中国沉积盆地深层构造地质学的研究进展与展望

研究盆地深层的构造地质学,是应用现代的地球系统科学理论和地球物理学、地球化学与地质学的方法综合研究盆地深部的物质组成、地质结构及其形成演化过程,探讨资源、能源矿产分布的构造控制规律。中国的沉积盆地多为叠合盆地,叠合盆地深层的原型及其构造-古地理演化、建造与改造的动力学过程、构造演化对油气成藏条件的控制作用是我国石油构造学家研究的核心内容。经过半个多世纪的艰苦努力,我国学者在这一领域取得重要进展,建立了前陆型、坳陷型、断陷型、走滑型等叠合盆地的4种基本类型,深入研究了它们的地质结构,开展了其原型盆地恢复与构造-古地理重建,探讨了盆-山耦合关系及其对盆地深层结构的控制作用。通过对盆地深层进行多期叠加构造解析开展三维构造建模,研究了盆地深层温度场、压力场、应力场及其耦合特点。在研究思路、研究方法与技术手段上都取得重要突破,深层构造地质学逐渐完善。回顾历史,对比中外,我国盆地深层的构造学研究在基础理论与实际需求方面仍有较大差距,需要在盆地发育的构造环境、深部背景、形成演化过程以及地质结构方面进行深入探索,在活动论构造-古地理、三维构造复原、岩石流变分析与四维动态模拟方面取得实质性突破。通过大力培养创新人才、选准研究突破方向、提升技术储备与开展扎实基础工作,可望取得深层构造地质学的战略突破。     

底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带影响的数值模拟

滑脱层是影响褶皱冲断带的第一因素。为了探讨底部滑脱层流变性和厚度变化对褶皱冲断带的影响,本文通过二维有限差分软件FLAC开展了数值模拟研究。常见的泥岩滑脱层具摩擦性质,此类冲断带采用弹塑性模型;而盐岩滑脱层具蠕变性质,此类冲断带则采用黏弹塑性模型。结果表明,底部滑脱层流变性以及厚度对冲断带的变形影响很大。当滑脱层为泥岩时,发育典型的叠瓦状构造样式,变形序列为背驮式向前扩展的有序序列。而当滑脱层为盐岩时,发育背、向斜相间排列的侏罗山式构造样式,并以无序序列演化。底部滑脱层厚度的变化,对泥岩滑脱层的冲断带而言,主要改变其表面坡角,对构造样式和演化序列影响不大;但对盐岩滑脱层的冲断带影响很大,不管滑脱层最厚的地方分布在后陆还是前陆,变形都会最强烈,地表凸起最高。从后陆向前陆加厚的盐岩滑脱层结合由后陆向前陆略为减薄的上覆地层可产生罕见的后冲、后展式演化序列。这些变形的差异主要是由于盐岩比泥岩具有小得多的剪切强度所致。     

超越板块构造学--大陆流变学和造山作用的主要研究课题

2002年9月,由美国国家科学基金会地学部大地构造分部赞助,在美国科罗拉多州丹佛市召开了一次构造学研讨会。2003年4月美国在网上以“构造地质学与大地构造学的新航程”(new departures in structural geology and tectonics)为题,发布了会议讨论的核心内容和理念。2003年10月在西北大学召开的“21世纪新构造地质学发展战略学术研讨会”上,国家自然科学基金委员会有关专家详细介绍     

青藏高原东南边缘的运动学和动力学

在青藏高原东南边缘有一广大区域的地震活动性和GPS数据显示出形变活跃。本文描述该地区的活动断层作用,及其与GPS观测的速度场是何种的关系。在有些地方,速度场由垂直轴的旋转所调节,该地区地表的大部或全部应变看来都由地震所释放。然后将GPS观测速度与用重力驱动的形变模型所计算的速度进行比较。使用由实验导出的矿物流动定律计算的流变学,模型提供了与GPS观测速度非常一致的速度。不可能唯一地确定出深部的流变学或流动速度,与观测水平地表速度匹配的有两种类型的模型解。其一是垂直平面通过纯剪切形变,其二是地壳内存在水平速度的垂直梯度。该地区存在正断层作用地震的两个截然不同地区,其机制最容易由重力驱动的形变来解释。     

