• / 41
  • 下载费用:10 下载币  

构造类型及特征(平衡剖面基础)

关 键 词:
构造 类型 特征 平衡 剖面 基础
资源描述:
思考题: 1. 岩石变形实验表明,岩石破裂有张破裂和剪破裂二种型式。断层和节理都是岩石破裂造成的,那么,为什么把断层作为剪破裂面而不作为张破裂面研究呢? 2. 飞来峰是否一定为孤立的山峰?构造窗是否一定为深陷的凹地?飞来峰和构造窗对于了解逆冲断层的位移量有何作用? 3. 什么是断层附近的派生应力场?派生应力场中形成的派生构造与断层之间是什么关系? 4. 关于断层的形成机制, 式与 式相比有哪些不同之处?在 式中,确定受力块体边界条件的根据是什么?你认为这二种模式 在什么条件下、多大程度上说明断层的形成机制? 5. 如何确定断层的形成时代?在长寿断层(长期多次活动的多次)的研究中应该注意哪些问题? 6. 伸展构造的主要类型之间有什么联系?伸展构造(例如阶梯状断层)是否有可能与收缩构造(褶皱和逆断层)组合在一起?可能的组合型式是什么? 7. 大陆裂谷在地形地貌、地壳结构、沉积建造、火山岩性质及组合、地球物理场等方面有什么特点?控制这些地质特征的主要因素是什么? 8. 形成逆冲断层的台阶式结构及双重逆冲构造要求逆冲岩席具有怎样的岩石力学性质?地壳深处(例如 30公里深处)能 否形成逆冲断层的台阶式结构?为什么? 9. 试描述造成离散性走滑或收敛性走滑作用的应力场及可能的大地构造背景? 致产生这些差别的根本原因是什么? 断层 断层是地壳表层中岩层顺破裂面发生明显位移的构造 。断层发育广泛,是地壳中最重要的构造。大断层常常构成区域地质格架,不仅控制区域地质的结构和演化,还控制和影响区域成矿作用。一些中小型断层常常直接决定某些矿床和矿体的产状。活动性 断层则直接影响水工建筑甚至引发地震。所以断层的研究具有重要的理论意义和实际意义。 地壳表层岩石一般为脆性 。随着向地下深处温度和压力的增高,岩石也由脆性转变为韧性。因此, 地壳岩石中断裂表现出层次性:浅层次为脆性断裂,形成脆性断层或简称断层;在较深和深层次则形成韧性断层或称韧性剪切带;两者之间还存在一个过渡层次。脆性断层和韧性剪切带构成了断层的双层结构 。本章将讨论断层的几何学特征、成因、识别,以及逆冲推覆、伸展、走向滑动构造等内容,最后介绍韧性剪切带的有关内容。 断层 断层是一个将岩块或岩层断开成两部分并 籍以滑动的破裂面。 本节介绍与断层的几何学描述、形成、识别和观察等有关内容。 断层的几何要素和位移 断层面 是岩块或岩层断开并籍以滑动的破裂面。断层面的空间位置由走向、倾向和倾角确定。自然界的断层面往往不是一个产状稳定的平直面,顺走向或倾向都会发生变化以致形成曲面。 大的断层一般不 是一个简单的面,而是由一系列破裂面或次级断层组成的带,即断层 /断裂带。断裂带内还夹杂或伴生有搓碎的岩块、岩片以及各种断层岩。 断层规模越大,断裂带也越宽、结构也越复杂。 大断裂带还常常呈现分带性。 断层线 是断层面与地面的交线,即断层在地面的出露线。断层线的弯曲形态决定于断层面的弯曲程度、断层面的产状以及地面的起伏。断层面倾角越缓地形起伏越大,断层线的形态也越复杂。 断盘 是断层面两侧沿断层面发生位移的岩块。如果断层面是倾斜的,位于断层面上侧的一盘为上盘,位于断层面下侧的一盘为下盘。如果断层面直立,则按断盘相对于断 层走向的方位描述,如东盘、西盘或南盘、北盘。根据两盘的相对滑动,相对上升的一盘叫上升盘,相地下降的一盘叫下降盘。 位移 断层两盘的相对运动有位移和旋转。在相对位移时两盘相对平直滑移而无转动,两断盘上未错动前的平行直线,运动后仍然平行。在旋转运动中两盘以断层面法线为轴相对转动滑移,断盘上未错动前的平行直线运动后不再平行。多数断层常兼具有两种运动。 断层位移的方向和大小具有重要意义。因此,在断层研究中应注意测定断距。 滑距 指断层两盘实际的位移距离,是根据错动前的一点,错动 后成为两个对应点之间的实际距离。 总滑距 ( 两个对应点之间的位移距离。 走向滑距 ( 总滑距在断层面走向线上的分量。走向滑距与总滑距之间的锐夹角 ∠总滑距或擦痕的侧伏角。 倾斜滑距 ( 总滑距在断层面倾斜线上的分量。 水平滑距 ( 总滑距在水平面上的分量 总滑距、走向滑距以及倾斜滑距在断层面上构成直角三角形关系。 断距 断距是指断层两盘对应层之间的相对距离。