“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用“不协调伸展”的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——“不协调性准则”,分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——“不协调伸展”模式。该模式显示：“不协调伸展”的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;“不协调伸展”模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过“不协调性准则”加以分析和预测。     

裂陷盆地断层的形成和演化——目标砂箱模拟实验与认识

摘要 断层的分布、活动和演化是裂陷盆地构造研究的核心,也是其油气勘探的关键。大量高精度的三维地震资料表明裂陷盆地内断层分布组合十分复杂,无法用经典构造地质学理论——Anderson模式作出合理的解释, 现有的模式（叠加模式和斜向伸展模式等）也还没有很好地揭示裂陷盆地断层复杂性的实质和断层形成和演化的内在规律。本文以渤海湾盆地张巨河构造带和北部湾盆地涠西南凹陷两个有高精度三维地震资料覆盖、断层分布与组合十分复杂并富含油气的典型裂陷盆地区为原形,进行了目标砂箱模拟实验,再现了目标区构造的基本特征。砂箱实验所揭示裂陷盆地断裂系统的基本特征是：1）基底先存构造（主要所控制的断层构成了盆地断裂系统的基本格架;2）断层的形成与演化决定于基底先存断裂的取向、区域伸展方向及伸展量。首先形成的是有刚性边界基底先存断裂控制的断层。其次,形成的是薄弱带基底先存断裂控制的断层。继而,形成的是小型基底先存断裂控制的断层。最后,在远离基底先存构造的区域,形成与伸展方向垂直的新生断层。3）伸展作用早期,断层的方位主要决定于基底先存断裂的方位。随着伸展量的增大,受伸展方向的影响越来越大,晚期形成的断层常反映区域伸展作用方向。4）不协调递进伸展变形过程是导致裂陷盆地复杂断层体系的根本原因。上述砂箱模拟实验揭示的裂陷盆地在不协调性伸展作用下断层的形成与演化规律可以利用“不协调性准则”从理论上给予解释,表明在裂陷盆地中具有普遍意义。     

基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用规律

针对基底先存构造对裂陷盆地断层控制作用研究中存在的问题,应用脆性断裂新理论--“不协调性准则”来阐述、分析裂陷盆地基底先存构造控制断层形成和演化的力学机理,确定基底先存构造活动性的变化规律,探讨并初步确定基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用具有如下规律: (1)先存构造(特别是先存断裂)优先活动,这是基底先存构造能控制沉积盆地断层形成和演化的根本原因。(2)先存构造对盆地断层控制作用的强度决定于其活动性,它由先存构造的产状、力学性质和应力状态决定,可以用先存构造活动性系数(fAS)来定量描述。(3)受基底先存断裂控制的断层发育的位置和延伸方向(走向)、形成次序、继承性特征,以及分布规模等都表现出显著的规律性。(4)与伸展方向垂直,且与σ1夹角为45°-(/2)的基底先存断裂对断层的控制作用最强;随着走向与伸展方向的夹角α逐渐变小,以及倾角偏离45°+(/2),对断层的控制作用就逐渐减小。(5)基底先存断裂的规模越大,对断层的控制作用就越强;受大规模基底先存断裂控制的断层往往构成裂陷盆地的构造格架。(6)随着薄弱带抗剪强度的减小,基底先存薄弱带发生破裂的可能性不断增大,对断层的控制作用不断增强;而相对基底先存断裂而言,其影响程度则相对偏弱。上述认识可以为裂陷盆地地震资料的构造解释提供理论模型,为裂陷盆地断裂系统的形成和演化的深入研究提供理论指导。     

曲折边界斜向裂陷伸展的砂箱实验模拟

根据黄骅盆地边界几何特征简化所设计的３个砂箱实验模型表明,同一裂陷伸过程可以形成不同走向的正断层,基底菜边界方向的变化可以引起裂陷内部断层走向的变化,陷盆地断瞳向受基底展边界方向和裂陷伸展方向的共同影响,裂陷边界及其附近断层走向主要受基底伸展边界方向的影响,裂陷内部、离伸展边界较远部位的断层走向主要受展方向影响,凸菜曲折边界可以引起断层转向,而凹工折边界的复合方向构成对断层走向的控制,黄骅新生代盆     

确定裂陷盆地伸展量的分数维法

脆性断层群落的位移具有分数维牲特征，此特征可以用于建立一种裂陷盆地伸估算的新方法，即分数维法。这种方法可以用于在地震反射剖面上不可的小型断层之寂滑移造成的伸展量大小，计算结果可以约合不同计算方法之间的差异，阐明小型断层在区域裂陷作用变形过程听重要意义。以二连断陷盆地群伸展量的确定为例，详细地介绍了这种方法的使用原理和步骤。     

