含盐前陆充填变形前缘盐上层构造样式

本文从盐层及盐上层碎屑岩厚度出发,讨论了在盐(蒸发岩)参入变形条件下,前陆区变形前缘盐上层构造样式。盐层及盐上层相对厚度决定着盐上层基本变形样式——褶皱或断裂。当盐上层背斜虚脱空间面积小于或等于变形前相应长度盐层所对应的盐面积时,盐上层形成完整背斜;反之,盐上层发生断裂。在发生断裂条件下,相背断层的交切情况决定着盐上层的构造样式：当交切点在盐上层下部外面时,形成突起构造;当交切点在盐上层内部时,则形成上部突起构造与下部三角带相叠加的情况或形成鱼尾构造;当交切点在盐上层外面时,则形成三角带构造。交切点的位置主要决定于岩上层的厚度。     

The Effect of Wedge Structure on Displacement Subduction of Piedmont Thrust Structure: A Case Study of the Southern Margin of Junggar Basin

介于复活的天山造山带与稳定的准噶尔克拉通之间的准噶尔盆地南缘前陆冲断带,是印度板块与欧亚大陆碰撞的远距离效应产物,也是新近纪以来青藏高原隆升并向北推挤的直接结果.前陆冲断带吸收了来自造山带的水平缩短构造位移量后,克拉通一侧构造趋于稳定.准噶尔盆地南缘与世界上多数前陆冲断带构造地质特征相似,通过区域地震剖面的精细构造几何学和运动学解析,发现其中的楔形构造非常典型,是前陆冲断带内部冲断构造位移量消减的主要方式之一,控制着前陆冲断带分布范围和变形方式.准噶尔盆地南缘构造变形主要由南侧的天山造山带向北逆掩冲断,但是大部分冲断构造位移量是通过楔形构造反向传递后消减.紧邻天山北麓的齐古-喀拉扎-昌吉等构造带,山前深部的楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成霍-玛-吐第二排构造带和安集海-呼图壁第三排背斜带.准噶尔盆地南缘第二、三排构造带中-新生界内部发育多个小型的构造楔型体,这些互相叠置的楔型构造横向延伸不大,加大了构造变形的复杂性和构造圈闭识别的难度.     

楔形构造在山前冲断构造位移量消减中的作用

介于复活的天山造山带与稳定的准噶尔克拉通之间的准噶尔盆地南缘前陆冲断带,是印度板块与欧亚大陆碰撞的远距离效应产物,也是新近纪以来青藏高原隆升并向北推挤的直接结果。前陆冲断带吸收了来自造山带的水平缩短构造位移量后,克拉通一侧构造趋于稳定。准噶尔盆地南缘与世界上多数前陆冲断带构造地质特征相似,通过区域地震剖面的精细构造几何学和运动学解析,发现其中的楔形构造非常典型,是前陆冲断带内部冲断构造位移量消减的主要方式之一,控制着前陆冲断带分布范围和变形方式。准噶尔盆地南缘构造变形主要由南侧的天山造山带向北逆掩冲断,但是大部分冲断构造位移量是通过楔形构造反向传递后消减。紧邻天山北麓的齐古-喀拉扎-昌吉等构造带,山前深部的楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成霍-玛-吐第二排构造带和安集海-呼图壁第三排背斜带。准噶尔盆地南缘第二、三排构造带中-新生界内部发育多个小型的构造楔型体,这些互相叠置的楔型构造横向延伸不大,加大了构造变形的复杂性和构造圈闭识别的难度。     

