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。     

龙门山褶皱冲断带沿走向差异剥蚀作用 ——砂箱物理模型的启示

褶皱冲断带-前陆盆地系统普遍存在浅表构造剥蚀-沉积作用及其相关耦合机制,从而具有复杂的三维空间构造变形特征与演化过程.本文基于青藏高原东缘龙门山褶皱冲断带-前陆盆地系统,通过沿走向变化的剥蚀-沉积作用砂箱物理模拟实验和野外地质调查等研究,揭示其沿走向变化的剥蚀-沉积作用,导致了褶皱冲断带大规模抬升剥蚀、断层多期活化与无...     

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。     

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.     

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。     

库车褶皱冲断带克拉苏三角带的位移转换构造

根据对库车褶皱冲断带的地面地质调查和地震反射剖面的解释表明, 库车褶皱冲断带克拉苏三角带发育垂直构造走向的位移转换构造.在地面上, 位移转换构造分别表现为库姆格列木、巴什基奇克和开依雷艾肯背斜以及吐孜麻扎、喀桑托开和吉迪克背斜构造的走向侧接构造样式; 在地下表现为库-巴冲断层、喀桑托开冲断层的断距的反接关系.位移转换构造发育的动力学背景可能与南天山重力滑动构造有关.      

底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带影响的数值模拟

滑脱层是影响褶皱冲断带的第一因素。为了探讨底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带的影响,本文通过二维有限差分软件FLAC开展了数值模拟研究。常见的泥岩滑脱层具摩擦性质,此类冲断带采用弹塑性模型;而盐岩滑脱层具蠕变性质,此类冲断带则采用黏弹塑性模型。结果表明,底部滑脱层流变性以及厚度对冲断带的变形影响很大。当滑脱层为泥岩时,发育典型的叠瓦状构造样式,变形序列为背驮式向前扩展的有序序列。而当滑脱层为盐岩时,发育背、向斜相间排列的侏罗山式构造样式,并以无序序列演化。底部滑脱层厚度的变化,对泥岩滑脱层的冲断带而言,主要改变其表面坡角,对构造样式和演化序列影响不大;但对盐岩滑脱层的冲断带影响很大,不管滑脱层最厚的地方分布在后陆还是前陆,变形都会最强烈,地表凸起最高。从后陆向前陆加厚的盐岩滑脱层结合由后陆向前陆略为减薄的上覆地层可产生罕见的后冲、后展式演化序列。这些变形的差异主要是由于盐岩比泥岩具有小得多的剪切强度所致。     

Structural Variation between the Western and Eastern Kuqa Fold-and-thrust Belt, China: Insights from Seismic Interpretation and Analog Modeling

The Kuqa fold-and-thrust belt exhibits apparent structural variation in the western and eastern zone. Two salt layer act as effective decollements and influence the varied deformation. In this study, detailed seismic interpretations and analog modeling are presented to construct the suprasalt and subsalt structures in the transfer zone of the middle Kuqa and investigate the influence of the two salt layers. The results reveal that the relationship of the two salt layers changes from separated to connected, and then overlapped toward the foreland in the transfer zone. Different structural models are formed in the suprasalt and subsalt units due to the interaction of the two salt layers. The imbricate thrust faults form two broom-like fault systems in the subsalt units. The suprasalt units develop detached folds terminating toward the east in the region near the orogenic belt. Whereas, two offset anticlines with different trends develop at the frontal edge of the lower salt layer and the trailing edge of the upper salt layer, respectively. According to exploration results in this region, the relationship between suprasalt and subsalt structures has an influence on hydrocarbon accumulation. We believe that the connected deformation contains high-risk plays while the decoupled deformation contains well-preserved plays.     

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。     

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。     

Physical Modeling of Fold-and-Thrust Belt Evolution and Triangle Zone Development:Dabashan Foreland Belt(Northeast Sichuan basin,China) as an Example

Triangle zones,generally found in foreland fold-and-thrust belts,serve as favorable objects of petroleum exploration.Taking the Dabashan foreland belt as an example,we studied the formation and development of triangle zones,and investigated the effect of decollements and the mechanical contrast of lithology by employing the method of physical modeling.Four experimental models were conducted in the work.The results showed that ’sand wedges’ grew episodically,recorded by deformational length,height and slope angle.The height versus shortening rate presented an S-shape curve,and uplifting occurred successively in the direction of the foreland belt.During the formation of the triangle zone,layer-parallel shortening took place at the outset;deformation decoupling then occurred between the upper and lower brittle layers,divided by a middle-embedded silicone polymers layer.The upper brittle layers deformed mainly by folding,while the lower sand layers by thrusting. As shortening continued,the geometry of a triangle zone was altered.We consider that the triangle zone in the Dabashan foreland belt was modified from an early one based on available seismic profiles and the experimental results.In addition,decollements and mechanical contrast impose significant influence on structural development,which can directly give rise to structural discrepancies.More decollements and obvious mechanical contrast between brittle layers can promote the coupling between the upper and lower brittle layers.Basal decollement controls the whole deformation and decreases the slope angle of the wedge,while roof decollement determines whether a triangle zone can be formed.     