不同方位的剖面上断距值不同。垂直于岩层走向的剖面上的断距有: 地层断距 断层两盘上对应层之间的垂直距离。 铅直地层断距 断层两盘上对应层之间的铅直距离。 水平地层断距 断层两盘上对应层之间的水平距离。 这三种断距中,如已知岩层倾角和三种断距中的任一种断距,即可求出其他二种断距。 在垂直于断层走向的剖面上,也可测得垂直于岩层走向剖面上相当的各种断距。 当岩层走向与 断层走向不一致时,除铅直地层断距在两个剖面上相等外,在垂直岩层走向的剖面上测得的地层断距和水平地层断距都小于垂直断层走向的剖面上测得的数值。 矿山开采中,为设计竖井和平巷的长度,常常采用平错和落差一类断距术语。如右图,在垂直岩层走向的剖面上, △一直角三角形, 断层分类 断层分类涉及较多因素,包括地质背景、运动方式、力学机制和各种几何关系等,因此有各种不同的断层分类。 按断层与有关构造的几何关系分类 走向断层 断层走向与岩层走向基本一致的断层。 倾向断层 断层走向与岩层走向基本直交的断层。 斜向断层 断层走向与岩层走向斜交的断层。 顺层断层 断层面与岩层层理等原生地质界面基本一致的断层。 根据断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系分类 纵断层 断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向一致或基本一致的断层。 横断层 断层 走向与褶皱轴向或区域构造线方向直交或基本直交的断层。 斜断层 断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交的断层。 根据断层两盘的相对运动,可将断层分为以下几类 : A) 正断层 B) 逆断层 C) 平移断层 组合-过渡类型:如逆 断层的形成机制 断层形成机制涉及许多方面,包括破裂的发生和断层的形成、断层作用与应力状态、岩石力学性质,以及断 层作用与断层形成环境的物理状态等问题。 当岩石受力超过其强度,即应力差超过岩石强度便开始破裂。破裂之初,出现微裂隙、微裂隙逐渐发展,相互联系,形成一条明显的破裂面,即断层两盘借以相对滑动的破裂面。 断裂面一旦形成而且应力差超过摩擦阻力时,两盘就开始相对滑动,形成断层。随着应力释放,应力差 (σ 1- σ 3)趋向于零或小于滑动摩擦阻力,一次断层作用即告终止。 断层岩( 1) 断层岩 是断层作用过程中形成的具有特征性结构构造和矿物成分的岩石 。 断层从产出的构造层次上分为脆性断层和韧性断层,断层岩也相应地分 为与脆性断层伴生的碎裂岩(系列 )和 与韧性剪切带伴上的糜棱岩(系列) 。 断层岩的研究是研究断层的一个重要方面。 1、断层岩是断层存在的良好标志。 2、断层岩的属性,是碎裂岩系还是糜棱岩系,可以指示断层是脆性断层还是韧性断层。 3、利用断层岩可以测定或分析断层形成时的温度和压力,为分析断层形成深度和形成环境的温压状态提供信息。 4、 断层岩的结构可以为分析确定断层两盘运动方向提供依据。破裂岩系列一般包括断层角砾岩、碎粒岩或碎斑岩、碎粉岩、假玄武玻璃和断层泥等。 断层效应 断层效应 是指断层作用引起的各种现象。本节讨论的断层效应只是断层引起地层关系的变化和岩层的视错动。 走向断层引起的效应( 1) 走向断层常常造成两盘地层的缺失和重复。缺失是指一套顺序排列的地层中的一层或数层在地面断失的现象。重复是原来顺序排列的地层部分或全部重复出现。 根据断层性质 (即正断层或逆断层 )、 断层与岩层倾向是否一致,当两者一致时的倾角相对大小以及侵蚀夷平等各种条件,会造成六种基本的重复和缺失(如图 )。 自然界中实际出现较多的是断层倾角大于岩层倾角的四种情况 (A、 B、 D、 E)。 走向断层引起的效应( 2) 断层性质、断层倾斜与地层倾斜的关系以及地层重复或缺失三个变量具有一定 关系。若已知其二即可确定另一变量。例如,已发现地层重复,并已确定断层产状与岩层产状相反,则该断层应为正断层(下表)。 以上讨论的地层重复和缺失,是剥蚀夷平作用使两盘处于同一水平地面上表现的结果。此外,断层走向与岩层走向完全一致以及两盘岩层产状稳定一致的情况也不多见,因此,实际应用这些规律时,要综合考虑各种因素。 断层的识别 断层类型很多,规模差别极大,形成机制和构造背景各异,因此,研究的内容、方法和手段各不相同。