准噶尔盆地南缘西部多排断褶带实验模拟和因子研究

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1、准噶尔盆地南缘西部多排断褶带实验模拟和因子研究　　摘要：准噶尔盆地南缘发育多排断褶带，具有南北分带，上下分层的特点。侏罗系的煤层和古近系的泥岩层是两个软弱岩层，根据后缘挤压、前缘双层滑脱的模式论文设计了四组物理模拟实验，模拟了多排断褶带的发育情况。实验结果表明滑脱层以上的地层越厚，滑脱层越显塑性越容易滑脱，滑脱层越厚越容易滑脱。在此基础上笔者提取了四组实验的数据，建立相关矩阵，采用因子分析法，对相关矩阵的结构进行分析。认为该区域断层发育受两大因素控制，第一类：盖层厚度和滑脱层厚度的综合影响；第二类：基底存在和滑脱层性质的综合影响。第一、二排背斜带发育受第一类因素控制，第三排背斜

2、带处于两类因素控制的过渡带，第四排背斜带发育受第二类因素控制。侏罗系煤层的存在为第四、第五排背斜的形成创造了条件。关键词：准噶尔盆地南缘多排断褶带物理模拟因子分析相关矩阵中图分类号：P618文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-000.引言12近年来，构造物理模拟实验在油气盆地构造研究方面取得了显著成效。构造物理模拟实验为油气盆地构造的形成过程和成因机制研究提供了基础依据，在区域构造和局部构造分析基础上，通过物理模拟方法再现构造形成过程，建立合理的构造解释模型已经成为一种有效的研究思路。前人对准噶尔盆地南缘构造变形特点及变形的主控因素开展了

3、深入研究，但对于该地区的研究还处于定性解释和物理模拟验证阶段，在一定程度上对构造解释模型的建立缺乏准确性。因子分析方法在地质学中的应用主要集中在地球化学、沉积相研究和矿物岩石学等方面。笔者将其应用到构造地质学中，首先通过设计物理模拟实验再现了准噶尔盆地南缘多排断褶带的发育情况，再试图通过实验数据分析、定量的探讨控制该区构造带发育的因素。1.准噶尔盆地南缘构造概况准噶尔盆地南缘东西长约500km，南北宽约100km，是地层发育齐全、构造变形独具特色的地区。由于边界条件和各期构造作用的方式、应力方向不尽相同，在南缘地区的不同地段构造变形特点具有显著差异，大致以乌鲁木齐为界分为东、西

4、两个构造带。其中，南缘西部构造带发育多排褶皱-断裂带组合，平面上呈斜向“瓦垅”状构造（图1）12[1]。这种斜列的瓦垅构造带主干断裂为天山北缘断裂，分支构造为压扭性断层和褶皱。剖面上为隔挡式褶皱，即背斜紧闭、向斜开阔。燕山期以来，特别是喜山期右行压扭应力作用下，中、新生代地层沿侏罗系煤层和古近系高塑性泥岩层发生滑脱并弯曲形成了5个断裂背斜构造带。综合前人研究成果，我们认为准噶尔盆地南缘西部构造模式属于后缘挤压、前缘双层滑脱模型（图2）。图1准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带纲要图（据于福生等，2009）[2]（1）-逆断层；（2）-平移断层；（3）-褶皱及编号；（4）-剖面位置及编号；

5、（5）-分带界线；（6）-分带编号：Ⅰ—第一排背斜—冲断带；Ⅱ—第二排背斜—冲断带；Ⅲ—第三排背斜—冲断带；Ⅳ—第四排背斜—冲断带图2准噶尔盆地南缘西部后缘挤压、前缘双层滑脱变形模式2.物理模拟实验前人对准噶尔盆地南缘的野外考察认为，沉积盖层中的两个滑脱层分别为：侏罗系的煤层和白垩系-古近系的泥岩层。地层下部，侏罗系煤层影响着较深部位地层的构造发育，而地层上部的泥岩层影响着较浅部位地层的构造发育。本实验以后缘挤压、前缘双层滑脱模式为理论依据，设计了四组挤压变形模拟实验。2.1实验设备与材料模型设计：砂箱规格为78cm（长）1230cm（宽），模型砂层高度因不同组实验所设计的滑脱

6、层厚度和盖层厚度不同而异，模型的横向比例尺约为1：8.4万。实验底部为刚性基底，单侧马达驱动挤压，设定挤压速率为3mm/min（图3），实验没有设定固定的挤压量，砂层收缩至产生6-7条前展式逆冲断层时停止。实验选用模拟地层的材料为干燥松散的黄色石英砂（粒径0.2～0.5mm），从力学性质上讲，它是国内外通用的模拟地壳浅层次脆性构造变形的材料。滑脱层则选取玻璃粉、食盐等物理形态上与石英砂差距不大的材料。设计了四组实验，其中第一组实验为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.3cm，从下至上依次为石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—

7、石英砂（2层）；第二组实验为为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.5cm，从下至上依次为玻璃粉（1层）—石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—石英砂（2层）；第三组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为食盐（1层）—石英砂（2层）—食盐（1层）—石英砂（3层）—食盐（1层）—石英砂（2层）；第四组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为石英砂（