前陆褶皱冲断带冲起构造发育特征:基于砂箱构造物理模拟实验研究

冲起构造广泛发育于挤压逆冲构造体系和走滑构造体系,具有极其重要的油气勘探价值,因而备受关注。砂箱模拟模型已经被证明是强大的可视化工具,用来模拟不同岩层中复杂的构造现象。基于相似初始砂箱构造模型条件下不同挤压速率(0.3 mm/s、0.1 mm/s、0.005 mm/s)变形过程,揭示出褶皱冲断带发育过程中的典型两类冲起构造：叠加冲起构造和单一冲起构造,它们对于褶皱冲断带演化过程及其油气勘探具有明显不同的重要性。砂箱物理模拟实验揭示楔形体扩展变形序列对前陆褶皱冲断带冲起构造发育类别具有重要控制作用,即褶皱冲断带前缘以前展式扩展变形为主,主要发育单一冲起构造;后缘以后展式扩展变形为主,主要发育叠加冲起构造。     

不同变形速率下前陆褶皱冲断带的发育特征——基于砂箱物理模拟实验研究

构造模拟实验是研究和模拟自然界地质构造现象、变形特征、成因机制和动力学过程的一种物理实验方法。本文基于砂箱构造物理模型高、中、低速7组不同单向挤压速度的构造模拟实验,揭示不同变形速率下砂箱物质变形的几何学、运动学及其演化特征,探讨不同变形速度(尤其是不同量级速度)对前陆褶皱冲断构造变形的重要性。高速单向挤压变形过程中(0.4~0.1mm/s),砂箱模型中石英砂体后缘构造加积强烈,砂体变形主要以楔形体向前扩展变形为主,其构造样式主要表现为前展式叠瓦冲断构造。中速挤压变形过程中(0.05~0.005mm/s),砂体后缘加积相对较弱,构造变形样式主要为砂箱楔形体前缘先形成(前展式为主)逆冲断层,当达到临界楔形体后,反冲断层发育并与前展式逆冲断层构成冲起构造,构造样式上表现为叠瓦构造与冲起构造的无序叠加。低速挤压变形过程中(0.002mm/s),砂箱物质构造样式以典型冲起带为主。由于砂箱模拟过程的时效性,即如何在最有效时间内获得最全面而复杂的演变过程,通过本次系列实验,我们建议将此有效挤压速度设定为0.05~0.005mm/s范围内,可以先后清晰而全面的获得高速和低速挤压下砂体的变形过程和构造样式。     

褶皱冲断带构造砂箱物理模型研究进展

地壳浅层次褶皱冲断带普遍受控于具耦合互馈特性的多种机制或边界条件,从而具有长期的构造演化过程和复杂的构造特征。自19世纪初以来,基于地质构造过程自相似性和"无理有效性"的砂箱物理模型,为解译褶皱冲断带的演化过程及其动力学机制等提供了独立有效的手段。本文主要基于国内外地壳浅表褶皱冲断带构造变形过程为研究对象的构造砂箱物理模型研究结果与进展进行综述性报道,以期为同行提供参考与借鉴。基于与地壳浅表地层具相似流变学特性的砂箱物理模拟研究,揭示出地壳浅层次构造变形过程普遍自相似性生长过程,符合库伦临界楔理论。褶皱冲断带挤压变形过程中,基底特性(基底几何学、有效摩擦角、基底耦合性和流体超压)、变形物质特性(空间几何学、能干层、流变学和非均一性)、动力学机制(砂箱几何边界、汇聚速率和汇聚方向)、浅表作用(剥蚀和沉降)等对于地壳浅表构造变形过程具有明显的控制作用。构造砂箱物理模型在解译不同构造变形过程与机制的研究中发挥着越来越突出的作用。     