但是断层研究的首要环节是要识别断层和确定断层的存在。虽然断层可以通过分析和解译航卫片、物探图、地质图和有关资料得以确定或推定。但识别和确定断层存在的主要方式是进行野外观测。 断层活动总会在产出地段的有关地层、构造、岩石或地貌等方面反映出来,形成了所谓的断层标志,这些标志是识别断层的主要依据。 地貌标志( 1) 断层崖 由于断层两盘的相对滑动,断层的上升盘常常形成陡崖, 这种陡崖称为断层崖。盆地与山脉间列的盆岭地貌是断层造成一系列陡崖的典型实例。 断层三角面 断层崖受到与崖面垂直方向水流的侵蚀切割,乃形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖,即断层三角面。 地貌标志( 2) 错断的山脊 往往是断层两盘相对平移的结果。 横切山岭走向的平原与山岭的接触带 往 往是规模较大的断裂。 串珠状湖泊洼地 往往是大断层存在的标志。这些湖泊洼地主要是由断层引起的断陷形成的。 泉水的带状分布 往往也是断层存在的标志。念青唐古拉南麓从黑河到当雄一带散布着一串高温温泉 (右图 ),是现代活动断层直接控制的结果。 水系特点 断层的存在常常影响水系的发育,引起河流的急剧转向,甚至错断河谷。 构造标志 如果线状或面状地质体在平面上或剖面上突然中断、错开,不再连续,说明有断层存在 。右下图示断层造成的构造线不连续现象。为了确定断层的存在和测定错开的距离,在野外应尽可能查明错断的对应部分。 构造强化是断层可能存在的重要依据。 构造强化现象包括有:岩层产状的急变和变陡;突然出现狭窄的节理化、劈理化带;小褶皱剧增以及挤压破碎和各种擦痕等现象。 构造透镜体是断层作用引起构造强化的一种现象。断层带内或断层面两侧岩石碎裂成大小不一的透镜状角砾块体,长径一般为数十厘 米至二、三米。构造透镜体有时单个出现,有时成群产出。 构造透镜体一般是挤压作用产出的两组共轭剪节理把岩石切割成菱形块体后,其楞角又被磨去形成的。包含透镜体长轴和中轴的平 面,或与断层面平行,或与断层面成小角度相交。 在断层带中或断层两侧,有时见到一系列复杂紧闭的等斜小褶皱组成的揉褶带。揉褶带一般产于较弱薄层中,小褶皱轴面有时向一方倾斜,有时陡立,但总的产状常常与断层面斜交,所交锐角一般指示对盘运动方向。 断层岩的发育和较广泛产出也是断层存在的良好判据。 地层标志 地层的重复和缺失是识别断层的主要依据。 岩浆活动和矿化作用标志 大断层尤其是切割很深的大断裂常常是岩浆和热液运移的通道和储聚场所,因此,如果岩体、矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线或带断续分布,常常指示有大断层或断裂带存在。一些放射状或环状岩墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。 岩相和厚度标志 如果一个地 区的沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧变化,可能是断层活动的结果。断层引起岩相和厚度的急变有两种情况:一种情况是控制沉积盆地和沉积作用 的同沉积断层的活动,引起沉积环境沿着断层发生明显变化,岩相和厚度因而发生显著差异;另一种情况是,断层的远距离推移,使相隔甚远的岩相带直接接触。 查明和确定断层是研究断层的基础和前提。在地质调查中,应注意观察、发现和收集指示断层存在的各种标志和迹象,同时结合其他地质条件和背景加以综合分析。 断层的观测 测定断层面产状和两盘相对运动以便确定断层性质,进而测定或分析断层规模和组合 关系是断层研究的重要方面。 (一)断层面产状的测定 如果断层面比较平直,地形切割强烈而且断层线出露良好,可根据断层线的“V” 字形法则来判定断层面的产状。 隐伏断层的产状主要根据钻孔资料用几何作图方法予以测定。物探资料也可帮助判定断层面产状。 断层伴生和派生的小构造也有助于判定断层产状。如断层伴生的剪节理带和劈理带,一般与断层面近一致。断层派生的同斜紧闭揉褶带、片理化构造岩的面理,以及 定向排列的构造透镜体带等,常与断层面成小角度相交。这些小构造变形愈强烈,愈压紧,与断层面也愈接近。需要指出,这些 小构造的产状常常是易变且急变的, 应大量测量并进行统计分析以确定代表性的产状。 在确定断层面产状时,要充分考虑断层产状沿走向和沿倾向可能发生的变化。