双层滑脱构造的物理模拟：对准噶尔盆地南缘褶皱冲断带的启示

为了研究双层滑脱构造变形的主控因素,设计了3类砂箱模型,对滑脱层材料、滑脱层厚度、滑脱层黏度、上覆砂层厚度、受力边界条件等主控因素进行物理模拟试验研究。试验结果表明：不同滑脱层材料产生的变形样式不同。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式断裂构造,下部滑脱层起主控滑脱作用,上部滑脱层厚度、滑脱层之上砂层厚度越大越容易形成滑脱断层;挤压方向与受力边界间的夹角较大时,上部滑脱层容易先形成滑脱断层,其推覆体前缘水平位移较快。以不同黏度硅胶组成的滑脱层产生不同的分层滑脱构造变形样式,当下部滑脱层硅胶黏度为500～1 000Pa.s时,形成分层滑脱前展型叠瓦式构造;当硅胶黏度为2 000～2 500Pa.s时,靠近挤压端先形成背冲构造,然后在上部滑脱层形成叠瓦式构造,在下部滑脱层形成对冲三角带构造、冲起背斜构造。地震和钻井资料显示,准噶尔盆地南缘西段霍尔果斯—安集海褶皱冲断带具有双层滑脱变形特征;模拟结果认为,斜向受力边界、侏罗纪煤层以及古近纪泥岩层的分层滑脱作用是控制变形过程的主要因素。     

内蒙古固阳西部地区太古宙变质杂岩中膝折带及其与金矿关系

内蒙古固阳西部地区“东五分子群”“花岗岩—绿岩地体”在晚太古宙—早元古宙阶段,发生了四期变形。膝折作用属于第四期变形。区内的膝折作用主要发育在叶理化的岩石和糜棱岩中。它的类型有单斜膝折和共轭膝折。单斜膝折和不对称共轭膝折的形成是由于最大压缩应力方向斜交层(或叶理),夹角呈30°左右;对称共轭膝折的形成是由于最大压缩应力方向平行于层(或叶理)。膝折作用发生在早元古宙时期绿片岩相的变质环境中。本区金的矿化、运移、沉淀与韧性剪切带的活动(第二期变形)有密切关系。膝折作用与韧性剪切带叠加的构造部位,是寻找金矿的有利位置。     

底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带影响的数值模拟

滑脱层是影响褶皱冲断带的第一因素。为了探讨底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带的影响,本文通过二维有限差分软件FLAC开展了数值模拟研究。常见的泥岩滑脱层具摩擦性质,此类冲断带采用弹塑性模型;而盐岩滑脱层具蠕变性质,此类冲断带则采用黏弹塑性模型。结果表明,底部滑脱层流变性以及厚度对冲断带的变形影响很大。当滑脱层为泥岩时,发育典型的叠瓦状构造样式,变形序列为背驮式向前扩展的有序序列。而当滑脱层为盐岩时,发育背、向斜相间排列的侏罗山式构造样式,并以无序序列演化。底部滑脱层厚度的变化,对泥岩滑脱层的冲断带而言,主要改变其表面坡角,对构造样式和演化序列影响不大;但对盐岩滑脱层的冲断带影响很大,不管滑脱层最厚的地方分布在后陆还是前陆,变形都会最强烈,地表凸起最高。从后陆向前陆加厚的盐岩滑脱层结合由后陆向前陆略为减薄的上覆地层可产生罕见的后冲、后展式演化序列。这些变形的差异主要是由于盐岩比泥岩具有小得多的剪切强度所致。     

伸展背景下塑性地层对断裂发育特征影响的实验分析

为了探讨塑性层在伸展型构造反转过程中对构造格局及断裂特征的影响规律,设计了两组具有不同岩石性质的伸展砂箱模型进行物理模拟.实验结果表明:在相同的伸展应力作用下,相对纯石英砂岩区,塑性地层的存在导致断层发育的时间更早,并且断层的断距及延伸长度更大;塑性地层的存在也可以影响断裂的发育格局,更容易形成滑脱型断层.在伸展型构造反转过程中,塑性地层主要起2个方面的作用:（1）塑性层上部形成断层的规模相对较大,而脆性地层上部趋向于形成多条断层,规模相对小;（2）塑性层上部与边界拆离断层倾向相反的断层数量和规模明显大于倾向相同的断层,揭示了塑性层对与边界拆离断层相同倾向断层的抑制作用.将模拟结果与北部湾盆地乌石凹陷东洼的类似构造进行对比,表明塑性地层的存在对伸展型反转构造断裂发育具有很大的影响,这将对该地区构造的深入认识及下一步油气勘探提供新的依据.      

