页数：90页文件大小：7.48 MB来源： 构造地质学ppt课件
本专题课件梳理当代构造地质学的主要进展：先概述由定性走向定量等发展趋势，随后系统讲解断层相关褶皱理论的三种端元模型与组合型式，介绍生长地层、生长三角与构造变形速率测算，讨论伸展断层相关褶皱与前陆基底卷入型构造，最后讲解平衡地质剖面技术及其限制。
当代构造地质学进展与前沿
主要内容
以上是中－小尺度构造地质学的主要进展。
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。
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。
二、断层相关褶皱理论：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
图示：断层相关褶皱理论的三种端元模型。
1.断层转折褶皱作用：上盘断块沿非平板状断面滑动时发生弯曲而形成褶皱的过程。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。由这种方式形成的褶皱往往呈具平顶的宽缓褶皱。
图示：一个简单断坡上断层转折褶皱的运动学演化。
图示：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。
二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用
图示：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
图示：由地震剖面揭示的断层转折褶皱。
二、断层相关褶皱理论 1.断层转折褶皱作用
图示：多转折断层转折褶皱模型（据Medwedeff等，1997）。
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。
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影响。
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 2.断层传播褶皱作用
图示：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
图示：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
图示：断层传播褶皱的形成过程——厚度不变模型。
在厚度不变的情况下，对比相同位移量、不同断层转折角时断层传播褶皱的形态，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
图示：断层传播褶皱。
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
图示：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
图示：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
图示：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
图示：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
图示：美国Elk盆地中Greybull砂岩油藏剖面，具有突破构造的特点。
二、断层相关褶皱理论 2.断层传播褶皱作用——突破断层
图示：美国Elk盆地中的突破构造剖面。
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 3.滑脱褶皱作用
图示：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
图示：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
图示：生长提离褶皱。
图示：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），为断层传播褶皱和断层转折褶皱。
图示：秘鲁东部乌卡亚利盆地Istmo背斜地震剖面（据Shaw等，1999），示断层转折褶皱与反冲断层。
4.断层相关褶皱的组合型式
（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。
图示：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
图示：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
图示：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
图示：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：不同方向的构造相互干扰现象。
图示：干涉构造模型。
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
图示：实验模拟得到的干涉构造。
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
图示：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
多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造。
图示：逆冲双重构造的演化。
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
多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造。
图示：多转折的叠瓦状逆冲构造的演化。
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
多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造。
图示：一个堆垛式逆冲构造的演化。
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
多个断层转折褶皱的复合构成了双重逆冲构造。
图示：一个对冲式逆冲构造剖面的演化。
三、生长地层与构造变形速率 1.生长地层与生长三角
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。
图示：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。
三、生长地层与构造变形速率 1.生长地层与生长三角
图示：地震剖面揭示的生长三角。
三、生长地层与构造变形速率 1.生长地层与生长三角
