印支期龙门山造山楔推进作用与前陆型礁滩迁移过程研究

马鞍塘期龙门山前陆盆地是印支期造山楔加载于扬子地台西缘而形成的挠曲前陆盆地。根据地表露头、钻孔剖面和地震反射剖面资料,本文通过分析前陆盆地早期前陆缓坡型鲕粒滩-硅质海绵礁组合在时间和空间上的迁移规律,标定了卡尼期龙门山造山楔的推进速率。结果表明:卡尼期马鞍塘组是分布于底部不整合面之上的第一套地层单元,在垂向上前陆型鲕粒滩-硅质海绵礁组合显示为鲕粒灰岩滩-生物碎屑滩-硅质海绵礁灰岩-泥页岩的向上变细的沉积序列,记录了前缘隆起边缘碳酸盐缓坡和海绵礁的构建和淹没过程,反映了在相对海平面的持续上升中鲕粒滩-硅质海绵礁被淹没致死的过程。在横向上,盆地结构显示为西厚东薄,并向西倾斜的不对称盆地,由西向东依次分布了深水盆地、碳酸盐缓坡和海绵礁和浅水滨岸带等沉积物类型,显示了从龙门山造山楔向前陆一侧具有泥页岩向鲕粒滩-硅质海绵礁的变化特征。其中鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合发育于15～30m深度的前陆同斜缓坡上,呈面向西的条带状展布,其走向线与龙门山冲断带的走向大致平行。并可将其划分为7个鲕粒滩-硅质海绵礁相带,表明卡尼期硅质海绵礁丘和滩沿底部不整合面向南东方向的前陆缓坡超覆,其超覆线和相带的走向与龙门山冲断带的走向平行,显示了7条硅质海绵礁丘和滩是随着相对海平上升过程而向南东方向的前陆缓坡超覆过程中逐次形成的。卡尼期硅质海绵礁迁移速率为18mm·yr-1,其与龙门山造山楔推进速率(15mm·yr-1)基本一致,表明印支期龙门山逆冲楔推进速率与前陆鲕粒滩-硅质海绵礁丘迁移速率具有明显的耦合关系。据此,本次提出了龙门山前陆盆地早期前陆型碳酸盐缓坡和硅质海绵礁的迁移模式,其形成的过程为:龙门山造山楔于卡尼期初始构造负载于扬子板块西缘,导致了前陆地区的挠曲沉降,形成了前陆盆地,驱动了相对海平面的持续上升,前陆盆地处于欠补偿状态,当相对海平面上升速率与硅质海绵礁生长速率相同时,在15～30m深度的前陆同斜缓坡上发育了鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合,随着龙门山造山楔不断地的向前陆地区推进,前陆盆地内相对海平面持续上升,逐次在前陆缓坡上15～30m深度的的位置开启了新的硅质海绵礁群的生长窗,形成了本区卡尼期7条带状展布的鲕粒滩-硅质海绵礁丘组合。因此,硅质海绵礁的淹没过程和迁移过程是龙门山造山楔向扬子克拉通推进过程的沉积响应,显示了在卡尼期-诺利期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和逆冲楔构造负载向扬子板块推进的动力学过程。     

探地雷达正演的间断伽辽金法影响因素分析

时域间断伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法具有守恒性、稳定性、高精度性和间断性等优点, 现已成为一种有效的探地雷达(Ground penetrating radar, GPR)正演方法.为了提高DGTD算法的计算效率和精度, 作者详细分析了数值通量、时间离散格式、单元大小与局部基函数阶次、网格剖分方式等影响因素.数值实验表明, 局部Lax-Friedrichs中τ=1/2的补偿数值通量既可以消除伪解, 又可以提高计算精度; 在精度相同的情况下, 低存储显式Runge-Kutta方案(low-storage explicit Runge-Kutta, LSERK)的稳定性条件和低存储优势要明显优于其它两种时间离散格式, 尤其是在大型复杂模型和三维正演模拟中更有优势.而提高基函数的阶次或增大网格数, 均可以提高其误差的收敛性, 局部基函数阶次N和单元大小d与电磁波波长λ的适用关系为d/N约等于λ/15;当单元数目大致相等时, 网格剖分方式对于高阶DGTD算法的影响较小, 说明DGTD算法对网格具有较好的适应性.最后, 采用DGTD算法对火星乌托邦平原模型进行正演, 验证了基于最优参数的DGTD算法模拟精度高, 可为火星乌托邦平原GPR实测数据的解译奠定理论基础.

