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成藏动力学自提出以来,经过近十年的研究和相关学科的不断发展,在盆地形成的地球动力学背景和盆地(充填)动力学、成烃动力学、排烃动力学、流体输导系统、油气成藏机理与充注历史分析等各个方面已经取得了重要进展。

1.盆地形成的地球动力学背景和盆地(充填)动力学

板块构造学说的产生和发展使盆地研究找到了新的切入点,人们通过板块构造理论重新认识沉积盆地的成因与演化。进入20世纪90年代,D′kinson(1993)率先强调了盆地研究的集中点应该由盆地类型研究转向盆地形成演化的动力过程研究。李思田等(1995)基于盆地与板块构造格架的关系提出了众多盆地分类方案。盆地动力学研究的目的在于认识盆地的成因,通过定量分析反映盆地动力过程的参数,以阐明各种盆地动力学控制因素的联合、复合作用及演化中的过程序列,了解盆地演化与发生在深部,包括地壳和岩石圈以下物质的状态和过程之间的关系以及板块相互作用过程中所造成的成盆区应力场。

盆地(充填)动力学的研究依靠层序地层学、事件地层学、构造—地层分析、精确定年技术(高分辨率古生物学和同位素技术)互相结合,构成等时地层格架,盆地中沉积体系三维配置加上时间关系研究的四维系统理论和研究的方法。这些不同学科、不同分支理论和方法体系的密切结合,使盆地(充填)动力学过程的研究产生了飞跃。高分辨率事件地层学的研究精度比传统生物地层学方法提高数十倍甚至上百倍,对有效预测盆地烃源岩和输导体系的分布具有重要意义。

2.成烃动力学

按照Tissot(1978)干酪根降解生烃理论,油气的成因主要是地下的沉积有机质在热力作用下的化学反应过程。根据温度与时间的相互补偿原则,成烃热模拟和化学反应动力学模型计算对大多数典型烃源岩干酪根的成烃研究有了很大发展。沈忠民(1999)、卢双舫(2000)等提出了多种动力学模型,如总包又可细分为总包一级动力学模型、分段一级动力学模型和总包多级动力学模型、最大反应速率模型、平行一级反应模型、无数平行一级反应模型、以沥青为中间产物的平行连续反应模型和活化能随转化率变化模型等。目前,有机质成烃动力学的研究不仅能从动力学的角度加深对有机质成烃过程的理解,更重要的是为油气生成量的计算提供了一种重要方法。来源:https://www.wzwebi.com/cshi/202501-738.html

3.排烃动力学

近十几年来,国内外许多学者在烃源岩排烃机理方面进行了深入系统地研究。在排烃相态方面,石油和天然气有所不同。郝石生(1994)等通过气水高温、高压实验和分子扩散实验分析,认为水溶相和分子扩散对天然气排烃具有重要贡献。李明诚(2000)认为油气藏中聚集的主要是油相和气相,石油以油相、气溶相,天然气以气相、油溶相运移最为有效。在排烃相态方面,目前人们对泥岩烃源岩的压实排烃动力形成比较统一的认识,Leythauser等(1994, 1995)、张博全等(1995)、刘德汉(1996)等认为化学压实作用为碳酸盐岩烃类排驱到输导层或直接进入储层提供动力。由于烃源岩物性差、孔隙流体容易形成异常高压,微裂缝排烃往往是烃源岩主要的排烃方式。王新洲、周迪贤(1994)对济阳坳陷研究发现,烃源岩孔隙度>10%才可引起自然水力压裂,否则一定要有油气增压的加入才有可能。Berg等(1999)通过对密闭系统的烃源岩孔隙体积、油气生成和压力之间关系的模拟研究认为,深度在2900m,有机碳含量低于0.7%的烃源岩,即使有机质的产烃率达到100%也难以形成微裂缝排烃来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-512.html。相比之下,对于高渗透性岩石,由于流体的流动降低了剩余流体体积,而不会使其在生烃过程中的剩余压力很大;低渗透性烃源岩中有机质含量高、产烃率大时,孔隙压力可能增大到足以造成破裂,从而产生裂缝并提高渗透率,剩余的油气就可以从这些裂缝中逸出。目前,烃源岩排烃的定量研究已经取得重要进展,如石广仁等(1996)在动力学方面通过建立地质模型和数学模型来定量评价烃源岩的排烃史,陈义才等(2002)根据烃源岩在生烃、排烃过程中烃类产物的质量守恒原理,将压实、扩散、水溶和微裂缝排烃系统地结合在一起,建立了多种排烃机理的微分数学方程,采用有限差分法模拟求解压实—扩散排烃模型。

