走滑断裂叠置拉张区构造变形的物理模拟及启示

走滑断层的走滑量研究是构造分析过程中的关键,本文运用走滑断裂拉张叠置部位的构造物理模拟方法作为走滑量求取的手段,利用与自然界吻合程度较好的脆性-塑性双层模型对走滑拉张叠置部位进行模拟,发现叠置区主要发育与主边界断层呈80°~90°的横向断层(T断层)和呈顺时针45°的斜向断层(R剪切)两种类型的次级断层。通过改变实验中走滑断裂的叠置长度、横向间隔距离以及走滑量,计算不同实验中横向断层与斜向断层数量的比例并对实测数据进行拟合,结果显示:(1)叠置长度以及走滑量的增加或者横向间隔距离的减小,都会导致横向断层与斜向断层数量比的增加;(2)每组实验中的上述四个实测变量之间存在着特定的对数关系,通过对自然界中的走滑断裂拉张叠置区进行同比例缩小的构造物理模拟实验,获得四者之间的函数关系,从而可以确定走滑量。将构造物理模拟计算走滑量方法应用于渤海海域辽东湾地区郯庐断裂带,得到其新构造运动以来约发生了2.1 km的右旋走滑活动。     

基于离散元方法对走滑拉分盆地演化及次级断裂扩展过程研究

拉分盆地是一种与走滑断裂带密切相关的特殊拉张构造,因其重要的构造意义,及其与火山活动、中小地震群集、特殊的成矿作用间的伴生关系而受到研究者的高度重视。关于拉分盆地的形成演化过程,已有较多的研究成果,但是由于研究手段的限制,缺少对盆地演化中次级断裂扩展过程的研究。基于离散元的数值计算方法是研究断裂扩展方式的理想方法。本文采用基于离散元的颗粒流方法,揭示纯走滑拉分盆地发育过程中的断裂扩展和连接过程,为拉分盆地演化机理和断裂扩展提供新的研究方法。同时,根据主走滑断层与块体运动方向的夹角不同,建立不同的张扭性拉分盆地模型,系统研究张扭性盆地的断裂扩展和演化机理。将上述理论研究结果与死海盆地等经典拉分盆地实例相结合,探讨了死海盆地、土耳其Cinarcik盆地、哥伦比亚El Paraiso盆地等的形成演化机理和断裂扩展方式。      

黄海盆地构造特征及形成机制

黄海盆地研究程度极低,其形成机制一直存在争议。本文通过收集、整理前人的构造资料,对黄海盆地的断裂系统进行重新划分,认为北黄海盆地和南黄海盆地主体断裂均为北北东向右行走滑断裂,控制盆地发育,而这些走滑断层的分支断裂控制着盆地内部的隆坳格局,走滑断层派生出的次一级正断层则以雁列状出现,主体为北东东-近东西向,控制盆地内的凹陷和凸起。黄海盆地及其周边断裂的平面组合及盆地内部凹陷和凸起的展布特征指示该盆地在新生代是在右行右阶走滑断裂体系下形成的拉分盆地。渤海湾盆地和东海陆架盆地等在新生代也具有相同的成因机制,因此,中国东部可能在新生代整体统一的右行张扭性体制下形成了这一系列拉分盆地。     

“伸展-走滑”复合作用下构造变形的物理模拟

新生代渤海湾盆地为典型的"伸展-走滑"复合盆地, NNW-SSE向伸展作用和NE-SW向走滑作用的复合效应导致盆地内部构造样式的复杂性和多样性。本文针对走滑作用方向与伸展作用方向垂直的情况,就不同"伸展-走滑"复合条件下的断裂发育特征与演化过程开展了3类13组构造物理模拟实验,结果表明:①在先伸展后走滑的条件下,早期发育的伸展断层被晚期走滑断层强烈切割、改造,平面上表现为雁列式组合或主走滑断层,剖面上发育花状构造;②先走滑后伸展的条件下,平面上表现为早期雁列式的R剪切复活,作为晚期伸展正断层的转换断层,剖面上表现为似花状构造;③伸展和走滑同时作用的情况下,伸展与走滑作用的强弱配比关系影响断裂的发育特征,可建立"走滑强于伸展"、"走滑伸展强度相近"和"伸展强于走滑"三类模式。实验结果在辽东湾坳陷得到了印证,可为渤海湾盆地及类似伸展-走滑复合盆地的构造解析及动力成因机制分析提供指导和借鉴。     

