正牵引构造形成过程的物理模拟及其油气勘探意义:以克-百断裂带为例

长期以来牵引构造被视为油气勘探的重点领域,随着构造沉积学的发展,同沉积逆牵引构造已经取得了大量的进展,但是对正牵引构造的研究还比较少,使其成为了研究热点。关于克-百断裂带的构造成因机制尚还存在争论,与正牵引构造相关的物理模拟在国内尚未见报道。本文通过地震解释资料描述了准噶尔盆地西北缘克-百断裂带正牵引构造的变形特征,结合应力场分析,讨论了正牵引构造的成因机制;并设计物理模型对正牵引构造的形成演化进行了模拟,给出了克-百断裂带为挤压成因的新论据。研究认为,克-百断裂带的正牵引构造是在印支期、燕山期挤压推覆过程中形成的,属于同生逆断层体系;塑性地层的发育是正牵引构造产生的前提;随着前冲断层倾角变大,断层活动性减弱,为断层上盘地层收缩形成正牵引构造创造了条件。此次研究提出正牵引构造的形成演化模式分为三个阶段:第一阶段为褶皱轴面紧贴断层面的雏形阶段;第二阶段为褶皱轴面旋转,规模扩展阶段;第三阶段为继承性同沉积阶段。结合前人研究成果,认为同生逆断层可作为油气运移通道,但是正牵引构造的高部位并不一定是有利的油气聚集区;正牵引构造第一阶段形成的底形控制了砂体的展布,在第二阶段,构造低部位能形成岩性油气藏;而正牵引构造发育的第三阶段,可在构造高部位形成构造或地层圈闭油气藏。     

库车坳陷盐下构造对盐上盖层变形的影响因素分析

库车坳陷是在地壳或者岩石圈尺度整体挤压作用下,收缩构造变形形成的一个构造单元,膏盐岩层等软弱岩层可能导致滑脱断层发育,并引起盐上和盐下不协调收缩变形,区域挤压作用下一些先存基底断裂带的逆冲位移是控制盐上层冲断褶皱变形的主要因素。运用地震资料、地表露头、钻测井资料以及非地震资料等,对库车坳陷区域大剖面的盐上层、盐下层的构造变形样式进行分析,认为南天山在挤压收缩变形中隆升,诱导盆山过渡带发育基底卷入的高角度逆冲断层,先前基底断层的复活影响了盆地沉积盖层的构造变形,基底断裂与盖层断层组合样式在走向上基本一致,盖层强变形带与基底断裂带上下呼应。     

汶川M_w 7.9级地震同震断层陡坎类型与级联破裂模型

2008年5月12日,汶川Mw7.9级地震在青藏高原东缘沿龙门山逆冲断裂带中段形成了两条NE向和一条NW向逆冲走滑型地表破裂。依据同震地表陡坎形态特征,将其分为8种类型:逆断层陡坎、上盘垮塌陡坎、挤压推覆陡坎、右旋挤压推覆陡坎、断层相关褶皱陡坎、后冲挤压陡坎、上冲叠覆陡坎和局部正断层陡坎。汶川地震所形成的同震地表破裂主要由以逆冲为主的映秀破裂段和兼具逆冲、右旋走滑的北川破裂段两部分组成,这两个破裂段分别对应于Mw7.8与Mw7.6级地震事件;它们还可进一步细分为分别对应于Mw7.5、Mw7.7、Mw7.0和Mw7.5等4个次级事件的4个次级破裂段。这些次级破裂段的级联破裂可以用来解释为什么汶川地震的持续时间长达110 s。余震震源机制分析结果表明,发震断层的倾角随深度的增加而变缓,且从西南向北东逐渐变陡可以用来解释走滑分量增加的成因。此次大地震还表明,沿青藏高原东缘地形抬高的主要驱动力可能是地壳挤压缩短,而不一定是下地壳物质流动和膨胀引起上地壳的隆升。     

