中国陆内造山带造山过程地球动力学分析

本文论证了我国陆内造山带岩石圈结构、造山过程岩石圈浅层变形构造样式、盆山变形构造时空耦合关系、造山过程与沉积盆地变形动力学模式等。提出中国西部造山带造山过程岩石圈变形总体是：上部以伸展变形为主,中部以挤压变形为主,下部以伸展变形为主。通过中国造山带造山过程与沉积盆地变形作用时空耦合关系对比研究,首次建立起造山过程与沉积盆地形成时空耦合关系的三类四型动力学模式：单向楔入造山推覆成盆、双向楔入造山推覆成盆、剪切造山反转成盆和伸展造山断陷成盆模式。     

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。     

前陆盆地构造-热演化:以龙门山前陆盆地为例

前陆盆地油气资源丰富但构造变形十分复杂,使得前陆盆地构造-热演化模拟面临挑战。前陆盆地演化过程中构造与热的耦合体现在多个层面:岩石圈热演化对岩石圈强度时空分布及其挠曲的影响;逆冲推覆作用的浅部温度效应;快速沉积作用对盆地温度场的影响等。首先,前陆盆地形成时的岩石圈热背景及其造成的岩石圈强度空间变化对盆地后期的演化具有重要影响。同时早期热事件的热扰动也会叠加在前陆盆地的构造-热演化过程中,并不断衰减,影响岩石圈的流变结构,从而带来一系列的影响。热与构造演化相耦合在前陆盆地定量模拟中非常重要。其次,还需特别关注岩石圈深部过程与近地表构造过程的耦合。造山带逆冲推覆、抬升和剥蚀是与前陆盆地形成相关的重要构造活动,这种运动引起的热对流对造山带的热结构、前陆逆冲带以及前渊地区的温度场的分布有着重要影响。最后,前陆盆地形成演化过程中的快速沉积作用对盆地温度场和地表热流产生强烈的压制作用,对前陆盆地浅部热演化的影响不容忽视。因此,在浅部热演化(包括造山带逆冲推覆、快速沉积压实等)与盆地下伏岩石圈挠曲、深部热演化的联合作用下,使得前陆盆地构造-热演化颇为复杂,二者的耦合使得前陆盆地构造-热演化模拟颇具挑战。     

中国西北叠合盆地的主要构造特征

探讨了中国西北地区大型叠合含油气盆地的主要特征 ,研究表明 ,在中国西北叠合盆地发展演化过程中 ,构造变革和构造耦合起着主导作用。构造变革包括大地构造格局的转变、沉积区和剥蚀区的转换、盆地类型的转换、大型区域性不整合的出现以及发生盆地构造反转等 ,这种构造变革具有多期性。叠合盆地构造耦合的方式主要涉及深部和浅部构造的耦合和盆山耦合等。盆山转换、盆山过渡带深部浅部构造的耦合、盆地沉降与造山带隆升耦合以及不同方向构造的耦合 ,反映了盆山耦合的多样性和复杂性。中国西北叠合盆地构造特征主要表现为构造的分层性、分带性、分段性、交叉性以及区域构造应力场的多变性 ,喜马拉雅运动对于中国西北叠合盆地最后的构造改造以及构造定型起着重要的制约作用。     

盆山关系研究的基本思路、内容和方法

盆地和造山带作为大陆岩石圈表面发育的两个基本构造单元,在空间上相互依存,在物质上相互转换和在地表形态上相互调整、均衡,两者具有密切的耦合关系。不同时期原始盆山结构、山脉变形样式、盆地充填格架及主要构造带、构造地块展布是盆山关系研究的几何学问题;山盆之间的叠加、转换和迁移历史,山脉基底和盖层剥露过程、折返机制,隆升过程,盆地的沉降方式、沉积记录和物源类型,造山带剥蚀物质的去向,山脉剥蚀量,造山带的增生方式等是盆山关系研究的运动学问题;盆山系统反映出的造山过程、区域动力学背景、深部流变学机制和调整过程及盆山演化动力模拟是盆山关系研究的动力学问题和最终目标。盆山关系研究的内容可初步确定为,不同时期的盆山几何配置关系,盆地层序地层序列与多幕构造控制关系,盆地沉积物物源与山脉剥露过程关系,盆地沉降与山脉隆升关系,地表过程与构造作用关系,盆山系统演化动力学。     

