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水平收缩构造 于福生

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第三章 水平收缩构造,第一节 收缩构造的基本构造样式 第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造) 第三节 基底卷入收缩构造 第四节 前陆盆地的收缩构造系统,第一节 收缩构造的基本构造样式,一、收缩构造的族系,二、逆冲断层基本样式,三、逆冲构造组合型式,四、逆冲断层的相关褶皱,断弯褶皱,断展褶皱,断滑褶皱,,五、逆冲断层的三维构造样式,第一节 收缩构造的基本构造样式,一、收缩构造的族系,1、收缩构造:构造变形后的剖面水平长度小于 变形前的剖面原始水平长度,这种构造变形称为“收缩构造”。 (contractional structure), 其反义词为“伸展构造” (Extensional structure)。,基本构造形式包括:逆断层、纵弯褶皱等。,2、薄皮收缩构造,盖层滑脱的收缩构造 (Thin-skinned contraction),结晶基底卷入的收缩构造; 准沉积基底卷入的收缩构造; 变质基底卷入的收缩构造。,3、基底卷入的收缩构造,第一节 收缩构造的基本构造样式,二、逆冲断层基本样式,,1、逆冲断层,按照库伦—摩尔破裂准则和安德森断层模式,逆冲断层形成时的应力状态是最大主应力轴为水平方向,且与逆冲断层走向垂直相交,最小主应力轴为垂直方向,中间应力轴为水平方向且与断层走向一致,逆冲断层角度一般为30度.,2、逆冲断层与逆断层、冲断层的区分,逆断层(reverse fault):上盘相对上升的断层。,高角度逆断层(high-angle reverse fault) :倾角大于30°(有人定义为45°)的逆断层。我国以前也将这类断层称为冲断层。,低角度逆断层(low-angle reverse fault) :倾角小于30°的逆断层。我国以前也将这类断层称为逆掩断层(overthrust)。,推覆构造(mappe):位移数公里以上的近水平倾角的大规模逆断层的上盘系统。,逆冲断层(thrust):更通用的一个概念,可以包含上述概念的全部内涵,指位移显著的逆断层及其相关构造变形。,分 析 讨 论,3、逆冲断层样式,1)坡坪式逆冲断层(ramp-flat thrust),断层切割能干岩层时断层倾角较大,称为断坡;断层切割软岩层时断层倾角较小,称为断坪。 逆冲断层产状变化引起上盘岩层发生褶皱。,断坪、断坡是相对概念,,,,2)铲式逆冲断层(listric thrust),断层面在剖面上呈上陡下缓的产状,向深部逐渐变为近水平的拆离或滑脱逆冲断层。,露出逆冲断层(emergent thrust),埋藏逆冲断层 盲冲断层(blind thrust),讨 论 三 者 形 成 时 间,4)反铲式(anti-listric)逆冲断层,逆断层与岩层面夹角可以大于60°,断层面为平面状或反铲式(向上变缓); 这种断层向下延伸较深,可以切割到结晶基底中,属于基底卷入的逆冲断层。,3)平面式(planar)逆冲断层,三、逆冲构造组合型式,(一)、剖面组合型式,1、单向逆冲型—叠瓦构造、逆冲双重构造 2、楔状逆冲型—楔状双重构造、楔冲构造 3、背向逆冲型—冲起构造 4、相向逆冲型—逆冲三角构造,1)叠瓦构造,两条或两条以上的同向倾斜的铲式逆冲断层向深层收敛为一条低角度逆冲断层(或拆离断层) ,构成逆冲“叠瓦扇(imbricate fan)”或叠瓦状逆冲构造。,前展式、后展式区别讨论,1、单向逆冲型,,,,,,,N,,,,头屯河剖面庙尔沟侏罗系中发育的叠瓦扇,C,J,J,J,哈山中过风古4井近南北向地震剖面,,,,,,,,2)双重构造,双重构造是由顶板逆冲断层(roof thrust)、底板逆冲断层(floor thrust)以及夹持在中间的连接逆冲断层(linked thrust)或分支断层(branch thrust)和逆冲断片(sheet)组成.,,,,,,Roof thrust,Floor thrust,Horse,,,假设底板断层是固定的,双 重 构 造 演 化 类 型,2、楔冲式构造,存在同期的前冲断层和反冲断层。 褶皱作用局限在沿停止在构造楔尖端的活动轴面进行。 在造成构造凸起的背冲断层的下盘可能出现褶皱。