中国中西部褶皱冲断带构造变形机制与结构模型

基于复杂构造解析和实验模拟研究,揭示了中西部前陆褶皱冲断构造带主要表现为受侧向挤压形成的滑脱冲断构造变形过程和结构样式;明确了单层滑脱挤压冲断构造变形存在临界增生和非临界增生两种变形机制,发育脆性拆离型、塑性滑移型和黏性流动型3种作用类型,并受滑脱层强度、地层厚度、底部边界和外动力过程等4种主要因素影响。复杂冲断构造带基本上表现为受多层单滑脱作用控制形成的垂向叠置组合结构,本文提出了复杂滑脱冲断变形结构的可分解性以及受不同性质的滑脱层组合控制形成特征结构模式,并揭示了前陆冲断带前缘多滑脱构造变形结构中由浅层向深层逐渐发育的变形时序;建立了中西部再生前陆冲断带结构模型、构造单元以及基本构造类型;并基于前陆盆地多阶段构造演化过程以及晚期的隆升剥蚀-沉降沉积过程,提出了中西部两种类型冲断带的控油气作用及其勘探领域。     

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。     

山前带地质及油气成藏特征探讨

山前带包括前陆褶皱冲断带和前陆盆地靠近造山带部分,其油气资源极为丰富。根据前陆盆地的形成机制分类,将山前带划分为弧后前陆型山前带、周缘前陆型山前带和再生前陆型山前带。参考叠合盆地的分类方案,将山前带划分成正反转山前带和继承前陆型山前带。再生前陆型山前带和继承前陆型山前带仅在中国中西部地区发育。山前带的油气成藏具有一定的规律性,前前陆期沉积的页岩作为优质的烃源岩,前陆期砂岩和前前陆期碳酸盐岩是油气成藏良好的储集层,而泥岩、膏盐层、盐岩层等是优质的盖层,断层是油气运移的主要通道。前陆褶皱冲断带以构造圈闭为主,前陆盆地则以构造一地层圈闭为主。     

前陆盆地冲断带构造分段特征及其对油气成藏的控制作用

以中国中西部典型前陆盆地为例,分析了典型前陆盆地前陆冲断带的构造分段特征,总结构造分段的主控因素主要包括构造动力学背景、调节构造、构造变形期次与构造叠加、滑脱层与构造变形强度的影响等。中国中西部前陆冲断带的油气勘探成果表明,构造分段特征对不同构造段油气成藏具有明显的影响和控制作用,主要表现为:不同构造段的油气富集层位不同;不同构造段的油气成藏时间及成藏期次特征存在差异,主成藏期也不同。     

龙门山前陆褶皱冲断带构造解析与川西前陆盆地的发育

通过详细的野外地质调查和精细的地震剖面构造解析。揭示了龙门山前陆褶皱冲断带的基本构造特征。对比分析了龙门山北段与南段构造变形几何学和运动学的差异。提出龙门山北段主要表现为一系列复杂的逆冲推覆构造,晚三叠纪变形强于新生代;龙门山南段则以基底卷入的叠瓦状冲断为特点,晚白垩纪-早第三纪变形尤为突出。与前陆褶皱冲断带相对应的是,川西晚三叠纪时期的周缘前陆盆地主要表现在整个龙门山褶皱冲断带的前渊地区;而晚白垩纪-早第三纪再生前陆盆地却局限在川西盆地的南部,并且印-藏碰撞的持续挤压作用使得晚新生代构造变形不断向东扩展进入川西盆地南部。     

