大巴山弧形构造的成因 ——来自数值模拟的证据

大巴山弧形构造带位于秦岭南缘,以其醒目的几何形态而获得广泛的关注。对于大巴山弧形构造的成因向来是研究的热点。本文运用数值模拟的方法对大巴山弧形构造的成因进行了探讨。模拟结果表明,大巴山地区印支-燕山主造山期的最大水平主应力轨迹受城口-房县弧形断裂和前缘两侧隆起所控制。大巴山弧形构造是在早期伸展背景下形成的城口-房县弧形断裂、前缘两侧隆起的砥柱作用、滑脱作用为主要控制因素而形成的。     

先存薄弱带对帕米尔弧形构造带形成的影响：来自构造物理模拟实验的制约

帕米尔弧形构造带的形成与先存弧形薄弱带密切相关,这些先存薄弱带如何在印度-欧亚板块碰撞初期就被活化是地学界关注的科学问题。本文利用构造物理模拟实验,研究先存弧形构造薄弱带如何影响帕米尔弧形构造带的形成。本文依据相似性准则,设计了两组构造物理模拟实验,包括先存弧形薄弱带(对比模型)和先存弧形薄弱带加地壳滑脱层。实验结果表明:①先存弧形构造带上继承性发育从而形成帕米尔弧形构造带是完全可能的;②在先存弧形薄弱带而无滑脱层的情况下,变形逐渐由南向北传递,呈现典型的前展式的变形过程,最终变形到达先存弧形薄弱带的时间较晚;构造样式上主要表现为一系列南倾断裂控制的变形带不断向北增宽;所造成的地形格局总体上呈现向北单调递减的地形楔形态;③在先存弧形薄弱带而有地壳滑脱层的情况下,先存弧形薄弱带在变形初期就立即活化,之后变形带才表现出从推板向北逐渐传递的过程,最终当变形量足够大时,会在弧形薄弱带前缘形成前锋断裂;构造样式上,表现为一系列的冲起构造;所造成的地形格局总体上为山-谷相间的形态;④帕米尔北缘的先存薄弱带如果在新生代印度-欧亚板块碰撞初期就开始活化,必须存在滑脱层(解耦层)。该新生代早期的滑脱层是否存在、位于什么深度和界面仍有待于进一步研究。     

秦岭造山带大巴山弧形构造带中生代构造变形

大巴山构造带位于秦岭造山带南部,一直被认为是华北、扬子板块碰撞带前陆逆冲 推覆构造带。研究表明,位于城口-房县断裂之南的大巴山弧形构造带,经历了两次明显的叠加变形过程。大巴山弧形构造带由轴向弧形延伸的线状褶皱与弧形弯曲的逆冲断层组成(D2),是南大巴山主期变形产物。弧形构造带西段褶皱轴向为北北西-近南北向,叠加在先前轴向近东西向的开阔宽缓的褶皱(D1)之上,形成典型横跨叠加构造。弧形构造带中段和东段,褶皱轴向逐渐转变为近东西向。构造填图显示,在弧形带形成之前,发生过一期轴向北东到北北东向褶皱为主的变形(D1)。据变形序列、卷入的地层以及区域构造关系判断,西段与中、东段D1变形时代均为晚三叠世-早侏罗世,很可能与华北、扬子的碰撞相关。而相关的地质、同位素年代学及磷灰石裂变径迹资料显示,大巴山弧形构造带主期变形(D2)的变形时代为晚侏罗世-早白垩世(160~110 Ma),所以大巴山弧形构造带记录了两期不同系统构造变形的叠加,这对研究秦岭造山带的演化,具有重要意义。     

南大巴山前陆冲断带构造样式及变形机制分析

大巴山构造带位于秦岭造山带和四川盆地的过渡部位,形成于印支-燕山期,定型于喜山期。按照构造变形样式及其组合特征,从北东向南西可依次划分为北大巴山逆冲推覆构造带、南大巴山前陆褶皱-冲断带(又包括叠瓦断层带、断层-褶皱带和滑脱褶皱带等3个亚带)和四川盆地东北部低缓构造区等3个构造带(区)。南大巴山冲断带地表构造以类侏罗山式褶皱为显著特征,主要发育叠瓦断层系、断层相关褶皱、被动顶板双重构造、反冲断层系和冲起构造等变形样式。北东-南西向挤压应力和滑脱层是控制南大巴山及其前缘构造变形的主要因素,结合区域地质研究成果,建立了南大巴山及其前缘地区依次从震旦系-下寒武统-志留系-中下三叠统逐渐抬高的多层次滑脱前展模式。     