许多断层尤其是逆冲断层的断层面,常成波状起伏或台阶式。对于这种波状性的原 因有多种不同解释。一种解释是, 大断层形成之前的初始子断裂是各自分散的,而后逐渐联合形成大断层,由于联合的方式不同,可以有折线状、正弦曲线状或花冠状等。 格佐夫斯基 (1975)认为, 在断裂形成后原应力场的正应力和剪应力轨迹将发生偏转,引起断裂线向另一方向偏转,最后形成弧形面。至于台阶式, 主要是逆冲断层中断坪与断坡交替变化的结果。此外,各套岩系的岩性差异、不同深度物理条件对断裂的影响以及多期变形等等,也都影响断层产状及其产状的变化。 较大规模的断层产状和形态总是变化的,一定不要用局部产状作为断层的总体产状。例如隆起边缘的大断层,地表常为低角度逆冲断层,向深处倾角可以逐渐变大,甚至直立。伸展区大型正断层,也常呈上陡下缓的铲状。 (二)断层两盘相对运动方向的确定 但是,一条断层或一定阶段的断层活动性质往往又具有相对稳定性。这种运动总会在断层面上或其两盘留下一定的痕迹,如擦痕等。这些遗迹或伴生现象成为分析判断断层两盘相对运动的主要依据。 1、根据两盘地层的新老关系 分析两盘中地层的相对新老,有助于判断两盘的相对运动。对于走向断层,上升盘一般出露老岩层 (A、 B、 D、 E)。但如果地层倒转,或断层倾角小于岩层倾角,则老岩层出露盘是下降盘 (C、 F)。如果两盘中地层变形复杂,为一 套强烈压紧的褶皱,那么,就不能简单地根据两盘直接接触的地层新老而判定相对运 动。如果横断层切过褶皱,对背斜来说,上升盘核部变宽,下降盘核部变窄,对于向斜,情况刚好相反。 2、牵引构造 断层两盘近断层处常常发生明显褶皱,称作牵引褶皱。一般认为是断层错动拖曳的结果,并且以褶皱的弧形弯曲的 突出方向指示本盘的运动方向 。近来的研究指出,如果 “ 牵引 ” 褶皱是两盘相对运动引起的,则意味着于断层发生时的脆性变形在先,塑性弯曲在后,这与一般变形发育的过程相矛盾。可能的情况是是先发生挠曲,后形成断层 。而牵引褶皱是在早期塑性变形弯曲基础上,在断层两盘错动中得到进一步发展。 牵引褶皱的方位,不仅决定于两盘相对运动,还决定于断层产状与两盘标志层的产状以及不同剖面或平面上的表现。 一般说来,变形越强烈,牵引褶皱愈紧闭。为了准确利用牵引褶皱,应该在平面上和剖面上同时进行观察。还要结合断层两盘相对运动的其他特征,以对 断层两盘相对动向作出准确判断。 除正常牵引构造外,还有一种逆牵引构造,其弯曲形态与正常牵引构造相反,弧形弯曲突出方向指示对盘运动方向。逆牵引构造主要见于同沉积断层发育区(见褶皱一章中同沉积褶皱和本章同沉积断层一节的有关内容)。 断层作用的时间性 断层作用的时间性涉及断层形成时代、活 动时间以及长期活动问题。 断层形成时代及活动时间的确定 断层一般是在一定构造运动中形成的。 这类断层可以 利用断层与同期构造(如褶皱等)的相互关系来确定其形成时期 。 如果断层与被其切断的褶皱成有规律的几何关系,则二者很可能是在同一次构造运动中形成的。查明这次构造作用的时期,也就确定了断层形成时期。如果一条断层切断一套较老的地层,而被另一套较新的地层以角度不整合所覆盖,可以确定这条断层形成于角度不整合下伏地层中最新地层形成以后和上覆地层中最老地层沉积之前。 利用放射性同位素法可测定岩体时代,据此可推断断 层的形成时代或活动时代。例如,如果断层被岩墙岩脉充填,而且岩墙岩脉有错断迹象,则岩体侵入于断层 形成或活动时期。如果断层被岩体切断,断层形成显然早于岩体。如果断层切割岩体,则断层活动应晚于岩体。 此外,由重力作用引起的重力滑动断层,可以在沉积时期,成岩时期、构造运动时期或其以后的任一时期发生。这类断层的形成时期可以根据卷入断层的最新地层和未被切断的上覆最老地层来确定。 总之,断层一般形成于某一构造运动时期,也可以与某一沉积盆地的沉积作用同时活动。而重力滑动断层可以在地质发展的任一阶段形成和发育。 所以对断层形成和发育时期,应对具体断层进行具体分析。 断层长期活动的分析 区域性大断裂往往是长期活动的。这些断裂常常经历了一个以上的构造旋回。即使在一个构造旋回中,也可有多次的活动。大断裂的长期多次活动主要表现在断层两盘几个时期的地层的岩相和厚度的显著差异,可以根据断裂对地层及其厚度和岩相变化的控制作用来进行研究,从而说明这类大断裂活动的历史。 大型走向滑动断层会引起两侧地层对应性水平错开,时代愈老的地层,其错距越大。