发育起来的背驮式前陆盆地。盆地的沉积作用和变形作用严格受基底参与的逆冲断层的控制。中新生代构造由北向南可划分七个带：北部斜坡带；群克─新开屏背斜带；英北向斜带；阿拉干背斜带；英南向斜带；古城墟斜坡带和罗布庄断凸带。叠瓦式逆冲断层、冲起构造、构造三角带、断展褶皱和披覆构造是英吉苏凹陷的主要变形样式。自三叠纪以来，不同时期的沉积中心自造山带向前陆方向迁移。 中新生界变形的动力学和运动学是与塔里木板块南缘活动大陆边缘的板块拼贴事件和壳内拆离缩短作用有关。     

Basin-range coupling structure and deformation features of the eastern cenozoic foreland basin in SW TarimEI北大核心CSCD

The Cenozoic foreland basin at the southwestern Tarim basin was inflicted by both N-S compression of the west Kunlun orogen and northward indentation of the Pamir, which led to significant variations in structural architecture and deformation style. New results from interpretations of seismic profiles in the east segment of the basin are presented here to discuss such spatial variation in structural deformation and temporal variation in structural evolution. The results suggest that the segment commonly exhibits significant northward thrusting, coupled with flexural basin subsidence. Broad fold-and-thrust belt (FTB) is evidenced in the profiles with its front reaching Jiede anticline, resulting in a structural architecture of superposition of the FTB and foredeep of the flexural basin. In the vertical view, the segment is featured by basement-involved deformation belt overlain by detachment deformation belt. The first row of the deformation belt presents spatial variation in structure. The west Kedong portion exhibits anticlines controlled by thrust wedge that has been reworked by dextrally strike-slipping. In contrast, the east Keliyang portion is featured by mainly thrust deformation. Combined with the results from growth strata and magnetostratigraphy, we suggest that the segment presents a northwardly forward breaking pattern, with the deformation occurring along the Kedong belt during the early Pliocene, within the Kekeya belt at early- to mid-Pliocene and in the Guman-Heshitage belt during early- to mid-Pleistocene. ©, 2015, Science Press. All right reserved.     

Late Cenozoic Deformation Sequence of a Thrust System along the Eastern Margin of Pamir, Northwest China

A thrust belt formed in the basin along the eastern margin of Pamir. The thrust belt is about 50 km wide, extends about 200 km, and includes three compressive structures from south to north: the blind Qipan structural wedge and Qimugen structural wedge, and the exposed Yengisar anticline. The thrust belt displays a right-stepping en echelon pattern. The Qipan structural wedge dies out northward to the west of the Qimugen structural wedge, and the Qimugen structural wedge dies out northward to the west of the Yengisar anticline. Detailed analysis of seismic reflection profiles of the western Tarim Basin reveal that fan-shaped growth strata were deposited in the shallow part of the thrust belt, recording the deformation sequence of the thrust belt. The depth of the Cenozoic growth strata decreases from south to north. The growth strata of the Qipan structural wedge is located in the middle-lower section of the Pliocene Artux Formation (N2a), the growth strata of the Qimugen structural wedge is close to the bottom of the Pleistocene Xiyu Formation (Q1x), and the growth strata of the Yengisar anticline is located in the middle section of the Xiyu Formation (Q1x). Combined with magnetostratigraphic studies in the western Tarim basin, it can be preliminarily inferred that the deformation sequence of the thrust belt along the eastern margin of Pamir is progressively younger northward. The geometry and kinematic evolution of the thrust belt in the eastern margin of Pamir can be compared with previous analogue modeling experiments of transpressional deformation, suggesting that the thrust belt was formed in a transpressional tectonic setting.     

青藏高原东缘龙门山前陆逆冲带复合结构与生长

位于青藏高原东缘的北东向龙门山逆冲带,研究已经证明是中生代与新生代前陆复合扩展和生长的结果。然而,2008年5·12汶川地震地表破裂、余震和滑坡等的单向和分段迁移现象,对龙门山复合逆冲带的结构认识提出了挑战。文章在已有研究成果基础上,针对龙门山复合生长下构建的特殊结构进行了野外调查和构造解析。结果表明,以中生代与新生代两期前陆逆冲带复合生长为基础,龙门山复合逆冲带具有特殊的、主要由前陆逆冲楔叠加后形成的复合结构,而且这种复合逆冲楔具有分级和时序特征;中生代前陆逆冲楔是以逆冲断层-褶皱为特征,并分别组合形成碧口厚皮逆冲推覆体、唐王寨薄皮逆冲推覆体和龙王庙逆冲推覆体,总体从晚三叠世以前开始,至~160 Ma向南递进扩展生长;新生代前陆逆冲楔由逆冲断层和逆冲岩片组成,分为约35~10 Ma和10 Ma以来两个阶段,向南东向递进扩展生长,并可能与川西盆地东侧龙泉山构造相连通。因此,龙门山逆冲带具有前陆逆冲带和生长过程的双重复合结构。      

Differential Hydrocarbon Accumulation Controlled by Structural Styles along the Southern and Northern Tianshan Thrust Belt

The Kuqa and the Southern Junggar foreland thrust belts, which lie to the southern and northern Tianshan, respectively, were formed under a strong compressional tectonic setting. Due to the differential propagation and deformation under the control of the décollement horizon, the structural deformation styles differ in the Kuqa and Southern Junggar thrust belts. Imbricated stacking is developed in the Kuqa thrust belt, forming a piggyback imbricated pattern of faulted anticline and fault-block structural assemblage dominated by salt structures. In contrast, wedge-shaped thrusts are developed in Southern Junggar, mainly forming vertical laminated patterns of multi-wedge-structure stacks strongly influenced by the décollement horizons. The different deformation patterns and structural styles of the north and south of Tian Shan control the contrasting characteristics of hydrocarbon accumulation in the foreland thrust belts of the Kuqa and the Southern Junggar thrust belts, including the variance in the hydrocarbon trap types, pathway systems and hydrocarbon-bearing horizons. Proven by the hydrocarbon accumulation research and exploration achievements, recent exploration targets should focus on sub-salt piggyback imbricated structural patterns in the Kuqa and the deep laminated patterns in the Southern Junggar thrust belt.