Termit盆地构造变形的力学机制

Termit盆地是中西非裂谷系中典型的中-新生代裂谷盆地,形成于早白垩世大西洋张裂的构造背景下。在白垩纪至古近纪经历了"裂谷-坳陷-裂谷"的构造演化过程,且两期裂陷作用形成的断裂走向不同。依据Termit盆地的基础构造特征,运用弹性有限元数值模拟方法,从动力学角度讨论盆地构造演化模式,为盆地的构造演化研究提供动力学依据。模拟结果表明,在早白垩世,盆地受区域NE-SW向拉张作用,在盆地西部边界发育一系列NW-SE向早白垩世早期断层。在古近纪,盆地受近EW向拉张作用,在盆地西部受早期断层影响较大的Dinga断阶带和Yogou西斜坡地区,局部应力场使断层发育走向为NW-SE;受其影响较小的Araga地堑发育张扭性断层,沿早白垩世断层呈雁行排列;不受其影响的Fana低凸起和Moul凹陷发育NNW-SSE向断层。     

准噶尔盆地中部永进地区走滑断裂发育特征及成因物理模拟

永进地区位于准噶尔盆地中部,最近发现了多个与走滑断层相关的含油气构造,但关于走滑断层的发育特征及成因机制研究程度不够深入。本文通过三维地震资料精细解释,在研究区三叠系—侏罗系内识别出近东西向、北西西向以及北东东向的三组走滑断裂体系,平面上呈“网格状”展布,剖面上具有不同深度几何学形态差异展布特征。在此基础上基于相似性原理设计四组砂箱模拟对比实验,重现研究区构造演化过程。模拟结果表明,这类走滑断裂的形成与基底先存断层的发育位置有关,是受先存构造和地层属性双重控制的广布式走滑断裂系统,从而建立了研究区的断裂系统成因模式。研究成果对具有相似地质背景地区的走滑断裂成因解释具有借鉴意义。     

埕北凹陷及邻区新生代断裂体系与构造格局

基于"海-陆"探区资料的整合,在断裂体系精细刻画的基础上,对埕北凹陷及邻区新生代断层发育的时空差异性进行了研究,并结合区域构造背景,就其构造格局的演化过程进行了探讨。研究结果表明:埕北地区及邻区新生代断裂体系发育特征体现了继承与改造并存,拉张与走滑叠加的效应。孔店组-沙三段沉积期,中生代先存的NW向埕北断层继承性活动,控制了盆地北东断南西超的构造格局;沙二段-东营组沉积期,在郯庐断裂带大规模右旋走滑所派生的NNW-SSE向拉张及区域近N-S向拉张作用下,发育了一系列NEE向张性断层对先期的构造格局进行了改造,同时,NW向断层受到斜向拉伸持续活动,与NEE向断层共同控制该时期的构造格局;进入新近纪,盆地由裂陷转变为拗陷沉降,断层垂向活动基本停止,取而代之的是NW向和NE向断裂体系的强烈走滑活动,它们的共轭走滑效应决定了该时期的构造面貌。先存断裂的存在及郯庐断裂的右旋走滑活动是控制盆地构造格局演化的关键因素,依据盆地各时期的演化特征的不同,可以将其划分为继承断陷期、改造断陷期和走滑拗陷期三个阶段。明确该地区构造格局的叠合与改造关系对于认识济阳坳陷和渤中坳陷的构造转换关系以及该区的油气勘探都具有重要意义。     

郯庐断裂中段石场-中楼拉分盆地的确定

郯庐断裂中段石场-中楼一带,产出一长宽比近于2:1的菱型构造盆地。盆地内早白垩世莱阳群的沉积厚度大于6263.71m,沉积速率大于0.392mm/a,主体以火山岩及火山碎屑浊积岩为主,同沉积构造发育、沉积相变剧烈、沉积中心沿边界断层的走滑运动方向迁移,具形成拉分盆地的典型构造背景、构造格架及沉积特征。初步确定石场-中楼盆地为郯庐断裂早白垩世左旋走滑运动过程中形成的拉分盆地。     

