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李长圣

Mon, 15 Dec 2025 00:00:00 +0000

东华理工大学地球与行星科学学院副教授硕士生导师

2019年博士毕业于南京大学地球科学与工程学院
2014~现在，主要做离散元并行计算（CPU/GPU）、岩土体及构造相关的数值模拟。
博士期间开发了用于构造变形研究的高性能离散元数值模拟软件，旨在将构造变形研究从定性推向定量。
硕士期间主要做土石混合体，图像处理，网格划分（有限元、有限差分）等方面的工作。

东华理工大学地球科学学学院官网李长圣简历： https://dkxy.ecut.edu.cn/93/7f/c6814a103295/page.htm

每年拟招硕士研究生2名，优先考虑对 构造模拟 软件开发 含油气盆地构造解析 感兴趣的资源勘查工程、地球信息科学与技术、地质、计算机、岩土等相关专业学生，选研究方向如下：

数值模拟软件研发：GPU | MPI | OpenMP 并行、云端CAE、离散元 | 有限差分软件开发
构造变形数值模拟：褶皱冲断带、多层滑脱、诱发地震等（应用研究）
地质灾害数值模拟：城市地面塌陷、滑坡、洞室群稳定性等（应用研究）
地质体三维可视化
人工智能与地球科学

邮箱： lichangsheng@ecut.edu.cn

离散元视频教程

离散元数值模拟软件ZDEM初级教程（DEM）进入课程

本科生课程

面向对象程序设计(C++版) 进入课程
GIS地学应用 (MapGIS、ArcGIS) 进入课程
地学信息三维可视化（GoCAD、Abaqus）进入课程
地图学与计算机制图 (MapGIS、GMT) 进入课程
地学计算机制图 (MapGIS、GMT) 进入课程，推荐关注（ZYL-GLUT） https://space.bilibili.com/514503809

研究生课程

地质工程研究进展（2020年、2022年、2023年、2024年、2025年参与教学）

工作和教育经历

2019.03~至今东华理工大学地球科学学院讲师
- 2019.11~2020.11 中国石油勘探开发研究院访问学者
2014.09~2019.03 南京大学地质资源与地质工程（博士）
- 2018.04~2018.06 南洋理工大学新加坡地球观测研究所(EOS) Paul TAPPONNIER院士（短期访学）
2012.09~2014.06 南京大学地质工程（硕士）
2008.09~2012.07 华北科技学院地质工程（本科）

专利和软件著作权

发明专利
软件著作权：
1. 地质标本数据管理系统 V1.0. 东华理工大学;梅强;李长圣. 2025.
- 地质三维可视化软件 V2.0. 东华理工大学;梅强;李长圣;邹宗良;吴珍云. 2025.
- 地质三维可视化软件 V1.0. 东华理工大学;邹宗良;李长圣;吴珍云;梅强. 2024.
- 基于改进UNet 全卷积神经网络的土石混合体CT图像三维重建系统 V1.0. 东华理工大学, 钟军, 李长圣, 张召，邹宗良. 2023.
- 离散元数值模拟后处理系统 V1.0. 东华理工大学, 钟军, 李长圣, 徐雯峤, 魏华敬, 吴珍云. 2021.
- 覆岩变形分布式监测数据处理系统 V1.0. 张丹, 李长圣. 2019.
- 虚拟沙箱软件 V1.0. 南京大学. 2015

论文发表

会议

第七届全国颗粒材料计算力学会议暨第四届计算颗粒技术国际研讨会. 基于深度学习的颗粒材料应力应变曲线预测. 南京.2024-05
2023年中国地球科学联合学术年会.离散元数值模拟在含油气盆地构造变形定量分析中的应用.珠海.2023-10.特邀报告
第六届全国矿田构造与深部找矿预测学术研讨会.离散元数值模拟在沉积盆地构造变形定量分析中的应用.长沙.2023-04.报告
第五届全国颗粒材料计算力学会议（CMGM 2021）.用于构造变形研究的离散元软件开发与试验验证.武汉.2021-03.摘要
2021年全国高性能计算学术年会，HPCChina2021主题论坛第八届“国产应用软件”专题论坛，用于构造变形研究的离散元数值模拟软件ZDEM：理论、软件与应用. 珠海. 2021-10. 特邀报告，
李长圣,余一欣,周心怀,陈石,吴珍云,徐雯峤,尹宏伟. 基底岩层强度对东海陆架盆地构造特征和演化的影响.2019中国地球科学联合学术年会论文集, 北京, 2019:60-61.（报告+论文）
李长圣. 同构造沉积对库车坳陷盐构造变形演化及应力应变分布的影响. 第二届构造地质学与地球动力学青年术论坛.南京,2019.03.(报告+摘要)
李长圣，尹宏伟*，张佳星，汪伟. 琼东南盆地基底断层性质对凹陷沉积模式的影响：基于离散元数值模拟的认识. 2018中国地球科学联合学术年会论文集, 北京, 2018.（报告+论文）
Chang-Sheng LI, Hongwei YIN*, et al. Comparisons between a high resolution discrete element model and analogue model. 2017 American Geophysical Union Fall Meeting. (Poster+ABSTRACT)
李长圣，尹宏伟*，吴珍云，汪伟. 盐层厚度对塔里木盆地库车坳陷构造差异演化的影响:来自地震剖面和离散元数值模拟的启示. 第一届构造地质学与地球动力学青年学术论坛，昆明，2018.（报告+海报+摘要）
李长圣，尹宏伟. 滑脱层强度对挤压构造的影响:离散元数值模拟. 2017中国地球科学联合学术年会论文集,2017:4. (海报+论文)

科研项目

2019-至今
- 新型油气勘探开发国家科技重大专项：柴达木盆地盆山体系油气成藏机制与新领域勘探技术, 2025.05-2030.12, 课题骨干，在研
- 国家自然科学基金地区基金：克拉通盆地内小位移走滑断裂分层变形的三维离散元定量模拟研究——以塔里木盆地顺北5号断裂为例, 2025.01.01-2028.12.31, 主持，在研
- 国家自然科学基金青年基金：双层滑脱对四川盆地西南部冲断带新生代构造变形过程影响的离散元数值模拟研究, 2022.01.01-2024.12.31, 主持，结题
- 江西省自然科学基金青年基金: 高放废物黏土岩地质处置库洞室群稳定性数值模拟, 2023.07.01-2026.06.30, 主持，在研
- 开放基金：走滑和逆冲断裂形成演化过程数值模拟方法研究，中油油气勘探软件国家工程研究中心，2025-2026，主持，在研
- 横向课题：走滑断裂数值模拟，中国石油勘探开发研究院，2023-2024，主持，结题
- 开放基金：走滑模拟，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，2022-2024，主持，结题
- 横向课题：库车构造模拟, 中国科学院地质与地球物理研究所, 2022-2022, 主持, 结题
- 横向课题：川南页岩层系变形模拟，中国石油勘探开发研究院，2022-2022，主持，结题
- 横向课题：走滑断裂数值模拟，中国石油勘探开发研究院，2021-2022，主持，结题
- 国家自然科学基金面上项目：四川盆地南部高应变构造变形与诱发地震的相关性研究, 2022.01.01-2025.12.31, 参与
- 横向课题：塔里木盆地山前褶皱冲断带变形过程的构造数值模拟, 中国科学院地质与地球物理研究所, 2021.06-2021.09, 主持, 结题
- 国家自然科学基金面上项目：城市地面塌陷发育过程的分布式声学感知与表征, 2021.01.01-2024.12.31, 参与
- 江西省教育厅科学技术研究项目：东海陆架盆地构造特征定量分析与模拟, 2021.01-2023.12, 主持, 结题
- 横向课题：构造演化数值模拟实验, 中国地质大学（北京）, 2019.06-至今, 主持, 结题
- 东华理工大学博士启动基金：克拉通盆地深层古隆起演变机制离散元数值模拟, ，2019-至今，主持
- 东华理工大学博士启动基金：南天山库车坳陷盐下构造建模及变形机制分析, 2019-至今，参与
- 东华理工大学博士启动基金：塔里木盆地南华纪-震旦纪大地构造环境研究, 2019-至今，参与
- 横向课题：克拉通盆地深层古裂陷与隆起演变机制模拟，中国石油勘探开发研究院，2019-2020，参与，结题
博士阶段
- 国家自然科学基金面上项目：多滑脱层挤压构造结构特征与变形机制的定量研究-以塔里木盆地库车坳陷深层构造为例，2015~2019.12，主要参与
- 国家重大科技专项大型油气田及煤层气开发：琼东南盆地深水区构造差异化及构造动力学成因机制，2016~2019，参与
- 横向课题：前陆盆地“顶蓬构造”物理模拟及数值模拟研究，中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，2015~2016，主要参与
- 横向课题：和田河玛东地区潜山及盐相关构造物理及数值模拟实验研究，中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，2017~2018，主要参与
- 国家自然科学基金面上项目：西昆仑山北麓新生代前陆褶皱冲断带构造特征与变形机制定量研究，2014~2016，参与
- 国家科技重大专项：深层构造控藏作用的物理模拟与数值模拟及大型克拉通盆地基底结构研究，2016~2019，参与
- 国家重点基础研究发展计划(973计划)：中国南方古生界页岩气赋存富集机理和资源潜力评价，2014~2016，参与
硕士阶段
- 国家自然科学基金面上项目：库岸含砾滑带土的变形、强度特征与砾-土相互作用机制研究，2014~2015，主要参与
- 横向课题：张集煤矿1611(3)采后覆岩破坏探测，淮南矿业集团张集矿重点项目，2012-2014,参与
- 横向课题：潘一东矿煤层采动应力场变化规律现场探测与反演分析，淮南矿业集团潘一东矿重点项目，2012-2014,参与
本科阶段
- 横向课题：王家岭煤矿高精度地质模型及重大危险源预警系统项目，北京龙软科技股份有限公司，2012.03-04，参与

其他论文

徐雯峤,尹宏伟,汪伟,李长圣. 库车坳陷西段构造变形演化的数值模拟[A]. 2020年中国地球科学联合学术年会论文集,2020:1.
杨庚兄,尹宏伟,汪伟,贾东,王斌,李长圣.塔里木盆地玛扎塔格构造带深层构造分析[J].大地构造与成矿学,2020,44(05):819-830..
杨庚兄,尹宏伟,朱继田,汪伟,熊小峰,李长圣.三维扫描技术在构造物理模拟中的应用——以琼东南盆地为例[J].实验室研究与探索,2020,39(05):8-11+45.
徐雯峤,尹宏伟,李长圣,汪伟. 构造转换带变形特征与变形机制：基于离散元数值模拟的认识[A].2019年中国地球科学联合学术年会论文集.2019:2.
王斌,汪伟,朱礼春,尹宏伟,屈洋,贾东,李长圣.断层相关褶皱在塔里木盆地玛东地区的应用[J].高校地质学报,2019,25(02):268-275.
张佳星,尹宏伟,朱继田,熊小峰,汪伟,李长圣,吴珍云,刘绍文.基底性质对断裂构造的影响:以琼东南盆地为例[J].高校地质学报, 2018, 24(04):563-572.
周鹏,尹宏伟,周露,唐雁刚,李长圣,朱文慧,谢亚妮,尚江伟.断背斜应变中和面张性段储层主控因素及预测方法——以克拉苏冲断带为例[J].大地构造与成矿学,2018,42(01):50-59.
林川,尹宏伟,汪伟,李长圣,能源,周鹏,周露.临界角库伦楔在盐下楔状体的应用:以库车坳陷克拉苏构造带为例[J].高校地质学报, 2017, 23(03):491-498.
周鹏,唐雁刚,尹宏伟,赵双丰,莫涛,张星,朱文慧,李长圣.塔里木盆地克拉苏构造带克深2气藏储层裂缝带发育特征及与产量关系[J].天然气地球科学,2017,28(01):135-145.
Wang W , Yin H , Jia D , Changsheng Li. A sub-salt structural model of the Kelasu structure in the Kuqa foreland basin, northwest China[J]. Marine & Petroleum Geology, 2017, 88.
季婷媛,张丹,李长圣,施斌,陈晓雪. 土石混合体砾-土接触面参数的敏感性分析[A]. 2016年全国工程地质学术年会论文集[C],2016:8.
张丹,张平松,施斌,王宏宪,李长圣.采场覆岩变形与破坏的分布式光纤监测与分析[J].岩土工程学报,2015,37(05):952-957.
王宏宪,张丹,李长圣,独莎莎.基于PPP-BOTDA的膨胀土裂隙发育特征的分析与表征方法研究[J].工程地质学报,2014,22(02):210-217.
指导学生
- 第十七届"挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校内选拔赛一等奖指导老师，2021.05
- 第十七届"挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校内选拔赛三等奖指导老师，2021.05
- 东华理工大学第七届“互联网+”大学生创新创业大赛（校赛）银奖指导老师，2021.09
- 东华理工大学第十八届科技创新暨大学生创新创业训练计划项目特等奖、三等奖和优胜奖指导老师，2021.12
- 指导学生获批入驻东华理工大学创业孵化基地的创业项目，2021
- 第十三届"挑战杯”中国大学生创业计划竞赛东华理工大学校内选拔赛金等奖指导老师，2022.06
- 第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内选拔赛二等奖指导老师，2023
- 东华理工大学第二十届大学生科技创新基金暨创新创业训练计划项目二等奖指导老师，2023
- 江西省大学生创新创业训练计划项目（创业训练、国家级项目）指导老师，云拓科技——致力于打造领先的构造模拟云端实验室，2023
- 江西省大学生创新创业训练计划项目（创新训练、国家级项目）指导老师，临界楔体理论离散元数值模拟验证，2023
学生阶段
- 2009年国家励志奖学金
- 2009年第二十六届全国部分地区（北京）大学生物理竞赛非物理B三等奖
- 2010年优秀学生一等奖学金
- 2011年优秀学生三等奖学金
- 2011年第二届全国部分地区（北京）大学生数学竞赛二等奖
- 2012年学习竞赛单项奖
- 2013年研究生国家奖学金
- 2013年南京大学优秀研究生
- 2014年南京大学优秀毕业生
- 2016年南京大学英才奖学金
- 2017年南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划（B）项目资助

逆冲断层相关褶皱离散元数值模拟及其对后翼变形的启示（Journal of Structural Geology）

Fri, 01 Aug 2025 00:00:00 +0000

逆冲断层相关褶皱理论揭示断层活动及其伴生褶皱的几何学特征与运动学过程，尤其是与断坡相关的褶皱(e.g., Suppe, 1983; Suppe and Medwedeff, 1990; Strayer and Hudleston, 1997; He et al., 2005; Shaw et al., 2005; Brandes and Tanner, 2014; Yan et al., 2016; Plotek et al., 2021; Connors et al., 2021; Sun et al., 2022; Ju et al., 2023; Khalifeh-Soltani et al., 2023)。迄今为止，关于断坡褶皱前翼的几何特征、运动学演化及其主要控制因素，已有大量学者开展了构造定量分析和实验模拟研究。相比之下，对断坡后翼的褶皱变形及其伴生断层的发育演化仍需进一步研究(e.g., Hardy and Ford, 1997; Allmendinger, 1998; Zehnder and Allmendinger, 2000; Hardy and Finch, 2007; Hughes et al., 2014; Pei et al., 2014; Hughes and Shaw, 2014; Chiama et al., 2023; Plotek et al., 2021)。已有研究表明，后翼反冲断层可能直接传播到地表，形成显著的断层崖（如四川盆地西南部的邛西断层）(Jia et al., 2011; Wang et al., 2013)；也有可能局限于断坡上盘下部地层中，表现出明显的分层结构。学者普遍认为，断坡上盘地层的相对强度、局部滑脱层的存在与否，以及断坡的摩擦系数等因素对断坡后翼构造演化具有重要影响(Serra, 1977; Chester et al., 1991; Maillot and Koyi, 2006; Li et al., 2018)。如何更准确地重建这一复杂构造演化过程，并评估各因素的相对贡献，仍是当前亟需解决的关键问题。本文通过开展二维离散元数值模拟（ZDEM），系统探讨逆冲断层相关褶皱的形成与演化特征。研究成果不仅有助于深化对其运动学机制的理解，也为挤压褶皱-冲断地区油气成藏研究和高效勘探提供理论支撑。此外，反冲断层发育机制对于揭示深部隐伏构造的发震机理亦具有重要的指示意义。研究表明：（1）断坡褶皱演化过程中，地层强度的垂向非均质性对反冲逆断层的发育具有重要影响。当上、下两层表现出一致的力学特性时，沿褶皱轴面更容易发育贯通断层。相反，当力学性能存在差异时，变形更倾向于在在较弱岩层内呈现弥散状态。（2）断坡的摩擦系数控制着上盘的变形强度。断坡较低的摩擦系数促进断坡再活化，以及应变沿断坡传播，导致上覆岩层中褶皱和相关断层发育。相反，较高的摩擦系数抑制了断坡再活化，使变形主要集中在断坡后翼，限制了演化后期应变沿断坡的传播。（3）当上构造层和下构造层之间存在一个中间滑脱层时，解耦变形导致呈现不同的结构样式。反冲作用在强度分布均匀的地层中更具有局部化。在上层强度明显大于下层的情况下，反冲作用局限于中间滑脱层之下的区域。此类构造变形特征与柴达木盆地西部的自然实例具有高度相似性，特别是与深部断裂F2相关的反冲断层，其发育范围仅限于沿E32组顶部盐层发育的狮子沟逆冲断层以下区域。

Yang, W., Rao, G., Tang, P., Zhu, C., Wang, R., 2025. Discrete-element numerical simulations of thrust-related folding: Insights into back-limb deformation. Journal of Structural Geology 197, 105442.https://doi.org/10.1016/j.jsg.2025.105442

题目

逆冲断层相关褶皱离散元数值模拟及其对后翼变形的启示

作者

杨文雄¹, 饶刚^1,2*, 唐鹏程³, 朱超³, 汪仁富⁴

西南石油大学地球科学与技术学院，成都 610500
西南石油大学石油和化工行业山前带油气地球物理勘探技术重点实验室，成都 610500
中国石油杭州地质研究所，杭州 310023
中石化西南油气田分公司勘探开发研究院，成都 610041

通讯作者: 饶刚(raogangss@126.com)

摘要

The theory of thrust-related folding has significantly enhanced our comprehension of the kinematic evolution of folds, especially those associated with fault ramps. Despite extensive research into the deformation mechanisms of the fore-limb in the hanging wall folds, the factors influencing back-limb deformation remain relatively underexplored. This study employs a series of discrete-element simulations to investigate the evolution of ramp related folding, particularly focusing on the factors governing the development of back-thrusts. Comparative analyses reveal diverse deformation styles within the hanging wall of a ramp fold. Notably, when the upper layer exhibits significantly greater strength relative to the lower layer, and an intermediate décollement exists between them, decoupled deformation occurs, characterized by back-thrusting predominantly in the lower layer. This phenomenon is analogous to the deep thrust belts beneath the Shizigou anticline in the western Qaidam Basin, northern Tibetan Plateau, where multiple hydrocarbon-bearing layers have been identified. The findings offer significant insights into the mechanisms of thrust-related folding, thereby improving efficient hydrocarbon exploration in relevant regions. Furthermore, unlike the commonly reported nucleation of a fault ramp from the basal d ́ecollement or at an intermediate level, our observations indicate initiation from the shallow section. The detailed mechanism underlying such differential deformation warrant further investigation.

图1. 与斜坡相关褶皱相关的断层发育：（a）示意图显示斜坡褶皱顶部壁中后翼断层的形成； (b) 融合地震反射和钻探数据的英雄山脉西部构造带综合地质剖面和地层柱状图（改编自Li等，2018）。

图2. 岩石变形实验表明，后推断主要局限于下部的砂岩层（改编自Chester等，1991）。

图3. 实验模型的初始配置差异：（a）上层与下层直接接触，（b）上层与下层之间由100米厚的间隔剥离层分隔。在两种配置中，模型左半部分在缩短前均存在基底剥离层。

图4. 实验1–4的结果。在没有中间脱离层的情况下，下层配置为粘结参数集T2，而上层分别在实验1至4中被分配参数集T1至T4。

图5. 实验5–8的结果。与初始的四个模型（实验1–4）相比，每个模型中都引入了额外的中间脱离层。

图6. 实验9至11的结果。在实验8观察到解耦变形后，在保持上层为T4的情况下，对下层材料的强度进行了变化研究。具体而言，实验9、10和11中使用的下层材料温度分别设定为T1、T3和T4。

图7. 实验12–14的摩擦系数变化结果。与先前实验中使用的0.1系数不同，实验12、13和14分别采用了0.00、0.05和0.2的系数。

图8. 在均匀16%体积缩短后代表性模型的比较分析：（a）实验1；（b）实验2；（c）实验4；（d）实验5；（e）实验6；及（f）实验8。

结论

The results of our discrete-element numerical simulations concerning the back-limb deformation during ramp folding lead to the following conclusions. (1) The vertical heterogeneity in stratal strength under ramp folding has a significant influence on the development of back-thrusts. When the upper and lower layers exhibit uniform mechanical properties, a through-going fault is more likely to develop along the axial plane of the fold. Conversely, when there is a disparity in mechanical properties, deformation tends to be more diffuse within the weaker layer. (2) The friction coefficient of the ramp governs the deformation intensity of the hanging wall. A lower ramp friction promotes reactivation of the ramp and facilitates strain propagation along it, leading to folding of the overlying strata and associated fault development. Conversely, higher friction coefficients suppress ramp reactivation, concentrating deformation predominantly in the hinterland region and limiting strain propagation to the ramp position during later stages of evolution. (3) When an intermediate d ́ecollement exists between the upper and lower layers, decoupled deformation results in distinctly different structural styles. Back-thrusting is more localized in strata with uniform strength distribution. In cases where the upper layer exhibits significantly greater strength relative to the lower layer, back-thrusting is confined to the region beneath the intermediate detachment layer. These modelled tectonic characteristics align with the patterns observed in natural examples from the western Qaidam Basin, particularly where back-thrusting associated with the deep fault F2 is confined to the area beneath the Shizigou thrust fault, which developed along the salt layer at the top of the E32 formation.

致谢

本研究中，作者使用ZDEM软件（https://geovbox.com/en/）进行了模拟实验。我们感谢莱斯大学的Julia Morgan提供其离散元代码（RICEBAL v5.4）及后处理脚本和算法，这些工具已被用于处理并展示本研究中呈现的模型输出结果。我们对李长生博士在数值模拟过程中提供的宝贵建议表示感谢。我们还感谢编辑和两位审稿人提出的建设性反馈和深刻建议，这些建议显著提升了本文的清晰度。本研究得到国家自然科学基金（编号：42272271）和中国石油科技重大项目（编号：2023ZZ02）的支持。

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Yang, W., Rao, G., Tang, P., Zhu, C., Wang, R., 2025. Discrete-element numerical simulations of thrust-related folding: Insights into back-limb deformation. Journal of Structural Geology 197, 105442. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2025.105442

多边形断层系统（PFSs）俯冲对增生楔构造变形与浅部慢滑移事件（SSEs）的影响（Science Advances）

Wed, 09 Jul 2025 00:00:00 +0000

2025年7月5日，河海大学海洋学院王毛毛教授课题组及其合作者在国际顶尖综合类期刊《Science Advances》发表了题为“Effects of incoming polygonal fault systems on subduction zone and slow slip behavior”的研究论文，揭示了西太平洋新西兰Hikurangi俯冲带与日本南海海槽中多边形断层系统（PFSs）俯冲对增生楔构造变形与浅部慢滑移事件（SSEs）的影响机制。

俯冲带发生的大地震及其造成的海啸、海底滑坡等是全球海洋中最具破坏性的自然灾害类型。传统上认为俯冲界面断层主要通过两种方式吸收板块间的相对运动，分别为：1）粘滑，即周期性的地震快速滑动；2）蠕滑，即与板块运动速率一致的稳态滑动。但近年来，测地学与地震学观测显示俯冲带还存在多种慢地震类型，包括慢滑移事件（slow slip events, SSEs）、低频地震（Low frequency earthquakes, LVEs）、甚低频地震（Very low frequency earthquake, VLVEs）、构造震颤（tectonic tremors）等。其中，SSEs表现为在俯冲界面周期性发生数厘米至数十厘米的断层滑动，每次持续时间超过数天、数月、甚至数年。SSEs可以通过增加相邻断层面的静态应力来触发俯冲界面的大地震，如日本海沟长达十年的SSEs被认为可能触发了2011年Mw 9.0日本东北地震，因此对其深入研究可能是预测俯冲带未来大地震的关键突破点。

图1 西太平洋新西兰希库朗吉（Hikurangi）俯冲带地形、IODP 375航次钻位、NZ3D三维地震体以及2014年SSEs等分布

尽管SSEs在全球多个俯冲带已有大量观测，然而对于其形成机制仍不明确。在众多假设中，粗糙海底的俯冲以及俯冲界面断层带内的岩性非均质性被普遍认为是主要影响因素。历史记载与现代观测表明，新西兰希库朗吉和日本南海海槽俯冲带都曾发生大地震，并频繁出现浅部SSEs、tremors、VLFEs以及海啸等现象。海底大地测量显示，希库朗吉北缘和南海海槽的SSEs与VLFEs向上延伸至海底以下2公里，甚至可能一直延伸至海沟处（图1）。这是全球最浅且记录最为完整的SSEs，因此提供了绝佳的机遇来通过大洋科学钻探、地球物理探测、构造解析、数值模拟等手段来研究SSEs的本质机制与行为，及其与俯冲界面大地震之间的关系。最近的研究在南海和希库朗吉海槽等俯冲带的输入沉积序列中，发现了多边形断层系统（PFSs）。这些PFSs具有正断层位移性质、多边形结构和紧密间距特征，大多位于输入板块的原型滑脱层正上方。输入板块中发现的PFSs引发了关于其在巨型逆冲断层结构、水文地质及地震行为中作用的重要问题：这些PFSs在俯冲过程中是否会在增生楔内重新活化，以及是否会影响巨型逆冲断层的应变分配、几何粗糙度及物质非均质性？

针对上述问题，研究人员结合国际大洋发现计划（IODP）372/375航次钻探结果、基于离散元数值模拟，结合Hikurangi边缘最新采集的三维地震反射数据体（NZ3D）、可控源大地电磁（HT-RESIST）数据解释，来研究输入板块的多边形断层系统（PFSs）在进入俯冲带后，对增生楔和板块边界巨型逆冲断层的运动学与力学影响。采用离散元方法（ZDEM）建立一系列对比模型，探究不同倾角与间距PFSs在增生楔中的断裂演化过程，最终评估其对增生楔构造演化及板块界面滑动性质的影响。三维地震解释证实紧邻巨型逆冲断层界面的PFSs能够被激活并沿构造走向逐渐演化成主逆冲断层（图2）。研究发现，希库朗吉和南海海槽来临板块中PFSs的典型断层倾角与DEM数值模拟揭示的最有利于激活的断层倾角范围一致（图3）。

图2 NZ3D地震数据体构造解译揭示了PFSs在增生楔底部的位置及其与主逆冲断层的空间关系

结合NZ3D三维地震速度模型以及大地电磁数据的对比表明，PFSs的重新活化可以为流体运移提供了双重通道效应：既可沿板块界面输送下部楔体的流体，也可导致滑脱层之下富含流体火山碎屑岩的瞬态渗漏。这些现象与楔体底部地层扰动以及剪切应力减弱等现象吻合，因此增强了沿巨型逆冲断层的几何不规则性、流体压力与应力分布的非均质性。综合这些发现表明，俯冲带输入板块中PFSs的激活与增生可能通过此前未被认识的机制，对俯冲带浅部多种慢地震现象的产生起到促进作用。

图3 DEM模拟PFSs增生过程的断层结构和最大剪应力场的统计数据对比

论文第一作者和通讯作者为河海大学海洋学院王毛毛教授，合作者包括新西兰国立水与大气研究所（NIWA）首席科学家Philip Barnes博士、美国德州大学奥斯汀分校Demian Saffer教授、夏威夷大学Gregory Moore教授等，以及河海大学海洋学院博士研究生马皓然、硕士研究生王明和河海大学海洋学院苏金宝教授等。该研究得到了国际大洋发现计划（IODP）、IODP中国办公室、国家自然科学基金项目（42172232）等支持。

下载链接：

Maomao Wang, Philip M. Barnes, Demian Saffer, Gregory F. Moore, Haoran Ma, Ming Wang, Jinbao Su (2025). Effects of incoming polygonal fault systems on subduction zone and slow slip behavior. Science Advances, 11(27), eadu4227. IF2025 = 12.5

题目

Effects of incoming polygonal fault systems on subduction zone and slow slip behavior

作者

Maomao Wang^1*, Philip M. Barnes², Demian Saffer³, Gregory F. Moore⁴, Haoran Ma¹, Ming Wang¹, Jinbao Su¹

College of Oceanography, hohai University, nanjing, Jiangsu, china.
National in stitute of Water and Atmospheric Research, Wellington, new Zealand
University of texas institute for Geophysics, Austin, tX, USA
Department of earth Sciences, University of hawaii, honolulu, hi, USA

Correspondence to: Maomao Wang(wangmm@hhu.edu.cn)

摘要

The physical properties of subduction inputs profoundly influence megathrust slip behavior. Seismic data reveal extensive polygonal fault systems (PFSs) in the input sequences of the Hikurangi Margin and Nankai Trough. The mechanical and hydrological effects of these incoming PFSs on subduction zones are potentially substantial. Here, we investigate their effects following transport into the accretionary wedge by integrating discrete- element modeling with three- dimensional seismic interpretation. We find that the typical dips of the incoming PFSs over lap with modeled dips prone to reactivation and confirm that subducting PFSs can be reactivated and gradually evolve into major thrust faults. Comparisons with electromagnetic data indicate that PFSs may provide conduits for fluid leakage along the plate interface, coincide with disrupted strata and decreased shear stress, and enhance geometric and stress heterogeneity along the megathrust. These suggest that PFSs may play a previously unrec ognized role in contributing to shallow slow earthquake phenomena in subduction zones.

Figure 2. Bathymetric map showing the location of the NZ3D seismic volume at the northern Hikurangi Margin.

(A) Regional tectonics setting. (B) Blue lines with labels are seismic slip contours (cm) for the September to October 2014 SSes (12). White transparent rectangle demarks the location of the coherent depth slice at 5140 m shown in Fig. 4c. Red star shows the location of the 1947 tsunami earthquake. Yellow circles mark the locations of iOdP expeditions 372 and 375 drilling sites. the blue and purple thick lines show the locations of the sections in (d) and Fig. 10A, respectively. (C) lithostratigraphy for iOdP site U1520 (3, 24). Bidirectional arrows indicate that PFSs develop primarily in calcareous, clay- rich sediments of Unit iv. (D) Partial section of il 135 in nZ3d showing PFSs, seamounts, décollement, proto- décollement, and slow slip. mbsf, meters below seafloor.

Figure 4. Seismic profiles and coherence depth slice from the NZ3D reflection volume showing accreted PFSs and thrust faults in the Hikurangi Margin.

(A) Perspective view of the seismic profile (il 135) and coherence depth slice (5140 m) looking northwest. (B) enlarged panel from il 135 showing PFSs, the southern part of the Pāpaku thrust, and other faults. (C) coherence depth slice at 5140 m showing the distinct expression of PFSs in the pelagic unit within the accretionary wedge. (D) crossline 2075 showing the relationship between the lateral ramp of Pāpaku thrust and PFSs through which the thrust emerges. vertical exaggeration is 1.5:1.

Figure 6. Comparison of structural deformation without and with polygonal faults in accretionary wedges based on DEM simulation.

(A) Without polygonal faults and (B to D) with polygonal faults at dip angles of θ = 35°, 45°, and 55°, respectively. The red + blue and white + blue areas represent trench fill and pelagic sediment units, respectively. T1 to T6 represent the thrust faults generated sequentially during the deformation process. The deformation strain field is superimposed on the colored layers.

Figure 7. Statistical data for modeled fault structures and maximum shear stresses field in the accretionary wedge.

(A) Probability density function of the subducting PFS fault dips calculated from seismic reflection data in hikurangi and nankai margins. the blue transparent regions of (A) to (c) represent the dip range (45° to 65°) that is most favorable for the reactivation of PFSs. (B and C) Quantity and proportion of fore- thrusts and back- thrusts faults formed in the deM Model i under various PFS fault dips. (D and E) distribution of maximum shear stresses within the wedges in the smooth reference model and the PFS- bearing model (fault dip, θ = 55°). Model shortening is 23 km.