沉积盆地边缘的大型正断层,常常与盆地沉降同时活动,即同沉积断层。 长期多次 活动的大断裂往往是多期岩浆活动带。构造-岩浆岩带是分析断裂长期多次活动的重要参考,出露地表的岩浆岩在一定程度上反映了切割深度。伴随长期多次岩浆活动,会发生多次成矿作用,形成复杂多金属成矿带。 同沉积断层( 1) 同沉积断层又称生长断层,主要发育于沉积盆地边缘,尤其是大中型断陷盆地的边缘。在大盆地内部也常有次级同沉积断层。 在沉积盆地形成发育的过程中,盆地不断沉降,沉积不断进行、盆地外侧不断隆起,这些作用都是在控制盆地边缘的断层的不断活动中发生的。 同沉积断层( 2):主要特点 1、同沉积断层 一般为走向正断层,剖面上常 呈 上陡下缓的凹面向上的铲状。 2、上盘即下降盘地层明显增厚,这是同沉积断层最基本的特征和识别标志。同一地层在下降盘与上升盘的厚度比称为生长指数,生长指数反映了同沉积断层的活动强度。 3、断距随深度增大,地层时代愈老,断距愈大。 4、常在上盘发育逆牵引构造。因为断距是累积的,所以任一标志层的断距都反映了该层沉积以前断层活动引起的断距之和。 5、逆牵引构造一般构成背斜,与断层走向一致延伸,背斜顶点向深部逐渐偏移,偏移的轨迹与断层面大致平行。 伸展构造 伸展构造的类型 -- 伸展构造的模式 -- 剥离断层和变质核杂岩 伸展构造是区域引张作用下形成的一套具有特色的构造系统。 马杏垣曾指出: “ 引张作用也造就了全球范围的构造现象,其规模甚至比挤压变动还要大。 ” 伸展构造是在区域性引张作用下形成的一套独具特色的构造系统。从全球构造及其演化的观点,挤压作 用(如造山带)与引张作用(如洋中脊、拉张带)是构造作 用在时间和空间上紧密相关的两个方面。由于构造研究源于造山带,造山带又以挤压变形为特色,以致曾长期忽视引张伸展作用及其形成的伸展构造。关于伸展构造 的重要性,马杏垣教授曾精辟地指出: “ 其实,引张作用也造就了全球范围的构造现象,其规模甚至比挤压变动还更大 ” 。 从构造应力状态和变形体制看,伸展作用和挤压作用可概括为 “ 开 ” 与“ 合 ” 。 “ 开 ” 与 “ 合 ” 乃地壳的水平运动,在一定条件下水平运动与升降运动又相互转 化。升降运动中的上升隆起往往导致重力势的变化和重力不稳, 引起地壳表层的顺坡下滑而形成重力滑动构造。所以,伸展、降起与重力滑动具有相对统一性。 一、伸展构造类型 地堑和地垒 --阶梯状断层、箕状构造和盆岭构造 (一) (二) -- 大型断陷盆地 -- 裂谷 -- 剥离断层 伸展区构造,以正断层为主构成各种组合类型。 1、地堑和地垒 地堑主要由两条走向基本一致的相向倾斜的正断层构成。两条正断层之间是一个共同的下降盘 (图 A)。巨型地堑系称作裂谷。这里主要讨论一般规模的地堑。 构成大中型地堑边界的正断层常常是由数条产状相近的正断层构成同向倾斜的阶梯式断层系列。两侧正断层可以均等发育,也可以是一侧更为发育。 地垒主要由两条走向基本一致的反向倾斜的正断层构成 (图 B)。两条正断层之间是一个共同的上升盘。组成地垒的正断层可以呈单条产出,也可以是数条产状相近的正断层组成的依次断落的阶梯状断层带。从区域地质构造看,地堑比地垒具有更重要的地质意义。 2、阶梯状断层、箕状构造和盆岭构造( 1) 阶梯状断层 由若干条产状基本一致的正断层组成,各条断层的上盘依次向同一方向断落,构成阶梯式。阶梯状断层中各条断层可以是平面状,也可以是弧形的。根据各条断层的 倾向与所夹岩层的倾向,可以分为倾向一致的同向断层组和倾向相反的反向断层组。阶梯状断层中断层限定的断块一般均发生过旋转。在同向断层组中,每条断层的 总滑距都小于未发生旋转时的总滑距 (图 A)。在反向断层组中,每条断层的总滑距均大于未发生旋转时的总滑距 (图 B)。 伸展构造 2、阶梯状断层、箕状构造和盆岭构造( 2) 箕状构造 如果地堑中一侧断层发育,形成一侧由主干正断层控制的不对称构造,称之为箕状构造或半地堑。箕状构造可以单个产出 ,也可由几个箕状构造组成一个系列, 类似弧形阶梯状断层。但是箕状构造规模大,主干断层一般为同沉积断层,而且可以呈独立单元产出。箕状构造在我国东部中新生代盆地中广泛发育,与油气储聚有 密切的关系。 盆岭构造 在地壳伸展区,掀斜构造、阶梯状断层、地堑、地垒等共同产出,形成由不对称的纵列单 面山、山岭及其间宽广盆地组合而成的构造-地貌单元,即为盆岭构造。