大巴山前陆弧型构造带形成机理分析

基于野外观察和构造测量,论述了大巴山前陆弧形构造带的基本构造特征,包括弧形带展布特征、分带特征、分段特征、分层特征、构造变形样式、叠加变形特征和古构造应力场特征等,在此基础上探讨了大巴弧形成的主要控制因素.指出大巴弧形成的机理不同于经典的碰撞造山模式,该弧形构造带经历了古生代大陆边缘伸展裂陷初始期、中晚三叠世碰撞造山雏形期和中晚侏罗世陆内造山定型期.造山作用前的古大陆边缘伸展作用及其产生的不规则边界形态对弧形带的形成起到了决定作用.其中先成的城口-房县弧形断裂带不仅控制了早古生代沉积-岩浆作用,同时成为大巴弧形成的主导边界条件,而弧形带两端的基底隆起也起到了重要的限制作用.根据实际地质资料设计的简单沙箱模型模拟了这个弧形带的形成条件和过程.     

基底收缩对挤压构造变形特征影响——来自砂箱实验的启示

进行了 4个砂箱模型的模拟实验。其中基底收缩单侧挤压剖面模型以形成后冲叠瓦式断层为特征 ,基底无收缩单侧挤压剖面模型则以发育前冲叠瓦断层为特征。基底收缩斜向双侧挤压平面模型形成两组不同走向的逆断层 ,一组为与挤压带边界基本平行的主控断层 ,另一组为与挤压方向近于垂直的雁列断层。而基底无收缩斜向双侧挤压平面模型仅形成一组与挤压带边界基本平行的逆断层。这些模型的实验结果表明 ,基底收缩对挤压构造变形特征具有重要的影响。后冲 (或向陆冲向 )叠瓦式这种较为罕见挤压构造、以及与挤压方向近垂直的雁列断层的形成与基底的收缩作用有关。对于类似于焉耆盆地这种通常认为是压剪形成的挤压构造组合 ,笔者认为用“基底收缩条件下的斜向挤压作用”可更加贴切地加以解释。     

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。     

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。     

大巴山弧形构造带推覆作用的古地磁学响应

本文以位于四川盆地东北部的四川达县、万源 (本文数据 )和湖北兴山 (吴汉宁等 ,1999)的早、中侏罗世古地磁学结果为基础 ,并以安徽合肥 (方大钧等 ,1990 )、霍山 (程国良等 ,1980 )同时代古地磁学数据为参考 ,定量讨论大巴山构造带对其南突弧形前锋两侧的下、中侏罗统地层的推覆作用。采样剖面选择于四川达县 (剖面中心位置N31.4 3° ,E10 7.5 5°)及四川万源 (剖面中心位置N32 .0 4° ,E10 8.19°)。标本经室内加工 ,制成圆柱形剩磁测试样品 35 4个。剩磁测试使用 2G超导磁力仪及其配套热退磁仪 ,各测试样品的剩磁数据在经过现代地磁偏…     

前陆褶皱冲断带冲起构造发育特征:基于砂箱构造物理模拟实验研究

冲起构造广泛发育于挤压逆冲构造体系和走滑构造体系,具有极其重要的油气勘探价值,因而备受关注。砂箱模拟模型已经被证明是强大的可视化工具,用来模拟不同岩层中复杂的构造现象。基于相似初始砂箱构造模型条件下不同挤压速率(0.3 mm/s、0.1 mm/s、0.005 mm/s)变形过程,揭示出褶皱冲断带发育过程中的典型两类冲起构造：叠加冲起构造和单一冲起构造,它们对于褶皱冲断带演化过程及其油气勘探具有明显不同的重要性。砂箱物理模拟实验揭示楔形体扩展变形序列对前陆褶皱冲断带冲起构造发育类别具有重要控制作用,即褶皱冲断带前缘以前展式扩展变形为主,主要发育单一冲起构造;后缘以后展式扩展变形为主,主要发育叠加冲起构造。     

Analysis of structural deformation in the North Dabashan thrust belt,South Qinling,central China

The North Dabashan thrust belt, which is located in South Qinling, is bounded by the Ankang fault on the north and the Chengkou–Fangxian fault on the south. The North Dabashan thrust belt experienced multiple stages of structural deformation that were controlled by three palaeostress fields. The first structural event (Middle Triassic) involved NNW–SSE shortening and resulted in the formation of numerous dextral strike-slip structures along the entire Chengkou–Fangxian fault zone and within the North Dabashan thrust belt, which suggests that the South China Block moved to the NW and was obliquely subducted under the North China Block. The second structural event (Late Triassic–Early Jurassic) involved NE–SW shortening that formed NW–SE-trending structures in the North Dabashan thrust belt. The third structural event (Late Jurassic–Early Cretaceous) involved ENE–WSW or nearly E–W shortening and resulted in additional thrusting of the North Dabashan thrust belt to the WSW and formation of the WSW-convex Chengkou–Fangxian fault zone, which has an oroclinal shape. Owing to the pinning of the Hannan massif and Shennongjia massif culminations, numerous sinistral strike-slip structures developed along the eastern Chengkou–Fangxian fault zone and were superimposed over the early dextral strike-slip structures.     