周口坳陷叶鲁断裂带构造特征及其演化

叶鲁断裂带位于华北克拉通南部,是鲁山-舞阳-阜阳-淮南断裂带的重要组成部分,控制着周口坳陷谭庄、舞阳等凹陷的形成与演化。据钻井、地震剖面解释和平衡剖面分析,在秦岭-大别造山带挤压活动的影响下,叶鲁断裂带在晚侏罗世—早白垩世向NNE方向强烈逆冲,主断层面倾角约37°,伸展率可达-22 m/Ma;晚白垩世—古近纪,周口坳陷处于伸展构造环境,该断裂带发生负反转构造作用。通过三角剪切软件模拟了叶鲁断裂带主断层在周参12井区的构造演化过程。模拟显示主断层形成时的总滑动量约为6 100 m,断层传播量为9 150 m,三角剪切角为150°,p/s值为1.5。     

从反转构造的砂箱模型看柴达木早-中侏罗世盆地的构造性质

设计了基底均匀伸展半地堑正反转、基底均匀伸展书斜式正反转和对称地堑正反转等3个砂箱实验模型,着重研究后期构造反转对前期正断层构造的叠加与改造作用.单侧挤压实验结果表明,正反转过程中,挤压变形主要通过形成新的低角度逆冲断层实现,前期正断层多数可被保存下来,仅倾角不同程度地变陡.前期正断层全部反转为逆断层的可能性极小,仅在强烈逆冲变形带,逆冲断层才有可能完全取代前期的正断层.根据实验结果并结合柴达木盆地的实际资料,认为柴达木盆地早-中侏罗世时期为挤压性质的盆地.     

扎伊尔山冲断-走滑构造演化特征与物理模拟

早期认为准噶尔盆地西北缘扎伊尔山构造带是典型的逆冲推覆构造体,但其在新的过山二维地震剖面上表现出冲断-走滑构造的特征,"石炭系—二叠系挤压推覆"和"三叠系—侏罗系压扭走滑"两阶段形成了前陆冲断带完整的冲断-走滑体系。通过物理模拟西北缘挤压、扭动两个阶段地层、断层性质和样式变化,证实了西北缘冲断-走滑构造体系的存在,总结其发育规律,归纳出平面"川"字型样式和剖面"从"字型模式。地质构造模式的建立为西北缘整体构造认识指出新的方向,同时对地震解释和井位部署具有重要作用。     

西秦岭临潭-岷县-宕昌断裂带新生代运动学历史及动力学分析

临潭-岷县-宕昌断裂带是青藏高原东北缘西秦岭腹地具有构造边界性质的区域断裂带之一,它由多条近于平行的逆冲-走滑断层组成。通过对其主要断层之一的小寨-浦麻断层(F3)典型断层带内断层岩类型和分带特征、构造要素的几何学-运动学特征及构造截切关系等观测分析,表明其主要为新生代形成的一条脆性断层,至少经历了3期具有不同几何学-运动学特征的构造活动历史。第一期表现为向北北东陡倾(倾角为70°~80°)的自北向南高角度逆冲作用;第二期表现为向北北东中等倾斜(倾角为30°~50°)的自北向南逆冲作用;而第三期则表现为向南西陡倾(倾角为60°~70°)的左旋走滑作用。根据断层卷入的最新地层时代、三期变形构造要素产状及截切关系和青藏高原东北缘新生代以来区域断裂活动、沉积盆地演化和地壳隆升过程分析,认为第一期挤压逆冲作用起始于始新世中期(45~50 Ma左右)持续到渐新世初期;第二期挤压逆冲作用发生在中新世末或上新世初,持续到早第四纪;而第3期左旋走滑作用只是晚第四纪以来的构造作用。临潭-岷县-宕昌断裂带的小寨-浦麻断层的三期构造活动可能记录了印度板块与欧亚板块碰撞汇聚过程不同阶段在西秦岭的构造动力学响应。第一期挤压逆冲作用可能与印度-欧亚汇聚碰撞高峰期(55~45 Ma)地壳的挤压缩短作用的远程效应有关;而第二期的逆冲作用与青藏高原地壳增厚和高原隆升向东北缘的扩展作用相联系;第三期左旋走滑作用则是晚第四纪以来的构造活动,明显滞后于5Ma青藏高原腹地的东西伸展和挤出走滑作用,这有可能暗示着青藏高原东北缘断裂构造活动及地壳隆升过程与青藏高原腹地并不同步。这为新生代以来印度板块-欧亚板块碰撞作用是逐渐向北扩展生长过程提供了构造地质学约束。     

