龙门山中段山前带浅层冲断系统的结构、形成与演化

本文依据断层相关褶皱几何学原理,对龙门山中段地震剖面进行了精细解释。研究发现,龙门山中段山前带浅层冲断系统存在多套滑脱层,具有上下分层变形特征。浅层滑脱层为上三叠统须家河组三段(T_3~x3)的碳质页岩夹煤层,其上发育双重构造和叠瓦构造;下三叠统嘉陵江组四、五段(T_1j~(4-5))的膏岩层,发育断层传播褶皱、冲起构造和构造楔;深层为下寒武统的泥页岩层,发育断层转折褶皱和滑脱褶皱。该区滑脱断层所控制的地层变形和缩短量各不相同,其中三叠系上统缩短量最大,大于30 km;三叠系下统至古生界地层缩短量约为14.5 km;侏罗系以上的地层缩短量则较小。研究区内的通济场断裂(F_3)为印支末期形成的一套逆冲断层组,其下部交于下寒武统滑脱层,深度约为10 km;关口断层(F_4)和彭县断裂(F_5)为晚侏罗世一早白垩世形成的逆冲断层,下部交与下三叠统嘉陵江组滑脱层,深度大约为8～10 km。这些断层以前展的方式破裂,并且长期活动。龙门山中段自中生代以来存在多期构造事件,主要发生诺利末期、印支晚幕、燕山期和喜马拉雅期。其中,燕山期和喜马拉雅期是龙门山活动最强烈的两个阶段,在龙门山中段山前带表现为大量断裂的长期活动,地壳缩短和龙门山快速隆升,并形成多种构造样式。     

断层相关褶皱理论与应用研究新进展

自Rich(1934)提出断层转折褶皱的几何学概念以来,Suppe(1983)首次将其定量化,建立了褶皱形态与断层形态和断层滑动之间的定量关系,奠立了断层相关褶皱理论的基本模型。20年来,不但建立了断层传播褶皱、断层滑脱褶皱等基本端员类型的几何学与运动学模型,也建立与完善了断层相关褶皱叠加样式的几何学与运动学模型,例如叠瓦构造、构造楔与干涉构造等。研究同构造沉积作用,建立了生长断层相关褶皱的几何学与运动学模型,将沉积作用与断裂作用、褶皱作用及构造隆升作用等有机地联系起来。考虑地层的力学性质与变形差异,提出与建立了剪切断层转折褶皱理论,并建立了断层相关褶皱的一系列力学模型。20年来,断层相关褶皱的基本研究方法经历了由二维剖面与平面分析向全三维空间分析的转变,由几何学、运动学模型向力学模型的转变,实验模拟技术与数值模拟技术在断层相关褶皱理论模型的建立与检验中发挥了重要作用。断层相关褶皱的理论和方法在工程地质、地震灾害预报与油气勘探开发等领域获得了广泛的应用。中国在天山、祁连山和龙门山等相邻的前陆盆地的活动构造与含油气圈闭研究中,应用断层相关褶皱的理论与方法取得了重要进展。     

南天山库车秋里塔格中段构造结变形特征和变形机理

本文通过遥感影像解译和地表调查,利用二维地震剖面,结合钻、测井数据,分析秋里塔格中段构造结的构造特征,利用轴面分析和多余面积方法计算构造缩短量。研究表明,秋里塔格中段构造结的构造变形受3个滑脱面,即中新统吉迪克组(N1j)膏盐岩、古?始新统库姆格列木组(E1?2km)膏盐岩和侏罗系(J)煤层控制。构造结东部发育两个滑脱面,分别位于中新统吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤层,形成浅层的滑脱褶皱和深层的断层转折褶皱,构成复合型背斜; 西部发育一个滑脱面即库姆格列木组膏盐岩,膏盐岩聚集形成南秋里塔格滑脱褶皱。库车塔吾背斜向西倾伏,背斜下伏沿吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤层发育的断层(F1和F 3)的滑移量向西减小,如东部A?A′剖面上断层F3的滑移量为7.7 km,西部C?C′剖面上为3.8 km; 南秋里塔格背斜向东倾伏,背斜下伏沿库姆格列木组膏盐岩发育的断层的滑移量向西增大,东部的A?A′剖面断层不发育,西部的D?D′剖面构造缩短量达5.1 km。构造结地区3个滑脱面交汇： ①东、西段卷入变形的断层和褶皱在此发生了叠加干涉, ②断层的滑移量在此汇合转换, ③库车塔吾背斜、南秋里塔格背斜和托克拉克坦背斜在此交汇,交汇处发育多个高角度的逆冲剪切断层和表皮褶皱,形成了秋里塔格中段复杂构造结,构造结地区未发育大规模走滑断层。根据上述认识,我们提出了秋里塔格中段构造结的三维构造模型。     