美国西部科迪勒拉山系的盆岭区,是建立盆岭构造的经典地区。 3、大型断陷盆地 大型断陷盆地是以边界断层控制的区域性沉陷单元,呈菱形、带状或等轴状盆地产出,如华北盆地、松辽盆地、江汉盆地、萍乐拗陷带等。 4、裂谷 是区域性伸展隆起背景上形成的巨大窄长断陷,切割深,演化历史长。 裂谷包括大洋裂谷、大陆裂谷和陆间裂谷。大西洋中央裂谷,东非裂谷,红海裂谷分别是大洋裂谷、大陆裂谷和陆间裂谷的典型代表。大洋裂谷、陆间裂谷和大陆裂 谷共同构成全球裂 谷系。大陆裂谷 → 陆间裂谷 → 大洋裂谷构成的演化系列反映大陆开裂、漂移、海底扩张的过程。不过,并非所有的大陆裂谷都演化成大洋裂谷。 大陆裂谷的主要特征有: 1、裂谷由一系列正断层为主的地堑、半地堑组成复杂地堑系,通常发育于区域性隆起的轴部,表现为断陷谷和断陷盆地等构造-地貌景观,反映了岩石圈的伸展作用。 2、裂谷中常常沉积巨厚的包括磨拉石在内的碎屑沉积,常伴有蒸发岩、火山熔岩和火山碎屑沉积。裂谷沉积中常常包含重要的沉积矿产。 3、裂谷常常是浅源地震带和火山带。裂谷带内的地球物理场一般表现为巨大 的负布格重力异常和负磁异常,或者为负背景值上的正异常。裂谷的边界一般表现为明显的重力梯度带和磁力梯度带。大陆裂谷热流值一般较高,但变化幅度较大。 4、大陆裂谷的岩浆岩有两类共生组合。一类是大陆溢流玄武岩,主要是拉斑玄武岩,也包括碱性玄武岩及其深成侵入岩体。另一类为双峰系列,可以是拉斑玄武岩-流纹岩套;也可以是碱性玄武岩-响岩或粗面岩套。 5、深部结构上,裂谷之下地幔升高,地壳变薄,玄武岩层下普遍存在着波速较低的壳幔物质混合组成的裂谷垫。 5、剥离断层 剥离断层是一种上陡下缓的大型铲状正断层, 主要产出于盖层与基底之间,上盘包括一套正断层组合。剥离断层发生于区域隆起背景上,是岩石圈多层次拆离盖层在基底上滑脱的具体表现(详见本章 “ 剥离断层与变质核杂岩 ” 一节)。 几何结构 逆冲推覆构造 逆冲推覆构造的研究始于 19 世纪中期,于 19 世纪晚期掀起了第一次研究高潮。本世纪 70 年代中期,随着在南阿巴拉契亚造山带前陆下发现大逆冲断层 并延伸到兰岭之下以后,又再度激起了地质学家研究逆冲推覆构造的热情 。 本概念 逆冲推覆构造的研究始于 19世纪中期,于 19世纪晚期掀起了第一次研究高潮。本世纪 70 年代中期,随着 陆反射剖面协调组织 )在南阿巴拉契 亚造山带前陆下发现大规模的逆冲断层并延伸到兰岭之下以后,又再度激起了地质学家研究逆冲推覆构造的热情。这次研究,一方面确定了前陆构造是一种薄皮构 造,对寻找油气开辟了新的广阔领域;另一方面也对论证岩石圈层结构和区域构造的发展演化提供了重要信息。近年来,逆冲推覆构造研究有很大进展,认识到这类 构造的广泛性和重要性。 三、 逆冲推覆构造的几何结构 逆冲推覆构造的几何结构是研究逆冲推覆构造研究的基础,具有重要意义。 逆冲推覆构造的台阶式结构 ( 1) 台阶式是逆冲断层发育之初岩层处于水平产状时的基本结构,由长而平的断坪 (联结其间的短而陡的断坡 (替构成。断坪顺层发育,产出于岩性软弱的岩层之中或岩性差异明显的界面上,断坡切层发育,产出于较强硬岩层中。 南阿巴拉契亚松树山断层及其发展形成过程(自上而下) 注意断层的台阶式结构和无根背斜的发育 断坪与断坡 产状平缓的薄层燧石层间夹黄色泥质岩,逆冲断层从图左下侧往上切割,在燧石层中表 现为切层的断坡,进入泥质夹层后变为顺层滑动的断坪,然后在切层再成为断坡,如此交替前进。 逆冲作用与褶皱作用 逆冲作用与褶皱作用 逆冲推覆构造总有褶皱伴生,有时褶皱变形强烈而复杂。二者在几何学上具有相关性,在成因上具有统一性。在许多逆冲推覆构造带中,这种关系明显地表现为褶皱的倒向与逆冲方向的一致,以及变形强度的共同衰减。 褶皱作用与逆冲作用的关系,长期以来一直为构造地质学家所关注,其中存在两个关键性问题: 1、逆冲推覆与褶皱形成中何者居主导作用; 2、逆冲推覆构 造中褶皱的形成机制。 逆冲推覆与褶皱形成的关系 对褶皱作用与逆冲推覆作用的关系的认识,存在着二种观点:褶皱作用导致逆冲推覆,或者逆冲推覆控制褶皱作用。在形成发育上前者表现为先褶皱后逆冲,后者表现为先逆冲后褶皱。 先褶皱后逆冲或褶皱作用导致逆冲推覆的观点是海穆 (A. 921年研究阿尔卑斯推覆体时提出的。