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。     

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。     

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.     

南天山褶皱冲断带西段变形空间差异性及控制因素

新生代早期印度板块与欧亚板块持续碰撞汇聚导致欧亚板块内部发生大规模的陆内变形,天山造山带再次隆升,并向塔里木盆地大规模逆掩推覆,形成了现今南天山褶皱冲断带,其变形表现出明显的空间差异性。本文以南天山褶皱冲断带西段为研究对象,通过对不同构造带的地震剖面解释、运用平衡剖面技术恢复出各演化阶段发育过程并计算出相应的变形量,分析本区构造带的空间差异性及其控制因素。通过分析认为南天山褶皱冲断带西段可以进一步划分为巴什布拉克构造段,乌恰-阿图什-喀什构造段和柯坪西缘构造段。其中,巴什布拉克构造段变形特征主要呈一系列对冲构造和背驮盆地样式。乌恰-阿图什-喀什构造段变形特征表现为深、浅两个层次:深部发育堆垛构造和构造楔,浅部发育断层传播褶皱和逆冲断层改造的褶皱带。柯坪西缘构造段变形更加强烈,也表现为深、浅两个层次:深部发育堆垛构造,堆垛程度更大,浅部也发育断层传播褶皱和逆冲断层改造的褶皱带以及反冲断层系。结合该研究区的地质概况进一步分析,本文认为南天山褶皱冲断带西段构造变形的差异性可能与新生代以来帕米尔块体向北推进、塔拉斯-费尔干纳右行走滑断裂的活动、先存断裂的活化与韧性滑脱层的影响有关。     

柴达木盆地北缘反S形褶皱冲断带变形机制的物理模拟研究

阿尔金断裂走滑变形的侧向传递十分有限,难以解释柴达木盆地北缘反S形褶皱冲断带的形成。本文设计的一组具有不同性质基底条件的弧形边界砂箱实验表明:刚性块体边界形态控制了褶皱冲断带走向和构造格局,同时基底力学性质也有部分影响作用,因而可用“刚性块体弧形边界联合作用”来解释其形成,即:1)冷湖反S形褶皱冲断带的形成是赛什腾山前弧形边界与昆特依凹陷弧形边界联合作用的结果;2)鄂博梁反S形褶皱冲断带的形成是昆特依凹陷与一里坪凹陷弧形边界联合作用的结果;3)位于一里坪凹陷南侧、与阿尔金断裂左行走滑变形呈反牵引关系的褶皱冲断带则与该凹陷西南侧向南西突出的弧形边界有关。     

南天山库车冲断褶皱带构造变形时间——以库车河地区为例

本文利用野外调查结果、二维地震反射剖面、钻井和测井数据建立了一条横穿库车河地区的南北向构造剖面,将库车冲断褶皱带划分为北部褶皱带、克依构造带、秋立塔格背斜带和亚肯背斜带。作者在库车冲断褶皱带北部发现了渐新世—中新世角度不整合,在库车南部亚肯背斜和东秋立塔格背斜顶部发现了构造生长地层,通过确定构造生长地层的底界,利用库车河地区古近系(下第三系)—第四系磁极柱,判断亚肯背斜和东秋立塔格背斜构造生长地层的沉积时代为5.2±0.2 Ma。上述结果暗示库车冲断褶皱带北部山前带的变形始于渐新世,并且经历了中新世、上新世的构造改造,南部秋立塔格背斜带和亚肯背斜带形成较晚,可能是上新世开始变形,而且变形活动持续至今,由此看来库车冲断褶皱带的变形时代由北向南变新。作者估算东秋立塔格背斜上新世以来(5.2±0.2 Ma)的构造变形量为7.5 km,变形速率为1.5 mm/a。     

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。     

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。     

库车褶皱冲断带西段盐底辟成因机制

库车褶皱冲断带是由印度板块和欧亚板块碰撞形成的新生代再生前陆盆地,沉积古近系和新近系两套盐岩,在其西部发育盐底辟构造。根据野外地质调查、地震剖面解释以及平衡剖面制作,探讨了库车褶皱冲断带盐底辟的成因机制。库车褶皱冲断带盐底辟分为两种类型：沿喀拉玉尔滚走滑断层发育的点状盐底辟构造-盐栓;发育在吐孜玛扎地区的线状盐底辟构造-盐墙。库车褶皱冲断带西段盐上生长地层主要发生在库车组中段沉积期及以后,库车组中段发育角度不整合面,反映盐底辟的形成。盐栓受走滑作用的控制,为走滑拉张作用的产物,而盐墙受库车组中段及其后差异压实作用的控制,受挤压作用的改造。     