滇西三江地区中生代盆—山动力学耦合初论

盆地和相邻造山带在动力学机制上的耦合关系是当前大陆动力学研究的热点,滇西三江地区中—新生代盆山格局是开展这一研究的典型实例。晚三叠世思茅盆地从前陆盆地向裂谷盆地的转换过程,与造山带演化的主碰撞阶段和后碰撞阶段相关,是研究的切入点。通过分析研究区中—新生代盆—山耦合过程及其沉积响应、地球物理和岩浆岩地球化学特征来探讨其深部动力学过程的一致性和连续性。研究表明三江地区中—新生代盆山演化经历了"盆转山"(T1—T2)、"山控盆"(T3—E1)以及盆—山共变(E2—Q)三个阶段;思茅陆相断陷湖盆通过盆地内沉积相迁移、层序建造、基底变形,尤其是沉积旋回来响应深部动力学过程;岩石圈速度结构剖面揭示出思茅盆地的下地壳和岩石圈地幔P波速度增大,莫霍面加深;结合思茅盆地两侧中生代岩浆岩活动期次和地球化学特征,底侵作用、拆沉作用和俯冲板片断离作用可能是盆山动力学耦合的深部作用模式。     

滇西三江地区中新生代“盆山”耦合运动学过程

滇西三江地区中新生代盆山格局是研究盆山耦合的典型实例。本文通过解析该区叠加构造变形期次和样式,理清其中新生代的盆山耦合关系,并探讨思茅盆地对相邻造山演化的沉积响应过程。研究表明,三江地区经历了主碰撞造山带与前陆盆地耦合(T1-T2)、后碰撞造山带与伸展盆地耦合(T3-K)以及陆内"盆山"共变(E-Q)三个盆山耦合运动学过程。兰坪-盆地内复理石、山前磨拉石到红色碎屑岩的沉积序列响应了相邻造山带从主碰撞阶段向后碰撞阶段的演化,该阶段盆地转换过程受控于拆沉作用和岩浆底侵作用等深部动力学机制。     

大陆岩石圈挠曲背景下盆山耦合研究进展与展望

盆山耦合研究在大地构造和地球动力学研究中占有重要地位。地貌负载引起的大陆岩石圈挠曲与沉积盆地沉降是盆山耦合的一种重要体现方式。本论文聚焦于挤压背景下大陆岩石圈挠曲盆地与造山带的耦合过程,系统梳理了单个或者多个地貌负载的几何形态、挠曲盆地几何形态以及岩石圈有效弹性厚度(T_e)三者之间的数学关系。在此基础上,论文介绍了岩石圈挠曲模拟方法在恢复岩石圈刚性程度、造山带演化过程以及盆地沉积沉降方面的具体应用。结合古环境分析与岩石圈挠曲模拟实验,本文提出了一种定量恢复造山带古海拔的新方法。有别于基于温度、压力以及动植物分布与海拔之间关系所建立的传统古高度计,该方法强调在海侵时期地貌负载与沉积盆地间的高度差即为造山带的古海拔。该方法的提出为重建中亚以及其他曾受海侵影响并与岩石圈挠曲相关造山带的古海拔提供了新的思路。论文最后介绍了岩石圈挠曲模拟在定量分析造山带与盆地演化的研究过程中存在的问题与不足,并提出了在探究沉积盆地基底属性、重建岩石圈挠曲相关造山带古海拔以及有关挠曲模拟软件开发方面的新展望。     

