塔里木盆地玉东-玛东构造带断层相关褶皱样式及演化

玉东-玛东构造带位于塔里木盆地,是在中寒武统膏盐层上滑脱的大规模褶皱冲断带,内部发育多种断层相关褶皱。目前对此构造带的研究,多关注了构造带的局部以及断裂变形。本文根据断层相关褶皱理论,利用地震资料,分析了玉东-玛东构造带内构造样式上的差异性,并通过二维构造正演模拟,建立了典型构造样式的运动学模式。认为研究区内玉东、玛东、塘北3个分区,具有不同的构造样式。玉东地区主要发育和铲式逆断层相关的断弯褶皱,玛东、塘北地区则发育断层突破的滑脱褶皱,突破断层在玛东地区为铲式断裂,而在塘北地区为坪-坡-坪式断裂。根据上奥陶统变形特征及其顶面不整合面之上的地层年代,认为玉东-玛东构造带的变形始于晚奥陶世,主要断裂及其相关褶皱形成于晚奥陶世末期。玉东地区在晚奥陶世早期,形成基底-盖层的低幅褶皱,在晚奥陶世末,形成铲式断裂及断弯褶皱;玛东和塘北地区变形发生在上奥陶统沉积之后,经历了滑脱褶皱和断层突破阶段。通过对比分析认为,断层相关褶皱样式的差异,与膏盐层岩性、厚度,上奥陶统岩性、厚度及构造转换作用有关。本研究有助于完善对塔里木盆地早古生代末期构造变形及演化的认识。     

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。     

巴布亚新几内亚奥雷褶皱冲断带构造几何学与运动学特征

奥雷褶皱冲断带是巴布亚新几内亚油气勘探的重要区域,但对褶皱冲断带的构造变形样式与演化认识不清。利用覆盖全区的2D和3D地震资料、钻井和地质信息,结合前人在该地区的地质研究成果,以断层相关褶皱理论为指导,对地震资料进行了闭合解释,系统分析了该区褶皱冲断带的构造几何学与运动学特征。研究结果表明:奥雷褶皱冲断带沿走向可以分为东段、中段和西段3段,其构造变形具有明显的差异性:(1)沿倾向从NE向SW具有变形层次渐浅、卷入层系渐新、变形程度渐弱的变化特征;(2)沿走向从NW向SE表现为扩展范围渐小、前陆沉积层系渐新、构造变形时间渐晚、缩短率渐大、缩短量渐小的特征;(3)西段和中段垂向上分层解体,东段为继承性变形。本次研究将助力巴布亚新几内亚的油气勘探,并为澳大利亚北缘区域构造演化研究提供盆内证据。     

库车前陆褶皱-冲断带前缘盐构造分段差异变形特征

库车前陆褶皱-冲断带前缘秋里塔格构造带发育大量盐构造,其类型丰富多样。根据野外露头、钻井和地震资料识别出的盐构造样式主要有盐推覆、盐枕、盐墙、盐焊接、鱼尾构造、盐撤凹陷、突发构造、断层传播褶皱、断层转折褶皱和三角带构造等。秋里塔格构造带盐构造变形表现出明显的分段差异变形特征,其中西段却勒地区以古隆起(盐下)—盐枕(盐层)—逆冲推覆构造(盐上)为主;中段西秋地区以构造斜坡(盐下)—盐墙(盐层)—断层传播褶皱、向斜(盐上)为主;东段东秋地区则以断层转折褶皱(盐下)—盐推覆(盐层)—断层传播褶皱(盐上)为主。造成这种盐构造分段差异变形的主要控制因素包括基底断裂、含盐层系、构造转换带和变形空间等方面的差异性,其中基底构造和含盐层系的差异性起主导作用。     