天山南北前陆冲断带构造滑脱层分布差异及对圈闭样式的控制作用

天山南北前陆冲断带具有较强的差异变形特征,滑脱层的差异对前陆冲断带变形特征及圈闭样式的影响较大,对于天山南北油气勘探具有重要意义。以地震资料解释为基础,通过断距测量、缩短量统计及平衡剖面复原等手段,对天山南北前陆冲断带构造变形差异进行研究,取得如下认识:(1)天山南北前陆冲断带滑脱层性质不同,库车前陆冲断带以古近系膏盐岩为滑脱层,分层变形特征显著;准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层断层多穿过滑脱层,分层性差;(2)天山南北前陆冲断带新生代构造变形差异明显,库车前陆冲断带在该时期的平均缩短率为12.1%,准噶尔盆地南缘前陆冲断带的平均缩短率为9.93%,库车前陆冲断带的新生代变形强度比准噶尔盆地南缘前陆冲断带更强;(3)受滑脱层差异的影响,库车前陆冲断带滑脱层上下平均断距总体大于准噶尔盆地南缘前陆冲断带,且库车前陆冲断带的缩短量呈现“单段多峰”复杂的变化趋势,这是准噶尔盆地南缘前陆冲断带没有的特点,表明库车前陆冲断带滑脱层塑性和分层能力比准噶尔盆地南缘前陆冲断带强;(4)基于天山南北前陆冲断带断层活动和滑脱层差异的影响,准噶尔盆地南缘前陆冲断带以岩性—构造的复合圈闭为主,而库车前陆冲断带以盐下大型构造圈闭为主,岩性—构造圈闭为辅。准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层和库车前陆冲断带的侏罗系—三叠系煤层、泥岩层等滑脱层控制的岩性—构造圈闭是未来油气勘探的有利目标。     

龙门山冲断带北段前山带构造分带性及山前带变形特征

龙门山冲断带构造分带性是龙门山构造研究中的核心内容和关键科学问题.在野外实测地质大剖面以及路线地质调查的基础上,根据冲断带不同部位构造样式的不同,将龙门山冲断带北段前山带划分出3个构造亚带,即唐王寨-仰天窝飞来峰-滑覆体构造亚带、楼子坝-雁门坝-马角坝叠瓦冲断亚带、矿山梁-天井山-二廊庙冲断背斜亚带.各亚带具有不同构造变形特征:飞来峰-滑覆体构造亚带具有"推覆加滑覆"的构造叠加和演变特征;叠瓦冲断亚带中冲断构造十分发育,从北西至南东方向,不同系、同一系中不同组、同一组中不同段的地层依次由老向新逆冲,组成典型的叠瓦状构造样式,逆冲断裂向西呈铲式倾斜,并收敛于逆冲断裂系底板断层之上.构造岩片中褶皱构造十分发育,以断层传播褶皱为主,其轴迹走向和轴面产状与叠瓦冲断亚带中各条断层的总体产状几乎相同,均倒向前陆方向.冲断背斜亚带具有双重构造特点,在浅层表现为近直立的短轴背斜,构造样式以断层转折褶皱为主,深层由多个逆冲岩片叠置而成.下寺-金子山-厚坝山前带浅部层次中冲断稀少、规模较小、变形微弱,主要表现为向南东倾斜的单斜构造,深部层次发育有大型隐伏逆冲断裂.从前山带和山前带总体上具有变形强度向前陆方向有规律递减、卷入构造的地层逐渐变新、变形层次逐渐变浅的趋势,反映了冲断构造具有前展式特征.冲断构造是晚三叠世与新生代两期构造变形的产物:晚三叠世构造变形强烈,是龙门山前陆冲断带的主要形成期;新生代变形较弱,叠加和改造了晚三叠世的构造变形.     

塔西南新生代前陆盆地东段盆山结构与冲断带变形特征

塔西南新生代前陆盆地受西昆仑山造山带南北向挤压和帕米尔弧形构造带向北突进的影响,导致盆山结构与盆地冲断带构造变形在平行造山带方向表现出明显差异。本文通过地震资料解释,系统研究了塔西南新生代前陆盆地东段盆山结构与冲断带的构造变形特征,认为塔西南新生代前陆盆地东段盆山结构表现为西昆仑造山带向北大规模冲断,盆地区挠曲沉降,前陆地区发育宽的褶皱冲断带,冲断带前锋已扩展至捷得背斜一线,褶皱冲断带与前渊坳陷存在大范围重叠。盆地东段的褶皱冲断带在纵向上可以分为基底卷入变形带、滑脱变形带。山前第一排变形带受多期构造叠加影响,产生横向变形的分异:西段柯东段早期为构造楔形体变形形成的背斜构造,后期被甫沙–克里阳右行走滑断裂改造,剖面呈现复杂的变形特征;东段克里阳段构造变形以早期的逆冲推覆为主。结合生长地层与磁性地层分析,冲断带的变形总体表现出前展式的构造变形特征,上新世阿图什组沉积期开始形成柯东构造带;随后变形向北传播,在上新世早中期形成柯克亚构造带;至早中更新世晚期,构造变形扩展至固满–合什塔格构造带。     

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.     