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。     

通南巴背斜几何学、运动学与构造模型

通南巴背斜发育于四川盆地东北米仓山冲断构造带和大巴山弧形冲断构造带的构造叠合部位, 其形成与演化受到米仓山与大巴山的联合影响, 然而目前其变形特征以及变形机制认识尚且不清楚, 精细研究通南巴背斜构造几何学、运动学对于揭示背斜成因机制以及认识陆内构造变形具有积极作用.本文以覆盖通南巴背斜的三维地震资料为基础, 运用断层相关褶皱理论和平衡复原等方法, 精细刻画出通南巴背斜几何学与运动学特征, 并建立构造模型, 探讨其成因机制.研究表明, 通南巴背斜总体具有"东西分段、上下分层、早晚期构造叠加"的特征, 具体表现为: 1)受控于三叠系嘉陵江组膏盐滑脱层、志留系泥岩局部滑脱层以及前震旦系滑脱层, 通南巴背斜分为上、中、下、深4套构造层, 表现为多层滑脱变形特征, 其中, 中部构造层变形强度最大; 2)深部(前震旦系)构造楔发育于整个通南巴背斜, 其个数和几何学形态的变化直接影响了上覆背斜形态以及分段性背斜高点差异; 3)位移沿楔端点向前传递过程中, 受到川中刚性基底的阻挡, 背斜前翼旋转, 形成次级褶皱调节断层; 4)通南巴背斜晚期受大巴山向西南推覆挤压的叠加作用, 表现为中部构造层在东北段发育一系列双重构造和叠瓦构造, 并导致嘉陵江组以上地层被动变形褶皱.     

英雄岭构造带英西北带盐相关构造研究

柴达木盆地英雄岭构造带英西北带E23地层中盐岩较为发育,对该区构造及其演化特征起着重要控制作用.通过对钻井、测井、地震等资料的综合分析研究,英西北带纵向上发育盐上、盐下、盐间"三层构造"样式.盐上发育大规模逆掩推覆构造,盐下发育逆冲叠瓦构造和冲起构造的复杂变形组合,盐岩层发育盐席、盐楔、盐推覆、盐间断褶、盐背斜等盐相关...     

塔里木盆地库车前陆褶皱带中段盐相关构造特征与油气聚集

塔里木盆地北部库车前陆褶皱带古新统一始新统发育盐岩层系，将库车前陆褶皱带构造变形和圈闭样式分为三层，即盐上构造、盐层(盐间)构造和盐下构造。盐上构造包括盐上背斜、盐上逆冲断层及断层相关褶皱、盐上背冲断块构造、强制褶皱、盐上逆冲断层遮挡构造和盐推覆构造等；盐层(盐间)构造主要包括盐枕构造、盐间断褶构造、盐焊接构造和外来盐席等；盐下构造主要有背冲断块构造、断层相关褶皱、叠瓦冲断带和双重构造等。库车前陆褶皱带盐构造的形成可能受挤压作用、重力滑动和重力扩展作用多重控制。笔者等讨论了盐相关构造油气成藏条件和模式，认为库车前陆褶皱带盐岩层变形与丰富的圈闭构造形成密切相关，烃源岩主要位于盐下，盐岩层作为优质盖层构成石油和天然气藏最优越的遮挡条件，断裂对盐下、盐间和盐上油气成藏都起重要控制作用，但盐下是最有利的油气聚集场所。     

库车坳陷西段盐构造二维平衡恢复与复原构造剖面分析

天山南麓库车坳陷西部沉积古近系膏盐岩,盐层下伏中生界发现万亿立方米储量天然气田,是我国西气东输重要气源。库车坳陷盐下是油气勘探关注目标,目前研究认识不能满足勘探需求,尤其是盐构造形成机制存在争议,盐构造平衡恢复是研究难点。本文应用二维构造平衡剖面技术,综合地震剖面、钻井和地表地质资料,选取库车坳陷西段四条剖面,通过StructureSolver公司开发的构造恢复软件(简称SS),开展平衡恢复工作,分层恢复盐上层、膏盐层、盐下层,复原挤压变形前地震剖面。研究结果揭示库车坳陷西段发育二期盐构造:渐新世-中新世发育刺穿型盐丘,上新世-第四纪发育挤压型盐构造。挤压作用下早期盐丘演变为盐席、盐墙,盐上层发育盐逆冲断层和盐背斜,盐下发育叠瓦状逆冲断层和挤压构造楔。库车坳陷西段盐层上覆冲积扇沉积(重力)差异负载是发育盐丘的原因,盐丘分布于山前冲积扇前端和却勒冲积扇南侧。库车坳陷盐下发育逆冲构造楔,应用临界楔理论研究构造楔顶面坡度与底部滑脱层角度变化,盐下构造楔顶面坡度突变,指示底部滑脱层角度发生变化,推断古生代基底正断层卷入逆冲构造楔。     

