中国东部大陆边缘晚新生代构造演化及板块相互作用过程重建

晚新生代中国东部大陆边缘的构造活动主要集中于东海东缘。中新世以来菲律宾海板块俯冲、冲绳海槽弧后张裂、台湾弧-陆碰撞等一系列重大构造过程,塑造了现今琉球沟-弧-盆体系、台湾碰撞造山带和南海东北部的构造-地貌格局。本文基于对重磁和多道地震资料的解译,并结合前人研究成果,恢复了冲绳海槽构造演化史,阐明了冲绳海槽弧后张裂和台湾弧-陆碰撞之间的关系。在此基础上,重建了中新世以来欧亚板块、菲律宾海板块、南海板块之间的相互作用过程模型。本研究有助于进一步理解板块汇聚背景下东亚大陆边缘深部动力-热力过程对浅部构造格局变迁的制约和影响。     

塔宁巴尔海槽断裂特征与构造演化

塔宁巴尔海槽位于印度尼西亚班达弧的东南部,与帝汶海槽以及阿鲁海槽相连接。形成于澳大利亚大陆与班达弧的碰撞过程中,在弧—陆碰撞中,碰撞的轨迹、年龄和方式仍然存在争议,对于塔宁巴尔海槽是否为俯冲带也存在着争议。依据二维地震测线,运用生长指数与古落差法定量分析塔宁巴尔海槽断层,结合测井以及物源研究探讨塔宁巴尔海槽的断裂特征及其构造演化。研究结果表明,塔宁巴尔海槽在白垩世与早上新世断裂活动较为活跃,与构造活动发生的时间相一致,中生代的裂谷作用形成中生代的正断层,早上新世澳大利亚板块与班达弧发生碰撞,弧—陆碰撞导致塔宁巴尔群岛的隆升与塔宁巴尔海槽的沉降并引发了中生代断裂的再活化。海槽的变形持续至晚上新世,形成现今塔宁巴尔海槽形态。     

莺歌海盆地异常裂后沉降的动力学机制

为了理解莺歌海盆地形成与演化的动力过程, 用回剥法和应变速率反演方法对该区的钻井和地层剖面资料进行了研究.研究结果表明莺歌海盆地观测得到的裂后沉降和模拟预测的理论裂后沉降结果存在较大差异, 其中在西北部为300~500 m, 中部和东南部为900~1200 m, 其异常裂后沉降明显呈现向东南和向海方向递大的趋势.地幔对流模型预测的结果表明, 20 Ma以来南海北部边缘的动力地貌沉降量为300 m, 因此, 莺歌海盆地裂后异常沉降在300 m左右的地区可以用动力地貌沉降机理来解释, 但是盆地中部和东南部的巨厚的异常沉降远大于动力地貌沉降量, 它是自晚中新世以来盆缘断层的右旋走滑作用、裂后热回沉和动力地貌沉降共同作用的结果.      

冲绳海槽构造演化及其与岩浆、热液和沉积作用的关系：研究进展与展望

冲绳海槽是西太平洋沟-弧-盆体系中典型的弧后盆地。其独特的大地构造位置,岩浆、热液活动与沉积记录一直是学术界研究的热点。基于前人的研究成果,本文综述了冲绳海槽的构造活动对岩浆、热液与沉积的控制作用。菲律宾海板块的俯冲导致了冲绳海槽的形成,并发生了弧岩浆、弧后岩浆和斜切弧后岩浆作用,这三种岩浆作用导致了热液活动在平面分布上的三种不同分区。岩浆的发育和菲律宾海板块俯冲造成的断裂系统为冲绳海槽热液的发育分别提供了热源和通道。在~416 ka发生的浙闽隆起带沉降,导致了冲绳海槽北部的沉积物由粗变细。最后针对冲绳海槽的研究现状,文章对未来的进一步研究作了展望。     

