逆冲推覆构造.
第十三章 逆冲推覆构造

第二节、前陆逆冲带的构造特征
一、造山带的基本结构
二、底部拆离断层(滑脱面)
逆冲断层活动时常沿前陆盆地中的软弱岩层、特别是 盖层-基底界面滑动,形成的逆冲推覆体系的底部主断层 面。底部主断层之上则发育众多叠瓦状断层,称为分支断 层。
三、阶梯形断层面
逆冲断层沿断层面 滑动时会使断层上盘的 地层缩短,当缩短量达 到一定量时,逆冲断层 常要切断强硬层向上扩 展,遇到新的软弱层再 沿其滑动,结果形成阶 梯状的断层面。
正在形成的逆冲断坡端线部 位形成的褶皱。端线以下部分岩 层缩短,端线以上未断部分通过 褶皱缩短以调节上下的不一致。 这类褶皱一般不对称,前翼很陡 (直立-倒转)。
三、滑脱褶皱(侏罗山式褶皱)
直接位于滑脱面(断坪)上的褶皱。这种褶皱机制需要很 软弱的滑离层,如膏盐层等。褶皱的主要特征是两翼陡立,平 顶或尖顶,核部常为最老的软弱层。
第 十一 章
逆冲推覆构造
Red Spring Thrust, Nevada
Paleozoic
JuБайду номын сангаасassic
Photo from Ryan Petterson, Caltech
Types of Dip-Slip Faults
• Reverse faults
– Hanging wall block moves up relative to the footwall block – Reverse faults have dips greater than 45o and thrust faults have dips less then 45o – Accommodate shortening of the crust – Strong compressional forces
第十二讲 逆冲推覆构造

思考与讨论题
• • • • 断层效应 怎样确定断层的形成时间? 简述Anderson断层应力模型。 现代活动断层的判别标志。
Hale Waihona Puke 第六章 断层与断层作用• 断层概论 • 断层作用 • 逆冲推覆构造 • 伸展构造 • 走向滑动断层
三、逆冲推覆构造 (Thrust faults)
逆冲推覆构造研究取得 重大进展的原因
思考、讨论题
1-逆冲推覆构造、断坡与断坪、飞来峰与构造窗、 突发构造、构造三角带、双重构造 2-绘图说明逆冲断层的扩展方式。 3-简要说明逆冲推覆构造的形成机制。
一个小型逆冲断层的实例
2- 飞来峰、构造 窗—最小推覆距 离
3-断坡与断坪:
逆冲断层通常为台阶式,长而平缓为断坪,平行软弱 岩层发育;短而陡的部位为断坡,断坡以高角度切 割强硬岩层。
4-反冲断层(Back-thrust)与冲起构造(突发构造 pop up )
冲起构造:逆冲断层与反冲断层构成背冲式构造的汇合部位
–大规模位移与力学解释问题 –影响矿床或油气资源的分布—20世纪70年代 以来对于逆冲推覆体下油气资源的勘探。
(一)基本特征及术语
characteristics
1-逆冲推覆构造概念 (The concept of thrust fault) 低角度逆冲断层(<30O)和上盘推覆体组 成的构造,位移大于5km。 – 几百米的地层重叠
1-前展式(背驮式) (piggy-back thrust sequence):
每一新的逆冲断层发育在先存在逆冲断层的下面,依次向 逆冲方向(前陆)扩展。