库车坳陷克拉苏构造带盐上和盐下构造变形差异及其控制因素分析

克拉苏构造带位于库车坳陷与南天山盆山过渡带,特殊的受力环境使其构造变形机制具有特殊性。依据最新的地震和钻井资料,并结合前人研究成果,建立了克拉苏构造带新的地震解释方案,并据此分析该地区盐上、盐下层构造变形几何形态、演化过程、形成机制等方面的差异及其控制因素。结果表明:克拉苏构造带盐下层构造变形可分为两部分,包括由基底卷入的高角度正断层后期挤压形成的反转断裂系统,以及主断裂下盘发育的次生盖层滑脱逆冲叠瓦断裂系统。盐上层构造变形为褶皱相关断层,其演化经历了基底断裂向上传递形成传播褶皱、差异压实作用诱发底辟褶皱、以及褶皱核部在持续挤压作用下形成破冲断层等多个阶段。盐下层基底卷入断裂系统形成于侏罗纪盆山过渡带伸展环境,而叠瓦式盖层滑脱断裂系统和盐上层构造变形主要形成于中新世-第四纪的挤压构造环境。盆山过渡带特殊的构造部位及在不同地质时期应力场的转换控制了盐下层构造变形机制,而盐上层构造变形受到基底断裂复活、差异沉积负荷、膏盐岩底辟上涌、挤压应力增强以及北部山前地形高差等众多因素影响,且不同演化阶段主控因素有所差异。克拉苏构造带盐下、盐上层变形机制和毗邻区带相比有较大差异,这与其特殊的构造位置以及构造应力在盐下和盐上地层向前陆方向传递的方式和距离不同等因素有关。     

库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析

库车坳陷东、西段盐下构造在北部构造带以南出现明显的差异构造变形特征,在西段的克拉苏构造带盐下发育由一系列逆冲断裂组成的叠瓦构造,而在东段的东秋构造带盐下发育一个大型的断背斜构造。本文基于地震资料构造解析,采用离散元数值模拟方法,设计了5组数值模拟实验来探究先存断层、同构造沉积和滑脱层强度对褶皱冲断带构造形态及演化的影响,进而分析库车坳陷东、西段构造特征差异的成因机制。模拟结果表明含盐褶皱冲断带往往发育垂向分层构造变形。先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式,导致盐下楔体形态、断裂数量和盐上构造样式的差异。同构造沉积会增强盐上和盐下的分层差异变形,滑脱层强度增强会减弱盐上和盐下的分层变形。通过将模拟结果与库车坳陷东、西段构造特征进行对比分析,我们认为先存断层可能是影响库车坳陷东、西段盐下构造差异演化的重要因素。库车坳陷东段的东秋构造带受先存断裂影响,在先存断裂的位置优先变形,形成东秋断裂和上覆东秋背斜,同时先存断裂既有助于应力释放,又阻拦应力向前传递,形成乱序式变形传播。库车坳陷西段的克拉苏构造带,没有先存断裂的影响,盐下主要发育前展式构造变形,形成由一系列逆冲断层组成的叠瓦构造楔体。     

Clinoform deposition across a boundary between orogenic front and foredeep – an example from the Lower Cretaceous in Arctic Alaska