渤海湾盆地张巨河复杂断块区平面砂箱模拟实验及其启示

伸展盆地复杂断块区往往发育多个方向的断层，这种复杂的正断层组合过去有人认为是多期构造矗加作用的结果。本文针对渤海湾盆地张巨河复杂断块区进行了平面砂箱模拟实验。实验结果表明，在基底有先存构造(如基底断裂)的情况下，如果区域伸展方向和先存断裂或基底构造活动(底辟上拱)不协调，通过递进变形就可以形成复杂的断层组合，即复杂的断层组合可以在一个伸展构造期内、在统一的区域伸展构造力作用下在递进变形过程中逐渐形成，复杂断层组合并不一定需要多期变形叠加。在此基础上，结合理论分析，提出了复杂断层组合成因的另一种模式——不协调伸展递进变形模式。该模式为揭示伸展构造系统中复杂断层组合之间的内在联系提供了新的思路。     

东濮凹陷构造变形的物理模拟研究

东濮凹陷是一个研究程度较高的含油气区,前人在构造变形研究方面多注重于伸展变形的几何学分析而忽略了形成机制中走滑分量的作用。本文在对区域地质背景和东濮凹陷构造特征分析基础上,设计平、剖面砂箱实验对该凹陷的构造变形进行伸展-走滑模拟研究。结果表明:(1)具走滑性质的断裂组合形成的构造样式更加复杂多样,走滑断层弯曲会产生挤压或伸展分量,在相邻的区域内形成局部的凹陷和隆起,主动盘的不同会形成不同的断裂组合;(2)在区域NNW—SSE向伸展变形下,形成了东濮凹陷两洼一凸的近对称格局,基底深断裂的张扭性开裂加速了凹陷的形成,主断层上、下盘均有明显的活动;(3)受基底断裂活动影响,大约Es~2-Ed沉积期凹陷存在一个明显的右旋走滑变形期,在凹陷的中部隆起带上出现了负花状、火焰状等典型走滑构造样式,走滑变形具有阵发性特点。     

提肯乃克特额尔齐斯构造混杂岩带的初步确立及构造意义

提肯乃克特额尔齐斯构造混杂带岩块(片)由变质玄武岩及变质辉绿岩、斜长花岗岩等深成杂岩组成,可能代表了北准噶尔有限洋盆的洋壳残片,基质主要为一套浅变质细碎屑岩,上覆岩石主要由硅质岩、变质粉砂岩等远洋沉积物组成。早泥盆世,准噶尔微板块东北缘及西伯利亚板块南缘因大陆硅铝壳开始破裂、扩张,在额尔齐斯断裂南北两侧分别出现拉张活动。中泥盆世,哈萨克斯坦-准噶尔板块向山区阿尔泰地块俯冲并逐渐闭合成陆。早石炭世初期,准噶尔微型板块北缘再次沿额尔齐斯断裂带南侧发生拉张、裂陷,逐渐演变成活动大陆边缘并发育基性杂岩体。早石炭世晚期,地壳由扩张转为挤压,准噶尔微板块与阿尔泰地块再次发生碰撞,伴随这次板块碰撞活动,其上覆上迭火山-沉积盆地闭合成陆。提肯乃克特额尔齐斯构造混杂岩带的识别,对于重新认识准噶尔地块和阿尔泰地块之间的关系及探讨中亚造山带古生代以来的构造演化具较大意义。     

Indosinian Foreland Fold-and-Thrust Belt Bordering Yunnan and Guangxi, China

Recent discoveries of ophiolites indicate that there must be a Palaeotethyan geosuture zone bordering China and Vietnam, which separates the Vietbac block from the South China subcontinent. The Indosinian foreland fold-and-thrust belt bordering Yunnan and Guangxi provided further evidence for the palaeotethysides. The oceanic crust was subducted southwestwards while the magmatic arc migrated northeastwards, and the continent-arc collision occurred in the Late Triassic with the thrusting being extended towards the north or northeast. The features of thrust-nappe structure are discussed, which proved the continental margin of the Palaeotethyan ocean there to be a complicated one. A face-to-face collision occurred first along the NW-striking segment and then along the ENE-striking segment accompanied by transpression or oblique thrusting occurring along the NW-striking one.