叠加于弧后前陆盆地挠曲沉降之上的另一类沉降——动力沉降

弧后前陆盆地挠曲沉降包括逆冲负载沉降和盆地沉积物负载沉降。叠加于挠曲沉降之上还存在另一类沉降,即动力沉降。动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。由大洋板块俯冲产生的动力沉降往往分布于弧后前陆盆地区,其幅度、波长与板块俯冲角度、俯冲速率、俯冲板块在地幔中通过的位置和俯冲岩石圈的热年代密切相关。将通过弧后前陆盆地沉积地层的去压实得到的总沉降减去盆地模拟获得的逆冲带负载和盆地沉积物负载沉降可以得到剩余沉降,即动力沉降。从地层资料中定量分离出动力沉降为改进和限制长期以来悬而未决的由洋壳俯冲导致的地幔-粘性流动构造模型提供理论基础和实际资料。     

冲绳海槽火山岩岩石系列的厘定及构造环境意义

冲绳海槽是一个处于弧后扩张作用早期的年轻的弧后盆地,是研究弧后扩张作用早期盆地演化和壳幔过程的天然实验室.随着调查研究工作的逐步展开和深入,也发现了一些新的、重要的、亟待解决的科学问题,而火山岩岩石系列归属的厘定又是其他研究工作的基础.在系统收集和整理迄今已有冲绳海槽火山岩资料的基础上,结合近期分析测试数据, 对冲绳海槽火山岩的岩石系列归属进行了重新厘定,探讨了火山岩的构造环境指示意义和浮岩与玄武岩之间的成因联系.研究结果表明:冲绳海槽火山岩分布具有以基性玄武岩和酸性(流纹)英安岩为主的双峰式特征,中性火山岩稀少,基性的玄武岩属于亚碱性系列的橄榄拉斑玄武岩,酸性浮岩可归属为亚碱性岩系的流纹英安岩或流纹岩;在构造环境判别上,冲绳海槽玄武岩表现出大洋中脊和岛弧构造环境的特点,既有别于大洋中脊扩张中心,也有别于成熟型弧后盆地,呈现出弧后早期扩张阶段盆地独特的构造环境特征;广泛分布于冲绳海槽的酸性浮岩表现出一定的岛弧环境的特点;酸性浮岩与玄武岩具有同源性,酸性岩是基性的玄武质岩浆经不同程度结晶分异和同化混染作用的产物.      

张性盆地裂后异常沉降的正反演数值模拟方法

世界上许多张性沉积盆地存在远大于McKenzie模型理论值的裂后异常沉降, 南海北部陆缘的沉积盆地也是如此; 确定裂后异常沉降的特征和分布是认识其成因机制和对油气成藏影响的前提.介绍了估算裂后异常沉降的3种方法: 古水深比较法、应变速率反演法和沉降过程二维正反演法, 并指出了各方法的应用前提和优缺点.对于由作者提出的后一种方法还结合在珠江口盆地的应用实例进行了较详细的讨论, 表明这种方法能在考虑岩石圈挠曲强度的基础上正演模拟出单幕或多幕盆地沉降及相应的岩石圈伸展系数, 从而计算出盆地理论热沉降, 与通过回剥反演得到的实测构造沉降进行对比; 还指出了该方法存在的问题和需进一步研究之处.      

斜向聚合及弧后伸展作用对台湾北部-琉球地区的构造影响——砂箱模型实验的启示

台湾造山带位于欧亚板块和菲律宾海板块交界处,由于两板块斜向聚合作用,使得台湾造山带构造极其复杂并具有分段性:南部尚处于碰撞造山初期,而北部已处于碰撞后期,构造环境已从挤压转变为张裂。前人利用三维砂箱模型对造山带进行研究时,主要关注于斜向聚合作用对造山带的影响,较少考虑到冲绳海槽张裂作用。本文在前人基础上通过添加砂纸带机器模拟张裂作用,探讨挤压-张裂同时作用下砂体的变形模式,解释台湾造山带北部—琉球地区的构造现象。通过分析实验图像和粒子图像测量(PIV)数据,并与地震剖面、GPS速度场测量和古地磁数据进行对比后认为:台湾岛北部顺时针旋转主要与斜向汇聚作用有关;宜兰平原东西至东北—西南向的运动,及南北有别的运动模式主要与冲绳海槽张裂作用有关;琉球地区形貌主要受控于俯冲的菲律宾海板块形状,在斜向聚合作用下造成地层褶皱和挤压。之后在由东向西发展的弧后伸展作用下,形成冲绳海槽东宽西窄的凹陷区及一系列正断层,并伴随琉球岛弧的顺时针旋转。     