2--后展式(上叠式) (break-back sequence): 每一新的逆冲断层发育在先存在逆冲断层的上 面,各逆冲岩席依次向逆冲来源方向(腹陆) 扩展。
逆冲推覆构造概述

逆冲推覆构造概述逆冲推覆构造前言:对逆冲推覆构造的研究自19世纪晚期以来已有100多年的历史,期间曾掀起过2次高潮,第一次在19世纪末期,以研究造山带内逆冲推覆构造为中心。
第二次在20世纪70-80年代,以研究前陆冲断带为中心,进入90年代,逆冲推覆构造研究已将造山带内结晶基底逆冲构造与造山带外带即前陆褶皱冲断带结合起来,不再区分成并不相关的2类构造带[1]。
逆冲推覆构造对于矿床的形成具有重要的控制作用,以不同方式,从不同的构造部位控制了矿床主、次矿体的产出和分布,为成矿流体的运移、聚集、沉淀提供了空间,成为某些金、铜、铅、锌等矿床的重要控矿要素。
区域性逆冲推覆构造是成矿前、成矿期还是成矿后的构造,其精细程度如何,是否具有控矿作用,如果是破矿作用,是否造成矿体的重复增大或隐伏、缺失等问题,严重影响着地质找矿的效果[2]。
此外,逆冲推覆构造在前陆盆地(含油气盆地)中发育普遍,具有较好的油气聚集及保存条件,在生、储、盖层匹配较好的条件下有较好的油气显示,是我国未来的油气的勘探方向[3]。
近些年,逆冲推覆构造在煤田勘探中应用日益广泛,相继在安徽、河北、福建、河南及其他一些地区发现,根据前人在辽西彰武-黑山区对逆冲推覆构造的研究发现,逆冲断层和伸展断层对煤层具有明显的控制作用,逆冲断层常将含煤地层压在老地层之下。
逆冲推覆构造与伸展构造的几何形态、分布规律和组合型式,对寻找新的煤炭资源具有重要意义[4]。
因此,逆冲推覆构造近年来已成为研究的重点,成为能源矿产找寻取得突破的关键,具有重要的经济意义。
1逆冲推覆构造的概念逆冲推覆构造是由逆冲断层及其上盘推覆体或逆冲岩席组合而成的大型至巨大型挤压构造。
主要产于挤压构造背景下的大陆造山带与相邻沉积盆地的边界过渡地带,主动大路边缘弧前盆地构造带也发育逆冲推覆构造。
此外,压型沉积盆地内部也不同程度发育逆冲推覆构造,为挤压或压缩作用的结果。
逆冲推覆构造断层倾角较小(一般小于30o),位移在数千米以上。
第十三章 逆冲推覆构造

双重逆冲构造结构(Duplex) 1. 组合:顶板逆冲断层—叠瓦式逆冲断层 —底板逆冲 断层。 2. 顶板逆冲断层:次级叠瓦式逆冲断层向上趋近相互 连接,在顶部构成一条断层。 3. 底板逆冲断层:次级叠瓦式逆冲断层向下趋近相互 连接,在底部构成一条断层。 4. 叠瓦式逆冲断层:位于顶板逆冲断层和底板逆冲断 层之间封闭块体内的‘S’形的逆冲断层,向上、下连接, 渐渐向顶、底版逆冲断层过度。 5. 断夹块:叠瓦式逆冲断层之间的透镜状岩块。 6. 叠瓦扇:向上没有连接成顶板断层的叠瓦式逆冲断 层。
二 关于驱动力问题(动力学 至今仍没有得到很好解决的
问题)
1 水平挤压力
矛盾1. 挤压作用力与推覆体所能承受的最大应力:数十 甚至数百公里的推覆体若作长距离运移所需要的作用力非 常巨大,远远超过了岩石强度,岩席早在运移前就已破裂,
矛盾2. 一些变形强烈的推覆体在变形中处于弹塑性甚至 塑性状态,难以将应力远距离传递。
第五节 逆冲推覆构造的运动学和动力学
逆冲推覆构造规模巨大顺走向往往大于10公里,可达数 百至上千公里,宽可达数十至上百公里。
一 逆冲推覆位移和速率(运动学)