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。     

南天山库车秋里塔格褶皱带三维构造分析

笔者利用库车秋里塔格地区3000km的二维地震反射资料，结合地表构造测量成果，分段叙述秋里塔格褶皱带的构造几何学和运动学性质，说明构造交汇部位断层和褶皱的叠加过渡关系，并通过二维构造剖面的组合，建立秋里塔格褶皱带的三维构造几何模型。研究发现秋里塔格褶皱带为浅部断层传播褶皱与深部断层转折褶皱叠加形成的复合型背斜带，深部台阶状逆断层的叠加作用、叠加断层位移量的转换、断层断坡高度的变化造成地表背斜沿走向发生变化，笔者通过测量断层叠加方式、断层位移量转换、断层断坡高度，说明秋里塔格褶皱带背斜叠加、扭曲、分叉现象的构造机理，并且给出了秋里塔格褶皱带断层的滑移量。     

川东南构造变形特征及其对页岩气保存的影响

川东南地区构造变形复杂,二叠系和志留系含有丰富的页岩气资源。依据岩性和地震资料的解释,寒武系膏盐层与中-下三叠统膏盐层对构造变形有重要控制作用,多数断层沿膏盐层滑脱。研究区包括盆内和盆缘两部分,盆内发育形态对称的盖层滑脱式褶皱;盆缘发育基底卷入式褶皱冲断构造,分为山前推覆带和山前转换带,前者发育高陡的三角楔构造,后者由冲断带、褶皱带和斜坡带组成。构造演化分析表明:晚侏罗世齐岳山断层开始发育,盆内地层发生挠曲变形;白垩纪盆缘形成三角楔构造,盆内主要构造和断裂已经发育;新生代齐岳山褶皱隆升,盆内寒武系之上沉积盖层褶皱形成多个背斜和向斜。山前推覆带构造高陡、变形强烈,页岩气保存条件差;山前转换带构造变形程度适中,其褶皱带背斜完整,页岩气保存条件好;盆内中-下三叠统膏盐层封盖性好,埋深适中的背斜为页岩气有利勘探目标区。      

龙门山褶皱冲断带南北分段性与汶川地震的关系

龙门山褶皱冲断带位于青藏高原东缘与四川盆地之间,中生代以来主要经历了晚三叠世和新生代两期重要的地壳缩短变形,形成了典型的逆冲推覆构造带.龙门山的形成和演化与青藏高原隆升以及地震活动有着密切的关系,因此龙门山褶皱冲断带南北两段的差异性被众多学者所关注.文章在前人工作的基础之上从3个角度来阐述龙门山南北两段的差异性:1)地质调查和地震反射剖面解释表明,晚三叠世龙门山北段变形强烈而南段变形不明显,南北分段格局就此形成;2)汶川地震同震地表破裂的差异,北段以右旋斜向逆冲为主,南段则主要以逆冲为主.兼有少量的走滑分量;3)同震断裂的三维构造建模揭示出,同震断层的三维几何形态同样存在南北差异,北段同震断层只有一条且不能向下延伸至深部的主滑脱层,而南段同震断层有两条分支,二者在大约10km的深度合并成一条,并向下延伸至约17km深度与主滑脱层相连.因此,认为汶川地震同震破裂的南北分段性是由于晚三叠世龙门山先存的南北构造差异性所引发的.     

准噶尔盆地南缘中段山前复杂构造变形特征及形成演化

准噶尔盆地南缘中段紧邻北天山山前，构造变形错综复杂。山前发育的三排构造的形成时间存在许多认识上的分歧，对演化过程中褶皱和断裂的变形叠加特征缺少系统的对比分析。笔者在前人研究的基础上，利用地震资料解释、平衡剖面恢复、构造物理模拟等研究手段，结合断层滑移距、伸展压缩速率定量分析方法，对研究区的构造变形特征和叠加演化过程进行了系统的分析。研究认为：(1)南缘中段三排构造自南向北,变形强度由强变弱；第一排背斜受控于基底卷入型断裂体系，第二、三排背斜受控于顺层滑脱型断裂体系，构造之间具有形成递进的演化关系，叠加形成多种复合构造样式。(2)断层滑移距总体“由深至浅”逐渐变小，具有继承性发育的特点；主干断裂滑移距存在明显的拐点，是多期次活动的有力证据。(3)基底大型逆冲断裂是先存断裂，后期继承性发育；基底卷入型褶皱–冲断带是褶皱作用发生在逆冲断裂之前，后期表现出边断边褶特征；滑脱型褶皱–冲断带是冲断和褶皱同时或冲断先于褶皱形成。(4)第一排背斜形成于侏罗纪末期，第二排背斜在此时期形成微弱雏形，并在古近纪末期形成明显轮廓；第三排背斜形成于新近纪末期；第四纪至今的强大挤压作用使3排背斜被断裂强烈改造。     

