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第二章 沉积岩石的原生构造及其产状

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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 沉积岩层的原生构造 岩层的产状、厚度及出露特征 地层的接触关系第二章 沉积岩层的原生构造及其产状沉积岩是地壳表层分布最为广泛的岩石 , 其覆盖面积占地球大陆面积的 75%。大陆地壳表层的沉积岩层中发育有大量的地质构造。了解沉积岩层的原生构造是研究地质构造的必须和重要的基础工作之一。岩 层 : 由两个平行或近于平行的界面所限定的岩性基本一致的层状岩体沉积岩层 : 由沉积作用形成的岩层层 面 : 分隔一个单一岩层的上下界面 , 位于上面的称为 上层面或岩层顶面 ; 位于下面的称为 下层面或岩层底面 。相邻两个岩层的 接触界面 , 既是上覆岩层的底面 , 又是下伏岩层的顶面。岩层厚度 : 两相邻岩层面之间的垂直距离*关于沉积岩层的基本概念岩层层序 :沉积岩的原始沉积总是一层一层叠置起来的,它们存在着下伏沉积一定早于上覆沉积的相对新老关系。新老岩层厚度及形态: 一般来说 , 岩层在较大的范围内形成厚度稳定的板状 , 但由于沉积环境和条件的变化 , 有的岩层在延伸方向上厚度不稳定 , 有的向一侧变薄甚至尖灭 , 形成楔形 , 有的则向两侧变薄尖灭 , 形成透镜状。原生构造: 沉积岩在沉积过程中或成岩作用过程中产生的非构造变动的构造称为沉积岩层的原生构造。如 层理、层面构造(泥裂、雨痕、印模等)、结核、叠锥以及生物遗迹等等 。*层理及其识别1)层理 : 是通过 岩石的成分、结构和颜色 在岩层垂直断面上的突变和渐变所显示出来的一种成层构造。按其形态可分为三种基本类型:平行层理、波状层理、斜层理。平行层理斜层理细层可与层面平行或斜交细层可以是平直的也可是波状弯曲的细层与细层之间可平行或不平行2)层理的组成 :( 1)细层 : 细层又称纹层 , 是组成层理的最小单位 , 细层厚度很小 , 常以毫米计 , 同一细层多具有较均一的成分和结构 , 它们是在相同的水动力条件下同时形成的。细层可与层面平行细层可与层面斜交细层可以是平直的也可是波状弯曲的( 2) 层系 : 是由成分、结构和产状上相同的许多细层组成 ,是在同一环境相同水动力条件下 ,不同时间形成的细层组成。3)层理的识别:(1)岩石成分的变化 : 在成分单一的巨厚岩层中 , 要注意寻找成分特殊的夹层 , 这些夹层的层理就代表了巨厚岩层的层理(2)岩石结构的变化 : 根据沉积原理 , 不同粒度或不同形状的颗粒总是分层堆积的 , 从而显示出层理 , 观察这些颗粒的变化有助于识别岩层的层理 .(3)岩石颜色的变化 : 在成分单一 , 层理隐蔽的岩石中 , 去找寻颜色不同的岩石夹层或条带 , 它们代表了岩层的层理(4)沉积岩的原生层面构造 : 沉积岩层面上形成的原生构造 , 如波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印模等 , 是确定岩层层理的标志。*利用沉积岩层原生构造确定岩层的顶面和底面确定沉积岩层的新老层序是野外观察研究地质构造的一个重要问题。