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Wang M, Barnes P M, Saffer D, et al. (2025). Effects of incoming polygonal fault systems on subduction zone and slow slip behavior. Science Advances, 11(27): eadu4227. https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adu4227

转载自 https://www.hhu.edu.cn/2025/0705/c166a305280/page.htm

四川盆地西南部自流井背斜多期构造变形的构造解析与数值模拟及其对含盐-褶皱冲断带变形传播的启示（Tectonophysics）

Fri, 27 Jun 2025 00:00:00 +0000

褶皱-冲断带作为造山带与沉积盆地之间的重要构造单元，蕴含着丰富的构造变形信息。在长期而复杂的演化过程中，挤压变形是如何向变形前缘传递，以及软弱滑脱层（如盐岩）的空间展布及属性特征如何影响构造前缘的发育，仍需进一步深入研究。位于四川盆地西南部的自流井背斜，处于川东南褶皱-冲断带向北西方向传递的变形前缘，是研究含盐褶皱-冲断带前缘变形特征以及变形传播机理的重要实例。本研究基于高精度三维地震资料，采用面积-深度-应变（Area-Depth-Strain, ADS）定量分析方法（Eichelberger et al., 2015），对自流井背斜的变形期次及其构造缩短量进行了厘定。在此基础上，利用离散元数值模拟实验（ZDEM 软件，Li, 2019; Morgan, 2015），重建了该背斜的形成与演化过程，揭示了滑脱层尖灭对变形传播的控制机制，从而进一步深化了对含盐前陆褶皱-冲断带变形前缘构造演化规律的认识。研究表明，该地区主要经历了加里东期、印支期、燕山–喜玛拉雅期三期显著的构造缩短事件。离散元模拟实验有效再现了自流井背斜的形成过程，其中寒武系膏盐底滑脱层在挤压变形过程中起到了重要的润滑作用，促进了构造变形从造山带快速向盆地内部传播。加里东期的挤压促使自流井背斜雏形初步形成，随后在持续的强烈挤压作用下，构造幅度逐步增大。然而，在构造叠加过程中也形成了两个具有时间差异的亚变形区。同时，受中浅滑脱层影响，整体构造表现出一定的分层结构特征。

Liu, J., Rao, G., Bai, S., Xiong, X., Zhang, J., Yang, W., Yin, C., Zhong, Y., Tang, P., Qiu, J., Gao, L., 2025. Structural analysis and numerical modeling of multi-stage tectonic deformation in the Ziliujing anticline, SW Sichuan Basin, China: Implications for deformation propagation in salt-bearing fold-and-thrust belts. Tectonophysics 908, 230760.https://doi.org/10.1016/j.tecto.2025.230760

题目

四川盆地西南部自流井背斜多期构造变形的构造解析与数值模拟及其对含盐-褶皱冲断带变形传播的启示

作者

刘嘉伟¹, 饶刚^1,2*, 白森³, 熊小林³, 张金武³, 杨文雄¹, 尹超¹, 钟雅琪¹, 唐鹏程⁴, 邱建华⁵, 高麟⁶

西南石油大学地球科学与技术学院，成都 610500，中国
西南石油大学石油和化工行业山前带油气地球物理勘探技术重点实验室，成都 610500
中国石油集团长城钻探工程有限公司四川页岩气项目部，威远 642450
中国石油杭州地质研究院，杭州 310023
中国石化无锡石油地质研究所，无锡 214126
山东黄金地质矿产勘探有限公司，烟台 261400

通讯作者: 饶刚(raogangss@126.com)

摘要

Investigating the multi-stage tectonic evolution of fold-and-thrust belts (FTBs) remains a significant challenge. In particular, the evolution of its internal structures and the mechanisms that govern deformation propagation require further research. This study focuses on the Ziliujing anticline located in the southwestern Sichuan Basin, China. It provides an in-depth analysis of the structural development and evolution of the frontal zone of the SW Sichuan FTB, which has propagated from the southeast to the northwest. Through detailed interpretation of seismic reflection profiles and quantitative area-depth-strain (ADS) analysis, we have identified three distinct stages of tectonic shortening corresponding to the Caledonian, Indosinian, and Yanshan-Himalayan orogenic periods. These findings are consistent with the established history of regional tectonic evolution. Furthermore, discrete-element numerical simulations demonstrate that the pinch-out of the basal décollement exerts a significant influence fault development and the formation of overlying fold patterns during multi-stage tectonic deformation. During the initial phase, deformation progressively propagates forward until it reaches the tip of the décollement, where subsequent deformation becomes predominantly localized. The decoupling effect induced by the intermediate décollement facilitates the continued forward propagation of underlying deformation. These insights contribute to a deeper understanding of the multi-stage compressional deformation of salt-bearing fold-thrust belts and the critical factors governing the propagation of deformation from mountain ranges to basins.

图1. (a) 四川盆地的构造分区图。 (b) 四川盆地西南部魏源和紫柳井背斜的简化地质图（改编自张等，2023）。(c) 基于地震反射剖面解释得到的区域地质剖面图（改编自贾等，2020）。需注意，自流井背斜位于四川盆地东南部FTB的西北部前缘。

图3. Ziliujing背斜（见图1c所示位置）A-A′剖面的ADS分析。（a）在两个子区域（A1和A2）内共识别并标注了24个地层。(b) 和 (d) 展示了两个背斜（标记为 1 和 2）的面积-高度图，表明前生长地层（呈现线性模式）与同构造生长地层（随着高度增加，面积呈现下降趋势）明显分离。 (c) 和 (e) 分别显示了相应背斜的高度函数下的缩短量。

图4. 芝留井背斜（见图1c所示位置）B-B′剖面的ADS分析。(a) 同样，在两个子区域（分别标记为B1和B2）内共标注了24个地层。 (b) 和 (d) 展示了背斜1和背斜2的面积-高度图，表明线性前生层与同构造生层之间存在分离。 (c) 和 (e) 分别给出了高度函数下的缩短量。

图5. 芝留井背斜（见图1c所示位置）C-C′剖面的ADS分析。(a) 在两个子区域（C1和C2）内共标注了24个地层。 (b) 和 (d) 展示了子区域1和2的面积-高度图，表明线性前生层与同构造生层之间存在分离。 (c) 和 (e) 分别展示了高度函数下的缩短量。

图7. 本研究中的模型设置包括：(a) 具有1.5度基底倾角的初始配置；以及(b) 总缩短15公里后多阶段结构演化的代表性结果。详见表2和表3中实验1至5中测试的详细粒子参数和变量。

图8. 三个实验（1–3）中不同基底脱离分布的结果。（a）在实验1中，基底脱离最初在距右边界30公里处形成。（b）在实验2中，整个实验区域内存在连续的基底脱离。（c）在实验3中，不存在基底脱离。

图9. 实验1和实验5中分别使用（a）和不使用（b）中间层的实验对比。其中，实验5未包含中间层的剥离及其上覆地层。

结论

By integrating structural analysis of seismic reflection profiles with numerical simulations, we have drawn the following conclusions. (1) Our ADS analysis confirms that the Ziliujing anticline, as a superimposed structure, has experienced multi-stage tectonic shortening during the Caledonian, Indosinian, and Yanshan-Himalayan orogenic periods. (2) The presence of the Middle-Lower Cambrian detachment layer, composed primarily of gypsum and salt, facilitated the northwestward propagation of compressional deformation originating from the SE Sichuan FTB during the Caledonian period. This deformation rapidly reached its leading edge in the Ziliujing anticline. (3) The development of the Ziliujing anticline is predominantly influenced by the pinch-out of the Cambrian salt detachment. Detailed structural analysis indicates a sequential evolution of internal structures at the deformation front. Upon reaching the pinch-out, subsequent deformation tends to localize there.

致谢

我们感谢Alan G. Nunns允许使用StructureSolverTM软件（https://www.structuresolver.com/）。作者使用ZDEM软件（https://geovbox.com/en/）进行模拟实验。我们感谢莱斯大学的Julia Morgan提供其离散元代码（RICEBAL v5.4）及后处理脚本和算法，这些工具已被用于处理并展示本研究中呈现的模型输出结果。我们对编辑和审稿人提供的建设性反馈表示感谢，这些反馈显著提升了本文的清晰度。我们还从与闫兵（Bing Yan）和汪仁富博士的深入讨论中获益良多。本研究得到国家自然科学基金（编号：42272271）、 the Open Fund from SinoProbe Laboratory, CAGS (No. SinoProbe Lab 202213)及四川省自然科学基金（编号：2022NSFSC0212）的支持。

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Liu, J., Rao, G., Bai, S., Xiong, X., et al. 2025. Structural analysis and numerical modeling of multi-stage tectonic deformation in the Ziliujing anticline, SW Sichuan Basin, China: Implications for deformation propagation in salt-bearing fold-and-thrust belts. Tectonophysics 908, 230760. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2025.230760

四川盆地威远背斜诱发地震的构造控制机理(Tectonics)

Fri, 11 Apr 2025 00:00:00 +0000

本文VBOX(ZDEM)实验脚本下载： The code for our DEM experiments can be obtained from Open Science Framework https://osf.io/9hn74/.

本文研究了四川盆地威远背斜地区的构造对诱发地震的控制作用。通过地震解释、离散元数值模拟（DEM）和三维建模，探讨了威远背斜的结构与力学演化及其与水力压裂（HF）诱发地震的关系。研究发现，威远背斜的形成与基底卷入构造楔体密切相关，该结构由深部前冲断层和反向逆冲断层（BT）组成。在沉积盖层中，发育了密集的小位移逆冲断层，连接了志留系页岩滑脱层和寒武系滑脱层，促进了流体压力的向下扩散。研究结果表明，威远区块的诱发地震主要受控于两类构造：一类是与基底卷入构造楔相关的反向逆冲断层，其引发了2019年威远M 5.4地震等M>4的中强地震；另一类是沉积盖层中的页岩滑脱层，其与密集的逆冲断层共同作用，导致了M<4的小型地震。离散元模拟揭示了该区域基底卷入构造的形成过程及其对地震活动的控制机制，而三维结构模型进一步验证了地震与断层结构的空间关联性。这些发现为理解挤压环境下水力压裂诱发地震的机制提供了新视角，并对四川盆地及其他类似地质背景区域的页岩气开发中的地震风险评估具有重要启示。研究强调了识别基底断层结构和滑脱层分布对预防诱发地震的关键作用 (Ma & Wang, 2025)。

Ma, H., & Wang, M. (2025). Structural control of induced seismicity in the Weiyuan anticline, southwestern Sichuan foreland thrust belt, China. Tectonics, 44, e2024TC008617. https://doi.org/10.1029/2024TC008617

题目

Structural Control of Induced Seismicity in the Weiyuan Anticline, Southwestern Sichuan Foreland Thrust Belt, China
四川盆地威远背斜诱发地震的构造控制机理

作者

Haoran Ma, Maomao Wang

Institute of Tectonics and Geophysics, College of Oceanography, Hohai University, Nanjing, China

摘要

Over the past decade, the development of shale gas in the southwestern Sichuan foreland thrust belt, China, has led to a significant increase in induced seismicity, including one of the world’s largest hydraulic fracturing (HF)‐related induced earthquake (ML 5.4), occurring in the Weiyuan anticline. Here, we investigated the structural and mechanical evolution of the Weiyuan anticline and its relationship with HF‐induced earthquakes using seismic interpretation, the discrete‐element method (DEM), and three‐dimensional structural modeling. Interpretation of the seismic reflection profiles revealed a basement‐involved wedge structure and two west‐dipping multi‐bending thrust ramps in the basement. East of the Weiyuan anticline, extensive small‐ displacement thrust faults developed between the Cambrian and Silurian shale detachments in the sedimentary cover. DEM simulation showed that the structural wedge formed by the underlying blind thrust ramp and back thrust (BT) controlled the Weiyuan anticline formation. With increased shortening, the fault slip continued to propagate east of the Weiyuan anticline along the Cambrian detachment, leading to the development of extensive thrust faults. 3‐D structural modeling showed that M > 4 induced earthquakes were primarily located on a BT in the structural wedge, while M < 4 events were distributed along the hydro‐fractured Silurian shale and Cambrian detachment. Densely developed thrust faults in the sedimentary cover connect the overpressured Silurian shale to the Cambrian detachment, promoting the downward diffusion of fluid pressure and favoring micro‐small M < 4 induced seismic events. This study provides new insights into the seismic hazard assessment of HF development in fold‐and‐thrust belts.

Figure 1. Topography map of the Longmen Shan and Sichuan Basin with major faults and cities. The red line indicates the location of seismic reflection profile PQ-92 in Fig. 5. The white pentagrams represent the MS 5.4 Weiyuan, MS 6.0 Luxian, MS 6.0 and 5.3 Changning respectively. The seismicity records from 1970 to 2014, and 2014 to 2020 are distinguished with grey and yellow circles, respectively. The earthquake data were obtained from the China Earthquake Networks Center, http://www.ceic.ac.cn/history in Chinese.

Figure 5. (a) Structural interpretation of seismic reflection profile PQ-92 across the region of the Weiyuan to Dengjingguan anticlines, with wells K7 and WH101 constraining the horizons, are shown. (b) Restoration results of deformed horizons from Weiyuan to Dengjingguan anticlines. The shortening of the base of the Jurassic layer in a representative structural profile is 2.5 km. The Cenozoic sedimentary strata within this area in the profile are absent. The profile is shown at 2X vertical exaggeration. BT: back thrust; PCD: pre-Cambrian detachment; D1: Middle Triassic detachment; D2: Lower Silurian detachment; D3: Mid-Upper Cambrian detachment.

Figure 6. Schematic representation of the experimental setup. (a) The initial model setup contained homogeneous mechanical properties. (b) The contractional wedge model setup contained two-level basal detachments and three detachments in sedimentary cover, the wedge point occurs within the basement. (c) The shallow thrust ramp merged with an east-dipping detachment fault at the wedge point. BT: back thrust; PCD: pre-Cambrian detachment.

Figure 7. Progressive evolution observed in homogeneous model, with distortional strains superimposed on the colored strata. (a)–(d) The results of the model at total shortenings of 7 km (a), 10 km (b), 13 km (c), and 16 km (d). F1–F5 denote thrust faults in the order of their formation. DTR: deep thrust ramp.

Figure 8. Progressive evolution observed in contractional wedge model, with distortional strains superimposed on the colored strata. (a)–(d) The results of the model at total shortenings of 7 km (a), 10 km (b), 13 km (c), and 16 km (d). BT: back thrust; FT: fore thrust; STR: shallow thrust ramp; DTR: deep thrust ramp; D1: Middle Triassic detachment; D2: Lower Silurian detachment; D3: Mid-Upper Cambrian detachment.

Figure 10. Progressive evolution observed in the partitioned slipping wedge model, with distortional strains superimposed on the colored strata. (a)–(d) The results of the model at total shortenings of 7 km (a), 10 km (b), 13 km (c), and 16 km (d). BT: back thrust; PCD: pre-Cambrian detachment; STR: shallow thrust ramp; DTR: deep thrust ramp; D1: Middle Triassic detachment; D2: Lower Silurian detachment; D3: Mid-Upper Cambrian detachment.

Figure 11. Comparison between the structural cross-section of the Weiyuan to Kongtan anticlines and the result of the partitioned slipping wedge model. (a) Interpreted seismic profile in Figure 5. (b, c) The result of the partitioned slipping model when the shortening amount is 16 km, graph with distortional strains superimposed on the colored strata (b), graph only with distortional strains (c). BT: back thrust; PCD: pre-Cambrian detachment; D2: lower Silurian detachment; D3: mid-upper Cambrian detachment.

Conclusions

Combined with structural interpretation, DEM simulations, and 3-D modeling, this study revealed the structure, kinematics, and mechanical evolution of a preexisting basement-involved structural wedge beneath the Weiyuan anticline and multiple detachments of the sedimentary cover in the southwestern Sichuan foreland fold-and-thrust belt, China, and discussed their influences on induced seismicity. Based on our study results, the following conclusions were drawn: (1)The Weiyuan anticline is formed by a preexisting basement-involved contractional wedge consisting of a basal thrust ramp and a back thrust fault. East of the Weiyuan limb, the fault slip continued to propagate along the Cambrian detachment, contributing to the development of extensive low-displacement thrusts that cut through the Silurian shale detachment. (2) The earthquakes induced in the Weiyuan block were primarily controlled by preexisting compressional basement-involved thrust structures and multi-level detachments in the sedimentary cover. The largest induced earthquake (2019 ML 5.2 event), along with other M > 4 earthquakes, occurred on BT within the basement-involved wedge structure. (3) In the sedimentary cover, induced earthquakes (M < 4) primarily occurred between the Silurian shale and the middle–upper Cambrian shale detachments. Densely developed thrust faults connect the high-pore-pressure Silurian shale with Cambrian shale detachment, promoting the downward diffusion of pore pressure, which enhances the occurrence of induced earthquakes.

Acknowledgments

We thank Editor‐in‐Chief Taylor Schildgen, Associate Editor Judith Hubbard, reviewer Andreas Plesch, and one anonymous reviewer for their comments and suggestions.This research was supported by the National Natural Science Foundation of China (42172232 and 41702202) and National Key R&D Program of China (2021YFC3000604). Numerical simulations were performed on the discrete element modeling software VBOX (www.geovbox.com/en). The authors thank Prof. Julia Morgan from Rice University for generously sharing her discrete element code (RICEBAL v5.4) and post-processing scripts and algorithms, which have been used to process and display the model outputs presented in our modeling. The numerical simulation of this study is performed on the computing facilities in the High-Performance Computing Center (HPCC) of Nanjing University.

Data Availability Statement

We used VBOX version 2.1 ( Li et al., 2021 ; https://geovbox.com/en/) for the discrete-element method (DEM) numerical simulations. The web site https://geovbox.com/en/ provides manual and tutorial, examples, and references for VBOX version 2.1. The code for our DEM experiments can be obtained from Open Science Framework (https://osf.io/9hn74/). The relocated seismicity data used in this study is provided by Zi et al. (2023). The seismic reflection data, drilling wells, and structural maps were provided courtesy of the Southwest Oil and Gas Field Company, PetroChina. They cannot be released to the public. 3D models after time to depth conversion, including Middle-Upper Cambrian detachment, Lower Silurian detachment, and main faults, can also be obtained from Open Science Framework (https://osf.io/9hn74/).

References

Li, C., Yin, H., Wu, C., Zhang, Y., Zhang, J., Wu, Z., et al. (2021). Calibration of the Discrete Element Method and Modeling of Shortening Experiments . Frontiers in Earth Science, 9(May),1–12.

https://doi.org/10.3389/feart.2021.636512

Zi, J., Yang, H., Su, J., & Chen, L. (2023). Structural constraints of induced earthquakes in the Weiyuan Shale Gas Field revealed by high-resolution body-wave tomography and earthquake relocation [Dataset]. Tectonophysics, 864(June), 230007.

https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.230007

中间滑脱层之下冲断系统构造指向的离散元模拟：对扎格罗斯简单褶皱带沿走向变化的启示（GSA Bulletin）

Thu, 20 Mar 2025 00:00:00 +0000

在冲断楔或褶皱-冲断带中，通常认为单个滑脱层只控制直接位于其上方冲断系统的构造指向（structural vergence）。然而，这一主流认识却无法解释沿扎格罗斯简单褶皱带（Zagros Simply Folded Belt）走向，广泛分布的基底滑脱层（霍尔木兹盐层）上方发育完全不同构造指向（包括前冲、双冲、后冲）的现象（图1）。此外，尽管中间滑脱层对扎格罗斯简单褶皱带构造样式的控制作用已得到广泛认知，但其对下伏冲断系统构造指向的影响机制仍不明晰。

针对上述科学问题，中国科学院青藏高原研究所何建坤研究员及其团队的博士生周超，王卫民副研究员，王信国高级工程师，与中国科学技术大学地球与空间科学学院的苏浩博士，西班牙高等科学研究委员会海洋科学研究所的Jonas B. Ruh博士，中国地震局地震预测研究所的王洵副研究员和潘正洋副研究员合作，依托国家自然科学基金项目（42120104004）和“第二次青藏高原综合科学考察研究”专项（2019QZKK0708）的资助，利用ZDEM软件（李长圣，2019）开展离散元数值模拟实验并进行应力应变分析（Morgan，2015），系统研究了中间滑脱层对其之下冲断系统构造指向的影响。

离散元数值模拟实验表明：

在基底滑脱层极其薄弱的条件下（μ = 0），通过改变中间滑脱层的强度、厚度和埋深，我们在中间滑脱层之下的冲断系统中重现了所有类型的冲断楔（即前冲、双冲、后冲）。这表明中间滑脱层的性质可决定其下方冲断系统的构造指向。这一发现对以往认为单个滑脱层只控制直接位于其上方冲断系统构造指向的传统认知提出了挑战；
中间滑脱层特性（强度、厚度与埋深）与缩短速率的特定组合，对其之下冲断系统中后冲冲断楔的发育至关重要。力学上，这些参数组合可能决定了上冲断系统对下冲断系统摩擦力的大小。因此，我们提出不同冲断系统之间的摩擦作用或可为后冲冲断楔的形成提供一种新的成因机制；
结合地质和地球物理观测，我们认为在扎格罗斯简单褶皱带的走向上，广泛分布的基底滑脱层（霍尔木兹盐层）之上出现的构造指向变化，可能源自中间滑脱层（加奇萨兰蒸发岩）在走向上强度、厚度和埋深方面的差异。因此，我们提出在未来的研究中应重视不同尺度冲断系统之间的相互作用。

Zhou, C., He, J., Su, H., Ruh, J.B., Wang, X., Wang, W., Wang, X., Pan, Z. (2025). Discrete element modeling of the structural vergence beneath intermediate décollements: Implications for along-strike variations in the Zagros Simply Folded Belt. GSA Bulletin. https://doi.org/10.1130/B37988.1 [IF2024 = 3.9]

题目

Discrete element modeling of the structural vergence beneath intermediate décollements: Implications for along-strike variations in the Zagros Simply Folded Belt

作者

Chao Zhou^1,2, Jiankun He^1,2, Hao Su³, Jonas B. Ruh⁴, Xun Wang⁵, Weimin Wang¹, Xinguo Wang¹, Zhengyang Pan⁵

State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Environment and Resources (TPESER), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Laboratory of Seismology and Physics of Earth’s Interior, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
Institute of Marine Sciences, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, 08003, Barcelona, Spain
Key Laboratory of Earthquake Forecasting, Institute of Earthquake Forecasting, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China

Correspondence to: Jiankun He (jkhe@itpcas.ac.cn) Hao Su (suhao1226@ustc.edu.cn)

摘要

In thrust wedges with multiple weak layers, individual décollements are generally thought to control only the structural vergence of the thrust systems directly above them. However, along the strike of the Zagros Simply Folded Belt, the structures above a common basal décollement at the Hormuz salt layer exhibit different vergence, including forward-, doubly-, and backward-vergent thrust wedges. Despite the importance of intermediate décollements for determining structural styles in the Zagros Simply Folded Belt, their effects on the structural vergence of the thrust system beneath them remain poorly understood. To address this issue, we conducted systematic experiments using discrete element models with a basal décollement on top of the basement and an intermediate décollement within the overlying strata. By varying the strength, thickness, and depth of the intermediate décollement, we successfully reproduced all types of thrust wedges (i.e., forward-, doubly-, and backward-vergent) in the thrust system beneath it. This suggests that intermediate décollements can determine the vergence of the thrust wedges beneath them. Moreover, our results reveal that specific combinations of intermediate décollement properties and shortening rates are crucial for the development of a backward-vergent thrust wedge in the thrust system beneath the intermediate décollement. This provides an alternative mechanism for the formation of such wedges. Together with geological and geophysical observations, we propose that intermediate décollements are responsible for along-strike vergence variations in the Zagros Simply Folded Belt. Thus, the interactions between thrust systems at various scales should be emphasized.

Figure 1. Simplified tectonics and cross sections across the Zagros Fold-and-Thrust Belt. (A) Topographic relief map showing the tectonics of the Zagros Fold-and-Thrust Belt (modified from Sherkati et al., 2006). Sky blue vectors show GPS velocities with respect to the stable Eurasia frame (after Vernant et al., 2004). (B–E) Cross sections across the northwestern Fars (modified from Sherkati et al., 2006), Izeh (modified from Sherkati et al., 2006), and Lurestan (modified from Farzipour Saein et al., 2009). (F–H) Stratigraphic column of the Fars (after Najafi et al., 2014), Izeh (modified from Najafi et al., 2018; Najafi and Lajmorak, 2020), and Lurestan (after Casciello et al., 2009). The topographic relief base maps were prepared with the Generic Mapping Tools software (Wessel and Smith, 1995).

Figure 3. Sequential deformed particle results of reference model, with the black and magenta lines showing the thrusts formed in the lower and upper thrust systems, respectively. Numbering denotes the initiation sequence of thrusts (same in the following figures). μud—friction coefficient of intermediate décollement; hud—thickness of intermediate décollement; Dud—depth of intermediate décollement; v—shortening rate.

Figure 4. Sequential strain results of reference model. (A–F) Volumetric strain. (G–L) Distortional strain. Black and magenta lines show the thrusts formed in the lower and upper thrust systems, respectively. μud—friction coefficient of intermediate décollement; hud—thickness of intermediate décollement; Dud—depth of intermediate décollement; v—shortening rate.

Figure 5. Sequential stress results of reference model. (A–F) Maximum shear stress (τmax). (G–L) Mean stress (σm). Black and magenta lines show the thrusts formed in the lower and upper thrust systems, respectively. μud—friction coefficient of intermediate décollement; hud—thickness of intermediate décollement; Dud—depth of intermediate décollement; v—shortening rate.

Figure 6. Final particle configurations for (A) Model 1 without upper thrust system; (B) Model 2 without intermediate décollement; (C) reference model. Black and magenta lines show the thrusts formed in the lower and upper thrust systems, respectively.

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Zhou, C., He, J., Su, H., Ruh, J.B., Wang, X., Wang, W., Wang, X., Pan, Z. (2025). Discrete element modeling of the structural vergence beneath intermediate décollements: Implications for along-strike variations in the Zagros Simply Folded Belt. GSA Bulletin. https://doi.org/10.1130/B37988.1

库车前陆盆地秋里塔格褶皱冲断带东段盐相关构造变形：来自地震解释及数值模拟分析的证据（Journal of Structural Geology）

Wed, 19 Feb 2025 00:00:00 +0000

秋里塔格褶皱冲断带油气资源丰富，但构造复杂，圈闭不落实，导致勘探的成功与失利并存。油气勘探地震和钻孔数据为研究提供了资料基础，秋里塔格褶皱冲断带东段是含盐型多滑脱褶皱变形的理想研究区(Tang et al,2004;Xu et al ,2007; Zhao et al, 2016; Zheng et al, 2016; Zhu et al,2024；Yang et al,2018,Chen et al, 2022,Yin et al,2011,Duan et al 2021)。盐下地震资料反射品质差，相同地震剖面也存在不同的地震解释方案，研究区库车坳陷秋里塔格褶皱冲断带东段构造几何学特征认识并不明确，并且缺乏定量解析与数据统计。同时，秋里塔格褶皱冲断带东段盐下的成因机制也存在争议，已有的研究模型包括：①古隆起模型②膏盐层模型③先存断裂模型④同沉积构造模型(Yin et al,2011; Duan et al 2021; Chen et al, 2022; Yang et al,2018,2024)，并不能够真实地反应秋里塔格褶皱冲断带的分段变形机制，制约了对秋里塔格褶皱冲断带形成演化过程的深入认识。

针对上述问题，中国地质大学（北京）李传新副教授及其团队硕士生朱英中等人，依托国家自然科学基金项目(No.U24B6001 and No. 42330810)的资助，应用断层相关褶皱理论对盐下构造进行定量解析，利用Geovbox软件（李长圣，2019）开展离散元数值模拟实验，明确了库车前陆盆地秋里塔格褶皱冲断带的分段变形特征及成因的影响因素。

研究表明：秋里塔格褶皱冲断带可划分为三个不同的构造分段：（1）迪那段：主要发育一组底辟型冲断断层，其断层切角为37°，水平冲断距离约为900米，构造展宽为5000m。（2）东秋段：发育两组盖层滑脱式断层。断层F1的截切角为24°，水平冲断距离约为3000m，构造宽度为7000m，伴有次级断层发育，形成箱型褶皱。断层F2的切角为21°，水平冲断距离约为300m。（3）中秋段：发育三组盖层滑脱冲断断层。断层F1的截切角为29°，水平冲断距离约为500m，构造宽度为2000m，伴有次级断层发育。断层F2的截切角为6°，水平冲断距离约为500m，构造展宽为4000m；断层F3的截切角为25°，水平冲断距离约为300m，构造宽度为3000m。

滑脱层的厚度直接影响断层的发育模式。数值模拟结果表明：当滑脱层厚度小于800m时（如迪那段），秋里塔格褶皱冲断带以基底卷入式断裂为主，总冲断距离仅为2000m；而当滑脱层厚度大于800m时（如东秋段和中秋段），该构造带转变为多组盖层滑脱式断层组合，总冲断距离超过25000m，显示出显著的冲断距离增加。

数值模拟表明，随着地层倾角由0°增加到2°和3°，褶皱幅度约减小20%。由断层F2和F3控制的褶皱幅度相较于0°倾角模型减少了约30%。当倾角由2° 增加至3°时，冲断距离减少约4千米，褶皱幅度进一步降低约20%，但整体构造发育模式保持不变。中秋段的双盐层模型则增大前缘次级断层发育的规模，其前缘背斜的幅度和波长增加了约20%–30%。

Zhu Y ,Li C ,Jiang X , et al.Differential salt-related structural deformation in the Eastern segment of the Qiulitage fold and thrust belt, Kuqa Foreland Basin: Evidences from seismic interpretation and numerical simulation analysis[J].Journal of Structural Geology,2025,194105372-105372.

题目

Differential salt-related structural deformation in the Eastern segment of the Qiulitage fold and thrust belt, Kuqa Foreland Basin: Evidences from seismic interpretation and numerical simulation analysis.

作者

Yingzhong,Zhu^a，Chuanxin,Li^a,*，Xinyi,Jiang^b，Yibo,Zhao^a，Gulifeire,Tulujun^a，Bencai,Zhang^a

a, School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing, 100083, China b, Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources of Ministry of Education, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan, 430074, China

*Corresponding author ：E-mail: chuanxin_li@163.com

Fig 1 Tectonic framework map of the Kuqa Foreland Basin.

The KFB, located in the northern Tarim Basin, is characterized by its Cenozoic compressional salt structures. The KFB in the northern Tarim Basin hosts prominent Cenozoic compressional salt structures, with surface-exposed salt-related features being rare yet significant The QFTB is situated along the southern margin of the KFB, to the north of the Baicheng Depression–Yiqikelike Structural Belt, and to the south, it is adjacent to the Tabeishan Uplift–Yangxia Depression(Fig 1). Laterally, it is positioned between the Wensu Uplift and the Tuerke Ming Structural Belt(Wang et al 2017; Xie et al, 2014; Li et al 2020; He et al 2023; Ju et al 2023;Zhu et al 2024).

Fig 6 Structural interpretation of the A-A' Profile.

Profile A-A’ of the Central Qiulitage Segment (Fig 6) is located about 7 km from the paleo-uplift, where the detachment layer of the Jurassic-Triassic strata is approximately 1,000 m thick. This thickness exceeds that of the detachment layer in the Dongqiu area (800 m) and the Dina area (600 m). The region features dual salt layers, including the Jidike Formation salt layer (approximately 800 m thick) and the Kumugeliemu Formation salt layer (about 150 m thick).Fault-bend folds are predominantly developed beneath the salt layers. Fault F1 has a cutting angle of 29°, a horizontal thrust distance of about 500 m, and a structural width of 2 km. Fault F2 has a cutting angle of 26°, a horizontal thrust distance of about 500 m, and a structural width of 4 km. Similarly, Fault F3 has a cutting angle of 25°, a horizontal thrust distance of about 300 m, and a structural width of 3km.In the northernmost section, Y-shaped faults (part of the Kelasu structural belt) are observed. Together with the Qiulitage fold-thrust belt, they form the thrust-nappe system of the Kuqa Depression. Above the salt layers, counterthrust blocks are evident, and growth strata in the Kangcun Formation suggest that the main tectonic activity occurred during the Himalayan orogeny.The Central Qiulitage Segment is characterized by a relatively thick lower detachment layer and the development of dual salt layers, forming multi-detachment-layer folding deformation. The paleo-uplift’s obstruction effect is most pronounced here, leading to smaller fault dip angles, shorter thrust distances, and the forward propagation of three imbricate caprock-detachment faults.

