新疆博格达山前断层相关褶皱的三维构造建模及应变分析

The trend of fault-related fold research is the transition from 2D to 3D. In this study, the construction of 3D structural and restoration model of the fold-and-thrust belt along the Bogda mountain front provides a real case for the 3D fault-related-fold theory and modeling. The multiphase tectonic evolution in the northern Tianshan and foreland basin results in complicated structural superposition and structural activity in the Cenozoic with potential earthquake hazards. In this study, on basis of integrated data including high quality industrial 2D and 3D seismic reflection sections, well data, historical earthquakes, geological map, as well as field observations, we will build the 3D structural and restoration model of structures along the Bogda Mountain Front, which will realize the quantification and refinement of the structural geometry. The 3D structural model will reveal the structural deformation pattern and characteristics, which will serve the scientific community as a basis for the study of active structures and comprehensive probabilistic seismic hazard assessment. Furthermore, it can constrain and verify the tectonic evolution of the Tianshan fold-thrust-belt. In addition, the 3D restoration model can also predict the distribution of the finite strain and the characteristic of cracks, which provides basis for discussing the dynamic status.

断层相关褶皱研究的发展方向是从二维向三维的转化，本研究拟选择博格达山前褶皱冲断带为研究对象展开三维构造建模和应变恢复工作，旨在为三维断层相关褶皱理论和建模提供一个实例分析。北天山及前陆盆地复杂的构造演化导致多期构造叠加，并且新生代构造还处于强烈的活动中，具有地震灾害的潜在危险性。本研究基于大量高精度二维和三维地震反射数据、井资料、历史地震数据、地质图以及野外测量结果进行博格达山前三维构造建模，旨在实现对该区构造几何学研究的定量化、精细化，认识北天山山前和准东前陆盆地新生代构造变形方式和规律，为该区活动构造的研究和地震灾害的评估提供依据，并约束和检验该区中生代以来构造演化历史。进一步结合三维应变恢复预测准东盆地有限应变和裂缝的分布状态，以期探讨博格达山前构造动力学状态。

近年来，在国际上断层相关褶皱三维建模理论技术蓬勃发展，已经被广泛应用于地震灾害的评估、造山带的几何学和运动学机制研究以及油气勘探开发领域中。但在国内这方面的研究刚刚起步，本研究试图通过三维建模方法展开这几方面的探索工作，旨在促使断层相关褶皱的研究从地表走向地下，由二维走向三维，由单纯的几何学走向应变和运动学机制的探讨。. 三维建模和应变恢复可以被应用到油气勘探开发领域，例如本研究选取博格达山前和准东前陆盆地作为研究对象，利用三维构造建模技术对展开定量化、精细化的构造几何学研究，试图认识新生代构造变形方式和规律，进而约束和检验该区的构造演化历史，并结合盆地成藏模拟提出了北三台背斜油气勘探开发的有利区以及多期构造作用对油气成藏的影响。相似的研究还被应用于下扬子黄桥构造和油气成藏规律的研究中。. 2013年Mw 6.6级芦山地震发生在龙门山褶皱冲断带南段，为三维建模研究活动构造提供了十分宝贵的实例。传统的对活动构造的研究通常通过地表观测和探槽开挖方法等解决。然而，本研究则通过地下三维建模的方法研究芦山地震发震断层的几何学，与汶川地震的关系以及震后应力重新分配状态，得出芦山地震的发震断层为山前隐伏断层，并非汶川地震余震，但汶川地震对其有一定的触发作用，震后龙门山南段部分地区仍具有地震灾害危险性。这项研究不仅为区域地震灾害评估提供了参考，还为其它地区活动构造的研究提供了了典型的实例。根据该方法，我们在准东博格达山前通过地表断层坎观测，探槽开挖，地质定年以及地下三维构造建模找到了大量新生代的活动构造，并企图约束该区新生代断层的活动速率。. 为了探讨褶皱运动的几何学和运动学机制的关系，本研究结合三维应变恢复和古地磁分析探讨典型的断层传播褶皱盐井沟背斜的运动学机制，得出其为递变弧形构造，可能是由于晚新生代以来构造应力场方向的改变而形成，不但为区域动力学机制提供了一定的启示，还为其它地区的研究提供了一个新方法。此外，在该项目资助下还开展了其它一些方面研究。由于真正的与现实吻合的三维建模理论和技术实际上尚未建立，本研究通过斜向逆冲的断层转折褶皱和断层传播褶皱的模拟探讨了具有斜向滑移的构造几何学标志，为其他模型的解释提供了依据。