其基本论点是强烈的水平挤压引起岩层褶皱,在褶 皱倒转翼的拐点处因拉伸变薄而断裂,进而在断裂面上逆冲并推覆,形成典型的褶皱推覆体。海穆的观点在 60年代前被许多构造地持学 家所接受。但是自 60末到 70年代以来,随着逆冲推覆构造的深入研究,人们对前陆以至造山带逆冲推覆构造及褶皱形成机制有了较全面的新认识,认识到逆冲推覆引起褶皱的作用。海穆观 点至少已经不能概括所有褶皱作用与逆冲推覆构造的关系。 逆冲推覆引起褶皱 的认识是 60年代以后提出的。从逆冲岩席推移的过程可以看出: 1、岩席从一个低层位断坪经断坡爬升到高层位断坪时,于断坡上形成了以背斜为主的褶皱。随着构造运移,背斜不断扩大,成平顶式或箱状构造,进而会形成侏罗山式褶皱。因此逆冲作用早于褶皱作用。 2、箱状构造、侏罗山式褶皱是盖层在基底上逆冲滑脱形成的,断坡在褶皱形成中具有重要作用。 3、逆冲推覆中形成的褶皱,其几何形态和组合型式受断坡 (倾角、长度、间距 )、运移速度和规模,岩系组成、逆冲作用进程、滑脱层 (性质、厚度和深度 )诸因素的影响。 4、在构造变形进一步发展时,断坡可能向上延伸而切断顶板逆冲断层,形成切顶构造。 推覆与滑覆 推覆与滑覆的对比和鉴别 挤压推覆与重力滑覆 1、挤压推覆整体处于挤压状态,自根带至锋带均表现为压缩形变,在一定程度上根带的挤压强度甚至大于中带或锋 带的挤压强度。而重力滑动作用引起的滑覆变形,由根带到锋带,由拉伸转化为挤压,挤压强度趋向锋带增大。 2、挤压推覆过程中的变形结构,主要表现为水平挤压引起的垂向伸长。重力滑覆中的变形结构,常常表现为垂向压扁。 3、挤压推覆根带产状倾向后缘,由中低变陡而后下插。重力滑覆的根带往往变缓而上升,倾向前锋。 4、挤压推覆中主逆冲断层面,或为台阶式,或成平滑弧形,总体倾向根带。而重力滑覆中的主滑面断层,一般成犁式,倾向前缘。 5、挤压推覆体中往往是老地层推覆到年轻地层之上;而在重力滑动中 ,可以是老地层盖在年轻地层之上,也可以而且常常是年轻地层盖在老地层之上。滑覆过程中,常常造成部分地层缺失导致构造剥蚀 ( 6、推覆体中地层关系的规律性或连续性较滑覆体中相对容易恢复。滑覆中的地层关系常常十分混乱而不连续,难以恢复。滑覆中的滑动系统为自由滑落, 不同部分的运动可以彼此无关。最年轻地层往往最先下滑,然而较老地层相继滑动,并盖在先滑岩层之上,形成倒序叠置 (但 每一滑动岩席内部的层仍保持正常顺序。 7、挤压推覆 过程中形成的褶皱以倒转至平卧背斜为主,倒转翼常变薄拉断。滑覆过程中形成的褶皱,下翼或倒转翼往往保存完整。滑覆中的翻褶平卧向斜也是重力滑动的特征之一。 逆冲推覆构造的形成作用 逆冲推覆构造的形成作用 逆冲推覆构造的形成作用涉及几个相互关联的问题:断裂发生、滑动和位移、驱动力以及构造演化等。 关于逆冲推覆构造的驱动力问题,在早期研究阶段,研究者根据逆冲推覆构造中挤压造成的褶皱现象,在收缩说的影响下,认为水平挤压是逆冲推覆构造的基本驱动力。 逆冲推覆构造主要发生于造山带的前陆,常以造 山带为轴成扇形对称展布。板块构造学说提出之前,一直将前陆褶皱逆冲带与造山带的变形统一解释为区域 性水平挤压。叠瓦式逆冲断裂带则是造山带巨型复背斜两翼次级褶皱发展的结果。但是在世界一些著名的造山带,如阿尔卑斯和喜马拉雅山等,其前缘的逆冲推覆构 造只发育于一侧,并非对称展布,于是提出了后推力模式。 水平挤压作为逆冲推覆构造的成因机制的经典观点,虽然为许多地质学家所接受,但是在解释某些逆冲推覆构造中也遇到一定的困难。如某些逆冲构造带的 变形没有强烈褶皱伴生,尤其是挤压作用力与推覆体所能承受的应力相矛盾。对 于一个长、宽以若干公里计,厚以数百至千米计的大推覆体,如使其长距离运移,作 用力是十分巨大的。这样巨大的作用力大大超过岩石强度,使岩席在运移前就已破碎。一些强烈变形的推覆体在变动中处于一种弹塑性状态,很难远距离传递应力。 于是一些学者认为重力是引起推覆构造的基本驱动力。 但是,用重力滑动作用解释逆冲推覆构造也存在问题,主要是逆冲断层的断面倾角低平,如此小的坡度能否引起重力滑动。 板块构造学说提出后,一些地质学家根据板块俯冲和碰撞作用探讨区域逆冲推覆构造的驱动力。大洋板块向大陆板块之下俯冲,虽然向 下斜插,但也产生水平方向压 应力分量。因此,在弧外盆地或海沟沉积中形成了向岛弧外侧逆冲的叠瓦式逆冲推覆构造。此外,区域性推覆构造也可从板块学说的传送带模式予以解释。 