伸展断层系统的砂箱模拟实验

砂箱模拟实验已被证明是研究盆地内部伸展断层系统的有效工具。本文系统总结了其研究成果，并结合作者的一些工作体会提出进一步的研究设想。     

构造形成序列的砂箱实验研究

按照黄骅盆地中区典型构造剖面设计砂箱实验模型，实验结果通表明，通过砂箱实验可以有效重现构造形成的过程和序列，黄骅盆地中区新生代构造形成序列是：歧东构造带、歧中构造带、白猛士的港新断层带，在同一构造带中断层形成体北倾断层略早于南倾断层。     

渤海湾新生代盆地的两种构造系统及其成因解释

渤海湾古近纪盆地可以划分为3个裂陷带和1个裂陷区，都分布在上地幔隆起部位。盆地构造变形可以分为伸展构造和走滑构造两个相对独立、相互关联的新生代构造系统。伸展卡句造由不同尺度的伸展断层和与伸展断层垂直或斜交的变换断层构成连锁断层系统，在盆地区具有分散的透人性特点，并控制着古近纪断陷的分布和演化。在伸展构造变形基础上叠加了3条北北东向—北东向右旋走滑断裂(带)，后者及其伴生构造组成盆地中的呈带状展布的新生代走滑构造系统。伸展构造是一种“水平层状的”薄皮构造。正断层向深部收敛或终止于中地壳内的拆离断层面上。走滑构造是一种“垂直带状的”厚皮构造。浅层的走滑断层以多种方式并入到深断裂带中。这两种构造系统是盆地区新生代时期主动裂陷和被动裂陷两种作用机制的具体表现。     

伸展边界方向对伸展盆地正断层走向的影响——来自平面砂箱实验的启示

五种不同边界几何条件的平面砂箱实验模型表明,一个方向的伸展变形可因伸展边界方向的变化形成不同走向的正断层,伸展裂陷盆地中不同走向的正断层并非一定代表不同方向区域构造应力作用、或多期构造变形的结果。伸展裂陷盆地正断层走向受伸展边界走向和构造伸展的方向共同控制,伸展边界的控制力随距离增大而逐渐衰减。伸展边界附近的断层走向主要受伸展边界方向控制,大致反映伸展边界方向。盆地内部断层走向主要受构造伸展方向控制(趋向于垂直构造伸展方向),主要反映构造伸展方向。盆地伸展边界方向的变化可以引起伸展裂陷盆地内部断层走向的转向。因铲式正断层上盘滚动变形产生的正断层,其走向平行于铲式边界断层的走向。     

伸展盆地复杂断块运动学平面复原--以渤海湾盆地廓坊-固安断陷为例

本文选取廊固凹陷为例,利用平面恢复方法,研究伸展盆地断块平面运动特征。根据大兴断层的分段性,将研究区分为3个区块：西南区,中区以及东北区,又根据研究区的断块旋转特征,将中区分为中北区以及中南区。每个区块的断块运动差异性很大。通过对廊固凹陷古近系的断块进行构造平面恢复,发现其平面运动具有以下特征：西南区,断块主要以顺时针旋转,位移方向为东南—西北; 中区,中南区断块主要以顺时针旋转,中北区主要以逆时针旋转,位移方向为西北—东南,中间位移量最大,向东北及西南端位移量逐渐减小; 东北区,除沙二段外,断块主要受桐柏镇断裂影响以逆时针旋转,位移方向为近似南—北。其中东北区和西南区的位移方向相似,且与中区的位移方向相反,猜测与主控断层大兴断层的分段性有关。中区的中南部断块主要以顺时针旋转,而中北部断块主要以逆时针旋转,由于中区主应力集中在凹陷中间,向两端应力逐渐减小,导致应力作用不平衡。     

雁列构造是走滑断层存在的充分判据?--来自平面砂箱模拟实验的启示

多年来 ,雁列构造被作为走滑作用的结果、并得到物理模拟实验模型的支持 ,通常作为走滑断层的判据加以运用。本文根据针对黄骅盆地所设计的曲折边界基底均匀伸展模型和针对焉耆盆地所设计的基底均匀收缩斜向挤压模型的砂箱实验结果 ,给出了雁列构造另外的成因解释。认为雁列构造的成因并非局限于基底走滑作用 ,基底均匀变形条件下的斜向伸展或斜向挤压作用均可形成雁列构造 ,因此雁列构造不能作为走滑断层存在的充分判据。     