Fig 7 Structural interpretation of the B-B' Profile

The Profile B-B’ of the Eastern Qiulitage Segment(Fig 7), located about 12 km from the paleo-uplift, the Jurassic-Triassic detachment layer is approximately 800 m thick, which exceeds the thickness in the Dina area (600 m). This region belongs to the Jidike Formation salt development zone, where the average salt layer thickness is about 600 m. Fault-bend folds dominate the structural deformation beneath the salt layer. Fault F1 has a cutting angle of 24°, a horizontal thrust distance of about 3 km, and a structural width of 7 km. Secondary faults are developed, forming box-shaped folds. Fault F2 has a cutting angle of 21° and a horizontal thrust distance of about 300 m.Secondary faults related to Fault F2 disrupt the integrity of the anticline structure.Above the salt layer, fault-related folds are visible, and growth strata in the Kangcun Formation suggest that the main tectonic activity occurred during the Himalayan orogeny.The Eastern Qiulitage section is characterized by a relatively thick lower detachment layer, which results in smaller fault dip angles. The paleo-uplift exerts a strong obstruction effect in this area, leading to longer horizontal thrust distances and the formation of two forward-propagating caprock-detachment faults.

Fig 8 Structural interpretation of the C-C' Profile

The Profile C-C’ of the Dina area(Fig 8), located near the orogenic belt and approximately 25 km from the paleo-uplift, the basement dip angle is relatively low, and the structural stress is the strongest. The Jurassic-Triassic detachment layer is approximately 600 m thick, which is thinner than the lower detachment layers in the Zhongqiu section (1,000 m) and the Dongqiu section (800 m).This area represents the pinch-out zone of the Jidike Formation salt layer, where the average salt thickness is only 400 m.Fault-bend folds dominate the structural features beneath the salt layer. Fault F1 exhibits a cutting angle of 37°, a horizontal thrust distance of 900 m, and a structural width of 5 km. These features, combined with high-angle faults in the northern structural zone, create a staircase-like fault system. Growth strata in the Kangcun Formation above the salt layer suggest that the main tectonic activity phase occurred during the Himalayan orogeny.The Dina section is the region of the QFTB that experiences the strongest structural stress.Owing to the weak obstructive effect of the paleo-uplift and the thin lower detachment layer, faults in this area show larger dip angles and longer thrust distances. A single row of basement-involved faults characterizes this region, reflecting its unique tectonic features.

Fig 14 Experimental Results Comparison of the Thickness Model of Qiulitage Fold and Thrust Belt

In models with varying detachment layer thicknesses (200 m, 400 m, and 600 m), the F1 fault forms first, elevating progressively with compression and deforming the overlying salt layers. The F2 fault develops with further compression; in the 200m model, the F2-controlled anticline reaches its maximum scale. As detachment thickness increases, this scale decreases, and in the 600 m model, the F3 fault initiates formation at the front, with a structural width of less than 1 km, indicating a reduced scale compared to other models. In both the base model (800 m) and the 1000 m model, only the F1 fault remains a basal thrust fault, while F2 transitions into a cover-layer detachment fault. Development of the F3 fault is significantly enhanced, and overall thrust distance is considerably greater than in the first three models. This suggests that with a detachment layer under 800m, two basal-involved faults form, leading to a shorter thrust distance. With detachment layers over 800m, only one basal thrust fault forms, and two cover-layer detachment faults propagate at the front, creating a total thrust distance of approximately 25 km(Fig 14).

Fig 15 Experimental Results Comparison of the Dip Angle Model of Qiulitage Fold and Thrust Belt

Despite significant differences in stratigraphic dip angles, the overall fault and fold development patterns remain consistent across models, with minor variations in fault propagation and fold amplitudes. In each model, the F1 fault forms at the compressional front as a basement-involved thrust, F2 controls box fold development, and F3 controls the secondary anticline at the front, with both F2 and F3 being cover-layer detachment faults. In the 0° dip angle model, overall thrust displacement is greatest, and the folds controlled by F2 and F3 exhibit the largest amplitudes and displacements. In the 3°dip angle model, thrust displacement is shortest, and structural development is most compact, with folds controlled by F2 and F3 exhibiting amplitudes reduced by 30% compared to the 0° model. Thus, we conclude that as the dip angle increases, thrust displacement gradually shortens, structural scale decreases, but the development pattern remains unchanged(Fig 15).

Fig 16 Experimental Results Comparison of the Double Salt Layer of Qiulitage Fold and Thrust Belt

With the addition of an extra gypsum salt layer, the overall structural development pattern remains similar to the base model, with both showing basal-involved faults (F1) and two sets of cover-layer detachment faults (F2 and F3) at the front that control fold formation. However, a notable difference appears in the anticline controlled by the secondary faults at the front: adding the gypsum salt layer results in a 20-30% increase in the amplitude and wavelength of the frontal anticline. Thus, we conclude that deformation under double salt-layer control can increase the structural scale by enhancing fold amplitudes by 50%(Fig 16).

Fig 17 Comparison Diagram of Experimental Model and Geological Model

To validate the conclusions from the experimental model, we compared the results, reflecting actual model parameters, with real seismic profiles(Fig 17). In the actual geological model, the profiles Central Qiulitage segment A-A’, Eastern Qiulitage segment B-B’, and Dina segment C-C’ correspond to a-a’, b-b’, and c-c’ in the simulation model, respectively. Comparison between the typical profile A-A’ from the Central Qiulitage segment and the simulation result a-a’ shows that, under the double salt-layer model, the QFTB develops three sets of detachment thrust faults. Notably, the size of the anticline controlled by the frontal faults is significantly enlarged, and the experimental observations closely match the actual seismic profile interpretation. Similarly, a comparison between the typical profile B-B’ from the Eastern Qiulitage segment shows a detachment layer thickness exceeding 800 m, whereas the experimental model assumes a fixed thickness of 800 m. Both profiles develop two sets of cover-layer detachment thrust faults, accompanied by box-shaped fold structures, with the experimental results aligning well with the seismic interpretation.In the Dina segment, a comparison between profile C-C’ and the simulation result c-c’ indicates that when the detachment layer thickness is less than 800 m, two sets of step-like basement-involved reverse faults develop, consistent with the northern structural zone and the QFTB observed in the actual geological model, exhibiting similar morphological characteristics. The experimental results replicate key features observed in the seismic profiles, such as the geometry and spacing of the reverse faults in the northern structural zone.

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Zhu Y ,Li C ,Jiang X , et al.Differential salt-related structural deformation in the Eastern segment of the Qiulitage fold and thrust belt, Kuqa Foreland Basin: Evidences from seismic interpretation and numerical simulation analysis[J].Journal of Structural Geology,2025,194105372-105372. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2025.105372

基于离散元数值模拟的雪峰山前陆褶皱冲断带齐岳山分界断裂性质与形成过程（现代地质）

Mon, 21 Oct 2024 00:00:00 +0000

王帅杰,颜丹平,周志成,等.基于离散元数值模拟的雪峰山前陆褶皱冲断带齐岳山分界断裂性质与形成过程.现代地质,2025,39(01):18-30.DOI:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.126.

题目

基于离散元数值模拟的雪峰山前陆褶皱冲断带齐岳山分界断裂性质与形成过程

作者

王帅杰^1,2, 颜丹平^1,2, 周志成^1,2, 孔霏^{1, 2}, 景含阳^1,2, 廖威^1,2

中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,深时数字地球前沿科学中心,地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083;
中国地质大学(北京) 陆内火山与地震教育部重点实验室，北京 100083)

摘要

以 NE 向齐岳山断裂为界，雪峰山前陆褶皱冲断带被分割为西北部的川东隔挡式褶皱冲断带和东南部的湘西隔槽式褶皱冲断带。由于对齐岳山断裂的性质和形成过程一直未有定论，导致对雪峰山前陆褶皱冲断带形成过程和形成机制认识的严重分歧。为探究齐岳山断裂的形成及其对两侧构造变形差异的控制作用，在地震反射剖面解释基础上，本文采用离散元数值模拟方法，设置 5 组模型并进行实验研究。结果表明，若存在先存断裂，变形会优先集中于先存断裂部位，改变变形过程中断层产生的顺序。若不存在先存断裂，而是存在多套滑脱层且内聚力强度都很弱时，变形主要沿下部滑脱层传递；当中间弱滑脱层厚度大于下部滑脱层时，变形受中部滑脱层控制，其上下部分的能干层发生轻微解耦，由基底滑脱层产生的断层倾角发生变化。通过与地震反射剖面解释结果对比，认为雪峰山前陆褶皱冲断带为“断坪-断坡-断坪-断坡”双层台阶式断弯褶皱带，齐岳山断裂是在前陆褶皱冲断带递进变形过程中形成的，其两侧构造变形差异受基底滑脱层的分布和寒武系滑脱层的力学性质和厚度主导，其中湘西隔槽式褶皱冲断带受基底滑脱层控制，为深层断弯褶皱带。川东隔挡式褶皱冲断带受寒武系滑脱层控制，志留系和三叠系滑脱层在两个地区起调节作用，为浅层断弯褶皱带。

图5 模型1(a)在缩短量分别为14 km(b)、28 km(c)、42 km(d)的递进演化和其对应的体积应变((e)—(g))

图6 模型2(a)在缩短量分别为14 km(b)、28 km(c)、42 km(d)的递进演化和其对应的体积应变((e)—(g))

图7 模型3(a)在缩短量分别为14 km(b)、28 km(c)和42 km(d)的递进演化及其对应的体积应变((e)—(g))

图8 模型4(a)在缩短量分别为14 km(b)、28 km(c)、42 km(d)的递进演化和其对应的体积应变((e)—(g))

图9 模型5(a)在缩短量分别为14 km(b)、28 km(c)、42 km(d)的递进演化和其对应的体积应变((e)—(g))

结论

通过5组离散元数值模拟实验，结果显示雪峰山前陆褶皱冲断带及齐岳山断裂东西两侧变形主要受控于基底滑脱层和寒武系滑脱层的分布和力学性质。综合分析认为：

当存在多套滑脱层且内聚力强度较弱时，应力主要沿下部滑脱层传递。
当中间弱滑脱层厚度超过下部滑脱层时，变形受中间滑脱层控制，二者之间的能干层发生轻微解耦，由基底滑脱层产生的断层发生偏转。
齐岳山断裂是递进变形过程中形成的，其两侧变形差异受基底滑脱层的分布和寒武系滑脱层的力学性质主导，志留系和三叠系滑脱层起调节作用，因此较少的突破盖层露出地表。
雪峰山前陆褶皱冲断带表现为“断坪-断坡-断坪-断坡”的双层台阶式断弯褶皱带，其中川东褶皱冲断带为浅层断弯褶皱带，湘西褶皱冲断带为深层断弯褶皱带，齐岳山断裂为递进变形过程中形成的连接二者的断层，并非先存断裂。

致谢

衷心感谢匿名审稿专家提出的宝贵意见和建议，感谢编辑部老师在处理稿件过程中给予的帮助和理解。模拟实验使用的软件为李长圣博士研发的离散元数值模拟软件 ZDEM(https://geovbox.com)，应力应变的处理参考了 Julia Morgan 提供的脚本，在此表示感谢。

褶皱-冲断楔内部远端变形传递的离散元模拟及其对青藏高原北部和伊朗高原北部早期变形的启示（Journal of Structural Geology）

Fri, 26 Jul 2024 00:00:00 +0000

经典的库仑临界楔理论（Coulomb critical wedge）是解释冲断楔体生长过程的基本理论（Chapple, 1978; Dahlen, 1990; Davis and Engelder, 1985; Davis et al., 1983）。该理论认为冲断楔的变形由后陆向前陆依次发育，即远端变形最晚发生。然而，越来越多的地质证据却表明，远离南部碰撞带的青藏高原北部和伊朗高原北部在印度和阿拉伯与欧亚大陆碰撞后不久就发生了变形（图1）。此外，尽管软弱下地壳和远端先存断层（或弱带）普遍存在，但它们与早期远端变形的关系仍不清楚。

针对上述问题，中国科学院青藏高原研究所何建坤研究员及其团队的博士生周超，王卫民副研究员，王信国高级工程师，博士生赵由佳和江勇，与中国科学技术大学地球与空间科学学院苏浩博士合作，依托国家自然科学基金项目（42120104004, 42174112）和“第二次青藏高原综合科学考察研究”专项（2019QZKK0707）的资助，利用ZDEM（李长圣，2019）开展离散元数值模拟实验并进行应力应变分析（Morgan，2015），探讨了远端先存断层、基底滑脱层和早期远端变形传递之间的关系。

离散元数值模拟实验表明：

先存断层的存在是远端发生早期变形的必要条件；
远端先存断层能否在早期发生变形依赖于基底滑脱层的强度，而与模型宽度无关；强的基底滑脱层无法激活远端先存断层，相反，弱的基底滑脱层可以使它们在早期发生变形；
在弱基底滑脱层的情况下，较慢的缩短速率不仅有利于远端先存断层在早期吸收更大的缩短，而且冲断楔的变形顺序会更加明显的偏离顺序向前的变形传递方式。

这些发现表明，远端先存断层的优先变形在力学上受控于弱的基底滑脱层。结合地质和地球物理观测，我们认为在阿拉伯和印度板块与欧亚板块碰撞后不久，青藏高原北部和伊朗高原北部出现的早期变形很可能是先存断层（弱带）在软弱下地壳的作用下发生优先活化变形的结果(Zhou et al., 2024)。

Zhou, C., He, J., Su, H., Wang, W., Wang, X., Zhao, Y., Jiang, Y. (2024). Discrete element modeling of distal deformation propagation in thrust wedge and Implications for early deformation on Northern Tibetan and Iranian Plateaus. Journal of Structural Geology, 184, 105150. [IF2023 = 3.1]

题目

Discrete element modeling of distal deformation propagation in thrust wedge and Implications for early deformation on Northern Tibetan and Iranian Plateaus

作者

Chao Zhou^1,2, Jiankun He^1,2, Hao Su³, Weimin Wang¹, Xinguo Wang¹, Youjia Zhao^1,2, Yong Jiang^1,2

State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Environment and Resources (TPESER), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Laboratory of Seismology and Physics of Earth’s Interior, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, China

Correspondence to: Jiankun He (jkhe@itpcas.ac.cn)

摘要

Coulomb critical wedge theory predicts that thrust wedges would grow sequentially from the hinterland to the foreland, meaning that distal deformation occurs last. However, in the northern Tibetan and Iranian Plateaus, far away from the southern collision zones, widespread deformation occurs soon after collisions of Arabia and India with Eurasia. Additionally, despite the prevalence of weak lower crust and distal pre-existing faults or weak zones, their relationship to early distal deformation remains poorly understood. For this reason, we run systematic experiments of discrete element models involving basal d´ecollement layer as well as distal pre-existing fault. Our model results reveal that (1) the presence of pre-existing faults is necessary for the occurrence of early distal deformation; (2) the early deformation of distal pre-existing fault is dependent on basal d´ecollement strength and independent of model width; (3) strong basal d´ecollement fails to activate the distal pre-existing faults, instead weak basal d´ecollement can deform them at the early stage; (4) in the presence of weak basal d´ecollement, a slower shortening rate not only facilitates greater shortening absorption by the distal pre-existing fault at the early stage but also results in a more pronounced deviation from sequentially-forward deformation propagation. These findings demonstrate that the preferential reactivation deformations of distal pre-existing faults are mechanically controlled by a weak basal d´ecollement layer. Together with geological and geophysical observations, we suggest that the early deformations of northern Tibetan and Iranian Plateaus may be the result of the reactivation of pre-existing faults due to the existence of weak lower crust soon after collisions.

Figure 1. (a) Early deformation superimposed on topographic reliefs at and around the Tibetan and Iranian Plateaus (Tectonic information modified from François et al., 2014; Gao et al., 2013; He and Chéry, 2008; Ye et al., 2021). The locations of collision zones (IYSZ and MZT) are drawn from Yin, 2006 and Su and Zhou, 2020. Sutures are drawn from Robert et al., 2014 and P. Zhang et al., 2022. IYSZ = Indus-Yarlung suture zone, MZT = Main Zagros Thrust, BS = Bangong-Nujiang suture zone, JS = Jinsha suture zone, KS = Kunlun suture zone, SQS = South Qilian suture zone, NQS = Nouth Qilian suture zone, NTP = northern Tibetan Plateau, NIP = northern Iranian Plateau. QTT = Qiman Tagh thrust, NKT = North Kunlun thrust, NQT = North Qaidam thrust. References: (1) He et al., 2018; (2) He et al., 2017a; (3) Y. Wang et al., 2015; (4) An et al., 2020; (5) Chen et al., 2011; (6) F. Wang et al., 2016; (7) G. Wang et al., 2007; (8) A. Wang et al., 2010; (9) Zhuang et al., 2018; (10) J. Zhang et al., 2015; (11) Lin et al., 2019; (12) B. Zhang et al., 2017; (13) X. Wang et al., 2016; (14) Qi et al., 2016; (15) Jian et al., 2018; (16) Du et al., 2018; (17) Cheng et al., 2016; (18) Qi et al., 2015; (19) He et al., 2022; (20) Li et al., 2012; (21) Yin and Harrison, 2000; (22) François et al., 2014; (23) Horton et al., 2008; (24) Rezaeian, 2008; (25) Ballato et al., 2010. (b) Representative N-S structural profile across the Tibetan Plateau (modified by Ding et al., 2022 after Kapp & DeCelles, 2019). (c) Representative N-S structural profile across the Iranian Plateau (after Morley et al., 2009 based on data from Guest et al., 2006b and Ballato et al., 2008 for the Alborz Mountains, from McQuarrie, 2004 for the Zagros Mountains, and from Agard et al., 2005 for the Sanadaj-Sirjan zone).

Figure 3. Results of Reference Model with distal pre-existing fault, low friction coefficient of basal décollement μb = 0.00, low friction coefficient of basal décollement μf = 0.00, faster shortening rate v = 5.0 × 10-3 units/s and initial width w = 200 units. (a-e) Sequential results with distortional strains superimposed on the deformed particles. (f-j) Sequential results of volumetric strains. Numbering denotes the initiation sequence of thrusts (same in the following figures).

Figure 4. Stress results of Reference Model. (a-e) Maximum shear stress. (f-j) Mean stress.

Figure 5. Results of Model 1. (a-e) Sequential results with distortional strains superimposed on the deformed particles. (f-j) Sequential results of volumetric strains.

Figure 9. Results of Model 6. (a-e) Sequential results with distortional strains superimposed on the deformed particles. (f-j) Sequential results of volumetric strains.

Figure 10. Results of Model 7. (a-e) Sequential results with distortional strains superimposed on the deformed particles. (f-j) Sequential results of volumetric strains.

致谢

The software used for the simulation experiments was ZDEM (https://geovbox.com/en/), a discrete element numerical simulation software developed by Dr. Chang-Sheng Li. We thank Julia Morgan at Rice University for providing her discrete element code (RICEBAL v5.4) and post-processing scripts and algorithms, which have been used to process and display the model outputs presented in our modeling. We acknowledge Beijing PARATERA Tech CO., Ltd. for providing HPC resources that have contributed to the research results reported in this paper (https://paratera.com/). This paper benefited significantly from the thorough and constructive comments and suggestions by two anonymous reviewers, and Editor Dr. Jianhua Li. This work was jointly supported by the Natural Science Foundation of China (No. 42120104004 and 42174112), and the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program (No. 2019QZKK0708).

参考文献

限于篇幅，参考文献详见：Zhou, C., He, J., Su, H., Wang, W., Wang, X., Zhao, Y., Jiang, Y. 2024. Discrete element modeling of distal deformation propagation in thrust wedge and Implications for early deformation on Northern Tibetan and Iranian Plateaus. Journal of Structural Geology, 184, 105150. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2024.105150.

附件（实验过程）

Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.jsg.2024.105150.

库车坳陷西部阿瓦特—博孜地区构造变形差异及数值模拟分析（地质科学）

Sun, 21 Jul 2024 00:00:00 +0000

本文基于最新的三维地震资料和离散元数值模拟方法，对该区域进行了精细的地质建模，模拟了其形成演化过程，讨论了差异变形的控制因素(谢会文等,2024)。

谢会文,陈龙,吴超,等.库车坳陷西部阿瓦特——博孜地区构造变形差异及数值模拟分析[J].地质科学,2024,59(04):1082-1097.

题目

库车坳陷西部阿瓦特——博孜地区构造变形差异及数值模拟分析

作者

谢会文¹，陈龙^2,3，吴超¹，陈汉林^2,3，顾成龙¹，程晓敢^2,3

中国石油塔里木油田公司
浙江大学地球科学学院
教育部含油气盆地构造研究中心

摘要

库车坳陷西部的阿瓦特—博孜地区位于构造挤压转换区，沿走向构造变形差异显著。本文基于最新的三维地震资料和离散元数值模拟方法，对该区域进行了精细的地质建模，模拟了其形成演化过程，讨论了差异变形的控制因素。阿瓦特地区盐下沿克深断裂远距离逆冲推覆，形成上下叠置的两套沿侏罗系煤层滑脱的逆冲体系；盐上发育厚度较小的阿瓦特凹陷；盐构造以不整合型为主。博孜地区盐下在克深断裂以北为高角度基底卷入变形，以南为沿煤层的滑脱，整体为楔形叠瓦冲断构造；盐上发育厚度巨大的拜城凹陷；盐构造以整合型为主。模拟结果表明，温宿古隆起限制了中生界至古近系的沉积范围，阻碍了变形的向前传递，是造成阿瓦特—博孜地区变形差异性的最主要原因。先存盐底辟构造和南天山的差异挤压作用对该区域的差异变形也具有一定的控制作用。综合地震剖面解释和数值模拟结果的演化过程表明，该区域构造活动具有由弱到强的变化趋势，构造变形开始于早中新世吉迪克组沉积时期，在上新世早期康村组沉积之后发生显著的构造加速事件。

图4 实验一（a）及实验二（b）初始模型设计

图5 剖面AA'解释方案

图6 剖面BB'解释方案

图7 剖面CC'解释方案

图8 实验一模拟结果与构造解释

图9 实验二模拟结果与构造解释

结论

通过精细化的三维地震解释，明确了库车坳陷西部阿瓦特地区和博孜地区的构造变形样式，对比了两者之间的相似性和差异性。通过离散元数值模拟方法，模拟了两者的构造演化过程，并讨论了导致其构造变形差异的控制因素。主要结论如下：

阿瓦特地区盐下变形表现为沿克深断裂的远距离逆冲推覆，形成上下叠置的两套滑脱逆冲体系；盐构造以不整合型的盐丘、盐舌和盐推覆为主；盐上发育厚度较小的阿瓦特凹陷。
博孜地区盐下变形表现为克深断裂以北的高角度基底卷入和以南的沿煤层滑脱，整体为楔形叠瓦冲断构造；盐构造以整合型的盐背斜、盐枕和盐焊接为主；盐上发育巨厚的拜城凹陷。
温宿古隆起限制了中生界至古近系的沉积范围，阻碍了变形的向前传递，是造成阿瓦特和博孜地区变形差异的最主要因素。先存盐底辟构造、南天山的差异挤压作用对差异变形也起到一定的控制作用。
提出了阿瓦特和博孜地区的构造演化过程：构造活动从早中新世吉迪克组沉积时期开始，整体由造山带向盆地内前展式扩展，至上新世早期康村组沉积之后发生构造加速事件，形成区域性的角度不整合。

致谢

本文模拟实验使用的软件为李长圣博士研发的离散元数值模拟软件VBOX（www.geovbox.com），在此表示感谢。

边缘海盆地断层差异演化成因的数值模拟：以西湖凹陷平北斜坡带为例（海洋地质与第四纪地质）

Sat, 20 Jul 2024 00:00:00 +0000

本文通过离散元数值模拟，模拟陆倾和海倾断层的形成及演化，以探讨断层几何发育特征的控制因素，为东海盆地构造演化机制及边缘海盆地的形成提供了思路和理论依据(马皓然等,2024)。

马皓然,苏金宝,王毛毛,等.边缘海盆地断层差异演化成因的数值模拟：以西湖凹陷平北斜坡带为例[J].海洋地质与第四纪地质,2024,44(01):81-95.

题目

边缘海盆地断层差异演化成因的数值模拟：以西湖凹陷平北斜坡带为例

作者

马皓然¹，苏金宝¹，王毛毛¹，任培罡²，谈明轩¹

河海大学海洋学院，南京 210098
中石化华东石油工程有限公司科技发展分公司，南京 210098

摘要

东海陆架盆地中生代以来的成盆过程中，发育了大量陆倾控盆断裂，其发育模式与形成演化与东亚其他边缘海盆地差异明显。前人关注东海陆架盆地迁移特征，而忽略了断层差异演化的形成机制，对断层发育过程控制因素缺少深入研究。西湖凹陷平北斜坡带北部为海倾断层组成的断阶区，南部为陆倾断层组成的半地堑区，断裂差异演化指示着东海陆架盆地的成盆过程。本文通过离散元数值模拟，模拟陆倾和海倾断层的形成及演化，以探讨断层几何发育特征的控制因素。结果表明，岩性差异对斜坡带断层演化有较大影响，较高抗剪强度岩层破裂易产生陆倾控盆断裂，而低抗剪强度岩石则易形成向海倾断层。应力作用方向是区域差异演化的重要控制因素，岩石强度相同，应力作用方向相反时，断层倾向相反。盆地形成过程中发育众多凹陷斜坡，但坡度不是断层差异演化的主导因素。平北斜坡带和边缘海盆地的差异演化可能是由基底强度差异或应力方向差异导致的。本文利用离散元数值模拟平北斜坡带断裂差异演化过程，为东海盆地构造演化机制及边缘海盆地的形成提供了思路和理论依据。

图5 离散元数值模拟的模型边界条件

图6 模型1构造变形、体积应变及断层断距统计

图7 模型2构造变形、体积应变及断层断距统计

图8 模型3 构造变形、体积应变及断层断距统计

图9 模型4构造变形与体积应变

图10 模型5构造变形、体积应变及断层断距统计

结论

岩石强度与应力方向是影响断层倾向变化的主要因素，高强度岩石破裂产生与伸展方向相反的断层，低强度岩石破裂产生与伸展方向同向的断层。相同强度的岩石在相反方向的应力影响下，产生的主断层倾向完全相反。基岩表面坡度和应力作用位置不是断层差异演化的主导因素。
中国东部边缘海盆地差异演化可能受基底强度和应力方向差异控制。平北斜坡带南部和北部断层差异演化可能是由基岩强度差异引起的，或是应力方向差异导致的。东海陆架盆地的陆倾控盆断层可能是向海盆的伸展应力导致的，而南海陆缘盆地的断层发育可能是其基底在不同的应力方向共同作用下的结果。岩性和应力方向差异可能导致盆地差异演化，从而影响同时期油气运聚，但仍需进一步研究二者的相关性。

致谢

本文的数值计算是在南京大学高性能计算中心的计算集群上完成的, 数值模拟实验使用东华理工大学李长圣博士研发的离散元数值模拟软件完成。文中采用的应变计算代码修改自莱斯大学 Julia K Morgan 和 Thomas Fournier 的脚本，在此表示感谢。

基底滑脱层强度对川西南褶皱冲断带形成演化的影响-基于离散元模拟的认识

Sat, 01 Jun 2024 00:00:00 +0000

摘要：川西南褶皱冲断带（The southwestern Sichuan fold-thrust belt，简写SWSB）是一个具有两套滑脱层的双重滑脱体系，其滑脱层分别为深度约15-17 km的基底前寒武纪滑脱层和上部中三叠世滑脱层。在新生代川西南褶皱冲断带经历了前展式扩展运动。目前控制上述褶皱冲断作用的动力学机制以及两套滑脱层对川西南褶皱冲断带构造变形的控制机制仍然有待于深入研究。本论文设计了三个可对比的离散元数值模型。在这些模型中，浅部滑脱层均具有相同的参数，但对基底滑脱层设计了不同的机械强度和厚度，从而探讨不同的基底滑脱层强度对川西南褶皱冲断带形成演化的影响。模型I的特点是强摩擦基底滑脱层，表现为在两期变形中均表现为向前陆地区前展式逆冲。大部分变形和逆冲断层集中在活动的后壁附近，并伴随着叠瓦状构造和两个冲起构造的发展。对于模型左侧楔形体的几何参数，模型I表现出“楔高线性增加”、“楔宽和坡角阶梯式增加”的特点。模型II的基底滑脱层厚度为500 m且摩擦力适中。在该模型中，应力应变迅速传播到前陆地区，并且第二期挤压在上部滑脱层上形成了多个逆冲和反冲断层。第一期挤压中模型II的变形过程与模型I相似。然而在第二期挤压中，楔形体达到稳定状态，其几何形状保持不变，变形沿浅层滑脱层传播至模型的右侧。模型III的基底滑脱层厚度较大且摩擦力适中，其前陆地区逆冲断层的几何形状和活动性与其他模型明显不同。在这个模型的第二期挤压中，产生了两个额外的冲起构造。第一期挤压的前半段与前两个模型相似。在第一期挤压的后半段和第二期挤压中，楔形体处于稳定状态。值得注意的是，在缩短的第一阶段中所有模型都经历了从亚临界状态到超临界状态的转变，这表明变形正在沿基底滑脱层迅速向模型右侧推进。总体而言模型III更准确地反映了川西南褶皱冲断带的变形特征，表明其与该地区演化具有较强的相关性。这些模型有助于理解川西南褶皱冲断带的变形过程和形成机制，同时可为浅部滑脱层下油气勘探研究提供参考。 (Wang et al.,2024)。

[Wang Y, Wang L, Ren R, Wei G, Chen Z,Su N and Zhang Y (2023), The influence of basal detachment strength on formation of the southwestern Sichuan fold-thrust belt: insights from discrete-element numerical simulations. Front. Earth Sci. 11:1251417.](https://doi.org/10.3389/feart.2023.1251417) #### 题目

The influence of basal detachment strength on formation of the southwestern Sichuan fold-thrust belt: insights from discrete-element numerical simulations

Yanqi Wang, Lining Wang*, Rong Ren, Guoqi Wei, Zhuxin Chen, Nan Su and Yuqing Zhang

a. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing, China

Introduction:

The southwestern Sichuan fold-thrust belt (SWSB) is a duplex detachment system and features the basal Precambrian detachment at a depth of approximately 15–17 km and the upper Mid-Triassic detachment. Moreover, the SWSB undergoes forward-breaking propagation during the Cenozoic. To date, the mechanism and kinematic evolution governing the SWSB in this thrusting deformation as well as the way the two detachments control the structural deformation pattern of the SWSB remains unknown.

Methods:

In this work, three discrete-element numerical models with the same strong upper detachment but basal detachments with different mechanical strengths and thicknesses were designed to study the deformation of the SWSB.

Results:

The results indicate that for the Model I with a strong frictional basal detachment with thickness of 500 m, most deformation and thrust faults concentrate near the mobile backwall. Model I exhibits characteristics such as linearly increasing wedge height and stepwise increasing wedge width and slope angle. For the Model II with a modest frictional basal detachment with thickness of 500 m, the strain and deformation propagate into the foreland quickly and multiple back-thrust and thrust faults form on the upper detachment in the second thrusting period. The first thrusting period in Model II, exhibits similarities with Model I. However, in the second period, the wedge reaches a stable state, and its geometry remains constant. In this stage, the deformation propagates along the shallow detachment into the right side of the model. The geometry and activity of thrust faults in the foreland differ significantly in the model III with a modest frictional basal detachment but a greater thickness. Two additional pop-up structures are generated in the second period in this model. The first half of the first thrusting period is similar to the first two models. In the second half of the first period and the second period, the wedge is in a stable state. In the first stage of the shortening, all models undergo a transition from a subcritical state to entering a supercritical state, which indicates that the deformation is progressing rapidly along the basal detachment towards the right side of the model.

Discussion:

The results of Model III are consistent with the deformation pattern of the SWSB. The study of the kinematics and interaction between two detachments could help hydrocarbon exploration beneath the upper detachment.