4.地层流体压力预测

地层流体压力研究的核心是异常地层压力的形成、分布及其与油气藏形成与分布之间的关系,它是成藏动力学系统研究和划分的依据之一。现今流体压力研究主要进展表现在利用测井及地震资料预测异常地层压力。Bowers(1994)提出了一种不需要建立正常趋势线而用有效应力与声波速度之间的原始加载及卸载曲线方程直接计算有效应力、进而由有效应力定律确定地层压力的方法。古流体压力与油气的运聚具有更密切的联系。相对于静水压力,沉积盆地可出现超压或异常低压,其中超压具有更普遍的意义。超压是沉积盆地演化过程中的动态现象。尽管超压的发育与多种因素(包括不均衡压实、生烃作用、水热增压、粘土矿物脱水、构造应力等)有关,Hunt(1998)对非强挤压背景地区,提出了产生大规模超压的两种机制,即压实不均衡和生烃作用。

5.油气运聚的动力学机制及类型划分

油气成藏的动力学机制是复杂的,类型划分方案也是多样的。

康永尚、郭默杰(1998)提出流体运移的6种动力源:深部动力、沉积过程中产生的自源动力、热力、地应力、水动力、浮力。不同的动力源产生的动力有不同的作用方向:深部动力、热力与地应力的作用方向是由深部到浅部;沉积过程中产生的自源动力、沉积压实流体水动力的作用方向由高势区到低势区,由深部到浅部,由盆地中心向盆地边缘;浮力的方向是由深部到浅部;地表淋滤水动力方向是由浅层到深层,从盆地边缘向盆地中心,与压实流体的运动方向相反。在流体动力学中,热力、地应力、水动力和浮力的水动力学机制研究进展迅速。

田世澄(1997)等根据流体动力学系统的开放程度分4种类型:①强开放的重力驱动型,由造山运动导致的地形高差引起的重力驱动流占主导地位;②弱开放的压实驱动型系统,压实驱动是流体动力学系统的主要动力源;③相对封闭的流体封存箱型,热力和地应力对封闭系统的增压和破裂起关键作用;④滞流型,没有一种动力对油气运移发生重要作用,仅见于深盆低压气藏(深盆气)。

田世澄、张树林(1996,1999)、李莜瑾(1999)根据动力学特征或封闭条件将成藏动力学系统划分为开放型、封闭型、半封闭型3种类型;根据压力特征,又可分为超压成藏动力学系统、常压成藏动力学系统和低—负压成藏动力学系统;根据油源特征,还可划分为自源成藏动力学系统、他源成藏动力学系统和混源成藏动力学系统。而张树林等划分为单源、双源和三源3种成藏动力学系统。实际应用中常要考虑以上三个方面的因素,并且常在前面冠以生油凹陷的名称,以示地区和范围,故划分的成藏动力学系统常采用复合命名法。

6.流体输导系统

在含油气盆地中,砂岩和某些碳酸盐岩、不整合面、断裂等构成流体输导系统。在不同尺度上有效地预测各种输导体的流体行为和输导能力是成藏动力学研究的基础。输导系统研究的进展主要表现在砂体分布及输导能力预测和断裂流体行为的深入研究两个方面。由于沉积学、高分辨率层序地层学、地震盐隆预测和地层模拟技术的发展和综合应用,砂岩型输导层分布的预测能力已明显提高。Giles(1997)系统论述了不同地质条件下流体的流动、物质搬运和能量传递及其成岩效应,为砂岩输导能力的有效预测奠定了基础。此外,断层的结构、输导能力和流体行为的研究取得了长足的进展。断层带的流体输导能力和流体沿断层的垂向运移取决于断裂带的结构、断层的力学性质及活动强度等。Hooper(1991)、Roberts(1996)等认为流体沿断裂带的运移可能是幕式的,而且在超压盆地中,流体沿断裂带的幕式运移可能引起局部温度、压力异常。O′Brien(1999)等提出断裂在活动期具有较强的流体输导能力,晚期构造运动引起的断裂活化亦可明显增强断裂的流体输导能力,诱发大规模的流体运移,并控制油气的分布。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-346.html