中国西部盆山系统的耦合关系及其动力学模式——以龙门山造山带一川西前陆盆地系统为例

造山带与沉积盆地是形成于统一的地球动力学系统之中的一对孪生体，由此构造了盆山系统。盆山系统是陆块相互作用、岩石圈层圈相互耦合的复杂系统，主要表现为物质的循环系统和能量的交换系统。盆山系统形成演化过程中造山带和沉积盆地之间一切相互作用的总和即为盆山间的耦合关系。盆山系统是中国西部中新生代构造的基本格局，并有单测盆地型盆山系统和双测盆地型盆山系统两种基本类型。小陆块拼合、多旋回构造运动和陆内构造活动强烈等是中国西部盆山系统形成演化的地质背景。中国西部盆山系统盆山间耦合关系在垂向上表现为造山带隆升与沉积盆地沉降呈镜像关系，在横向上表现为物质流和能量流循环均有两个传递方向，并且盆山系统岩石圈各层圈间有着强烈的相互作用。中国西部盆山系统盆山间耦合关系的动力学模式为C(陆内)—型俯冲，对于单侧盆地型盆山系统其耦合关系的动力学模式为L(龙门山)—型俯冲，而双测盆地型盆山系统其耦合关系的动力学模式为T(天山)—型俯冲。     

塔里木盆地变形构造格局及其动力学模式：兼论楔入造山推覆…

通过对塔里木沉积盆地及周缘造山带的构造研究，重点讨论了陆内前陆盆地基底性质、变形构造样式、沉积盆地与周围造山带的几何结构特征，提出沉积盆地及盆山耦合关系的楔入造山推覆成盆作用的大陆变形动力学模式。     

Geothermal models of various geodymanic settings

The distribution of heat flow, deep temperature, and helium isotope ratios in axial spreading zones of mid-ocean ridges and in scattered spreading zones in backarc basins are considered, as well as in active segments of transform fracture zones, intra- and pericontinental rift zones, linear and mosaic Paleozoic fold-belts, and loading and extension sedimentary basins. The heat flow in these structural elements varies widely from 15 to 1500 mW/m², and the thickness of the thermal lithosphere is correspondingly variable. The quantitatively estimated radiogenic heat generation in Paleozoic foldbelts provides 40–50% of the background heat flow. A time-dependent heat flow is characteristic of not only recent but also Late Paleozoic tectonic belts. The origin of positive and negative geothermal anomalies has been explained. Localization of hydrocarbon fields in sedimentary basins is linked to these anomalies.     

沉积盆地构造核心理论和关键技术方法:前沿与发展方向

系统分析前人在沉积盆地构造研究的基础上,论文总结了沉积盆地构造核心理论和关键技术方法的前沿与发展方向。沉积盆地构造核心理论包括盆地分类理论、成盆机制理论、变形定量分析理论和盆地充填过程理论。盆地分类理论是依据不同分类标准建立盆地分类方案,其发展趋势是基于资源与构造背景的原型盆地分类和基于盆地演化的叠合盆地分类;成盆机制理论是定量模拟不同作用机制下(纯热机制、构造作用、负载作用)盆地沉降过程及其控制因素,其发展趋势是三维成盆动力学模拟;变形定量分析理论包括断层相关褶皱理论、临界楔理论和盐构造理论,其发展趋势是三维构造建模与三维定量变形分析;盆地充填过程理论主要开展不同构造成因盆地的充填过程对比与盆山过程的源-汇分析,其发展趋势是多元源-汇分析与定量化盆地分析。沉积盆地构造关键前沿技术包括三维构造建模技术、构造物理模拟与数值模拟技术和基于三维构造恢复的裂缝预测技术。构造物理模拟技术包括了基于工业CT扫描成像物理模拟技术:可以无损动态监测构造带内部变形演化过程,精确构建变形带三维空间展布形态;基于PIV的有限应变分析的物理模拟技术:可以定量分析变形的演化过程,直观展示应变分布特征,探讨构造应变动态分布规律;基于超重力离心机的构造物理模拟技术:可以模拟不同尺度构造流变过程,探讨岩石圈浅层脆性变形与深层韧性流变之间的动力学机制。     

中国大陆地区沉积盆地热状况剖面

根据我国沉积盆地大量实测的地温、大地热流资料和岩石热物理性质数据,分析、总结了由东至西我国主要沉积盆地的现今地温、大地热流、深部地热及岩石圈热结构的分布状况及其差异,为我国的地热研究的进一步深入提供了可靠的基础资料。     

