上扬子北部褶皱带的构造应力场演化规律

在对大量逆冲与平移断层运动学详细分析与观测的基础上,本文利用实测断层擦痕矢量数据组进行了区域应力场反演,根据对断层叠加关系的分析及叠加褶皱的验证,划分出上扬子北部经历过3期挤压构造应力场演化,从早到晚分别为:第1期北西—南东向挤压应力场,第2期近东西向挤压应力场和第3期北东—南西向挤压应力场。结合相关的地质现象,认为在这3期挤压应力场作用下分别形成了晚侏罗世末—早白垩世初的湘鄂西隔槽式褶皱带、早白垩世末—晚白垩世初的川东隔档式褶皱带和南大巴山弧形褶皱带。由此表明,上扬子北部褶皱带的形成顺序为湘鄂西隔槽式褶皱带→川东隔档式褶皱带→南大巴山弧形褶皱带。     

鄂西弧形构造变形特征及成因机制

对川东-湘鄂西断褶带内鄂西地区的弧形构造,从构造剖面特征、叠加褶皱样式和断裂性质入手进行几何学和运动学分析。结果发现鄂西弧形构造具有多期变形特征:早期普遍为北东东向的直线型褶皱,随着弧形带扩展,在东、西两翼分别发育右行和左行的逆冲-走滑断裂,同时分别形成北北东向和北西西向的弧形褶皱。晚期弧形带中部发育北北东向构造并叠加改造了早期北东东和北西西向褶皱,同时在黄陵背斜以西还发育交切早期构造的北北西向仙女山右行走滑断裂。根据弧形带扩展的几何学-运动学分类原则,并结合前人的古地磁研究结果,推测鄂西弧形构造应属于构造弯曲形成的弯曲弧。区域滑脱层和黄陵隆起阻挡可能是控制弧形样式的主要原因。区域滑脱层控制了拆离滑脱褶皱的构造样式; 黄陵基底隆起的阻挡作用使弧形带东翼进一步弯曲变形,并导致了构造应力场方向发生改变,造成了晚期北北东向与早期北东东向构造的叠加。由此恢复的鄂西弧形构造变形过程对于揭示川东-湘鄂西断褶带构造演化具有重要的指示意义。     

大巴山西北缘浅层次叠加褶皱变形分析:以镇巴县简池地区为例

在大巴山西北侧镇巴县简池地区开展1∶10 000的地质填图和构造解析工作,重点研究露头和区域尺度上叠加褶皱变形的时空变化、成因,确定褶皱的构造属性及变形时限。研究表明未拆离的中上三叠统-中侏罗统沉积岩系中发育两组褶皱：(1)北东近东西向褶皱(F1),成组、分区断续相连,线性展布发育,代表了区域米仓山主背斜较陡倾南翼上的次级大型褶皱的枢纽带;(2)北西北北西向褶皱(F2),区域呈弧形展布,发育隔挡式褶皱组合型式,构成大巴山前陆坳陷带东部边缘的复式向斜。北西北北西向褶皱向西横跨在北东近东西向褶皱之上,形成露头尺度上的2类4种基本样式,发育大角度叠加交切的两组褶皱弯滑擦痕。北东近东西向褶皱减弱消失在同造山的上三叠统-中侏罗统(Ts1Ts4岩性段)中,上被中侏罗世晚期Ts5与Ts6岩性段包络覆盖,属中生代南秦岭碰撞造山相关的前陆生长褶皱,时限约为213~178 Ma,与米仓山构造形成晚期阶段的指向南的非共轴剪切变形有关。北西北北西向褶皱将研究区的中生代及之前岩系普遍卷入了变形,属晚中生代大巴山陆内造山带的前陆构造褶皱,时限约为160~120 Ma,区域褶皱变形长期保持稳定的总体近似纯剪的应变状态。尽管两期挤压收缩褶皱事件的时间间隔不长,但两组褶皱的样式、形成时间、构造属性与形成机制都存在巨大差异,表明区域构造环境和地壳变形机制的重大变动和转换。     