The Lower Cretaceous Fortress Mountain Formation occupies a spatial and temporal niche between syntectonic deposits at the Brooks Range orogenic front and post‐tectonic strata in the Colville foreland basin. The formation includes basin‐floor fan, marine‐slope and fan‐delta facies that define a clinoform depositional profile. Texture and composition of clasts in the formation suggest progressive burial of a tectonic wedge‐front that included older turbidites and mélange. These new interpretations, based entirely on outcrop study, suggest that the Fortress Mountain Formation spans the boundary between orogenic wedge and foredeep, with proximal strata onlapping the tectonic wedge‐front and distal strata downlapping the floor of the foreland basin. Our reconstruction suggests that clinoform amplitude reflects the structural relief generated by tectonic wedge development and load‐induced flexural subsidence of the foreland basin.     

前陆盆地层序地层与油气聚集

从区域构造的观点看, 同板块碰撞有关的前陆盆地是油气聚集的有利地区。两个板块的相互碰撞形成一系列的造山带, 而在相对稳定板块的前缘常常形成前陆盆地。由于前陆盆地的特点, 使它对油气的生成、运移、聚集和保存都十分有利, 世界上前陆盆地是油气最富集的一类盆地。前陆盆地层序地层学是将层序地层学理论应用于褶冲带和前陆盆地的一个特例, 假定物源供给稳定, 前陆盆地可容空间的变化主要受控于构造作用和全球海平面变化。本文通过概括前陆盆地不同级别的地层层序、旋回及其成因, 揭示造山带构造运动、盆地沉积作用和海平面变化之间的内在联系, 进一步研究前陆盆地的沉积一构造演化, 提出前陆盆地的油气潜力主要取决于早期被动边缘发育程度和保存条件, "薄皮"逆掩断层带具一定油气潜力, 具有多种类型油气圈闭, 以及盆地晚期的前缘沉积有利于早期沉积的埋藏、成熟和保存等四项前陆盆地与油气关系的结论和认识, 为油气资源勘探提供理论依据。      

中国中西部中、新生代前陆盆地与挤压造山带耦合分析

中国中西部主要由中、新生代造山带与中、新生代盆地构成盆山格局 :秦岭造山带与南北两侧四川盆地与鄂尔多斯盆地 ;天山造山带与南北两侧塔里木盆地与准噶尔盆地 ;哀牢山造山带与东西两侧楚雄盆地与兰坪思茅盆地等 ,总体上构成盆山耦合。根据挤压造山带类型与前陆盆地类型 ,可以划分出 3种耦合类型 ,即 ( 1)碰撞造山带与周缘前陆盆地 ,( 2 )俯冲造山带与弧后前陆盆地及 ( 3)再生造山带与再生前陆盆地。因此前陆盆地是伴随着造山带的形成与演化而发育 ,造山带断滑系统直接控制前陆盆地结构、沉积层序及构造样式等 ,从而制约前陆盆地油气分布的有序性     

西南天山造山带与前陆盆地系统

对比了前陆盆地与前陆盆地系统两个概念, 阐述了前陆盆地系统的基本含义, 引用这一概念分析和对比了库车前陆盆地与西南天山造山带及造山带内“卫星式”盆地的沉积、构造等特征。认为前陆盆地、造山带及造山带内“卫星式”沉积盆地三者之间是相关联的,造山带内的“卫星式”沉积盆地是前陆盆地系统楔顶的延伸部分, 受造山带的影响, 造山楔内不同部位沉积的楔顶存在明显的差异, 针对南天山“卫星式”沉积盆地而言, 尤尔都斯盆地的构造、沉积特征明显不同于焉耆盆地     

