当代构造地质学进展与前沿研究生课程.ppt
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1、当代构造地质学进展与前沿2004年10月罗金海本多媒体主要为内部教学使用,其中使用了他人尚未出版的资料,不可出版和翻印。如果出现任何违反知识产权事件,责任由非法使用者承担。作者声明作者声明一、构造地质学的发展趋势二、断层相关褶皱理论三、生长地层与构造变形速率四、伸展断层相关褶皱五、前陆基底卷入型构造六、平衡地质剖面技术 以上是中中-小尺度小尺度构造地质学的主要进展主要内容一、当代构造地质学的主要发展趋势1.从定性向定量 有限应变测量、古地磁测量、古应力测量、生长地层测定、遥感遥测、卫星定位、重磁测量、地震测量、层析成像技术和超深钻技术,等2.研究范围从岩石圈上部向岩石圈下部、地幔,甚至地核扩展
2、一、当代构造地质学的主要发展趋势3.从宏观到微观 从微观尺度考察地质构造的运动学4.新构造运动与全球环境变化 地质灾害(地震、地裂缝、地面沉降、滑坡)与工程地质等;青藏高原的隆升与全球环境、气候变化,等5.盆地与造山带耦合动力学研究断层相关褶皱理论是揭示褶皱与断层之间相互关系的理论,主要包括断层转折褶皱作用(fault-bend folding)、断层传播褶皱作用(fault-propagation folding)和滑脱褶皱作用(detachment folding)三种端元模型。二、断层相关褶皱理论断层相关褶皱理论的三种端元模型二、断层相关褶皱理论1.断层转折褶皱作用2.上盘断块沿非平板状
3、断面滑动时发生弯曲而形成褶皱的过程。3.由于岩石的强度不允许上盘断块与断面之间存在较大的空洞,上盘在滑动时必与断面紧密接触,从而使上盘断块在断层转折处(断坡)上方发生扭曲变形而形成褶皱。4.由这种方式形成的褶皱往往呈具平顶的宽缓褶皱。二、断层相关褶皱理论一个简单断坡上断层转折褶皱的运动学演化活动轴面:相对于下盘固定,上盘物质通过其向前陆方向运动不活动轴面(固定轴面):相对于上盘固定,同上盘物质一起向前陆方向运动一个简单断坡上断层转折褶皱的运动学演化褶皱随着膝折带变宽而生长。龙门山前茂县正河地区石炭系灰岩中的断层转折褶皱二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用由地震剖面揭示的断层转折褶皱二、断
4、层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用多转折断层转折褶皱模型(据Medwedeff等,1997)二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用多转折断层转折褶皱:在断面发生多次转折的情况下,断面的每一次转折都会在上盘岩层中形成相应的褶皱构造,由不同断面转折端形成的褶皱构造必然会发生相互干扰,由此将导致褶皱形态复杂化。二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用在多转折断层转折褶皱作用(multi-bend folding)理论中,褶皱轴面数(m)与断面转折点数(n)之间具有如下关系(Medwedeff等,1997):可见轴面数是断面转折次数的四次方函数,说明褶皱构造的总体形态将极大地受到断面转折次数的
5、影响。二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用2.断层传播褶皱作用正在向上扩展的冲断层前端上方地层由于吸收了下伏冲断层的位移量而形成褶皱的过程。二、断层相关褶皱理论稳定层厚断层传播褶皱作用(据Suppe,1983)二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用简化的厚度不变模型(据Suppe,1983)二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用 断层传播褶皱的形成过程厚度不变模型二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用在厚度不变的情况下断层传播褶皱的形成过程相同位移量不同断层转折角断层传播褶皱的形态对比可见断面转折角度明显地影响着断层传播褶皱的形态二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用断层
6、传播褶皱二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层对断层传播褶皱的改造在断层传播褶皱形成之后,如果断层的位移量继续增加,则断层可能成为突破断层(breakthrough fault),对先期形成的断层传播褶皱进行改造。二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用经典的断层传播褶皱模型二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层沿背斜轴面突破二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层突破断层沿前翼高角度突破二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层突破断层沿向斜轴面突破二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层 美国Elk盆地中Greybull砂岩油藏剖面 具
7、有突破构造的特点二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层 美国Elk盆地中的突破构造剖面二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用突破断层3.滑脱褶皱作用强硬岩层由于下伏塑性层中的断层滑动而形成褶皱的过程。二、断层相关褶皱理论瑞士侏罗山经典的滑脱褶皱二、断层相关褶皱理论 3.滑脱褶皱作用塔里木盆地地震剖面揭示的滑脱褶皱二、断层相关褶皱理论 3.滑脱褶皱作用生长提离褶皱二、断层相关褶皱理论 3.滑脱褶皱作用秘鲁东部乌卡亚利盆地Cashiriari背斜和圣马丁背斜地震剖面(据Shaw等,1999)断层传播褶皱和断层转折褶皱秘鲁东部乌卡亚利盆地Istmo背斜地震剖面(据Shaw等,1999
8、)断层转折褶皱与反冲断层4.断层相关褶皱的组合型式二、断层相关褶皱理论(1)断层转折褶皱与构造楔断层转折褶皱与反冲的断层转折褶皱联合形成构造楔构造楔的发育过程二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(1)构造楔由断层转折褶皱和反冲断层构成构造楔二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(1)构造楔构造楔的叠置样式二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(1)构造楔叠瓦状构造楔的实际剖面二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)干涉构造干涉构造模型(2)干涉构造:不同方向的构造相互干扰现象。二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)干涉构造实验模拟得
9、到的干涉构造二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)干涉构造实际的干涉构造二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)双重构造逆冲双重构造的演化(动画)多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)双重构造多转折的叠瓦状逆冲构造的演化(动画)多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)双重构造一个堆垛式逆冲构造的演化(动画)多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造二、断层相关褶皱理论 4.断层相关褶皱的组合型式(2)双重构造一个对冲式逆冲构造剖面的演化(动画)多个断层转折褶
10、皱的复合构成了双重逆冲构造生长地层是在冲断层活动的同时沉积的地层,又称同沉积地层。由于褶皱的生长主要是通过膝折带(翼宽)迁移的方式生长的,褶皱的翼长将随着褶皱的生长而增加,同时翼倾角保持不变。如果在褶皱生长期间有沉积作用发生,则在生长地层范围内,褶皱的翼长将向上减小(因为下部地层的增加幅度比上部地层的增加幅度大),因而形成一个三角形的生长地层区域,称为生长三角(growth triangle)。生长三角是在地震剖面上鉴别生长地层的重要标志。三、生长地层与构造变形速率 1.生长地层与生长三角一个简单断坡上断层转折褶皱的运动学演化褶皱随着膝折带变宽而生长。地震剖面揭示的生长三角三、生长地层与构造变
11、形速率1.生长地层与生长三角断层转折褶皱及相关的生长地层与前生长地层、生长三角箭头指示质点位移方向三、生长地层与构造变形速率1.生长地层与生长三角 断层转折褶皱及相关的生长地层与前生长地层、生长三角的演化模型 断层传播褶皱及相关的生长地层与前生长地层、生长三角的演化模型在滑脱褶皱的运动学模型中,由于下伏滑脱断层位移量的增加而引起的不对称膝折型滑脱褶皱的渐近演化过程(据Poblet等,1996)请注意:虽然运动学过程不一样,但终构造的形态则是完全一样的。不同的运动学过程可以形成几何形态完全相同的终构造,但生长地层的特征则是不相同的。三、生长地层与构造变形速率 1.生长地层与生长三角不同断层相关褶
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