东昆仑造山带前陆盆地的叠加褶皱及其变形机制

在东昆仑造山带的三叠纪洪水川群复理石岩系中,发育着两组斜歪－倒转褶皱：一组轴迹方向为北西向,与造山带主体构造线近一致;另一组为新发现的北东向,与造山带主体构造线近垂直,形成叠加褶皱．每一组褶皱均是压扁、纯剪切、纯剪切＋简单剪切三种变形机制的产物．北西向褶皱轴面的南西倒和北东向褶皱轴面的北西倒,与国内外典型的前陆盆地中的褶皱形态不尽相同,反映了动力基础是板块碰撞之后的近于垂直的北东及北西方向挤压应力相继作用下形成的叠加褶皱．北东向褶皱的发现,揭示了造山带中构造应力场的转换．     

川东褶皱带构造发育深度层次与变形样式

地壳上层的结构特征和变形样式在垂直方向上的变化远远大于其在水平维度上的分异。川东褶皱带自晚古生代以来地史演化统一、地层展布稳定,之后新生代盆、山演化分异幅度较大,使得不同深度的地层和基底得以出露,不同地壳深度层次的构造样式得以展示,这为研究应力的垂向分异,提供了很好的条件。本文基于地壳垂直方向上变形几何的不守恒、构造脱耦以及构造层次的概念,通过野外构造现象的详细解析、野外脆性破裂产状统计、断裂之间交切关系以及活动性质观察等综合分析,结合遥感图像研究,对川东褶皱区隔挡式褶皱和隔槽式褶皱形成提出了新的解释模型。以华蓥山与齐岳山为界,川东褶皱带被分为3个呈叠置关系的区域。研究表明华蓥山以西(Ⅰ区)没有发生强烈的构造变形,变形深度最小(<2 km); 华蓥山与齐岳山之间(Ⅱ区)构造样式为在北北东向剪切作用下形成的陡立构造面理,变形深度为2～5 km; 而齐岳山以东(Ⅲ区)的构造样式是发育轴向北东的宽缓褶曲,变形深度为4～6.6 km。研究分析后得出,川东褶皱带在晚古生代以来,没有经历过大幅度的地壳垂向运动和明显的旋转运动,而白垩纪以后,发育了早期北北东向和晚期北东向的两期构造变形。Ⅱ、Ⅲ两区的构造样式发育于同一应力场(北西-南东主应力场),而晚期北东向断裂活动是形成上述3个区域呈现出断块并置的原因。另外,由于后期不同断块抬升和剥露的差异,使3个区域迥异的构造样式呈现在地表。这一认识对研究油气相关的构造圈闭、固体多金属矿产相关的矿床深度问题以及大地构造学等问题都有创新意义。     

鄂西利川齐岳山高陡背斜带的古应力分析

鄂西利川地区位于湘鄂西构造带与川东构造带的过渡部位,叠加褶皱发育,地处两大构造带分界处的齐岳山高陡背斜带断裂发育。本文以利川地区褶皱和断裂为研究对象,在野外观测和分析的基础上,采用断层滑动数据反演方法,对构造应力场进行了恢复;结合区域构造演化历史,提出该区侏罗纪以来经历了五期构造应力作用,从早到晚分别为:北西-南东向挤压(J3-K1)、近东西向挤压(K1)、近南北向挤压(K1-K2)、北西-南东向引张(K2)和北东-南西向挤压(E3)。该区侏罗纪以来构造变形序列的建立,为深入认识齐岳山高陡背斜带地质灾害形成的地质背景提供了构造地质学证据。     