1 位移距离 1)一般估计,根带至锋代的距离为最小推覆距离。 2)作平衡剖面计算推覆距离。 2 位移方向 1)弓箭式原则。 2)地层由老到新的方向。 3)编制前断坡走向线图或断叉线图,取平均植,作垂线。 4)多数褶皱的倒向。 3 位移速率 目前尚不清楚,据对现代活动断层观察,参 板块运位移速率,认为年位移量为1-2厘米。但不平均。
2 重力滑动
质疑 基底冲断面的坡度能否足以引起重力滑动
此外还有后推力模式、板块俯冲力、塑性基底收缩、重 力扩展等模式。
后推力模式
造
山
构造地质学-逆冲推覆构造

第三节 逆冲推覆构造的扩展方式
1. 前展式或背驮式(Piggyback propagation) 新的逆冲断层发育在老的逆冲断层之下,断层 依次向前方(前陆)扩展,增生在前锋
2. 后展式或上叠式(Overstep propagation) 新的逆冲断层发育在老的逆冲断层之上,断层 依次向后方(腹地)扩展,增生在后缘
4. 叠瓦式逆冲断层:位于顶板逆冲断层和底板逆冲 断层之间封闭块体内的‘S’形的逆冲断层,向上、 下连接,渐渐向顶、底版逆冲断层过度
5. 断夹块:叠瓦式逆冲断层之间的透镜状岩块 6. 叠瓦扇:向上没有连接成顶板断层的叠瓦式逆冲断层
三、反冲断层
1. 两套逆冲方向相反的逆冲断层组合 2. 多是前缘受阻,导致反向发育的结果 3. 冲起构造—反冲断层之间的部位,因挤压而
(7)斜断坡— 走向与逆冲方向 斜交,具有走向 滑动和斜向滑动 剪切应力状态
二、双重逆冲构造(Duplex)
1. 组合:顶板逆冲断层—叠瓦式逆冲断层 —底板逆冲断层
2. 顶板逆冲断层:次级叠瓦式逆冲断层向上趋近 相互连接,在顶部构成一条断层
3. 底板逆冲断层:次级叠瓦式逆冲断层向下趋近 相互连接,在底部构成一条断层
第十三章 逆冲推覆构造
构造窗与飞来峰
第一节 逆冲推覆构造的组合型式
1. 背冲式: (1)由两侧向外缘逆冲的两套叠瓦式逆冲断层
的构造组合 (2)断层面相向倾斜,
反向逆冲, 同时、统一应力场 (3)造山带是大型的 背冲式逆冲断层组合
2. 对冲式:
(1)由两侧向中心逆冲的两套叠瓦式逆冲断层的 构造组合
界面上,与地层产状一致 (2)断坡—短而陡,连接断坪之间切层发育,在坚硬
01-04 变形分析 逆冲推覆构造(产出背景与形成机制)

波斯湾北部伊朗Zagros造山带
特提斯喜马拉雅新生代造山带
喜 India, Him, Pamir, Tarim, 马 Yunnan 1200x1800 拉 雅 造 山 带
An et al., 1999, Significant late Neogene east-west
古生代Appalachia造山带
5、逆冲构造系统形成的 临界楔形体模型(critical taper)
逆
冲 构 造 楔 形 体 结 构
后推力维持楔 形体的临界状 态或导致超临 界状态的产生; 剥蚀所用使楔 形体恢复临界 状态或楔角低 于临界状态
逆冲楔
形体演 化过程
第一讲 逆冲推覆构造
单一逆冲断层几何学 逆冲构造系统: 逆冲断层相关褶皱构造 逆冲断层扩展方式 逆冲断层的变形 逆冲断层形成机制 逆冲相关能源与资源矿产
向南的滑动构造
重 力 滑 动 构 造 发 育 过 程
重力滑动构造的构造要素
问
题
在大区域尺度范围内是否能够
满足重力滑动构造变形所需要 的地质条件?
(Gravitational spreading)
3、
重 力 扩 展
重力扩展作用的明蜡试验
后推力模式 重力滑动模式 重力扩展模式
上述模式中考虑问题的共同特点?