岩层形成后 , 遭受构造变形变位 , 虽然有的岩层还保持其正常层序 , 即岩层顶面在上 , 底面在下 , 沿着岩层的倾向 , 岩层由老到新向上排列 ; 但有些岩层在强烈构造变动后 , 岩层层面变为直立 , 甚至发生倒转 , 顶面转为向下 , 底面转为向上的新老层序倒置的现象 , 这时就需要根据沉积岩层的原生构造或某些次生构造去识别沉积岩层的顶面和底面 , 并确定其相对的新老层序关系。可用于判断岩层顶、底面的岩层原生构造有 : 斜层理、粒级层理、波痕、泥裂、雨痕、冲刷痕迹、古生物化石的生长和埋藏状态 等1)斜层理 :斜层理可以用来判断沉积岩层的顶面和底面。其判断特征是 : 在一个层系中 , 每组细层的层理与层系底部的岩层面呈收敛变缓而相切的关系 ; 而与层系顶部的岩层面呈较大角度截交关系 ; 细层层理呈向岩层顶面撒开 , 向岩层底面收敛的几何形态。2)粒级层理: 又叫递变层理 , 其特点是在一个单层内 , 从岩层的底部到岩层的顶部 , 矿物或碎屑的粒度是由粗逐渐变细。例如 , 底部为砾石 , 向上可依次逐渐递变为粗砂、细砂、粉砂、泥质。相邻两粒级层之间 , 下层顶面常常受过冲刷。两粒级层在粒度上和成分上不是递变而是突变 , 根据粒级层的这种下粗上细的粒度递变特征 , 可确定岩层的顶面和底面。逆递变层理:下细上粗,但顶底面之间粒级渐变*递变层理与逆递变层理差别:正粒序与反粒序3)波痕沉积岩层面上的波痕成因很多 , 但可用于指示和判断岩层顶面和底面的主要是对称型的浪成波痕。 波痕原型 (简称波痕 ): 发育于岩层的上层面 , 是经浪、风等地质作用而形成。波痕印模 (简称印模 ): 发育于波痕原型相邻上覆岩层的底面 , 是波痕原型的印模。波痕:尖脊指向顶面,圆弧指向底面。河北省抚宁县潮水峪上寒武统凤山组砂岩中的波痕泥裂在剖面上呈上宽下窄的 “ V ” 字型或楔形 , 这些裂缝后被上覆沉积物充填 , 上覆充填层的底面成为脊形印模 ; 无论是 楔形裂缝还是脊形印模的尖端都是指向岩层的底面的。4)泥裂雨痕和冰雹痕是雨点和冰雹落在湿润而柔软的泥质或粉砂质沉积物上打击出圆形或椭圆形的边缘略高出沉积物表面凹坑 , 凹坑形成之后又被上覆沉积物填充掩埋 , 成岩后 , 便在 岩层的顶面上留下凹坑 , 而在上覆岩层的底面形成圆形或椭圆形的瘤状突起。 根据这种层面原生构造特征 , 可以确定岩层的顶面和底面。5)雨痕、冰雹痕及其印模印模固结或半固结的沉积岩层 , 在露出水面或在水下时 , 因流水的冲刷而在沉积岩层的层面上造成 沟、槽和浅坑 等凹凸不平的 冲刷痕迹 , 之后 , 在其上覆沉积岩层的底面上可形成相应的印模 , 沟槽凹下方向是指向岩层的底面 , 据此可以用来确定岩层的顶面和底面。6)冲刷痕迹7) 古生物化石的生长和埋藏状态保存在岩层中的古动物化石、古植物化石的保存状态可用以确定岩层的顶面和底面 , 例如 , 珊瑚化石的基部总是指向岩层的底面。又如 , 某些藻类形成的叠层石化石 , 具有向上弧形凸起的叠积纹层构造 , 这些 弧形凸状纹层的凸出方向 , 指向岩层的顶面。贝壳叠层石叠层石 沉积岩层的原生构造 岩层的产状、厚度及出露特征 地层的接触关系第二章 沉积岩层的原生构造及其产状*岩层原始状态将沉积岩层的原始产状理解为水平的 , 是认识分析沉积岩区地质构造的一个基本前提。*水平岩层水平岩层:岩层层面保持近水平状态,即同一层面上各点海拔高程都基本相同。1)在层序没有倒转的前提下,地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上。当地形剥蚀切割轻微的地面只出露最新岩层;如切割强烈时,老岩层则出露于河谷,冲沟等低洼处,较新岩层分布于山顶或分水岭上,即 岩层愈老出露愈低,岩层愈新其出露的位置愈高。