,,,构造楔中的生长构造,印度尼西亚苏门答腊地震剖面,,,,,,位 移 的 变 化,苏南茅山南段花山剖面图,楔冲式构造,解 释 方 案 讨 论,,3、冲起构造(pop-up),逆冲断层一般是自后陆向前陆方向逆冲的,但有些逆冲断层是向前陆方向倾斜、向后陆方向逆冲的,称为”反冲断层”(back-thrust).,4、逆冲三角带构造(triangle zone),第一节 收缩构造的基本构造样式,一、收缩构造的族系,二、逆冲断层基本样式,三、逆冲构造组合型式,四、逆冲断层的相关褶皱,断弯褶皱,断展褶皱,断滑褶皱,,五、逆冲断层的三维构造样式,四、逆冲断层的相关褶皱,逆冲断层在递进逆冲位移过程中,上盘岩层受断层面形态和逆冲位移变化制约会发生褶皱变形,这种褶皱系统称为逆冲断层的相关褶皱。,1、逆冲断层的几何特征与相关褶皱变形样式,,断弯褶皱(fault-bend fold):坡坪式逆冲断层的位移会使上盘的断坡部分逆冲到下盘的断坪之上,上盘岩层受断层面形态制约而发生褶皱变形。 断展褶皱(fault-propagation fold):伴随盲冲断层位移的减小,断层上盘及上覆地层会发生褶皱变形。 断滑褶皱(detachment fold):顺层的逆冲断层可能在层间尖灭,并引起上覆断层发生褶皱。,三种重要褶皱类型,上凸式断层转折形成背斜型断层转折褶皱。断弯褶皱背斜(或背斜断弯褶皱,也称为上盘背斜或断坡背斜)。,2、断弯褶皱运动学模型,活动轴面停止在断层弯曲处,1)几何形态,断面从下往上,由陡变缓。,断弯背斜褶皱露头显示,活动轴面,背斜断弯褶皱—尼日尔三角洲,柴达木盆地,断弯背斜褶皱 地震剖面显示,断弯背斜褶皱 地震剖面显示 断层产状变化与褶皱轴面关系组合。,向斜断弯褶皱 运动学模型,断坪和断坡组成上凹式断层则形成向斜型断弯褶皱,断面从下往上,由缓变陡。,向斜断弯褶皱,2)断弯褶皱的定量关系,假定褶皱过程中地层厚度与层长守恒,则断层形态与褶皱形态之间存在如下关系:,θ是断层转折之前上盘地层的切截角,β是断层转折之后上盘地层的切截角,φ是断层倾角的变化量,即断层转折角,γ是褶皱翼间角的半角。,3)背斜断弯褶皱 参数求讲解图版,β=θ-φ+(180-2γ) 28=24-16+(180-2*80)=28,图解说明,β,φ,β=θ-φ+(180-2γ) 16=15-15+(180-2*82)=16,4)向斜断弯褶皱 参数求讲解图版,β=24,θ=22,Φ=16,γ=81,β=θ-φ+(180-2γ) 24=22-16+(180-2*81)=24,应 用 实 例,断展褶皱或称断层传播褶皱,断层扩展褶皱。 断展褶皱的形成与断坡的形成大致同时,所形成的褶皱背斜一般具有明显的不对称性,前翼陡,后翼缓。 在较低层位上的背斜构造为尖棱状,在较高的层位上背斜可能出现平顶,是断层扩张的结果。 背斜的轴面倾向与岩层运动的方向相反。 上盘的断距在断坡方向上越来越小,最后消失于断层端线。断层端线位于前方不对称向斜的最下枢纽处。,3、断展褶皱运动学模型,1)几何形态,断展—披覆背斜实例(讨论断展背斜的发育时间),,,,生长阶段,83(-7)测线,,,,,生长阶段,2)断展褶皱的定量参数,参 数 含 义,求解φ、θ2、γ、γ*图解,参 数 图 版,求解θ1 、θ2、γ、γ*图解,参 数 图 版,求解θ1 、 φ 、δf、 δb 图解,θ1,φ,参 数 图 版,3)等厚断展褶皱理论在地震剖面解释中的应用,步骤1、通过褶皱后翼反射倾角的解译,以及弱成像区域(褶皱前翼)两侧水平反射层1和2对比,估算地震剖面中褶皱翼地层的倾角,步骤2:根据地震剖面中估算的前翼和后翼倾角推算褶皱形态和断坡坡角。,θ1=42,Φ=7,δf=58,δb=11,步骤3、用等厚断展褶皱理论求前翼翼间夹角,γ =61°,θ1=42,Φ=7,δf=58,δb=11,步骤4:利用图解求上盘断坡坡角,θ1=42°,Φ=7°,δf=58°,δb=11°,γ =61°,θ2=49°,,,断滑褶皱(Detachment fold,DF),又称拆离褶皱或滑脱褶皱。 是逆冲拆离断层前锋当压应力逐渐减弱、位移终止、顺层滑脱结束前的局部构造。发育在一个或多个滑脱层之上,没有断坡,只有断坪,通常为收缩背斜,一般特征 1、断层核部有一个加厚的软弱的、韧性的底部岩石单元,没有可见的逆冲断坡; 2、一个拆离断层,处在断滑褶皱向下尖灭的部位; 3、前生长地层中能干层厚度保持不变; 4、生长地层向褶皱顶盖方向变薄。,3、断滑褶皱运动学模型,1)几何形态,(1)软弱、韧性岩层 (2)滑脱断层 (3)层厚保持不变的能干层,加拿大落基山露头资料,安哥拉大陆斜坡地震资料,分析褶皱形成时间及意义。