断层相关褶皱

1、 断层相关褶皱摘要：形成机制与断层活动有生成联系的褶皱称为断层相关褶皱。断层与褶皱有空间和几何关系，它们的形成是相互关联的。本文通过对相关文献书籍的阅读，对断层相关褶皱理论和形成过程以及其应用，进行一些讨论和总结。关键词：断层相关褶皱 反牵引褶皱 断层转折褶皱 断层传播褶皱 断层滑脱褶皱 一、前言Rich (1934 )提出断层转折褶皱的几何学概念以来,Suppe(1983)首次将其定量化, 建立了褶皱形态与断层形态和断层滑动之间的定量关系, 奠立了断层相关褶皱理论的基本模型。近20多年来，断层相关褶皱的二维几何学和运动学模型研究已经取得了十分显著的进展。恢复断层或褶皱的演化历史, 近年来也取

2、得重要进展。利用一系列正演或反演方法可以再现构造演化的过程, 数值模拟技术取得重要进步。考虑到地层的岩石组成及岩石变形的行为, 断层相关褶皱研究也向力学模型迈进。断层是岩石不连续的破裂变形, 大多数断层都是脆性剪切裂缝带。两者常常出现在同一地区或同一构造单元内。岩石沿着断面滑动可以转变为多种类型的褶皱, 褶皱在发育过程中在枢纽带、 背斜顶部也可以形成次级断层。关于两者关系的讨论由来已久, 至于是形成断层还是褶皱主要取决于具体的构造环境, 例如应力场、 温度、 压力、 流体及岩石的组成等。大多数褶皱起源于下伏断层倾角的变化, 或是断层滑动量向褶皱位移的逐渐传替与正断层相关的褶皱。 二、断层相关褶

3、皱的类型根据断层性质可以将断层相关褶皱分为与逆断层相关的褶皱和与正断层相关的褶皱。2.1与正断层相关的褶皱反牵引褶皱：向上弯曲的铲式正断层，由于正断层的运动，上下盘之间形成了一种潜在的空隙，随后上盘岩层在重力的作用下弯曲垮塌进入空隙形成反牵引弯曲的褶皱。形成过程如图：形成铲式正断层断层滑动时上下盘之间产生空隙上盘在重力的牵引下向下垮塌进入空隙形成反牵引褶皱即滚动背斜。图2-1 反牵引褶皱简易图示2.2与逆断层相关的断层在逆冲断层相关褶皱中, 断层转折褶皱、 断层传播褶皱和滑脱褶皱是 3种最基本的类型。2.2.1断层转折褶皱Suppe(1983)建立了断层转折摺皱的几何学和运动学模型,断层转折褶

4、皱中断层由下断坪、 断坡和上断坪组成, 当上盘地层通过断坡时发生褶皱，由于断层转折弯曲，断层上盘岩石在下伏断层转折部位发生运动时形成的褶皱。上盘岩石以形成膝折带式褶皱来调节断层面的滑动。断层转折褶皱作用沿固定在断层转折处的活动轴面发生, 当地层在活动轴面处发生褶皱以后, 将沿上部断层段发生平移。不活动轴面表示断层滑动刚刚发生时沿活动轴面的质点颗粒的位置。上凹式断层转折形成向斜型断层转折褶皱, 上凸式断层转折形成背斜型断层转折褶皱。断层转折褶皱形成过程如图：断层上盘在下伏断层遇到转折，断层的运动方向要发生改变，上盘用褶皱的形式来调节断层面的滑动。 图2-2 断层转折褶皱简易图示2.2.2断层传播

5、褶皱JohnSuppe(1983)和Jamison(1987)提出断层传播褶皱的几何学和运动学模型.由于断层产状的改变，逆冲断层从深部层位向浅部层位扩展时，由于应力的减弱断裂被褶皱变形取代，褶皱变形吸收了断层的位移滑动量. 它的基本特点是: 形态不对称, 前翼陡、 窄, 后翼宽、 缓; 向斜在断层端点处; 随深度加大褶皱越来越紧闭; 背斜轴面的分叉点与断层端点在同一地层面上; 背斜轴面在断面上的终止点和断层转折点之间的距离即是断层的倾向滑动量; 断层滑动向上减小。形成过程：断层从深部向浅部运动，应力减弱，断层滑动减小，到端点处为零，褶皱吸收了断层的位移滑动量转化为褶皱变形。图 2-3 断层传播