模型I（基底滑脱层厚度为500 m，摩擦系数为0.3）的变形过程（A）-（C）图分别为模型I在缩短量（S）为20 km、31 km和35 km时的结果。T1-T6表示按形成顺序编号的逆冲断层

模型II（基底滑脱层厚度为500 m，摩擦系数为0.2）变形过程（A）-（C）图分别为模型II在缩短量（S）为20 km、31 km和35 km时的结果。T1-T6表示按形成顺序编号的逆冲断层

模型III（基底滑脱层厚度为1,000 m，摩擦系数为0.2）的变形过程（A）-（C）图分别为模型III在缩短量（S）为20 km、31 km和35 km时的结果。T1-T8表示按形成顺序编号的逆冲断层

模型I、II和III挤压过程中定量化分析图（A）、（D）和（G）分别为模型I、II和III的楔形体高度随缩短量的变化图；（B）、（E）和（H）分别为模型I、II和III的楔形体宽度随缩短量的变化图；（C）、（F）和（I）分别为模型I、II和III的坡角随缩短量的变化图

塔里木盆地库车坳陷先存构造对盐构造变形的影响:来自地震资料和数值模拟的启示

Wed, 28 Feb 2024 00:00:00 +0000

库车坳陷为中国西部地区重要的含油气盆地，盐构造变形十分复杂，在不同的构造带和同一构造带的不同位置均有较大差异，其中基底先存构造在盐构造变形过程中扮演了重要角色。利用最新的二维、三维地震资料，结合离散元和有限元数值模拟方法，研究了先存构造的类型、分布及其对盐构造的控制作用。地震资料分析表明，库车坳陷发育的先存构造主要为基底断裂、古隆起、盐下斜坡和早期被动盐底辟。基底断裂主要分布在克拉苏和秋里塔格构造带，控制着中新世压盐构造的发育位置和变形样式；基底断裂的变形样式和活化程度的差异，导致了不同构造带盐构造的多样性。古隆起主要包括温苏古隆起、西秋里塔古隆起、新河古隆起和雅哈—轮台古隆起；古隆起限制了盐层的原始沉积范围和后期变形空间，导致库车坳陷西部阿沃特凹陷不同构造层逆冲作用十分强烈。古隆起的非均匀空间分布，也促进了坳陷西部区域大规模走滑转换带的发育。盐下斜坡主要位于西秋里塔格低隆起的北缘，阻碍了盐岩向南流动，在斜坡边缘形成较大规模盐丘，这些盐丘的大小与盐下斜坡的坡度密切相关。早期被动盐底辟主要发育于库车坳陷西部的却勒和博孜敦地区，在中新世以来的挤压期优先活动，形成了一个刺穿式盐推覆体。数值模拟结果表明，在盐构造变形过程中，先存构造对应力-应变分布具有较强的控制作用，先存构造经常造成最大主应力和剪应力应力集中，进而诱发盐构造的优先形成。地震资料和数值模拟结果表明，基底构造的空间分布不均一性是库车坳陷SN向构造分带和EW向构造分段的重要因素，也是局部刺穿型盐构造形成的重要诱因。 (Yang et al.,2024)。

[**Yang, K.**, Qi, J., Xu, L., Yu, Y., Sun, T., Shen, F., ... & Zhao, H. **2024**. Influence of preexisting structures on salt structures in the Kuqa Depression, Tarim Basin, Western China: Insights from seismic data and numerical simulations. **Basin Research**, 36(1), e12850.](https://doi.org/10.1111/bre.12850) #### 题目

Influence of preexisting structures on salt structures in the Kuqa Depression, Tarim Basin, Western China: Insights from seismic data and numerical simulations

Keji Yang¹, Jiafu Qi²,Liangwei Xu³*, Yanqiu Yu¹, Tong Sun⁴, Fangle Shen⁵, Li Peng⁶, Ji Lv⁶, Hanting Zhao ⁶

Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources, College of Earth and Science, Hebei GEO University, Shijiazhuang, China
State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, College of Earth and Science, China University of Petroleum (Beijing), Changping, Beijing, China
School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, China
Research Institute of Exploration and Development, Dagang Oilfield, CNPC, Tianjin, China
Huaxin College of Hebei GEO University, Shijiazhuang, China
Bureau of Geophysics Prospecting Inc., CNPC, Research Center of Geology, Zhuozhou, China

摘要

The preexisting structures that developed in the basement and subsalt strata play a key role in the salt structural deformation in the Kuqa Depression, Tarim Basin. The characteristics of preexisting structures and their controls on the salt structure are investigated via the latest three-dimensional seismic data and numerical modelling. The results show that the preexisting structures that developed in the Kuqa Depression mainly consist of basement faults, palaeouplifts, subsalt slopes and early passive salt diapirs. Basement faults are mainly distributed in the Kelasu and Qiulitag structural belts and control the position of development and deformation style of the Miocene compressive salt structure. The differences in styles and reactivation degrees of basement faults lead to great diversity in the salt structure. The palaeouplifts mainly include the Wensu, western Qiulitag, Xinhe and Yaha-Luntai palaeouplifts. The original sedimentary range and later deformation space of the salt layer are limited by the palaeouplift, resulting in strong salt thrusting in the Awate sag in the western part of the Kuqa Depression. The heterogeneous spatial distribution of the palaeouplift promoted the development of regional strike-slip transform belts. Subsalt slopes are located mainly on the northern edge of the western Qiulitag low uplift and block the southward flow of the salt, causing the salt to form salt domes; the size of these domes is closely related to the subsalt slope. Early passive salt diapirs mainly developed in the Quele and Bozidun areas of the western Kuqa Depression, and they were preferentially active during the compression period, inducing the formation of a piercement salt nappe. Numerical modelling revealed that the preexisting structure strongly controlled the stress–strain distribution during the deformation of the salt structure. The spatial distribution heterogeneity of the basement structure is an important factor in the structural zonation along the north–south strike and segmentation along the west–east strike in the Kuqa Depression, as well as an important inducer of the piercement salt structure.

FIGURE 13 Model settings of the discrete-element numerical simulation experiment. (a) Model A—Basic model; (b) Model B—Preexisting fault model; (c) Model C—Preexisting palaeouplift model; and (d) Model D – Preexisting salt diapir model. All the models are 60 km long and 4.5 km high and are extruded from the right edge with a 15 km compressive distance. The elements are bonded to the base and sidewalls, and the gravitational field is calculated.

FIGURE 14 Experimental process of Model A. From (a) to (e), the compressive distance is 3, 6, 9, 12 and 15 km respectively. On the whole, the structural deformation of each structural layer gradually propagates from right to left, and the propagation distance of super-salt deformation is larger than that of the subsalt deformation.

FIGURE 15 Experimental process of Model B. From (a) to (e), the compressive distance is 3, 6, 9, 12 and 15 km respectively. The preexisting faults away from the extrusion edge begin to revive when the extrusion reaches 12 km and finally, form a salt diapir at the top of the basement faults.

FIGURE 16 Experimental process of Model C. From (a) to (e), the compressive distance is 3, 6, 9, 12 and 15 km respectively. Due to the barrier of the preexisting palaeouplift, the subsalt faults are strongly thrust, and a piercement salt structure is formed on the right edge of the palaeouplift.

FIGURE 17 Experimental process of Model D. From (a) to (e), the compressive distance is 3, 6, 9, 12 and 15 km respectively. When the extrusion reaches 9 km, the preexisting salt diapir starts to revive and finally evolves into a penetrating salt wall.

挤压环境下盐刺穿构造的形成机制：以塔里木盆地库车坳陷为例

Tue, 27 Feb 2024 00:00:00 +0000

刺穿构造的形成机理比隐刺穿构造更为复杂，目前对该问题的研究较少。本文在野外地质露头调查和地震资料精细解释的基础上，结合构造-沉积环境演化和生长地层特征，分析了库车坳陷盐刺穿构造的分布、几何形态和演化历史。在此基础上，通过离散元数值模拟实验，讨论了几种可能的因素对刺穿构造形成和演化过程的影响。结果表明：库车坳陷的盐刺穿构造主要发育在温苏古隆起北缘、却勒被动盐底辟和克拉苏基底先存断裂顶部。盐岩可直接穿透上覆地层，或通过断裂作用与围岩接触。生长地层特征表明，克拉苏地区的刺穿构造形成较早，温宿北缘的刺穿构造次之，却勒刺穿构造形成时间最晚。刺穿构造的演化可分为稳定期、弱挤压期和强挤压期三个阶段。在挤压环境下，仅仅依靠挤压应力，盐层很难形成刺穿构造。凸起的边缘、早期被动盐底辟、先存基底断裂顶部和沉积楔体的前缘，是刺穿构造发育的优先位置。古隆起的限制、基底断裂的再活化、早期被动盐丘的优先活动，以及造山带向盆地内部的进积作用，是刺穿构造发育的重要诱因。这些因素诱发刺穿构造的重要方式，是促进盐上地层的强裂冲断，从而为盐岩上涌提供通道。 (Yang et al.,2024)。

[**Yang, K.**, Qi, J., Shen, F., Sun, T., Duan, Z., Cui, M., ... & Lv, J. (2024). Formation mechanism of salt piercement structures in a compressive environment: An example from the Kuqa depression, western China. **Journal of Structural Geology**, 178, 105005.](https://doi.org/10.1016/j.jsg.2023.105005) #### 题目

Formation mechanism of salt piercement structures in a compressive environment: An example from the Kuqa depression, western China

Keji Yang^a, Jiafu Qi^b, Fangle Shen^c*,Liangwei Xu^d, Tong Sun^a, Zhanzhan Duan ^c, Meijuan Cui^e，Li Peng^e, Ji Lv^e

a. Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China b. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum, Changping, Beijing 102249, China c. Huaxin College of Hebei GEO University, Shijiazhuang 050000, China d. PetroChina Dagang Oilfield Exploration and Development Research Institute, Tianjin, 300280, China e. Bureau of Geophysics Prospecting Inc., CNPC, Research Center of Geology, Zhuozhou 072750, China

摘要

The formation mechanism of piercement structures is more complex than that of concealed piercement structures, and little research has been conducted on this topic. In this work, based on surveys of field geological outcrops and detailed interpretation of seismic data, combined with the evolution of the tectonic-sedimentary environment and stratum growth characteristics, the geometry and evolutionary history of salt piercement structures in the Kuqa Depression are investigated. Through discrete element numerical simulation experiments, the influences of various factors on the formation and evolution of the piercement structure are discussed. The results show that the piercement structures in the Kuqa Depression are mainly developed in the northern margin of the Wensu paleohigh, the Quele passive salt diapir, and at the top of the Kelasu basement fault. The salt can directly pierce the overlying strata or contact the surrounding rock through faulting. The characteristics of the growth strata reveal that the Kelasu piercement structure formed first, followed by the Wenshu piercement structure, and the Quele piercement structure formed later. The evolution of the piercement structure can be divided into three stages: quiet, weak compression and strong compression. Relying solely on tectonic compressive stress, it is difficult for salt layer to form piercement structures. The most advantageous location for the development of the piercement structure in a compressive environment is in the margin of the paleohighs and low bulges and at the top of early passive salt diapirs and preexisting basement faults. The front of the sedimentary wedges is also a preferential location for the development of piercement structures. The barrier of the paleo-high, reactivation of the preexisting basement fault, priority activation of the early passive salt dome, and progradation of the sedimentary wedge from the orogenic belt to the basin interior are favorable factors inducing piercement structure formation. An important mechanism for controlling salt piercement is to promote strong thrusting in suprasalt strata, which provides a channel for salt upwelling.

Fig. 3. Numerical simulation experiment model setup: (a) basic model, (b) basement fault model, (c) preexisting salt dome model, and (d) paleo-high model. The initial setting of the progradation model is consistent with the basic model.

Fig. 14. Comparisons of numerical simulation experimental results and seismic profiles crossing the piercement structures in the Kuqa depression. The results show that there is a significant similarity between the experimental results and seismic data.

多滑脱层对川东薄皮褶皱冲断带构造倾向的影响及其演化：来自数值模拟的启示

Wed, 14 Feb 2024 00:00:00 +0000

本文揭示了多滑脱层对川东薄皮褶皱冲断带构造倾向的影响及其演化。在川东薄皮褶皱构造中发育一系列后倾为主的滑脱褶皱，这在自然界中十分罕见，并且无法用经典临界楔体理论解释。本文设计了三个离散元数值模拟实验，探讨多滑脱对川东薄皮褶皱构造倾向和演化的影响。实验结果表明，多套滑脱层有利于形成反冲为主的对冲逆冲褶皱楔。上覆滑脱层的增加影响了褶皱楔的构造倾向和断层活动，实验结果在构造倾向和断层活动方面与川东褶皱带的结构相似，表明川东盆地内部薄弱层的分布对其影响不容忽视。基于以上模拟结果，本文提出了川东褶皱带耦合地球动力学过程的运动学模型。 (Xu et al.,2024)。

[**Xu, W.**, Yin, H.*, Zhao, S.,Zhang, C., Li, B., Jia, D., Li, C., Wang, W., 2024. Influence of multiple detachments on structural vergence and evolution of the thin-skinned fold-and-thrust belt in the eastern Sichuan Basin: Insights from numerical modeling,**Journal of Structural Geology**,180:105068.](https://doi.org/10.1016/j.jsg.2024.105068) #### 题目

Influence of multiple detachments on structural vergence and evolution of the thin-skinned fold-and-thrust belt in the eastern Sichuan Basin: insights from numerical modeling

Wenqiao Xu¹, Hongwei Yin¹*,Shengxian Zhao², Chenglin Zhang², Bo Li², Dong Jia¹, Changsheng Li³ and Wei Wang¹

School of Earth Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China
Shale Gas Institute of PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, China.
School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, China.

摘要

The thin-skinned fold-and-thrust belt with multiple detachments in the eastern Sichuan Basin is characterized by a series of fault-detachment folds with a backward preferred structural vergence, which is rare in nature and can’t be explained well by the classic critically taper theory. Here, three discrete element simulations were conducted to study the influence of multiple detachments on the structural vergence and evolution of the eastern Sichuan thin-skinned fold and thrust belt. The experimental results reveal that multiple detachment layers affected the bulk mechanical strength and facilitated a dually vergent thrust wedge with a backward preferred structural vergence. The addition of intermediate detachment layers influences structural vergence and fault activity of thrust wedges. With the increase in intermediate weak layers, the preferred structural vergence of these model results progressively moved from forward to nearly symmetric and eventually to backward. These results exhibit first-order structural similarities to the structural vergence and fault activity in the eastern Sichuan fold and thrust belt, which indicates that the influence of the internal distribution of weak layers within the eastern Sichuan Basin should not be ignored. The limited Cambrian evaporite layer and the widespread Silurian shale and Lower-Middle Triassic evaporite layers had significant impacts on the deformation of the fold-and-thrust belt in the eastern Sichuan basin. Consequently, we propose a kinematic model for the coupled geodynamic processes of the eastern Sichuan fold-and-thrust belt. The framework of the eastern Sichuan Basin with a number of backward fault-detachment folds was formed by Mesozoic northwestward propagation, and Cenozoic eastward propagation reactivated the folding and thrusting. The Huayingshan fault was affected by the limited Cambrian evaporite layer.

Interpreted seismic section (a) and corresponding geological cross-sectional view (b) across the ESB (modified from Gu et al., 2021), and its position is shown in Figure 1b. The black arrows illustrate the positions of the three detachments. (c) Fault displacement statistics within the anticlines across the ESB. The fault displacements record the displacement of Permian layer in faults that at least connect the basal and top detachment layers. The displacements of minor faults between adjacent detachment layers have been disregarded. (d) The ratio of forethrust/backthrust displacements to the total displacements within the anticlines.

Distribution of deformation (up) and velocity field (down) illustrated by (a) Model 1 with 10% BS, (b) Model 2 with 10% BS and (c) Model 3 with 10% BS and (d)14.3% BS, where γ is shear strain of the bulk overlying particles, Δt represents the period of time, Δu is the velocity between the upper surface and base, Δy represents the thickness of the particle layers, and Δx represents surface-bottom interface offset of particle motions. γ1-γ4 are measured by the angle of pink dash lines. Velocity schematic diagrams of back-vergent fold (e) and fore-vergent fold (f) with multiple detachment, which are interpreted from the squares in velocity fields of Model 3 with 10% BS and 14.3% BS, respectively.

Proposed kinematic model for the coupled geodynamic processes of the ESB. The evolution of ESB during (a, b) the Mesozoic intracontinental deformation at 100-80 Ma, and (c) Cenozoic eastward growth of the Tibetan Plateau at ~30Ma (modified from Tian et al., 2018).

徐雯峤

Tue, 13 Feb 2024 00:00:00 +0000

南京大学 博士研究生
2019~现在，主要做构造演化及活动构造相关的离散元数值模拟。

QQ：326306955 (Ivy)
邮箱： Ivyxwq@smail.nju.edu.cn

南京大学构造数值模拟集群管理员
徐雯峤的个人网站
徐雯峤的GitHub

教育经历

2023.11~2024.02 法国巴黎地球物理学院（IPGP,CNRS) Tectonics lab （短期交流）
2019.09~至今南京大学地球探测与信息技术（硕博连读）
2015.09~2019.07 中国石油大学（华东）理科实验班（数理) （本科）

专利和软件著作权

发明专利：李长圣,尹宏伟,吴珍云,贾东,徐雯峤,汪伟. 一种基于离散元的裂谷盆地伸展过程模拟方法[P]. 江西省：CN111008472A,2020-04-14. (授权)
软件著作权：离散元数值模拟后处理系统 V1.0. 东华理工大学, 钟军, 李长圣,徐雯峤, 魏华敬, 吴珍云. 2021.

论文发表

会议

徐雯峤,尹宏伟,赵圣贤等.川东褶皱冲断带多滑脱层构造特征及其变形机制：来自数值模拟的启示. 2023年中国地球科学联合学术年会论文集, 2023 （报告+论文）
Xu, W., Yin, H.， “Application of Discrete Element Numerical Simulation in Fold and Thrust Belts”; Oral presentation on Society for Industrial and Applied Mathematics 2022 Annual Meeting: Recent Advances in Computational Geosciences; Virtual, July 2022
徐雯峤,尹宏伟,李长圣.塔里木盆地库车坳陷中西段盐相关构造特征及控制因素：基于离散元数值模拟的认识. 2021年中国地球科学联合学术年会论文集, 2021 （论文）
徐雯峤,尹宏伟,汪伟等.库车坳陷西段构造变形演化的数值模拟. 2020年中国地球科学联合学术年会论文集, 重庆，2020（展板+论文）
徐雯峤，尹宏伟*，李长圣，汪伟. 构造转换带变形特征与变形机制：基于离散元数值模拟的认识. 2019中国地球科学联合学术年会论文集, 北京, 2019.（报告+论文）

科研项目

克拉通盆地深层古裂陷与隆起演变机制模拟，中国石油勘探开发研究院，2019-至今，参与
构造演化数值模拟实验, 2019.06-2019.08, 中国地质大学（北京）, 参与

其他论文

周广旭,张楚楚,徐雯峤,董开拓,朱海丰,刘鹏.低压氢等离子体发光光谱.原子与分子物理学报,2019,36(01):73-81.

奖励

2023年度优秀研究生
模范党员
南京大学博士英才奖学金
南京大学硕士英才奖学金
南京大学优秀共青团员
2020年度优秀研究生
2018年国家奖学金
2018年美国大学生数学建模大赛Finalist特等奖提名奖
2017年国家奖学金
2016年国家奖学金

CGU报告-离散元数值模拟在含油气盆地构造变形定量分析中的应用(2023-10-16)

Sun, 15 Oct 2023 00:00:00 +0000

2023年中国地球科学联合学术年会
97专题：含油气盆地构造理论、技术与实践新进展
时间：10月16日
地点：珠海珠海国际会展中心展览中心二层vip-1
题目：离散元数值模拟在含油气盆地构造变形定量分析中的应用:研究现状、应用实例、优势挑战
报告人：李长圣
作者：李长圣^1*，尹宏伟²，徐雯峤²，汪伟²，吴珍云¹，张召¹

东华理工大学地球科学学院, 江西南昌 330013

南京大学地球科学与工程学院, 江苏南京 210023
*通讯作者E-mail: lichangsheng@ecut.edu.cn

**摘要:**随着离散元理论和计算机技术的发展，离散元已经广泛应用到含油气盆地构造变形定量分析中。相较于传统的沙箱模拟实验，离散元可以更精确地控制实验的边界条件，定量地揭示构造变形过程中的应力应变时空演化特征，从多角度深化科研人员对构造变形机制的认识。前人基于离散元数值模拟方法在含油气盆地构造变形研究和油气资源勘探等方面，已经取得了大量的研究成果。然而，离散元在含油气盆地构造变形研究中也存在一些限制和不足。受制于计算机的计算能力，目前盆地构造变形研究主要采用二维离散元模拟。但是，盐构造的侧向运移、走滑断裂的三维演化等相关问题研究仍有赖于三维离散元模拟方法的应用。本文结合离散元在含油气盆地构造变形定量分析中的研究现状，展示了其在挤压构造、伸展构造和走滑断裂定量研究中的应用实例，并总结了其未来发展的优势和挑战。离散元将颗粒集合体模型视为若干离散单元的集合，允许颗粒间产生大位移，特别适合用于含油气盆地构造变形定量研究，在构造变形、应力应变与裂缝预测定量研究中具有巨大潜力，是未来的含油气盆地构造变形定量研究的主要方法之一。

关键词：数值模拟，沉积盆地，构造变形，定量分析，应力应变

部分PPT

会议报告-离散元数值模拟在沉积盆地构造变形定量分析中的应用-研究现状、应用实例、优势挑战(2023-04-16)

Thu, 13 Apr 2023 00:00:00 +0000

第六届全国矿田构造与深部找矿预测学术研讨会
（一）矿田构造理论、实验与技术方法
时间：4 月16 日 11:55-12:15
地点：长沙长沙华晨豪生大酒店 5 楼多功能厅5
题目：离散元数值模拟在沉积盆地构造变形定量分析中的应用:研究现状、应用实例、优势挑战
报告人：李长圣 东华理工大学

**摘要:**随着离散元理论和计算机技术的发展，离散元已经广泛应用到沉积盆地构造变形定量分析中。相较于传统的沙箱模拟实验，离散元可以更精确地控制实验的边界条件，定量地揭示构造变形过程中的应力应变特征，从多角度深化科研人员对构造变形机制的认识。前人基于离散元数值模拟方法在沉积盆地构造变形研究和油气资源勘探等方面，已经取得了大量的研究成果。然而，离散元在沉积盆地构造变形研究中也存在一些限制和不足。受制于计算机的计算能力，目前盆地构造变形研究主要采用二维离散元模拟。但是，盐构造的侧向运移、走滑断裂的三维展布及其发育过程等相关问题研究仍有赖于三维离散元模拟方法的应用。
该报告将结合离散元在沉积盆地构造变形定量分析中的研究现状，讲解其在挤压构造、伸展构造和走滑断裂定量研究中的应用实例，并总结其未来发展的优势和挑战。离散元将颗粒集合体模型视为若干离散单元的集合，允许颗粒间产生大位移，特别适合用于沉积盆地构造变形定量研究，在构造变形、应力应变与裂缝预测定量研究中具有巨大潜力，是未来的沉积盆地构造变形定量研究的主要方法之一。

关键词：数值模拟，沉积盆地，构造变形，定量分析，应力应变

部分PPT

地表过程对龙门山褶皱冲断带应变分布及地震活动的影响：基于离散元模拟的认识(Tectonics)

Thu, 10 Nov 2022 00:00:00 +0000

本文VBOX(ZDEM)实验脚本下载： The code for our DEM experiments can be obtained from Open Science Framework (Model I-1, no surface processes, https://osf.io/tz2qg; > Model I-2, with surface processes, https://osf.io/pa9sy).

本文研究了位于青藏高原东缘的龙门山褶皱冲断带及其毗邻的川西前陆盆地的构造变形与地表过程的相互作用。利用离散元数值模拟的方法，研究了不同力学性质的滑脱层以及同构造侵蚀/沉积过程对龙门山和川西前陆盆地构造演化的影响。模拟结果显示：晚新生代的两期地表过程显著地影响着龙门山内陆及前陆地区的逆冲序列与应变局部化。在缺少地表过程的影响下，褶皱冲断带以“前展式”向前传播，而在有地表过程中则以“乱序式”（out-of-sequence）的逆冲方式。作者推断晚新生代以来，从四川盆地向西至青藏高原的大规模侵蚀作用传播的影响下，龙门山内陆演变为次临界状态。构造活动性后撤至高原的边缘，导致了龙门山的快速隆升并抑制了大量缩短变形传播至前陆盆地。前陆冲断带沿浅部滑脱层的稳定滑移导致前缘龙泉断层的形成和生长。这些结果解释了为何龙门山内陆冲断带和川西前陆冲断带现今同时处于地震活动状态的原因。该研究对活跃地表过程作用下的褶皱冲断带地震潜在活动性的研究提供了重要的启示(Wang et al.,2022)。

Wang, M., Wang, M., Feng, W., Yan, B., & Jia, D. (2022). Influence of surface processes on strain localization and seismic activity in the Longmen Shan fold-and-thrust belt: Insights from discrete-element modeling. Tectonics, 41, e2022TC007515. https://doi.org/10.1029/2022TC007515

题目

Influence of Surface Processes on Strain Localization and Seismic Activity in the Longmen Shan Fold-and-Thrust Belt: Insights From Discrete-Element Modeling
地表过程对龙门山褶皱冲断带应变分布及地震活动的影响：基于离散元模拟的认识

作者

Maomao Wang¹,Ming Wang¹,Wang Feng¹,Bing Yan¹,Dong Jia²

Institute of Tectonics and Geophysics, College of Oceanography, Hohai University, Nanjing, China
School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China

摘要

We investigated interactions between structural deformation and surface processes in the Longmen Shan fold-and-thrust belt and the adjacent western Sichuan foreland basin (WSFB) in the eastern margin of the Tibetan Plateau. The discrete-element modeling (DEM) method was used to study the influences of the various mechanical properties of the detachments and syn-tectonic erosion/deposition on the structural evolution of the Longmen Shan and WSFB. DEM simulations demonstrated two stages of surface processes during the Late Cenozoic profoundly influenced thrusting sequences and strain localization in the hinterland and foreland portions of the Longmen Shan. Models indicate that the fold-and-thrust belt lacking surface processes propagate in a forward-breaking manner, whereas those with surface processes develop following an out-of-sequence thrusting pattern. We infer that large-scale erosion propagation from the Sichuan Basin westward to the Tibetan Plateau since Late Cenozoic caused the Longmen Shan hinterland to reach a subcritical wedge state. Tectonic activity retreats to the edge of Plateau, enhancing the rapid uplift of the Longmen Shan and inhibiting the propagation of substantial shortening deformation to the foreland basin. The foreland thrust belt slides stably along the shallow detachment, causing the initiation and growth of the Longquan fault in the leading front. These results explain why both the Longmen Shan hinterland and the western Sichuan foreland thrust belts are currently in a state of simultaneous seismic activity. Our findings offer important implications regarding the seismic potentials of other fold-and-thrust belts that interact with dynamic surface processes.

Figure 1. Geological map of the eastern Tibetan Plateau showing the focal mechanisms of the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake, the 2013 Mw 6.6 Lushan earthquake, and the 2020 Ms 5.1 Qingbaijiang earthquake. The red lines represent surface ruptures of the 2008 Wenchuan earthquake ([Liu-Zeng et al., 2009](#refer-Liu-Zeng2009); [Xu et al., 2009](#refer-Xu2009)). The gray rectangles represent the age of previous published low-temperature thermochronology data, from ([E. Wang et al., 2012](#refer-Wang2012) )^[1] and ([Richardson et al., 2008](#refer-Richardson2008))^[2]. The brown lines represent the structural profiles in the study area, where profile (a–c) is shown in Figures 5a–5c, respectively. LQF: Longquan Fault; PGT: Pengguan Thrust; RFBT: Range Front Blind Thrust; WLF, Wulong Thrust; WLT: Wenchuan–Maowen Fault; XPT: Xiongpo Thrust; YBT: Yingxiu–Beichuan Thrust.

Figure 6. (a) Representative structural profile a (see location in Figure 1) in the central segment of the Longmen Shan fold-and-thrust belt (Jia et al., 2010). (b) Restoration results of deformed horizons in foreland region of structural profile (a) The shortening of the base of Jurassic layer in foreland region is 13.3 km. The Cenozoic sedimentary strata within hinterland of the Longmen Shan in this profile are absent.

Figure 8. Schematic representation of the experimental setup. (a) The initial model setup contained two-level detachments with differential mechanical strengths. (b) When simulating the surface processes in the first stage of Model I-2, the eroded materials from the hinterland were deposited sequentially in the foreland. c) When simulating the surface processes in the second stage of Model I-2, surface erosion occurred throughout the wedge, and materials were transported from the system. The stages of b and c of Model I-2 are not to scale.

Figure 9. The progressive evolution observed in Model I-1 (conducted with five stages and no surface processes), with distortional strains superimposed on the colored strata. (a)–(e) The results of Model I-1 at total shortenings of 10 km (a), 15 km (b), 24 km (c), 30 km (d), or 35 km (e). T1–T7 denote thrust faults in the order of their formation. RFBT, Range Front blind thrust.

Figure 10. The progressive evolution observed in Model I-2 (conducted with five stages and surface processes), with distortional strains superimposed on the colored strata. (a)–(e) The results of Model I-2 at total shortenings of 15 km (a), 19 km (b), 31 km (c), 33 km (d), or 35 km (e). T1–T5 denote thrust faults in the order of their formation.

Figure 14. Comparison between the structural cross-section of the central Longmen Shan thrust belt and the results of Model I-2 (simulated with surface processes). (a) Structural profiles of the central Longmen Shan (modified from Jia et al., 2010) and the locations of the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake, the 2013 Mw 6.6 Lushan earthquake, and the 2020 Ms 5.1 Qingbaijiang earthquake. (b, c) Comparison of the structural profile and range front structure in Model I-2. (d, e) Comparison of the structural profile and foreland thrust belt in Model I-2. LQF, Longquan Fault. The location of (e) is shown in structural profile a1 in Figure 1.

Conclusions

Based on DEM simulations, we reveal the interaction between thrusting propagation and surface processes, and its influence on modern seismicity in the Longmen Shan fold-and-thrust belt and its adjacent WSFB. Based on our study results, we obtain the following conclusions:

DEM simulations without surface processes indicated that the fold-and-thrust belt developed in an in-sequence thrusting manner. In contrast, DEM simulations with surface processes revealed that the Longmen Shan fold-and-thrust belt developed in an out-of-sequence manner during the late Cenozoic. Starting at ∼30–20 Ma, rapid denudation processes occurred in the Longmen Shan hinterland, and the YBT and PGT Faults continued to be active. From ∼10 Ma to the present, large-scale propagation of denudation occurred from the Sichuan Basin toward the Tibetan Plateau, and tectonic activity retreated to the hinterland of Longmen Shan. Surface processes were relatively quiescent between these two stages, structural shortening propagated forward through the RFBT, and formed the Longquan Fault in the Sichuan basin.

Instrumental and historical earthquakes indicate that the frontal faults in the WSFB and the imbricate faults in the Longmen Shan hinterland region are simultaneously seismically active. We interpret that the activity of the Coulomb wedge of the Longmen Shan is related to the latest stage of surface process. Since ∼10 Ma, large and widespread propagation of erosion from the Sichuan Basin toward the eastern Tibet Plateau caused the Longmen Shan hinterland to enter a subcritical state. The reactivation of reverse faults in the hinterland enhanced the rapid uplift of the Longmen Shan and inhibited most of its slip lateral propagation to the foreland basin. The WSFB is currently in a critical state, with wedge slides occurring steadily along the shallow detachment, with the occurrence of frequent, small-moderate earthquakes in the frontal thrust.

The distribution of Mesozoic salt lakes in the interior of the Sichuan Basin influenced the location, rate, and structural style of thrust slip that propagated from the Longmen Shan hinterland to the foreland basin. Our simulations indicate that the front blind thrust of Longmen Shan range gradually connects the basal detachment and shallow detachment in foreland, and its position is controlled by the western boundary of the salt-lake. Results of comparative experiments show that fault slips from the hinterland of Longmen Shan entered the southwestern Sichuan basin extensively to form several thrust fault-related folds above shallow detachment. However, slip in the northern Longmen Shan was confined to the range front and did not propagate into the northwest Sichuan basin. This suggests that the structural variability along the strike in the Longmen Shan can be explained from the perspective of the internal factors of the Sichuan basin.

Acknowledgments

This research was supported by the National Key R&D Program of China (2021YFC3000604) and the National Natural Science Foundation of China (42172232, 41702202, and 41927802). Numerical simulations were performed on the discrete element modeling software VBOX (www.geovbox.com). The authors thank Julia Morgan (Rice University) for generously sharing her discrete element code (RICEBAL v5.4) and post-processing scripts and algorithms, which have been used to process and display the model outputs presented in our modeling. The authors thank Dr. Chang-Sheng Li (East China University of Technology) for his suggestions in the numerical simulations. The numerical simulation of this study is performed on the computing facilities in the High-Performance Computing Center (HPCC) of Nanjing University. The authors thank Jonny Wu and Sharadha Sathiakumar for their constructive reviews.

Data Availability Statement

The authors used VBOX version 2.1 (C. Li et al., 2021; https://geovbox.com/en/) for the discrete-element method (DEM) numerical simulations. Numerical simulations were conducted at the High-Performance Computing Center (HPCC), Nanjing University. The code for our DEM experiments can be obtained from Open Science Framework (Model I-1, no surface processes, https://osf.io/tz2qg; Model I-2, with surface processes, https://osf.io/pa9sy).

References

李长圣, 2019. 基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟. 博士论文. 南京: 南京大学.