2)水平岩层的露头形态,完全受地形控制,其出露线(岩层与地面的交线)在地质图上表现为与地形等高线平行或重合,而不会相交。3)水平岩层的厚度就是岩层顶面与底面标高之差。4)水平岩层露头宽度,与岩层厚度和地形坡度的变化有关。*倾斜岩层沉积岩岩层形成的初期处于原始水平状态 , 后来可遭受构造运动的影响发生构造变位 , 形成倾斜岩层 , 倾斜岩层是沉积岩中最常见的一种产状形态。倾斜岩层可以是地壳不均匀抬升或下降引起的区域性倾斜 , 也可以是某种地质构造的一部分 , 例如 , 褶皱构造的一翼 , 或断裂构造的一盘 。1) 倾斜岩层的产状要素及其测定( 1)面状和线状构造的概念虽然构造的类型、成因、规模和形态千差万别,但从 几何学 上看,其基本结构可归纳为 面状结构和线状结构。面状构造 : 指地质体中几何的或物理的呈面状的结构面 —如岩层层面 、断层面、(黑板面)等。线状构造:指地质体中几何的或物理的具一定方向延长的构造 —如断层线、矿物定向排列而成的生长线、擦痕线、 (黑板边线)等。( 2)面状构造的产状要素观察和测定这些面状结构和线状结构的 空间方位和产出状态 ——即产状 ,则是构造地质学研究的基础。“ 产状 ” ——?产状要素 ——?面状构造的 产状 :指面状构造的空间产出状态,即指其与水平参考面和地理方位之间的关系。任何面状构造或地质体界面的产状均以其 走向、倾向和倾角 的数据表示。其中, 倾向和倾角 是必要条件。走向 : 倾斜平面与水平面相交的线叫走向线 , 走向线两端所指的方向即为该平面的走向 , D’ 在倾斜平面上与走向线垂直并沿倾斜面向下所引的直线叫倾斜线 , 倾斜线在水平面上的投影线所指的岩平面向下倾斜的方位即倾向。倾角 : 倾斜平面上的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角为倾角 , 即在垂直倾斜平面走向的直立剖面上该平面与水平面间的夹角。其中, 倾向和倾角 是必要条件。(3)线状构造的产状要素直线的产状是指直线在空间的方位和倾斜的程度。直线的产状要素包括 倾伏向、倾伏角 ;或其所在平面上的 侧伏向和侧伏角 。倾伏向和倾伏角( )倾伏向 (指向 ): 某一线段在空间的沿倾斜方向的延伸方向,即某一倾斜直线在向下倾斜方位上的水平投影线所指示的方向,用 方位角或 象限角 表示。倾伏角 :指直线的倾斜角度,即直线与其水平投影线间所夹之锐角。倾伏 30侧伏向和侧伏角( )侧伏角 :当线状构造包含在某一倾斜平面内时,此线与该平面走向线间所夹之锐角即为此线在那个面上的侧伏角(用量角器现场测量)。侧伏向 :就是构成上述侧伏角的走向线的那一端的方位。侧伏 45 侧伏向 伏角 45”( 4)岩层的产状要素岩层的产状是以岩层面在三度空间的延伸方位及其倾斜程度来确定的 , 岩层面的产状要素包括岩层面的 走向、倾向和倾角走向 : 岩层面与水平面相交的线叫走向线 ,走向线两端所指的方向即为岩层的走向 , 所以 , 岩层的走向有两个方位角读数 , 二者相差 180度D’ 在岩层面上与走向线垂直并沿倾斜面向下所引的直线叫倾斜线 , 倾斜线在水平面上的投影线所指岩层面向下倾斜的那个方向就是岩层的 真倾向 , 简称倾向。在岩层面上 , 凡是与该点走向线不直交的任一直线均为视倾斜线 , 其在水平面上的投影线所指的倾斜方向叫 视倾向或假倾向 。D’ 岩层的倾斜线及其在水平面上的投影线之间的夹角就是岩层的 倾角 , 又称真倾角。视倾斜线和它在水平面上的投影线之间的夹角叫 视倾角或假倾角。