中国典型大型走滑断裂及相关盆地成因研究

扭动走滑构造是最常见的构造样式之一,走滑拉分盆地也是重要的含油气盆地类型。大地构造运动本质是岩石圈在区域应力场作用下的变形过程,然而真正将走滑断裂和走滑拉分盆地的成因以及它们的特征和岩石圈性质联系起来研究的文献却很少。显然,区域应力场是形成构造运动的前提条件,是外因,决定了运动的基本方式,如走滑、拉张或挤压等(构造类型);而岩石圈是构造运动的主体,是内因,其性质决定了形成构造的规模和具体形态(样式)。中国境内发育的大量走滑断裂体系和走滑盆地展示:古老克拉通上发育大面积分布的多条小位移走滑断裂体系,如塔里木盆地古生代走滑断裂体系;被后期热活动破坏了的克拉通发育多条扭动断裂系,例如华北克拉通东部的郯庐断裂系、兰聊—盐山断裂系、太行山东麓断裂系,并和区域拉张应力场耦合形成雁列式断陷群(如渤海湾盆地);相对较弱的古生代基底岩石圈发育大型单一走滑断层,如郯庐断裂东北段,并沿断裂发育一些相互独立的走滑拉分盆地;而在固结较差的中新生代造山带往往形成一条平直的大型走滑断层,例如阿尔金走滑断裂、海原断裂等。本文内因外因相结合,从扭动应力场和岩石圈强度以及流变学特征,建立了不同岩石圈性质下下部韧性层和顶部(上地壳或上地壳上部)刚性层之间的耦合作用机制以及扭动构造形成和演化模式,较好地解释了中国陆内发育的典型走滑断裂和走滑拉分盆地的成因机制。     

里德尔剪切的组合型式与走滑盆地组合型式的相似性

走滑断裂体系中经常发育里德尔剪切的断裂组合,世界上不同构造背景下与走滑断裂相关的盆地(走滑盆地)也很多见。因此里德尔剪切是地质构造研究中的重要方面。我们从三个方面对里德尔剪切的节理构造组合及盆地组合进行了对比:(1)里德尔剪切构造组合与比例尺无关。里德尔剪切带的(转换)拉张区与沉积盆地的分布区是相似的;(2)断裂的最大位移区与断陷盆地的沉积中心是一致的,断陷盆地长轴平行于断裂走向;(3)物理模拟试验及数学模拟试验都证实了走滑盆地的演化。基于上述认识,我们通过厘米级岩芯标本的观察,结合已发表的盆地资料,提出了6类与里德尔剪切有关的构造组合及断陷盆地组合。(1)雁列状构造及盆地组合:许多盆地发育雁列状构造。同时,与里德尔剪切相关的雁列状盆地的宽度与主剪切断裂的剪切位移呈正相关。(2)帚状或马尾状构造及盆地组合:二者在形态上相似,所以归为一类。成因上,马尾状构造及盆地主要发育在走滑断裂的拉张端部,而帚状构造或盆地反映走滑断裂的旋扭作用,可以在走滑断裂影响区域的任何部位。(3)串珠状构造及盆地组合:该类型的盆地主要是指释压盆地的组合,拉分盆地也可以形成串珠状盆地。(4)S状或Z状构造或盆地组合:左行走滑形成Z状构造或盆地,而右行走划形成S状构造或盆地。(5)多字型构造及盆地组合:是拉分盆地的典型组合,可以过渡到串珠状盆地。(6)复杂的网状构造及盆地组合:通常是由于分布型简单剪切的作用结果。以上盆地组合类型包括大型盆地内次级单元(次级盆地或更次级盆地)的组合,但不包括多成因、多期活动的构造及盆地。     

PALEOCENE—MIDDLE EOCENE DEXTRAL STRIKE-SLIP DEFORMATION AND ITS TECTONIC IMPLICATION IN THE WESTERN YUNNAN, CHINA

PALEOCENE—MIDDLE EOCENE DEXTRAL STRIKE-SLIP DEFORMATION AND ITS TECTONIC IMPLICATION IN THE WESTERN YUNNAN, CHINA     

青藏高原北部晚第四纪应力场在遥感影像上的响应

青藏高原北部发育一系列北西向大型左行走滑断裂带,目前普遍认为这些左行走滑断裂至今仍在活动,在左行走滑作用下,青藏高原东部向东挤出并伴随强烈的地块旋转运动。本文以介于东昆仑左行走滑断裂带与玉树左行走滑断裂带之间的巴颜喀拉山中央断裂（及其周缘的构造形迹）为主要研究对象,根据断层构造的直接解译标志——清晰的线性形迹和构造地貌标志如断层陡坎、断层谷地、挤压脊、地裂缝、断层走滑造成的水系错动、新老洪积扇的侧向叠加等,在高分辨率的SPOT5及中等分辨率ETM遥感影像上对研究区内北西向活动断层与北东向活动断层的空间分布、规模、活动性质、相对活动时代及活动幅度等进行了遥感分析和野外验证,并结合对断层周缘沿共轭张裂隙展布的水系与地裂缝的规模、展布方向等的统计分析,对晚第四纪应力场进行了恢复。研究表明:北西向活动断层具右行走滑兼有逆冲运动特征,北东向活动断层具左行走滑兼有正滑运动特征,二者为晚第四纪NNE向（2°）挤压应力条件下产生的北西向与北东向走滑作用的产物。北西向右行走滑作用的发现,预示着青藏高原北部第四纪以来普遍存在的北西向左行走滑作用可能在晚更新世就已终止。在此基础上,探讨了处于不同展布方向上的湖盆在同一应力条件下表现出的不同演化趋势:即在NNE向挤压应力作用下,呈北东向展布的错坎巴昂日东湖处于近东西向拉张状态,呈北西向展布的卡巴纽尔多湖变化不明显。     