7.油气运移路径和运移主通道

油气在储层中二次运移路径十分复杂,但总是沿着毛细管阻力小的有利路径进行运移。Schowalter(1979)认为,烃类在运载层中运移,仅通过运载层上部几英尺的厚度。在均质条件下,运移通道位于运载层顶部,残余油也集中在运载层的顶部,而不是分布在整个运载层中。从盆地规模看,油气沿运载层垂直于地层走向朝上倾方向运移时,也主要集中在有限的运移通道上。England等(1987,1993)认为油气二次运移主要集中在少数“高速公路”上,只占运载层的空间比例约10%左右。近年来,Catalan(1992)、Carruthers(1995)、Thomas(1995)、Hindle(1997)、曾溅辉(2000)等对油气的二次运移过程进行了大量的模拟实验和数值模拟研究证明:①油气二次运移只通过局限的通道进行,油气运移空间可能只占据整个输导层的1%~10%;②输导层油气的运移路径受控于输导层顶面或封闭层底面的三维几何形态;③在生烃凹陷及其附近,油气运移路径形成密集的网络,而远离生烃凹陷,运移路径逐渐汇集。郝芳等(2000)根据油气二次运移的主要动力(浮力和水动力),利用射线追踪(ray trace)技术,可以从生烃凹陷出发对油气运移路径和主通道进行三维预测。

8.油气充注历史

油藏注入史研究是油藏地球化学研究的内容之一,其基本原理是根据流体非均质判断油气运移的通道方向、推断油气充注的时间。因此,油藏注入史研究对认识油气成藏过程也有重要作用。就单一油藏而言,同一油源不同时期产生的石油以及不同源岩同一时期产生的石油在组分上均具有内在的差异性。当石油向储层注入时,受到诸多因素的影响,因此有明显的非均质性。England等(1987)通过Fortiers油田的地球化学研究,首次将人们早已认识到的油藏流体非均质性现象与成藏研究结合起来,提出了油藏充注与原油混合模式。近年来,Hoffmann(1988)、Bodnar(1990)以及我国学者王铁冠(1997)、潘长春(1998)、宋长玉(2002)等在油藏注入史研究主要采用流体包裹体分析技术,并在很多地区或油田得到广泛应用。

9.成藏动力学系统的定量模拟

成藏动力学系统的定量模拟的目的是恢复油气成藏的演化历史,追踪油气运聚的动态过程。随着油气成藏密切相关的各种化学动力学和流体动力学过程和模型研究的不断深入,盆地演化和油气生成、运移和聚集过程的模拟技术不断改进。二、三维盆地模拟系统可作为成藏动力学系统定量模拟研究的基础。目前盆地模拟技术对稳态流体的模拟较为成熟,对幕式流体的模拟尚待改进。尽管目前的模拟技术作为预测油气分布的有效工具尚待完善,但计算机模拟为石油地质学家认识和再现地质历史中油气成藏的化学动力学和流体动力学过程提供了有效的工具。