西太平洋弧后地区新生代构造迁移的深部地震证据

为了研究西太平洋弧后边缘海盆地的深部构造特征,于2015年在东海琉球岛弧弧后地区布设了一条穿过东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带、南冲绳海槽地区和琉球岛弧的主动源广角反射/折射深部地震剖面.利用走时正演和反演的方法得到的二维速度结构模型展现了西太平洋边缘弧后地区莫霍面的深度由东海陆架地区的大于30 km显著抬升至南冲绳海槽轴部的约16 km,地壳高度拉张减薄,并存在一系列显著的不连续下地壳高速体,速度达6.8~7.3 km/s,这是地幔上涌的显著表现.模型从深部结构角度展现了新生代以来西太平洋弧后盆地扩张中心的变迁,证实了西太平洋洋陆过渡带内深部上涌的软流圈在弧后拉张过程中不断地向洋跃迁,形成自西向东的构造迁移,并带动岩石圈进行幕式伸展,认为新生代向洋变新的构造迁移是太平洋俯冲带后撤引起的一系列弧后深-浅部地球动力效应.      

珠江口盆地白云凹陷东沙25凸起构造演化

隆起带的形成和演化分析对于油气勘探具有重要的指导意义。通过对比生长地层法、沉降史回剥技术和剩余构造沉降3种构造演化的手段,旨在全面揭示东沙（DS）25凸起的演化历史。依据生长地层的厚度、地层反射终端等特征划分出白云凹陷DS25凸起演化的主要阶段;运用回剥法恢复DS25凸起的沉降历史和与周缘地区的沉降差异;结合剩余构造沉降分析,定量判断隆起的抬升、沉降和差异沉降作用及发育时期。在对以上3种方法对比综合的基础上,综合生长地层指示的重要构造变革界面、沉降史恢复和剩余构造沉降精细划分的沉降阶段和构造运动形式,重建DS25凸起演化过程,并提出以下5个演化阶段：65～30 Ma,凸起顶部遭受强烈剥蚀;30 Ma左右,凸起发生大规模抬升;30～23.8 Ma,发生微弱沉降;23.8～10.5 Ma,发生差异沉降,并出现三幕强烈沉降;10.5 Ma至今,凸起经历持续抬升。     

大面积地面沉降研究现状

总结世界各国一些城市由于地下水过量开采而产生地面沉降的情况及其引起的危害；回顾已有的一些地面沉降预测的理论与方法和控制地面沉降的有关措施，对正在发展中的大小城市有计划地开采地下水资源，预测防治地面沉降有一定的参考价值。     

上海地面沉降模型研究及存在问题

文章主要对当今国内外地面沉降模型研究进展进行了简要的回顾和总结。针对上海地面沉降现象，就准三维水流－一维耦俣沉降模型中存在的科学问题进行了阐述，并就模型的下一步研究提出了科学的目标。     

地面沉降的预测与防治措施

在总结国内各主要地面沉降区现状及成因的基础上,探讨了地面沉降的机理,重点利用灰色系统理论研究了地面沉降和地下水之间的相互关系,以沧州地面沉降中心为例建立了带有时间延迟的多项式拟合公式并对其地面沉降进行了预测,最后提出了地面沉降的防治措施.     

雅鲁藏布中新生代深水沉积盆地形成和演化(Ⅲ)——喜马拉雅被动大陆边缘构造沉降分析

喜马拉雅特提斯中、新生代属印度板块北部被动大陆边缘。对充填这个被动大陆边缘的沉积物用“反剥法”(backstrippiog)进行研究,恢复了从被动大陆边缘到前陆盆地的抓降史。对分离出的盆地构造沉降曲线与McKenzie模式图版进行对比相关性分析,判断认为被动大陆边缘成熟期主要为热耗散沉降,前陆盆地时逆冲推覆动力为主要影响因素。     

昆明南市区地面沉降研究

根据水准测量资料绘制了昆明南市区地面沉降等值线图,说明了区内地面沉降特征。然后对断陷盆地沉降模式进行探讨,阐明了岩溶水抽汲致使第四系土层固结压缩而产生沉降的原因。进而就地面沉降制约因素进行分析,得出了各制约因素的权重,明确指出地下水抽汲是地面沉降的主要诱发因素。最后,着重分析了小板桥沉降漏斗中心的形成机制,完成了极限沉降量估算,并预测了该沉降中心的发展趋势。     