龙门山前陆褶皱冲断带构造解析与川西前陆盆地的发育

通过详细的野外地质调查和精细的地震剖面构造解析。揭示了龙门山前陆褶皱冲断带的基本构造特征。对比分析了龙门山北段与南段构造变形几何学和运动学的差异。提出龙门山北段主要表现为一系列复杂的逆冲推覆构造,晚三叠纪变形强于新生代;龙门山南段则以基底卷入的叠瓦状冲断为特点,晚白垩纪-早第三纪变形尤为突出。与前陆褶皱冲断带相对应的是,川西晚三叠纪时期的周缘前陆盆地主要表现在整个龙门山褶皱冲断带的前渊地区;而晚白垩纪-早第三纪再生前陆盆地却局限在川西盆地的南部,并且印-藏碰撞的持续挤压作用使得晚新生代构造变形不断向东扩展进入川西盆地南部。     

博格达山北缘前陆褶皱冲断带构造特征及其动力学意义

博格达山北麓褶皱逆冲带是现代地质学研究的一个热点,但是大部分的研究都集中于古生代和新生代的构造变形,对于中生代多期构造变形少有关注。本文通过野外地质观测和卫星照片解析,结合前人地震剖面,识别出中生代以来博格达山北麓褶皱逆冲带内3期不同的构造变形: 1)是由于印度-欧亚板块碰撞远程效应所引起的新生代逆冲推覆构造,表现为一系列逆冲断层及相关的褶皱; 2)是侏罗纪末-白垩纪初博格达山遭受挤压变形,在山前形成宽缓的褶皱; 3)是博格达三叠纪末-侏罗纪初的构造变形,可能对应于博格达山的初始隆起,这期构造变形表现为博格达山北麓上二叠统的强烈褶皱变形。这些结果表明博格达山的隆升具有多期次的特点,主要受亚洲板块南缘不同时期小陆块碰撞的控制。     

库车前陆褶皱冲断带中段第三系盐枕构造

本文旨在探讨库车前陆褶皱冲断带盐枕构造的类型、分布、成因机制及其与油气聚集的关系。通过地震反射剖面的解释和石油地质条件综合分析,认为库车前陆褶皱冲断带由北而南依次发育残留盐枕、非稳态盐枕和稳态盐枕等 3类盐枕构造,沿克拉苏构造带和西秋立塔克构造带呈长条形带状分布,其成因受重力滑动、重力扩展、区域挤压和塑性流动作用的联合控制。从盐枕构造的演化序列和分布特征看,该区盐枕构造的主要特点表现为:北部盐枕形成较早,稳定性差,出现残留盐枕,盐枕规模较小;南部盐枕形成较晚,稳定性较强,形态相对完整,规模较大。库车前陆褶皱冲断带盐枕构造与油气聚集密切相关,伴随盐枕构造的形成,发育大量盐相关油气圈闭构造,沿盐枕构造成带状分布,同时盐枕构造巨厚的盐岩层为油气聚集提供了良好的封闭条件。     

四川盆地东北部前陆褶皱-冲断带盐相关构造

以中、下三叠统嘉陵江组(T1j)和雷口坡组(T2l)含膏盐碳酸盐岩层系为界,可以将川东北地区划分为3个构造-层序组合,盐下构造-层序组合由震旦系-下三叠统飞仙关组组成,属于一套海相碳酸盐岩层系为主的沉积;盐层构造-层序组合由下三叠统嘉陵江组和中三叠统雷口坡组组成,属于一套含厚层膏盐的海相碳酸盐岩层系;盐上构造-层序组合由上三叠统须家河组和侏罗系、白垩系组成,属于一套陆相碎屑岩沉积。川东北地区发育了一套独特的构造变形样式,主要有基底卷入叠瓦冲断强变形带、基底卷入与盐层滑脱叠合变形带、隐伏盐相关构造滑脱变形带、双重构造、堆垛式三角带构造和背冲断块构造等。由于该区盐岩层厚度相对较薄,盐岩层系总体作为一个大型滑脱层系,控制川东北地区的构造变形。川东北地区主要构造变形机制包括区域挤压缩短作用、盐岩层塑性流动和滑脱作用、构造隆升和剥蚀作用、重力滑动和重力扩展作用等。川东北地区与三叠系盐岩层系有关的构造变形控制该区油气圈闭样式,有利于油气聚集和保存。     