晚新生代以来天山南、北麓冲断作用的定量分析

利用地表地质、二维地震和钻、测井资料建立了两条横穿天山南、北麓库车河地区和金钩河—安集海河地区的构造剖面,从几何学和运动学的角度探讨新生代以来不同序次台阶状逆断层及其相关褶皱的叠加过程、以及叠加过程中断层形态、褶皱形态与位移量之间的定量关系。生长地层和生长不整合分析表明,上新世早期(4.2～5Ma)可能是天山南、北麓新生代冲断褶皱的主要形成期,发育自天山内部的台阶状逆断层在向两侧沉积盆地扩展过程中形成多个滑脱面和断坡,断层位移在断坡位置引发褶皱变形,从而形成南北方向背斜带成排分布的构造格局。在天山南麓库车河剖面中,控制库车地区构造变形的三条台阶状逆断层位移量分别为5.7km、6.3km和18km,它们的活动时代由老到新,而位移量却逐渐增大,反映新生代以来天山南麓的冲断作用可能存在一个加速的过程。按上述数值计算,渐新世(23Ma)以来的缩短速率为1.3mm/a,上新世(5.2±0.2Ma)以来的缩短速率为3.6mm/a。在天山北麓金钩河—安集海河剖面中,山前深部楔形体内的断层位移量为16.9km,但只有6km的位移量沿中上侏罗统西山窑组煤层内的滑脱面向北传递至第二排背斜带,而至第三排背斜带,位移量已递减为0.22～0.29km。以上新世早期(4.2～5Ma)作为构造活动时间,计算出该剖面上、下构造层上新世以来的缩短速率为2.6～3.1mm/a和3.8～4.5mm/a,其中下构造层内的山前深部楔形体、霍尔果斯深层背斜和安集海背斜的缩短速率分别为3.9～4.6mm/a、1.2～1.4mm/a和0.04～0.38mm/a,这说明由于断层位移量在向北传递过程中不断被褶皱作用吸收或沿反冲断层向南消减,各排背斜带的变形强度由南向北依次减弱。     

川西坳陷孝泉—丰谷构造带变形特征及成因机制模拟

通过对三叠系不同组段顶面构造图分析和主干地震剖面解释,认为川西坳陷孝泉—丰谷构造带具有走向分带、垂向分层变形特征。该构造带走向上可划分为孝泉、新场、合兴场、丰谷等4排北东东向雁列式滑脱褶皱带,与合兴场—石泉场近南北向背斜构造带近直交;垂向上以雷口坡组内膏盐层为界分上、下两个构造层,上部构造层发育滑脱断层及其相关的褶皱构造,下部构造层产状平缓,断层、褶皱构造不发育。多组平面、剖面模拟实验结果表明：孝泉—丰谷北东东向滑脱褶皱带可能是在龙门山褶皱隆升产生的北西向挤压应力和秦巴山系褶皱隆升产生的近南北向挤压应力联合作用下形成的;合兴场—石泉场近南北向构造带可能是在北西方向的应力单独挤压作用下形成的;雷口坡组内膏盐层在空间上不均衡分布是产生走向分带、垂向分层变形的主控物质因素。     

龙门山中段彭灌断裂带汶川Ms8.0地震同震破裂断层识别及其浅、表构造特征

2008年汶川Ms8.0地震在龙门山中段的彭灌断裂带产生的地表破裂,是该地震产生的第二大地表破裂带.综合应用地质、钻井以及二维、三维地震数据,利用横贯前山带的多条人工地震反射剖面,对彭灌断裂带产生同震破裂的断层进行准确识别和解释.研究表明,龙门山中段的彭灌断裂带是一套由3条主要断层和次级广泛发育的断裂组合构成,浅层表现...     

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.     