式
Gravitational sliding
长方形块体在自重下沿着倾角为的斜面下 滑时: =Sntan ntan=Sntan n=Sn-P=Sn (1-) (1-)tan= 即斜坡角取决于孔隙液压
河南嵩山重力滑动构造模型
向东北的滑动构造
向北的滑动构造
南 美 安 第 斯 山 东 部
9逆冲推覆构造

STDS
5 MFT
0km
DT
5 0km
-5
-5
-10
外 缘 带
锋带
中带
根带
-10 -15
后缘带
尼泊尔西部喜拉雅褶皱-冲断带的区域构造剖面
用以说明沿冲断方向的分带性
3
一、逆冲推覆构造的几何结构 2. 逆冲推覆构造沿冲断方向的分带性
逆冲推覆构造各带变形特征表
4
一、逆冲推覆构造的几何结构
3. 反冲断层
7
二、逆冲推覆构造的组合型式
1. 叠瓦式:一系列逆冲断片上下叠置
叠瓦状逆冲断层系
2. 背冲式 3. 对冲式
8
二、逆冲推覆构造的组合型式
4. 双重逆冲构造
由顶板逆冲断层与底板逆冲断层及夹于其中的一套叠瓦式 逆冲断层和断夹块组成。
断夹块中岩层呈膝折状弯曲 顶板逆冲断层
底板逆冲断层
断夹块中岩层呈拉长的背斜-向斜对
反冲断层
北美阿尔伯达山前的反冲断层及其三角带构造
三角带构造对油气勘探具有重要意义。
5
一、逆冲推覆构造的几何结构 3. 反冲断层
北美阿尔伯达山前反冲断层
阿尔伯达山前罗布气田区罗布地震解释剖面
示反冲断层与三角带构造
6
一、逆冲推覆构造的几何结构
4. 飞来峰与构造窗
冲断层
飞来峰
逆冲推覆断层与飞来峰构造示意图
四、逆冲推覆构造的驱动力与孔隙压力
主要是水平推挤
力,重力也起一
定的作用。
后推力模式
造
异常孔隙压力 山
前
带
陆
对大规模的推
重力滑动模式
覆运动起着类
似传送带的作 用。
第13章 逆冲推覆构造

大 巴 山 构 造 变 形 模 式 平 面 图
第一节 逆冲推覆构造的组合型式
叠瓦状断层(imbricate fault):产状相近的若干条逆冲
断层成束产出,一条条产状相近并向同一方向逆冲的断
层样式。逆冲断层系最具代表性的组合型式。
叠瓦冲断结构
铁溪—观音堂段平衡地质剖面 (1:500 000)
通南巴NE地震测线冲起构造(tnb-ne-99-221)
四、逆冲推覆构造的分带、分层和分段
水平分带:沿逆冲方向,可划分为根带、中带、锋带 三个主变形带,以及后缘带和外缘带。
Jia et al., 2006
Jia et al., 2006
第三节 逆冲推覆构造扩展
前展式或背驮式(Piggyback Propagation):扩展方向自腹陆向前陆。 新的逆冲断层发育在先存逆冲断层的下面,各逆冲岩席依次向前
位移速率:1~2 cm/a
第六节 逆冲推覆构造的地质背景 及其
与滑覆和岩浆活动的关系
一、各类构造单元中的逆冲推覆构造
1.板块俯带的逆冲推覆构造
2.大陆盆山过渡带逆冲推覆构造
3.大陆碰撞带的逆冲推覆构造
4.挤压盆地内部的逆冲推覆构造
张岳桥等,2012
Takano et al., 2013
Jia et al., 2006
7)变形层次
推覆、滑覆与岩浆活动的关系:
逆冲推覆—岩浆侵入—滑覆
第十三章
逆冲推覆构造