图示：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。
图示：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。
图示：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。
图示：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
图示：不同断层相关褶皱形成的生长地层。
三、生长地层与构造变形速率 2.构造生长速率
利用生长地层可以确定构造的生长速率。
图示：冲断断坡之上向上变窄的膝折带或生长三角模型（据Suppe等，1992和Shaw等，1996）。
生长三角内部地层单元的形成时代和翼宽可以用来测算翼部的扩展速率和褶皱生长速率（Suppe等，1992）。在滑脱面之间有简单断坡的情况下，断层滑动速率在倾向方向的分量等于翼宽变化量与形成该翼宽变化量的时间之比。在同一生长三角中至少两套地层（如X层和Y层）的形成时代已知的情况下，褶皱翼部加宽的速率（ΔL/ΔT，或平均断层滑动速率）是可以测定的。
请注意：由于两侧地层厚度不同，生长轴面不平分褶皱翼间角。
在生长三角内部，在时间t内，翼长L除以生长地层厚度Tb即可得到一个无量纲的生长速率G。对每一生长地层段可求得相应的增量。若能确定生长地层中标志层的时间范围，则褶皱的绝对生长速率（Ga）可以求取（式中含沉积速率）。这说明，在生长地层沉积期间，褶皱的绝对生长速率Ga是褶皱生长速率的几何表述。
图示：冲断断坡之上向上变窄的膝折带或生长三角模型（据Suppe等，1992和Shaw等，1996）。
生长地层应用举例
四、伸展断层相关褶皱
在伸展背景下通常会发育正断层，长期活动的正断层的上盘往往会发育逆牵引构造，这种逆牵引构造实际上也是一种断层相关褶皱作用，被称为伸展断层相关褶皱作用。可以利用断层相关褶皱的一般理论来分析伸展断层相关褶皱作用。
正断层相关褶皱作用的一般特点
四、伸展断层相关褶皱
图示：同沉积正断层上盘的伸展断层相关褶皱。以往把这种褶皱笼统地称之为逆牵引构造（或滚动褶皱，rollover fold）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：伸展断层相关褶皱作用的一般模型。所谓的犁式断面实际上是由断面的多次转折形成的，断面转折的结果在上盘中形成活动的剪切轴面和不活动的轴面，这两种类型的轴面决定着上盘褶皱的形态与演化。
四、伸展断层相关褶皱
图示：滚动背斜的术语——活动剪切面（活动轴面）、前生长不活动轴面、生长轴面、生长地层和前生长地层。
图示：在不同沉积速率与断层滑动速率情况下伸展褶皱的形态特征。
请注意：生长地层厚度变化和褶皱形态变化，a、c、e和g中褶皱形态类似，b、d、f和h中褶皱形态类似。可见断层滑动速率对伸展褶皱的构造样式影响显著。
四、伸展断层相关褶皱
图示：两次转折的伸展断层转折褶皱模型，两个滚动翼（膝折带，rollover）在水平方向宽度相等，并且等于水平伸展量；滚动翼的宽度也等于任一前生长地层（如X层）的水平错断量。
四、伸展断层相关褶皱
四、伸展断层相关褶皱
图示：上凸、上凹断层形成的不同生长地层。
四、伸展断层相关褶皱
图示：伸展断层相关褶皱实例。
四、伸展断层相关褶皱
图示：下凹和上凸型断面转折处伸展断层相关褶皱的轴面分析。
四、伸展断层相关褶皱
图示：下凹和上凸型多转折断面转折处伸展断层相关褶皱的轴面分析。
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用实例。
图示：上一页地震剖面的运动学演化模型。断层的几何形态、剪切（轴面）方位、地层厚度是从上一页下图中获得的，并被用于反演运动学过程。初始阶段反映区域上早于断裂作用的掀斜，后续阶段反映了槽地内构造和地层几何学的演化过程。最后阶段（阶段5）显示褶皱的同构造沉积样式（生长三角和一个角度不整合），这种构造样式与上一页地震剖面上观察到的构造样式类似。
四、伸展断层相关褶皱
图示：箕状盆地（半地堑盆地）中滚动背斜的轴面趋近。
图示：实际的箕状盆地及上盘的滚动背斜（轴面分析见下页）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：对上一页箕状盆地中滚动背斜的轴面分析。
四、伸展断层相关褶皱
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用的演化模型（一）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用的演化模型（二）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用的演化模型（三）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用的演化模型（四）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：多转折伸展断层相关褶皱作用的演化模型（五）。
四、伸展断层相关褶皱
图示：渤海裂谷盆地实例。
四、伸展断层相关褶皱
图示：渤海裂谷盆地实例。
四、伸展断层相关褶皱
图示：South Rift盆地地震测线和解释剖面，示犁式正断层作用，犁式断层实际上是断面的多次转折。
五、前陆基底卷入型构造：前陆基底卷入型构造（foreland basement-involved structure）是山前冲断构造带中常见的一种构造类型，常以狭长的不规则链状隆起带的形式出现在前陆盆地中，它是在盖层或盖层－基底分界面附近（包括少量基底岩石）由基底主断层的位移向上传递而形成的构造。由于同时涉及到基底和盖层两套岩石力学性质差异较大的地层，基底主断层的位移量在向上传递过程中，盖层和盖层－基底分界面附近对主断层位移量的响应比较复杂。
五、前陆基底卷入型构造
在前陆基底卷入型构造中，基底主断层位移量向上传递的可能机制主要有3种：（a）三角变形带发育于基底断层末端上方的沉积盖层中；（b）以基底中大量次级断层为特征的变形带；（c）三角变形带发育于特定深度的基底中。
五、前陆基底卷入型构造
关于前陆基底卷入型构造成因的主要模型：在前陆基底卷入型构造中，主变形带往往呈一个向上变宽的三角形区域，由于该带内地层倾角通常较大，对地震波的反射不明显。因此，前陆基底卷入型构造在地震剖面上通常具有多解性。
六、平衡地质剖面技术
六、平衡地质剖面：平衡地质剖面的基本流程
六、平衡地质剖面
图示：伊朗Kashan地区S6760测线平衡地质剖面（据宋来亮等，2003）。该区QOM组地层的最大位移量为9800m，其中断层的横向位移为5900m，褶皱缩短量为3900m。
六、平衡地质剖面：对平衡剖面技术的限制
当代中小尺度构造地质学主要进展 2.断层相关褶皱理论
断层相关褶皱理论的应用
谢谢！
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