岩石圈中热压系数的计算

中国中西部地区发育众多前陆冲断带,它们具有构造变形复杂、油气潜力大和有别于经典前陆盆地的沉积和油气地质特征,但其成因过程和动力学并不清楚。文中利用中西部盆地区的地温、岩石热物性参数和地热学模拟技术,分析该区岩石圈热状态和流变学特征,进一步结合其他地质、地球物理资料,揭示盆地区的深部构造特征和岩石圈性质。研究表明,中西部各主要盆地的岩石圈具有厚度大、强度高、地温低等热-流变学特征,表现为刚硬块体;而其周缘和造山带区却表现为温度高、强度低和厚度小等特征,是构造变形的易发区。在此基础上讨论了岩石圈性质和变形过程等深部构造对前陆盆地成因演化的控制作用,进而初步归纳这类陆内再生前陆盆地的成因演化机制:发育于小型克拉通块体的边缘,其就位受控于岩石圈热-流变学非均质性和构造继承性,其动力来源是新生代印度-欧亚大陆碰撞及其持续的挤压作用。上述研究为探讨中国中西部地区的前陆盆地成因机制提供了深部资料和岩石圈热-流变学约束。     

西昆仑山前冲断系的结构特征

西昆仑山前为一薄皮冲断构造系 ,按冲断系不同区段结构和变形样式的差异 ,由北而南可以将西昆仑冲断系分为以薄皮变形为主的北带和以厚皮变形为主的南带。北带进一步划分为 :帕米尔北缘弧形构造带、齐姆根构造带、柯克亚—桑株构造带和皮山—和田构造带 4个次一级构造带。其中 ,帕米尔北缘弧形构造带为显露型近东西走向展布的紧密的线性冲断褶皱带和断裂带 ;齐姆根构造带为受走滑与冲断作用复合影响的隐伏型盲冲走滑构造带 ;柯克亚—桑株构造带是以冲断作用为主的隐伏型盲冲构造带 ;皮山—和田构造带则是典型的显露型冲断推覆体。构造带的走向差异、边界条件的不同和空间上的制约是各构造带之间差异活动的原因。在每一个构造线变化的区段与邻近部位具有不同的结构 ,从而在空间上形成了较为复杂的冲断体系。     

Deformation along a salient-transverse zone junction: An example from the Leamington transverse zone,Utah, Sevier fold-thrust belt (USA)

Within fold-thrust belts, the junctions between salients and recesses may hold critical clues to the overall kinematic history of fold-thrust belts. The deformation history within these junctions is best preserved in areas where thrust sheets extend from a salient through an adjacent recess. We examine one such junction within the Sevier fold-thrust belt (western United States) along the Leamington transverse zone, northern Utah. The Canyon Range thrust sheet can be traced continuously from the Leamington transverse zone to its adjacent salient to the south, the Central Utah segment. Deformation within the Canyon Range thrust sheet took place by faulting and cataclastic flow. Analyses of these fault networks preserved throughout the Canyon Range thrust sheet are used to develop a kinematic history of the Leamington transverse zone. Field data is supplemented by analog sandbox experiments. This study suggests that, in detail, deformation within the overlying thrust sheet may not directly reflect the underlying basement structure. Moreover, these junctions may contain several types of accommodating structures that helped to maintain critical-taper and that serve as potential targets for natural resource exploration.     

塔里木盆地南部玛东早古生代褶皱-冲断带

玛东褶皱-冲断带位于塔里木盆地南部,走向NE-SW,由NW向SE方向冲断。褶皱冲断带发育于寒武-奥陶系,以中寒武统膏-盐层为主滑脱面。中志留统及其以上地层不整合于褶皱冲断带之上。它是世界上保存最好的早古生代褶皱冲断带之一。根据卷入变形最新地层、不整合于褶皱-冲断带之上的最老地层和上奥陶统上部的生长地层,玛东褶皱-冲断带的变形时间为晚奥陶世-早志留世。玛东褶皱-冲断带与其东南侧的塘南褶皱-冲断带同为塔里木盆地南缘早古生代前陆褶皱-冲断带的组成部分,塘南褶皱-冲断带是该早古生代前陆褶皱-冲断带主体的残余,其向NW的主冲断方向代表该前陆褶皱-冲断带的主冲断方向;玛东褶皱-冲断带是该早古生代前陆褶皱-冲断带的前锋,其向SE的冲断具有反冲性质。它们是昆仑早古生代造山作用的重要记录,也是昆仑早古生代碰撞造山带的组成部分,现今保存最好的部分。     