前陆冲断带构造应力场与裂缝发育关系

针对前陆冲断带地层裂缝预测难的现状, 在选择适合于研究区破裂准则的基础上, 确立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系; 通过构造特征研究确定了造缝时期古地应力的性质和方向, 用断层和裂缝走向统计法、声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小; 将古、今地应力场的数值模拟结果代入到裂缝参数计算模型中, 计算出了乌夏前陆冲断带二叠系火山岩-沉积岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率, 并分析了分布趋势。研究表明, 构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用, 构造应力差异大的地区容易产生裂缝, 且裂缝各项参数较大; 靠近主断层的构造高部位裂缝发育程度较高; 凝灰质和泥质含量越大, 粒度越细, 裂缝越发育。      

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。     

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。     

南大巴山前陆冲断褶皱带断裂流体地球化学特征及构造保存研究

南大巴山前陆构造带位于城口断裂与铁溪-巫溪断裂之间,为研究该构造带断裂对烃类运移及构造对页岩气保存的影响,本文对该构造带内断裂流体的碳氧同位素和流体包裹体进行了测试分析。测试结果显示,研究区断裂流体碳氧同位素整体较围岩更为分散,δ~(13)C_(PDB)介于-2.9‰~3.9‰之间,属正常海相碳酸盐层的碳同位素值,坪坝断裂附近δ~(13)C_(PDB)呈明显亏损,具外来流体混合的特征。流体包裹体为含烃的气液二相盐水包裹体,气相成分为CH_4,液相为H_2O。包裹体均一温度以城口断裂附近最高,主要为311~336℃,频率峰值温度为328℃;往南叠瓦带流体均一温度主要位于183~269℃之间,峰值为230℃,断褶带峰值为213℃,滑脱褶皱带为170℃,整体表现为向盆内方向降低。盐度主要为4.43%~8.6%NaCl。研究表明,城口断裂作为大巴山构造带南北分界的主干断裂,古流体的形成温度和热演化程度最高,且从盆地向北至城口断裂,各构造带流体的热演化程度、成岩温度、古流体压力均逐渐升高,说明随着构造活动的增强,构造带中的流体更为活跃,持续时间更长,导致流体形成的深度和温度变化较大。构造带内的流体总体上形成于封闭体系,在主构造应力的驱动下,盆地深部含烃流体沿断裂向浅部运移,并与浅部地层流体发生混合,运移通道整体处于封闭状态;而构造带内的一些次级断裂,因其形成的时间以及向下延伸的深度不足以触及下古生界烃源岩层,因此其对流体封闭性的影响有限。     

库车前陆褶皱冲断带前缘滑脱层内部变形特征

古近系库姆格列木组和新近系吉迪克组膏盐层构成了库车前陆褶皱冲断带的区域滑脱层。在褶皱冲断带前缘,膏盐层发生塑性流动,其内部形成多种构造样式。根据野外考察、地震剖面解释和钻井资料识别出的膏盐层内部构造变形样式主要包括盐枕、盐墙、盐推覆、鱼尾构造、盐焊接(断层焊接)、盐缩颈、透镜状增厚和盐垛等盐构造。盐构造在形成时间上具有一定的演化序列,库车前陆褶皱冲断带总体表现为由北向南迁移,前缘秋里塔格构造带则是从西往东迁移,盐推覆、盐焊接、盐枕等构造形成时间较早,盐墙形成较晚,东秋地区的盐构造形成时间整体较西段和中段晚,规模也较小。     