数值模拟在沉积盆地褶皱冲断构造变形研究中的应用与发展

数值模拟是一种利用电子计算机,通过数值计算和图像显示的方法,研究工程问题、物理问题乃至自然界各类问题的方法。随着高性能计算的不断发展,数值模拟方法在沉积盆地构造变形研究中的应用不断扩大,学术界和工业界将数值模拟方法广泛应用于盆地构造变形特征与变形机制的定量研究,取得了丰硕的成果。本文在系统分析前人数值模拟成果的基础上,阐述了有限元、有限差分、边界元和离散元四种常用数值模拟实验方法的特征和应用。同时,本文对近年来数值模拟方法在沉积盆地褶皱冲断构造变形中的研究进展进行了分类总结,重点介绍这一方法在构造特征与变形机制研究中取得的成果,为数值模拟方法在盆地构造变形领域应用的不断扩大和深入提供参考。最后,本文对数值模拟技术在目前应用中面临的问题和未来的发展方向提出了一些看法和建议。     

龙门山褶皱冲断带扩展生长过程——基于低温热年代学模型证据

基于多封闭系统低温热年代学特征的浅部地貌构造模型重建在揭示褶皱冲断带-前陆盆地系统形成演化过程中受到越来越广泛的重视与应用。青藏高原东缘龙门山地区多封闭系统低温年代学年龄总体上具有逐渐从冲断带前缘、由SE向NW至高原内部减小趋势,且走向上由NE向SW也具微弱减小趋势;龙门山褶皱冲断带热年代学年龄变化范围明显大于高原内部,揭示出盆-山过渡带新生代加强的褶皱冲断剥蚀浅表作用。基于龙门山区域低温热年代学和褶皱冲断带-前陆盆地系统稳态冲断剥蚀热模型,揭示出青藏高原东向扩展速率约为5～10 mm/a,抬升剥蚀速率为0.4～1.0 mm/a和龙门山褶皱冲断带缩短速率为0～15 mm/a,它们与现今地质学和大地测量学特征具有较好的一致性。因此,青藏高原东缘由西向东的多封闭系统热年代学年龄特征反映出新生代稳态的高原东向扩展生长过程,即龙门山褶皱冲断带冲断扩展和浅表剥蚀作用耦合过程。     

四川盆地盆缘前陆逆冲带的复合与联合扩展研究综述

前陆逆冲带扩展方式是理解造山带生长的关键。四川盆地东缘、北缘和西缘分别发育不同时代和不同构造背景下形成的武陵山-华蓥山、大巴山和龙门山前陆逆冲带,前人对他们的结构和构造运动学进行了详尽的研究。本文在总结这些研究的基础上,揭示武陵山-华蓥山、大巴山和龙门山三条前陆逆冲带的结构分带均表现为从厚皮逆冲构造至薄皮逆冲构造组合的变化,构造解析表明结构分带是断层-褶皱关系主导的指向前陆盆地方向共轴递进扩展作用的结果。同时,在前陆逆冲带扩展分析基础上,总结了四川盆地盆缘共轴扩展、非共轴叠加复合扩展和联合构造扩展三种前陆逆冲带扩展方式。结合阿巴拉契亚、科迪勒拉、阿尔卑斯、喜马拉雅、比利牛斯山等经典造山带前陆逆冲带扩展的研究现状,提出前陆逆冲带扩展研究中存在古构造应力场的σ₂悖论、应力-应变(σ-ε)关系难以建立和系统不平衡等问题,并认为这些问题是未来定量化约束前陆逆冲带扩展,进而解决造山带生长构造动力学研究的主要挑战。     

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。     

后撤式逆冲推覆断层成因机制及物理模拟——以准噶尔盆地西北缘克-百断裂带为例

位于准噶尔盆地西北缘中段的克-百断裂带,晚二叠世以来发育了一系列后撤式逆冲断层。长期以来,关于克-百断裂带高角度逆冲断层的成因机制一直处于争论当中,后撤式逆冲断层的物理模拟在国内尚未见文献报道。论文通过地震解释研究了克-百断裂带的构造变形特征及其演化阶段;应用断层"活动性系数"理论,半定量地描述了挤压条件下断层"活动性系数"、摩擦系数与断层倾角之间的关系,证明了挤压条件下也能形成高角度逆断层;结合"造山楔"理论解释了后撤式逆冲断层的成因机制。研究认为,克-百断裂带后撤式逆冲断层是印支期、燕山期持续挤压和扎伊尔山隆升效应综合作用的产物:挤压过程中发生"泊松效应",随着断层倾角增大,断层面上的正压力迅速增大、"活动性系数"降低,当倾角增大到一个临界值后断层停止活动,形成高角度的逆断层;同时扎伊尔山隆升造成挤压应力上移,为断层的后撤奠定了基础。最后利用砂箱物理实验模拟了克-百断裂带后撤式逆冲断层的形成过程。     