裂陷盆地与强拆离盆地：陆内伸展盆地的两个端元

大陆伸展构造体系具有两种端元特征，即裂谷环境和强烈的伸展地体。这些不同的构造样式形成并被记录在不同的伸展盆地中，陆内的裂陷作用通常出现在具有正常地壳厚度和热均衡的地区。裂陷沉降普遍伴随阗碱性－拉斑玄武岩岩浆活动具有大倾角的边界断层，小于１ｍｍ／ａ的滑移速率，以及小幅度伸展特征。     

裂陷盆地韧性伸展量计算模型及其在渤海湾盆地的应用

裂陷盆地在拉张过程中存在的韧性变形一直没有得到理论界的关注。两种常用的伸展量计算方法("地壳厚度变化计算法"和"断层平衡复原法")的巨大差异是由于盆地的韧性伸展分量导致的。本文建立了一套基于以上两种方法耦合应用的盆地韧性伸展量和断层滑移伸展量计算模型,并应用于渤海湾盆地。经计算,渤海湾盆地的韧性伸展量大约占总伸展量的40%左右,这是用"断层平衡复原法"计算的伸展量总是小于"地壳厚度变化计算法"计算的伸展量的真正原因。渤海湾歧口凹陷的伸展计算结果显示韧性变形速率与断层滑移速率呈正比关系,盆地在裂陷期不仅断层滑移剧烈,韧性变形速率也很大。     

粤北泥盆纪裂陷盆地特征及其演化

加里东运动结束后,华南广大地区上升成陆,仅钦防一线为残留海槽。随海西旋回海侵,观沉积断裂的继承性活动,在北东向走滑作用下,粤北盆地裂陷,古大陆板块随之解体。泥盆纪海水从灵山－贺县走滑盆地和吴川－关裂陷分地进入粤北。盆地之沉积物,清楚地反映了裂陷盆地的形成及演化历史,由早期的中基性火山喷发物－充填阶段三角洲和陆棚滨外沉积物－稳定扩大阶段的碳酸盐台地和较深水相泥硅质沉积物及“双峰式”火山岩套一盆地回返阶段的碳酸盐台地和屑滨岸沉积物,构成完整的裂陷盆地建造系列,反映该盆地属加里东拼合的年轻华南古大陆,并在海西期发生内拉张裂陷。     

裂陷盆地转换带形成演化及其控藏机理

转换带最早是在研究挤压逆冲构造时提出的,是指2条断层间相互作用的构造带。随着进一步研究发现,转换带广泛发育于伸展、挤压和走滑盆地,而且存在于不同尺度的构造中。目前认为转换带形成机制主要有断层分段生长机制和差异运动机制,断层分段生长主要经历3个阶段:孤立成核阶段、"软连接"阶段和"硬连接"阶段;差异运动作用往往导致撕裂断层的形成。基于前人的认识,结合实际地区研究,提出了一套适合裂陷盆地的转换带分类方案,总结了目前裂陷盆地中转换带的识别方法,提出应用"四图一剥"技术分析转换带的形成演化规律。转换带位置为低势区,是水系入盆的通道,从而控制着沉积作用;在此基础上,结合"源-储-圈-运-保"的耦合关系,提出裂陷盆地中转换带控藏机理的研究思路。     

中国东部中新生代裂陷盆地与伸展山岭耦合机制

中国东部中、新生代伸展构造系包括由松辽盆地、华北盆地和江汉盆地等构成的裂陷盆地 ,以及由大兴安岭、太行山及雪峰山等构成的伸展山岭。从大陆裂解和伸展构造动力学来看 ,主要存在底侵作用、对流作用和拆层作用 3种机制。因此裂陷盆地与伸展山岭耦合关系主要是深部壳幔作用在浅层的响应。     

中国西北内陆干旱盆地地下水形成演化模式及其意义

随着系统理论分析方法的引入和同位素、遥感、计算机技术和先进物探手段等的应用,内陆干旱区的地下水勘查与研究得到迅速发展。本文以作者在中国西北地区近十几年的地下水勘查与研究成果为主要基础,将内陆干旱盆地平原区地下水划分为四级地下水流系统,即山前局部地下水流系统（Ｉ）、区域地下水流系统（Ⅱ）、滞流地下水流系统（Ⅲ）和细土平原区易变的局部地下水流系统（Ⅳ）。盆地地下水的形成演化和盐分迁移主要发生在Ｉ、Ⅱ和     