新疆乌孙山北缘断裂晚第四纪活动及区域构造意义

乌孙山北缘断裂位于新疆伊宁盆地南部,是伊宁盆地与乌孙山的边界断裂,由多条平行或斜列的次级断层组成.断裂呈近东西走向,总体倾向南,山前主断裂主要表现为高角度逆冲,倾角50°~80°,前缘冲断面相对较缓.断裂上盘主要由石炭系-二叠系组成,下盘主要为第四系和侏罗系,断层两盘沉积物的ESR年代表明断裂带多处错断中、上更新统地层.野外地层接触关系和区域构造研究表明,在中更新世末以来,断裂强烈向北逆冲,与伊犁盆地北缘断裂共同控制了盆山地貌格局.伊宁盆地及邻区中更新世末的区域构造运动与青藏高原的共和运动时代相当,这次事件由南北天山向伊犁盆地的对冲挤压引起,动力来源于青藏高原向外扩展生长.      

塔里木盆地巴楚隆起古董山断裂带构造分析

古董山断裂构造带位于塔里木盆地西部的巴楚隆起上,走向北西-南东,延伸140 km左右。基于地震剖面的详细解释,识别出4期构造变形：寒武-奥陶纪正断层、二叠纪正断层、中新世冲断层、上新世-更新世冲断层及其伴生的正断层。中新世基底卷入型冲断层是古董山构造带的主控断裂构造,构成断裂带的主体,构造变形样式为断层传播褶皱。寒武-奥陶纪正断层形成复式地垒,隐伏于中新世主干断层之下。二叠纪正断层可能伴生有岩浆活动。先存的正断层和岩浆岩对古董山中新世断裂活动具有明显的控制作用;后期的断裂活动,即上新世-更新世逆冲断层和正断层,对中新世形成的断裂构造有改造作用。古董山断裂带东南端与玛扎塔格构造带西端交汇,但两者不是同一条断裂带。     

陡倾逆断层形成机制——以塔里木盆地色力布亚断层为例

中国西部盆地多发育陡倾逆冲断层,但对其成因仍未取得统一认识。色力布亚断裂带位于塔里木盆地的西部,是一条典型的陡倾逆冲断层,为研究陡倾断层的成因提供了很好的实例。根据最新地震剖面与地层分析认为,色力布亚断裂上部倾角约为65°,经两期构造运动形成,第一期是加里东晚期运动-海西早期运动（362~439 Ma）,第二期为喜马拉雅中期运动（5.3~23.3 Ma）;正是断层的多期活动形成了上部的陡倾断层,即先存缓倾逆断层的活动改变了局部应力场,使最大主应力轴由水平变倾斜,随之产生的库伦断裂倾角变陡,并伴生反冲逆断层。同时利用数字砂箱模拟结果验证了上述推断。      

塔里木盆地西北缘沙井子构造带断裂构造分析

沙井子构造带位于塔里木盆地西北缘,是分隔阿瓦提凹陷和温宿凸起的边界断裂。它是塔里木盆地研究最薄弱的大型断裂构造带之一。根据系统、精细的地震资料解释,沙井子构造带存在3套断裂体系:深部楔状冲断构造、狭义沙井子断裂和浅部的伸张构造。深部楔状冲断构造形成于志留纪—泥盆纪,由北西倾向的主冲断层和南东倾向的反冲断层形成构造楔; 构造楔主要由前寒武纪变质岩组成,冲断前锋楔入于寒武系中部,造成上覆地层向温宿凸起方向的急剧抬升。狭义的沙井子断裂,即通常所说的沙井子断裂,为一条高角度基底卷入型挤压走滑断裂,形成于二叠纪末—三叠纪初,错断了早期的深部冲断楔。浅部的伸展构造形成于第四纪早-中期,为一系列较小规模的正断层,沿狭义沙井子断裂呈右步雁列状排列,构成左行剪切张扭性断裂带。深部的楔状冲断构造和浅部的伸展构造是本次研究的新发现。     