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。     

川东北通南巴背斜中新生代构造变形的砂箱构造物理模拟

通南巴背斜位于四川盆地东北部,紧邻北部米仓山和东北部大巴山两大造山带,开展通南巴背斜与不同造山带、川东北先存古隆起的时空耦合关系物理模拟研究,对于约束周缘造山带的构造变形时间和区域构造变形时序具有重要的科学意义,同时对川东北油气勘探也有指导作用.初始模型中,设计了北部推板和东北部推板分别代表米仓山和大巴山造山带的活动;下部硅胶层和上部石英砂层分别代表三叠系底部膏盐岩和上覆砂岩为主的碎屑岩;随着油气勘探的深入,川东北古生代隆起被逐渐接受,在模型底部用橡皮泥预制条带状构造代表古隆起.实验结果表明,北部推板挤压过程形成的速度场快速传递到橡皮泥（代表先存古隆起）之上的石英砂中,形成北东向的褶皱和断裂;东北部推板挤压过程形成的弧形构造带呈北西向展布,叠加在早期北东向构造上.通过梳理周缘造山带的隆升历史,并结合本次模拟实验结果,认为燕山期米仓山构造活动与古生代北东向隆起共同控制通南巴早期北东向构造的形成,燕山晚期和喜山期大巴山活动形成一系列北西向构造叠加在通南巴早期北东向构造之上,控制通南巴背斜须家河组北东向和北西向两组断裂-裂缝系统的形成.     

塔里木盆地玉北构造带断层特征及其裂缝分析

塔里木盆地玉北构造带形成于加里东中晚期, 主要断裂以挤压逆冲为主, 早期形成断层传播褶皱样式, 断层总体终止于石炭系/奥陶系不整合面之下.该地区奥陶系碳酸盐岩储层易发育断层伴生裂缝和褶皱调节性裂缝, 主要分布在膝褶带和断层传播褶皱区.海西晚期玉北地区断裂重新活动, 仍以挤压为主形成三角剪切样式, 但断层位移量并不大, 该时期玉北构造带基本定型, 储层裂缝易发育在三角剪切变形区.喜马拉雅期玉北地区存在微弱构造变形, 玉北构造带主要受到构造的叠加改造.新生代青藏高原向东的扩张产生北东-南西向的构造应力场, 使得北东-南西向的玉北断裂带具有开启性, 对玉北地区油气调整和聚集会有一定的影响.     

京津唐地区深部挤压带特征及其与地震的关系

京津唐地区的深部挤压带轴线沿宁河，香河，昌平一线呈南东－北西走向，在通过该带的北东向Ｍ和Ｃ面上均有一些北西弯曲的弧形。地壳下部和上地幔顶部层位呈透镜状增厚，浅部的北东向断裂也向北西弯曲。应力测量表明现今该带的应力场为向北西挤压。     

纵弯褶皱叠加机制和类型的研究现状

叠加褶皱的研究是以叠加机制和叠加类型为基础的。从变质岩构造研究中形成的叠加褶皱理论是以剪切褶皱为基础,而沉积岩的纵弯褶皱叠加机制和类型均与之不同。国外有学者分别指出再褶皱时的斜纵弯褶皱机制和早期褶皱枢纽的迁移机制以及四种基本叠加类型。我国有人论述了早期褶皱的枢纽、拐线的迁移是正纵弯再褶皱的一种机制,依此提出了正纵弯叠加褶皱的三种基本类型。本文对这些成果的主要认识和依据予以介绍。     

叠加褶皱研究进展综述

叠加褶皱作为地壳构造变形中一种常见的地质现象, 对于确定多期变形和构造运动期次, 探讨构造演化历史以及内外生矿床的空间分布、形成与变形特征均有重要研究意义。在回顾叠加褶皱研究历史与近年来取得的主要进展基础上, 系统地总结了叠加褶皱几何学与运动学特征, 指出叠加褶皱主要有纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用及剪切褶皱作用3种成因机制。在此基础上, 选取典型的叠加褶皱, 剖析了其构造样式及形成机制, 并探讨了叠加褶皱研究的难点与可行研究方法。      