库车前陆褶皱—冲断带前缘大型盐推覆构造

塔里木盆地北部库车前陆褶皱-冲断带构造-地层层序可划分为中生界盐下层序、古新统一始新统盐层层序和渐新统一第四系盐上层序。盐岩层序的岩性主要为灰白色、浅灰色盐岩、膏岩、泥灰岩和紫红色碎屑岩,厚110～3000 m。盐岩层的存在使库车前陆褶皱-冲断带发育-系列盐相关构造,其中最引人注目的是盐推覆构造。野外地质调查、地震资料解释、遥感资料和钻井资料揭示,沿库车前陆褶皱-冲断带前缘西秋立塔克山发育大型盐推覆构造,总体呈近东西走向,并略呈往西南凸出的弧形展布,沿走向延伸超过200km,由北往南逆冲推覆距离达30km以上。主断层沿古新统-始新统盐岩层发育,外来推覆体由古新统-始新统盐层层序和渐新统-第四系盐上层序组成,表现为受断层控制的单面山,逆冲推覆在原地中生代-新生代地层之上。地质分析和剖面复原结果表明,盐推覆构造主要形成于新近纪末期以来的喜马拉雅晚期阶段,现今仍具有强烈的活动性。由于不均匀推覆作用,在盐推覆构造的不同地段,逆冲推覆距离、冲断层产状、外来岩系和原地岩系的叠置关系以及盐相关构造的发育都有较大差异,显示出走向上分段性特点。库车前陆褶皱-冲断带前缘盐推覆构造的形成演化受区域挤压作用、重力滑动和重力扩展作用控制。     

塔里木盆地北缘库车前陆褶皱──冲断构造分析

库车前陆褶皱－冲断带是以断坪－断坡式的台阶状逆断层作为滑动机制的盖层薄皮推覆构造，它们在剖面上形成一个向南变薄尖灭的推覆构造楔，底部沿脱面在北侧深南侧浅，推覆变形也是自北向南传递。依据其构造形态和变形特点可分为五个构造亚带：（1）南天山前缘楔状构造带；（2）库姆格列木－依奇克里克断层扩展褶皱构造带：（3）吐格尔明－吉迪克断层弯曲褶皱构造带：（4）秋里塔格断层扩展褶皱与断层弯曲褶皱叠加构造带；（5）库车－亚肯生长断层弯曲褶皱构造带。     

库车前陆褶皱-冲断带盐构造差异变形和分段性特征探讨

通过野外地质调查、GIS分析、三维可视化分析、盐相关构造变形样式的探讨、平衡剖面分析以及缩短量和缩短率的估算,表明库车前陆褶皱—冲断带盐构造具有明显的差异变形和分段性特征。差异变形主要表现为纵向上不同层次变形的差异性以及平面上构造变形的分带性与分段性。段与段的分界一般为走滑断层,在野外可见大量断层三角面、擦痕、阶步、错断的山脊和河谷等现象,地貌GIS分析可以揭示一些构造分段的细节特征,三维可视化反映了隐伏的残留盐枕的分段性。不同的段具有迥然不同的构造变形样式,平衡剖面分析可以估算出不同段落缩短量和缩短率的明显差异。盐构造差异变形和分段性的形成一方面受控于天山造山带的分段性活动过程,还和盐岩层本身的沉积学特征及盐体展布格局有关,同时还明显受到基底构造的控制,与基底古隆起、基底断裂及古构造断坡的发育密切相关。     

库车前陆冲断带秋里塔格构造带水系形态与褶皱生长

水系形态能够非常敏感的记录活动构造的演化过程,尤其对于褶皱横向生长的地区,常形成特征的水系形态。库车前陆冲断带发育平行于南天山造山带走向的褶皱带,并形成特征的水系形态。利用遥感影像、卫星照片、以及从数字高程数据中提取的地貌和水系参数,对库车前陆冲断带秋里塔格构造带水系形态进行分析研究,得出库车前陆冲断带褶皱具有横向生长的演化特征,并识别出判别褶皱生长的5个水系形态标志。这些水系形态标志包括：不对称的水域形态,水系受到阻挡发生弯曲、捕获、并流现象,背斜脊部风口的形成以及高度依次降低排列,不对称的冲积扇体,被纵向河流分隔的两侧背斜的水系形态差异。褶皱的横向生长最终导致相互拼接形成更大规模的褶皱带,秋里塔格构造带正是由多条背斜的横向生长,并拼接而成现今延伸~300km的褶皱带。     