南美奥连特前陆盆地斜坡带低幅度构造形成物理模拟

奥连特盆地是一个位于南美安第斯山前的弧后前陆盆地,盆地东部斜坡带发育大量低幅度构造,并与油气有密切关系。为明确奥连特盆地东部斜坡带低幅度构造的形成过程及其主控因素,深入分析了低幅度构造的发育特征,针对性地开展了构造物理模拟实验研究。结果表明,奥连特盆地东部斜坡带低幅度构造主要与逆断层、反转断层和走滑断层相伴生,一般位于断层上盘,控制其发育的动力学机制主要是断层的正反转作用和走滑作用,而且先存正断层向深部变缓,有利于断层后期的反转以及低幅度构造的发育。     

青藏高原东北缘酒泉盆地的演化特征与宽台山-黑山断裂的性质

宽台山-黑山断裂位于酒泉盆地的北侧，向西与阿尔金走滑断裂相交，其北部为花海-金塔盆地。对酒泉地区白垩纪沉积盆地的研究和对比发现，虽然当时盆地多为断陷盆地，均受东西向伸展构造控制，但宽台山-黑山断裂两侧的盆地具有不同的基底性质和沉积岩石学特征。酒泉盆地、昌马盆地和北祁连褶皱带内的白垩系具有相同的早古生代褶皱基底，并发育有热水喷流沉积和玄武岩夹层，北祁连北缘断裂在白垩纪时尚未开始活动；花海-金塔盆地为前长城系深变质基底，盆地内不发育热水喷流沉积。宽台山-黑山断裂是青藏高原东北缘重要的岩石圈剪切断裂，控制了其南北两侧白垩纪盆地的沉积-构造演化。     

青藏高原中东部早期构造隆升对古近纪盆地充填和演化的影响

青藏高原中东部分布着一系列中小型古近纪断陷盆地和走滑-拉分盆地。印度-欧亚板块碰撞已引起盆地构造、沉积和岩浆活动等地质事件的响应。古近纪断陷盆地和走滑-拉分盆地中广泛分布的巨厚粗碎屑岩充填、新特提斯海湾消亡、大规模地壳挤压褶皱冲断和高钾岩浆活动、周缘前陆盆地形成、干旱-温暖极热事件以及古近纪盆地的封闭和裂解等。详细的野外地质调查、盆地构造-沉积学、生物地层学和岩浆岩同位素年代学研究结果表明,北部玉树-囊谦地区断陷盆地发生了大规模挤压掀斜和冲断,在盆缘形成高陡地层和挤压向斜,盆地内地层发生明显的褶皱变形。盆地内部充填了巨厚层状底砾岩、紫红色陆源碎屑岩夹火山碎屑岩、碳酸盐岩和石膏层,并被晚期岩浆岩所切割。南部巴塘-丽江地区形成走滑-拉分盆地。区域地层对比、细碎屑岩内孢粉和古植物、火山碎屑岩和侵入岩的U- Pb和40Ar/39Ar年代学结果表明,盆地内充填沉积物形成于始新世(56~32 Ma)。古近纪紫红色细粒沉积物、碳酸盐岩和石膏层的出现表明盆地封闭期处于干旱-炎热的古气候环境。38~32 Ma是自印度-欧亚板块陆-陆碰撞以来,青藏高原中东部从转换挤压到转换伸展的过渡阶段,出现了大规模高钾火山喷发和随后的岩浆侵入,并导致青藏高原中东部古近纪盆地的封闭和裂解。北部盆地的封闭时间(约37 Ma)早于南部盆地的裂解(约32~28 Ma)。青藏高原中东部古近纪盆地的封闭和裂解主要是自约38 Ma以来,印度-欧亚板块碰撞引起的陆壳挤压、变形和缩短,及由高原早期构造隆升诱导的逆冲挤压和走滑拉分引起的。     

