准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带分析

讨论了与准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带有关的4个问题。(1)准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带具有纵向分带、横向分段和垂向构造分层的特征:纵向上由南至北可分为逆冲推覆构造带、基底卷入褶皱-冲断带和滑脱型褶皱-冲断带三个带;横向上,基底卷入褶皱-冲断带从西至东按横向调节带分为5个段,构造特征表现为反冲断层从不发育到向南反冲的位移逐渐增大、反冲断层所滑脱的层位亦逐渐加深;滑脱型褶皱-冲断带以红车断裂为界划分为西段和东段,西段构造运动弱,构造变形具双层结构;东段构造运动较强,发育大型冲向后陆的反向逆冲断层,构造变形多具有3层结构。(2)逆冲断层-褶皱类型按其形成机制分为基底卷入型冲断-褶皱、滑脱型冲断-褶皱以及基底卷入-滑脱混合型冲断-褶皱3大类,其中,基底卷入型冲断-褶皱的特征是褶皱作用发生在逆冲断裂之前,而滑脱型冲断-褶皱以冲断和褶皱同时或冲断层先于褶皱形成为特征。(3)本区存在横向和纵向传递带。横向调节带一般分布于基底卷入型褶皱-冲断带,主要为左旋走滑断层;纵向传递带分布于滑脱型褶皱-冲断带,以逆冲断层系斜列分布和位移纵向斜列传递为特征。(4)褶皱-冲断带形成的主控因素主要有:近南北向的水平挤压作用,上新世末—早更新世末和晚侏罗世末发生的构造变形以及古近系、下白垩统和下—中侏罗统发育的三套异常高压泥岩层相关的滑脱作用。     

基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断带砂箱构造物理模拟研究

在前人对褶皱冲断带的研究基础上,为进一步深入分析对比滑脱层数量、强度、深度等对褶皱冲断带的制约,设计了6组砂箱模拟实验,并运用粒子成像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术的实时监测,计算出各阶段模型剖面上的速度场和涡度场,对褶皱冲断带的运动学过程和变形机制进行详细刻画和定量分析。实验结果表明,滑脱层的强度和深度均制约着褶皱断层的构造演化,滑脱层的强度越小,其上覆地层中的变形传播越远,滑脱层深度越深,对整个构造样式更具有控制作用,变形也就传播得更远。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式构造,上部推覆体前缘水平位移较快;以硅胶组成的滑脱层上部形成叠瓦式构造,下部形成冲起构造,上、下两部分具有明显的分层变形特征。PIV监测结果显示,当上盘速度骤停,并且前缘涡度值骤降时,断坡形成并发展成断坪-断坡组合构造样式;下一条断层以相同方式在前缘形成,从而使褶皱冲断带向前陆方向扩展。将实验结果与龙门山南段褶皱冲断带进行了对比分析,得到了较好的印证。     

基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究

西南天山山前褶皱冲断带的变形与其东侧的柯坪冲断带的大规模薄皮滑脱明显不同,它以发育"堆垛"构造和基底卷入逆冲构造为特征,是什么因素控制了该冲断带的变形。本文基于地震解释剖面,采用离散元数值模拟研究手段,单因素变量控制方法,设计了先存断裂模型,滑脱层模型和先存断裂与不同内聚力的滑脱层组合模型共5组数值模拟实验,分析西南天山山前褶皱冲断带的构造变形的控制因素。实验结果表明:滑脱层岩石强度控制了其下先存断裂向上突破的难易程度,滑脱层内聚力较强时,沿先存薄弱带易突破滑脱层形成逆冲推覆构造;滑脱层内聚力较弱时,滑脱层将发育成逆冲体系的顶板断裂,阻碍滑脱层之下单元中先存断裂后期活动向上传播,易形成相互叠覆的逆冲片。弱内聚力滑脱层发育的地区,变形前锋向前陆方向传播得更快、更远,变形主要发生在滑脱层之上单元,易形成冲起构造和三角带,滑脱层之下单元构造变形相对较弱。通过对比分析,认为西南天山山前冲断带发育堆垛构造和基底卷入逆冲构造变形,主要受控于发育上白垩统-古近系的膏盐层和前新生代的先存断裂。     