一点上可有许多视倾斜线 , 因而也就有许多视倾角 , 这些 视倾角都比该点的真倾角小。D’×  真倾斜与视倾斜2)岩层产状要素的测定与表示方法( 1)文字表示方法 :方位角表示方法 : 一般只测量和记录岩层的倾向和倾角 , 如 :205∠27 ° 。 前一读数为岩层的倾向 , 后一读数为岩层的倾角象限角表示方法 : 以北和南的方向作为 0 度 , 一般测量和记录岩层的走向 , 倾向和倾角 , 例如 :W/25° 即岩层走向为北偏西 65° , 倾角为 25° , 岩层向南西倾斜N 0E 90W 270S 180) 符号表示方法 :在地质图上 , 岩层产状要素是用符号来表示。倾斜岩层产状的测定与表示1. 倾向方位角∠倾角 125 ∠ 452. 走向象限角∠倾角倾向象限 N 50 W ∠ 45 N 角 N 50 W N E ∠ 4525 66倾斜岩层 直立岩层 水平岩层 倒转岩层仅用于地质平面图* 特殊产状岩层 —水平岩层与直立岩层产状如何表示?水平岩层的倾角为 0º;直立岩层的倾角为90º,走向有两个数值。(3)测定方法:罗盘直接测量钻孔资料三点法求解 → 实验课地形地质图上作图求解 → 实验课赤平投影法 → 实验课( 3)倾斜 岩层的厚度真厚度 : 是指岩层的两个平行界面之间的垂直距离。铅直厚度 : 是指岩层顶面和底面之间沿铅直方向的距离。视厚度 : 在与岩层走向斜交的直立剖面上或在与岩层面不垂直的任何方向的非直立剖面上所测得的岩层顶面与底面之间的垂直距离。3)倾斜岩层的露头界线形态水平、直立岩层倾斜岩层“V”字形法则倾斜岩层地质界线在地形地质图上弯曲的规律受 地质界面倾角、地形坡度及地形与地质界面产状之间 的相互关系等三个因素制约。倾斜岩层的露头界线表现为与地形等高线成交切关系 , 并有一定规律 , 当界线横过山脊和沟谷时 , 均呈 “ V”字型态 , 这种规律叫 “ V ”字型法则。根据岩层产状、地面坡向、坡度的不同 , “V”字型形态有所不同(1) 当岩层倾向与地面坡向相反时 :岩层界线与地形等高线的弯曲方向一致 , 即在沟谷处 , 岩层界线的 “ V”字型尖端指向沟谷的上游 , 而穿越山脊时 , “V ” 字型的尖端则指向山脊的下坡 ; 但是 , 岩层界线的弯曲度总是比地形等高线弯曲度小。——相反相同800) 当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角大于地面坡角时 :岩层界线与地形等高线呈相反的方向弯曲 , 在沟谷处 , 岩层界线的 “ V”字型尖端指向沟谷的下游 , 而穿越山脊时 , “V ” 字型的尖端则指向山脊的上坡。 ——相同相反8 00 3)当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角小于地面坡角时 :岩层界线与地形等高线的弯曲方向也是相同的 , 在沟谷处 , 岩层界线的 “ V”字型尖端指向沟谷的上游 , 而穿越山脊时 , “V ” 字型的尖端则指向山脊的下坡 , 但是其露头界线的 “ V ”字型弯曲度大于地形等高线的弯曲度。——相同相同800 1)、( 3)两种情况相似,不同的是后者 “ V”字形弯曲大于等高线,而前者 “ V”字形弯曲度小于等高线。( 1)( 3)(1)倾斜岩层的露头宽度与厚度和倾角4)倾斜岩层的露头宽度倾斜岩层的露头宽度取决于岩层的 厚度和倾向、倾角 , 还受 地面坡角、坡向之间关系 的影响。