东海盆地中、新生代盆架结构与构造演化

基于地貌、钻井、岩石测年和地震等资料,分析盆地地层分布、盆架结构、构造单元划分和裂陷迁移规律,结果表明东海盆地由台北坳陷、舟山隆起、浙东坳陷、钓鱼岛隆褶带和冲绳坳陷构成,是以新生代沉积为主、中生代沉积为辅的大型中、新生代叠合含油气盆地;古元古代变质岩系构成了盆地的基底。该盆地不仅是印度-太平洋前后相继的动力体系作用下形成的西太平洋沟-弧-盆构造体系域一部分,而且也是古亚洲洋动力体系作用下形成的古亚洲洋构造域和特提斯洋动力体系作用下形成的特提斯洋构造域一部分,晚侏罗世至早白垩世经历了构造体制转换,盆地格局发生重大变革,早白垩世以前主要受古亚洲-特提斯洋构造体制影响的强烈挤压造山和地壳增厚作用演变为早白垩世以来主要受太平洋构造体制控制的陆缘伸展裂陷和岩石圈减薄作用,经历侏罗纪古亚洲-特提斯构造体制大陆边缘拗陷和白垩纪以来太平洋构造体制弧后裂陷两大演化阶段。白垩纪以来太平洋构造体制的弧后裂陷演化阶段可细分为早白垩世至始新世裂陷期、渐新世至晚中新世拗陷期和中新世末至全新世裂陷期。     

塔里木盆地巴楚隆起构造格架及形成演化

巴楚隆起是塔里木盆地重要的油气勘探地区之一。文中基于新的地震、航磁、重力等资料解释结果和区域构造演化剖面,重新分析了巴楚隆起的构造格架及形成演化。研究认为:巴楚隆起在剖面上为压扭性断裂控制的"两断夹一隆"构造样式,在平面上具有"东西分区、南北分带"的构造格局。此与塔里木盆地断裂构造体系的展布、基底结构与构造、地壳深部地质背景及古构造应力场演变等关系密切。该隆起是一个从震旦纪开始发育演化的继承性活动型古隆起,其形成演化经历了加里东构造旋回阶段(Z—D2)、海西构造旋回阶段(D3—P)、印支—燕山构造旋回阶段(T—K)和喜马拉雅构造旋回阶段(E—Q)。这一新认识对巴楚地区的油气勘探部署和潜力评价均具有重要指导作用。     

塔东低凸起震旦系断陷台地沉积特征及发育模式

本文综合利用钻井岩心、地震剖面等资料,揭示了塔东低凸起震旦系沉积特征,并建立了沉积演化模式。研究认为,塔东低凸起震旦系白云岩可划分为三种沉积相类型,包括潮坪相、颗粒滩相和缓坡相。连井对比及地震剖面揭示,塔东低凸起震旦系具有楔状反射结构,反映了向北倾的断陷盆地沉积结构特征,整体上具有南高北低的沉积格局。本文结合区域构造背景,建立了由早期的向北缓倾单斜逐渐演变为断陷台地的沉积演化模式,认为断陷台地的主体发育在塔东1井至东探1井北部的斜坡部位。     

陆相断陷湖盆陡坡断裂带沉积响应及充填过程——以东营断陷湖盆北部陡坡断裂带古近系为例

陆相断陷湖盆陡坡带同沉积断裂对沉积充填过程具有明显的控制作用。东营凹陷北部陡坡带在古近纪沉积期断裂活动明显,主要受两条主断裂带控制,陈南断裂控制盆地演化,胜北断裂控制沉积体系的发育;碎屑物质主要来源于陈家庄凸起、滨县凸起和青坨子凸起;受断裂构造背景及物源控制,北部陡坡断裂带主要由冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇、三角洲、滑塌浊积扇等5种沉积类型充填;时间和空间上,陡坡断裂带具有冲积扇→近岸水下扇→扇三角洲→近源滑塌浊积扇→湖泊的典型时空演化和充填模式;陡坡断裂带砂砾岩体由于具有物性好、近油源、构造活动强烈等特点,是油气聚集的有利场所。     

鄂尔多斯盆地西缘中新生代构造演化与铀成矿作用

受周边板块离散、汇聚的影响,中-新生代鄂尔多斯盆地及其西缘构造应力场发生了多次转变,造成不同时期盆地类型与沉积充填、构造变形特征的差异。据此,将盆地西缘中-新生代构造演化划分为7个阶段。其中,晚三叠世强烈的挤压,使盆地西侧阿拉善地块上富铀岩石剥出地表,并为盆地提供铀源;早-中侏罗世弱挤压构造背景下辫状河发育,形成了有利的含矿建造;晚侏罗世的强烈挤压,使中-下侏罗统发生构造变形并遭受地下水的渗入改造,但构造变形太强烈,影响了铀成矿的潜力;晚白垩世-渐新世早期盆地西缘整体隆升,使区内目标层长期遭受地下水渗入改造,形成了主要的铀矿化;渐新世之后,银川断陷隔断了盆地与蚀源区的联系,铀成矿作用基本停止。