褶皱冲断带物理模拟实验研究进展

褶皱冲断带油气资源丰富,统计表明全球探明油气储量约14%分布在褶皱冲断带。自从1815年地质学家第一次以模拟实验的方式验证了褶皱形成于岩层遭受水平挤压变形的二百多年来,针对褶皱冲断带的物理模拟实验研究无疑是最卓有成效的研究领域方向之一。本文从追溯早期模拟实验先驱,到近二十年来国内外相关研究进展综述,着重分析和评述物理模拟实验研究对于前陆褶皱冲断带构造理论发展的主要贡献。强调造山带临界楔体理论以及基底滑脱层强度、流体超压和变形岩层内聚强度等对构造变形过程的控制作用。主要介绍的实验性标志成果有：(1)褶皱冲断带构造变形的生长规律;(2)褶皱冲断带的构造变形机制;(3)褶皱冲断带中构造变形的主控因素。我们的目的是提供引人入胜的物理模拟实验研究成果,吸引更多现在和未来的研究人员理解和重视物理模拟工作,借助日益进步的实验装置和技术方法,促进盆地构造研究在学科发展道路上,一步步实现从定性走向定量、从二维走向三维、从几何学和运动学走向动力学的飞跃。     

黄土高原降水对土壤含水量和导热率的影响

基于局地降水是引起黄土高原塬区土壤含水量变化的主要原因,利用黄土高原白庙塬区20052010年观测的土壤含水量和降水资料以及2012年夏季观测的土壤温度和含水量资料,分析了土壤含水量、导热率与降水的相关关系,重点分析了10.0,20.0和40.0 cm土壤含水量的蓄积以及20.0 cm土壤含水量与前期总有效降水的响应。结果表明:(1)不同深度土壤含水量的月变化比较一致,其中降水对5.0 cm土壤含水量的正强迫作用最为显著;(2)10.0 cm和40.0 cm土壤含水量年变化存在两个峰值,分别在3 5月和8 10月;(3)土壤含水量和前期总有效降水的拟合效果在夏季最好,二者在20.0 cm土壤层的相关系数达到0.84,高于其他观测层;(4)在试验前期,土壤含水量迅速增加使得土壤导热率明显升高。持续观测发现虽然土壤导热率会随着降水出现波动,但整体的相关性并不高,没有明显规律。     

河西走廊沙尘暴50 a频率突变检测分析

 利用1958年至2007年民勤、敦煌、武威、张掖、景泰的沙尘暴春季发生频次资料,运用滑动t检验和滑动F检验进行突变检测分析,根据检验结果综合确定突变点及其突变强度,寻求沙尘暴发生频率突变规律及产生原因,为沙尘暴发生频率的变化趋势研究和预测提供参考。滑动t检测结果显示,5站点的沙尘暴春季频率突变数量呈现往东部递增的趋势;降低突变较多;升高突变年份集中在20世纪60年代末期和90年代末期,降低突变主要出现在1983年及2002年前后;均值降低突变强度大于升高突变。滑动Ｆ检验结果显示突变均是方差降低突变;河西走廊中东部的沙尘频率波动性差异较其他地区更为显著;方差突变出现在80年代中期及90年代初期,其余时间的波动性的差异维持在一个较低的水平。当对沙尘暴发生频率进行滑动t及滑动F检验时,两种情况下的降低突变检测结果存在一定的对应关系。河西走廊地区的沙尘暴发生频率突变与地面风速、大风日数、降水量及平均气温的突变存在密切联系,可作为沙尘暴频率突变的预测因子。     

四川龙门山北段唐王寨-仰天窝向斜麻柳村辉绿岩斜锆石U-Pb同位素定年及其地质意义

为确定龙门山北段唐王寨-仰天窝向斜内发育的NE向辉绿岩脉的侵位时代、构造背景,探讨其是否与峨眉山地幔柱活动相关,对向斜内麻柳村处的辉绿岩样品进行了斜锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测年、主量和微量元素分析。结果表明,辉绿岩斜锆石U-Pb同位素年龄为261.1±1.8Ma;属于高钛型拉斑玄武岩,高铝(13.39%~14.02%)、高铁(13.88%~14.67%)、低镁(4.43%~4.56%),富集大离子亲石元素和轻稀土元素,Nb/La=0.84~0.85、Th/Ta=2.40~2.45、Ta/Hf0.25,具有与洋岛玄武岩相似的地球化学特征,Nb-Ta略微负异常,暗示其可能源于富集型地幔并受到少量陆壳物质混染,形成于大陆板内环境。与峨眉山玄武岩质火成岩对比发现,两者具有高度一致的形成时代及相似的地球化学特征。据此认为,该区辉绿岩为峨眉山地幔柱活动的产物,峨眉山玄武质岩浆的活动已经波及至龙门山北段及川西北地区,可能影响了该区的生物环境及油气成藏。     

川东侏罗山式褶皱构造带的物理模拟研究

川东地区发育一系列NE走向的侏罗山式褶皱构造,按照褶皱的组合形态,自东向西发育隔槽式褶皱和隔档式褶皱,齐岳山断裂是二者的分界线。本文采取物理模拟手段对川东侏罗山式褶皱形成的控制因素进行实验研究,选取硅树脂模拟滑脱层,石英砂和微玻璃珠模拟沉积盖层,改变盖层与基底之间摩擦力、盖层的物性、滑脱层的埋藏深度等因素。模拟实验研究表明,滑脱层的深度和盖层性质是川东侏罗山式褶皱形成的主要控制因素。齐岳山断裂以东地区主要是下寒武统膏页岩充当滑脱层,滑脱层埋深较大,地表构造形态表现为隔槽式褶皱;齐岳山断裂以西地区,下二叠统泥质灰岩充当滑脱层,埋深较浅,盖层表现为隔档式褶皱。微玻璃珠是模拟侏罗山式褶皱较好的实验材料,推测川东薄皮构造带形成时候以塑形变形为主。     