中国前陆盆地构造地质特征综述与油气勘探

中国特定环境下发育的前陆盆地和冲断带在地质构造上具有许多的特殊性。在综述前人认识的基础上,笔者通过对中国前陆盆地的构造演化历程、沉积充填特征、构造成因及其空间分布规律、构造变形特征等的研究,提出了中国前陆盆地构造地质发育的5个主要特征:(1)两种不同性质的原型盆地发生正反转的叠合性,即挤压构造下作为“本体”的前陆层序与拉张构造下作为“基础”的裂谷、断陷盆地之间的叠置;(2)显生宙以来中国大陆先后发生了4期前陆冲断构造演化的多期性,它们分别是加里东晚期、海西晚期、印支期和喜马拉雅晚期;(3)基于小克拉通基底拼贴后在造山带前缘复活再生的继承性,即统一拼合大陆内部的构造变形导致古造山带的复活,在古造山带边缘发育新生代前陆盆地或前陆冲断带;(4)在空间分布上受环青藏高原巨型盆山体系控制发生陆内变形的系统性,在环青藏高原巨型盆山体系内构造变形强度、盆地沉降幅度、盆山耦合程度等从内环向外环依次降低,从古造山带向克拉通方向构造变形强度依次降低,构造变形样式逐渐简单、构造变形时间依次变新;(5)前陆冲断带的构造样式由于受边界力学条件和沉积地层介质作用而具有多变性,存在沉积盖层内脆性变形的断层相关褶皱、造山带前缘韧性变形的基底卷入构造、与走滑构造相伴生的基底卷入的断层相关褶皱、盆地内部塑性变形的盐构造。正是因为上述地质构造的特殊性,决定了油气聚集与分布特征的规律性和复杂性,由此提出了相应的一些构造地质研究与油气勘探工作的建议。     

From foredeep to orogenic wedge-top: The Cretaceous Songliao retroforeland basin,China

Songliao Basin, the largest Mesozoic intracontinental nonmarine basin in eastern China, initiated during the latest Jurassic as a backarc extensional basin; rifting failed and thermal cooling controlled subsidence through the early Late Cretaceous. Integrating 2-D and 3D reflection seismic and borehole data with regional geological studies, we interpret sedimentary sequence and structural patterns of the Coniacian-Maastrichtian fill of Songliao Basin as defining a retroforeland basin system developed after 88 Ma (marked by the T11 unconformity in the basin), including (1) significant increase in the thickness of the Nenjiang Formation eastward towards orogenic highlands of the Zhangguangcai Range and the convergent continental margin; (2) a shift of detrital provenance in the basin from north to southeast; and (3) propagation of E-W shortened structures, increasing eastward in amplitude, frequency, and degree of inversion toward the orogen. During latest Cretaceous, foreland basin fill progressively deformed, as the foredeep evolved to a wedge-top tectonic setting, marked by the basin-wide T04 unconformity within the upper Nenjiang Formation at 81.6 Ma. Much of the basin was brought into the orogenic wedge and eroded by the end of the Cretaceous. Late Jurassic/Early Cretaceous backarc rifting of uncratonized basement comprised of accreted terranes likely facilitated and localized the foreland. Synrift normal faults reactivated and extensively inverted as thrust faults are prominent in the eastern 1/3 of the basin, whereas folds developed above detachments in shaley early post-rift strata dominate the western 2/3 of the basin. Songliao foreland development likely was driven by changing plate dynamics and collision along the Pacific margin after 88 Ma.     