山西阳泉矿区刘村采煤塌陷机理及数值模拟

选取山西阳泉矿区单煤层开采引发的强烈地面塌陷作为研究对象,在详细介绍刘村采煤塌陷所处地质环境背景及其发育变形特征的基础上,根据区域岩体工程地质特征,将其划分为12层岩组;运用关键层、复合关键层理论对采煤塌陷机理进行了分析,获取Hoek-Brown岩体力学参数;采用Flac5.0 Extrusion对刘村采煤塌陷坑进行了反演模拟。数值模拟反映各阶段采动裂缝在地表的发育分布情况并计算了最终沉降量,覆盖层裂缝自然修复周期为2个月,基岩裂缝自然修复周期为3个月;采动裂缝最终在平面上呈“θ”形,塌陷中心1和塌陷中心2最终沉降量分别达到4.5 m和4 m,塌陷面积是工作面面积的1.85倍。模拟结果与调查监测数据高度吻合,客观地反映了地表变形和深部覆岩塌陷的发展变化过程,为塌陷机理分析起到了帮助作用。该套岩体力学参数与模拟方法适用于阳泉矿区采煤塌陷精准预测。     

水载荷及其对盆地沉降的影响

盆地沉降是构造作用与充填盆地的沉积物和水体载荷产生的重力作用共同作用的结果。文章提出了水载荷沉降的概念,推导出了水载荷沉降的计算公式,定量地分析了水载荷对盆地沉降的贡献,并在充分考虑沉积物载荷、水载荷、海平面变化、古水深等的情况下,对Steckler和Watts构造沉降量计算公式作了修正。对美国纽约大西洋大陆边缘COSTB-2井的定量分析表明,每发生1km的构造沉降将产生约0.435km的水载荷沉降,去除水载荷影响后的实际构造沉降比Steckler和Watts估算的结果约小30.3%,水载荷是导致美国大西洋大陆边缘强烈沉降的重要因素之一。     

上海现阶段主要沉降层及其变形特征分析

以上海地质条件为基础，根据最近十几年分层标和含水层水位观测资料分析了上海地面沉降的主要沉降层，分析结果表明目前上海的主要沉降层是第五砂层。从第五砂层水位与时间的关系、变形与时间的关系和水位与变形的关系出发，结合室内实验的结果，指出第五砂层的变形特征是地下水位在一定范围内反复上升-下降时，变形以弹性为主、一般情况下则以塑性变形为主、应力应变关系为非线性以及存在蠕变变形。在建立地面沉降模型时必须考虑含水砂层的这些变形特点。     

Prediction of sub-surface subsidence movements due to underground coal mining

Summary The theoretical model of the relationship between sub-surface and surface subsidence movements proposed earlier by the authors of this paper is briefly described and further tested against another case history example. Using this model, the magnitudes of the maximum subsidence, tilt and horizontal strain at sub-surface horizons between the ground surface and seam level are predicted in terms of the magnitudes of the corresponding components at the surface due to the extraction of subcritical panels with a wide range of width-depth ratios and the results presented in the form of nomographs and tables. These graphs and tables could be used to estimate the maximum subsidence, tilt and horizontal strain at any chosen sub-surface horizon associated with the extraction of a subcritical panel from the known corresponding maximum values at the surface.The proposed theoretical model can also be used to predict sub-surface subsidence components at any point within the zone influenced by the extraction of a panel from the corresponding surface subsidence components which may be obtained from field measurements or pre-calculated using any existing method of surface subsidence prediction. As an example, the profiles of surface and sub-surface subsidence at various horizons between the ground surface and the seam level resulting from the extraction of an assumed sub-critical longwall panel are predicted using the theoretical model together with the empirical method of surface subsidence prediction. The pattern of sub-surface subsidence movements in the strata overlying the panel is examined.     

Mine subsidence damage from room and pillar mining in Illinois

Summary Data is presented on case histories of subsidence damage occurring over abandoned room and pillar mines in Illinois. The major modes of behaviour and damage in houses from sag-subsidence are described and summarized. The houses rested on crawl-space and basement foundations built from concrete and masonry. The prevalent mode of failure of bearing walls was inward bending. Failure is analysed and conventional design procedures are used to evaluate foundation failure.