构造演化阶段及动力学机制

关于地球大陆分离的新观点——“地壳胀裂”说 地球像一个爆米花 岩石圈无法漂流 地球上的陆地原本是一个统一的大陆,人们早就看出了这个奇妙之处,然而,陆地又是怎样分离的呢来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-523.html?有许多科学家对此进行了研究,提出了一些理论。“大陆漂移说”、“海底扩张说”、“板块构造说”都给出了一些解释,但都存在许多悬疑,尤其是大陆分离的动力源问题。这些理论对地壳变动的认识总是局限在地球体积和地表总面积一直固定不变的范围内。应该突破这种局限。 地壳和地幔上部固态部分(岩石圈)的总厚度有近百公里,而地球陆地只是地壳表层略微凸出的部分,从海底最深处至陆地最高山峰仅20公里高度差。因为地表低凹的地区被海水覆盖,所以在我们的视觉印象上,大陆似乎是分离的来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-285.html。事实上,所有陆地和海底岩层是互相衔接在一起的整体结构。虽然岩层中纵横分布着许多裂缝,会发生水平错位移动,却根本不可能水平移动几千公里。况且,造成大陆远距离平面移动的原驱动力从何而来呢? “海底扩张说”和“板块构造说”认为,新海底在大洋中脊形成,推动旧海底,在海沟处俯冲钻入地幔,周而复始。试想,仅靠大洋中脊裂谷产生的能量就能推动几十公里厚的洋底钻入近百公里厚的岩石圈之下吗?而且大陆与洋底本是连成一体的结构,只是厚薄略有不同,哪来的可钻之孔呢? “板块构造说”认为,岩石圈运动的主要动力是地幔软流层中的环流。但即使地幔中流体物质存在上升和下降流。作为地球整体的一部分,它的运动与地表大气层的运动机制应该是相同的,具有方向的一致性(大气层始终是随地球自转由西向东运动的)。那么与地幔结合在一起的地壳,怎么可能产生一块向东,一块向西,而且运动方向截然不同的水平移动呢?经测定得知,地壳、地幔、地核转动的方向是一致的,地幔物质当然不可能是孤立的循环运动体系。据地震仪记录,地震波的频率在地幔约410公里—1000公里处很不均匀,说明这一层次的物质分布也很不均匀,是固体岩层与液体岩浆的混合结构,固体和液体的分界是纵横交错的。所以,根本没有固态岩层漂浮在液态岩浆上滑动的可能。 地核曾发生大爆炸 那么,大陆究竟是怎样分离的来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-534.html?大陆变动的能量来源于地核。 地核内温度高达约6000摄氏度,压力也非常大。在地球内部,温度和压力增高到一定程度时,物质的结构、体积和物理化学特性会发生变化。当地壳承受不住内部的高压时,发生爆炸,释放出巨大能量,使球体发生膨胀,地幔中呈液态的高温物质冲破岩石圈,猛烈地喷涌出来,使岩石圈破裂。海底那条绵延6万多公里的大洋中脊就是地球破裂的痕迹,后来熔岩不断地喷涌凝结堆积,形成了山脊状。能量大爆发是许多星体在演变过程中都要经历的,如红巨星阶段的超新星爆发和白矮星阶段的新星爆发。 地球发生爆裂膨胀后,固态外壳(岩石圈)变厚,体积扩大,表层开裂,现在地球表面的形状就是白垩纪末期(距今约6500万年)大爆发形成的。从60年代开始,科学家在各大洋钻取大量洋底岩石测定年龄时发现,最古老的沉积物,年龄也没有超过2亿年,这说明大洋盆底表层都是侏罗纪以后才形成。而越靠近海岭的岩层越年轻,这是因为熔岩从海岭处喷涌滑落,覆盖了旧海底。 因为地球是从一个完整的球体分裂扩展开的,所以把现在的陆地和大陆架部分拼和在一起,正好构成一个体积比现在小很多的球体的表面。要解释大陆为什么能够完整地拼合,这才是更合理的原因。 作个形象的比喻,做爆米花时,膨胀后的玉米花体积变大,原先玉米粒的完整表皮分裂成小块分布在玉米花凸出的部位,大陆分离正是同样的原理。地球爆裂后,地壳膨胀变形,出现了裂缝,但这种裂缝不足以把岩石圈分为各自独立存在的 附:《中国科技纵横》<开放天空>栏目编者按语: 看一看世界地图,注意一下各块大陆的形状,你发现了什么吗?在1910年的一天,德国气象学家魏格纳也像这样看着世界地图,他发现各块大陆的形状互相吻合,可以像拼图游戏一样把它们拼成一整块陆地。 这一发现导致了“大陆漂移说”的诞生。这一学说认为,各块陆地并非从古至今一成不变地处于现在的位置,它们最初是合在一起的,在地质活动的影响下,各大陆逐渐分离,才形成了目前这种格局。但是,魏格纳并没有给出合理的解释,说明大陆为什么移动。 那么,究竟是什么力量推动了大陆?对此,“海底扩张说”和“板块构造说”都给予了解答,它们是地质学上最经典的理论,也是受到普遍认可的理论。但是,有人另外提出了更大胆的假说,《地球像一个爆米花》的作者认为,是地球内部的能量向外释放,“撑”开了地壳。板块,就像一个西瓜,即使它的瓜皮出现裂缝,瓜皮和瓜瓤仍是一个整体。

为了研究构造的形成机制、动力作用方式和构造演化规律,在野外系统收集了各类节理5000余条,结合区域应力特征进行野外分期配套,并在室内采用求解主应力状态的应用程序,全部节理点应力状态由计算机自动恢复,同时,结合煤镜质组反射率各向异性的测定和典型断裂带岩石定向样的岩组分析,确定构造演化阶段,恢复各期古构造应力场。