走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。     

渤海海域渤南地区新生代断裂体系与盆地演化

利用现今丰富的三维地震资料,将地震剖面解释与相干切片分析相结合,对渤海海域渤南地区断裂发育与盆地结构 进行研究,明确了断裂体系及构造演化特征。结果表明：新生代郯庐断裂渤南段可分为东、中、西三支,并与受郯庐走滑 断裂影响的近EW向、NW向和NE向主干断裂体系共同组成了渤南地区网格状的构造格局;而区域应力背景的改变导致渤 南地区走滑和伸展作用的强弱发生了变化,使得构造演化可划分为左旋走滑-强伸展、右旋走滑-强伸展和弱走滑-弱伸展 三个阶段,第一阶段孔店组~沙四段郯庐断裂东支强烈活动,中支和西支活动微弱,NW向和近EW向大断裂活动形成了黄 河口凹陷和莱州湾凹陷的盆地格局;第二阶段沙三段~东营组走滑断裂三支及其他方向主干断裂均活动,NE向和近EW向 次级断裂开始发育,各盆地持续性伸展断陷;第三阶段馆陶组-明化镇组右旋走滑减弱,郯庐断裂中支和西支发育呈一系 列NE向雁列断层,东支及其他方向主干断裂附近次级小断层继续增多,各盆地转为了整体的坳陷。     

华北板块南缘石人山岩块晚古生代陆内变形特征及侧向挤出构造

华北板块南缘在古生代时期经历了复杂的陆内变形过程。石人山岩块边界断裂发育大量平行于断裂带的A型褶皱和近水平的矿物生长线理,表明其经历了以走滑剪切变形为主的构造阶段。动力学研究表明石人山岩块具有南西向逆冲的运动学特征,其南侧洛南—栾川断裂带（洛栾断裂带）以左行剪切变形为主,北东侧鲁山断裂带以北西向逆冲兼有右行剪切变形为特征,夹于其中的石人山岩块显示为向西、向上挤出的特征。选择典型岩石样品进行同位素测年来限定断裂活动的时代,其中,洛栾断裂带内同构造花岗岩脉的锆石U- Pb定年结果为413. 6±7. 4 Ma,鲁山断裂带内走滑剪切特征明显的构造透镜体内变形岩石的锆石定年结果为419. 3±11. 2 Ma。虽然洛栾断裂与鲁山断裂的运动方向不同,但是同位素年代学研究限定了两条断裂带发生走滑变形的时间都是晚古生代泥盆纪末期,从而共同构成了石人山岩块整体向西挤出的构造特征,同时也表明,相互碰撞的大陆在碰撞之后将很快转变为以平行造山带侧向挤出与走滑位移为主的陆内变形演化阶段。     

Enabling 3D geomechanical restoration of strike- and oblique-slip faults using geological constraints,with applications to the deep-water Niger Delta

We present a new approach of using local constraints on fault slip to perform three-dimensional geomechanical restorations. Geomechanical restoration has been performed previously on extensional and contractional systems, yet attempts to restore strike- and oblique-slip fault systems have generally failed to recover viable fault-slip patterns. The use of local measures of slip as constraints in the restoration overcomes this difficulty and enables restorations of complex strike- and oblique slip-systems. To explore this approach, we develop a synthetic restraining bend system to evaluate different ways that local slip constraints can be applied. Our restorations show that classical boundary conditions fail to reproduce the fault offset and strain pattern. In contrast, adding piercing points and/or properly constraining lateral walls enables restoration of the structure and resolves the correct pattern of slip along the faults. We then restore a complex system of tear-faults in the deepwater Niger Delta basin. We use channel offsets imaged by the seismic data to define local fault-slip constraints. Balancing these constraints equally on both sides of the major faults yields the most consistent restoration outcomes. This approach resolves reasonable slip styles on the complex set of thrust, normal, and strike-slip faults in the structure. This suggests that limited geologic fault slip constraints can be effectively incorporated in geomechanical restorations, yielding accurate restoration kinematics and thereby forecasting faults slip patterns within the structures.     

西南三江构造体系及演化、成因

西南三江构造体系突出表现为以昌都-兰坪-思茅地块为中轴的不对称走滑对冲构造,次为与走滑断裂相伴的伸展滑脱、走滑拉分盆地构造体系,再次为块体内部的近北东、北西向走滑断裂系.西南三江造山带构造体系演化分为挤压收缩变形、走滑深熔热隆、走滑剪切伸展、走滑剥蚀隆升等4个阶段.自晚白垩世开始,印度板块与欧亚板块碰撞,西南三江造山带...