The Seismogenic Structure of the 2010 Suining Ms 5.0 Earthquake and its Geometry,Kinematics and Dynamics Analysis

In January 2010, the Suining Ms5.0 earthquake occurred in central Sichuan Basin, with the epicenter in Moxi-Longnvsi structural belt and a focal depth of 10 km. Based on structural interpretations of seismic profiles in this area, we recognized a regional detachment fault located at a depth of 9–10 km in the Presinian basement of the Suining area, transferring its slipping from NW to SE orientation. This detachment fault slipped from NW to SE, and underwent several shears and bends, which caused the basement to be rolled in and the overlaying strata fold deformation. It formed a fault-bend fold in the Moxi area with an approximate slip of 4 km. Correspondingly, the formation of the Moxi anticline is related to the detachment fault. With the earthquake’s epicenter on the ramp of the detachment fault, there is a new point of view that the Suining earthquake was caused by re-activation of this basement detachment fault. Since the Late Jurassic period, under the influence of regional tectonic stress, the detachment fault transfered its slip from the Longmen Mountains (LMS) thrust belt to the hinterland of the Sichuan Basin, and finally to the piedmont zone of southwest Huayingshan (HYS), which indicates that HYS might be the final front area of the LMS thrust belt.     

龙门山南段飞来峰构造变形及形成演化

龙门山前山构造带中分布着大量的飞来峰。为了解其构造演化过程,主要通过分析研究龙门山南段白石-苟家飞来峰和金台山飞来峰内部及下覆地层的构造变形特征,确定出其至少经历了5个构造变形序列,并结合前人资料讨论龙门山南段飞来峰的形成和演化。     

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。     

通南巴背斜几何学、运动学与构造模型

通南巴背斜发育于四川盆地东北米仓山冲断构造带和大巴山弧形冲断构造带的构造叠合部位, 其形成与演化受到米仓山与大巴山的联合影响, 然而目前其变形特征以及变形机制认识尚且不清楚, 精细研究通南巴背斜构造几何学、运动学对于揭示背斜成因机制以及认识陆内构造变形具有积极作用.本文以覆盖通南巴背斜的三维地震资料为基础, 运用断层相关褶皱理论和平衡复原等方法, 精细刻画出通南巴背斜几何学与运动学特征, 并建立构造模型, 探讨其成因机制.研究表明, 通南巴背斜总体具有"东西分段、上下分层、早晚期构造叠加"的特征, 具体表现为: 1)受控于三叠系嘉陵江组膏盐滑脱层、志留系泥岩局部滑脱层以及前震旦系滑脱层, 通南巴背斜分为上、中、下、深4套构造层, 表现为多层滑脱变形特征, 其中, 中部构造层变形强度最大; 2)深部(前震旦系)构造楔发育于整个通南巴背斜, 其个数和几何学形态的变化直接影响了上覆背斜形态以及分段性背斜高点差异; 3)位移沿楔端点向前传递过程中, 受到川中刚性基底的阻挡, 背斜前翼旋转, 形成次级褶皱调节断层; 4)通南巴背斜晚期受大巴山向西南推覆挤压的叠加作用, 表现为中部构造层在东北段发育一系列双重构造和叠瓦构造, 并导致嘉陵江组以上地层被动变形褶皱.     

岩性差异对岷江龙门山河段剖面样式的影响

在岩性构成复杂的岷江龙门山河段,河谷两侧龙门山山顶面主要坡折点与岩性界线基本对应,但河床剖面上没有表现出明显的与岩石抗蚀界限相对应的阶梯状变化。研究结果表明,龙门山地区线状剥蚀速率是面状剥蚀速率的2.1倍,河床表面因岩性差异形成的原始地貌陡坎被水流剥蚀殆尽,从而导致该区域河床剖面样式与山顶面剖面样式存在显著差异。     

龙门山多层分层拆离地壳结构:新构造变形与深部构造证据

2008年5.12汶川地震发生后,对于龙门山地壳结构及其与汶川地震的成生联系成为构造地质学研究极为关注的科学问题。然而,现有的多种龙门山地壳结构模式在综合解释表层构造变形及深部构造时与调查和探测资料均有不符。利用前人地球物理探测成果,结合穿过龙门山主要发震构造单元彭灌杂岩及雪隆包岩体的综合构造剖面,将地表构造与深部地壳探测资料结合进行了综合解释,认为龙门山逆冲构造带中的多重冲断推覆构造由约10 km深处的拆离断层分隔,因而应该只是浅层次构造变形的组合样式;在中、下地壳韧性流壳层的主导下,扬子地块基底被动?入并形成多层拆离的韧性流变构造组合。5.12汶川地震及余震是由于以彭灌杂岩和雪隆包岩体为代表的刚性体,在上部韧性流壳层前端的持续推挤作用下,发生破裂而形成的。