Structural style and deformation mechanism of the southern Dabashan foreland fold-and-thrust belt, central China

The Daba Mountains define the southern margin of the East Qinling orogenic belt, and form the boundary of the Sichuan basin in the north and northeast. The Daba Mountains can be divided into two structural belts by the NW-striking Chengkou fault, namely the northern Dabashan thrust-nappe belt and the southern Dabashan foreland fold-and-thrust belt. The southern Dabashan fold-and-thrust belt is a southwestward extruding thin-skinned thrust wedge, showing obvious belted change in deformation style and deformation intensity along the dip direction, and can be divided further into three sub-belts, i.e. the imbricate thrust sub-belt characterized by imbricate stepped-thrust sheets, the thrust-fold sub-belt characterized by the combination of the equally-developed thrusts and related folds, and the detachment-fold sub-belt characterized by box folds and closed overturned-isoclinal folds on the outcrops. Several kinds of structures have been recognized or inferred, including imbricate thrust system, passive-roof duplex (triangle zone), fault-related folds, back-thrust system and pop-up structure. The NE-SW compressive stress from the Qinling orogenic belt and detachment layers in the covering strata are the two most important determinants of deformation style. After the collision between the North China block and Yangtze block at the end of the Middle Triassic, the northward intracontinental subduction along the southern edge of the Qinling orogenic belt was initiated, which led to the corresponding southward thrusting in the upper crust. The thrusting propagated towards the foreland through the Jurassic and extended to the southernmost part of the southern Daba Mountains around the end of the Early Cretaceous, with thrusting deformation to be preferentially developed along major detachment layers and progressing upwards from the Lower Sinian through the Lower Cambrian and Silurian to Middle-Lower Triassic. Translated from Geotectonica et Metallogenia, 2006, 30(3): 294–304 [译自: 大地构造与成矿学]     

大巴山晚中生代陆内造山构造应力场

位于中上扬子板块北缘的大巴山造山带, 平面上表现为大尺度向南西显著突出的弧形带, 无论在变形样式和形成时间上都明显与秦岭造山带不同。在大巴山构造格架划分和野外构造变形观测基础上, 通过构造解析, 结合年代学研究成果, 重建了大巴山晚中生代独特的构造应力场, 指出大巴山属陆内造山, 形成于J2末, 并持续到K2初期。其构造应力场特征, 以城口－房县断裂为界, 大巴山逆冲推覆带与其前陆冲断褶皱带的特征显著不同。大巴山逆冲推覆带主要表现为NE-SW向构造挤压, 而在大巴山弧形前陆带从西向东, 由近E-W向挤压, 转变为NE-SW向挤压, 最后转变为近S-N向挤压, 构成一向其外缘扩散的放射状构造应力场。总之, 大巴山造山带由推覆体向前陆, 构造挤压作用由北东向南西方向扩散。这期构造挤压作用控制了大巴山造山带陆内变形活动, 导致大巴山由北东向南西的显著缩短, 同时受到其东西两侧基底隆起——神农架－黄陵地块与汉南地块的强烈阻挡, 造就了现今的大巴山前陆弧型构造。其动力学背景可归因于晚中生代东亚板块多向汇聚。大巴山晚中生代陆内造山构造应力场的研究, 对探讨秦岭造山带动力学特征具有科学意义, 为研究川东北油气运聚规律提供了构造地质学依据。     

郯庐断裂带起源与大陆斜向汇聚

郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中已被多数学者所认同。该断裂带的起源机制，涉及到这两个大陆板块的汇聚方式。可是，对于这一重要问题却长期存在着不同的认识。本文依据郯庐断裂带内部及其两侧前陆上构造与年代学研究成果，综合分析该断裂带的起源机制。郯庐断裂带内部残留的起源期构造为左行走滑韧性剪切带，所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为239~217 Ma。华北克拉通边缘的徐淮弧形逆冲-推覆构造，及九江地区扬子板块上的弧形褶皱带，分别为苏鲁造山带、大别造山带点碰撞的产物。郯庐断裂带西侧的华北克拉通边缘，在汇聚过程中呈现为刚性陆块的特征，没有出现大规模的牵引弯曲现象。而东侧的扬子板块前陆构造，在汇聚过程中却明显出现了大规模的牵引弯曲现象。断裂带东侧的张八岭隆起北段，出露了扬子板块上中地壳韧性拆离带，其中所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为245~218 Ma，其滑动方向受控于郯庐断裂带起源期的左行走滑运动。这一系列构造与年代学信息，表明郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中，代表了这两个大陆的斜向汇聚边界。该断裂带起源期的活动时限，与大别、苏鲁造山带内大陆深俯冲时间相吻合。在大别造山带北部的华北克拉通，原始应存在着向南的突出体(嵌入体)，从而导致嵌入式碰撞与嵌入体边界的大陆斜向汇聚(起源期郯庐断裂带)，符合嵌入式碰撞导致板片撕裂模式。     