Fold propagation in single embedded layers

This paper investigates the folding of single competent layers embedded in a less competent matrix, where the competence contrast is about 10: 1. Folds result from buckling during layer-parallel compression. A geometrical study of natural examples shows that individual folds tend to be grouped into fold complexes.The amplitude varies from a maximum at the centre of a complex to a minimum at each end. Each complex is often centred about a sedimentary lens or nodule which may have triggered the folding and localized the complex. The formation of folds of this kind has been simulated experimentally by deformation of models made from paraffin waxes of known rheological properties. Early in the deformation of a model, buckling starts at a localized site of disturbance, producing only one fold. With further deformation, new folds appear at either side of the initial one. The buckling then propagates along the layering, further folds appearing serially in time and distance. The end result is a complex with many individual folds and a regularly periodic shape.With a competence contrast of 10: 1, the rate of fold propagation is slow, and formation of a periodic complex requires an overall shortening of at least 15%. The shapes of folds formed experimentally are similar to those formed naturally.     

Patterns of fold interference: influence of early fold shapes

Model experiments were specifically designed to test the effect of different profile shapes of early folds on refolding patterns. Comparison of natural examples with experimental results and analogy with engineering information on buckling of fold shapes suggest that, when layers are mechanically active during refolding, the profile shape of the early folds markedly affects the patterns of fold interference. Open rounded folds tend to refold to form dome and basin patterns of interference whereas isoclinal folds tend to refold by folding their axial plane, forming type 2 patterns of interference. Hence, the dimensions and shape of the profile of the early folds control the preferred buckling mode during refolding.     

宣汉双石庙地区纵弯褶皱叠加特征及应力场、应变场分析

本文对川东北双石庙地区横跨褶皱特征作了详细论述,对其早晚两期褶皱形成时应变力场特征进行了较深入的讨论,并对岩石有限应变进行了Fry法研究、分析,指出了单个褶曲为平面应变,且核部应变程度大于翼部,复合地区应变程度大于非复合地区等特点。     

Strain distribution across an experimental single-layer fold

Experiments have been carried out to study the effects of progressive deformation on the shape of folds and the variation in two-dimensional strains on cross-sections of singlelayer folds in a less competent matrix, in a pure-shear plane-strain deformation box with no volume change. The layer shortening continues after buckling has set in, leading to thickening of the fold hinge and with progressive buckling the layer elongates. During the layer elongation stage of folding the hinges continue to thicken, whereas the limbs thin out. Concentric folds are a combination of Class 1a type in the outer arc which gradually change to Class Ib type and then to Class 3 folds of Ramsay (1967) in the inner arc. Tangential longitudinal strains and shearing strains predominate in the fold-hinge zone and in the fold limbs of the buckling layer, respectively. Initially, uniform layer-flattening strains perpendicular to the layering develop which become extensive strains in the outer fold arc and compressive strains in the inner fold arc with progressive buckling. In the outer fold arc the extensive strains are distributed laterally over a wider zone and are of a lower magnitude than the compressive strains which are restricted to a narrow zone in the inner fold arc. The neutral surface first appears when the initial layer-flattening strains are removed due to extensive strains on the outer arc and with progressive buckling migrates towards the inner fold arc and extends laterally on the outer fold arc.     

Thrust-breakthrough of asymmetric anticlines: Observational constraints from surveys in the Brooks Range,Alaska

To gain insights into the processes governing the thrust-truncation of anticlines, we conducted a field study of the thrust-truncated folds in the remote Brooks Range of northern Alaska, where there is a transition in fold style from symmetric detachment folds to thrust-truncated asymmetric folds. In order to document the detailed geometry of the km-scale folds exposed in cliff-forming, largely inaccessible outcrops, a new surveying technique was developed that combines data from a theodolite and laser range finder. The field observations, survey profiles, and cross section reconstructions, indicate that late-stage thrust breakthrough of the anticlines within the mechanically competent Lisburne Group carbonates accommodated continued shortening when other mechanisms became unfeasible, including fold tightening, forelimb rotation, and parasitic folding in the anticline forelimbs. These results provide constraints on the processes that govern the transition from buckle folding to thrust truncation in fold-and-thrust belts worldwide.     