通过点应力状态恢复,求得中间主应力轴σ2近于直立(σ2倾伏角为80°~90°),最大和最小主应力轴σ1和σ3近于水平(σ1,σ3倾伏角变化于0°~12°之间)。选用σ1、σ3水平线做各期应力轨迹图,以反映各期应力在全区的变化趋势。根据构造形迹间的复合关系和从动力学及运动学方面对动力源、动力作用方式及其特点、运动机制、运动性质及动力作用路线的研究,结合区域构造分析,可将本区主要构造演化分为三个阶段,即印支期、燕山期和喜马拉雅期。与此相对照,形成了三期古构造应力场,这些方面的研究是认识控气构造及其网络发生发展的基础,也是厘定现今导气、阻气和储气构造的直接依据。

5.3.1 第一阶段——印支期来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-520.html

由图5.38可见,最大主应力σ1作用于近南北方向,σ1在全区的平均方位为NE8°。最小主应力σ3在全区的平均方位为N100°。σ1在北区北部和南北区的交界地带为南北向;在南区和北区南部,σ1方向略偏转为北北东-南南西方向(σ1在南区为NE10°,在北区南部为NE8°)。从全区来看,本期应力场分布比较均匀,全区未出现明显的应力集中与分散现象。

图5.38 印支期主应力轨迹图

1—矿区边界线;2—最大主应力迹线;3—最小主应力迹线;4—地层压缩方向;5—点应力状态

从动力学角度分析,上述主应力来自因秦岭地槽的最终封闭和华南陆块的向北推挤作用,鄂尔多斯地块遭到了强大的由南向北的推挤力,动力作用方式以挤压为主,动力作用路线为南北向。因此产生一系列东西向展布的压性构造和南北向展布的张性构造。区内近东西向的褶皱等压性构造可能形成于这一时期。野外节理资料表明,这一时期也形成了北西向与北东向两组共轭剪节理。它们都为后期构造的发育奠定了一定基础。

5.3.2 第二阶段——燕山期

本期构造应力场的主要特征是,最大主应力σ1处于南东-北西方向,平均为N307°,最小主应力σ3处于北东-南西方向,平均为NE38°来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-299.html。应力在全区分布较均匀,应力集中与分散现象不明显,且主应力轴方位稳定。南区σ1作用于N295°一线,北区σ1作用于N306°一线。但应力在南北区之间的交界地带分布明显不均,由北向南,应力先分散后集中,且主应力方向变化较大,总体上σ1作用于N320°一线(图5.39)。

图5.39 燕山期主应力轨迹图

1—矿区边界线;2—最大主应力迹线;3—最小主应力迹线;4—地层压缩方向;5—点应力状态

此期的动力学特征是,随着库拉-太平洋板块对中国大陆施加的影响加剧,使得中生代已经发育起来的鄂尔多斯沉降盆地遭到强烈的侧向挤压和扭动,导致原沉降盆地上隆消失。动力源来自东南方向,动力作用方式仍为挤压作用,但在受到鄂尔多斯东缘近南北向的边界限定后,又使其发生左旋扭动。这样,由于动力作用路线及运动性质的改变,便在本区发育起一系列以左行压扭为特征的构造形迹。区内的F1正断层和F2逆断层在这时均应属压扭性逆断层,受此期应力影响,有可能使原印支期内已发育起来的东西和北东向构造因受挤压而产生不同程度的闭合,唯有原已存在的北西向构造因受张应力复合而开启。同时,还可能产生新的北西向张裂和近于东西和南北方向的共轭剪节理。

这个时期的构造作用对本区影响最大,为了确定煤层中构造动力作用方式、性质及作用路线,也为了准确印证此期左旋扭动作用的存在,作者在南北两区各选择了两个采样点采集定向煤样,用显微光度计在无划道的正常镜质组区域分散颗粒上测定反射率值。同时,在象山矿边部于F1断层带上采集定向岩样进行X射线岩组分析。

由近1600个反射率数据的测定结果表明:

1)区内各样品反射率具明显各向异性,其最大值为2.412,最小值为1.247,中间值为1.707。正性光率体和负性光率体都有,并和邻近地区所测数据也有较好的对应性(表5.12)。显然区内镜质组反射率正向光率体和负向光率体都有。说明区内镜质组反射率为两轴光性,系侧向挤压应力作用的结果。