柯坪褶皱冲断带构造变形特征解析

柯坪褶皱冲断带位于塔里木盆地西北缘,勘探程度低,地表、地下构造变形复杂,构造模型存在多解性.本文通过对最新地震资料的解释,结合地质露头和钻井资料,建立起该地区新的构造模型.柯坪褶皱冲断带构造变形具有东西分段、南北分带的特征.东西向具有“跷跷板式”的沉积特征.中部皮羌段中寒武统盐层厚度大,主要发育盐下冲断构造和盐上反向滑脱构造;东、西两段主要发育基底卷入构造.石炭纪柯坪褶皱冲断带存在一期古隆起构造.晚石炭世一早二叠世沉积的康克林组具有填平补齐的特征.皮羌段发育两期断裂.早期为海西期断裂,晚期为喜山期断裂.石炭纪古隆起受控于早期断裂.喜山期形成的盐上滑脱构造对下伏潜在的古油藏具有封闭和保存作用.     

南天山晚新生代褶皱冲断带构造特征

南天山晚新生代褶皱冲断带位于南天山南麓,是南天山陆内造山作用过程中,南天山造山楔向塔里木盆地推进的结果.褶皱冲断带的构造变形以挤压冲断构造为主,伴生有挤压走滑构造和盐相关构造.以盖层滑脱冲断为特征,伴生有基底卷入型冲断构造.褶皱冲断带的主滑脱冲断层由造山带向盆地方向逐渐抬升,而且,厚皮构造向造山带方向越来越发育,薄皮构造向盆地方向越来越发育.整个褶皱冲断带从东到西冲断作用发生的时间基本一致,起始于中新世中-晚期并一直持续到现今;冲断高峰发生于新近纪晚期-第四纪.褶皱冲断带的形成过程为前展式,由南天山向塔里木盆地推进.受地层剖面结构、沉积建造、基底起伏、所处的构造部位等因素控制,南天山褶皱冲断带的构造变形特征沿走向具有明显的分段性,从东到西划分出4个次级褶皱冲断带:库车、乌什、柯坪和喀什北褶皱冲断带.每个次级褶皱冲断带在共性的基础上,都有自己独特的构造变形特点.     

扎格罗斯褶皱冲断带构造变形特征

扎格罗斯褶皱冲断带是扎格罗斯碰撞造山带的前陆褶皱冲断带, 也是波斯湾周缘前陆盆地的楔顶带, 自北东到南西垂直于构造线方向可分为高扎格罗斯冲断带和扎格罗斯简单褶皱带, 自北西到南东沿构造线方向可分为洛雷斯坦区(Lorestan)、迪兹富勒湾区(Dezful Embayment)和法尔斯区(Fars)。扎格罗斯褶皱冲断带的形成始于晚白垩世阿拉伯板块的洋壳向北俯冲到欧亚板块之下, 褶皱冲断构造从北东部缝合带向南西方向伸展, 并在上新世基本定型。本文选取了横切扎格罗斯褶皱冲断带的3条地质剖面和两条局部地震剖面进行构造变形分析。剖面分析显示研究区垂向上由一条大滑脱面将扎格罗斯褶皱冲断带剖面分为上、下两个构造层, 褶皱冲断变形从北东到南西向由强变弱。研究区发育走滑、挤压和拉张3种构造变形, 挤压构造变形占主导地位。挤压构造变形又包括滑脱褶皱、断展褶皱、断弯褶皱和双重构造等。