前陆褶皱冲断带厚皮缩短盐构造运动的物理模拟

尺度物理实验用干石英砂和聚合硅树脂为实验材料,模拟了前陆褶皱冲断带厚皮缩短盐构造,并与薄皮缩短盐构造及无盐层的褶皱冲断带构造模型进行了对比。实验表明,由于塑性盐层的存在,厚皮缩短盐构造呈3层式结构模式。盐上层主要形成敞开褶皱、箱状褶皱、前冲和背冲断层以及冲垒构造,盐下层形成逆冲断层及冲垒构造,断层通常都终止于盐层中。尽管盐层局部变薄或增厚,但不形成刺穿型盐构造。褶皱冲断带不具构造指向特征,其楔形库仑锥剖面呈平台与斜坡两段式形态。模型对比表明,厚皮缩短与薄皮缩短所产生的盐上层构造形态相似,不易区分;但二者的库仑锥剖面有所不同。厚皮前陆褶皱冲断盐构造与无盐层的褶皱冲断构造无论是其几何形态、还是库仑锥剖面都有极大的差别,极易区分：实验结果对解释前陆褶皱冲断构造和寻找盐下油气圈闭都有着重要的指导意义。     

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。     

准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带变形特征及成因机制模拟

准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带发育于北天山和博格达山北侧的准噶尔盆地南部的山前地区,构造变形具有明显的横向分带、纵向分段、垂向分层特征,其主控因素在于挤压应力的作用方式和滑脱层的空间分布规律。西段受北天山斜向挤压应力作用影响,发育北西西向四排雁列式褶皱-冲断带,构造变形样式为基底卷入式厚皮构造和盖层滑脱式薄皮构造,变形过程受侏罗系煤层和白垩系、古近系高塑性泥岩层等多滑脱层控制。滑脱层及其上覆岩层厚度决定变形的强度和应力向前传递的远近程度,厚度越大,褶皱变形强度越大。东段受博格达山正向楔冲挤压应力作用影响,发育近东西向向北凸出的弧形基底卷入式褶皱-冲断带,滑脱构造不发育。根据构造变形特征和相似理论,利用沙箱模拟实验分别对正向挤压和15°、30°、45°等斜向挤压平面变形进行了模拟,结果表明正向挤压和15°斜向挤压是形成东段和西段变形特征的主控应力条件,并设计了斜向和正向挤压组合边界平面模拟实验进行了验证,合理地解释了东、西段构造变形的差异。利用双滑脱层剖面模型实验对西段四排褶皱-冲断带的演化过程进行了模拟再现。     

塔里木西南地区变形的构造物理模拟研究:对剥蚀与同沉积影响褶皱冲断带变形的启示

构造变形与地表过程相互影响,但前人研究主要关注构造变形如何塑造地貌,而对地表过程如何影响构造变形尚有待研究。研究区塔西南褶皱冲断带主要经历了三叠纪末和新生代两期逆冲变形过程。在这两期变形过程中,剥蚀作用和沉积作用共同对变形施加影响,形成了山前逆冲断层突破地表、盆地内断层远距离传播的现今构造样式。因此,本研究以塔西南褶皱冲断带地质模型为基础,开展剥蚀和同沉积这两个地表过程对褶皱冲断带变形影响的构造物理模拟实验研究,结合塔西南地区的实际地质条件,在双滑脱层条件下,设计了3组实验模型,包括未施加剥蚀和同沉积的参照模型A、同时施加差异剥蚀和同沉积的模型B、同时施加剥蚀夷平和同沉积的模型C。在第一期变形结束后,三组模型变形样式相似,在没有上覆沉积物的负载作用时,变形均未向盆地内部远距离传播。在第二期变形结束后,模型A山前与盆地内部构造以及地形坡角差异不大,变形前锋最远可达106 cm;模型B在山前和盆地内部的地形坡度为14°以及4°,变形前锋最远可达96 cm;模型C在山前和盆地内部的地形坡度为20°以及5°,变形前锋最远可达89 cm。实验结果表明：1)早期剥蚀作用会降低逆冲楔体的地形坡度,从...     

哈拉阿拉特山地区构造特征及成因机制模拟

哈拉阿拉特山地区是准噶尔盆地西北缘山前冲断带的一部分,构造变形复杂。为研究哈山地区的构造变形过程及成因机制,在三维地震资料解释的基础上,根据构造变形样式的差异,划分为西、中、东三段。西段构造变形整体以推覆叠加为主,中段整体表现为冲断叠加的特征,东段主要表现为冲断褶皱的模式。构造变形过程主要经历了早二叠世伸展裂陷、中晚二叠世-三叠纪强烈逆冲推覆、侏罗纪-白垩纪弱挤压逆冲和新生代隆升兼走滑调整四个阶段。采用物理模拟手段对哈山地区不同区段典型剖面的构造变形过程进行了实验研究。结果表明,挤压速率和强度是决定哈山地区不同区段地层叠置程度的主要因素,塑性地层的分布控制了不同区段滑脱断层与冲断断层发育的先后顺序,而塑性地层的长度则决定了滑脱断层的规模。     