6、褶皱简易图示2.2.3断层滑脱褶皱也称滑脱褶皱，是在一个或者多个滑脱层之上形成的收缩背斜 ，滑脱褶皱是发育在平行于层面的断层面之上的褶皱, 下伏断层近于水平, 断层未切割地层, 也不发育断层斜坡, 滑脱断层平行于刚性岩层, 断层的位移向上传递导致了上覆岩层褶皱变形。它有 4 个基本特征: 底部软弱层, 在褶皱核部发生加厚; 底部滑脱断层; 褶皱发生前的能干性地层, 在变形过程中厚度、 长度不变; 同生长地层向褶皱顶部厚度减薄, 褶皱翼呈扇状旋转。图2-4 断层滑脱褶皱简易图示三、断层相关褶皱模型传统断层相关褶皱运动学模拟, 例如断层转、折褶皱和断层传播褶皱, 都是基于膝折运动学的关系来模拟的,

7、 在模拟过程中地层厚度保持恒定,轴面也保持固定。恒定厚度模型中褶皱为平行褶皱, 即层厚守恒, 褶皱枢纽为棱角状; 固定轴面模型中前翼背斜轴面固定, 前翼可以发生加厚或减薄。然而在一些实例中, 褶皱表现出地层厚度发生改变、陡翼的各个地层倾角并不一致、下盘出现向斜以及弯曲和倾斜相结合的枢纽等特征, 单一的平行膝折模型不能较好的模拟上述特征, Erslev1991 年提出了三角剪切模型见图3-1.图3-1 在三角剪切模型中, 褶皱的核部为 1 个三角形的剪切带, 该剪切带位于断层传播端顶部, 随着断层的传播发生分布式剪切, 从而形成三角剪切褶皱。在三角剪切区内, 变形过程中面积守恒, 而层长、 层厚

8、不守恒, 前翼地层倾角向上增大。三角剪切模型很好地解决了平行膝折模型所遇到的问题, 较好地模拟了水平地层受弯折后的弧线形状和地层厚度的变化。近几年来, 三角剪切模型在国际地质学界得到了广泛的应用，为断层传播褶皱等平行膝折模型提供了一种重要的替代方法。四、断层相关褶皱理论的应用断层相关褶皱的理论不断丰富和完善, 被广泛应用于复杂构造研究尤其是前陆冲断带和逆冲断层带的构造解释.在复杂构造区域, 基于断层相关褶皱理论的构造建模以及构造几何分析是地震剖面构造解释中较为关键的环节。合理地构造样式及其叠加组合( 构造建模) 是地震剖面构造精细解释的基础, 平衡地质剖面制作可以为解释人员提供较为合理地构造解

9、释方案。目前, 用断层相关褶皱的模式来解释含油气构造, 已经在国外许多油田得到应用, 并且也取得了一定成效，例如在我国四川盆地东部据研究表明, 其天然气藏形成的主要构造是由台阶状逆断层与相关地层因推覆收缩作用而形成的薄皮滑脱构造, 同时形成与之相关的断层转折褶皱和断层传播褶皱, 从而形成不同部位的含油气构造圈闭。断裂在活动过程中, 在其转折点的上方或传播端点的前方将形成褶皱。根据褶皱的几何学与运动学特点可以推测隐伏其下的盲冲断层的活动特点。因此, 断层相关褶皱的原理与方法在工程地质、 地震灾害预报面获得了广泛 应用并取得了极大成功。参考文献：1 李忠权 ,刘顺. 构造地质学2 何登发, John SUPPE, 贾承造. 断层相关褶皱理论与应用研究新进展J3 贾东,李一泉 ,王毛毛 ,李海滨. 断层相关褶皱的三维构造几何学分析:以川西三维地震工区为例J4 邵雨, 陈伟, 张伯友. 断层相关褶皱理论在准噶尔盆地南缘山前带构造研究的应用J5 任文军, 张