中国中西部褶皱冲断带构造变形机制与结构模型

基于复杂构造解析和实验模拟研究,揭示了中西部前陆褶皱冲断构造带主要表现为受侧向挤压形成的滑脱冲断构造变形过程和结构样式;明确了单层滑脱挤压冲断构造变形存在临界增生和非临界增生两种变形机制,发育脆性拆离型、塑性滑移型和黏性流动型3种作用类型,并受滑脱层强度、地层厚度、底部边界和外动力过程等4种主要因素影响。复杂冲断构造带基本上表现为受多层单滑脱作用控制形成的垂向叠置组合结构,本文提出了复杂滑脱冲断变形结构的可分解性以及受不同性质的滑脱层组合控制形成特征结构模式,并揭示了前陆冲断带前缘多滑脱构造变形结构中由浅层向深层逐渐发育的变形时序;建立了中西部再生前陆冲断带结构模型、构造单元以及基本构造类型;并基于前陆盆地多阶段构造演化过程以及晚期的隆升剥蚀-沉降沉积过程,提出了中西部两种类型冲断带的控油气作用及其勘探领域。     

松辽盆地古龙凹陷泉头组坡折带特征及其对沉积层序的控制作用

依据地震、钻井、测井、地层对比以及地层厚度等资料,对松辽盆地古龙凹陷泉头组坡折带进行了深入研究,发现 该区发育三种类型坡折,即断裂坡折、挠曲坡折和沉积坡折,坡折带沿着凹陷西部英台鼻状构造呈南北向弧形分布,平均 坡降介于19‰~50‰之间。坡折带的发育对层序结构及沉积演化具有重要控制作用,断裂坡折带发育于层序的底部,控制 了SQ11河流相加积型层序的发育,其特点是坡折下部地层厚度是上部的2倍。挠曲坡折带发育于层序中部,呈现缓坡带 （α） 和陡坡带（β） 两段式特点,四级层序SQ21在坡折部位发育密集的上超点,形成了以湖相上超为特点的层序结构,同 时坡折带两侧地层具有上薄下厚的分布格局。沉积坡折带分布在层序顶部,控制了五级层序SQ22-1的发育,形成了湖泊 -三角洲相进积型层序,具有坡折下部薄、上部厚的分布特点。断裂坡折带控制的河流相加积型层序,有利于断层上倾遮 挡及点坝透镜体圈闭的发育;挠曲坡折带控制的湖相上超型层序,有利于岩性上倾尖灭圈闭的发育;沉积坡折带控制的湖 泊-三角洲进积型层序,有利于河口坝型岩性圈闭的发育,因此,坡折带的研究对于松辽盆地古龙凹陷油气勘探具有重要 的指导意义。     

浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对变形影响的物理模拟研究—对乌什和库车褶皱冲断带的启示

在褶皱冲断带的构造变形中,滑脱层是影响变形的主要控制因素之一。塔里木盆地北缘的乌什和库车褶皱冲断带的构造变形主要受到深浅两套滑脱层的控制,且浅部滑脱层沿走向存在厚度和性质差异。本文采用物理模拟研究方法,结合乌什和库车褶皱冲断带的地质背景,设计了4组实验模型,研究双滑脱层模型中浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对褶皱冲断带变形的影响。实验中用微玻璃珠模拟页岩、泥岩等脆性滑脱层,用硅胶模拟盐岩、膏盐岩等韧性滑脱层。实验模型共铺设两套滑脱层,其中基底滑脱层为均匀分布的脆性滑脱层,而浅部滑脱层沿走向存在厚度和性质差异。实验结果表明:在双滑脱层模型中,浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对褶皱冲断带的构造变形及楔体坡度值具有重要的控制作用。具体表现为:①当浅部滑脱层沿走向存在厚度差异时,浅部滑脱层较薄一侧的变形制约较厚一侧的变形传递,导致模型整体变形前锋的传递距离较近,且模型两侧的变形前锋的扩展范围基本一致。较薄一侧的断层发育数量明显比较厚一侧的数量多、间距小,且楔体坡度值自较薄一侧向较厚一侧逐渐减小。②当浅部滑脱层沿走向存在性质差异时,浅部脆性滑脱层一侧表现为上下一体的变形,而韧性滑脱层一侧表现为上下分层变形。在两侧浅部滑脱层厚度一致的情况下,韧性滑脱层一侧的传播速度总体快于脆性滑脱层一侧,但两者的最终传递距离趋于一致,楔体坡度值从脆性滑脱层一侧向韧性滑脱层一侧逐渐减小;当浅部脆性滑脱层的厚度减小时,随着缩短量的持续增加,模型两侧变形前锋的传递距离仍然具有趋于一致特点,且模型的楔体坡度值整体偏大,但脆性滑脱层一侧的楔体坡度值始终大于韧性滑脱层一侧。此外,模拟结果验证了在乌什和库车褶皱冲断带中,浅部滑脱层沿走向的性质差异是造成构造样式差异的主要控制因素,但并不一定是造成该冲断带变形前锋发生大规模偏转的根本原因。     