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。     

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。     

Strain variation in fold-and-thrust belts: Implications for construction of retrodeformable models

Deformation in fold-and-thrust belts such as the Himalayas can be represented by the displacement vector field. The strain component of the displacement vector field across the fold-and-thrust belt varies from near zero in external thrust sheets to a significant part of the field in internal thrust sheets. In addition, strain exhibits three-dimensional patterns in parts of internal sheets, near fault zones, and in the overturned limbs of fault-related folds due to superposition of penetrative-strain producing deformation events. This paper examines superposition of these strain producing deformation events in some detail and points out situations in fold-and-thrust belts wherein the finite strain becomes three-dimensional. This suggests that the plane-strain assumption used in the construction of retrodeformable models of fold-and-thrust belt evolution breaks down in these situations and the models lose their validity. Therefore, current techniques used for construction of retrodeformable models in fold-and-thrust belts need to be modified and three-dimensional models which include three-dimensional finite and incremental strain data need to be constructed for an accurate study of the evolution of geometry and kinematics in fold-and-thrust belts.     

库车褶皱冲断带前缘盐层厚度对滑脱褶皱构造特征及演化的影响

库车褶皱冲断带前缘发育一系列滑脱褶皱,虽然卷入变形的新生代地层及底部滑脱层(古近系盐层)相同,但滑脱褶皱的构造特征及演化存在显著差异。文中结合野外地质调查结果以及钻井资料和高品质二维地震反射剖面解析,以南喀背斜和米斯坎塔克背斜为例,估算出盐层初始厚度,并讨论其对于滑脱褶皱样式及其演化过程的影响。结果表明,南喀背斜和米斯坎塔克背斜下伏盐层初始厚度不同,估算出前者厚度介于0.1~0.5 km,主要为0.1~0.3 km,而后者却大约为1.0 km。与此同时,南喀背斜和米斯坎塔克背斜均表现出分段差异变形特征。南喀背斜为低缓的滑脱褶皱,其东段隐伏地下,变形方式为褶皱作用;而西段出露地表,背斜核部发育隐伏的逆冲断层,变形方式为褶皱作用和断层作用。背斜西段平均隆升速率大于东段,导致西段隆升出露地表。米斯坎塔克背斜表现为大规模滑脱褶皱,根据变形特征的不同可以分为3段,东段背斜倾向北,盐岩在其核部及北翼下方聚集加厚;而中-西段背斜倾向南,其中中段背斜核部位置盐岩聚集加厚,两翼下伏盐岩减薄甚至形成盐焊接。而在西段背斜呈箱状,两翼下方盐岩厚度至少为1.0 km。笔者总结出库车褶皱冲断带前缘发育的7种滑脱褶皱变形样式,通过构造分析得出,研究区滑脱褶皱的变形主要受盐层厚度、构造缩短量及盐岩流动变形共同控制,其中盐层厚度起主导作用,控制了滑脱褶皱的发育位置,并影响了滑脱褶皱的变形样式。研究结果将为其他褶皱冲断带中滑脱褶皱的相关研究提供重要参考,特别是在缺少高品质地震资料,或者构造变形强烈、地震资料品质较差的地区。     

Tectonic evolution of an active tectonostratigraphic boundary in accretionary wedge: An example from the Tulungwan-Chaochou Fault system,southern Taiwan

The Tulungwan-Chaochou Fault system in southern Taiwan represents the boundary between a slate belt of moderate metamorphic grade and a relatively unmetamorphosed fold-and-thrust belt. The offset between hanging wall and footwall of this fault ranges from 7 to 11 km and is considered one of the major tectonostratigraphic faults in Taiwan. This 75-km-long fault system is also one of the most conspicuous topographic features in Taiwan. The geometry, kinematic history and associated subsidiary structures have not been resolved. Field mapping of fabrics and brittle faults show that a 45-km-long west-northwest-vergent antiform defined by folded slaty cleavage exists in the hanging wall of the fault. This antiform has not been previously described and apparently formed in a brittle environment. The flat crest and tight forelimb of the antiform suggests a two-stage deformation model composed of a fault-bend fold followed by a trishear fold. We infer that regional scale fold is associated with a thrust that splays upward from the main detachment.     