在逆冲推覆构造研究中一个重要问题是异常孔隙压力问题。异常孔隙压力主要发生于快速沉积带和构造加压带。作为逆冲构造主要发育区的前陆和逆冲推覆 加压都为产生异常孔隙压力提供了条件。逆冲运移中的摩擦生热会促进水热增压。异常孔隙压力的存在降低了围压,并使表层温压状态延伸到深部,使深部岩石仍保 持脆性,从而使巨大逆冲岩席完整运移。 虽然对孔 隙液压的作用在认识上仍存在分歧,但是,越来越多的构造地质学家认识到异常孔隙压力在逆冲推覆构造作用中是一个不可忽视的重要因素。 构造样式 二、逆冲断层的构造样式 逆冲断层虽然可以单条产出,但是更为常见的是产状相近的若干条逆冲断层成束产出。根据一个构造单元中逆冲断层的排列组合及其逆冲方位,可以分为单冲型、背冲型、对冲型和楔冲型。 1、 单冲型 产状相近、逆冲方向相同的逆冲断层组构成,据叠瓦式结构。叠瓦式逆冲断层系中各条断层的倾向一致,间距和规模大致相同(下图左)。 2、 背冲型 在统一的构造应力场中形成、分别向外侧逆冲的二套叠瓦式逆冲断层。大型背冲式逆冲断层常与造山带复背斜共同产出。很多造山带的前缘发育一系列倾向造山带根 部的逆冲断层系,向前陆方向逆冲,造山带的后缘发育与之类似的断层系,但断层产状与之相反,向后陆逆冲,总体构成造山带的扇形结构(下图右)。 单冲叠瓦式逆冲断层 背冲型逆冲断层 3、 对冲型 两套叠瓦式逆冲断层相向逆冲。对冲型逆冲断层常与盆地伴生,自盆地两缘向盆地中心逆冲。 江西萍乐凹陷西段对冲型构造(据朱志澄等 1990) 4、 楔冲型 产状相近的一套逆冲断层和一套正断层共同构成上宽下窄的楔状冲断体。这种型式的逆冲断层一般产于盆地之中或两个盆地之间。 楔冲型逆冲断层具有一定的普遍性。一定程度上与不对称山系结构相似。 逆冲推覆构造的扩展 四、逆冲推覆构造的扩展 ( 1) 逆冲推覆构造一般成叠瓦扇或双重逆冲构造。其中各条逆冲断层及相关推覆体,都是顺序发展的。逆冲断层及推覆体的扩展有两种可能的方式: 前展式或背驮式 (扩展方向自腹陆向前陆。新的逆冲断层发育在先存逆冲断层的下面,各逆冲岩席依次向前陆扩展,并增生在前进中的逆冲岩席的前锋(图 A)。 后展式 或上叠式 (扩展方向自前陆向腹陆。新的逆冲断层发育在先存逆冲断层的上面,各逆冲岩席依次向腹地扩展,并增生在前进中的逆冲岩席的后缘(图 B)。 自然界中逆冲推覆构造绝大多数为前展式。 判别逆冲作用中扩展方式的主要依据是其总体变形特征,各级各类构造发育状况以及各逆冲断层的交切关系。 前展式逆冲推覆构造中,逆冲断层形成越早变形也越强烈。早先的台阶式结构被一次次的后期逆冲作用所变形或破坏。对比各条主要逆冲断层变形的强度或被切割的 情况,能比较准确地 确定逆冲顺序。一些多次逆冲形成的逆冲推覆构造,变形强度呈递进式变化,最晚形成的逆冲断层仍为台阶式,而早期逆冲断层已强烈弯曲。 前展式 后展式 曼德尔 (G. 1981)等对逆冲推覆作用中次级断层的发育机制和扩展进程等进行了理论分析和模拟实验,建立了相应模式。 在后推力作用下,逆冲岩席中的压应力值自尾部至前端按正弦规律递减,从 而造成两个压应力最大点。这两点分别位于逆冲岩席尾部下角和距尾端一定距离的岩席表 面。这两个高压点的连线即发生第一条逆冲断层的位置。第一条断层形成后,被剪掉后部一段的逆冲岩席继续向前推移,其中的应力将重新分配,最后又达到与初始 相似的应力状态,于是在第一条逆冲断层的前方形成了第二条逆冲断层。以此方式继续进行,终于形成了叠瓦式构造。叠瓦式构造中各条逆冲断层之间的间距呈以下 关系。 d3/„=a ( 即 d1>逆冲推覆构造的形成作用 逆冲推覆构造的形成作用 逆冲推覆构造的形成作用涉及几个相互关联的问题:断裂发生、滑动和位移、驱动力以及构造演化等。 关于逆冲推覆构造的驱动力问题,在早期研究阶段,研究者根据逆冲推覆构造中挤压造成的褶皱现象,在收缩说的影响下,认为水平挤压是逆冲推覆构造的基本驱动力。 逆冲
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:构造类型及特征(平衡剖面基础)
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-3971.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开