     

基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断带砂箱构造物理模拟研究

在前人对褶皱冲断带的研究基础上,为进一步深入分析对比滑脱层数量、强度、深度等对褶皱冲断带的制约,设计了6组砂箱模拟实验,并运用粒子成像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术的实时监测,计算出各阶段模型剖面上的速度场和涡度场,对褶皱冲断带的运动学过程和变形机制进行详细刻画和定量分析。实验结果表明,滑脱层的强度和深度均制约着褶皱断层的构造演化,滑脱层的强度越小,其上覆地层中的变形传播越远,滑脱层深度越深,对整个构造样式更具有控制作用,变形也就传播得更远。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式构造,上部推覆体前缘水平位移较快;以硅胶组成的滑脱层上部形成叠瓦式构造,下部形成冲起构造,上、下两部分具有明显的分层变形特征。PIV监测结果显示,当上盘速度骤停,并且前缘涡度值骤降时,断坡形成并发展成断坪-断坡组合构造样式;下一条断层以相同方式在前缘形成,从而使褶皱冲断带向前陆方向扩展。将实验结果与龙门山南段褶皱冲断带进行了对比分析,得到了较好的印证。     

晚三叠世以来龙门山的隆升—剥蚀过程研究——来自前陆盆地沉积通量的证据

本文根据钻井、地层剖面等资料,利用Surfer8.0软件编制出晚三叠世以来龙门山前陆盆地各构造层序的残留地层等厚图,计算出6个构造层序地层的沉积总量、沉积通量.沉积通量分别为:300.2g/(m2·ka)、66.5g/(m2·ka)、71.7 g/(m2 ·ka)、38.5 g/(m2·ka)、113.0 g/(m2·ka)、1204.6 g/(m2·ka).利用物质平衡法将各阶段沉积物回剥至物源区,计算各阶段物源区剥蚀速率分别为:167.3 mm/ka、22.5 mm/ka、22.9 mm/ka、9.8mm/ka、22.9 mm/ka、319.4 mm/ka.计算结果表明,晚三叠世以来,物源区的剥蚀速率和沉积区的沉积速率均具有先减小后增大的变化规律,晚三叠世和晚新生代是剥蚀一沉积过程最强烈的两个阶段,可能对应了龙门山强烈隆升的两个时期.根据对盆地沉积物总量的估算,利用物质平衡的原理,可以推算出龙门山自晚三叠世开始隆升到现在,龙门山冲断带的地壳隆升幅度大于10 ～ 12km,平均剥蚀厚度超过7.05km.     

晚三叠世龙门山前陆盆地须家河组物源及构造背景分析

晚三叠世龙门山前陆盆地早期的沉积物源及构造演化长期存在争议,争论的焦点主要在晚三叠世诺利期及同期沉积的须家河组下部地层。通常认为龙门山前陆盆地的西侧边界为龙门山主断裂,北川-映秀断裂,须家河组地层的地表出露范围均位于该断裂以东区域。近期的汶川科学钻探首次在北川-映秀断裂以西发现了须家河组下部地层,为龙门山前陆盆地早期的演化过程提供了新的证据。上三叠统诺利阶须家河组下部的砂岩骨架颗粒中石英、长石、岩屑的平均含量分别为43%、4%和35%,岩屑颗粒呈次棱角状,岩屑主要为弱变质的粉砂岩、泥岩,具有锆石、金红石、电气石、重晶石的重矿物组合特征,表明物源来自再旋回沉积岩。据Dickinson的三角判别图解分析,其物源区构造背景为再旋回造山带。通过微量元素和稀土元素的地球化学分析,再次确定其物源为上地壳长英质岩。龙门山前缘须家河组下部地层与松潘甘孜中—上三叠统的REE球粒陨石标准化配分模式以及碎屑锆石U-Pb年龄分布特征相似。通过与须家河组潜在物源区的综合对比分析,本文认为诺利期的须家河组具有前陆盆地的双物源特征,其物源主要来自松潘甘孜褶皱带,并有少量来自扬子板块西缘。微量和稀土元素比值特征及构造背景判别图解分析表明,诺利期龙门山前缘须家河组的沉积构造背景为大陆岛弧,沉积盆地类型应为弧后前陆盆地。结合龙门山造山带-前陆盆地系统的构造事件研究,以及本文对于须家河组下部的物源和构造背景分析,表明在卡尼末期古特提斯洋东缘出现强烈挤压,松潘甘孜东缘发生褶皱并逆冲在扬子板块西缘之上形成古岛弧,逆冲断裂为茂汶断裂,须家河组的西侧沉积范围,即前陆盆地的西侧边界为茂汶断裂。到诺利期末和瑞替期初,龙门山造山带形成,须家河组沉积范围缩至北川-映秀断裂以东,龙门山前陆盆地的西侧边界为北川-映秀断裂。     

青藏高原东缘新生代早期古应力环境:来自四川盆地西南缘磁组构的记录

四川盆地西南缘紧邻龙门山褶皱冲断带(青藏高原东边界)南段.该地区的新生代早期红层沉积记录了青藏高原东缘的隆升历史及构造演变.本研究选取四川盆地西南缘芦山地区古新统一下渐新统名山组-芦山组地层剖面为研究对象,利用磁组构方法,结合前人对研究区古地磁及构造变形的研究,恢复了该地区新生代早期的古应力方向.本研究获取了548块样...     