Response of unconfined turbidity current to deep‐water fold and thrust belt topography: Orthogonal incidence on solitary and segmented folds

Sea‐floor topography of deep‐water folds is widely considered to have a major impact on turbidity currents and their depositional systems, but understanding the flow response to such features was limited mainly to conceptual notions inspired by small‐scale laboratory experiments. High‐resolution three‐dimensional numerical experiments can compensate for the lack of natural‐scale flow observations. The present study combines numerical modelling of thrusts with fault‐propagation folds by Trishear3D software with computational fluid dynamics simulations of a natural‐scale unconfined turbidity current by MassFlow‐3D? software. The study reveals the hydraulic and depositional responses of a turbidity current (ca 50 m thick) to typical topographic features that it might encounter in an orthogonal incidence on a sea‐floor deep‐water fold and thrust belt. The supercritical current (ca 10 m sec^?1) decelerated and thickened due to the hydraulic jump on the fold backlimb counter‐slope, where a reverse overflow formed through current self‐reflection and a reverse underflow was issued by backward squeezing of a dense near‐bed sediment load. The reverse flows were re‐feeding sediment to the parental current, reducing its waning rate and extending its runout. The low‐efficiency current, carrying sand and silt, outran a downslope distance of >17 km with only modest deposition (<0·2 m) beyond the fold. Most of the flow volume diverted sideways along the backlimb to surround the fold and spread further downslope, with some overspill across the fold and another hydraulic jump at the forelimb toe. In the case of a segmented fold, a large part of the flow went downslope through the segment boundary. Preferential deposition (0·2 to 1·8 m) occurred on the fold backlimb and directly upslope, and on the forelimb slope in the case of a smaller fold. The spatial patterns of sand entrapment revealed by the study may serve as guidelines for assessing the influence of substrate folds on turbiditic sedimentation in a basin.     

Confluence and intersection of interacting conjugate faults: A new concept based on analogue experiments

Examination of the interaction area of conjugate faults yields evidence of a yet unknown structural pattern. Analogue experiments revealed the evolution of this pattern during the interaction process. A fault propagating towards the highly active section of another conjugate fault becomes increasingly deflected towards the obtuse angle side of the conjugate system while approaching until joining it. During this process, the tip of the curved propagating fault retains its shear sense until immediately before joining with the highly active fault—a process called “confluence” in this report. Under constant remote stress, the deflected fault now becomes dominant. A fault branch splits off at the point where deflection commences, propagating straight ahead of the original direction, and may dissect the former master fault. Alternating activity at both of the faults finally produces the known intersection patterns. Further studies of the proposed concept on natural examples are recommended due to the close geometric similarity of the evolutionary structural stages and natural fault patterns.     

The generation of quartz-normative melts and corundum-bearing restites by crustal anatexis: petrogenetic modelling based on an example from the Lewisian of North-West Scotland

Abstract Rare layers of an aluminous, muscovite-rich rock from the Lewisian Complex at Stoer, North-West Scotland, display evidence which suggests that the rock has undergone local partial melting to form quartz-bearing veins and a corundum-bearing restite. The assemblages observed in these rocks match those predicted by modelling in the system KAlO₂-NaAlO₂-Al₂O₃-SiO₂-H₂O (KNASH) where certain bulk compositions melt peritectically to give corundum-bearing restites and quartz-normative melts. Study of the model system shows that the observed parageneses could have formed from a range of bulk compositions with a variety of possible values of a H₂O which could have been internally or externally buffered. The KNASH petrogenetic grid, together with another in the system CaO-Na₂O-FeO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O (CNFASH), allows the P–T path of the rocks to be delineated and an estimate to be made of the conditions at the peak of metamorphism as > 11 kbar and 900-925°C. This estimate is in agreement with P–T estimates using thermobarometric methods on adjacent lithologies: The activity of H₂O in the system throughout metamorphism is calculated to have been >0.3.     

Comparison of hydrological models for use in climate change studies: A test on 241 catchments in West and Central Africa

The present work reports on the study and the comparison of the performance of three “Génie rural” (GR) and two Water Balance (WB) models. The calibration and robustness performances are analysed in the light of the hydro-climatic conditions. The study shows that the GR models are much more efficient and robust than the WB models. The behaviour of calibration performance as a function of hydroclimatic variables varies according to the model and goodness-of-fit criteria (GOFC). The GR models are more robust in terms of NSE(Q) and NSE(√Q) and the WB models in terms of KGE. For more robustness of the models, it is better to transfer the parameters to wetter periods or periods with a lower Potential EvapoTranspiration (PET) than the calibration period. For a loss of robustness of less than 20% for GR and 30% for WB, the variation between calibration and rain validation/PET periods must be around ±15%/±1.5%.