对青海锡铁山矿区几个关键地质问题的认识

锡铁山矿区晚奥陶世滩间山群与早元古代达肯大坂群间的接角关系为隐蔽不整合,其间发育基底剥离断层（Ｆ１）,基底剥离断层之下的“过渡带”实际上是一条退条质的下滑型韧性剪切带。而滩间山群则被构造肢解为Ｏ３ｔｍ＾ａ－ｂ褶叠层与Ｏ３ｔｎ＾ｃ－ｄ褶皱冲断岩片,其间发育上剥离断层（Ｆ２）,两条剥离断层面上、下因构造剥蚀充失了大厌地层。并认为和里东晚期的伸展构造体制形成锡铁山变质核杂岩,海西期的抗日压构造体制形成褶     

南天山库车褶皱-冲断带喀拉玉尔滚构造带新生代变形特征及其控制因素

喀拉玉尔滚构造带是南天山库车褶皱-冲断带的变形前缘, 其地下深层变形特征仍然不清楚.结合野外地质调查结果、数字高程模型数据、钻井数据和高品质二维地震反射剖面, 厘定喀拉玉尔滚构造带背斜的平面展布、几何学和运动学特征及变形时间, 并结合前人研究成果探讨喀拉玉尔滚构造带新生代变形控制因素.喀拉玉尔滚构造带为典型的挤压构造带, 近EW向延伸约165km, 由一系列带状背斜组成, 且背斜核部发育多条隐伏逆冲断层.喀拉玉尔滚构造带新生代变形特征主要表现为5个方面: (1)北喀背斜为盐枕构造; (2)中喀背斜和南喀背斜的几何形态不对称、背斜倾伏方向相反, 分别为向北和向南, 二者交汇处发生了位移转换; (3)羊塔克背斜和英买力背斜为基本对称的低幅度滑脱褶皱; (4)背斜幅度整体上从西往东逐渐降低; (5)背斜变形时间从西往东逐渐变新.研究结果表明, 喀拉玉尔滚构造带新生代变形主要受区域挤压作用、盐层和基底构造共同控制.      

Geochronology Constraints on Transformation Age from Ductile to Brittle Deformation of the Shangma Fault and Its Tectonic Significance, Dabieshan, Central China

By a detailed investigation of geometry and kinematics of the Shangma (商麻) fault in Dabieshan (大别山),three different crust levels of extension movement have been recognized in sequence from the deep to the shallow:① low-angle ductile detachment shearing with top to the NW; ② low-angle normal fault with top to the NW or NWW in brittle or brittle-ductile transition domain; ③high-angle brittle normal fault with top to the W or NWW. Two samples were chosen for zircon U-Pb age dating to constrain the activity age of the Shangma fault. A bedding intrusive granitoid pegmatite vein that is parallel to the foliation of the low-angle ductile detachment shear zone of the country rock exhibits a lotus-joint type of boudinage deformation,showing syn-tectonic emplacing at the end of the ductile deformation period and deformation in the brittle-ductile transition domain. The zircon U-Pb dating of this granitoid pegmatite vein gives an age of (125.9±4.2) Ma,which expresses the extension in the brittle-ductile transition domain of the Shangma fault. The other sample,which is collected from a granite pluton cutting the foliation of the low-angle ductile detachment shear zone, gives a zircon U-Pb age of (118.8±4.1) Ma,constraining the end of the ductile detachment shearing. Then the transformation age from ductile to brittle deformation can be constrained between 126-119 Ma.Combined with the previous researches,the formation of the Luotian (罗田) dome,which is located to the east of the Shangma fault,can beconstrained during 150-126 Ma. This study gives a new time constraint to the evolution of the Dabie orogenic belt.     

Structural Traps in Detachment Folds: a Case Study from the ‘Comb- and Trough-like’ Deformation Zone/s, East Sichuan, China

Detachment structures occur widely in the crust, and it is the commonest and most important deformation type developed in the region between orogenic belts and basins. The ‘comb-like’ and ‘tough-like’ fold belts in eastern Sichuan are caused by multi-layer detachment. The duplex structure is the most important deformation style in the region, exhibiting different characteristics from typical detachment structures. Different deformation styles, scales, and shortenings resulting from independent deformations of various detachment systems would lead to the phenomenon whereby most of the topographical heights in the region do not correspond to the structural heights in depth. Based on systematic structural analysis and combined with practical oil/gas prospecting, four types of structural traps are described from eastern Sichuan Province, which are: detachment and thrust trap; detachment folding trap; fault-flat blocking trap; and detachment layer trap. Meticulous studies on the deformation and distribution of detachment layers in the eastern Sichuan Province will contribute to oil/gas prospecting and selection of potential regions of marine-origin oil/gas prospecting in South China.