Late Quaternary Tectonic Deformation of the Eastern End of the Altyn Tagh Fault

The Quaternary activity of the faults at the eastern end of the Altyn Tagh fault, including the Dengdengshan–Chijiaciwo, Kuantanshan and Heishan faults, was studied on the basis of interpretation of satellite images, trenching, geomorphologic offset measurements and dating. The Altyn Tagh fault has extended eastwards to Kuantanshan Mountain. The left–slip rates of the Altyn Tagh fault decreased through the Qilianshan fault and were transformed into thrust and folds deformation of many NW–trending faults within the Jiuxi basin. Meanwhile, under NE–directed compression of the Tibetan plateau, thrust dominated the Dengdengshan–Chijiaciwo fault northeast of the Kuantanshan uplift with a rate lower than that of every fault in the Jiuxi basin south of the uplift, implying that tectonic deformation is mainly confined to the plateau interior and the Hexi Corridor area. From continual northeastward enlargement of the Altyn Tagh fault, the Kuantanshan uplift became a triangular wedge intruding to the east, while the Kuantanshan area at the end of this wedge rose up strongly. In future, the Altyn Tagh fault will continue to spread eastward along the Heishan and Jintananshan faults. The results have implications for understanding the propagation of crustal deformation and the mechanism of the India–Eurasian collision.     

准南逆冲褶皱带超压与逆冲断层持续活动

天山北缘准南地区的褶皱带为自新生代以来一直持续活动的逆冲构造带,由于逆冲断层的持续活动,形成了现今断层和相关褶皱。钻井资料显示,准南逆冲褶皱带内的超压层主要发育在古近纪安集海河组泥岩和紫泥泉子组泥岩之中,而该泥岩同时又成为逆冲断层发育的主滑脱面。通过多年来对准南地区地面地质调查、二维地震和三维地震资料的解释以及钻井证实,我们统计出准南逆冲褶皱带现存的逆冲断层倾角分别集中在两个区间: 30±5°和50±5°区间。应力分析表明,在持续挤压应力作用下,超压层(泥岩、页岩和煤系地层)中和超压层之下地层中发育的早期逆冲断层与晚期最大主压应力之间的夹角处在30±5°之间时,作用在断层面上的最大主应力与最小主应力比达到最小值,因此该断层最容易再次活动,形成最大的流体压力,因而断层周围的流体就会沿着最大主应力方向发生流动,断层本身就会成为流体运移的主要通道; 而早期逆冲断层与晚期最大主压应力之间的夹角处在50±5°之间时,作用在断层面上的最大主应力与最小主应力比较大,断层重新活动所需要的流体压力较高,导致断层作为流体运移的通道因被挤压而闭合。应力分析和钻井实测应力均指出,准南逆冲褶皱带发育的超压为挤压构造应力形成的超压。这些研究表明,准南逆冲褶皱带的逆冲断层持续活动,导致早期发育的断层在晚期应力作用下,断层倾角聚集在两个优势区间,油气沿最大主压应力方向运移,聚集油气则沿断层滑动面发育形成构造超压,导致该区域油气长期处于运移与聚集的动平衡状态。     

Co-seismic Faults and Geological Hazards and Incidence of Active Fault of Wenchuan Ms 8.0 Earthquake,Sichuan,China

There are two co-seismic faults which developed when the Wenchuan earthquake happened. One occurred along the active fault zone in the central Longmen Mts.and the other in the front of Longmen Mts.The length of which is more than 270 km and about 80 km respectively.The co-seismic fault shows a reverse flexure belt with strike of N45°-60°E in the ground,which caused uplift at its northwest side and subsidence at the southeast.The fault face dips to the northwest with a dip angle ranging from 50°to 60°.The...     