( 2)倾斜岩层的露头宽度与坡度的关系当岩层倾向与坡向相反时 , 地面坡度缓 , 岩层露头就宽;坡度陡 , 岩层露头就窄; 在陡崖处 , 岩层的顶、底界线在平面上的投影重合成一条线 , 造成在平面图上岩层 “ 尖灭 ” 的假象。( 3)倾斜岩层的露头宽度与岩层产状关系当岩层面与倾斜地面直交时 , 这时露头宽度小于岩层厚度 ; 当岩层面与地面之间的交角由大变小 , 则岩层露头的宽度由窄变宽;当岩层倾角达到 90 度时 , 岩层露头宽度等于岩层厚度 , 且不受地形影响。 沉积岩层的原生构造 岩层的产状、厚度及出露特征 地层的接触关系第二章 沉积岩层的原生构造及其产状*整合和不整合1) 整合接触 : 上、下地层在沉积层序上没有间断 , 岩性和所含化石都是递变的 , 上、下岩层的产状平行一致 , 它们是连续沉积形成的 , 这种上、下岩层的接触关系叫整合接触。2)不整合接触 : 上、下地层之间的层序有沉积间断 , 即先后沉积的地层之间缺失了部分地层 , 这种上、下地层之间的接触关系叫不整合。3)不整合面 : 上、下地层之间的沉积间断接触面叫不整合面4)不整合线 : 不整合面在地表的出露线叫不整合线*不整合的类型1)平行不整合 :又称假整合(1) 概念 : 上、下两套地层的岩层产状平行一致 , 但上、下两套地层之间发生过沉积间断 , 缺失了部分时代的地层。(2) 特征 : 不整合面代表沉积间断和侵蚀时期 , 是一个古剥蚀面 , 在这个面上常有含下伏地层岩石碎块的底砾岩 , 有时还保存了古风化壳和古土壤 , 平行不整合面有起伏 , 也有平整的 , 它反映了上覆新地层沉积之前的古地貌形态) 意义 : 它的形成是由于地壳在一段时期处于上升 , 而在上升的过程中地层又未发生褶皱和明显倾斜 , 只是露出水面接受剥蚀而发生沉积间断 ; 经过一段时期后 , 又再次下降接受新的沉积 , 从而使上、下两套地层之间缺失一部分地层 , 但彼此的岩层产状是基本平行一致的。下降沉积 → 上升、接受剥蚀 ,沉积间断 →再下降 , 再沉积2)角度不整合 :( 1)角度不整合的特征 : 上、下两套地层之间有沉积间断 , 缺失部分地层 上、下两套地层的岩层产状不一致 在不整合面上常有底砾岩、古风化壳、古土壤层等 上覆较新地层的底面与不整合面基本平行 , 而下伏较老地层的岩层面与不整合面相截交。2)角度不整合的形成过程 :下降 , 接受沉积 → 地层褶皱上升、断裂、岩浆活动、岩石变质 , 接受剥蚀 , 沉积间断 → 再次下降 , 接受沉积。角度不整合的存在反映了 在上覆地层沉积之前 , 下伏地层曾发生过褶皱等构造变形。构造运动 →沉积 → 构造运动等 多次的旋回 , 因而可形成 多个角度不整合面。不要将一些交错层理误认为是角度不整合角度不整合产状变化相对不太频繁,同一产状的层理(或片理)延伸规模较大美国犹他州 一产状的层理延伸规模较小角度不整合在平面图和剖面图上的表现 :不整合面上、下两套地层的产状有较明显的差异 , 其间又缺失一部分地层 , 上覆较新地层的底面界线 (即不整合线 )与下伏较老地层的不同层位相交截。构造层: 指由不整合,特别是角度不整合所分开的上、下两套地层,它们各自由一套不同沉积建造特征和不同时代的岩系组成,并有相应的构造变形,即形成不同形态和类型的褶皱、断裂甚至还会有不同的岩浆活动、变质作用和成矿作用,其分别为地壳发展历史过程的某一个构造运动阶段中形成的综合地质体。※ 两个构造层之间往往为区域形角度不整合或假整合接触关系。