,,,,,,,,,,,,,,,06031,能干层厚度不变,软岩层厚度增大,生长层厚度向翼部加厚,以E32地层膏泥岩为滑脱层的断滑褶皱,2)断滑褶皱几何形态类型,初始的褶皱翼旋转,褶皱翼地层倾向变化,翼长度保持不变,膝折带迁移,褶皱翼倾向固定,而长度发生变化。,褶皱翼旋转与膝折带迁移 褶皱翼地层倾向和长度都变化。,3)断滑褶皱运动学类型,3、断展褶皱运动学模型,4)参数定量关系,公式计算,公式计算,第一节 收缩构造的基本构造样式,一、收缩构造的族系,二、逆冲断层基本样式,三、逆冲构造组合型式,四、逆冲断层的相关褶皱,断弯褶皱,断展褶皱,断滑褶皱,,五、逆冲断层的三维构造样式,1、逆冲断层的三维几何形态,Frontal ramp(前缘断坡):A ramp in the thrust surface that is perpendicular to the direction of transport of the thrust sheet. Ramp angles are commonly between 10° and 30°,前缘断坡、侧向断坡,撕裂断层(tear fault):由逆冲断层引起的横向陡倾断层,具有走滑位移特征。调节逆冲位移和位置的作用,只发育在逆冲断层的上盘。,2、撕裂断层,逆冲断层带变换构造的两种主要样式,不切割基底,切割基底,第8讲 绪 论,第一节 收缩构造的基本构造样式 第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造) 第三节 基底卷入收缩构造 第四节 前陆盆地的收缩构造系统,第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造),一、逆冲拆离断层(detachment fault) 二、薄皮收缩构造(thin-skinned thrust) 三、滑脱褶皱构造(detachment folds) 四、薄皮收缩构造的运动学和动力学,拆离断层(detachment fault):是地壳中的大型低角度或近水平产状的断层,不完全沿着这些受岩性控制的现存界面发育,但是总体上也受岩层能干性的影响。 滑脱断层(decollement fault) :是沿着某一地层接触界面、不整合面或软弱岩层底面发育。,一、逆冲拆离断层,拆离断层(detachment fault),滑脱断层(decollement fault),1、概念区分,2、地震剖面识别,,,拆离断层的识别和解译,,二、薄皮收缩构造,薄皮收缩构造主要是指发育在大型低角度拆离逆断层或滑脱逆断层之上的沉积盖层的逆冲断层和挤压褶皱变形,常常发育于前陆地区。 盖层发生收缩构造变形,基底未变形,或者未参与盖层的收缩变形。 薄皮逆冲构造:坡坪式逆断层和铲式逆断层为主要结构要素。 薄皮褶皱构造:平行褶皱、滑脱褶皱为主要结构要素。,1、主要特征,2、薄皮逆冲构造样式,叠瓦扇构造 双重逆冲构造和楔状构造 逆冲三角带构造 冲起构造 多层次薄皮逆冲断层的叠加组合,二、薄皮收缩构造,1)叠瓦扇构造,叠瓦扇构造的形成可以是铲式逆断层有序发展的结果,包括后续断层在早形成的断层下盘发育的前展式叠瓦扇(leading imbricate fan)和后续断层在早形成的断层上盘发育的后展式叠瓦扇(trailling imbricate fan)两种模式.,2、薄皮逆冲构造样式,讨论如何区分这两种类型,2)双重逆冲构造,2、薄皮逆冲构造样式,2)逆冲三角带构造,4)冲起构造,5)多层次薄皮逆冲断层的叠加组合,怀俄明逆冲褶皱带的地震剖面,准南西段逆冲褶皱带的地震剖面解释,第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造),一、逆冲拆离断层(detachment fault) 二、薄皮收缩构造(thin-skinned thrust) 三、滑脱褶皱构造(detachment folds) 四、薄皮收缩构造的形成机制,三、滑脱褶皱构造,第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造),一、逆冲拆离断层(detachment fault) 二、薄皮收缩构造(thin-skinned thrust) 三、滑脱褶皱构造(detachment folds) 四、薄皮收缩构造的形成机制,四、薄皮逆冲构造形成机制,1、运动学方向,判断位移方向的弓箭法则,2、薄皮逆冲构造形成机制的推土机模式,第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造),第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造),3、薄皮逆冲构造形成的重力扩展模式,South Tibetan Detachment at Everest.