前陆逆冲带前展式推覆临界坡角的砂箱构造物理模拟研究

发布时间：2018-10-09 17:23

【摘要】：造山带的逆冲推覆系统是逆冲断层递进变形的结果,根据扩展方式不同分为前展式和后展式。近年来关于逆冲推覆构造的研究,从形成过程的角度将造山带内逆冲叠瓦系统与前陆逆冲褶皱带结合起来。前陆逆冲褶皱带一般呈楔形体,其发展演化过程主要遵从临界库伦楔模式,而造山作用过程中总是伴随着一定的剥蚀作用,剥蚀作用总的趋势是降低逆冲楔体顶角的度数。如果顶角超过临界角,剥蚀作用会降低顶角度数并使之达到临界角,当剥蚀率减小时,逆冲楔体向前陆方向扩展(侏罗山式褶皱的形成)；剥蚀率增大时,逆冲楔体停止向前陆方向的扩展,改为向上隆起,可见逆冲楔体的临界顶角是控制前陆褶皱逆冲构造发育的关键。由于后期改造等因素,造山带变形过程中的临界角信息很难定量测量确定,而造山带变形过程中哪些因素会影响临界坡形角的值,也难以入手。针对这样的情况,在前人工作总结基础上,根据龙门山地区变形几何参数,利用相似比,引入坡形角概念,设计13个不同的坡形角角度,共进行了32次实验；为了使探讨造山带继续缩短变形,对实验结果会产生怎样的影响,将部分关键角度缩短率提高到50%,设计了6个关键角度,共进行了12次实验。实验过程中,通过人工刮掉砂子来模拟自然造山过程中的剥蚀作用,并在相应的单一实验过程中始终保持同-设定坡形角,将整个实验过程用照相机和PIV进行了完整记录。实验结束后,对砂体进行切片,对实验结果进行进一步观察分析,通过观察各实验过程中断层的产生过程以及前陆地区发生前展式逆冲变形的情况,围绕坡形角和缩短率两个因素对造山带变形过程的影响进行探讨。实验结果综合表明,缩短率和坡形角对前展式变形的时间和样式等产生的共同影响：(1)造山带变形过程中存在两个有特殊意义的临界坡形角,分别为前陆地区开始发生变形的临界坡形角以及前陆地区发生前展式逆冲变形的临界坡形角。当缩短率在33%时,前陆地区开始发生变形的临界坡形角为16度,前陆地区发生前展式逆冲变形的临界坡形角为19度；当缩短率达到50%时,前陆地区开始发生变形的临界坡形角为15度,而前陆地区发生前展式逆冲变形的临界坡形角18度。(2)根据临界坡形角的大小,造山带变形过程可分为3个阶段。当缩短率在33%时,临界坡形角小于16度为无变形阶段,临界坡形角为16-18度为发生变形阶段,而临界坡形角大于18度为强烈变形阶段；若缩短率达到50%,则临界坡形角小于15度为无变形阶段,15-17度为发生变形阶段,大于17度为强烈变形阶段。实验显示变形腹陆带始终表现出分层拆离形式,硅胶层以上表现为逆冲断层,而硅胶层以下则表现为基底叠瓦前展式逆冲断层。前陆地区后逆冲断层的变形则可能形成反冲断层与冲起构造；随着坡角的提高和缩短率的增大,前陆地区形成两个冲起构造,或者前展式逆冲断层。砂箱构造物理模拟结果显示前陆地区断层的形成是由于腹陆构造带基底叠瓦状前展式逆冲断层发育空间不足后,由于腹陆带坡形角逐渐变大,上覆地层压力变大,基底叠瓦状逆冲断层所夹冲起构造改由向前陆地区发育,导致前陆地区坡形角增大。此后腹陆地区空间得到释放。上述过程重复进行,则使得前陆地区逆冲断层与基底叠瓦状逆冲断层交替发育。
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【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P542

【参考文献】