Liu-Zeng, J., Zhang, Z., Wen, L., Tapponnier, P., Sun, J., Xing, X., et al. (2009). Co-seismic ruptures of the 12 May 2008, Ms 8.0 Wenchuan earthquake, Sichuan: East–west crustal shortening on oblique, parallel thrusts along the eastern edge of Tibet. Earth and Planetary Science Letters, 286, 355–370. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.07.017

Xu, X., Wen, X., Yu, G., Chen, G., Klinger, Y., Hubbard, J., & Shaw, J. (2009). Coseismic reverse- and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake, China. Geology, 37, 515–518. https://doi.org/10.1130/G25462A.1

Wang, E., Kirby, E., Furlong, K. P., Van Soest, M., Xu, G., Shi, X., et al. (2012). Two-phase growth of high topography in eastern Tibet during the Cenozoic. Nature Geoscience, 5, 640–645. https://doi.org/10.1038/ngeo1538

Richardson, N. J., Densmore, A. L., Seward, D., Fowler, A., Wipf, M., Ellis, M. A., et al. (2008). Extraordinary denudation in the Sichuan Basin: Insights from low-temperature thermochronology adjacent to the eastern margin of the Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research, 113, B04409. https://doi.org/10.1029/2006JB004739

第七次构造数值模拟实战课程在河海大学海洋学院成功举办

Thu, 22 Sep 2022 00:00:00 +0000

2022年09月22日第七次数值模拟实战课程在河海大学海洋学院成功举办，河海大学王毛毛老师、7位河海大学和3位南京大学的研究生参加了培训，感谢老师和同学们的支持。

至今，VBOX/ZDEM软件培训已经成功举办七次：

2019年04月南京大学

2019年06月南京大学
2019年12月东华理工大学
2020年01月中国石油勘探开发研究院
2020年05月中国地质大学（北京）线上 https://www.bilibili.com/video/BV1st4y1C7b5?p=1
2021年07月 zdem2.1@并行超算云直播交流线上 https://www.bilibili.com/video/BV1m64y1z7dR
2022年09月河海大学

未参加过ZDEM构造数值模拟实战课程的同学可以自学 离散元数值模拟软件ZDEM初级教程

地点：河海大学海洋学院
时间：2022年9月22日(周四) 14:00-17:00
主讲人：ZDEM开发者李长圣
内容：

理论：构造模拟与离散元
软件：ZDEM简介与操作演示

实战中，讲解了示例一个示例学会ZDEM ，并提供9个示例脚本。其中，7个示例为公开状态。

一个示例学会ZDEM
剥蚀
沉积
断层
滑脱层
古隆起
刚性基底伸展构造
伸展构造韧性基底 (待公开)
任意形状基底生成 (待公开)

部分PPT

部分PPT1

部分PPT2

部分PPT3

基于离散元的挤压构造定量分析与模拟 (大地构造与成矿学)

Thu, 01 Sep 2022 00:00:00 +0000

下载：

离散元方法在构造变形、应力应变与裂缝预测定量研究中具有巨大潜力, 是未来的构造变形定量研究的主要方向之一。

题目

基于离散元的挤压构造定量分析与模拟

作者

李长圣^1,2,3,4, 尹宏伟^3*, 徐雯峤³, 吴珍云^{1, 2}, 管树巍⁴, 贾东³, 任荣⁴

东华理工大学核资源与环境国家重点实验室, 江西南昌 330013;
东华理工大学地球科学学院, 江西南昌 330013;
南京大学地球科学与工程学院, 江苏南京 210023;
中国石油勘探开发研究院, 北京 100083

摘要

随着离散元理论和计算机技术的发展, 离散元方法已经广泛应用到不同尺度的构造模拟中。相较于传统的沙箱模拟实验, 离散元可以更精确地控制实验的边界条件, 定量的分析构造变形过程, 有助于从细观尺度深入认识地层力学性质对构造变形过程的影响。本文系统阐述了基于离散元的构造变形定量分析方法, 结合一个典型的挤压构造离散元数值模拟试验, 模拟了水平挤压环境下构造的形成过程, 并对变形过程中的应力、应变分布变化与裂缝生成规律进行了分析, 取得以下认识：(1) 该模拟实验的构造以前展式的逆冲叠瓦断层为主, 断层从挤压端到远离挤压端依次活动; (2) 裂缝与断层形成有密切关系, 局部区域内聚集的大量裂缝是产生断层的诱因; (3) 断层形成初期, 断层内物质运动距离较小, 产生裂缝增量最多; 断层活动后期, 裂缝增量减少; (4) 体积应变可以表征裂缝类型(拉张或压缩), 变形应变可以区分正向和反向逆冲断层; (5) 平均应力大小与地形起伏呈正相关关系, 最大剪切应力持续在将要形成的新断层处累积, 直至该新断层形成, 最大剪切应力继而消散, 继续往前传播, 在下一个将要形成的新断层处累积。研究结果表明离散元方法在构造变形、应力应变与裂缝预测定量研究中具有巨大潜力。

(a) 主应力差和轴向应变；(b) 剪切强度包络线。

图2 双轴实验结果

图3 初始模型

图 4 模型收缩量为1 km (a)、4 km (b)、9 km \(c)、16 km (d)、20 km (e)时楔体的构造解释

图 6 收缩量 1 km (a), 4 km (b), 9 km \(c), 16 km (d), 20 km (e)时, 粘结力链分布(蓝色为粘结力链, 黄色为无粘结的接触)

图8 断层的滑移曲线随收缩量的变化(断层F1、 F2、 F3和F4见图 4, 断层滑移值选取绿色层测量)

图a中4个点分别选取自绿色标志层中的断层F1、F2、F3和F4内部的四个颗粒, 为便于识别, 这四个颗粒半径放大3倍, 蓝色力链为监测点周围1 km范围内的粘结力链。

图9 点PF1、PF2、PF3和PF4的运动路径(a), 随着模型收缩, 点PF1、PF2、PF3和PF4累计位移量(b), 点PF1、PF2、PF3和PF4的周围1 km范围内, 模型每收缩1 km, 新断开的粘结力链数\(c)

其中, 蓝色表示体压缩, 红色表示体膨胀, 颜色深浅表征体积变化的大小。其中, (e)中半透明黑色为标志层。

图10 收缩量为1 km (a)、4 km (b)、9 km \(c)、16 km (d)、20 km (e)时, 模型内的累积体积应变

黑色线条为应力等值线, 黑色点为|变形应变|>4的点, 表征了断层的位置。图(e)中, 绿色层为标志层。

图15 收缩量为1 km (a)、4 km (b)、9 km \(c)、16 km (d)、20 km (e)时, 最大剪切应力分布

致谢

本文的数值计算是在南京大学高性能计算中心的计算集群上完成的, 数值模拟实验使用课题组自主研发的离散元数值模拟软件完成, 更多构造模拟示例见https://geovbox.com。文中采用的应变计算代码, 修改自莱斯大学Julia K. Morgan和Thomas Fournier的脚本, 在此表示感谢。楔体要素测量程序源码见 https://github.com/demsheng/Quantitative-wedge 。中国石油大学(北京)余一欣副教授和刘志娜副教授对本文进行了认真而专业的审阅, 提出了建设性修改建议, 在此一并致以特别感谢。

ZDEM脚本代码

沉积过程。gen.py 中内容如下：

######################################
# title: 基于离散元的挤压构造定量分析与模拟:1 沉积
# date: 2022-09-01
# authors: 李长圣
# E-mail: sheng0619@163.com
# ref: [李长圣,尹宏伟,徐雯峤,吴珍云,管树巍,贾 东,任 荣.基于离散元的挤压构造定量分析与模拟[J].大地构造与成矿学,2022,(46卷04):645-661.](https://doi.org/10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.001) 
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
start
set disk 0
BOX left 0.1 right 62000.0 bottom 1.0 height 20000.0 kn=4e10 ks=4e10 fric 0.00 
GLINE P1 (   1000.0 ,  1000.0 ) P2 (  61200.0 ,   1000.0 ) r 40.0 GROUP bom_wall
GLINE P1 (   1000.0 ,  1120.0 ) P2 (   1000.0 ,  19000.0 ) r 80.0 GROUP lef_wall
GLINE P1 (  61000.0 ,  1120.0 ) P2 (  61000.0 ,  19000.0 ) r 80.0 GROUP rig_wall

GEN num 200000, rad discrete 60.0 80.0,  x ( 1000 61000), y (1000 16000), COLOR black 
PROP den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.9e9, poiss 0.2,  damp 0.4 hertz

prop color blue    range group bom_wall
prop color black   range group lef_wall
prop color black   range group rig_wall

fix x y  spin range group bom_wall
fix x y  spin range group lef_wall
fix x y  spin range group rig_wall

SET  DT 5e-2,  GRAVITY ( 0.0,  -9.8 )
PROP damp 0.4
DRAW INTERVAL 1000, bfill wall bondc ;,bid,bang  mesh, cforce

SET  stepbar  1000
SET  save    50000
set  print   1000
set  ps      1000

CYC 5000

del range x 1001 60999 y 7000 99999
CYC 5000
exp init6km_xyr.dat range x 1001.0 60999.0 y 1001.0 99999.0

del range x 1001 60999 y 6000 99999
CYC 5000
exp init5km_xyr.dat range x 1001.0 60999.0 y 1001.0 99999.0

stop

挤压过程。push.py 中内容如下：

沉积过程，随机生成颗粒，可能导致初始模型与文章中有差异，下载文章中初始模型：init5km_xyr.dat

######################################
# title: 基于离散元的挤压构造定量分析与模拟:2 挤压
# date: 2022-09-01
# authors: 李长圣
# E-mail: sheng0619@163.com
# ref: [李长圣,尹宏伟,徐雯峤,吴珍云,管树巍,贾 东,任 荣.基于离散元的挤压构造定量分析与模拟[J].大地构造与成矿学,2022,(46卷04):645-661.](https://doi.org/10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.001) 
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
load init5km_xyr.dat

set disk 0
BOX left 0.1 right 62000.0 bottom 1.0 height 20000.0 kn=4e10 ks=4e10 fric 0.00 
GLINE P1 (   1000.0 ,  1000.0 ) P2 (  61200.0 ,   1000.0 ) r 40.0 GROUP bom_wall
GLINE P1 (   1000.0 ,  1120.0 ) P2 (   1000.0 ,  19000.0 ) r 80.0 GROUP lef_wall
GLINE P1 (  61000.0 ,  1120.0 ) P2 (  61000.0 ,  19000.0 ) r 80.0 GROUP rig_wall

PROP color white den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.9e9, poiss 0.2, hertz

prop color blue    range group bom_wall
prop color black   range group lef_wall
prop color black   range group rig_wall
fix x y   spin range group bom_wall
fix x y   spin range group lef_wall
fix x y   spin range group rig_wall

SET  DT 5e-2,  GRAVITY ( 0.0,  -9.8 )
PROP damp 0.4

SET  stepbar  1000
set  print    5000
set  ps       5000

prop   ebmod 2e8 gbmod 2e8 tstrength 1e7 sstrength 2e7 fric 0.3 range x 1001.0 60999.0 y 1001.0  9000.0
prop color mg     range x 1001.0 60999.0 y 1700.0  2000.0
prop color violet range x 1001.0 60999.0 y 2700.0  3000.0
prop color green  range x 1001.0 60999.0 y 3700.0  4000.0
prop color blue   range x 1001.0 60999.0 y 4700.0  5000.0
prop color black  range x 1001.0 60999.0 y 5700.0  9000.0

prop color blue   fric 0.3 range group lef_wall
prop color blue   fric 0.3 range group rig_wall
prop color red    fric 0.3 range group bom_wall

ini  xv 2.0, range group lef_wall
wall id 1, nodes (  500.0 , 2000.0 )  (    500.0 ,   3000.0 ), kn=0e3 ks=0e3 color black fric 0.0  xv  2.0
imple wall id 1 xmove 20000 print 1000.0 ps 1000.0 vtk 1000.0 sav 2000.0
stop

双滑脱层强度对博格达山北缘构造变形的影响：基于离散元数值模拟（地球科学）

Fri, 05 Aug 2022 00:00:00 +0000

本文主要研究先存构造和不同内聚力强度的双滑脱层组合对褶皱冲断带构造变形的影响，实验结果表明存在两套同等内聚力强度滑脱层的情况下，应力优先沿上滑脱层传播。结合博格达山地质模型，认为先存构造和“上弱下强”的双滑脱层模式是控制博格达山北缘新生代构造变形的关键因素(屈梦雪等,2022)。

[[1]屈梦雪,程晓敢,田禾丰,陈汉林,于洪洲,陈昌锦,孙思瑶.双滑脱层强度对博格达山北缘构造变形的影响：基于离散元数值模拟[J/OL].地球科学:1-14[（录用定稿）网络首发时间：2022-06-24].](http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1874.P.20220623.1802.006.html)

题目

双滑脱层强度对博格达山北缘构造变形的影响：基于离散元数值模拟

作者

屈梦雪^1,2,程晓敢^1,2*,田禾丰^1,2,陈汉林^1,2,于洪洲³,陈昌锦^1,2,孙思瑶^1,2

浙江大学地球科学学院, 杭州, 310027
教育部含油气盆地构造研究中心, 杭州, 310027
中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015

摘要

博格达山北缘褶皱冲断带以横向分段、纵向分层、多期构造变形叠加、先存构造发育为主要特征，发育有中侏罗统西山窑组和下侏罗统八道湾组两套滑脱层，为探究这两套滑脱层内聚力强度差异及先存构造对冲断带新生代构造变形的影响，本次研究采用离散元数值模拟方法，在布设先存构造的基础上设计了无滑脱层模型和不同内聚力强度组合的双滑脱层模型共5组数值模拟实验。实验结果表明：双滑脱层内聚力强度相同时，上滑脱层在应力传播中占据优势；双滑脱层内聚力强度不同时，应力会优先沿弱内聚力滑脱层传递，且当下滑脱层内聚力较弱时，上滑脱层可能不发挥作用。通过对比实验结果与实际地质剖面，认为先存构造控制了冲断带构造变形的总体样式，而两套滑脱层共同控制了冲断带纵向上的变形解耦，上部滑脱层内聚力弱于下部滑脱层是影响研究区新生代构造变形的关键性因素。

图1 博格达山西段地质构造简图

图2 研究区典型剖面图

图3 初始模型设计

图4 模拟结果及体积应变对比

致谢

本文的数值计算是在南京大学高性能计算中心的计算集群上完成的，模拟实验使用的软件为李长圣博士研发的离散元数值模拟软件VBOX(ZDEM)，应变的处理参考了Julia Morgan提供的脚本，在此表示感谢。

力学分层对塔里木克拉通内走滑断裂分层样式的控制作用(Tectonophysics)

Wed, 06 Apr 2022 00:00:00 +0000

力学分层（Mechanical stratigraphy）是一种常见的地质现象，指岩层在垂向序列上表现出明显的力学性质差异(Willis, 1893 ; Laubach et al., 2009 )。这种地质现象将会显著影响应变的分布，导致构造样式在不同力学层中发生急剧变化。目前，报道力学分层如何控制走滑体制内剪切变形的文献极少，尤其是克拉通内剪切变形。近年来，在塔里木克拉通盆地顺北地区陆续发现的规模性油气藏均与走滑断裂有关 (云露，2021)。这些分层发育的走滑断裂被岩性界面分隔，力学分层所起到的具体作用尚不清楚，是否会对油气的垂向疏导产生影响更是有待研究。
针对上述问题，中国地质大学（北京）何登发教授及其团队的博士生陈槚俊、田方磊、张伟康，与中石化西北油田分公司黄诚、中国石油勘探开发研究院马德波合作，依托国家自然科学基金企业创新发展联合基金、国家重点研发计划以及中石化科技部外协项目的资助，选取塔里木克拉通中部顺北1号、5号走滑断裂带为研究对象（图1），综合钻井、2D和高精度3D地震反射资料、岩石力学实验数据、偶极子声波测井数据，建立顺北地区古生界力学剖面，总结断裂带的基本特征，利用VBOX(ZDEM)开展离散元数值模拟实验并进行应力应变分析(Morgan，2015) ，探讨断裂分层发育的形成机制，最终取得以下认识(Chen et al.,2022) ：

顺北地区下古生界的力学剖面以3套能干层夹2套非能干层为特征；其中3组断裂分层发育于3套能干层内，相邻断层组之间存在“软连接”现象（图6）；
下伏先存构造是促进窄应变带产生的主要因素（图8，10），而力学分层的基本特点控制了分层剪切变形模式（以早–中志留世剪切变形为例，图10）；
分层剪切变形模式带来的启示：“软连接”断层不利于油气的垂向运移但利于保存，各层系断裂之间的垂向连通性可能是顺北地区油气勘探的一个重要研究方向。

[Chen, J., He, D., Tian, F., Huang, C., Ma, D., Zhang, W., 2022. Control of mechanical stratigraphy on the stratified style of strike-slip faults in the central Tarim Craton, NW China. **Tectonophysics** 830, 229307. doi: 10.1016/j.tecto.2022.229307. IF2020 = 3.933 ](https://doi.org/10.1016/j.tecto.2022.229307)

题目

Control of mechanical stratigraphy on the stratified style of strike-slip faults in the central Tarim Craton, NW China

作者

Jiajun Chen^{1, 2}， Dengfa He^{1, 2}, Fanglei Tian^{1, 2}, Cheng Huang³, Debo Ma⁴, Weikang Zhang^{1, 2}

School of Energy Resources, China University of Geosciences Beijing, Beijing 100083, China
Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Enrichment Mechanism, Ministry of Education, Beijing 100083, China
Northwest Oilfield Branch Company, SINOPEC, Urumqi, Xinjiang 830011, China
Research Institute of Petroleum and Development, PetroChina, Beijing 100083, China

摘要

The large-scale (tens to hundreds of kilometers long) but small-displacement (<2 km) strike-slip faults in the Shunbei region of the Tarim Basin, NW China, provide an opportunity to document the role of mechanical stratigraphy in an intracratonic strike-slip situation. Uniaxial compression test results and dipole acoustic logging data illustrate that the lower Paleozoic mechanical profile in the Shunbei region consists of 2 incompetent layers (middle Cambrian and Upper Ordovician) and 3 competent layers (Sinian–lower Cambrian, upper Cambrian–Middle Ordovician, and Silurian). Borehole and high-resolution 3D seismic data illustrate that the 3 competent layers are characterized by low-amplitude folds and isolated brittle faults. The discrete element method (DEM) modeling results indicate that mechanical stratigraphy is an important factor controlling the softlinked faulting style that is independent of multiphase deformation. A pre-existing structure promotes the formation of narrow and localized fault zones. The early–middle Silurian evolution of the Shunbei No. 1 fault zone reflects a classic stratigraphically decoupled deformation model: the middle fault arrays (upper Cambrian–Middle Ordovician layers) and en echelon normal faults (Silurian layer) synchronously experienced leftlateral slip. These two styles of faulting have different geometries (fault dips, slips, and arrangements) but are kinematically coupled and genetically related. This proposed deformation model provides mechanical support to document deeply buried structures by characterizing genetically related shallow structures, which may be widely employed as multiphase inheritance structures with mechanical stratigraphy. We also point out that vertical fault connectivity is a key research aspect of hydrocarbon exploration in the Shunbei oilfield.

图1 塔里木盆地中部顺托果勒低隆及邻区深层主干断裂分布图（a）、综合柱状图（b）、中奥陶统顶面（c）、奥陶系顶面（d）及志留系顶面（e）断裂分布图 Caption: Distribution map of (a) the structural elements in the Paleozoic tectonostratigraphic unit and intracratonic small-displacement (< 2 km) strike-slip faults of the Shuntuoguole Lower Uplift, (b) stratigraphic column, and fault distributions (modified after 邓尚等, 2018) at the (c) top of the Middle Ordovician (T74), (d) top of the Ordovician (T70), and (e) top of the Silurian (T60). (1) = Paleozoic rock sampling location; (2) = Mesozoic rock sampling location; SRS = seismic reflection surface; TS = tectonostratigraphic unit; U = Upper; M = Middle; L = lower; Qu. = Quaternary; Ca. = Carboniferous; PDZ = principal displacement zone.

图6 顺北1号与5号断裂带地震–地质结构剖面 Caption: Interpreted seismic cross-sections and related mechanical profiles (see Fig. 1a for location). a) W–E-oriented cross-section showing the pop-up structure of the Shunbei No. 5 fault zone (C–C'); b) W–E-oriented cross-section showing the pull-apart structure of the Shunbei No. 5 fault zone (D–D'); c) NW–SE-oriented cross-section showing the Shunbei No. 1 fault zone (E–E').

图8 顺北走滑断裂带的四组数值模拟实验结果，包括构造变形（a, d, g, j）、体积应变（b, e, h, k）和变形应变（c, f, i, l） Caption: 2D numerical simulation results of the 4 models, including the (a, d, g, and j) deformations, (b, e, h, and k) volumetric strains, and (c, f, i, and l) distortional strains.

图10 一种左行走滑断裂产生的左行剪切变形模式及其潜在的定向构造（a）与顺北1号和5号断裂带早–中志留世的分层剪切变形模式（b） Caption: Comparison of the (a) non-stratigraphically decoupled deformation (modified after Fossen, 2016) and potential structures formed in the upward widening shear zone and (b) early–middle Silurian stratigraphically decoupled deformation in the Tarim intracratonic left-lateral slip scenario (e.g., Shunbei No. 1 and 5 fault zones). PDZ is the principal displacement zone; R and R′ are the synthetic and antithetic shear fractures, respectively; P is the secondary shear fracture and connects the R and R′ surfaces; Φ is the angle of internal friction.

Acknowledgments

The authors wish to thank the Northwest Oilfield Branch Company (SINOPEC) and Research Institute of Petroleum Exploration and Development (CNPC) for granting access to the data. The numerical calculations in this manuscript were performed at the computing facilities of the High Performance Computing Center (HPCC) of Nanjing University. This research was financially supported by the National Natural Science Foundation of China [grant number U19B6003-01] and the National Key Research and Development Program of China [grant number 2017YFC0601405]. The authors would like to thank Julia K. Morgan for generously sharing their postprocessing scripts and algorithms, which have been used to process and display the model outputs presented here.

References

Willis, B., 1893. The mechanics of Appalachian structure. In: US Geol. Survey. 13th Ann. Rept, pp. 211–282.

Laubach, S.E., Lander, R.H., Criscenti, L.J., et al, 2019. The role of chemistry in fracture pattern development and opportunities to advance interpretations of geological materials. Rev. Geophys. 57, 1065–1111. https://doi.org/10.1029/2019RG000671

云露, 2021. 顺北东部北东向走滑断裂体系控储控藏作用与突破意义. 中国石油勘探, 26(03): 41-52.

邓尚, 李慧莉, 张仲培, 等. 2018. 塔里木盆地顺北及邻区主干走滑断裂带差异活动特征及其与油气富集的关系. 石油与天然气地质, 39(5): 878-888.

李长圣, 2019. 基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟. 博士论文. 南京: 南京大学.

Morgan J K., 2015. Effects of cohesion on the structural and mechanical evolution of fold and thrust belts and contractional wedges: Discrete element simulations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120(5): 3870-3896.

Fossen H., 2016. Structural Geology. 2nd. United Kingdom: Cambridge University Press.

西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究——基于离散元数值模拟

Tue, 15 Mar 2022 00:00:00 +0000

论文下载：

辛文 (2021). 西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究——基于离散元数值模拟. 硕士论文. 浙江大学.

题目：西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究——基于离散元数值模拟

作者：辛文

摘要

西南天山山前褶皱冲断带东段和西段变形具有显著差异，西段喀什北缘冲断带以发育“堆垛”构造和基底卷入逆冲构造为特征，与其相邻的东段柯坪冲断带却发育大规模叠瓦状薄皮滑脱构造，是什么因素控制了冲断带的变形差异。论文基于地震解释剖面，采用离散元数值模拟研究手段，分析单变量控制因素对冲断带变形的影响。论文共设计二十八组实验，探讨滑脱层强度、滑脱层位置、盖层厚度、先存断裂、单双向挤压及双向挤压距离等因素对西南天山山前褶皱冲断带构造变形的影响。根据实验结果得出以下结论：

滑脱层内聚力的大小对变形具有重要的控制作用。滑脱层内聚力大小控制其下断裂向上突破的难易程度，滑脱层内聚力较强时，沿先存薄弱带易突破滑脱层形成逆冲推覆构造；滑脱层内聚力较弱时，滑脱层将发育成逆冲体系的顶板断裂，阻碍滑脱层之下单元中先存断裂活化后向上传播。弱内聚力滑脱层可以促进变形前锋向前传播得更快、更远；限定变形主要发生在滑脱层之上单元，滑脱层之上单元易形成三角带和冲起构造，滑脱层之下单元构造变形相对较弱。滑脱层内聚力越小，越容易形成叠瓦状薄皮滑脱构造；上覆地层越厚形成的逆冲片规模越大、数量越少，逆冲片间距越大。
在单、双向挤压时，应力、应变主要集中在滑脱层和断裂等薄弱带位置，靠近挤压端应力和应变较强；滑脱层内聚力越小，应力越容易向远处传播。近距离双向挤压时，应力可以通过弱内聚力滑脱层传播至远端，从而对远端的变形产生影响；远距离双向挤压时，不会对另一侧的变形产生影响。
上白垩统—古近系膏盐滑脱层和新生代之前的先存断层，是喀什北缘冲断带发育的堆垛式变形主要控制因素；同时，帕米尔弧形构造带由南向北的挤压作用也影响了喀什北缘冲断带变形样式。古近系的膏盐层可以作为区域内有效滑脱层，在挤压过程中，前新生代先存断裂依次活化并相互叠覆形成系列逆冲片，上白垩统—古近系膏盐滑脱层作为顶板断裂阻碍其下深部断裂继续向上和向南传播，靠近挤压端形成“堆垛”构造。喀什北缘冲断带位于帕米尔和南天山对接带，其南侧前锋断裂受到帕米尔弧形构造带由南向北逆冲作用影响，阻碍喀什北缘冲断带前缘隐伏逆冲断裂向南和向上突破，导致喀什北缘冲断带没有形成类似柯坪冲断带叠瓦状薄皮滑脱构造。
柯坪冲断带发育大规模的叠瓦状薄皮滑脱构造变形与中寒武统膏盐滑脱层和古生代厚沉积盖层有着密切关系。柯坪地区发育较厚的古生代和新生代地层导致作为有效弱内聚力滑脱层的中寒武统膏盐滑脱层的有效性增强，在挤压过程中形成一系列向下归一到中寒武统滑脱层内的逆冲片，发育大规模的叠瓦状薄皮滑脱构造。此外，柯坪地区距离西昆仑—帕米尔冲断带较远，其变形不受西昆仑—帕米尔冲断带由南向北挤压作用的影响。在柯坪冲断带内部，柯坪冲断带以皮羌断裂为界进一步划分为东西两段，西段的寒武系膏泥盐滑脱层埋藏较深，上覆沉积地层较厚；而东段的寒武系膏泥盐滑脱层埋藏较浅，上覆沉积地层相对较薄，导致柯坪冲断带西侧逆冲片比东侧逆冲片规模更大、间隔更大和数量更少。

关键词：西南天山，褶皱冲断带，构造变形，控制因素，数值模拟

第一章绪论
第二章冲断带数值模拟研究
第三章区域地质概况
第四章喀什北缘冲断带变形控制因素的数值模拟分析
第五章滑脱层及其上覆地层厚度对柯坪冲断带变形的影响
第六章喀什北缘冲断带和柯坪冲断带变形差异控制因素分析
第七章认识与结论
参考文献

柯坪冲断带数值模拟实验变形-应变结果

离散元后处理技术及其在构造模拟中的应用（预告）

Sun, 31 Oct 2021 00:00:00 +0000

近期，我们将邀请南京大学硕士研究生魏华敬讲解他在离散元后处理方面的研究成果 DEMpost ，感兴趣的老师同学可以先下载魏华敬的硕士论文学习，报告时间另行通知。

论文下载

魏华敬 (2020) 离散元后处理技术及其在构造模拟中的应用. 硕士论文. 南京大学.

题目：基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟

作者：魏华敬

摘要

离散元方法是一种用微观颗粒体系模拟宏观物体变形的数值模拟手段，在岩土工程，构造模拟，物料运移等领域应用广泛。构造数值模拟作为一种重要的构造定量化研究手段，通过建立起构造的变形机制与几何分析的联系，一定程度上摆脱传统构造分析方法在含盐褶皱冲断带研究的局限性。离散元数值模拟能够在呈现构造变形基础之上，通过追踪模拟中颗粒在每一个时刻的受力及运动状态，给出体系的应力应变状态及速度位移场的情况，进而能够研究小尺度的变形及裂缝，实现对含盐褶皱冲断构造的定量化研究，具有重要科学价值和经济意义。因此，如何高效地表达构造模拟中的动力学和运动学特征的分布情况，具有重要的应用价值。本文基于文献调研，算法设计与开发，计算实例以及构造数值模拟实验完成了以下工作：

调研文献讨论了多维度的后处理分析对构造模拟的重要性：构造变形反映构造整体形态的基础上，应变的分布能反映模型中小尺度构造变形，速度场的分布能够得出不同构造单元的运动状态，位移梯度则能够更为细致地展现裂缝分布。
设计并开发了适配离散元软件 YADE 的后处理计算及可视化分析模块 DEMpost。通过光栅化算法将颗粒体系以图像的形式呈现，通过反距离加权插值算法将颗粒体系的应力应变等特征以图像的形式呈现，通过其他图像处理的算法提升了以上图像的质量。图像形式的构造变形图像与特征图谱之间能够建立起关联，便于追踪特定构造单元在构造演化过程中的动力学与运动学特征。
设计系统的离散元数值模拟实验，分析了含盐褶皱冲断带构造中常见因素的影响，基于DEMpost 实现构造模拟的后处理可视化，探讨了构造变形与动力学及运动学特征的映射关系，模拟的结果表明：底部单膏盐层的存在使得应力应变迅速传播到构造边界，整个模型内部出现收缩挤压情况，发育“箱状”构造；双膏盐层的存在将与共轭断裂相伴的刚性抬升转化为具有流变性质的揉皱构造，膏盐层内部应力应变状态稳定，对构造的影响表现为产生应变分散和三角剪切带，且具有一定的辐射范围；先存断裂促进断层的上盘沿断裂向上移动，先存断裂的倾向、倾角、规模等因素影响上盘移动的方向和距离，进而影响变形传播的范围。

关键词：离散元；后处理；光栅化；空间插值；图像处理；构造数值模拟；定量分析

绪论
- 1.1 褶皱冲断带与构造定量化研究
- 1.2 离散元软件简介
- 1.3 本文内容提要
- 1.4 研究方法与技术路线
- 1.5 论文工作量
离散元后处理技术的算法设计与开发
- 2.1 数据预处理
- 2.2 离散元成像
  - 2.2.1 构造变形图像
  - 2.2.2 动力学及运动学特征图谱
- 2.3 图像增强处理
  - 2.3.1 高频噪声压制
  - 2.3.2 区域边界提取
  - 2.3.2 体系轮廓表达
- 2.4 小结
离散元后处理技术的计算实例与优势
- 3.1 离散元后处理算法计算实例
- 3.2 离散元后处理算法计算优势
- 3.3 小结
离散元后处理技术在含盐褶皱冲断构造模拟的应用
- 4.1 单膏盐层
- 4.2 双膏盐层
  - 4.2.1 膏盐层垂向规模
  - 4.2.2 膏盐层横向规模
  - 4.2.3 膏盐层垂向分布
  - 4.2.4 膏盐层横向分布
- 4.3 先存断裂
  - 4.3.1 先存断裂倾向
  - 4.3.2 先存断层倾角
  - 4.3.3 先存断裂垂向分布
  - 4.3.4 先存断裂横向分布
  - 4.3.5 先存断裂规模
- 4.4 小结
结论及展望
- 5.1 结论
- 5.2 展望

CCF HPC China 2021 第八届"国产应用软件"专题论坛成功举办

Sat, 23 Oct 2021 00:00:00 +0000

原文见： https://mp.weixin.qq.com/s/jHOaaoT8KwFu28N4UsSWZA

2021 CCF 全国高性能计算学术年会（CCF HPC China 2021）10月21-23日在珠海横琴隆重举行。本次大会以“智算赋能，共赢未来”为主题，旨在前瞻全球超算技术发展趋势，汇聚创新技术应用，展示前沿学术结果，促进超算产学研数字化升级转型，打造全球化、开放化、学术化交流平台。

CCF HPC China 2021由中国计算机学会主办，中国计算机协会高性能计算专业委员会、珠海横琴新区管理委员会、珠海市科技创新局、澳门大学、澳门科技大学共同承办，北京并行科技股份有限公司、暨南大学、广东琴智科技研究院有限公司、珠海大横琴有限公司协办。

在本次学术年会的第八届“国产应用软件”专题论坛上，国产应用软件重要开发单位齐聚一堂，共同探讨国产应用软件的现状和发展瓶颈，需要得到什么样的支持、如何进行市场推广、未来发展趋势等问题，以期中国国产应用软件能够在多方支持下持续稳步发展，在国际主流市场占有一席之地。

其中，东华理工大学李长圣博士进行了《用于构造变形研究的离散元数值模拟软件ZDEM：理论、软件与应用》主题分享。随着我国油气地质理论认识和勘探实践的逐步发展，油气勘探已经向盆地纵深转移，如何开展含油气盆地深部构造研究已是盆地构造研究的前沿问题。从离散元数值模拟的角度开展定量化研究，可以为深部构造解析提供定量化的实验依据。离散元数值模拟对计算环境的要求很高，开发一款适用于构造变形研究的高性能离散元数值模拟软件显得尤为重要。随后，他介绍了离散元原理以及基于OpenMP、CUDA的并行设计。他还分享了ZDEM在构造模拟方面的应用以及ZDEM的未来。

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最后，此次论坛主席兼主持人北京并行科技股份有限公司总经理陈健博士在论坛总结上表示：国产应用软件仍存在底层核心技术的不足，其涉及的不仅仅是软件产品，背后还关系到复杂的专业领域知识、计算机技术、数学、物理，这是一系列底层生态的构建，需要长期的巨大投入，生态打造依旧任重道远。而在大环境方面，国内的应用软件市场也开始成熟，更多的企业愿意为正版软件付费，并且愿意使用国产软件。再加上政策层面红利不断，我们可以看到，整体国产应用软件市场的成熟度正在快速提高。期待第九届国产应用软件专题论坛与各位再次相见，共话国产应用软件的新发展。

图文直播：http://www.citmt.cn/s/hpcchina2021/
2021CCF全国高性能计算学术年会（CCF HPC China 2021）官网 https://hpcchina.ccf.org.cn/
第八届“国产应用软件”专题论坛详细介绍见：https://mp.weixin.qq.com/s/7rardQGBNbLVjiXfLW75FQ
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ZDEM报告-第八届“国产应用软件”专题论坛 | CCF HPC China 2021(2021年10月23日)

Tue, 19 Oct 2021 00:00:00 +0000

CCF HPC China 2021 第八届“国产应用软件”专题论坛简介

工业软件是中国从制造大国向设计大国转变的核心关键技术，如何实现在研发、设计等高端领域的自主创新突破，使我国工业企业软件体系实现自主可控成为国家层面重点关注的焦点。在国家科技重大专项以及相关产业政策的支持下，在国际大环境背景下，HPC领域的国产应用软件发展迅速，目前已形成完整的国产工业软件产品体系，为国产工业软件的发展提供了强有力的保障。

本论坛邀请国产应用软件重要开发单位，共同探讨国产应用软件的现状、发展瓶颈、需要得到什么样的支持、如何进行市场推广、未来发展趋势等问题。希望中国国产应用软件能够在多方支持下持续稳步发展，在国际主流市场占有一席之地。

报告题目：用于构造变形研究的离散元数值模拟软件ZDEM：理论、软件与应用

时间：10月23日16:45-17:10

地点：珠海·珠海国际会议中心402会议室

报告人：李长圣
报告摘要：
随着我国油气地质理论认识和勘探实践的逐步发展，油气勘探已经向盆地纵深转移，如何开展含油气盆地深部构造研究已是盆地构造研究的前沿问题。从离散元数值模拟的角度开展定量化研究，可以为深部构造解析提供定量化的实验依据。离散元数值模拟对计算环境的要求很高，开发一款适用于构造变形研究的高性能离散元数值模拟软件显得尤为重要。报告将从理论、软件及与应用三个方面介绍离散元数值模拟软件ZDEM的过去与未来。

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Effects of Salt Thickness on the Structural Deformation of Foreland Fold-and-Thrust Belt in the Kuqa Depression

Tue, 24 Aug 2021 00:00:00 +0000

下载： Li C, Yin H, Wu Z, Zhou P, Wang W, Ren R, Guan S, Li X, Luo H and Jia D (2021) Effects of Salt Thickness on the Structural Deformation of Foreland Fold-and-Thrust Belt in the Kuqa Depression, Tarim Basin: Insights From Discrete Element Models. Front. Earth Sci. 9:655173.