广义"断层转折褶皱"的几何学正演数值模拟

提出了一个广义“断层转折褶皱”的几何学数值模拟方法,并用C＋＋语言编制了相应的数值模拟软件。该软件能模拟非常复杂的褶皱冲断系统,包括多转折“剪切断层转折褶皱”（multi-bend shear fault-bend folds）、复合楔体构造（composite wedge structures）、以及多滑脱层褶皱冲断系统（multi-detachment fold and thrust systems）。通过把一个沉积岩层分解成“膝折带”（kink-band）和“膝折楔”（kink-wedge）两部分,解决了模拟曲线形态的多转折断层转折褶皱的难点问题,而以往的几何学方法仅对真实的褶皱形态作了粗略的线性近似。通过把复杂的褶皱冲断系统分解成一系列迭加的滑脱层系,可以模拟复杂的楔体构造,并提供这些构造演化的二维动画。该软件被应用于美国加里福尼亚州的Wheeler山脊,一个活动的楔体构造,其构造解释得自于大量钻井数据,正演数值模拟再现了该构造的主要特征。     

断层相关褶皱的几何学模型及其应用

在前陆盆地逆冲带中发育两种主要的断层相关褶皱构造样式：断层转折褶皱和断层传播褶皱。利用断层相关褶皱的下伏断层和上覆褶皱之间的角度参数存在的函数关系,可以对自然构造横剖面的构造解释进行检验。由于在时间地震剖面下的构造图形由于产生变形而与实际的自然构造有一定的偏差,这会影响几何学模型检验的有效性,因此在应用的过程中需要进行校正。通过地震速度谱将时问地震剖面转化为深度地震剖面,然后利用几何学关系对断层相关褶皱的构造剖面进行了检验。     

库车坳陷东部断裂特征与构造演化

山前逆冲褶皱带的几何学和运动学研究属于构造地质学前沿课题,也是全球山前盆地油气勘探开发所关注的问题.综合二维地震剖面、钻测井数据、地质填图资料,建立了库车坳陷东部两类断层几何学和运动学模型,绘制了吐孜洛克断层和东秋里塔格断层断距分布图以及东秋里塔格背斜位移缩短量分布图.研究资料表明库车坳陷东部发育两种类型断层,古近纪发育高角度逆冲断层,造成山前基底抬升,白垩系-古近系被剥蚀;上新世发育低角度逆冲断层,引发库车坳陷中生界-新生界变形,形成盆地腹部隐伏的叠瓦状逆冲构造.      

龙门山冲断带构造特征研究主要进展及存在问题探讨

在前人研究成果基础上,对龙门山冲断带差异构造变形特征,构造几何样式,构造演化等几个方面进行了综述。研究表明,龙门山冲断带具有明显差异构造变形特征,即东西分带、南北分段、上下分层,同时发育大量构造变形样式,如断层相关褶皱、三角带、飞来峰、双重构造等等,在经历了多期复杂构造演化之后,构造变形样式具有多期叠加特征,最后提出详细地表构造地质建模、地震剖面精细解释及合理模型的建立,同时结合多种量化测试分析手段能够有效推进龙门山冲断带复杂构造样式与多期构造演化阶段分析研究工作,以及推动该地区的油气勘探。     

南天山库车褶皱冲断带构造几何学和运动学

印度板块与欧亚大陆的汇聚作用和持续碰撞使中亚内陆沿天山、昆仑山、阿尔金山发生变形,山脉前沿发育褶皱冲断带。南天山库车褶皱冲断带中段库车河地区发育3～4排东西走向的逆冲(掩)断层和相关褶皱,逆冲(掩)断层由北向南扩展,断层和褶皱的形成时代自北向南逐渐变新,北部山前带的变形发生于前中新世,南部秋立塔克背斜带和亚肯背斜带的变形时代为上新世(5.2±0.2Ma)。通过构造几何学和运动学分析,作者提出了库车褶皱冲断带的构造变形方式和演化模型。     

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。     

Seismic profile analysis of the Kangra and Dehradun re-entrant of NW Himalayan Foreland thrust belt,India: A new approach to delineate subsurface geometry