表5.12 主反射率、双反射率值一览表

2)光率体长轴方位的最大值为54°,最小值为35°。平均值为44.5°,与区内北东向褶皱和断裂方位基本相同。由此恢复的古构造挤压应力方位为N140°,与燕山晚期区域应力场的挤压方向也基本吻合(表5.13,图5.40)。

表5.13 光率体长轴方位与主干构造走向方位对照表

图5.40 区内及邻近矿区煤层镜质组光率体水平截面分布图

3)平均反射率和最大反射率的变化与区内构造的复杂程度差异性相对应,越接近主要褶皱轴部其数值越大,而这里遭受的构造变动相对剧烈。最小值位于桑树坪矿所在地带,这里的构造相对比较简单。总的平均反射率由西向东有增大之势。而北东向构造的影响大体上也是由东向西减弱的。

上述三点表明,燕山期动力作用在煤层中有明显反映,因此煤层构造也主要形成于这一时期。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-1085.html

X射线岩组分析是在宏观构造变形研究的基础上进行矿物晶格变形研究的一种新方法。其原理可简述为在同一定向标本上采取一定量岩石制成粉晶,然后测量矿物各面网衍射强度值,并由计算机直接绘制粉晶曲线图,该图反映的矿物面网无变化,即说明矿物无定向性。其次是在同一标本上切制定向薄片,作X射线衍射分析。用得出的曲线图与粉晶曲线图上对应面网衍射强度进行对比。其值接近1(一般相差不大于5%),即认为矿物无定向性,反之则具定向性。此定向性一般是因构造挤压、剪切或压扭作用造成的。对比图5.41、图5.42可见,F1断层带方解石和白云石矿物的许多面网峰值强度在两种曲线上有明显差异,对应面网衍射强度比值差均大于5%(表5.14)。这就说明了这两种矿物均具有明显或较明显的定向性。结合断层面大量发育的擦痕和节理构造特点,这种定向性是压扭作用的产物。

图5.41 象山沟口F1断层面定向岩块粉晶X射线衍射曲线图

图5.42 象山沟口F1断层面定向岩块薄片X射线衍射曲线图

表5.14 X射线衍射数据表

注:A为粉晶;B为定向岩块;①为具较明显定向性;②为具明显定向性。

以上分析进一步说明了本期构造变形的动力作用方式是以压和压扭作用为主。

5.3.3 第三阶段——喜马拉雅期

从图5.43反映的喜马拉雅期主应力轨迹图上可见,本期应力场的主要特征是:最大主应力σ1,转为北东-南西向,全区平均方向为NE38°,最小主应力σ3为北西-南东向,平均为N130°。该期应力场在全区分布不均,集中表现在应力场在南北区交界地带明显集中,σ1迹线在此呈明显聚拢之势,导致这里的构造复杂化。就全区而言,σ1方向变化不大,主导方位为NE40°,只是在北区北端略向北北东-南南西方向偏转,主导方位为NE23°—N203°。喜马拉雅期构造演化就动力学和运动学特征而言,又可分为古近-新近纪和第四纪两个时期。

图5.43 喜马拉雅期应力轨迹图来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-489.html

1—矿区边界线;2—最大主应力迹线;3—最小主应力迹线;4—地层压缩方向;5—点应力状态

5.3.3.1 古近-新近纪时期

此期欧亚板块、太平洋板块和印度板块之间几乎同时发生了两起重大构造事件,一起是原向北北西方向运动的库拉-太平洋板块在库拉板块向北消亡后,太平洋板块转向北西西方向运动;另一起是澳大利亚-印度板块与欧亚板块碰撞制止了欧亚板块的逆时针旋转。同时,印度板块在碰撞后继续向北推挤,对中国大陆施加强大的右行压扭作用。黄汲清等也认为,新生代以来华北等地一系列右行张扭性断陷盆地的发生、发展以及现代地震的产生都和这一作用有密切关系。其他构造特征也显示出亚洲大陆相对于太平洋板块正作由南向北的运动。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-470.html