题目

Effects of Salt Thickness on the Structural Deformation of Foreland Fold-and-Thrust Belt in the Kuqa Depression, Tarim Basin: Insights From Discrete Element Models

作者

Changsheng Li^1,2,3, Hongwei Yin^3*, Zhenyun Wu^1,2*, Peng Zhou⁴, Wei Wang³, Rong Ren⁵, Shuwei Guan⁵, Xiangyun Li⁶, Haoyu Luo⁶ and Dong Jia³

State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China
Resource Exploration Office, Tarim Oilfield Branch Company, PetroChina, Korla, China
PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing, China
Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oilfield Branch Company, PetroChina, Korla, China

摘要

The salt layer is critical for the structural deformation in the salt-bearing fold-and-thrust system, which not only acts as the efficient décollement layer but also flows to form salt tectonics. Kuqa Depression has a well-preserved thin-skinned fold-and-thrust system with the salt layer as the décollement. To investigate the effects of salt thickness on the structural deformation in the Kuqa Depression, three discrete element models with different salt thicknesses were constructed. The experiment without salt was controlled by several basal décollement dominant faults, forming several imbricate sheets. The experiments with salt developed the decoupled deformation with the salt layer as the upper décollement (subsalt, intrasalt, and suprasalt), significantly similar to the Kuqa Depression along the northern margin of Tarim Basin. Basal décollement dominant imbricated thrusts formed at the subsalt units, while the monoclinal structure formed at the suprasalt units. The decoupled deformation was also observed in the tectonic deformation graphics, distortional strain fields, and max shear stress fields. However, the salt layer was thickened in the thick salt model, and the salt thickness of the thin salt model varied slightly because the thin salt weakened the flowability of the salt. The lower max shear stress zone was easily formed in the distribution region of salt under the action of compression stress, which is conducive to the flow convergence of salt and the crumpled deformation of interlayer in salt. The results are well consistent with the natural characteristics of structural deformation in the Kuqa Depression. Our modeling result concerns the structural characteristics and evolution of salt-related structures and the effects of salt thickness on the structural deformation in the compressional stress field, which might be helpful for the investigations of salt-related structures in other salt-bearing fold-and-thrust belts.

FIGURE 5. Final deformations of three shortening experiments with different salt thicknesses after 12 km of shortening. A) Reference experiment. B) Experiment with thin salt (ca. 300 m). C) Experiment with thick salt (ca. 1,000 m). White and gray denote the subsalt layer. Red denotes the salt layer. Blue and gray denote the prekinematic layer. Violet and yellow denote the synkinematic layer. Bonds of assigned strengths (Table 2) were introduced at all interparticle contacts, except the synkinematic layer (violet and yellow) and salt layer (red). Dashed lines denote faults. The figures of each step are included in the Supplementary Material.

FIGURE 7. Max shear stress illustrated after 12 km of shortening. A) Reference experiment. B) Experiment with thin salt (ca. 300 m). C) Experiment with thick salt (ca. 1,000 m). The final structure of each series is superimposed by plotting regions of high distortional strain (i.e., the absolute value is greater than 4.8 in Figure 6) in black. Dashed lines denote faults. The areas that are trapped by the white solid line denote the salt. The figures of max shear stress for each step are included in the Supplementary Material.

Acknowledgments

The authors would like to thank Julia K. Morgan and Thomas Fournier for generously sharing their postprocessing scripts and algorithms, which have been used to process and display the model outputs presented here. HY would like to thank Prof. Morgan for generously sharing her discrete element code RICEBAL (v. 5.1, modified from Peter Cundall’s TRUBAL v. 1.51) and Rice University for hosting his collaborative visit in 2009, providing him with the opportunity to further develop his knowledge of DEM and geomechanics principles and learn the capabilities of these methods. The authors also would like to thank Wenqiao XU for the fruitful discussions on this manuscript. The authors are grateful for thoughtful reviews by two reviewers, which resulted in significant improvements in this paper. The authors acknowledge Beijing PARATERA Tech CO., Ltd. (https://paratera.com) for providing HPC resources that have contributed to the research results reported within this paper. Data used in this paper and the discrete element software ZDEM will be available online at https://geovbox.com, and more examples are given on this website. Modeling results and information can be obtained by contacting CL at lichangsheng@ecut.edu.cn.

Supplementary Material

The Supplementary Material for this article can be found online at: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2021.655173/full#supplementary-material

多滑脱层褶皱冲断构造分析模拟-以龙门山断层马角坝断裂为例

Sat, 24 Jul 2021 00:00:00 +0000

论文下载：

冯彦杰 (2019). 多滑脱层褶皱冲断构造分析模拟-以龙门山断层马角坝断裂为例. 本科论文. 南京大学. 提取码 zdem

题目：多滑脱层褶皱冲断构造分析模拟-以龙门山断层马角坝断裂为例

作者：冯彦杰

摘要

本文基于离散元数值模拟技术设计了多组二维水平挤压实验，模拟了多滑脱层褶皱冲断带的形成与演化过程，分析了多滑脱层褶皱冲断带变形机制，取得了如下认识：

膏盐滑脱层的受力形变主要为塑形流变，常见强烈体应变和剪应变，但内部不发育断层。
滑脱层的位置、厚度会影响褶皱冲断带应力应变的分布，其中，基底滑脱层是影响整体构造演化的主要因素。
离散元数值模拟方法能在一定程度上定量解释褶皱冲断构造演化过程与变形机制，有较好的发展前景。

关键词：滑脱层；离散元模型；褶皱冲断带；构造变形

第一章前言
- 1.1 研究意义和选题依据
- 1.2 构造变形定量化研究现状
- 1.3 创新点
第二章方法概论
- 2.1 离散元方法简介
- 2.2 VBOX软件简介
- 2.3 Hertz-Mindlin接触模型介绍
- 2.4 应力应变分析
第三章数值模拟实验
- 3.1 实验一无膏盐层
- 3.2 实验二底部膏盐层
- 3.3 实验三含一条膏盐间层
- 3.4 实验四含两条膏盐间层
- 3.5 实验五改变膏盐层厚度
- 3.6 实验六边界延长实验
- 3.7 实验七改变滑脱层的密度
第四章讨论：与龙门山断层马角坝断裂的对比
第五章结论
参考文献

结论

根据实验结果，结合实际情况分析，我们可以得出以下主要结论：

膏盐滑脱层自身变形主要是塑形流变，内部不发育断层，可见强烈的体应变和剪应变。
滑脱层的厚度、密度、分布会显著影响应力应变的传播与分布。水平向传播上滑脱层会让应力应变更容易传播；垂向上的滑脱层是构成变形垂向分层的关键因素，滑脱层上下有明显不同的构造变形模式。双滑脱层的存在会加快应力应变的传播速度，同时也会影响传播的最远距离。
四川龙门山断层马角坝地区的复杂构造，可能为双滑脱层影响，受重力滑脱和区域水平挤压两期先后不同的构造地质运动的驱动而形成。
VBOX软件可以较好用于模拟褶皱冲断构造变形，模拟结果与实际地质构造有较好的吻合度。同时VBOX软件还搭载了其他多种基础模型数据，加上其开放的多端口设计和方便高效的并行运算设计，在构造地质模拟上有较好的潜力，随着计算软硬件设施不断更新，构造数值模拟会有更广阔的发展空间。

(km)

实验六

基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟

Wed, 21 Jul 2021 00:00:00 +0000

题目：基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟

作者：李长圣

摘要

离散元数值模拟作为构造变形研究的新方法，可以定量的观测分析模型内应力、应变的演化过程，有助于揭示褶皱冲断带的变形特征与变形机制，分析应力应变分布对油气储层物性的影响，具有重要的理论意义及实用价值。本文在文献调研的基础上，结合野外地质调查、地震剖面解析和构造物理模拟试验，基于离散元数值模拟技术，对褶皱冲断带构造变形特征及其变形演化机制和控制因素进行综合分析，取得了如下成果：

采用结构体数组构建离散元的基本数据结构，改进基于网格法的邻居搜索算法，加快邻居搜索与接触判断的速度，重组邻居搜索与接触判断和接触力的更新模块，实现了无锁、高效的并行计算。嵌入线弹性和 Hertz-Mindlin接触力学模型，开发适用于构造模拟的易扩展、高性能的离散元程序 VBOX并给出了离散元程序测试流程。
提出等效参数与等效模型的概念，通过休止角试验和双轴试验标定反映石英砂宏观力学特性的颗粒的细观参数构建一个典型的物理模拟和离散元数值模拟试验，提出基于网格的挤压楔体定量方法，定量（如坡角、断层倾角等）对比了两种方法在构造变形研究中的差异与相似点。
通过系统的离散元数值模拟试验给出颗粒细观参数与岩石宏观参数的对应表，研究岩层粘聚力和内摩擦角、滑脱层强度和厚度对褶皱冲断构造形成与演化的控制作用，定量分析了褶皱冲断构造变形特征与变形机制，为复杂褶皱冲断构造地质理论的完善提供了定量依据。岩层粘聚力较低时，内部应变分散，裂隙分布较为分散；岩层粘聚力较强时，应变集中，断层断距较大，单个断层位移量大，楔体内部可能出现明显的反冲断层。也就是说，粘聚力弱的岩层，应力集中不明显，挤压楔体内部裂隙发育松散、均匀，具有连通孔隙，利于油气在其中储存和渗滤。而粘聚力强的岩层中裂隙发育集中，成带状，可以作为优势的油气运移通道。滑脱层的强度对褶皱冲断带构造形态影响很大，高摩擦滑脱层模型中，主要构造形态为前展式逆冲叠瓦构造；在低摩擦滑脱模型中，正向和反向逆冲断层间隔出现，形成冲起构造；褶皱冲断带盖层岩石强度对褶皱冲断构造影响较小，整体构造演化主要受基底滑脱层强度影响。并且，滑脱层厚度对构造变形样式影响较弱。
以库车坳陷新生代褶皱冲断带为切入点，标定了岩盐宏观参数所对应的颗粒的细观参数。通过数值模拟证实了同构造沉积对变形的分布具有重要的控制作用，认为秋里塔格盐丘形成演化的主要控制因素之一是同构造沉积作用。盐岩使得库车坳陷西段构造具垂向分层特点，盐下构造以紧密排布的逆冲断层为主，盐上构造以宽缓褶皱为主。同时，通过数值模拟了揭示初始盐盆宽度可能是影响库车坳陷西段构造沿走向差异演化的主要控制因素。初始盐盆宽度和盐层厚度差异使得库车坳陷构造变形具横向分段特征。盐岩使得地层中应力有明显的分层性，分成盐上、盐层和盐下三层，盐层中应力最小，盐下应力最大。盐岩流动具有一定的指向性，同构造沉积使得盐岩表现明显的顺层流动特点，总体流动趋势与挤压方向相同。

关键词：离散元；并行计算；应力应变；挤压楔体；盐构造

绪论
- 1.1 研究意义与选题依据
- 1.2 构造变形定量分析方法研究现状
  - 1.2.1 平衡剖面技术
  - 1.2.2 临界角库伦楔模型
  - 1.2.3 构造物理模拟
  - 1.2.4 构造数值模拟
- 1.3 本文内容提要
- 1.4 研究方法及技术路线
- 1.5 创新点
离散元软件的开发与测试
- 2.1 离散元理论与软件
- 2.2 数据结构
- 2.3 邻居搜索与接触判断
- 2.4 颗粒位置的更新
- 2.5 接触力的计算
  - 2.5.1 线弹性模型
  - 2.5.2 Hertz-Mindlin接触模型
- 2.6 阻尼和时间步
- 2.7 应力应变表征方法
  - 2.7.1 应力
  - 2.7.2 应变
- 2.8 并行设计
- 2.9 软件测试
  - 2.9.1 1个颗粒
  - 2.9.2 2个颗粒
  - 2.9.3 颗粒集合体
- 2.10 小结
构造数值模拟参数选取与标定
- 3.1 等效参数与等效模型
- 3.2 石英砂的离散元细观参数标定
  - 3.2.1 休止角试验
  - 3.2.2 双轴试验
  - 3.2.3 小结
- 3.3 物理模拟
- 3.4 数值模拟
- 3.5 物理模拟与数值模拟对比
  - 3.5.1 变形与应变分析
  - 3.5.2 构造解译
  - 3.5.3 楔体演化
- 3.6 小结
褶皱冲断带变形机制及影响因素
- 4.1 参数选取与调试
- 4.2 初始条件与计算设备
- 4.3 岩层粘聚力
- 4.4 岩层内摩擦角
- 4.5 岩层厚度
- 4.6 滑脱层对褶皱冲断带构造变形的影响
  - 4.6.1 基底滑脱层强度
  - 4.6.2 基底滑脱层厚度
  - 4.6.3 讨论
- 4.7 小结
褶皱冲断带盐构造数值模拟
- 5.1 盐岩及盐构造
- 5.2 盐岩对应的颗粒细观参数
- 5.3 库车前陆盆地数值模拟
  - 5.3.1 同构造沉积
  - 5.3.2 初始盐盆宽度
  - 5.3.3 盐层厚度
- 5.4 小结
结论及展望
- 6.1 结论
- 6.2 展望
附录
- 7.1 硬件和软件环境
- 7.2 石英砂双轴试验数值模拟
- 7.3 岩石双轴试验
  - 7.3.1 不同围压下的双轴试验结果
  - 7.3.2 不同摩擦系数下的双轴试验结果
  - 7.3.3 不同粘结参数下的双轴试验结果
- 7.4 生长墙
- 7.5 测试实例 N0、 N1、 S0和 S1
- 7.6 离散元中的平面几何知识 192
- 7.7 初始条件与计算设备 M1C1、 M1C2、 M2C1、 M3C1 和 M4C1
- 7.8 岩层粘聚力 C1、 C10、 C19、 C24
- 7.9 岩层内摩擦角 φ5 φ13 φ17 φ20 217
- 7.10 基底滑脱层强度 μ0、 μ1、 μ2、 μ3
- 7.11 基底滑脱层厚度 D0、 D300、 D500、 D1000

8 参考文献

发明专利

李长圣,任荣,管树巍,尹宏伟. 一种基于离散元的古隆起隆升过程模拟方法及装置[P]. 申请日：2021. (待公开)

李长圣,尹宏伟,吴珍云,贾东,徐雯峤,汪伟. 一种基于离散元的裂谷盆地伸展过程模拟方法[P]. CN111008472A,申请日：2019-12-02

软件著作权：

离散元数值模拟后处理系统 V1.0. 东华理工大学, 钟军, 李长圣, 徐雯峤, 魏华敬, 吴珍云. 2021.

虚拟沙箱软件 V1.0. 南京大学. 2015

部分PPT

答辩海报

Influence of Regional Erosion and Sedimentary Loading on Fault Activities in Active Fold-Thrust Belts

Fri, 16 Jul 2021 00:00:00 +0000

本文以龙门山褶皱冲断带为例，通过四个离散元数值模拟实验，揭示了：（1）剥蚀和沉积负载作用在活动褶皱冲断带新、老断层形成及其应力应变时空演化中具有重要影响作用；（2）研究区存在的差异性剥蚀和差异性同构造沉积负载作用可能是导致龙门山中段和南段形成差异性断裂活动及隆升的重要因素之一；（3）同构造沉积负载分布和发育（如成都平原的生长）对其腹部冲断楔中沿前缘断层面中的应力传播和应变汇聚有巨大的阻挡作用，导致应力汇聚主要发生在冲断楔体内部的主要活动断层上，进而在某种程度上解释了相比较龙门山北段，为什么其中段和南段更有利于地震的产生 (Wu et al.,2021)。

[Wu Z, Yin H, Li C, Yang X, Wang L, Wang F, Dong S and Jia D (2021) Influence of Regional Erosion and Sedimentary Loading on Fault Activities in Active Fold-Thrust Belts: Insights From Discrete Element Simulation and the Southern and Central Longmen Shan Fold- Thrust Belt. Front. Earth Sci. 9:659682. doi: 10.3389/feart.2021.659682](https://doi.org/10.3389/feart.2021.659682)

题目

Influence of Regional Erosion and Sedimentary Loading on Fault Activities in Active Fold-Thrust Belts: Insights From Discrete Element Simulation and the Southern and Central Longmen Shan Fold-Thrust Belt

作者

Wu Z^1,2, Yin H³, Li C^1,2, Yang X², Wang L², Wang F², Dong S³ and Jia D³

State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China

摘要

Four groups of discrete element models (DEMs) were set-up to simulate and analyze the influence of regional erosion and sedimentary loading on the formation and spatial-temporal evolution of faults in the southern and central Longmen Shan (LMS) active fold-thrust belt. The interior characteristics of faults in the southern and central LMS fold-thrust belt were also evaluated during the interaction of tectonic processes and surface processes according to the stress-strain analysis from DEM results. The results showed that synkinematic erosion promoted the reactivation of pre-existing faults in thrust wedges and also retarded the formation and development of new incipient faults in the pre-wedge regions. Meanwhile, synkinematic sedimentation also delayed the development of new incipient faults in the pre-wedge regions by promoting the development of thrust faults in the front of thrust wedges, causing these thrust wedges in supercritical stages with relatively narrow wedge lengths. According to these DEM results, we infer that: 1) The characteristics of erosion and sedimentation in the central and southern LMS have important influences on the activities of large faults which are extended into the deep detachment layer; 2) Besides differential erosion, the differential sedimentary loading may also be one of the important factors for the along-strike differential evolution of the LMS fold-thrust belt. This kind of differential deposition may lead to differential fault activity and uplift in the interior thrust wedge and pre-wedge region in the central and southern LMS; 3) Compared to the northern LMS, the central LMS and southern LMS is more conducive to the occurrence of earthquakes, because of synkinematic sedimentation (such as the growth of Chengdu plain) has a greater blocking effect on the stress propagation and strain convergence on the fault planes of front faults of an active thrust wedge.

FIGURE 1 | Regional map of the LMS fold-thrust belt (A) and its geological structure map (B) (modified from [(Sun et al.,2016)](#refer-sun2016), Co-seismic rupture zones from [(Xu et al.,2009)](#refer-xu2009). (C) shows the thickness contour lines (100 m interval) of the Upper Pliocene and Quaternary (syntectonic sedimentary strata) beneath the Chengdu plain (cited from [(Li et al.,2018)](#refer-li2018). JTF, Jintang Fault; WLF, Wulong Fault; WMF, Wenxian-Maoxian Fault; SDF, Shuangshi-Dachuan Fault; PGF, Pengxian-Guanxian Fault; YBF, Yingxiu-Beichuan Fault; YAF, Yaan Fault; LQF, Longquanshan Fault; QCF, Qingchuan Fault; MJF, Minjiang Fault; HYF, Huya Fault; RFBT, Range Front Blind Thrust.

FIGURE 10 | Stress analysis of DEM simulations in Model 1 (A), Model 2 (B), Model 3 (C), and Model 4 (D). Mean stress (upper figure) and maximum shear stress (lower figure) are presented after every 2 units shortening. The main fault shapes (shades of black) are assigned to the stress maps.

FIGURE 13 | The DEM results in this paper (A) and the conceptual model modified from Liu et al., 2020(B) present the occurrence of recess and salient in the front of thrust wedges.

References

Li, Z., Zhang, P., Zheng, W., Jia, D., Hubbard, J., Almeida, R., et al. (2018b). Oblique Thrusting and Strain Partitioning in the Longmen Shan Fold-Andthrust belt, Eastern Tibetan Plateau. J. Geophys. Res. Solid Earth 123, 4431-4453. doi:10.1029/2018JB015529

Sun, C., Jia, D., Yin, H., Chen, Z., Li, Z., Shen, L., et al. (2016). Sandbox Modeling of Evolving Thrust Wedges with Different Preexisting Topographic Relief: Implications for the Longmen Shan Thrust belt, Eastern Tibet. J. Geophys. Res. Solid Earth 121, 4591–4614. doi:10.1002/2016jb013013

Xu, X., Wen, X., Yu, G., Chen, G., Klinger, Y., Hubbard, J., et al. (2009). Coseismic Reverse- and Oblique-Slip Surface Faulting Generated by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan Earthquake, China. Geology 37 (6), 515–518. doi:10.1130/g25462a.1

物理模拟和数值模拟对比实验(Excellent Important Nice)

Mon, 24 May 2021 00:00:00 +0000

下载： gen.py | push.py

~10万颗粒，~13万时步，16核并行(Intel Xeon E5-2650)，耗时 ~3小时 完成计算。

单位 (cm)
离散元数值模拟结果

通过休止角试验和双轴试验标定了石英砂颗粒的细观参数，构建了一个典型的构造物理模拟(AM)和离散元数值模拟(DEM)试验，对比两种方法在构造变形研究中的差异与相似点，通过定性和定量（如坡角、断层倾角等）的方法，分析了两种方法的异同点。DEM与AM模拟结果较为一致，基本反映了AM中石英砂的变形行为。AM中材料选取有限（如硅胶、粘土、微玻璃珠等），而DEM材料选取范围大，但其模拟结果依赖参数选取。AM和DEM作为两种独立的方法，有很好的互补性 (李长圣,2019; Li et al.,2021)。

[LI C.S., YIN H.W.*, et al. (2021) Calibration of the discrete element method and modelling of shortening experiments. Front. Earth Sci. 9:636512.](https://doi.org/10.3389/feart.2021.636512)

评审意见 Excellent Important Nice

Jonny Wu(Guest Associate Editor): The manuscript is an excellent work and important to publish.
Stuart Hardy: This is an important paper from a methodological point of view - a reference almost.
Amanda Hughes: This study does a nice job filling an existing need in modeling based studies.

题目

Calibration of the discrete element method and modelling of shortening experiments

作者

Changsheng Li ^1,2,3,4, Hongwei Yin^3*, Chuang Wu³, Yingchun Zhang³, Jiaxing Zhang³, Zhenyun Wu^1,2, Wei Wang³, Dong Jia ³, Shuwei Guan⁴ and Rong Ren⁴

State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, China
School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China
Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing, China

摘要

The discrete element method (DEM) is becoming widely accepted as an effective method for addressing tectonic problems in granular materials. It is capable of reproducing structures observed in the analog model (AM). However, the previous experiments also pointed to variability among DEM models and AMs in the number of fault zones, their dip angle and spacing, and the evolution of the surface slope of a thrust wedge. The accuracy of the DEM depends on the input parameter values, so the calibration of the discrete element method is very important. Microscopic properties of particles and macroscopic properties of loose quartz sand were calibrated through a series of repose angle and biaxial tests. Furthermore, an AM was constructed to simulate the evolution of the thrust wedge to compare with DEM results. DEM and AM results indicate an encouraging overall agreement in model evolution. Based on a new automated wedge quantification method, DEM results were systematically compared with AM results on the number of fault zones, their dip angle and spacing, the evolution of the surface slope of a thrust wedge, and other parameters. Our study provides a necessary comparison between commonly applied modeling approaches, which is important for more confidently applying these methods to understand real fold and thrust belt systems.

休止角试验

a）室内试验三维视图 b）室内试验正视图 c）当 μ=0.3时，离散元模拟结果。

休止角试验

颗粒集合体的休止角 θ与颗粒间摩擦系数 μ的关系

双轴剪切试验

a）随机生成颗粒，颗粒直径较小，为 0.1 0.2 0.25和 0.3 mm b）半径膨胀颗粒之间变为 0.2 0.4 0.5和 0.6 mm；；c) 删除虚线外颗粒；d）设置颜色；e)颗粒的应变 20%时的形变；f)试样的变形应变场，颜色深浅表征剪切应变的大小，红色表示顺时针剪切，蓝色表示逆时针剪切，计算方法见 [Morgan(2015)](#Morgan2015)。

双轴试验过程

a）不同围压下，试样的应力应变曲线 b）双轴试样的莫尔强度包络线。

当颗粒间摩擦系数 μ=0.3时，双轴试验。

其中，圆点是 [Klinkmüller et al.(2016)](#Klinkmüller2021)给出的环剪试验的结果，五角星为本文DEM计算结果。

室内试验测得的内摩擦角与粘聚力与DEM计算结果对比

演化过程

第一幅(AM)构造物理模拟；第二幅(DEM)离散元数值模拟；第三幅DEM变形应变图。

定量对比

a）楔体坡角、宽度和高度测量方法示意图；b）物理模拟坡角；c) 楔体宽度演化；d) 楔体高度演化。

AM和DEM的楔体坡角、宽度和高度演化过程对比图

ZDEM script:

表 1 颗粒微观参数表.

d(mm)	k(N·m⁻¹)	ρ(kg·m⁻²)	g(m·s⁻²)	f	μ	η(N·s·m⁻¹)	υ(m·s⁻¹)
0.6	7.5e3	1.3e3	10.0	0.4	0.3	0.04	0.04

Note: The particle packing consists of four particle sizes, with diameters and quantity ratio of 0.2 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, and 0.6 mm and 2:2:1:1, respectively. d, largest particle diameter. ρ, particle density. g, gravitational acceleration. f, safety factor of the time step. k, stiffness of the contact. μ, friction coefficient. η, dynamic viscosity. υ, velocity of the mobile wall.

沉积过程。gen.py 中内容如下：

######################################
# title: 离散元数值模拟与构造物理模拟对比试验:1 沉积
# date: 2021-05-16
# authors: 李长圣
# E-mail: sheng0619@163.com
# ref: Li et al. (2021) Calibration of the discrete element method and modelling of shortening experiments. Front. Earth Sci. doi: 10.3389/feart.2021.636512
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
start
set disk hex
BOX left 0.5e-3 right 615.0e-3 bottom 0.5e-3 height 110.0e-3 kn=1.5e4 ks=1.5e4 fric 0.3 

wall id 4, nodes (     5e-3  158.0e-3) (  5.0e-3     5.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 
wall id 5, nodes (     5e-3    5.0e-3) (605.0e-3     5.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 
wall id 6, nodes ( 605.0e-3    5.0e-3) (605.0e-3   158.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 

gen grid idmin 0 rad discrete 0.1e-3 0.1e-3 0.2e-3 0.2e-3 0.25e-3 0.3e-3,  x (5.0e-3,  605.0e-3), y (5.0e-3, 155.0e-3), GROUP ball_rand 

PROP color red den 1.3e3, fric 0.0, kn  1.5e4, ks  1.5e4 damp 0.4
FIX spin

SET frac 0.4
SET GRAVITY ( 0.0,  -10.0 )
SET  stepbar 1000
SET  save  20000
SET  print 20000
SET  ps    20000
HIST ID 1 INTERVAL 1000 , kinetic
HIST ID 2 INTERVAL 1000 , step
PLOT hist 2 1

CYC 60000
DEL range x (4.0e-3, 606.0e-3), y (30.0e-3, 1.0),
CYC 20000
#save 2del.sav
EXP ini_xyr.dat
STOP

挤压过程。push.py 中内容如下：

######################################
# title: 离散元数值模拟与构造物理模拟对比试验:2 挤压
# date: 2021-05-16
# authors: 李长圣
# E-mail: sheng0619@163.com
# ref: Li et al. (2021) Calibration of the discrete element method and modelling of shortening experiments. Front. Earth Sci. doi: 10.3389/feart.2021.636512
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
LOAD  ini_xyr.dat
SET disk hex
BOX left 0.5e-3 right 615.0e-3 bottom 0.5e-3 height 110.0e-3 kn=1.5e4 ks=1.5e4 fric 0.3 

WALL id 4, nodes (     5e-3  110.0e-3) (  5.0e-3     5.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 
WALL id 5, nodes (     5e-3    5.0e-3) (605.0e-3     5.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 
WALL id 6, nodes ( 605.0e-3    5.0e-3) (605.0e-3   110.0e-3), kn= 1.5e4 ks= 1.5e4 fric 0.0 

PROP color red den 1.3e3, fric 0.0, kn  1.5e4, ks  1.5e4 damp 0.0
FIX spin

SET frac 0.4
SET GRAVITY ( 0.0,  -10.0 )
SET  stepbar 10000
HIST ID 1 INTERVAL 1000 , kinetic
HIST ID 2 INTERVAL 1000 , step
PLOT  2 1

SET damp lsm 0.04
PROP fric 0.30 
PROP color lg
PROP color  red , range x 0.0  615.0e-3 y   9.0e-3  10.0e-3  
PROP color  blue, range x 0.0  615.0e-3 y  14.0e-3  15.0e-3  
PROP color  red , range x 0.0  615.0e-3 y  19.0e-3  20.0e-3  
PROP color  blue, range x 0.0  615.0e-3 y  24.0e-3  25.0e-3  
PROP color  red , range x 0.0  615.0e-3 y  29.0e-3  30.0e-3  

wall id 4 fric 0.30 xv 40e-3
wall id 5 fric 0.30
wall id 6 fric 0.30

CYC 1
imple wall id 4 xmove 160e-3 save 20e-3 print 10e-3 ps 10e-3  vtk 10e-3
stop

The quantitative method of the thrust wedge based on mesh (Data)

Download：analogmodel.7z

The images of the analog model.

参考文献

Hardy S, et al (2009) Deformation and fault activity in space and time in high-resolution numerical models of doubly vergent thrust wedges. Marine and Petroleum Geology 26:232-248.