In the NW Sub-Himalayan frontal thrust belt in India, seismic interpretation of subsurface geometry of the Kangra and Dehradun re-entrant mismatch with the previously proposed models. These procedures lack direct quantitative measurement on the seismic profile required for subsurface structural architecture. Here we use a predictive angular function for establishing quantitative geometric relationships between fault and fold shapes with ‘Distance–displacement method’ (D–d method). It is a prognostic straightforward mechanism to probe the possible structural network from a seismic profile. Two seismic profiles Kangra-2 and Kangra-4 of Kangra re-entrant, Himachal Pradesh (India), are investigated for the fault-related folds associated with the Balh and Paror anticlines. For Paror anticline, the final cut-off angle \(\beta =35{^{\circ }}\) was obtained by transforming the seismic time profile into depth profile to corroborate the interpreted structures. Also, the estimated shortening along the Jawalamukhi Thrust and Jhor Fault, lying between the Himalayan Frontal Thrust (HFT) and the Main Boundary Thrust (MBT) in the frontal fold-thrust belt, were found to be 6.06 and 0.25 km, respectively. Lastly, the geometric method of fold-fault relationship has been exercised to document the existence of a fault-bend fold above the Himalayan Frontal Thrust (HFT). Measurement of shortening along the fault plane is employed as an ancillary tool to prove the multi-bending geometry of the blind thrust of the Dehradun re-entrant.     

Displacement transfer from fault-bend to fault-propagation fold geometry: An example from the Himalayan thrust front

The leading edge of the ENE-trending Himalayan thrust front in Pakistan exhibits along-strike changes in deformational style, ranging from fault-bend to fault-propagation folds. Although the structural geometry is very gently deformed throughout the Salt Range, it becomes progressively more complex to the east as the leading edge of the emergent Salt Range Thrust becomes blind. Surface geology, seismic reflection, petroleum well, and chronostratigraphic data are synthesized to produce a 3-D kinematic model that reconciles the contrasting structural geometries along this part of the Himalayan thrust front. We propose a model whereby displacement was transferred, across a newly-identified lateral ramp, from a fault-bend fold in the west to fault-propagation folds in the east and comparable shortening was synchronously accommodated by two fundamentally different mechanisms: translation vs. telescoping. However, substantially different shortening distribution patterns within these structurally contrasting segments require a tear fault, which later is reactivated as a thrust fault. The present geometry of this S-shaped displacement transfer zone is a combined result of the NW–SE compression of the lateral culmination wall and associated tear fault, and their subsequent modification due to mobilization of underlying ductile salt.     

伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用

本文总结了伸展断层相关褶皱的发育类型,主要包括伸展断层传播褶皱与伸展断层转折褶皱(也叫断弯褶皱)等.伸展断层传播褶皱多形成在较陡的正断层之上,正断层向上传播使断层顶部地层弯曲,进而形成一个伸展的断层传播褶皱,其发育模式与三剪变形发育模式一致.车镇凹陷是渤海湾盆地南部一个典型的中新生代半地堑盆地.本文通过对横穿车镇凹陷的...     

库车冲断带秋里塔格构造带东段构造样式与构造演化

秋里塔格构造带位于库车褶皱冲断前缘,其东段包括东秋里塔格背斜和库车塔吾背斜。野外调查和地震剖面解释表明:秋里塔格构造带东段盐下发育断层转折褶皱; 盐上东秋里塔格背斜为滑脱箱状背斜,库车塔吾背斜核部为南倾逆冲断层所破坏。演化剖面显示秋里塔格构造带东段在侏罗纪断陷期发育了正断裂,其后为平静期,直到库车晚期后逆冲断层和褶皱快速发育,背斜最终形成。膏盐岩及古构造对构造变形具有重要影响,一方面作为滑脱层,分割了盐下层与盐上层,导致二者形成不同的构造样式; 另一方面塑性流动充填于背斜核部。由于膏盐岩的厚度差异,东秋里塔格背斜盐上发育褶皱,而库车塔吾背斜核部被逆冲断层破坏,膏盐层厚度还影响了膏盐层上下构造高点的相对位置。盐下构造的发育受侏罗纪古构造控制,进而影响了盐上构造的发育。     