第一起事件的动力作用方式以挤压为主,动力作用路线为由东至西的推挤,渭河断陷的产生即是这种动力作用的结果。

第二起事件较第一起影响更为深刻。此时平行于龙门山方向的挤压作用力遇到秦岭褶皱带时分解为一对左旋扭动力,而在鄂尔多斯东南缘则组成为右行扭动力偶,在这对力偶作用下,北东向构造显张性,北西向构造显压性(煤层褶皱的形成与此期有关),而东西向和北北东向构造或具压扭性,或具张扭性。但考虑到区域主张应力方向为北西-南东向,故本区扭性和压性作用应不是主要的(图5.44),而沿近南北向的拉张伸展作用和沿北西-南东向的拉张伸展作用开始起主导作用,这个时期在邻区形成了汾河地堑,使汾渭地堑系连为一体。

图5.44 新近纪区域应力场及局部应力场示意图

5.3.3.2 第四纪时期

第四纪以来,随着汾渭断陷盆地的大幅度拉伸作用,区内有些断层明显活动,地震活动、滑坡、水系变迁等现象非常普遍。牵动了早期已形成的各种构造形迹,使它们均发生不同程度的张裂。如作为北东向活断层代表的F1大断层,不同程度地切穿和控制了第四系沉积,其上盘第四系厚度在禹门口一带仅100m,而在英山一带却可达400m;卫星照片还清楚地反映出受F1影响的许多水系发生明显的右旋错位现象,北西向活断层在韩城县城及F1断层上盘发育较多,在近三千年内相对错动距离约2m,每年活动速率为来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-735.html

韩城矿区煤层气地质条件及赋存规律

这与马杏垣等所确定的华北板块同期移动速率大体一致,从区域上看,北东向及东西向活断层的活动速率可能较北西向更大,这样,若把第四系下限放在2Ma前,F1断层第四系以来沿倾向水平位伸了479m,这个距离与F1主断面以上阶梯状断层组平面组合宽度也大致相当。

按史牛坡断层产状计算,第四系地层平面拉伸距离约0.55m,这与韩城上峪口、西垣山、华子山、西北庄一带灰岩出露区所见的缝型裂隙张开宽度的平均值也很相近。

区内东西向断裂活动直接控制第四系沉积的例子不多,但参照本区西南邻近地区的东西向断层的活动特征,仍可说明本区此时的张裂活动幅度。如邻区的鲁桥-关山断裂,其上盘第四系厚度大于1200m,下盘约600m,如果和区内北东向活断层的活动幅度比较,东西向构造的活动幅度可能要较北东向或北西向更大。

图5.45 鄂尔多斯及其周缘地壳垂直形变速率图(1955~1986年)

等速率线单位:mm/a

(据国家地震局《鄂尔多斯周缘活动断裂系》课题组,1988)

由此可见,区内此期动力作用方式主要为拉张伸展,动力作用路线沿北西-南东向,其次为南北向以及由之所派生的北东-南西向。结果形成了一系列近东西向和北东向的正断层和北西向的传递断层,正断层均沿伸展方向呈阶梯状跌落、传递断层则由于北东和东西向正断层扩张速度的差异而产生,但也以张性或张扭性为主。区内多方向拉张伸展作用一直持续到现代,据近期大地测量成果可见,本区地壳垂直形变速率为2~7mm/a(图5.45),邻近地区的地壳垂直形变地质剖面也显示了较大幅度的沉降作用(图5.46),这些都是平面拉张伸展效应的直接依据,二者也有很好的对应关系。

图5.46 绥德—西安垂直形变(1976~1986年)地质剖面图

(据国家地震局《鄂尔多斯周缘活动断裂系》课题组,1988)

综合上述,区内在地史时期因多期多方向构造应力作用产生的多组构造形迹,从其最终显示的力学性质来看,北东—北北东向破裂构造应具张或张扭性质,近东西向构造具张性,北西向具张扭性,其他方向均具不同程度的压或压扭性。喜马拉雅期以来,煤层中虽也形成或继承发育一系列近东西和北西向褶皱,但均比较宽缓,沿其轴部和两翼,张性破裂复合是一重要构造特征。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-337.html

伴随汾渭地堑系张裂伸展构造的广泛活动,致使全区各种构造形迹均受到不同程度地牵动而发生开启,尤以上述几组方向的破裂构造开启最甚。就南北区而言,南区更靠近汾河地堑和渭河地堑伸展系的交汇处,故破裂构造的伸展开启作用更强于北区。

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