斜向逆冲断层相关褶皱的正演模型与实例分析

斜向逆冲作用在自然界普遍存在,研究斜向逆冲断层相关褶皱的构造几何学特征,识别断层相关褶皱是否存在斜向逆冲有重要意义。文章采用Trishear 4.5、Gocad以及Trishear3D软件构建一系列不同滑移量的断层转折褶皱和断层传播褶皱的二维正演剖面,通过连接一系列不同排列方式的二维剖面建立了三种不同逆冲滑移方向的断层转折褶皱和断层传播褶皱的假三维模型,通过不同假三维模型的比较分析来探讨斜向逆冲断层相关褶皱的构造几何学特征。研究发现,斜向逆冲断层相关褶皱区别于正向逆冲断层相关褶皱的特征主要有两点：① 正向逆冲断层相关褶皱层面等高线图上的最高点与后翼等高线中点的连线以及水平切面上的核心点与后翼中点的连线方向均与断层走向垂直,而斜向逆冲断层相关褶皱的最高点以及核心点与后翼中点的连线方向均与断层走向斜交,并且最高点与后翼等高线中点的连线方向或者核心点与后翼中点的连线方向均与逆冲滑移方向一致;② 在褶皱平行断层走向纵剖面上,正向逆冲断层相关褶皱各个层面最高点的连线是直立的,而斜向逆冲断层相关褶皱各个层面最高点的连线发生倾斜。通过这两个特征可以判别褶皱是否存在斜向逆冲以及逆冲的方向。将模型分析结果运用到四川盆地西南部三维地震勘探资料所覆盖的邛西背斜和大兴西背斜的实例中。研究结果表明,两个背斜均存在右旋斜向逆冲,逆冲方向与各自断层走向的夹角均为70°左右,邛西背斜和大兴西背斜的逆冲方向分别是NE79°和NE77°左右,这与龙门山南段晚上新世以来的主应力方向以及反演的汶川地震最大主应力方向一致。     

库车褶皱冲断带前缘盐层厚度对滑脱褶皱构造特征及演化的影响

库车褶皱冲断带前缘发育一系列滑脱褶皱,虽然卷入变形的新生代地层及底部滑脱层(古近系盐层)相同,但滑脱褶皱的构造特征及演化存在显著差异。文中结合野外地质调查结果以及钻井资料和高品质二维地震反射剖面解析,以南喀背斜和米斯坎塔克背斜为例,估算出盐层初始厚度,并讨论其对于滑脱褶皱样式及其演化过程的影响。结果表明,南喀背斜和米斯坎塔克背斜下伏盐层初始厚度不同,估算出前者厚度介于0.1~0.5 km,主要为0.1~0.3 km,而后者却大约为1.0 km。与此同时,南喀背斜和米斯坎塔克背斜均表现出分段差异变形特征。南喀背斜为低缓的滑脱褶皱,其东段隐伏地下,变形方式为褶皱作用;而西段出露地表,背斜核部发育隐伏的逆冲断层,变形方式为褶皱作用和断层作用。背斜西段平均隆升速率大于东段,导致西段隆升出露地表。米斯坎塔克背斜表现为大规模滑脱褶皱,根据变形特征的不同可以分为3段,东段背斜倾向北,盐岩在其核部及北翼下方聚集加厚;而中-西段背斜倾向南,其中中段背斜核部位置盐岩聚集加厚,两翼下伏盐岩减薄甚至形成盐焊接。而在西段背斜呈箱状,两翼下方盐岩厚度至少为1.0 km。笔者总结出库车褶皱冲断带前缘发育的7种滑脱褶皱变形样式,通过构造分析得出,研究区滑脱褶皱的变形主要受盐层厚度、构造缩短量及盐岩流动变形共同控制,其中盐层厚度起主导作用,控制了滑脱褶皱的发育位置,并影响了滑脱褶皱的变形样式。研究结果将为其他褶皱冲断带中滑脱褶皱的相关研究提供重要参考,特别是在缺少高品质地震资料,或者构造变形强烈、地震资料品质较差的地区。