基于砂箱模拟实验的罗布泊盆地新构造变形特征分析

在现有罗布泊盆地新构造活动特征分析的基础上,设计了刚性基底和塑性基底两种砂箱实验模型进行实验模拟。实验结果显示,在近南北向区域构造挤压应力作用下,罗布泊盆地两侧的阿尔金山与库鲁克塔格均以逆冲岩片的形式向盆地强烈逆冲,形成一系列向盆地推覆的冲断-褶皱带,且局部发育断层三角带。库鲁克塔格山发育一系列具右旋走滑作用的冲断层,而阿尔金断裂带则形成具左旋走滑的逆冲活动,在两者共同作用下,导致塔东地块发生向西逃逸,导致罗布泊盆地内部处于东西向伸展状态,发育一系列近南北向断层。模拟实验结果较好再现了罗布泊盆地新构造变形特征,有助于探讨塔里木地块东缘构造形成机制。模拟实验也表明罗布泊盆地两侧的盖层变形特征明显受控于基底发育特征,而两种模拟实验结果的分析比较表明罗布泊盆地具有刚性基底。实验结果为研究该区构造与成钾、油气成藏关系提供了依据。     

基于平面砂箱实验对黄骅盆地新生代构造成因的新解释

根据黄骅盆地实际情况设计系列砂箱实验模型。基于实验结果分析,笔者认为黄骅盆地是近Ｓ—Ｎ 向伸展形成的新生代裂陷盆地。盆地内部不同方向的断层形成于同一伸展变形过程。导致盆地内部断层方向复杂多变的原因是盆地裂陷边界方向的变化, 而非走滑构造或拉分作用叠加的结果。实验模型同时也可较好地用以解释整个渤海湾盆地区新生代构造的成因。     

伸展盆地复杂断块运动学平面复原——以渤海湾盆地廊坊-固安断陷为例

本文选取廊固凹陷为例,利用平面恢复方法,研究伸展盆地断块平面运动特征.根据大兴断层的分段性,将研究区分为3个区块:西南区,中区以及东北区,又根据研究区的断块旋转特征,将中区分为中北区以及中南区.每个区块的断块运动差异性很大.通过对廊固凹陷古近系的断块进行构造平面恢复,发现其平面运动具有以下特征:西南区,断块主要以顺时针...     

渤海湾盆地大歧口凹陷断裂系统与陆内拉分断陷

大歧口凹陷位于渤海湾盆地中部, 是在中生代构造基础上形成的新生代构造单元, 是我国最具勘探价值的大型富油气凹陷。前人对大歧口凹陷盆地结构、断裂构造、演化特征方面有了较为深入的研究, 但对凹陷内主要断裂的分段活动特征、构造迁移, 以及新生代基底走滑—盖层伸展构造体系的深浅部耦合关系并未进行全面细致的研究, 这在一定程度上限制了对凹陷内断裂活动特征、构造成因机制、断裂拓展演化规律详细的构造分析。本文在精细解释、深入分析地球物理资料的基础上, 开展了详细的构造研究。研究表明, 歧口凹陷充填格局主控断裂为东西走向, 近南北向的沿岸变换带是主变换带; 新生代的构造体系受北东向右行基底走滑断裂和东西向的盖层伸展构造的双重控制, 并形成三级断阶带。基底—盖层断裂的耦合方式主要有两种: 一是在盖层中形成强制性褶皱传递基底走滑, 二是在盖层中形成一系列雁列式正断层。欧亚板块下的地幔物质在印度板块和太平洋板块两大构造系统的共同作用下, 自南向北迁移并上涌, 导致歧口凹陷主要断裂的规模、活动期以及断裂活动由南西向北东迁移、演化。     

Nanpu Sag of the Bohai Bay Basin:A Transtensional Fault-Termination Basin

The Nanpu(南堡) sag has previously been modeled as(1) a pull-apart basin,(2) a rift ba-sin,without significant strike-slip deformation,and(3) a transtensional basin.We present a new model for the Nanpu sag in which the basin is a transtensional fault-termination basin.Although transten-sional fault-termination basins is an important basin type,it is not as well studied as other classic basin types.On the base of 3D seismic data interpretation,the faults geometries and kinematics and their controls on depocent...     

Structures of the Bohai Petroliferous Area, Bohai Bay Basin

This paper, for the first time, deals with a more systematic study of the structures in the Bohaipetroliferous area that covers nearly one third of the Bohai Bay basin. The study mainly involves the effects of preexisting basement faults on the basin formation, the characteristics of basin geometry and kinetics, the modelling of the tectonic-thermal history, the polycyclicity and heterogeneity in the structural evolution and the natural seismic tomographic images of the crust and upper mantle. The authors analyze the features of the dynamic evolution of the basin in the paper and point out that the basin in the Bohai petroliferous area is an extensional pull-apart basin.     