一、组合型式 二、几何结构 三、扩展方式 四、运动学和动力学
逆冲推覆构造( Thrust Structures ):由逆冲断层及其上盘推覆体或 逆冲岩席组合而成的大型挤压构造。 大陆造山带与相邻沉积盆地的边界过渡带、主动大陆弧前构造带、 压性沉积盆地内部。
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逆冲断层根据形成的深度和产状可分为两大类: 厚皮构造:深层高角度并进入基底的逆冲断层。产状受最大 有效力矩准则控制,倾角一般高于45°,一般出现在造 山带的内部。 薄皮构造:浅层低角度只涉及盖层而不影响基底的逆冲断, 产状受摩尔-库伦准则控制,产状一般低于45°.一般 出现在造山带的前沿,称为前陆褶皱冲断带。
判别:变形强度; 平面形态
二、逆冲断层系
由上述逆冲断层序列产生的由主断层和分支断层形成逆冲断 层构造称为逆冲断层系。最常见的为叠瓦状构造和双重构造。 1.叠瓦状构造: 由一个底部拆离断层分支出多个分支断层,并形成一个不对 称扇形构造,这样的构造称为叠瓦状构造。
根据主断层的位置 首叠瓦扇(前展) 尾叠瓦扇(后展)
第三节、 断层面对上盘褶皱构造的控制
一、断弯褶皱
逆冲席体沿阶梯状断层面运动时在断层的弯曲部位被迫 发生的弯曲。弯曲的形态被动反映其下断层形态,褶皱翼部 位于上、下盘断坡之上,转折端位于断坪之上,常形成平顶 的背斜或箱状褶皱,称为褶隆。 tgθ = sin2α /(2+cos2α )
αα
θ
二、断层扩展褶皱
正在形成的逆冲断坡端线部 位形成的褶皱。端线以下部分岩 层缩短,端线以上未断部分通过 褶皱缩短以调节上下的不一致。 这类褶皱一般不对称,前翼很陡 (直立-倒转)。
三、滑脱褶皱(侏罗山式褶皱)
直接位于滑脱面(断坪)上的褶皱。这种褶皱机制需要很 软弱的滑离层,如膏盐层等。褶皱的主要特征是两翼陡立,平 顶或尖顶,核部常为最老的软弱层。
阶梯形断层面的构造要素
1.断坪-断坡构造:断坪是断层面与岩层面大致平行的部分; 断坡是断层切断岩层面的部分。 断坪、断坡一般指断层下盘而言。更严格地可以分为: 1) 下盘断坪:与下盘岩层平行的部分 2) 下盘断坡:切割下盘岩层的部分 3) 上盘断坪:与上盘岩层平行的部分 4) 上盘断坡:切割上盘岩层的部分
2.后展或上叠式:每一新的逆冲断层发育在先存逆冲断层的 上面,各逆冲岩席依次向逆冲来源方向或腹陆扩展,并增生 在前进中的逆冲岩席的后缘。 3.违序式。
前展式中位置最高或最后侧的逆冲席发生最早,后展式中位置 最高的逆冲岩席发生最晚。根据野外观察及模拟实验和理论分 析,确证绝大多数逆冲推覆构造均以前展式扩展
2.双重构造 由底部主断层分支出若干分支断层形成叠瓦状断层, 每个分支断层向上再次合并于一个主(断层)滑动面,底 部主断层称为底板断层,上部主断层称为顶板断层,这种 由顶、底板及其间叠瓦状断层形成的构造称为双重构造。
底板断层、顶板断层、分支断层、马石(断夹块)
根据分支断层的产状, 双重构造还可分为: 1)前倾式双重构造-腹 地倾向双重构造 2)后倾式双重构造-前 陆倾向双重构造 3)背形堆垛式双重构造
六、构造三角带