华南和南海北部陆缘岩石圈速度结构特征与沉积盆地成因

新近地震层析资料表明, 华南和南海北部陆缘岩石圈及下伏的软流层中存在规模宏大的低速异常带, 它们在研究区新生代演化历史中曾发挥重要的控制作用.其中, 岩石圈底面及内部的巨型NW向异常低速带表明中生代末至新生代早期的神狐运动不仅在华南与南海北部陆缘产生NE向张裂构造体系并催生出内陆-陆架-陆坡沉积盆地, 还导致南海海盆的早期扩张.软流层NNW向的异常低速带则反映岩石圈SSE向的蠕动直接导致南海中央海盆的海底扩张及陆缘地区的持续裂解.研究区深部速度结构特征是历史动力过程所残留的痕迹, 华南陆缘和南海北部新生代沉积盆地的形成和发展, 与岩石圈及软流层的结构和运动方式密切相关.      

下辽河盆地外围深部构造特征及中生代构造演化模式

深部地质、地球物理综合研究表明，辽西地区与松辽南部地区在莫霍面起伏、岩石圈厚度、壳内高导层深度和分布形式及岩石圈的有效弹性厚度方面均存在着重大差异，这种差异是造成辽西盆岭区与松辽盆地中生代构造发展差异的主要原因。软流圈顶面深度和岩石圈有效弹性厚度决定了盆地类型，壳内高导层分布控制着盆地构造样式。辽西盆岭区和松辽盆地南部构造模式的差异可以解释二者之间构造演化的不同。     

含油气盆地地球动力学模式

文章讨论了含油气盆地地球动力学模式,其中着重讨论了以下几个问题:(1)沉积盆地地球动力学研究的进展,使得能够提出一种根据盆地所处的板块位置和地球动力学模型进行划分的含油气盆地分类;(2)尽管我们有一些古生代克拉通盆地的地球动力学模式,但其成因机制仍缺乏令人信服的解释;(3)通过大陆内裂谷火山岩化学成分、地温场、构造变形、岩石圈结构以及区域板块构造背景综合分析,我们建立了六种大陆裂谷形成的地球动力学模式;(4)前陆盆地的形成与其周缘造山带密切相关,其地球动力学模式是大陆岩石圈对褶皱冲断带构造负载的挠曲响应;     

中国前陆盆地构造地质特征综述与油气勘探

中国特定环境下发育的前陆盆地和冲断带在地质构造上具有许多的特殊性。在综述前人认识的基础上,笔者通过对中国前陆盆地的构造演化历程、沉积充填特征、构造成因及其空间分布规律、构造变形特征等的研究,提出了中国前陆盆地构造地质发育的5个主要特征:(1)两种不同性质的原型盆地发生正反转的叠合性,即挤压构造下作为“本体”的前陆层序与拉张构造下作为“基础”的裂谷、断陷盆地之间的叠置;(2)显生宙以来中国大陆先后发生了4期前陆冲断构造演化的多期性,它们分别是加里东晚期、海西晚期、印支期和喜马拉雅晚期;(3)基于小克拉通基底拼贴后在造山带前缘复活再生的继承性,即统一拼合大陆内部的构造变形导致古造山带的复活,在古造山带边缘发育新生代前陆盆地或前陆冲断带;(4)在空间分布上受环青藏高原巨型盆山体系控制发生陆内变形的系统性,在环青藏高原巨型盆山体系内构造变形强度、盆地沉降幅度、盆山耦合程度等从内环向外环依次降低,从古造山带向克拉通方向构造变形强度依次降低,构造变形样式逐渐简单、构造变形时间依次变新;(5)前陆冲断带的构造样式由于受边界力学条件和沉积地层介质作用而具有多变性,存在沉积盖层内脆性变形的断层相关褶皱、造山带前缘韧性变形的基底卷入构造、与走滑构造相伴生的基底卷入的断层相关褶皱、盆地内部塑性变形的盐构造。正是因为上述地质构造的特殊性,决定了油气聚集与分布特征的规律性和复杂性,由此提出了相应的一些构造地质研究与油气勘探工作的建议。