(Mike Searle),(a)During collision, crust thickens by thrusting. (b)Later, collapse occurs, when extensional faults develop in upper crust and plastic flow at depth.,第8讲 绪 论,第一节 收缩构造的基本构造样式 第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造) 第三节 基底卷入收缩构造 第四节 前陆盆地的收缩构造系统,第三节 基底卷入收缩构造,基底与盖层一起发生逆冲构造变形;结晶基底卷入时可以形成大型披覆背斜; 断层面形态可以是高角度,也可以是低角度,可以是铲式,也可以是反铲式,但是在基底构造层中一般不会表现为坡坪式; 结晶基底卷入的通常出现在前陆克拉通内部,变质基底卷入的则可以出现在造山带根部; 可以与薄皮构造过渡,或上下叠置。,风河盆地剖面样式,一、基底卷入收缩构造发育背景,二、基底卷入断层的产状特征,高角度、反铲式的断层面向下切入基底构造层中,,,低角度、铲式的断层面向下切入基底构造层中,,,三、基底断块上的披覆背斜特征,结晶基底卷入时可以形成大型披覆背斜,,,四、基底卷入逆冲构造与盖层滑脱逆冲构造的叠置,第8讲 绪 论,第一节 收缩构造的基本构造样式 第二节 薄皮收缩构造(盖层滑脱构造) 第三节 基底卷入收缩构造 第四节 前陆盆地的收缩构造系统,第四节 前陆盆地的收缩构造系统,一、前陆盆地系统 二、从造山带到前陆盆地的逆冲褶皱系统 三、前陆盆地中的同生逆冲褶皱构造 四、前陆盆地与油气,前陆指与造山带相毗邻的稳定地区,造山带的岩石向着它逆冲或掩覆,属于克拉通或地台的边缘地带(Suess,1883) 阿帕拉契亚和落基山两个造山带逆掩片向大陆内部的稳定部分运动,这种稳定部分就称之为前陆(Stille,1936) 前陆总是指同边缘造山带靠近的稳定的内陆部分(国际构造地质辞典,1983),概念,An Andean-type continental arc, with a compressional backarc region. Here, the volcanic arc grows on continental crust, and compression has generated a fold-thrust belt and “Laramide-style” basement-cored uplifts. Large granitic plutons develop. This situation develops where the velocity of the overriding plate (vOR) is in the same direction and exceeds the rollback velocity (vRB).,A Mariana-type island arc, with an extensional backarc. Here, the volcanic arc grows on oceanic crust, and a backarc basin develops in which there is seafloor spreading. A remnant arc, composed of a rifted off fragment of the arc may occur in the basin. This situation develops when vOR vRB, or is in the opposite direction to vRB. The island arc must move to keep up with the rollback.,一、前陆盆地系统,P G DeCells等1996提出前陆盆地系统的概念具有三个含义,前陆盆地系统是指在收缩造山带与毗邻的克拉通之间的大陆地壳之上的沉积物堆积的潜在地区,这一地区的沉降主要是与俯冲作用以及俯冲作用导致的周缘或弧后褶皱逆冲带有关的地球动力过程响应。 