浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对变形影响的物理模拟研究:对乌什和库车褶皱冲断带的启示

摘要

在褶皱冲断带的构造变形中,滑脱层是影响变形的主要控制因素之一.塔里木盆地北缘的乌什和库车褶皱冲断带的构造变形主要受到深浅两套滑脱层的控制,且浅部滑脱层沿走向存在厚度和性质差异.本文采用物理模拟研究方法,结合乌什和库车褶皱冲断带的地质背景,设计了4组实验模型,研究双滑脱层模型中浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对褶皱冲断带变形的影响.实验中用微玻璃珠模拟页岩、泥岩等脆性滑脱层,用硅胶模拟盐岩、膏盐岩等韧性滑脱层.实验模型共铺设两套滑脱层,其中基底滑脱层为均匀分布的脆性滑脱层,而浅部滑脱层沿走向存在厚度和性质差异.实验结果表明:在双滑脱层模型中,浅部滑脱层沿走向的厚度与性质差异对褶皱冲断带的构造变形及楔体坡度值具有重要的控制作用.具体表现为:①当浅部滑脱层沿走向存在厚度差异时,浅部滑脱层较薄一侧的变形制约较厚一侧的变形传递,导致模型整体变形前锋的传递距离较近,且模型两侧的变形前锋的扩展范围基本一致.较薄一侧的断层发育数量明显比较厚一侧的数量多、间距小,且楔体坡度值自较薄一侧向较厚一侧逐渐减小.②当浅部滑脱层沿走向存在性质差异时,浅部脆性滑脱层一侧表现为上下一体的变形,而韧性滑脱层一侧表现为上下分层变形.在两侧浅部滑脱层厚度一致的情况下,韧性滑脱层一侧的传播速度总体快于脆性滑脱层一侧,但两者的最终传递距离趋于一致,楔体坡度值从脆性滑脱层一侧向韧性滑脱层一侧逐渐减小;当浅部脆性滑脱层的厚度减小时,随着缩短量的持续增加,模型两侧变形前锋的传递距离仍然具有趋于一致特点,且模型的楔体坡度值整体偏大,但脆性滑脱层一侧的楔体坡度值始终大于韧性滑脱层一侧.此外,模拟结果验证了在乌什和库车褶皱冲断带中,浅部滑脱层沿走向的性质差异是造成构造样式差异的主要控制因素,但并不一定是造成该冲断带变形前锋发生大规模偏转的根本原因.