西南某坝区结构面成因机理及其工程地质意义

通过对坝区断层和层间错动带发育规律研究,认为这两类结构面形成受控于构造和浅表生改造。从分析区域构造特征和地层岩性入手,探讨了结构面的构造成因,并建立其构造成因模式,断层类结构面属于共轭剪切破裂基础上的逆冲模式;层间错动带属于纵弯梁的剪切滑脱模式。通过对坝区结构面浅表生改造的分析,揭示了结构面的性状变化规律,断层类结构面表现出厚度、物质类型及性状的分段性特点。     

川西地区构造滑脱层岩石力学特征及构造变形意义

通过川西地区岩石样品单轴抗压强度测试和三轴抗压强度测试,认为岩石抗压强度与岩石密度具正相关关系。早期地层常具有较大的岩石抗压强度、弹性模量、泊松比,粘聚力亦具有类似变化趋势。构造滑脱层应具有相对较小的单轴抗压强度、较小的弹性模量和较小的泊松比。该区从上侏罗统至中奥陶统各地层中发育多套滑脱层,即上侏罗统蓬莱镇组、中三叠统雷口坡组、下泥盆统和志留系等。滑脱层在构造变形中多表现为各逆冲断裂下部汇聚或尖灭消失的构造软弱带,且滑脱层上部层位构造变形强度较大,多形成密集分布的逆冲断裂带,而滑脱层下伏区域构造变形微弱,多形成倾角较缓的单斜构造或者宽缓褶皱。     

川东南马尾状褶皱带特征与形成机制的物理模拟

川东南地区是我国南方重要的天然气探区,气藏分布受与该区的褶皱带构造演化密切相关.该区褶皱带呈现马尾状平面构造样式,对于这种特殊褶皱样式的形成机制存在不同的观点.构造物理模拟是研究构造形成机制的有效手段.为此,笔者在对该区马尾状褶皱特征详细分析的基础上,设计了5组模型,分别考虑边界几何形态、地层流变学结构、韧性层粘度和基底摩擦系数等4个因素,对该褶皱带的形成机制开展系统研究.结果表明:（1）该区马尾状褶皱带的形成与川东华蓥山断裂和齐岳山边界断裂形态关系密切;（2）脆/韧性地层厚度比和脆性层的厚度差对褶皱波长和样式具有重要控制作用;（3）适当的基底摩擦力是形成马尾状褶皱带的重要条件;（4）四川盆地内部、川东地区和湘鄂西地区基底流变学强度差异对该区马尾状褶皱带也具有重要影响.      

塔里木盆地基底卷入扭压构造与巴楚隆起的形成

在板块斜向碰撞中,与走滑断层相伴生的隆升是弯曲挤压的必然结果。印度板块与欧亚板块的斜向碰撞使得塔里木盆地边界和内部发育的基底卷入构造大多表现出逆冲与走滑断裂的双重特征。本文通过地震、钻井和构造几何学、地面资料约束研究表明,巴楚隆起两侧的阿恰-吐木休克和色力布亚-玛扎塔格断裂是由基底卷入构造和扭压构造复合而成的基底卷入扭压构造。这种构造样式的组合包括3个部分,即两端的基底走滑断裂和中段的基底卷入逆冲断裂。巴楚隆起的形成主要与阿恰-吐木休克断裂的基底卷入扭压构造活动有关。巴楚隆起的形成过程具有“跷跷板”特点,可分两个阶段:巴楚隆起前石炭纪沿南缘的玛扎塔格断裂抬升,地层最大剥蚀厚度至少530m;前古近纪,主要剥蚀区沿吐木休克断裂以南展布,推测最大剥蚀厚度超过1100m。巴楚隆起南段的主变形期是在前石炭纪完成的,地层缩短量约占55%;北段推迟到前古近纪,缩短量占55%;而中段的地层缩短量一直在逐步增强,前上新世达到最大,占52%。     