塔里木盆地塔中低凸起北斜坡古生代断裂展布与构造演化

通过对塔中低凸起北斜坡4500km2三维地震数据体的精细解析,根据不整合面和生长地层分析以及断层与地层之间的接触关系,厘定划分出四期不同应力性质的断裂体系,分别为寒武-早奥陶世拉张断裂,晚奥陶世冲断挤压和北西向走断裂,志留-泥盆纪北东向走滑断裂以及二叠纪的岩浆刺穿。寒武-早奥陶世拉张断裂展布形态和发育规模奠定了后期构造活动的基础;晚奥陶世断裂呈发散的帚状,向东南方向收敛,断裂分布具有明显的分带和分段性,东部主要为逆冲断裂,中西部发育北西向走滑断裂,晚奥陶世断裂体系可划分为六组呈北西向展布的弧型断裂带,各弧形断裂带由多条断裂组成,其形成可能与古生代阿尔金北缘北西向冲断挤压有关;塔中志留-泥盆纪走滑断裂体系主要是在挤压应力环境下形成的,呈北东向展布,走滑断裂体系由三部分组成：主干边界断裂、尾端羽列断裂和拉分地堑,其中主干断裂剖面上表现为高角度近似直立断面,直插基底,延伸较远,剖面上呈花状构造,尾端羽列断裂在主干断层的尾端发育,主要位于主干断裂的北端,拉分地堑平面上呈菱形,受多级断层控制;二叠纪岩浆刺穿在塔中三维区呈点状或条带状,岩浆刺穿对早期断裂进行叠置和改造,岩浆侵入和底辟作用致使地层隆升,形成一系列逆断层性质的“正花状构造”。构造活动决定了断裂发育,早古生代塔里木盆地及其周缘地区伸展－聚敛构造演化构成了一个较为完整的威尔逊旋回,寒武纪－早奥陶世塔里木周缘古大洋拉张裂解,早奥陶世末－晚奥陶世部分古大洋俯冲消减,晚奥陶世－泥盆纪周缘大洋部分闭合,发生弧陆或陆陆碰撞,二叠纪岩浆活动代表了另一个构造旋回的开始。     

雪峰山西部中生代厚皮逆冲推覆构造样式与变形特征研究

雪峰山厚皮逆冲推覆构造带位于扬子地块东南缘,由南向北,主构造线走向由北北东向渐变为北东东向,形成向北西突出的弧形。构造带内基底新元古界板溪群大面积出露,这些基底出露的原因和构造方式是华南中生代大地构造分析的核心问题之一。以野外构造解析为基础,结合相关地球物理资料解释,对雪峰山西部逆冲推覆构造的构造样式与变形序列进行了系统的解析。结果表明,雪峰山构造带从印支期开始发育由南东向北西的大规模的逆冲推覆构造,逆冲断层在近地表向南东陡倾,向下逐渐收敛于基底内的滑脱断层之上。基底新元古界板溪群及早古生界均卷入了推覆构造,同时逆冲覆盖于中生代地层之上,形成厚皮构造,并造成了基底板溪群的大面积出露。     

Co‐seismic Faults and Geological Hazards and Incidence of Active Fault of Wenchuan Ms 8.0 Earthquake,Sichuan, China

Abstract: There are two co-seismic faults which developed when the Wenchuan earthquake happened. One occurred along the active fault zone in the central Longmen Mts. and the other in the front of Longmen Mts. The length of which is more than 270 km and about 80 km respectively. The co-seismic fault shows a reverse flexure belt with strike of N45°–60°E in the ground, which caused uplift at its northwest side and subsidence at the southeast. The fault face dips to the northwest with a dip angle ranging from 50° to 60°. The vertical offset of the co-seismic fault ranges 2.5–3.0 m along the Yingxiu-Beichuan co-seismic fault, and 1.5–1.1 m along the Doujiangyan-Hanwang fault. Movement of the co-seismic fault presents obvious segmented features along the active fault zone in central Longmen Mts. For instance, in the section from Yingxiu to Leigu town, thrust without evident slip occurred; while from Beichuan to Qingchuan, thrust and dextral strike-slip take place. Main movement along the front Longmen Mts. shows thrust without slip and segmented features. The area of earthquake intensity more than IX degree and the distribution of secondary geological hazards occurred along the hanging wall of co-seismic faults, and were consistent with the area of aftershock, and its width is less than 40km from co-seismic faults in the hanging wall. The secondary geological hazards, collapses, landslides, debris flows et al., concentrated in the hanging wall of co-seismic fault within 0–20 km from co-seismic fault.     