遵化豆荚状铬铁矿岩浆流变学性质

对遵化豆荚状铬铁矿中250个铬铁矿豆体的形态、大小、向椭球体转变的程度等统计分析表明,豆体在上升期间与岩浆作用的过程中伴有由等轴体(近似为球体)向椭球体转变的过程。其主要原因是豆体在相对岩浆运动的过程中,豆体的表面与岩浆之间的粘滞摩擦造成的。粘滞摩擦力的大小、作用于豆体表面的时间又取决于岩浆的粘度、豆体相对于岩浆的沉降速度、豆体半径的大小及岩浆上升的速度,所以这些因素将决定豆体变形(磨蚀、椭球化)的程度。因此,可用豆体与岩浆相互作用的物理过程来模拟豆体的变形特点,而反过来据实测的豆体变形程度数据又可推算岩浆真实的上升速度。     

煤化作用期间煤的地质流变学

在预测岩浆隐伏体的过程中,发现煤流变学标志是区别深成变质和岩浆变质的一种有效方法,从而有利于煤变质成因等的研究。      

下地壳流变学性质对南大西洋两岸盆地结构不对称性的控制

南大西洋两岸被动陆缘盆地蕴藏大量的油气资源,是近年来油气勘探的热点区域。南大西洋两侧共轭盆地的结构存在明显的不对称性,南美侧的桑托斯盆地垂直走向方向的宽度(约850 km)是位于非洲侧的南宽扎盆地(约200 km)的4倍。盆地结构的不对称性导致南大西洋两岸被动陆缘盆地油气分布与成藏规律具有明显的差异,但是盆地结构不对称性的动力学成因目前还存在较大争议。为此开展2D热力学耦合的地球动力学数值模拟实验,数值模拟中采用有限元方法求解黏-弹-塑性连续介质的本构方程。实验结果证明了下地壳流变学性质差异是控制盆地结构的关键因素。当下地壳流变学性质不对称时,在克拉通上发育的盆地往往为狭窄盆地,而在造山带上发育的盆地为宽广盆地。克拉通深厚地壳通过改变软流圈的流动影响地壳破裂和盆地结构。与前人数值模拟结果相比,本文的模型不仅能正演不对称盆地的形成过程,也能预测共轭盆地不对称极性,与南大西洋地质情况能够更好吻合。     

海冰动力学过程的数值模拟

讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果.     

岩石变形机制与流变学研究的近期发展--显微构造、变形机制与流变学国际会议简介

结合显微构造,变形机制与流学国际会议讨论的有关为形机制与流学的几个主要方面,阐述了目前在该学科领域与研究方向上的研究现状与进展;地壳岩石脆－韧性转变变形机制,强调脆性变形机制与韧性变形机制之间的反应及由此引起的岩石强度降低;应变局部化机理与主要影响因素,应变局部化可以由是软化或硬化机制引起的。     

共轭剪切角的流变学意义

基于最大侧向位移速率假设(Maximum lateral displacement rate, 简称MLDR), 本文提出了一个关于共轭剪切角的流变学理论。根据这个假设, 无论是压应力或张应力作用在一个固体上, 剪切带总是沿着使得被剪切带分割的块体的侧向位移速率为最大的方向发育。换句话说, 如果平行于驱动应力的纵向位移速率或驱动应力的大小被看作为边界条件, 那些被剪开的块体总是以最快的可能速度从两侧挤出或饲入变形区。该理论的优点是:剪切位移的方向是可逆的。因此, 同一剪切带可以在挤压和拉张应力体系中活动。在各向同性固体中, 剪切带的方位和驱动应力方向之间的夹角θ由方程式 tan θ= 确定, 其中n为描述该固体塑性流动的幂指数。