郯庐断裂带渤海湾北段早新生代逆冲推覆的生长褶皱证据

高分辨率的地震剖面显示辽河盆地西部凹陷深部存在一生长断层转折褶皱。本文对地震剖面的构造变形以及褶皱两翼的生长前、生长和生长后地层的变形几何关系进行详细构造解析;利用断层转折褶皱几何变形的计算机模拟技术分别对西部凹陷南段、北段的生长断层转折褶皱进行几何变形过程的模拟,提取构造特征并与实际地震反射剖面进行对比。研究结果表明,郯庐断裂带渤海湾北段分支断层台安 大洼断层在早新生代就存在逆冲推覆过程,构造活动主要发生在沙河街组三段下至馆陶组沉积前(E2s3下～N1g前),其逆冲推覆速率为 0.116 mm/a。     

龙门山南段邛西断层转折褶皱磁组构及其有限应变

龙门山南段位于四川盆地以西,其新生代构造变形特征对于认识青藏高原东缘的变形机制具有一定的指示意义。磁组构是一种灵敏的应变指示计,在变形微弱的沉积岩地区尤为适用。在龙门山南段邛西断层转折褶皱不同构造部位选取48个采样点开展磁组构研究,分析断层转折褶皱的有限应变特征及区域构造变形机制。实验结果表明,邛西地区上白垩统中主要载磁矿物为高矫顽力的赤铁矿,背斜整体应变较弱,且存在3种类型的磁组构,以沉积磁组构和初始变形磁组构为主,铅笔状磁组构少见,主要存在于靠近褶皱中段的前翼部位,说明断层转折褶皱前翼较后翼和核部应变强,且中段地层应变较其他部位更为强烈。此外,各采样点磁线理的优势方位为近南北向(N10°E),表明邛西断层转折褶皱的形成与龙门山南段晚新生代近东西向的地壳水平缩短有关,暗示龙门山南段的最大主压应力方向在晚新生代存在转变的可能。     

2011 年日本东北Mw 9.0 级地震的岩石圈三维建模分析

 2011 年3 月11 日日本东北地区太平洋海域发生Mw 9.0 级地震。日本海沟板块俯冲速率高,地震活动性强,因此研究 程度高,到目前为止已获得了覆盖日本海沟弧前区域的地震波剖面数据。本文利用8 条岩石圈结构剖面建立了日本海沟的 三维岩石圈结构模型。日本海沟岛弧地壳由上到下包含5 层：古近系-新近系-第四系海相沉积岩、白垩系海相沉积岩、 岛弧上地壳俯冲杂岩、岛弧下地壳和地幔楔;日本海沟北部还存在中地壳;洋壳是一个双层构造,上层为熔岩和席状岩墙群, 下层为堆晶辉长岩;陆壳和洋壳之间存在一个低速的板间层。本文在三维模型基础上讨论了俯冲板块的弯曲点和弯曲轴等 几何学特征,分析了日本海沟俯冲带的历史地震和日本东北Mw 9.0 级地震主震和余震的震源分布,日本东北地区的地震活 动与太平洋板块向日本岛弧下方的俯冲活动关系密切。     

断层相关褶皱在塔里木盆地玛东地区的应用

玛东褶皱-冲断带是世界上保存最好的早古生代褶皱冲断带之一,也是塔里木油气勘探的重点区域之一。褶皱-冲 断带浅部构造由于遭受强烈剥蚀,为玛东褶皱-冲断带的构造样式和变形机制研究带来巨大的挑战。断层相关褶皱理论定 量化建立了断层形态和褶皱形态几何学和运动学的关系,是一种有效的利用断层形态来推测褶皱形态的方法,为恢复玛东 地区被剥蚀区域的构造形态提供了可能。文中详细介绍了断层转折褶皱和断层传播褶皱的几何学和运动学特征,并将其应 用于玛东地区的典型构造中,建立2 种玛东地区构造变形模式。最后结合工业地震剖面和钻井资料,认为玛东地区的主要 构造样式是断层转折褶皱, 并分析了构造样式对油气圈闭的影响。     

龙门山前陆褶皱冲断带的平衡剖面分析

对龙门山前陆褶皱冲断带形成的正反转构造过程有过许多分析 ,但明显缺乏直接的证据和定量的分析。本文在地层资料分析的基础上 ,借助平衡剖面分析验证龙门山形成的正反转构造过程 :志留纪至中三叠世受多条倾向北西的同沉积断裂控制 ;晚三叠世以来遭受北西—南东向挤压、抬升和剥蚀 ,形成逆冲推覆构造。在晚三叠世和新生代的两期板块碰撞的影响下 ,龙门山产生了两期褶皱冲断作用 ,但在南、北两段表现出显著不同的变形过程。龙门山北段表现为复杂的逆冲推覆构造 ,能明确划分出两期构造变形 ,晚三叠世的变形强烈 ,缩短率达 31.7% ;而新生代的变形较弱 ,缩短率仅为 10 .5 %。南段则表现出基底卷入的叠瓦状冲断的特点 ,主要体现新生代的构造变形 ,晚三叠世的构造变形基本上被改造 ,南段整体缩短率达 2 6 .2 %。