Klinkmüller, M., Schreurs, G., Rosenau, M., and Kemnitz, H. (2016). Properties of Granular Analogue Model Materials: A Community Wide Survey. Tectonophysics 684, 23–38. doi:10.1016/j.tecto.2016.01.017

Morgan JK (2015) Effects of cohesion on the structural and mechanical evolution of fold and thrust belts and contractional wedges: Discrete element simulations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 120:3870-3896.

李长圣 (2019) 基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟. 博士论文. 南京大学. 推荐下载 最新修订版提取码 zdem

西南天山山前冲断带构造变形控制因素的离散元数值模拟（地质学报）

Sat, 10 Apr 2021 00:00:00 +0000

本文主要揭示滑脱层、先存断裂等因素对冲断带变形的影响，认为西南天山山前冲断带发育堆垛构造主要受控于发育上白垩统-古近系的膏盐层和前新生代的先存断裂(辛文等.,2020)。

[辛文，陈汉林，安凯旋，张欲清，杨树锋，程晓敢，林秀斌. 2020. 基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究. 地质学报, 94(6): 1704-1715. ](https://doi.org/10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2020078)

题目

基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究

作者

辛文^1,2, 陈汉林^1,2*, 安凯旋^1,2, 张欲清^1,2, 杨树锋^1,2, 程晓敢^1,2, 林秀斌^1,2

浙江大学地球科学学院, 杭州, 310027
教育部含油气盆地构造研究中心, 杭州, 310027

摘要

西南天山山前褶皱冲断带的变形与其东侧的柯坪冲断带的大规模薄皮滑脱明显不同，它以发育“堆垛”构造和基底卷入逆冲构造为特征，是什么因素控制了该冲断带的变形。本文基于地震解释剖面，采用离散元数值模拟研究手段，单因素变量控制方法，设计了先存断裂模型，滑脱层模型和先存断裂与不同内聚力的滑脱层组合模型共5组数值模拟实验,分析西南天山山前褶皱冲断带的构造变形的控制因素。实验结果表明：滑脱层岩石强度控制了其下先存断裂向上突破的难易程度，滑脱层内聚力较强时，沿先存薄弱带易突破滑脱层形成逆冲推覆构造；滑脱层内聚力较弱时，滑脱层将发育成逆冲体系的顶板断裂，阻碍滑脱层之下单元中先存断裂后期活动向上传播，易形成相互叠覆的逆冲片。弱内聚力滑脱层发育的地区，变形前锋向前陆方向传播得更快、更远,变形主要发生在滑脱层之上单元，易形成冲起构造和三角带，滑脱层之下单元构造变形相对较弱。通过对比分析，认为西南天山山前冲断带发育堆垛构造和基底卷入逆冲构造变形，主要受控于发育上白垩统-古近系的膏盐层和前新生代的先存断裂。

初始模型设置

不同初始条件模型数值模拟结果对比

不同强度滑脱层模型数值模拟结果对比

致谢

本文模拟实验使用的是由东华理工大学李长圣自主研发的离散元数值模拟软件VBOX，在此表示感谢。

库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化的离散元数值模拟（地质学报）

Fri, 09 Apr 2021 00:00:00 +0000

本文主要揭示先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式，导致盐下楔体形态、断裂数量和盐上构造样式的差异。同构造沉积会增强盐上和盐下的分层差异变形，滑脱层强度增强会减弱盐上和盐下的分层变形。通过将模拟结果与库车坳陷东、西段构造特征进行对比分析，我们认为先存断层可能是影响库车坳陷东、西段盐下构造差异演化的重要因素(徐雯峤等.,2020)。

[徐雯峤,汪伟*,尹宏伟,贾东,李长圣,杨庚兄,李刚.库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析.**地质学报**, 2020, 94(06): 1740-1751. ](https://doi.org/10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2020083)

题目

库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析

作者

徐雯峤¹, 汪伟¹*, 尹宏伟¹, 贾东¹, 李长圣², 杨庚兄¹, 李刚³

南京大学地球科学与工程学院, 南京, 211046
东华理工大学地球科学学院, 南昌, 330013
塔里木油田公司资源勘察处, 新疆库尔勒, 841000

摘要

库车坳陷东、西段盐下构造在北部构造带以南出现明显的差异构造变形特征，在西段的克拉苏构造带盐下发育由一系列逆冲断裂组成的叠瓦构造，而在东段的东秋构造带盐下发育一个大型的断背斜构造。本文基于地震资料构造解析，采用离散元数值模拟方法，设计了５组数值模拟实验来探究先存断层、同构造沉积和滑脱层强度对褶皱冲断带构造形态及演化的影响，进而分析库车坳陷东、西段构造特征差异的成因机制。模拟结果表明含盐褶皱冲断带往往发育垂向分层构造变形。先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式，导致盐下楔体形态、断裂数量和盐上构造样式的差异。同构造沉积会增强盐上和盐下的分层差异变形，滑脱层强度增强会减弱盐上和盐下的分层变形。通过将模拟结果与库车坳陷东、西段构造特征进行对比分析，我们认为先存断层可能是影响库车坳陷东、西段盐下构造差异演化的重要因素。库车坳陷东段的东秋构造带受先存断裂影响，在先存断裂的位置优先变形，形成东秋断裂和上覆东秋背斜，同时先存断裂既有助于应力释放，又阻拦应力向前传递，形成乱序式变形传播。库车坳陷西段的克拉苏构造带，没有先存断裂的影响，盐下主要发育前展式构造变形，形成由一系列逆冲断层组成的叠瓦构造楔体。

五组实验挤压11km时构造形变图和变形应变图

致谢

数值模拟采用离散元数值模拟软件VBOX（www.geovbox.com），感谢Rice大学Julia Morgan教授在离散元模拟及应力应变分析中提供的帮助。感谢编辑及审稿专家对本文认真而专业的审阅，并提出具有启发和指导意义的意见与建议，极大地提高了本文的质量，谨致衷心感谢。

川西北双层滑脱体系构造变形过程离散元数值模拟

Mon, 29 Mar 2021 00:00:00 +0000

本文主要揭示双滑脱层模型在剥蚀和挤压条件下的构造演化过程。从腹陆端到挤压前缘，依次形成堆垛构造、被动顶板构造等，揭露埋藏深部的隐伏薄皮构造样式，重塑新生代以来川西北剥蚀和挤压条件下的演化过程 (Xu et al.,2021)。

[Xu, W., Yin, H., Jia, D., **Li, C.**, Wang, W., Yang, G., He, W., Chen, Z., Ren, R., 2021. Structural Features and Evolution of the Northwestern Sichuan Basin: Insights From Discrete Numerical Simulations. Frontiers in Earth Science, 9:653395.](https://doi.org/10.3389/feart.2021.653395)

题目

Structural features and evolution of the northwestern Sichuan Basin Insights from discrete numerical simulations

作者

Wenqiao Xu¹, Hongwei Yin¹*, Dong Jia¹, Changsheng Li², Wei Wang¹, Gengxiong Yang¹, Wanhui He¹, Zhuxin Chen³ and Rong Ren³

School of Earth Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing, China
School of Earth Science, East China University of Technology, Nanchang, China
Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing, China

摘要

The northwestern Sichuan Basin has experienced Meso-Cenozoic intracontinental compressional tectonic processes and formed multi-detachment stratigraphic distribution of foreland basins and fold-thrust belts, which have caused complicated structural deformations in the deep buried layers. Rapid uplift with accelerated erosion and two sets of detachments in the Lower Triassic and Lower Cambrian controlled the multilevel deformation structure. We conducted discrete numerical simulations with double weak detachments and erosion under extrusion conditions in order to examine the mechanics and kinematics of the frontal piedmont zones of the NW Sichuan Basin. The following findings were made. (1) With continuous compression, the weak detachments promoted the decoupled and ladder-like deformation of the thrust belt, where the deformation above the slip layer extended further than it did below it. Rapid uplift and erosion at the thrust front contributed to the formation of a passive roof fault and a monocline in the upper layer, a series of forward and backward thin-skinned thrust-buried structures in the middle layer sandwiched between two weak detachments and stacking structures in the lower layer. (2) Erosion effectively prevents the deformation from propagating above the upper detachment, but can advance a horizontal transition in the deformation style generated within the middle brittle layer: from oblique and tight fault propagation folds to symmetrical, wide, and gentle detachment folds. (3) The model results consistent with tectonic deformation in the NW Sichuan Basin indicate a possible evolutionary mechanism under compression. There is hierarchical deformation of uncoordinated contraction controlled by the Lower Triassic and Early Cambrian weak layers, with the characteristics of the shallow monocline, the middle thin-skinned thrusts, and the deeper basement-involved folds. Continuous compression contributed a sequential pattern of steps as a whole, from the frontal piedmont zones to the foreland basin, autochthonous stacking thrusts, and the huge buried structure in the NW Sichuan Basin. During the Himalayan period, syntectonic erosion along with the uplifted thrust front maintained the development of a passive-roof duplex and a huge forward buried structure.

Modeled progress with two detachments due to the left-wall displacement

Modeled progress with two detachments and erosions due to the left-wall displacement

Comparison of the slope angle versus shortening for the two models

正态分布钉板实验

Tue, 23 Mar 2021 00:00:00 +0000

脚本及数据下载：
钉子坐标：init_xyr.dat
VBOX脚本：normal_distribution.py

这是一个基于离散元数值模拟完成的正态分布钉板实验。

如下图中，每一个灰点表示一颗钉子，它们彼此的距离均相等，上一层的每一颗的水平位置恰好位于下一层的两颗正中间。在钉子区域上方生成一定数量的直径小于两颗钉子之间距离的小球，在入口处向下降落。小球在钉板区域向下传播，直到落在底板内为止。许许多多同样大小的小球不断从入口处下落，只要球的数目相当大，它们在底板将堆成近似于正态的密度函数图形（即：中间高，两头低，呈左右对称的古钟型）。

动态图

静态过程

VBOX脚本源码 normal_distribution.py

######################################
# title:正态分布钉板实验
# date:2021-02-26
# authors:钟军 李长圣
# E-mail:sheng0619@163.com
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
#程序初始化
LOAD init_xyr.dat
PROP GROUP _ball
PROP COLOR lg RANGE GROUP _ball
#颗粒设为球，计算颗粒体积用4/3*pi*r^3计算
SET disk off
#设置研究范围
BOX left 0.0 right 11000.0 bottom 0.0 height 21000.0 kn=0e10 ks=0e10 fric 0.00
#设置挡板墙，这里模型采用hertz接触模型，挡板墙的kn ks无效，计算时取颗粒的参数
WALL ID 0, NODES ( 1000.0 , 19000.0  )  ( 5260.0 , 16000.0  ), kn=0e10 ks=0e10 fric 0.3 COLOR black
WALL ID 1, NODES ( 5740.0 , 16000.0 )  ( 10000.0,  19000.0  ), kn=0e10 ks=0e10 fric 0.3 COLOR black

#限制运动
FIX x y spin RANGE group _ball
#底部挡板钉
GLINE RAD=40 P1 ( 1000.0  1000.0 ) P2 ( 10000.0  1000.0 ),     color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 1000.0  1000.0 ) P2 ( 1000.0  21000.0 ),     color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 2000.0  1000.0 ) P2 ( 2000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 3000.0  1000.0 ) P2 ( 3000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 4000.0  1000.0 ) P2 ( 4000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 5000.0  1000.0 ) P2 ( 5000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 6000.0  1000.0 ) P2 ( 6000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 7000.0  1000.0 ) P2 ( 7000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 8000.0  1000.0 ) P2 ( 8000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 9000.0  1000.0 ) P2 ( 9000.0  5000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 10000.0  1000.0 ) P2 ( 10000.0  21000.0 ),  color=black GROUP=bom
GLINE RAD=40 P1 ( 1000.0  21000.0 ) P2 ( 10000.0  21000.0 ),  color=black GROUP=bom
FIX x y spin RANGE group bom
#在矩形范围内生成颗粒
GEN NUM 35000 rad discrete 60.0 60.0,  x (2800.0, 8200.0), y ( 18000.0, 21000.0), COLOR blue GROUP _ball
PROP density 2.5e3, fric 0.3, shear 2.9e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz
#设置时间步及重力加速度
SET  DT 5e-2,  GRAVITY  0.0,  -9.8
#设置每1000步保存一次vtk格式的计算结果
SET  vtk 300
#设置每1000步保存一次ps格式的计算结果
SET  ps 300
#设置每1000步保存一次dat格式的计算结果
SET  print 300
#计算5000步
CYC  25000
#停止
STOP

基于离散元的构造变形数值模拟实验技术(会议报告)-第十二届全国石油地质实验技术学术会议(2020年11月13日)

Wed, 11 Nov 2020 00:00:00 +0000

第十二届全国石油地质实验技术学术会议简介

石油地质实验技术在油气勘探开发中具有重要的作用。近年来，我国油气勘探开发面临一些新的挑战，对石油地质实验技术的发展提出更高要求。为了进一步推动我国石油地质实验技术的创新发展，促其在我国油气勘探开发中发挥更好的作用，中国石油学会石油地质专业委员会、中国石油学会石油科技装备专业委员会、中国地质学会石油地质专业委员会和石油地质勘探专业标准化委员会联合发起召开“第十二届全国石油地质实验技术学术会议”，初步决定于2020年11月11-13日召开，现将会议具体事项通知如下：

一、主办单位：

中国石油学会石油地质专业委员会
中国石油学会石油科技装备专业委员会
中国地质学会石油地质专业委员会
石油地质勘探专业标准化委员会

二、承办单位：

中国石油勘探开发研究院
中国石油油气地球化学重点实验室
中国石油油气储层重点实验室
中国石油盆地构造与油气成藏重点实验室
陆相页岩油气成藏及高效开发教育部重点实验室

三、会议主题及专题内容

会议主题：石油地质实验新技术、新方法及应用
专题内容：
1. 地球化学实验新技术、新方法及应用
2. 储层与地层实验新技术、新方法及应用
3. 油气成藏实验新技术、新方法及应用
4. 非常规油气地质实验新技术、新方法及应用
5. 开发地质、实验装备、大数据及实验管理

报告题目：基于离散元的构造变形数值模拟实验技术

第五分会场：开发地质、实验装备、大数据及实验管理
时间：2020年11月13日周五8:40-8:55
地点：江西省南昌市江西省委滨江宾馆 11号楼四层会议厅
报告人：李长圣 中国石油勘探开发研究院
内容简要：
- 研究背景：构造模拟的意义；
- 理论方法：离散元理论；
- 软件开发：离散元软件VBOX的开发；
- 应用案例：
  - 基于离散元的构造定量分析方法
  - 伸展断层传播褶皱
  - 川西北地区双鱼石区块膝折褶皱离散元数值模拟
- 结论：
  - 教学：帮助学生理解构造过程，提高构造地质的学习兴趣。
  - 科研：定量分析构造变形的主控因素，揭示构造演化过程明确构造发育的时间。
  - 优化构造解释方案：限于地震资料精度、地质构造复杂性，作为一种实验方法，指导、优化构造解释方案。
  - 双鱼石：负载抑制断层发育，膝折褶皱形成于燕山期或者喜山期。
摘要

数值模拟与理论分析和科学实验并称为现代科学研究的三大支柱，在构造地质学领域，从超大陆裂解的地球动力学到盆地构造变形的几何学与运动学研究，数值模拟都已成为重要的手段。

近年来，随着离散元理论和计算机技术的发展，离散元方法(Cundall and Strack, 1979)已经广泛应用到不同尺度的构造模拟中。相较于传统的沙箱模拟方法，离散元可以更精确地控制实验的边界条件，定量的分析构造变形过程，有助于从细观尺度深入认识地层力学性质及变形机制。离散元方法采用离散颗粒表征符合实际物理力学性质的岩石，能有效分析含有大量间断的问题。二十世纪九十年代以来，离散元被广泛应用于解决构造相关的地质问题。例如，分析盐刺穿过程中沉积盖层的破裂机制，研究地层内聚力对构造形态及应力应变分布的影响(Morgan,2015)。，揭示水平挤压环境下滑脱层的对构造变形过程中的应变分布变化与裂缝生成规律，解析裂陷盆地演化过程中分层伸展叠加变形的动力学演化过程，分析茅东断裂带作为断陷盆地在现今区域应力场作用下反转构造特性及正断层反转控震机制，揭示纯走滑拉分盆地发育过程中的断裂扩展和连接过程, 探讨库车前陆冲断带西部盐构造形成的控制因素及其形成机理等(李长圣,2019)。

Schreurs et al.2016对比了全球多个物理模拟实验室的挤压构造实验，结果显示在采用相同的实验条件和方法下，不同的实验模拟结果无法完全一致。而，离散元在相同的初始条件（初始模型颗粒位置和半径一样）和边界条件下，试验结果均具有可重复性。其中，离散元的材料属性通过细观参数标定，可选择的材料较多。并且，所有的变量都可以实时监测，如位移、应力、应变、速递和能量等信息。在物理模拟中，变形需要通过图像分析（如粒子图像测速法）、激光扫描（微型激光测高）、利用计算机x射线断层扫描技术进行体扫描。如果没有这些设备，则只能通过对模型侧面进行拍照来观察模型侧面形变，或切割模型观察其内部形变。而离散元则可以给出每个变形阶段的所有信息，用这些信息可以计算出系统的应力应变场。同时，同一初始模型，模拟结果一致，利于单因素变量（如挤压速率、古隆起、先存断层等）研究。

综上，离散元数值模拟方法在构造形态、断裂预测及应力应变的定量分析上存在明显的优势。众多学者已经将离散元引入构造变形的模拟中，但分析的重点多集中于构造几何形态的定性解析。本文结合一个典型的挤压构造离散元数值模拟试验，模拟水平挤压环境下构造的形成过程，对变形过程中的应力、应变分布变化与裂缝生成规律进行分析。结果表明：（1）裂缝与断层形成有密切关系，局部区域内聚集的大量裂缝是产生断层的诱因。（2）体积应变可以表征裂缝类型（拉张或压缩），变形应变可以区分正向和反向逆冲断层。（3）平均应力大小与地形起伏呈正相关，最大剪切应力持续在将要形成的新断层处累积，直至该新断层形成，剪切应力开始消散，继续往前传播，在下一个将要形成的新断层处累积。该成果表明离散元方法在应力应变分析与裂缝预测研究中具有巨大潜力。

部分PPT

致谢

其中，应力应变分析代码修改自 RICE 大学Julia K. Morgan教授提供的计算脚本，在此感谢。

参考文献

[李长圣 (2019) 基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟. **博士论文**. 南京大学.](http://t.cn/Ai9ruJY5) **推荐下载** [最新修订版](https://pan.baidu.com/s/1s7qJXCUb2tP6jPkHixge6w) 提取码 `dgyc`

[李长圣,尹宏伟,刘春,蔡申阳.(2017)共享内存式并行离散元程序的设计与测试.南京大学学报(自然科学),53(06):1161-1170.](http://t.cn/EiaL0Ad)

梁瀚,冉崎,狄贵东,等.(2019)川西北地区双鱼石区块栖霞组膝折褶皱的发现及其油气意义.天然气勘探与开发,42(04):1-7

Cundall P A, Strack O D. 1979. A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique, 29: 47-65.

[Morgan JK (2015) Effects of cohesion on the structural and mechanical evolution of fold and thrust belts and contractional wedges: Discrete element simulations. **Journal of Geophysical Research: Solid Earth** 120:3870-3896.](http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JB011455/full)

Schreurs G, Buiter S J, Boutelier J, et al. Benchmarking analogue models of brittle thrust wedges. Journal of structural geology, 2016,92:116-139.

伸展、生长、断层传播褶皱的离散元模拟(Basin Research)

Mon, 02 Nov 2020 00:00:00 +0000

实例参考自(Hardy,2019)

伸展断层传播褶皱是伸展环境中重要的一种褶皱类型，是由于隐伏基底正断层活化向上传播而引起上覆地层发生的弯曲(祁鹏等,2009)。(Hardy,2019)基于离散元模拟了伸展断层传播褶皱的演化过程。

这里通过一个离散元数值模拟(脚本源码)再现了伸展、生长、断层传播褶皱演化过程。

单位 (km)

构造演化过程

VBOX脚本源码 normal_fault_synsed.py

######################################
# title: 正断层
# date: 2020-10-30
# authors: 李长圣，徐雯峤
# E-mail: sheng0619@163.com
# 正断层上盘向右下角45度方向移动
# more info, see www.geovbox.com
#######################################
start
SET disk 0
BOX left 1.0e-3 right 25000.0 bottom 1.0e-3 height 20000.0 kn=4e10 ks=4e10 fric 0.30 

WALL id 0, nodes ( 1000.0 ,   4000.0 ) (   9000.0 ,  4000.0 ), kn=0e10 ks=0e10 fric 0.3 color black
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WALL id 3, nodes (  1000.0 ,   18000.0 ) (   1000.0 ,  4000.0 ), kn=0e10 ks=0e10 fric 0.3 color black
WALL id 4, nodes ( 21000.0 ,   4000.0 ) (  21000.0 ,  18000.0 ), kn=0e10 ks=0e10 fric 0.3 color black

gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 21000.0, y 4000.0, 18000.0, GROUP ball_rand
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CYC  10000
DEL  range y 10000.0, 20000.0
CYC  5000
DEL  range y 10000.0, 20000.0
CYC  5000
exp  initxyr.dat range group ball_rand
SAV  initxyr.sav

prop color mg     range group ball_rand
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prop color green  range y  6000.0  7000.0
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prop color green  range y  10000.0 99999.0

prop fric 0.3 range group ball_rand
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wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0 

################################### sed1-1 ######################################
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set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed1
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################################### sed1-2 ######################################
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CYC  10000
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################################### sed1-3 ######################################
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################################### sed1-4 ######################################
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################################### sed2-1 ######################################
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################################### sed2-2 ######################################
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################################### sed2-4 ######################################
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################################### sed2-5 ######################################
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set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed2
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0

################################### sed3-1 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 23200.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed3
prop color blue den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed3
set print -1
CYC  10000
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed3-2 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 23400.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed3
prop color blue den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed3
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed3
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed3-3 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 23600.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed3
prop color blue den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed3
set print -1
CYC  10000
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed3-4 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 23800.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed3
prop color blue den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed3
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed3
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed3-5 ######################################
wall id 1 xv 0.0, yv -0.0  
wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 24000.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed3
prop color blue den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed3
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed3
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0


################################### sed4-1 ######################################
wall id 1 xv 0.0, yv -0.0  
wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 24200.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed4
prop color gb den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed4
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed4
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed4-2 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
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prop color gb den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed4
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed4
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed4-3 ######################################
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prop color gb den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed4
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed4
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed4-4 ######################################
wall id 1 xv 0.0, yv -0.0  
wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 24800.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed4
prop color gb den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed4
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed4
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0
################################### sed4-5 ######################################
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wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
gen NUM 100000, rad discrete 60.0 80.0,  x 1000.0, 25000.0, y 8000.0, 10000.0, GROUP sed4
prop color gb den 2.5e3, fric 0.0, shear 2.8e9, poiss 0.2, damp 0.4, hertz,range GROUP sed4
set print -1
CYC  10000
prop fric 0.3 range group sed4
wall id 1 xv 2.0, yv -2.0  
wall id 4 xv 2.0, yv -2.0
imple wall id 4 xmove 200.0 print 100.0

wall id 1 xv 0.0, yv -0.0  
wall id 4 xv 0.0, yv -0.0
CYC 5000
STOP

参考文献

[1] [祁鹏和张俊霞.(2009).伸展断层传播褶皱研究现状. 高校地质学报(03),351-357.](http://t.cn/A6GL9zes)

[2] [Hardy, S. (2019). Discrete element modelling of extensional, growth, fault‐propagation folds. Basin Research, 31(3), 584-599.](https://doi.org/10.1111/bre.12335)

龙门山新生代构造变形与模拟

Fri, 24 Jul 2020 00:00:00 +0000

课程回放

geovbox@哔哩哔哩　https://www.bilibili.com/video/BV1si4y137DX/

时间：2020年7月25日周六14:30-16:00
Zoom会议ID：3059179425
网址：https://zoom.com.cn/j/3059179425

构造网络论坛第十四期：造山带构造演化—龙门山

报告1: 龙门山符合逆冲带构造解析中国地质大学（北京）颜丹平教授
报告2：龙门山新生代构造变形与模拟
- 报告人：王毛毛 河海大学海洋学院
- 内容简要：
  - 青藏高原东缘：下地壳流VS上地壳缩短争论；
  - 龙门山褶皱冲断带新生代构造变形；
  - 新生代构造变形模拟的研究进展。
- 报告中的数值模拟采用VBOX完成；
- 模拟结果很好的解释了龙门山新生代前陆冲断带构造应变的差异性分布；
- 实验设计及边界条件控制值得学习。

构造物理模拟及数值模拟可以通过准确的边界条件和参数设置，定量的分析褶皱冲断带构造变形特征，是定量研究褶皱冲断带构造变形过程与变形机制的重要方法。与构造物理模拟相比，数值模拟可以得到更多的系统内部的信息（如应力、应变等），并且可重复性高，边界条件设置更容易(李长圣,2019)。二十世纪七十年代，Cundall and Strack(1979)提出了基于非连续介质力学的离散元法（Discrete Element Method，简称DEM），用于研究岩土体的各种力学行为。该方法将颗粒集合体模型视为若干离散单元的集合，允许颗粒间产生大位移，特别适合用于构造变形研究，是未来的构造变形研究的主要方向之一(Morgan,2015)。

王毛毛副教授将在构造网络论坛中，介绍他的最新研究成果＂龙门山新生代构造变形与模拟＂。其中，数值模拟部分采用离散元数值模拟软件VBOX完成。

海报

致谢

其中，应力应变分析代码修改自 RICE 大学Julia K. Morgan教授提供的计算脚本，在此感谢。

参考文献

Cundall P A, Strack O D. 1979. A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique, 29: 47-65.

第三节应用：基于离散元的构造模拟

Fri, 05 Jun 2020 00:00:00 +0000

课程回放

geovbox@哔哩哔哩　https://www.bilibili.com/video/BV1st4y1C7b5?p=3

腾讯会议（已结束）

课程时间：2020/06/05 19:00-20:30
点击链接入会：https://meeting.tencent.com/s/QmMCiJSHewVj
会议 ID：731 904 875

课程简介（共3个报告）

本节课邀请了南京大学研究生徐雯峤和浙江大学研究生辛文讲解他们发表在《地质学报》上研究成果。

应用：基于离散元的构造模拟
- 主讲人：李长圣
- 内容简要：
  - 褶皱冲断构造主控因素
  - 双滑脱层的挤压构造：库车
  - 深浅构造耦合及多期构造叠加：塔西南
库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析
- 主讲人：徐雯峤
- 内容简要：
  - 库车坳陷区域地质概况
    - 东西分段
    - 南北分带
    - 上下分层
  - 初始模型设置：
    - 实验1：无先存断层-无同构造沉积模型；
    - 实验2：弱内聚力滑脱层初始模型；
    - 实验3：无先存断层-同构造沉积模型；
    - 实验4：先存断层-同构造沉积模型；
    - 实验5：强盐岩层模型。
  - 模拟结果及分析：
    - 先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式，造成盐下楔体的形态、断裂数量和盐上构造样式的差异；
    - 同构造沉积和差异滑脱层性质主要影响含盐褶皱冲断带垂向分层解耦合变形的程度，同构造沉积会增强盐上和盐下的解耦合变形，滑脱层性质增强会减弱盐上和盐下的解耦合变形。
基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究
- 主讲人：辛文
- 内容简要：
  - 地质背景介绍：新疆喀什地区西北缘褶皱冲断带分布图和测线位置。
  - 初始模型设置：
    - 实验1：先存断裂初始模型；
    - 实验2：弱内聚力滑脱层初始模型；
    - 实验3：先存断裂-弱内聚力滑脱层初始模型；
    - 实验4：先存断裂-中等内聚力滑脱层初始模型；
    - 实验5：先存断裂-强内聚力滑脱层初始模型。
  - 模拟结果及分析：
    - 先存断裂和滑脱层对冲断带构造变形的影响；
    - 滑脱层强度对研究区构造变形的影响。

本次课程为中国石油勘探开发研究院管树巍专家和中国地质大学（北京）能源学院何登发教授推荐开设，共三节课

第一节理论：构造模拟与离散元（第一周）
第二节软件：VBOX简介与操作演示（第二周）
第三节应用：基于离散元的构造模拟（第三周）

应用：基于离散元的构造模拟　部分内容

库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析　部分内容

基于离散元数值模拟的西南天山山前冲断带构造变形控制因素研究　部分内容

第二节软件:VBOX简介与操作演示

Thu, 28 May 2020 00:00:00 +0000

课程回放

geovbox@哔哩哔哩　https://www.bilibili.com/video/BV1st4y1C7b5?p=2

腾讯会议（已结束）

课程时间：2020/5/29(周五)　19:00-20:30
点击链接入会：https://meeting.tencent.com/s/CFsbRmi3f9Pt
会议 ID：519 383 830

课程简介

报告题目: 第二节软件：VBOX简介与操作演示
主讲人：李长圣
内容简要：
- 一个示例学会VBOX
- 剥蚀
- 沉积
- 断层
- 滑脱层
- 古隆起
- 刚性基底伸展构造
- 伸展构造韧性基底见论文
本次课程为中国石油勘探开发研究院管树巍专家和中国地质大学（北京）能源学院何登发教授推荐开设，共三节课
- 第一节理论：构造模拟与离散元　完结回放
- 第二节软件：VBOX简介与操作演示（第二周）
- 第三节应用：基于离散元的构造模拟（第三周）

TRUBAL https://hmakse.ccny.cuny.edu/software-and-data/
DICE2D http://www.dembox.org/
YADE https://yade-dem.org/doc/

单位 (km)

构造变形及应力应变的演化过程

滑脱层

古隆起

刚性基底伸展构造

下周将邀请南京大学徐雯峤和浙江大学辛文讲解他们发表在《地质学报》上研究成果。

如需使用VBOX，按照南京大学高性能计算中心账户开通方法申请账户。

南京大学高性能计算中心集群2009年入选中国高性能计算机高校系统第一位。在2017年6月发布的全球超级计算机Top500排行榜中列第284位。在南京大学高性能计算中心 http://hpcc.nju.edu.cn ，不仅仅可以使用VBOX做构造数值模拟，还可以为各相关学科的科研工作提供高性能科学计算服务。

第一节理论:构造模拟与离散元

Thu, 21 May 2020 00:00:00 +0000

课程回放

geovbox@哔哩哔哩　https://www.bilibili.com/video/BV1st4y1C7b5?p=1

腾讯会议（已结束）

课程时间：2020/5/22　19:00-20:30
点击链接入会：https://meeting.tencent.com/s/pyFSCzTkJ1lk
会议 ID：430321816
会议直播: https://meeting.tencent.com/l/59NskmlQGIRC

课程简介

报告题目: 第一节理论：构造模拟与离散元
主讲人：李长圣
内容简要：
1. 构造模拟的意义
2. 构造物理模拟
3. 离散元原理
本次课程为中国石油勘探开发研究院管树巍专家和中国地质大学（北京）能源学院何登发教授推荐开设，共三节课
- 第一节理论：构造模拟与离散元（第一周）
- 第二节软件：VBOX简介与操作演示（第二周）
- 第三节应用：基于离散元的构造模拟（第三周）

单位 (km)

沉积、剥蚀、隆起、先存断层

部分内容

盆地构造解析和构造模拟课程

Thu, 14 May 2020 00:00:00 +0000

课程回放

哔哩哔哩　https://www.bilibili.com/video/BV1AC4y1p7KJ/

腾讯会议（已结束）

课程时间：2020/5/15　19:00-21:00
点击链接入会：https://meeting.tencent.com/s/QItAu0F7kUOG
会议 ID：397 756 829
会议直播: https://meeting.tencent.com/l/nhCMLpFYjLeF
会议密码：200515

课程简介

报告题目: 盆地构造解析和构造模拟–以库车坳陷盐构造为例
主讲人：吴珍云
内容简要：
1. 介绍盆地（盐）构造及其研究意义；
2. 如何开展盆地（盐）构造解析及其关键技术介绍；
3. 介绍构造物理模拟及数值模拟技术；
4. 介绍库车坳陷盐构造当前研究进展。
该课程为东华理工大学地球科学学院的研究生课程“地质资源与地质工程研究进展”。

部分内容

加入三行代码实现传染病传播过程模拟（离散元）

Thu, 19 Mar 2020 00:00:00 +0000

不符合传染病传播模型，仅作学习离散元用。

１. 限制行动

在离散元的Hertz接触模型中，接触的刚度系数与颗粒叠合量有关，所以每个时步都需要更新，在计算接触刚度系数的时候，加入如下三行伪代码，修改接触颗粒的颜色，可实现传染病传播过程模拟。