准南前陆冲断带烃源岩地质地球化学特征

准南前陆冲断带具有丰富的油气资源,但与资源评价关系密切的烃源岩研究不足。本文应用地球化学分析方法,对准南前陆冲断带的上二叠统、中下侏罗统、下白垩统和古近系等4套烃源岩的有机质丰度、有机质类型、热演化程度进行了系统分析和综合对比。结果表明,上二叠统烃源岩和中下侏罗统烃源岩为良好的烃源岩,古近系安集海河组其次,下白垩统烃源岩相对较差。     

准南前陆冲断带的油气输导体系与有利区预测

准南前陆冲断带油气资源丰富,但油气探明率较低,原因在于油气输导体系不清。通过对储集层、断裂和不整合面等构成油气输导体系的单一因素的发育特点的分析,阐明了每一种因素对油气输导过程的影响。准南前陆冲断带发育一套冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-浅湖的沉积体系。储层具有较强的非均质性,相对高孔渗的砂体是油气运移的主要通道;该区发育上、下两套断裂体系,它们的组合形式为油气垂向快速运移提供了良好的输导条件;不整合面的发育为油气大规模的侧向运移提供了输导空间。     

准噶尔乌夏前陆冲断带二叠系层序地层划分及时空演化

造山带地区构造运动复杂、沉积体系多变,其层序地层划分往往被视为禁区。准噶尔盆地西北缘乌夏前陆冲断带早二叠世发育了一套由火山-火山碎屑岩和正常碎屑岩互层的沉积组合,中晚二叠世主要发育了冲积扇相、扇三角洲相和湖泊相沉积,给层序地层学的研究带来很大难题。对前陆冲断带层序地层划分不能套用稳定地区的模式。本文通过地震、钻测井资料识别各类不整合面,并依据火山喷发方式、火山旋回、沉积旋回分析技术,在经典层序地层学基础上按照不同对比原则,进行层序界面的识别和划分,建立了研究区前陆冲断带地区的层序时空演化模式。结果表明:研究区二叠系层序发育经历了强烈俯冲碰撞造山期-饥饿深水阶段、弱冲断夹短暂伸展火山期-复理石阶段、强烈冲断复活期-磨拉石阶段和冲断活动鼎盛期-水下粗粒沉积阶段(PSS4发育期)。     

新疆博格达地区早二叠世软沉积物变形构造:弧后碰撞前陆盆地地震记录

早二叠世下岌岌槽子群发育于博格达弧后碰撞前陆盆地缓坡带,为一套长石含量较高的陆源碎屑岩。古流向、沉积相带分布研究表明,当时的古坡向向南。岌岌槽子群中首次发现大量软沉积物变形构造,包括链环层理、水塑性褶皱、液化沙脉、沙侵蘑菇、碟状泄水构造、球枕构造、流化砾岩、底辟流化砾岩坨、滑混层、同沉积断层等,均是与地震驱动相适配的变形构造。这些变形构造常沿限定的岩层发育,上、下均为未变形的岩层,显示事件变形特征。大量滑混层褶皱枢纽和球枕构造轴面实测结果显示,它们既没有优势方位,其位态也与古坡向无关,进一步证实最有可能的驱动机制是地震。由于古地震活动直接与东天山造山活动密切相关,因此,研究软沉积物变形构造的时、空发育特征能够成为认识天山造山过程和相关盆地发育的一个新视角。     

斜向挤压构造的物理模拟及其对焉耆盆地构造解释

针对焉耆盆地的实际构造问题,设计了刚性边界基底均匀收缩斜向挤压砂箱实验模型。实验结果表明,斜向挤压情况下,挤压带边界方向和挤压方向对构造线走向起控制作用,其中边界方向的控制作用更加显著。斜向挤压作用与压扭作用不完全等同,斜向挤压虽然也有走滑分量,但被均匀地分布在整个变形区域,故不一定形成具明显走滑特征的断层。笔者认为,对于焉耆盆地这类构造的形成,用斜向挤压作用可以得到更好的解释。