断层相关褶皱的三维构造几何学分析:以川西三维地震工区为例

现有的断层相关褶皱理论均基于平衡剖面原理而建立的二维几何学模型。所谓的假三维模型则是通过一系列的二维剖面复合而成的,真正意义上的三维断层相关褶皱理论尚未确立,仍然处于探索阶段。本文采用Trishear 4.0和GoCad软件,分别构建一系列不同位移量的断层转折褶皱和三剪断层传播褶皱的二维正演剖面,将这些正演剖面按照一定的线性位移梯度平行排列,从而建立起断层转折褶皱和三剪断层传播褶皱的假三维理论模型并加以分析和讨论。进而选取川西南盆地中三维地震勘探所覆盖的邛西断层转折褶皱和盐井沟断层传播褶皱,作为真三维实际解释模型的两个实例。研究表明,邛西背斜是一个典型的剪切断层转折褶皱,盐井沟背斜是一个典型的三剪断层传播褶皱;断层相关褶皱的假三维理论模型与实际解释模型的对比分析,可以看出沿背斜走向的位移梯度是控制三维构造几何学特征的基本因素,然而自然界断层面几何学的复杂多变以及岩层力学性质的各向异性,是造成断层相关褶皱真三维理论模型难以建立的主要原因。     

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。     

塔西南阿其克背斜地质构造特征及与油气关系

阿其克背斜是塔里木盆地西南坳陷南缘的一个横向转换构造, 该构造的特殊性在于其枢纽走向与造山带总体是垂直的, 而非平行。笔者通过分析阿其克背斜南、中、北3段地质剖面及各剖面中核部与两翼地层的极射赤平投影, 揭示了阿其克背斜的几何学、运动学、动力学特征。结合地震解释剖面、区域构造背景及前人研究成果, 建立了阿其克背斜形成过程的地质模型, 认为它是在断层传播褶皱和断层转折褶皱共同作用下, 以断层传播作用为主分3个阶段形成的断坡背斜构造, 垂向上自下而上分原地系统、准原地系统和外来系统中的推覆体3个构造层次。塔里木盆地的菱形边界性质造成阿其克地区EW向的挤压应力场。由于背斜上部外来系统中的推覆体南部翘起遭受剥蚀, 东侧被阿其克断层破坏, 因此对油气圈闭不利, 但在北部异地推覆体之下, 原地系统中过熟烃源岩及毗邻凹陷内的烃源岩可以通过断层、不整合面向上部准原地系统中的宽缓背斜圈闭供给油气。     

Structural geometry and deformation mechanism of the Longquan anticline in the Longmen Shan fold-and-thrust belt,eastern Tibet

The 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake is a consequence of ongoing India-Tibet collision and reflects the growth of the Longmen Shan fold-and-thrust belt. In this paper, we present new constraints on the deformation mechanism of the Longmen Shan fold-and-thrust belt, by comparing the physical models to the example of the Longmen Shan fold-and-thrust belt. The result indicates that the deformation mechanism of the belt is mainly dominated by the pre-Sinian layer, whereas locally is controlled by the Lower Triassic layer, such as the Longquan anticline. In addition, we discuss the deformation style of the Longquan anticline various along strike, based on the seismic reflection data, interpretations of structural cross-sections and field observations, as well as physical modeling. The sandbox modeling suggests that the deformation of the central segment of Longquan anticline is likely controlled by higher displacement rate, higher erosion and lower sedimentation, which is in contrast with the southern and northern segment. Moreover, the structural geometry of the central segment of Longquan anticline is more complex than the end-member models of fault-related folds, which is mainly controlled by pure-shear wedge fault-bend fold and bounded by west-verging thrust fault.Combining the studies of the structural geometry, deformation mechanism, and previous studies, we infer that the Longquan anticline is active and potentially seismogenic. Therefore, a quantitative re-evaluation of seismic hazard in Longquan anticline and adjacent area directly beneath the densely populated Sichuan basin is urgently needed.