伸展构造盆地的平衡剖面及其构造意义——以松辽盆地南部为例

挤压构造的平衡地质剖面分析已经广泛应用于造山带构造分析, 但伸展构造区的平衡地质剖面分析实例仍然很少.运用盆地分析的技术与方法, 分层序或阶段将地质构造依次恢复、地层逐层回剥, 并通过在松辽盆地南部吉林两井油田扶余油层4条剖面的实践, 复原出不同时代盆地构造与地层发育的连续剖面, 揭示出松辽盆地南部主要构造样式是以浅表构造层次的负花状构造及深层剥离断层发育为特征; 断层生长指数、盆地的伸展史和伸展量等参数显示, 晚白垩世是构造转型的重要阶段, 此前主要为走滑构造样式形成阶段, 此后则主要为伸展滑脱构造发育阶段.在此基础上, 提出松辽盆地具有伸展-走滑双重力学构造性质, 可能是一个弧后构造盆地.      

渤海湾盆地第三系火成岩的分布规律

渤海湾盆地第三系火成岩的分布在平面上具有东多西少、北多南少的特点,时代分布上,具孔店组、沙三段、沙一段、馆陶组4个相对富集时期和层位。全面、系统的分析研究认为,莫霍面隆起幅度和以郯庐断裂带为主的具走滑性质的深大断裂带控制了全区火成岩的分布概貌;坳陷内部与走滑断裂带相伴生的大断裂控制着火成岩的分布型式;凹陷内局部古应力场和古地貌决定着各期火成岩直接分布样式。     

渤海海域莱州湾凹陷盐构造成因探讨

通过分析莱州湾凹陷盐构造特征,盐构造形成动力条件,探讨莱州湾凹陷盐构造成因,讨论了走滑背景下盐岩活动特点。分析表明,莱州湾凹陷盐层构造发育刺穿性盐株和枕状底辟,欠压实、超压破裂、潜伏走滑断层和楔形体的重力扩张促使了莱州湾凹陷盐岩早期流动;渐新世右行走滑阶段,走滑压扭作用下形成刺穿盐株;盐构造活动可分为沙三末期-沙一段沉积期盐流动阶段、中晚渐新世东营沉积时期盐刺穿阶段、中新世-第四纪盐构造再次活化三个阶段。走滑断裂作用下盐岩以流动为主,发育典型的刺穿型盐底辟。     

伸展盆地地表热流值的模拟计算—以渤海湾盆地济阳坳陷为例

伸展盆地的大地热流值可以认为是由地幔热流，地壳内部和盆地沉积物生热效应以及岩石圈和沉积物导热性质等多个因素综合叠加的结果。本文根据传热学理论，分析了纯剪切模式条件下伸展盆地内的地表热流值贡献的分布规律及其与伸展因子的理想关系，认为深部热源的能量，伸展因子大小，地壳浅层的生热性质以及盆地构造位置是控制盆地热流高低和展布的关键因素。结合沉积地层的导热性质，放射性元素的生热效应，岩浆区的现今地表热流分布，得到了与正演模拟相接近的结果，验证了该方法思路的有效性。同时对该地区幕式伸展裂陷过程中的地表热流值变化趋势进行了模拟，认为在不同的伸展裂陷幕地表热流值表现为阶段式的升高，在末期达到最大值。     

古新世以来郯庐断裂的位移量及其对莱州湾凹陷的控制

高分辨三维地震可视化及方差切片分析显示,郯庐断裂渤海海域莱州湾段北北东向断裂系发育。断层在水平方差切片上的拖拽现象、断裂带内部断层的组合关系以及凹陷沉积中心的迁移等,表明古新世以来该区存在右旋走滑运动。假设在东、西两支断层的走滑拉分作用下,根据可容纳空间不变原理,设计了三角形模型、长方形模型、半地堑型模型以及地堑型模型共四种模型,计算莱州湾凹陷南北长度和凹陷深度的关系,其中半地堑模型计算得到的郯庐断裂的水平位移为7km。结合断层的平面分布和断层的切割关系,表明古新世以来郯庐断裂的走滑拉分作用难以控制莱州湾凹陷的形成,走滑拉分作用只是在走滑断裂带内部形成了局部小型洼地,其规模很小,影响非常有限。     

“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用“不协调伸展”的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——“不协调性准则”,分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——“不协调伸展”模式。该模式显示：“不协调伸展”的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;“不协调伸展”模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过“不协调性准则”加以分析和预测。