红：传染源　
蓝：易感颗粒　接触红色就被传染

	if ((spheres[index_o].color == red) || (spheres[index_a].color == red))
	{
		spheres[index_o].color = red;
		spheres[index_a].color = red;
	}

假设：密闭空间有200个健康的蓝色颗粒，所有颗粒自动运动，接触就感染，永远治不好。
边界条件：一个编号为0的颗粒突然感染红色病毒，10%(20个)的颗粒开始活动，并带动其他颗粒活动。
模拟结果：
- 都是从第一个病例向外逐渐扩散，离0号红色颗粒越近，感染越快。
- 无阻尼自由移动的时候，仅幸存一颗粒。
- 有阻尼自由移动的时候，左边一半颗粒尚未感染。
  
  实验１　阻尼=0.0
  
  实验２　阻尼=0.2

2. 群体免疫

中国地质大学（武汉）张老师建议让60%的颗粒获得免疫

红：传染源
蓝：易感颗粒　接触红色就被传染
绿：免疫颗粒　不会被红色颗粒传染，也不会传染别人。

	// 都不是绿色，才考虑彼此是否感染
	if ((spheres[index_o].color != green) && (spheres[index_a].color != green))
	{
		if ((spheres[index_o].color == red) || (spheres[index_a].color == red))
		{
			spheres[index_o].color = red;
			spheres[index_a].color = red;
		}
	}

实验３：密闭空间有200个健康的蓝色颗粒，(60%)120个已获得免疫的绿色颗粒，所有颗粒自动运动，蓝色接触红色就感染，永远变成红色。
边界条件：一个编号为0的颗粒突然感染红色病毒，10%(20个)的颗粒开始活动，并带动其他颗粒活动。
模拟结果：
- 都易感染时，199个颗粒感染红色。
- 60％获得免疫，14个颗粒感染红色。
  
  实验１　所有人都易感染
  
  实验３　60%获得了免疫

ZDEM初级视频教程上线了！

Sat, 29 Feb 2020 00:00:00 +0000

经过近半个月（2020/02/18-2020/02/29）精心制作，今天ZDEM初级视频教程终于上线了！

该视频教程共约２个小时，针对零基础用户。相信学完该教程，您肯定可以用VBOX实现构造数值模拟。 VBOX命令脚本参考了颗粒离散元数值模拟软件 PFC4.0 的规范， PFC4.0的用户基本无需学习，可直接上手。

视频教程发布在geovbox@哔哩哔哩，详见离散元数值模拟软件ZDEM初级教程（DEM）。

教程目录

离散元原理及VBOX简介（字幕：李长圣）
VBOX学习方法（字幕：李长圣）
十分钟入门VBOX（字幕：毕晨洁，徐雯峤）
自由落体和Paraview颜色配置 (字幕：次仁达瓦，李长圣）
linux命令行（字幕：吴珍云）
一个示例学会VBOX （字幕：叶启洋）
VBOX的文件格式（字幕：徐雯峤，王莉）
生成jgp gif和dat文件解析（字幕：冯彦杰）
用LSF提交计算任务（字幕：王福远）
用SGE提交计算任务（字幕：徐雯峤）
错误排除（字幕：李长圣）

注：视频由李长圣录制并剪辑，字幕由　徐雯峤　吴珍云　冯彦杰　叶启洋　王福远　毕晨洁　王莉　次仁达瓦 帮助校订，李长圣最终整理定稿。

致谢

徐雯峤　吴珍云　冯彦杰　叶启洋　王福远　毕晨洁　王莉　次仁达瓦

欢迎参加第三次构造数值模拟实战课程(2019年12月19日-20日)

Wed, 11 Dec 2019 00:00:00 +0000

本次课程分两次进行，第一天讲授理论，第二天上机实践。

VBOX安装在四个高性能计算平台，课程中将提供计算平台一天的免费使用权。
如需继续使用VBOX，按照南京大学高性能计算中心账户开通方法申请账户。

第一天　理论

题目：基于离散元的构造变形定量分析与模拟
时间：2019年12月19日（周四) 上午8点-10点
地点：东华理工大学（南昌校区）第3教学楼 518
主讲人：李长圣博士
内容：离散元理论　应用实例

第二天　实践

题目：一个示例学会VBOX
时间：2019年12月20日（周五）下午2点-5点
地点：东华理工大学（南昌校区）地学楼 A509
主讲人：VBOX开发者李长圣
对象：构造数值模拟零基础科研人员
重要提示：该课程为上机实战课程，需要自备笔记本电脑。计算资源有限，如您打算参加该上机实战课程，请提前联系李长圣。

第三次构造数值模拟实战课程海报

2019CGU报告:基底性质差异对东海陆架盆地构造特征和演化的影响

Tue, 29 Oct 2019 00:00:00 +0000

第33专题沉积盆地矿产资源综合勘察
地点：北京北京国际会议中心
时间：2019年10月29日
题目：基底性质差异对东海陆架盆地构造特征和演化的影响
报告人：李长圣 1，余一欣 2，周心怀3 ，陈石 2

东华理工大学地球科学学院

中国石油大学（北京）地球科学学院

中海石油（中国）有限公司上海分公司

东海陆架盆地位于东亚大陆边缘，自西向东可分为3大构造带，即西部坳陷带、中部隆起带和东部坳陷带(侯方辉,2014)。其垂向结构鲜明：西部坳陷带主要为箕状断陷结构，东断西超，盆地平均深度约为3000~4000 m，构造以半地堑为特征；东部坳陷带为对称多断层地堑式结构，盆地平均深度达7000~9000 m。本文选取西部坳陷带的丽水凹陷和东部坳陷带的西湖凹陷为主要研究对象。两个凹陷典型地震剖面显示两者构造特征存在明显差异性：丽水凹陷断裂发育整体呈不对称样式，凹陷内断裂主要向西倾斜；西湖凹陷则表现为双断式的对称地堑结构。为了进一步探讨引起东海陆架盆地东西段构造特征存在明显差异性的原因，本文选择使用构造模拟方法开展工作。

近二十年来，数值模拟及定量化迅速发展，使得伸展区断裂构造由单纯定性构造研究向定量分析的转变(李三忠等,2003)。为了研究东海陆架盆地东西部基底强度差异性对盆地东西部坳陷带构造特征的影响，设置了一组离散元数值模拟实验。颗粒细观参数见李长圣(2019)，左侧基底为刚性基底，随着拉张进行，速度不连续点（断点）会随蓝色基底一起移动；红色基底模拟韧性基底，有相互叠合的颗粒组成，青色基底固定不动，青色基底和蓝色基底与红色基底连接处为粘结点，随着右侧蓝色基底向右边移动，红色的韧性基底逐渐被拉长，模拟韧性基底的伸展作用。

图1 数值模拟实验

实验模拟结果表明，当基底设置为刚性基底时（见图1a），伸展作用下凹陷构造特征表现为不对称式半地堑特征，控凹断裂倾向向东，根部位于刚性基底速度不连续点处，导致沉积中心位于凹陷西侧，以沉积中心为界，凹陷东侧断裂发育数量明显多于西侧，主要断裂倾向向西（见图1b左侧凹陷）；当基底设置为韧性基底时（见图1a），伸展作用下凹陷构造特征表现为对称式地堑结构，双断式控凹断裂根部均位于韧性基底内部，凹陷内断裂以沉积中心为界，东西两侧倾向相反的断裂发育数量基本一致（见图1b左侧凹陷）。

结论

实验模拟结果与研究区剖面主要构造特征相似，表明受基底强度的影响，东海陆架盆地西部坳陷带（丽水凹陷）和东部坳陷带（西湖凹陷）构造演化存在明显的差异性，导致区域“东西分带”特征。

致谢

感谢 RICE 大学Julia K. Morgan教授提供的离散元软件RICEBAL (v. 5.4, 修改自Peter Cundall的TRUBAL v. 1.51) 。本文数值模拟基于课题组自主研发的离散元程序VBOX完成，更多构造模拟实例见www.geovbox.com。

参考文献

侯方辉.2014.东海陆架盆地南部中生代地层分布及构造特征研究.博士学位论文.中国海洋大学.
李长圣.2019.基于离散元的褶皱冲断带构造变形定量分析与模拟.博士学位论文.南京大学.
李三忠,岳云福,高振平等. 2003. 伸展盆地区断裂构造特征与成因.华南地质与矿产, (02):1-8.

2019CGU报告:我国东部茅东断裂带反转构造特征及控震机制探讨

Mon, 28 Oct 2019 00:00:00 +0000

第27专题：区域地震构造及其地震危险性与地震地质灾害
地点：北京北京国际会议中心第10会议室(三楼301)
时间：2019年10月28日 14:55-15:10
题目：我国东部茅东断裂带反转构造特征及控震机制探讨：来自离散元数值模拟的启示
报告人：吴珍云，尹宏伟，李长圣 东华理工大学南京大学

摘要：通过分析茅东断裂带地质构造和历史地震特征，结合离散元模拟实验，分析了挤压应力下断陷盆地构造反转及断裂活动特征，探讨了茅东断裂带作为断陷盆地在现今区域应力场作用下反转构造特性及正断层反转控震机制。结果表明：（1）挤压应力下，断陷盆地发生构造反转，促使盆地中先存正断层再活化以及浅部地层褶皱变形，但盆地中先存断层总体仍保持正断形态；（2）构造反转过程中，应力应变汇聚易优先发生在基底断层面上，并逐渐向沉积地层中传播，最终在浅表触发构造形变；（3）茅东断裂带属于活动断裂群，以茅东断裂等控盆边界断裂（基底断裂）活动为主，沿着该类断裂，应力应变汇聚明显，具备中、大地震的发震构造条件；断陷内其他隐伏的次级先存断裂也存在活动可能性，且断块间地层在压扭应力场下存在应力应变汇聚，同样具备浅源小震的发震构造条件。 关键词：断陷盆地；离散元模拟；茅东断裂带；构造反转；断裂活动性

我国东部受来自太平洋板块向西部欧亚大陆下俯冲和菲律宾板块向北西朝欧亚大陆下俯冲的联合作用的影响，现代构造应力场的主体特征表现为北东东-南西西向的挤压（图1a）。而受郯庐断裂带右旋走滑和东南沿海断裂带右旋走滑等新构造运动的影响，东部下扬子地块基本处于两者之间的压扭转换带区域（图1a），下扬子地块区域内现代构造应力场具有明显压扭特性，导致区域内断陷盆地中正反转构造发育（图1b）。

图1 研究区区域位置图及历史地震分布图

茅东断陷盆地

在断陷盆地内部（如直溪桥凹陷），分布有高角度倾角断裂，这些断裂整体具有正断层构造样式（图2a）。在凹陷西侧，断裂倾向SE（SEE）；凹陷东侧，断裂倾向NW（NWW）（图2a）。前人沿茅东断裂走向开展了较为详细的路线勘探工作，获得了具有代表性的茅东断陷盆地地表地质剖面（图2b至图2d）。这些地质剖面均表明沿茅东断裂，地层发生了不同程度的褶皱构造变形。此外，沿着茅东断裂，断陷盆地中部分第四纪沉积地层已遭受到了断裂的破坏（图2b）或者发生同构造变形（图2d），这些也表明了茅东断裂逆冲活动时间已经延续到了第四纪。

图2 茅东断陷盆地勘探剖面图

模型设计

本文离散元模拟实验初始模型见图5。模型中代表岩石颗粒的基本粒子有两种，其半径分别设置为40 m和60 m。所有粒子被随机地分布在封闭的方形箱子里，并允许它们在重力作用下沉积压实。在实验设计中，定义了盆地中的先存正断层（弱化断层），并允许断层上下盘能够自由的变形，以便观察挤压反转过程中，反转断层上下盘的变形样式。为了便于观察，粒子被不同颜色标记，其中红色代表先存正断层，灰色代表基底地层，蓝色、紫色和黄色代表沉积地层。模型左边界和底边界固定，右边界向左推移以产生挤压效应。本实验中实验模型参数设置参照了前人设计，其中基底岩石层的颗粒密度为2500 kg·m-3，盖层岩石层的颗粒密度为2200 kg·m-3。同时，设定各地层的摩擦系数为0.3，并且颗粒之间具有粘结作用力，先存弱化断层之间的摩擦系数为0，并且与任何颗粒之间均无粘结作用力。模型中所有颗粒的泊松比设定为0.2。

图3 断陷盆地构造反转的离散元数值模拟实验模型设计图

实验初始阶段，模型没有发生明显的构造形变（图4a1），但是通过模型应变分析分别可以看到模型中产生了体积应变和剪切应变，且主要沿先存基底断裂面分布，说明这个阶段挤压应力主要在先存基底断裂面上汇聚，而在沉积地层（盖层）中应力汇聚较小，以致基本无应变分布（图4a2至图4a3）。当挤压应力持续作用时（如挤压量达4%时），模型内部构造形变和应变分布依然在基底断裂面上，沉积地层（盖层）中只是开始在浅部地层中产生轻微体积应变（图4b）。直到挤压量达到6.5%时，模型内基底先存断裂开始反转活化并产生位移（断裂整体保持为正断型），应变开始由基底断裂面向沉积盖层中逐渐扩展，模型内地表地形发生轻微起伏（图4c），表明应力作用已传播到达地表，并引起地表轻微形变。

实验结果

当挤压量持续增大时（8.5%-13%），模型内部凹陷程度开始增大，基底先存断裂反转位移量增加不明显，整体构造形态也几乎无明显变化（图4d至图4e）。在靠近挤压端一侧，隐伏先存基底断裂上端沉积地层（盖层）中，形成了一个三角应变区域（图4d2至图4d3），该区域内体积应变和剪切应变随挤压量增大逐渐增大，表明沿着基底先存断裂挤压应力在此区域内逐渐汇聚。此外，沿着左侧基底边界大断裂，应变也逐渐向浅部地层中扩展，断层反转位移量也开始逐渐增大。当挤压量持续增大到15.5%后，沿左侧基底边界大断裂，断层产生明显的位移，并开始发育反转断层相关褶皱（图4g1至图4i1）。在基底地垒断陷盆地内的先存断裂则由于挤压应力作用导致发生了一定程度的旋转、扭曲。在这个阶段，各基底先存断裂与沉积地层中的先存断裂一致活动，导致沉积地层（盖层）中体积应变和剪切应变仍然在持续增大。当模型挤压量达到20%后，在基底边界大断层上方沉积地层中则产生明显的拖曳褶皱构造形变，同时断陷内部盖层则总体呈褶皱样式，形成“上褶下断”和“上凸下凹”的构造形态。

图4 基于离散元实验模拟的断陷盆地构造正反转演化图

研究结果对茅东断陷带的启示

茅东断陷盆地具有正反转构造特征
正断层反转控制了该区域地震发生

致谢本文数值模拟实验是据美国Rice大学Julia Morgan 教授提供的RICEBAL离散元计算程序及后续应力应变分析代码开展。两位匿名审稿专家在论文评审中提供了具有建设性的修改意见。在此一并表示感谢

采用VBOX同样可以完成上述实验

参考文献

吴珍云,尹宏伟,李长圣,等. 断陷盆地正反转构造实验模拟及对茅东断裂带的启示.南京大学学报（自然科学）,2019,5(55):869-878.

第二次构造数值模拟实战课程成功举办

Sat, 29 Jun 2019 00:00:00 +0000

内容：本次课程主要演示伸展构造模拟方法
地点：南京大学仙林校区球科学与工程学院A111（第三会议室）
时间：2019年6月28日(周五) 9:30-17:30
主讲人：VBOX开发者李长圣
下载课程PPT

课程首先讲解离散元原理，介绍VBOX使用方法。实战中，讲解8个示例，并提供了示例脚本。 8示例为：

滑脱层

古隆起

刚性基底伸展构造

感谢各位老师同学的支持。

@宋功化-河海大学 @肖坤泽-中国石油大学（北京） @南京大学-毛宇琼 @杨双-南京大学 @王毛毛-河海大学 @吴珍云-东华理工大学 @蒋丹琦-河海大学 @杨庚兄-南京大学 @封旺-河海大学 @魏华敬-南京大学 @陈莹莹-南京大学

课程合影

课程剪影1

课程剪影2

欢迎参加第二次构造数值模拟实战课程（2019年6月28日）

Tue, 25 Jun 2019 00:00:00 +0000

课程首先讲解离散元原理，介绍VBOX使用方法。实战中，讲解各个实例，并提供实例脚本。为了让学员在实践中学习，课程中将提供安装有VBOX的集群的一天的免费使用权，如需继续使用VBOX，按照南京大学高性能计算中心账户开通方法申请账户。

内容：本次课程主要演示伸展构造模拟方法
地点：南京大学仙林校区球科学与工程学院A111（第三会议室）
时间：2019年6月28日(周五) 9:30-17:30
主讲人：VBOX开发者李长圣

吴珍云

Wed, 22 May 2019 00:00:00 +0000

东华理工大学 地球科学学院 硕士生导师

邮箱： zyw5918@163.com zhenyun_wu@ecut.cn
东华理工大学官网个人主页
吴珍云的ResearchGate

吴珍云，男，1986年2月生，博士，硕导。2008年本科毕业于东华理工大学勘查技术与工程专业，2011年硕士毕业于南京大学地球探测与信息技术专业。2014年博士毕业于南京大学地球探测与信息技术专业。2013年10至2014年1月赴瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）地球科学系及HRTL实验室（Hemin Koyi教授团队）开展短期访学。2014年12月至2019年3月任职于江苏省地震局，从事地震地质、信息技术和地震应急等相关科研和管理工作。2019年3月调入东华理工大学地球科学学院开展教学科研工作。目前主要兼任江苏省地球物理学会理事、江苏省地震学会地震地质与地球物理专业委员会委员，地震应急专业委员会委员及青年科技工作委员会秘书委员。

作为负责人或主要技术人员，承担或参加了国家自然科学基金项目、国家科技重大专项等多项项目，其中主持4项，参与8项。至今以第一作者、通讯作者和共同作者发表了SCI、EI和中文核心等期刊论文24篇、会议论文7篇，参与英文专著出版1本。获得软件著作权1项。

主要研究兴趣和研究方向有：①盆地构造解析、建模及构造实验模拟；②活断层及新构造研究；③盐构造研究；④ GIS应用

工作经历

东华理工大学地球科学学院（2019.03~至今）
江苏省地震局应急救援中心（2014.12-2019.03）

学习经历

南京大学地球科学与工程学院博士研究生（2011.09-2014.12）
- 乌普萨拉大学（Uppsala University）地球科学系博士短期访学（2013.10-2014.01）
南京大学地球科学与工程学院硕士研究生（2008.09-2011.06）
东华理工大学核工程技术学院本科（2004.09-2008.06）

参与社会团体

2017年6月被聘为江苏省地震学会第八届地震应急专业委员会委员
2017年8月被聘为江苏省地震学会第八届地震地质与地球物理专业委员会委员
2017年9月被聘为江苏省地球物理学会理事
2017年12月被聘为江苏省地震学会第一届青年科技工作委员会秘书委员。

软件著作权

有感地震应急信息检索及数据管理软件 V1.0.江苏省地震局.2016

期刊论文

2019

- [**吴珍云**,尹宏伟,李长圣,孙业君,李丽梅,杜航,何奕成,刘博雅.断陷盆地正反转构造实验模拟及对茅东断裂带的启示[J].**南京大学学报(自然科学)**,2019,55(05):869-878.](http://t.cn/AisBmv8f)    

- [**吴珍云**,尹宏伟,汪伟,等. 断层倾角和剥蚀对裂陷盆地中正反转构造演化影响的实验模拟——以中非Bongor盆地为例.**石油物探**，2019.] (6月待刊)

2018
- 吴珍云,尹宏伟,汪伟,等. 乍得Bongor盆地反转构造特征及形成机制—来自地震剖面及沙箱模拟实验的证据.高校地质学报 2018,24(6):918-929.
- 吴珍云,章熙海,李佳,等. 江苏农居建筑结构特征及抗震性能分析.防灾减灾工程学报 2018,38(4):753-762.
2017
- 吴珍云,尹宏伟,张涛,等.帕米尔突刺东缘冲断带构造形成机制:物理模拟及讨论.大地构造与成矿学,2017,41(04):663-677.
2015
2014

会议论文

吴珍云，李长圣，尹宏伟，等.剥蚀及区域沉积负载对盆山耦合带断裂活动性影响的实验模拟研究–以龙门山褶皱冲断带为例.第二届构造地质与地球动力学青年学术论坛，口头报告.
Zhenyun Wu, Chang-Sheng LI, Hongwei Yin, Wang Wei, Yicheng He,Hang Du,2017. The influence of Erosion and Sedimentary loading on the activity of the faults in the fold and thrust belt: insight from the analog and numerical modeling. AGU Falling meeting Abstract in session interactions between Active Tectonics and Surface Processes in South and East Asia and Implications for Future Geological Hazards.
吴珍云，尹宏伟，张涛，吴闯，范小平. 帕米尔东缘盆山耦合带构造变形特征与变形机制：来自物理模拟和数值模拟的启示. 中国地球科学联合学术年会（CGU）, 2016 , 中国，北京，2016年10月15日-18日. 口头报告
吴珍云, 尹宏伟, Hemin A.Koyi. 剥蚀及同构造沉积作用对断层活动性影响的实验模拟研究. 中国地震学会第15次学术大会, 2015，中国，兰州，2015年9月20日-24日.口头报告
吴珍云，尹宏伟，H. Koyi，汪新，N. Faramarz. 库车坳陷西秋构造带米斯坎塔克盐背斜构造演化机制探讨：来自物理模拟和数值模拟实验的启示. 第七届构造地质与地球动力学学术研讨会，2014，中国海洋大学，中国，青岛,2014年4月17日-20日.
吴珍云，尹宏伟，赵博，汪新. 滨里海盆地南部区块盐构造特征及其实验模拟初探. 第六届构造地质与地球动力学学术研讨会,2013，吉林大学，中国，长春, 2013年4月12日-14日.研究生优秀口头报告
吴珍云，尹宏伟，赵博，汪新，龚艳萍. 库车坳陷西段拜城-吐孜阿瓦特凹陷盐构造物理模拟. 第五届全国构造地质与地球动力学学术研讨会，2012，中国地质大学，中国，武汉，2012年3月29日-4月1日.口头报告

其他论文

Wang Wei, Yin Hongwei, Jia Dong, Wu Zhenyun, Wu Chuang, Zhou Peng, 2018. Calculating detachment depth and dip angle in sedimentary wedges using the area–depth graph. Journal of Structural Geology, 107:1-11.
吴闯, 尹宏伟, 于常青, 皮金云, 吴珍云, 汪伟, 张佳星, 2017. 青海省木里地区天然气水合物构造成藏机制——来自物理模拟实验的启示. 天然气地球科学, 28(5):771-784.
谢会文, 尹宏伟, 唐雁刚, 汪伟, 魏红兴, 吴珍云，李伟. 基于面积深度法对克拉苏构造带中部盐下构造的研究. 大地构造与成矿学, 2015, 39(6), 1033-1040.
Yin Hongwei, Zheng Mianping，Zhang Zhen, Wu Zhenyun, Wang Xingyuan, 2014. Mechanism of Salt Migration Driven by Tectonic Processes: Insights from Physical and Numerical Modeling. Acta Geologica Sinica (English Edition), 88(supp. 1): 273–274.
欧阳海军，廖绍平，吴珍云，董少春，尹宏伟，2014. 龙南县地质灾害发育特征及形成机制分析. 资源环境与工程, 28(1): 45-48.
尹宏伟, 王哲, 汪新，吴珍云, 2011. 库车前陆盆地新生代盐构造特征及形成机制:物理模拟和讨论. 高校地质学报, 17(2):308-317.

专著收录

Wu zhenyun, Yin Hongwei, Hemin Koyi. Compressional salt-related structures in western Quele area, Kuqa depression, Tarim basin, China. In Atlas of Structural Geological Interpretation on Seismic Images, Chapter31. Wiley Blackwell Press，2018.（专著独立章节，2018年2月在线，4月出版）
Wu zhenyun, Yin Hongwei, Zheng Junzhang. Reactive salt diapir, Southern PreCaspian basin, Middle Asia. In Atlas of Structural Geological Interpretation on Seismic Images, Chapter32. Wiley Blackwell Press,2018. （专著独立章节，2018年2月在线，4月出版）

科研项目

主持
- 塔里木盆地库车坳陷秋里塔格构造带盐构造变形特征与变形机制，2017.01~2019.12，国家自然科学基金青年基金(41602208)
- 剥蚀及同构造沉积作用对断层活动性影响的实验模拟研究，2016.01~2017.12，江苏省地震局青年基金重点项目(201602)
参与
- 西昆仑山北麓新生代前陆褶皱冲断带构造特征与变形机制定量研究,2013.01~2016.12，国家自然科学基金面上项目(41272227)
- 海相沉积盆地膏岩层热效应的定量研究-以塔里木盆地为例,2013.01~2016.12，国家自然科学基金面上项目(41272143)
- 海外重点含盐盆地油气成藏规律及目标优选,2009.08~2015.08，国家科技重大专项(2011ZX05029-002)
- 基于构造模拟实验的大北-克深三维区构造应力场及应变研究,2013.08~2014.08，国家科技重大专项(2011ZX05003-004)

获得学术奖励

吴珍云,尹宏伟，杜业波，汪伟,乍得Bongor盆地反转构造特征及形成机制–来自地震剖面及沙箱模拟实验的证据.江苏省地球物理学会优秀论文奖，2018.（厅局级）
吴珍云, The structural styles and formation mechanism of salt structures in the Southern Precaspian Basin: insights from 3D seismic data and analogue modeling. 江苏省地震学会青年优秀地震科技论文奖，一等奖，2017.（厅局级）
吴珍云，帕米尔突刺东缘冲断带构造形成机制: 物理模拟及讨论. 江苏省地震学会青年优秀地震科技论文奖，二等奖，2017.（厅局级）

第一次构造数值模拟实战课程

Mon, 01 Apr 2019 00:00:00 +0000

课程资料百度网盘提取码：43qe

内容：本次课程主要演示了VBOX软件的使用方法
地点：南京大学仙林校区球科学与工程学院#449
时间：2019年4月1日 19:00-22:00
主讲人：VBOX开发者李长圣
参加人：孙闯（中山大学）崔健（南京大学）李超（南京大学）张勇（南京大学）沈礼（南京大学）杨双（南京大学）刘军（南京大学）

第二届“构造地质学与地球动力学青年术论坛”报告

Tue, 26 Mar 2019 00:00:00 +0000

第十一专题：盆山构造与沉积耦合
地点：南京大学仙林校区朱共山楼（地科学院）一楼会议室 A125
时间：2019年3月31日（周日） 10:45-11:00
题目：同构造沉积对库车坳陷盐构造变形演化及应力应变分布的影响
报告人：李长圣* 南京大学
下载海报

离散元数值模拟是研究构造变形过程与变形机制的重要方法，尤其适合研究构造变形相关的地质问题。 VBOX采用成熟的接触力学模型，配备有完善的软件手册与构造模拟实例，在计算速度、构造模拟方面远远优于其它离散元数值模拟软件（如PFC2D，YADE等）。并且，没有任何编程基础的科研人员，也可以在短时间内掌握VBOX。

完善的软件手册
https://doc.geovbox.com
适合构造模拟的接触力学模型
Hardy et al, 2009; Morgan, 2015
一天内即可完成相关计算
丰富的构造模拟实例
登陆南京大学高性能计算中心 http://hpcc.nju.edu.cn，即可使用。

我们将以 同构造沉积对库车坳陷盐构造变形演化及应力应变分布的影响 为题参加2019年03月29-4月3号的第二届“构造地质学与地球动力学青年术论坛”。

Hardy S, McClay K, Anton Muñoz J. 2009. Deformation and fault activity in space and time in high-resolution numerical models of doubly vergent thrust wedges. Mar Petrol Geol, 26: 232-248.
Morgan J K. 2015. Effects of cohesion on the structural and mechanical evolution of fold and thrust belts and contractional wedges: Discrete element simulations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 120: 3870-3896.

简单的挤压构造物理模拟

Mon, 14 Jan 2019 00:00:00 +0000

材料参数

实验材料	颗粒直径 d (μm)	堆积密度 ρ (kg∙m^-3)	粘聚力 C_o(Pa)	内摩擦角 φ(°)	缩短速率 υ (mm∙min^-1)
石英砂	200~400	1300	~35	50-100	2.4

试验过程及结果

初始模型长100 cm，宽30 cm，高 3 cm。在水平砂箱底部铺上3毫米厚的玻璃微珠作为底部滑脱层，上覆2.7厘米厚的水平石英砂层。实验的变形过程由数码相机定时拍摄并保存，拍摄时间间隔为1分钟。最后实验结束后，砂箱模型被喷洒上水至饱和，然后沿挤压方向进行切片获得模型内部的构造形态信息。

简单挤压试验构造演化过程

图中阿拉伯数字代表断层形成的相对次序，每个阶段照片顶部带箭头粉色线条标示变形带的宽度，而箭头表示变形的传递方向。

参考文献

孙闯. 2017. 龙门山褶皱冲断带构造物理模拟研究. 博士论文. 南京大学.
Sun C, Jia D, Yin H, et al. 2016. Sandbox Modeling of Evolving Thrust Wedges with Different Preexisting Topographic Relief: Implications for the Longmen Shan Thrust Belt, Eastern Tibet. Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

VBOX1.3教育版发布!

Mon, 02 Apr 2018 00:00:00 +0000

若要使用，请首先先联系软件开发者李长圣。软件托管在南京大学高性能计算中心，需要在南京大学高性能计算中心开户。 VBOX1.3教育版免费，计算产生的费用为南京大学高性能中心收取的集群管理费，使用VBOX1.3不收取费用。

南京大学教职工账户开通方法
其他用户可以直接联系游老师开通账户（需要预充1万元计算费）

游老师电话 13914700850 邮箱ywq@nju.edu.cn

2017年美国地球物理协会年会：离散元数值模拟与物理模拟对比

Wed, 17 Jan 2018 00:00:00 +0000

下载：海报

离散元有各种苛刻的假设，它能否模拟构造？能否再现实验室中真实的物理事件？ 是我们此次会议所关心的问题。团队携论文"离散元数值模拟与物理模拟对比"于2017年12月10-16日参加美国地球物理协会2017年年会

我们以 离散元数值模拟与物理模拟对比 为题参加了美国地球物理协会AGU2017年年会。

2017年中国地球科学联合学术年会：滑脱层强度对挤压构造的影响

Sat, 28 Oct 2017 00:00:00 +0000

地点：北京
时间：2017年
题目：滑脱层强度对挤压构造的影响:离散元数值模拟
下载：海报论文知网链接

离散元（Discrete Element Method, DEM）数值模拟是研究构造变形过程与变形机制的重要方法，在一定程度上突破了物理模拟存在的流变学和比例化问题。与其他连续体数值模拟方法相比，DEM 采用颗粒相互作用来模拟系统的动力学机制，因此实验者可以对系统的运动演化进行模拟和观测。另外由于它允许颗粒间较大相对位移，可以更好地模拟高度形变，尤其适合研究构造变形相关的地质问题。

我们以 滑脱层强度对挤压构造的影响: 离散元数值模拟 为题参加了2017年的中国地球科学联合学术年会。

初始模型

挤压量10 km时，构造变形及应变

VBOX概览

Sat, 28 Oct 2017 00:00:00 +0000

下载：VBOX简介

VBOX全称virtual sandbox,即虚拟沙箱软件，是一个用于构造变形研究的二维离散元（DEM）软件。2014年开发，采用C语言编写，并用OpenMP完成了并行设计，已获软件著作权。主要面向构造模拟，用来补充构造物理沙箱实验在应力应变及材料选取上的局限性，为构造变形研究提供一种新的方法。

软件与手册会逐渐完善，敬请期待！

VBOX(virtual sandbox) is a 2D DEM program to simulate the geological problems. It is developed by C-language. We takes three years to construct the new data structure and neighbor search algorithm based on grid for VBOX. Furthermore, GUI was embeded into VBOX using gtkmm PLplot Cairo

VBOX可以完成休止角试验、直剪试验、双轴试验和构造模拟试验，见下载。

VBOX桌面版一直在开发中，预览版见下图：

VBOX桌面版预览

VBOX可以实现 休止角 直剪试验 双轴试验 构造模拟 ：

VBOX概览

Validation Tests for Discrete Element Codes Using Single-Contact Systems

Thu, 22 Jun 2017 00:00:00 +0000

下载：MATLAB codes Solve_T1_T2_T3_T4.m Fs.m PFC codes Fn_T1_T2final.txt Fs_T3_T4final.txt

论文基于VBOX从解析解角度测试了离散元中单接触系统的稳定性，见全文。

恭喜ZDEM官网上线

Thu, 02 Feb 2017 00:00:00 +0000