塔里木盆地巴楚隆起断裂系统主要形成时代的新认识

巴楚隆起是塔里木盆地的一个次级构造单元,内部断裂走向以北北西向为主,北侧与之相邻的柯坪冲断带走向近东西向,属于南天山构造体系。两个断裂系统在平面上呈近于正交的关系。巴楚隆起大面积缺失中-新生界,其内部断裂体系起始活动时间的确定较为困难。本文通过对于巴楚和柯坪地区新生代地层序列特征对比研究及其接触关系分析,指出中新世巴楚隆起南北向断裂体系开始形成,向北一直延伸到柯坪构造带之中。同时对两个构造单元的南北向断裂的对应性进行了研究,指出柯坪东西向断裂系统的主要活动期是上新世(N₂)以后,现今柯坪构造带南北向和东西向断裂体系是不同时期构造的叠加。以此给出了巴楚和柯坪断裂体系形成的构造地质模型。     

塔里木盆地巴楚隆起的三维地质结构及成因机制

塔里木盆地为中国西部大型克拉通盆地,巴楚隆起是塔里木盆地内部中央隆起带西部的一个重要构造单元,其所发育的边界断裂严格限制了巴楚隆起的范围,边界断裂的发育使得巴楚隆起的形成表现为一个复杂过程,探讨其形成过程及机制可为研究克拉通内变形特征及机制提供依据。文中借助于钻井及地震解释资料,刻画了巴楚隆起所发育的断裂特征及地质结构,并建立了其三维地质结构模型,结合大地构造背景及演化特征剖析了巴楚隆起的形成机制。通过研究,巴楚隆起在纵向上可识别出7个主要不整合面,并以此为界面,结合演化特征,将巴楚隆起自下而上划分为7个构造层;结合断裂带展布特征及地层构造形态,将巴楚隆起在平面上划分为西部断垒带、阿恰-吐木休克断裂带、海米罗斯-玛扎塔格断裂带、东部向斜带等4个次级构造单元;通过研究,巴楚隆起初始形成于晚奥陶世末期,晚二叠世末期强烈隆升,新近纪早期进一步隆升,上新世至第四纪时仍遭受挤压改造形成现今面貌,其形成演化主要受到边界断裂影响。     

探讨塔里木盆地巴楚断隆的正反转构造

巴楚断裂位于塔里木盆地中央隆起带西段,经历了古生代拉张断陷,中,新生代挤压隆升的正反转构造演化历史,早古生代,巴楚地区位于克拉通内坳陷的南翼,晚古生代,西段为－ＮＷ向的低隆,东段仍是阿瓦提凹陷的一部分;中生代形成断隆雏形,新生代形成现今西高东低,北高南低的前缘断块隆起,其主要构造反转期为第三纪,巴楚断隆的发育极大地受南到北两凹陷沉降的影响,其成因主要是由于板块碰撞和走滑断裂活动所形成的剪切挤压所致     

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。     

塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性

研究区位于塔里木盆地西部,主要跨越巴楚断隆和阿瓦提凹陷两个构造单元.自寒武纪以来,本区主要经历了三次挤压作用,形成了第一期北西向、第二期南北向和第三期北西向褶皱和断裂构造.断层活动性是断层封闭性研究的基础和关键.活动断层的主体部分是开启的,但即使是强烈活动的断层,只要在储层或生油层附近发育较多的泥岩层构成与之相接的泥岩剪切带,断层的这些部分仍然具有封闭性.断层的封闭性应该在断层活动性研究的基础上作进一步分析.塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性研究表明,第一期北西向断层在中寒武世-泥盆纪和第三纪-第四纪、第二期南北向断层在晚二叠世和第三纪-第四纪、第三期北西向断层自老第三纪形成以来主体部分分别处于开启状态.     

