对称褶皱形成的三维构造物理模拟实验

８２００４年１０月

石油勘探与开发

ＰＥＴＲ【）ＬＥＵＭＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＶ０１．３ｌＮｏ．５

文章编号：１００００７４７（２００４）０５一Ｏ００８一０３

对称褶皱形成的三维构造物理模拟实验

单家增

（中国科学院地质与地球物理研究所）

摘要：依据褶皱形成和演化的三维构造物理模拟实验结果，得到以下认识：在双向挤压应力作用下，在作用应力与受力体边界相互垂直的状态下，且材料的性质为塑性和脆一塑性，各层大致为等厚度，形成的对称褶皱沿ｚ坐标轴由模型中心向两侧近于对称展布，模型最终缩短了初始长度的２７％，褶皱核部较两翼有增厚的趋势；但沿ｚ、ｙ、ｚ坐标轴的构造变形是非一致的，浅部变形与深部变形有较大差异，模型下部发育对冲的逆断层，褶皱轴与应力作用边界有大约３０。的水平夹角，这一特征与层面的非均匀滑动和材料质点的非均匀位移密切相关。在单向挤压应力作用下，应力由作用边界向无应力作用边界传播，产生反作用力，在作用力和反作用力作用下，形成的褶皱变形明显靠近应力作用边界，层的弯曲随着深度的增加由缓变陡，模型下部发育与应力传播方向一致的逆断层。图６表１参６

关键词：对称褶皱；三维构造物理模拟实验

中图分类号：Ｐ５５４文献标识码：Ａ

褶皱是构造变形的主要类型之一，也是重要的含油气构造类型之一＿ｌＪ。褶皱的规模差异较大，通常由几十厘米到上千米不等，可划分为多种几何样式［２‘１，其成因机制一直是构造地质学家关注的焦点问题之一¨］。本文将二维构造物理模拟实验拓展到三维，进行对称褶皱（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆ０１ｄ）和不对称褶皱（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆＯｌｄ）成因机制的构造物理模拟实验研究。

１实验装置和实验材料

至今，世界上还没有商品化的构造物理模拟实验装置问世，许多构造物理模拟实验装置都是研究者根据所要研究的实验内容而研制的。本文实验在中国科学院地质与地球物理研究所构造力学实验室实施，使用的ＳＷＭ０１型三维构造物理模拟实验装置（见图１）最大外围尺寸长１２０ｃｍ、宽４５ｃｍ、高４０ｃｍ，主驱动力是沿盯，方向的挤压应力，挤压应力可以是双向的，也可以是单向的，按所研究的主题确定，施加的应力大小可根据安装在装置两侧的标准弹簧的压缩值换算得到。

图ｌ对称褶皱形成的构造物理模拟实验装置示意图

形成褶皱的岩石类型可多种多样，在挤压应力作用下，褶皱的形成与不同类型岩石的固结度和塑性度有密切关系，通常认为褶皱是岩石未固结和处于塑性状态时变形的产物。为与不同类型岩石实际特征具有良好的相似性，实验中选用了４种不同配方比的凡士林与石蜡的混合物作为未固结的和塑性特征的各种不同类型岩石的替代物。表１给出了实验材料名称等相关参数。

表１实验材料的名称和相关参数

２双向挤压应力作用下对称褶皱变形实验结果

初始实验模型长３１５ｍｍ、宽９０ｍｍ、高５５ｍｍ，由１６层不同颜色、不同配方比的塑性和塑一脆性凡士林与石蜡混合物（见表１）组成，分别由模型的左侧和右侧相向施加挤压应力。在双向挤压应力作用下，初始水平状的模型层发生弯曲，褶皱的样式犹如一条正弦曲线，弯曲模型层的曲率半径由浅到深逐渐增加（见图２ａ）。在模型的下部发育相向对冲的逆断层（见图２ｂ、ｃ），表现出浅部变形与深部变形的非一致性，逆断层的形成与层面滑动的非一致性有密切关系，层面滑动速率的非一致性与层面材料的力学特性直接相关。由图２和图３可清楚观察到模型各点沿３个坐标轴（Ｔ、ｙ和２）的变形是非等同的、非一致的，以及ｏＴｚ（垂直面）和

ｏｚｙ（水平面）构造面的变形特征。　万方数据