前陆盆地系统由4个分隔的构造沉积带组成,根据沉积带与逆冲带的几何关系分别称为:逆冲楔顶部带(wedge-top)、前渊带(foredeep)、前隆带(forebulge)、隆外凹陷带(back-bulge)。,1、概念,前陆盆地系统示意图,楔顶沉积区: 下部与前陆盆地或前渊联系在一起,后期而成为逆冲席的一部分,此时可称为背驮盆地。 楔顶沉积主要是洪、冲积粗物质,发育重力流和细粒陆架沉积,向造山带方向减薄尖灭,宽可达几十公里,楔顶沉积的一个典型特征是渐进不整合和各种生长构造。,前隆带:发育张性正断层或因张应力引起老构造重新活动。 水下前陆盆地系统中,前隆区可发育局部碳酸盐台地。 地表前陆盆地系统,前渊充填没有达到前隆壳时,前隆区遭受剥蚀,河流向两边发育。有时发育薄的沉积。,隆后区:沉积物来源于造山带或克拉通和碳酸盐台地,可以是海相,也可以是陆相。,2、前陆盆地的构造演化5阶段,Stage5-Evolution of numerous basins as thrust propagates,Stage4-Infiling of basin through erosion,Stage1- The generation of compressional forces initiate plate movements,Stage2- Thrusting of hanging wall over the footwall creates a thrust anticline structure,Stage3- Overlying load creates a flexure by down moving the footwall,第四节 前陆盆地的收缩构造系统,一、前陆盆地系统 二、从造山带到前陆盆地的逆冲褶皱系统 三、前陆盆地中的同生逆冲褶皱构造 四、前陆盆地与油气,二、从造山带到前陆盆地的逆冲褶皱系统,前陆盆地边缘的逆冲断层可以是基底卷入型的逆冲断层,也可以是薄皮的逆冲断层。 有些逆冲断层甚至是在褶皱变形基础上形成的,即岩层受挤压先发生褶皱变形,进一步褶皱紧闭、倒转,最后的倒转翼发生逆冲断层。 在前陆盆地边缘的逆冲褶皱带可以有多次逆冲作用叠加的构造变形现象。,逆冲断层系统的根带、中带和前锋带特点,根带:位于造山带轴部或靠近山脉一侧的前陆盆地边缘,以强烈挤压作用为主,发育高角度逆冲断层甚至发育具有轴面劈理的挤压褶皱,显示基底卷入的逆冲构造样式。 中带:位于前陆地区的逆冲楔及背驼式盆地中的逆冲楔状体,以薄皮逆冲构造样式为特点,发育各式双重构造、断弯褶皱和叠瓦状构造,并显示近水平的剪切作用。 前锋带:位于前渊凹陷或前缘隆起内侧斜坡上,以弱挤压作用为特点,大部分逆冲断层的位移量较小,以叠瓦状断层及断展褶皱、断滑褶皱为特点。,第四节 前陆盆地的收缩构造系统,一、前陆盆地系统 二、从造山带到前陆盆地的逆冲褶皱系统 三、前陆盆地中的同生逆冲褶皱构造 四、前陆盆地与油气,三、前陆盆地中的同生逆冲褶皱构造,前陆盆地内部发育同生逆冲断层 同生逆冲断层的相关褶皱表现出同生褶皱特征 同生褶皱的层序厚度的横向变化显示出褶皱的轴面的运动,1、如何区分盖层褶皱与生长地层,盖层褶皱,生长地层,坡坪式逆冲断层及其断弯褶皱的同沉积活动导致背斜两侧的地层超退和剥蚀作用的差异,2、生长断弯褶皱,同生断弯背斜顶部的不整合面的穿时性,3、生长断展褶皱,三、生长断展褶皱,4、生长断滑褶皱,第四节 前陆盆地的收缩构造系统,一、前陆盆地系统 二、从造山带到前陆盆地的逆冲褶皱系统 三、前陆盆地中的同生逆冲褶皱构造 四、前陆盆地与油气,1、 烃源岩,烃 源 岩 位 于 前 陆 盆 地 期 前 的 层 系 中,2、储层,前陆盆地储集层包括成盆期前和成盆期后,前者以碳酸盐岩为主,后者以碎屑岩为主。,3、圈闭,4、前陆盆地油气运聚,天山南北前陆盆地,据塔里木油田分公司,2000,,构造单元划分,四带 三凹,北部单斜带 克依构造带 秋里塔格构造带 南部平缓背斜带,阳霞凹陷 拜城凹陷 乌什凹陷,,,,南北分带 东西分段 纵向分层,,准噶尔三期前陆盆地分布图(据何周,2007),第一期前陆盆地(据何周,2007),,前人解释方案,据李本亮等,2007,川西前陆盆地,据贾东,2007,川西前陆盆地,
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