2013年四川芦山地震次生山地灾害发育规律

2013年4月20日8时02分,青藏高原东缘龙门山南部地区发生了芦山地震(Ms 7.0),此次地震诱发了大量次生山地灾害。以地震重灾区宝兴作为研究区,利用卫星遥感影像、数字高程模型和高清航拍图像,以及崩塌滑坡数据统计分析,并结合野外调查研究,对区内次生山地灾害的空间分布与岩性、断裂和坡度关系进行了分析和探讨,总结了宝兴地区地震诱发的次生山地灾害发育规律:1以中小型崩塌滑坡为主,且沿省道S210集中分布;2崩塌滑坡主要发生在宝兴杂岩区浅表强风化层及第四系松散堆积层;3研究区内发育的五龙断裂和小关子断裂不是芦山地震的同震断裂;4该区域70%的崩塌滑坡发生在坡度大于30°的区域范围内,30~40°坡度段崩塌滑坡最为集中;5人类工程活动是宝兴地区次生山地灾害集中发育在S210省道两侧的主要原因;6在汶川地震和芦山地震2次地震及其余震的频繁加载作用下,宝兴地区崩塌滑坡的活动性增加,未来几年将是中小规模崩塌滑坡发育的高峰期。     

青藏高原东缘龙门山构造带晚第四纪构造隆升作用的河流地貌响应

基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘龙门山地区12条基岩河道纵剖面,通过河流纵剖面形态的数学函数拟合、坡度-面积双对数函数关系以及基岩水力侵蚀模型的分析,探讨了龙门山北、中、南段不同河流水系地貌对其晚第四纪构造隆升运动的响应过程。研究表明：1）龙门山地区的河流纵剖面拟合形态中段多为对数型、指数型,南段多为指数型、直线型,北段均为对数型,表明了龙门山中段和南段的河流受构造运动的控制作用强烈,隆升较快,而北段隆升相对较慢。2）河流水力侵蚀模型中段多呈直线型和上凸型,南段均为上凸型,北段则呈直线型,表明了龙门山地区的河流水系地貌具有由SW向NE逐渐从前均衡状态向均衡状态转换的特征,指示了其构造隆升速率也由SW向NE逐渐递减。3）河流地貌的参数值表明了龙门山北段的河流地貌处于均衡状态,而龙门山中、南段的河流地貌则受构造隆升运动的影响较强;反映了青藏高原东缘向东扩展的时空格局。

     

黄骅坳陷孔南地区孔店组孔二段物源区分析

本文以黄骅坳陷孔南地区孔店组孔二段为研究对象,根据砂岩骨架成分、重矿物特征、砂体分布体系和地震剖面等资料,对区内孔二段的物源区及其母岩性质、物源方向进行了系统研究。结果表明,孔南地区孔二段沉积物主要来自盆地东部和西部,东部物源区为徐黑凸起和埕宁隆起,西部物源区为沧县隆起。     

龙门山前陆盆地晚三叠世沉积通量与造山带的隆升和剥蚀

根据钻井资料、地层剖面资料,利用Surfer8.0软件编制出晚三叠世前陆盆地各组段的残留地层等厚图,得出各组段残留地层的沉积总量,并计算出各阶段沉积通量:21.4 t/(m2·Ma)、184.2 t/(m2·Ma)、278.0 t/(m2·Ma)、147.6 t/(m2·Ma)、703.5 t/(m2·Ma)、272.0 t/(m2·Ma)。然后,利用物质平衡法将沉积物回剥至龙门山造山带并进行脱压校正,计算出晚三叠世龙门山造山带剥蚀总厚度为2 514 m,各阶段造山带剥蚀速率分别为:0.009 mm/a、0.114 mm/a、0.133 mm/a、0.094 mm/a、0.423 mm/a和0.133 mm/a。最终,重塑了龙门山造山带晚三叠世的隆升历史:在距今228.0~199.6 Ma的时间内龙门山造山带地壳隆升了约4.3~4.6 km,地表隆升了1.8~2.1 km;并且隆升过程具有明显的阶段性,可划分为初始隆升(228.0~216.5 Ma)、加速隆升(216.5~211.0 Ma)、缓慢隆升(211.0~203.6 Ma)、急剧隆升(203.6~202.7 Ma)和缓慢隆升(202.7~199.6 Ma)五个阶段。