冲断构造带深层变形的空间分布规律——以库车坳陷克拉苏构造带为例

传统上认为前陆冲断带内部的背斜构造具有"成排成带分段"的特征,在表观认识和宏观尺度上讲,容易理解这一特征,并且通过"成排成带分段"的解剖,直接为含油气区带评价和地震解释方案的落实提供指导作用。随着前陆冲断带深层结构的精细解剖和三维空间内构造变形的准确刻画,发现前陆冲断带深层构造变形的分布并非成排成带分段的特征,褶皱构造的发育与分布明显受前陆冲断构造位移量及各个断层位移量的大小所控制,各个断层控制的逆冲岩席在垂向上相互叠置、侧向上交叉对接、走向上错落有致, 3D立体空间内由多个次级弧形体组成鳞片状分布。本文以中国天然气勘探最为成功、勘探资料最为详实的库车坳陷克拉苏构造带为例,通过地震剖面精细构造解释,揭示出构造变形的运动学特征及其构造位移量在传播过程中的分异和转换,进而控制冲断带内部构造岩席的生长发育和空间展布特征,并在3D立体空间内揭示冲断岩席受构造位移量的控制而成鳞片状分布的规律,控制这一分布规律的主控因素是冲断构造位移量与冲断岩席长度之间定量的几何关系。这一认识提升了油气藏评价和构造圈闭描述的精度。     

Characteristics of plastic deformation of quartz

The fold-thrust tectonics in the Northern Tarim Basin, oriented roughly parallel to the South Tianshan orogenic belt, consists of two large-scale tectonic regimes: (1) the foreland-basin, thin-skinned deformation belt; and (2) the foreland-craton, thick-skinned-dominated (i.e., basement-involved) deformation belt. Variations in the degree of deformation in these tectonic belts and style along the regional tectonic strike can be accounted for by longitudinal (progressive) transfer or transverse (abrupt) transfer. Longitudinal transfer maintains the overall displacement or shortening within the fold-thrust belts as uniform or with gradual change along the tectonic strike. This includes the tectonic transfer between en echelon master thrusts and from the individual master thrust to terminal fold (s) or distributive thrusts. Transverse transfer resulted from an abrupt change in overall displacement or shortening along the tectonic strike. Within the transverse transfer zone, various tectonics—such as strike-slip faults, strike-slip thrusts, transverse anticlines, and en echelon folds—are developed.

The development of longitudinal transfer zones can be attributed to the gradual variation of intrinsic and extrinsic deformational conditions along the tectonic strike. The initiation of transverse transfer may be related to variations in the thickness of sedimentary layers, detachment-layer distribution limits, and variation along strike of the degree and mode of the South Tianshan orogenic belt's effect on the basin, as well as the variation of the boundary conditions of the deformation, such as in the geometry of plate margins.     

准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带分析

讨论了与准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带有关的4个问题。(1)准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带具有纵向分带、横向分段和垂向构造分层的特征:纵向上由南至北可分为逆冲推覆构造带、基底卷入褶皱-冲断带和滑脱型褶皱-冲断带三个带;横向上,基底卷入褶皱-冲断带从西至东按横向调节带分为5个段,构造特征表现为反冲断层从不发育到向南反冲的位移逐渐增大、反冲断层所滑脱的层位亦逐渐加深;滑脱型褶皱-冲断带以红车断裂为界划分为西段和东段,西段构造运动弱,构造变形具双层结构;东段构造运动较强,发育大型冲向后陆的反向逆冲断层,构造变形多具有3层结构。(2)逆冲断层-褶皱类型按其形成机制分为基底卷入型冲断-褶皱、滑脱型冲断-褶皱以及基底卷入-滑脱混合型冲断-褶皱3大类,其中,基底卷入型冲断-褶皱的特征是褶皱作用发生在逆冲断裂之前,而滑脱型冲断-褶皱以冲断和褶皱同时或冲断层先于褶皱形成为特征。(3)本区存在横向和纵向传递带。横向调节带一般分布于基底卷入型褶皱-冲断带,主要为左旋走滑断层;纵向传递带分布于滑脱型褶皱-冲断带,以逆冲断层系斜列分布和位移纵向斜列传递为特征。(4)褶皱-冲断带形成的主控因素主要有:近南北向的水平挤压作用,上新世末—早更新世末和晚侏罗世末发生的构造变形以及古近系、下白垩统和下—中侏罗统发育的三套异常高压泥岩层相关的滑脱作用。     

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。     

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...     

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。