中国前陆盆地构造地质基本特征及其控制下的油气分布

在综述前人认识的基础上,通过对中国前陆盆地的沉积充填特征、演化历程、构造成因及其空间分布规律、构造变形特征等的宏观研究和重点解剖,总结出中国前陆盆地构造地质的主要特征:(1)垂向上,前陆盆地表现出两种不同性质的原型盆地在正反转构造背景下的盆地构造层序相叠置;(2)平面上,分布在中国大陆内的前陆盆地或冲断带受统一的印度—欧亚两个大陆板块间的碰撞作用,形成构造变形的时空分布规律有序的环青藏高原巨型盆山体系;(3)时间上,不仅存在新近纪以来的喜马拉雅运动控制的再生前陆盆地,而且显生宙以来中国大陆共发生了4期前陆盆地或冲断构造的演化过程;(4)成因上,受青藏高原向北、向东的隆升挤压,基于小克拉通拼贴后的不均一陆内基底结构,古造山带继承性复活,在其前缘发育再生前陆盆地或前陆冲断带;(5)变形样式上,由于受边界力学条件和沉积地层介质的共同控制作用,可以将前陆冲断带的构造变形样式分为4类。正是因为上述地质构造的特殊性,决定了油气聚集与分布的规律性和勘探的复杂性。油气分布的规律性主要体现在:(1)油气相态分布的有序性;(2)成藏条件配置的有效性;(3)含油气目的层分布的空间有序性;(4)多期成烃、晚期成藏的普遍性。油气勘探的复杂性表现在:(1)4期前陆盆地和冲断带含油气地质特征的差异;(2)含油气层系与油气藏的改造与破坏;(3)陆相盆地的不均一导致储层相变大;(4)前陆冲断构造变形的复杂增加了圈闭落实的难度。     

Tectonically-driven underfilled–overfilled cycles,the middle Cretaceous in the northern Cordilleran foreland basin

It is shown that the middle Cretaceous succession in the northern Cordilleran foreland basin consists of several-million-year tectonically-driven cycles comprising two components: strata deposited in an underfilled basin with a prominent forebulge zone and strata deposited in an overfilled basin lacking evidence of a forebulge. The episodic thrusting of the Cordilleran orogenic wedge and its rich sediment supply to the basin are two main controlling factors for the formation of these cycles. A qualitative model of several-million-year tectonically-driven underfilled–overfilled cycle for migration and stratigraphic fill in this basin is proposed. During the early underfilled period (orogenic loading period), due to orogenic loading of emplaced thrust sheets, flexural subsidence is created in the region proximal to the mountain belt and a prominent forebulge is developed. During the late underfilled period (early orogenic unloading period), as the cratonward migration of the subsidence center of sediment loading in the foredeep zone, forebulge zones and backbulge zones migrate cratonwards, forming a diachronic erosion surface in the central basin. During the overfilled period (late orogenic unloading period), a prominent erosion forms in the proximal basin and a peripheral sag develops above the forebulge area of the previous underfilled period. This model may provide a pattern to subdivide sedimentary successions in the Cordilleran foreland basin. Using this model, alternative interpretations are suggested for some important, but controversial stratigraphic phenomena in the Cretaceous Cordilleran foreland basin: traditionally defined eustatic highstands, wide sedimentation area of the basin, erosion surfaces and widespread subtle topographic uplifts in the central basin, high-frequency coarsening-up cycles, extensively distributed erosive-based sandstones and conglomerates enclosed in marine mudstones.     

A thin orogenic wedge upon thick foreland lithosphere and the missing foreland basin

Along the Caledonian front in central Scandinavia, the expected peripheral or pro-foreland basin is neither physically present nor are there any significant traces in the sedimentary record. In order to explain and quantify this situation, the authors assess the major geometric and mechanical constraints on the Caledonian orogenic wedge and model the orogenic load and its influence on the foreland lithosphere of Baltica. Geologic and geophysical data show a strong foreland lithosphere with a flexural parameter (α) of approximately 100 km. The shape of the orogenic wedge and its critical taper angle are dependent mainly on basal friction and wedge strength. In the external part organic-rich black shales provide a low-friction horizon both at the basal detachment surface and within the wedge itself. The more internal part of the wedge is composed of metamorphic and crystalline rocks, which cooled and strengthened prior to thrusting. As a result, the external part of the wedge had a lower strength and a smaller critical taper angle than its internal part, so the orogenic load is upward concave. Modelling of the effect of such a load on the Baltica lithosphere shows a very small depression in front of the load (2 km). The flexural depression produced by the main part of the orogenic load is filled up by the thickening thrust-and-fold belt, so that there is little space left for a foreland basin. These results imply that the missing foreland basin in front of the central Scandinavian Caledonides is not due to subsequent erosion, but is a primary feature.