Geometric and kinematic analysis of structural elements along north front of Bagharan Kuh Mountain,NE Iran

At the end of the western part of Bagharan Kuh Mountain in the northeast of Iran, mountain growth has been stopped toward the west because of the stress having been consumed by the thrusting movements and region rising instead of shear movement. Chahkand fault zone is situated at the western part of this mountain; this fault zone includes several thrust sheets that caused upper cretaceous ophiolite rocks up to younger units, peridotite exposure and fault related fold developing in the surface. In transverse perpendicular to the mountain toward the north, reduction in the parameters like faults dip, amount of deformation, peridotite outcrops show faults growth sequence and thrust sheets growth from mountain to plain, thus structural vergence is toward the northeast in this fault zone. Deformation in the east part of the region caused fault propagation fold with axial trend of WNW-ESE that is compatible with trending of fault plane. In the middle part, two types of folds is observed; in the first type, folding occurred before faulting and folds was cut by back thrust activity; in the second type, faults activity caused fault related folds with N60-90W axial trend. In order to hanging wall strain balance, back thrusts have been developed in the middle and western part which caused popup and fault bend folds with N20-70E trend. Back thrusts activity formed footwall synclines, micro folds, foliations, and uplift in this part of the region. Kinematic analysis of faults show stress axis σ₁ = N201.6, 7, σ₂ = N292.6, 7.1, σ₃ = N64.8, 79.5; stress axis obtained by fold analysis confirm that minimum stress (σ₃) is close to vertical so it is compatible with fault analysis. Based on the results, deformation in this region is controlled by compressional stress regime. This stress state is consistent with the direction of convergence between the Arabian and Eurasian plates. Also study of transposition, folded veins, different movements on the fault planes and back thrusts confirm the progressive deformation is dominant in this region that it increases from the east to the west.     

阿尔金断裂带东段地区深浅部构造综合分析

阿尔金断裂带东段地区的地质构造特征及其动力学机制一直是地学工作者关注的焦点。近年来小震资料越来越多应用到活动断裂空间展布、深浅构造分析及动力学机制研究领域。本文应用双差定位法获得研究区域2008～2017年间6013次地震事件的精确定位数据,通过多条小震深度剖面清晰刻画出断裂系统的空间展布形态。综合石油地震剖面、人工地震宽角反射/折射剖面、人工地震深反射剖面,充分利用小震精确定位信息以及浅表活动构造研究成果,建立研究区断裂系统的深浅部构造模型。研究区莫霍面由北往南逐渐加深,存在三处断错,呈阶梯状展布,地壳内存在一条厚约10km的低速层,在该层以上为地震多发区,断裂系统总体呈"Y"字型,上部为一系列叠瓦状逆冲断裂,造成祁连山的隆升,向下并入一条主干断层。最后探讨了青藏高原东北缘地区构造运动的动力学机制,亚洲板块俯冲至祁连山前,上地壳以逆冲推覆构造模式造成上地壳增厚现象,而中下地壳主要为亚洲岩石圈地幔下插,上地幔的拖曳作用下发生流动引起地壳增厚,上下地壳整体增厚。     

准噶尔盆地西缘车排子凸起构造演化及断层形成机制

结合区域构造地质背景,采用现今构造静态描述与构造演化过程剖析相结合的研究思路,分析了车排子凸起的几何学与运动学特征,剖析了车排子凸起的构造演化过程,探究了构造演化过程控制下不同类型断层的形成机制.结果表明:车排子凸起之上发育两套断裂系统,即海西印支期形成的断穿石炭系白垩系底的逆断层,喜马拉雅期形成的断穿白垩系、古近系和新近系的正断层.车排子凸起构造演化过程可以划分为强烈隆升剥蚀阶段(C₃J)、缓慢沉降阶段(KE)、局部伸展阶段(NQ)3个阶段,这3个阶段的构造应力背景具有差异性,导致不同阶段形成的断裂体系和地层厚度差异性明显.C₃J时期,车排子凸起处于向东推覆的逆冲褶皱带上,发育向东逆冲的红车断裂带和断穿石炭系白垩系底的逆断层,无地层沉积;KE时期,红车断裂带的右旋压扭活动使车排子凸起处于逆冲楔顶部带,受北东向挤压,先期逆断层有的继承性持续发育,有的停止发育,还有的发育一段时间后停止发育,并形成盲冲断层,地层从南东向北西沉积尖灭;NQ时期,北天山向北强烈挤压隆升的作用使车排子凸起处于前缘隆起带,一些逆断层发生负反转,同时在NQ发育大量正断层,受凸起向南倾作用,地层南厚北薄.