塔里木盆地巴楚隆起北缘阿恰基底卷入构造

塔里木盆地巴楚隆起为第四系不整合覆盖的古隆起,在其西北缘发育NW走向的阿恰断裂、萨拉姆布拉克背斜、向斜和隐伏的乔来麦提断裂。地震剖面和钻井资料显示,阿恰断裂为倾向南的基底卷入逆冲断裂,向北逆冲,错断层位从前寒武系基底一直到中寒武统膏岩,从西向东逆冲断距减少。乔来麦提断裂则以中寒武统膏岩为滑动面,向南逆冲,并在断层端部发育萨拉姆布拉克断层扩展褶皱。这两种类型构造样式的断裂(基底卷入断裂和盖层滑脱断裂),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。遥感影像解译指出阿恰断裂和萨拉姆布拉克向斜向北西方向延伸进入柯坪逆冲带,并在该带有相应方向的地表构造显现,与北东走向的柯坪逆冲带组成叠加构造。生长地层分析确定基底卷入构造形成于始新世—中新世,而柯坪逆冲带形成于第四纪,明显晚于巴楚隆起形成时代。     

塔里木盆地巴楚隆起北缘吐木休克弧形基底卷入斜向滑移构造

石油地震资料揭示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,地表为第四纪陆相碎屑岩不整合覆盖,隐伏隆起大部分区域缺失中、新生界。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。根据钻井资料和二维地震测线详细的构造解释,应用断层相关褶皱理论得知：吐木休克基底卷入逆冲断层是在中生界早期形成的基底卷入楔形构造的基础上,在新生界晚期再次活动形成的;新生代晚期中亚地区强烈陆内变形,导致塔里木盆地先期形成的巴楚隆起再次挤压隆升;晚期变形过程中,先存构造与形成新构造挤压方向的偏差导致新构造发育有走滑分量,形成典型的斜向挤压构造——吐木休克旋转弧形构造。平面分布上,弧形构造东西向延伸的中段和北东向延伸的西段,早期为基底卷入楔形构造,晚期发育基底卷入逆冲构造;近北西向延伸的东段,晚期发育基底卷入楔形构造叠加在早期基底卷入楔形构造之上,说明该构造至少经历了两期变形。由于晚期基底卷入逆冲断层具有走滑分量,导致盖层单斜构造发育3类应变带及相应构造：拉伸变形带发育的正断层、剪切变形带发育的走滑断层及挤压应变带即走滑构造分量;西段发育左行逆冲走滑断裂带及伸展变形;东段发育右行逆冲走滑断裂带。弧形构造西部发育的构造样式与2012年Keating等模拟的斜向断层位移形成的构造样式非常相似,说明弧形构造西段吐木休克基底卷入逆冲构造具有走滑分量,从而合理地解释了该区发育的构造样式及正断层形成机制。     

塔里木盆地玛扎塔格断裂带变形特征、演化及对深层油气成藏的控制

玛扎塔格断裂带的演化过程对塔里木盆地巴楚隆起和麦盖提斜坡油气成藏有着重要的控制作用.根据最新地震资料的精细解释和构造解析,分析了玛扎塔格断裂带的变形结构、样式和变形过程.玛扎塔格断裂带的变形分为上、中、下（深）3层结构,分别形成于不同时期.玛扎塔格断裂带变形的差异性主要体现在中层构造,从东往西控制中层构造发育的逆冲断层及其反冲断层的位移量不断加大,褶皱核部的剥蚀量也向西持续增加.玛扎塔格断裂带深部背斜构造存在发育盐下白云岩原生油气藏的可能,后期的变形没有破坏早期形成的深层背斜构造.玛扎塔格断裂带深部背斜构造的盐下白云岩是油气勘探的有利方向.      

三维构造恢复中原位归属问题的方法技术

针对目前复杂构造三维恢复过程中地质体产生空间位置变化的不确定性,采用三维原位恢复方法,以巴楚断隆S1 构造为例,通过对比S1 构造恢复过程中所选取的标准区域与样本区域在构造变形前后的空间位置变化,分析构造变化过程中S1 构造整体模型的位置变化规律; 并据此将构造复原后的模型整体变化至初始位置,消除S1 构造因去掉石炭系顶面断距带来西南方向的位移,也消除了因去掉石炭系褶皱所带来西南方向的位移。研究表明,运用三维原位恢复技术,能够确保地质模型在构造复原前后空间位置不变,进而保证研究主体在构造恢复过程中空间位置的相对稳定,为分析构造变形带来的影响奠定空间比较基础。