在反向逆冲断层与其后侧的逆冲断层汇聚部位,形成以反冲断层、分支逆 冲断层和底部拆离断层限定的三角带,其构造变形十分强烈。
第四节、 逆冲断,并切断强硬层向上扩展,这种 向上切断强硬层并与底部拆离断层相连的断层称为分支断,断 层活动中往往是依次发育许多分支断层,形成逆冲断层系。 逆冲断层中分支断层 形成的先后顺序称为逆冲 序列,可分为三类: 1.背驮式或前展式:每一 新的逆冲断层发育在先存 逆冲断层的下面,各逆冲 岩席依次向逆冲方向或前 陆扩展,并增生在前进中 的逆冲岩席的前锋。
第二节、前陆逆冲带的构造特征
一、造山带的基本结构
二、底部拆离断层(滑脱面)
逆冲断层活动时常沿前陆盆地中的软弱岩层、特别是 盖层-基底界面滑动,形成的逆冲推覆体系的底部主断层 面。底部主断层之上则发育众多叠瓦状断层,称为分支断 层。
三、阶梯形断层面
逆冲断层沿断层面 滑动时会使断层上盘的 地层缩短,当缩短量达 到一定量时,逆冲断层 常要切断强硬层向上扩 展,遇到新的软弱层再 沿其滑动,结果形成阶 梯状的断层面。
第 十 章
逆 冲 推 覆 构 造
第一节、基本概念
逆冲断层:广义指上盘相对下盘上升,较老的岩层逆冲到较新 的岩层之上的断层,由水平挤压作用形成。现一般指低角 度(倾角低于30度)的大规模逆断层。 推覆体:经远距离位移的规模巨大的近水平或平卧褶皱岩席, 也称外来体或逆冲席体。是逆冲断层的上盘。 逆冲推覆构造:由逆冲断层和推覆体组成的一种挤压性构造, 通称逆冲推覆体系,是造山带中最常见的构造现象。 (外来体,原地系,根带)
四、背(反)冲断层
逆冲席体沿拆离面运动受阻、沿断坡上升要求很大的侧向挤压力, 应力超过岩石强度时,可形成与断坡共轭的背冲断层,因其与总体逆冲 方向相反,故又称反冲断层。
五、冲起构造
反冲断层与同时形成的逆冲断层所围限的部位,因强烈挤压而上冲, 形成变形强烈的隆起构造,表现为断层切割岩层扭曲的背斜形式。
端线:位移等于零的边界。侵蚀后的平面上表现为两端点。 盲断层:未出露原地表的断层,位移消失在地下。盲断层的 位移消失在断坪区时,逆冲前缘表现为单斜挠曲。断层消 失在断坡部位时,地面表现为一对背、向斜。
五、位移转移带、叠接区或桥区:
断层沿走向不总是一线贯 通,常表现为消失和再现。两 断层的叠接部位有一桥区,称 为位移转移带,即一断层的位 移通过该带转移到另一断层上。
(上盘)断坪 (下盘)断坪
2.前断坡、侧断坡和斜断坡: 根据逆冲方向与断坡方位关系划分: 1)前断坡:走向与逆冲方向近垂直的断坡,主要特征是断层 面发育逆冲擦痕。 2)侧断坡:走向与逆冲方向近平行,断层面上发育近走向或 斜向擦痕。 3)斜断坡:是前断坡与侧断坡的连接部分,斜向擦痕发育。
四、端线与盲断层
被动顶板双重构造:前陆逆冲带前沿部分常出现的一种 特殊的双重构造。为叠瓦断层堆垛在盲逆冲断层前沿的 双重构造,特征是顶板断层是由于下盘的挤入所致,顶 板处于被动地位。
盲 断 层
3.背冲式和对冲式断层系
4.飞来峰和构造窗 逆冲断层上盘被剥蚀,使下盘岩石出露,如果上盘岩石被 剥蚀成孤岛状,则称为飞来峰;如果下盘岩石以天窗式出露, 周围被上盘岩石封闭则称为构造窗。