* 不整合的观察和研究 :1)研究意义:( 1)研究地质发展历史;( 2)鉴定地壳运动特征;( 3)确定构造变形时期;( 4)划分地层、构造层;( 5)了解古地理特征和古构造状态;( 6)寻找沉积、热液性矿床和石油、天然气田2)确定不整合存在的标志 :(1) 地层古生物方面的标志 :上 , 下两套地层中的化石的时代相差较远 , 这两套地层之间的化石反映出在古生物的演化过程中存在不连续的现象 , 或二者的生物群逥然不同 . 这些反映了下伏岩层沉积以后 , 由于地壳运动的影响 , 引起自然地理环境的较大变化而导致生物物种的不连续 , 显示不整合的存在 . (2) 沉积方面的标志 :上、 下两套地层的岩性和岩相截然不同;上 , 下两套地层之间接触面不平整或平整 , 保存有古风化壳 , 古土壤或与之有关的残积型矿床;上覆地层的底部岩层常有由下伏地层的岩石碎块 , 砾石组成的底砾岩(3) 构造方面的标志 : 上、 下两套地层的的产状不一致 , 构造变形的强弱也有所不同 , 上 , 下两套地层中的褶皱样式及断裂性质存在差异。 下伏地层中的构造变形较上覆的新地层要强 , 构造变形的期次也要多于上覆的新地层。 下伏地层中的地质构造 , 如断层 , 褶皱等 , 延伸到不整合面时就被上覆地层所截交覆盖。 上 , 下两套地层中的地质构造的构造线方向有时逥然不同。(4) 岩浆活动和变质作用方面的标志 :不整合面上 , 下两套地层及其地质构造是在不同时期的地壳运动中形成的 , 因此各自发育有不同时期 , 不同特点的岩浆活动和变质作用 , 一般来说 , 下伏老地层中的变质程度要比上覆新地层中的变质程度要强3)观察研究不整合面及其上 , 下地层的产状 , 岩性和时代观察研究不整合面的形态 (平整还是起伏不平 ), 它反映了地质历史时期的大陆侵蚀程度和地貌特征。系统测量不整合面上下地层的产状 , 确定不整合面的形态和不整合的类型。详细观察描述不整合面上 , 下地层的的岩性 , 岩相和化石 , 尽可能搞清楚其时代。仔细收集有关底砾岩的资料 , 了解其中砾石的成分 , 粒度 , 圆度 , 分选性 , 排列方向 , 这些都是查明下伏地层的抬升出露情况和古地理环境的依据。a b c d e f不能只局限于个别地段 , 要尽可能在较大的区域去观察研究不整合的类型及变化情况。4)研究不整合的空间分布和类型变化5)确定不整合的形成时代不整合面以下最新地层之后不整合面以上最老地层之前( 2)缺失地层的年代( 3) 侵入的岩浆时代之前;剥蚀的岩浆时代之后( 4) 被截切断层之后;贯穿上下两套地层的断层之前( 5) 古风化壳的年代确定不整合的形成时代应注意:( 1)取下覆最新时代为下限,两者之间相隔最近的时代为不整合形成时代;( 2)同一次构造运动周期不同,地区有先有后,时间可长可短,缺失地层并不一致,这是褶皱幕的穿时性的反映。( 3)大范围内,可发生多次构造变动,形成多个角度不整合和平行不整合,在接近大陆的地方,几个不整合面往往逐渐归并为一个角度不整合,其向缺失地层很多,实际上是包含了多次地壳运动所经历的构造事情。( 4) 注意 “ 缺 ” 与 “ 失 ” 的关系。6)不整合的表示角度不整合:波浪线平行不整合:虚 线*地层柱状图上表示:*地质图上表示:思 考 题1. 走向、倾向和倾角的含义是什么?2. 岩层的露头宽度与哪些因素有关?3. 如何在地形地质图上判断地层是否水平?4. 沉积岩层有哪些基本的接触关系?各有什么构造意义?如何识别它们?5. 如何判断沉积岩层的顶面与底面?6. “V”字形法则的内容是什么?
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