一、 重力构造研究概述
重力是源自地球引力的体力,它在塑造大多数构造变形的最终格局中扮演着重要角色。人们很早就在野外直接观察到岩体滑动,它们是由势能降低而形成的构造特征。后来,间接地经过地质构造的时空重建,也说明类似情况曾在地球演化历史中发生。因此,很自然地要应用重力势或空间势的基本概念,以区分"重力构造"和其它类型的构造现象(马杏垣等,1981)。
重力构造学研究在重力影响下的岩石变形过程及其结果(马杏垣等,1981)。从物理学角度来讲,由于重力势的降低所产生的构造变形总特征,统称为重力构造。重力作为一种体力是无所不在的,因而,重力构造的分布是极为广泛的。在不同尺度和不同层次上都有表现。其中,地壳上部层次的重力滑动构造-岩体或岩体构造在重力作用影响下向下坡滑动所形成的构造变形分布最为广泛,是最常见又最易被人们理解和接受的重力构造类型(索书田,1983)。
重力构造学说是一个古老的构造理论,它的兴起、发展历史大体可以划分成四个阶段(索书田,1983):
第一阶段(1799-1888),主要是现象的描述和局部构造的认识。重点放在褶皱的成因上,把褶皱作用解释为岩体沿倾斜面向下运动的结果。这一时期重力构造学研究最杰出的学者是Reyer(1888,1892,1894),他完成了许多当时看来是很精致的模拟实验,证明地壳上部的挤压和张开现象主要是重力作用造成的。至此,重力构造学的概念不再局限于局部构造现象的描述,而且可以用它来解释大尺度上的构造。
第二阶段(19世纪末-二次世界大战),主要是通过西平宁山、阿尔卑斯山等地区规模巨大的推覆构造研究而向前推进的。Harmann(1930)的颤动论和Van Bemmelen(1931)的波动论问世,代表了重力构造学说从实践走向理论,从地壳浅部向地壳深部,由表面现象到内部原因的研究过程的飞跃。Haarmann(1930)和Van Bemmelen(1931)都强调,地壳垂向运动是初始的,而岩体沿斜坡在本身重力作用下滑动,则是次生的重力构造。30年代,重力构造理论相当盛行,许多经典的研究实例相继问世。无怪乎De Sitter(1956)在评述造山作用成因学说时,将颤动说及波动说与收缩论、Joly的膨胀论,Wegener的大陆漂移论、Venins Meinesz的对流说等,并列为5大构造假说。
第三阶段(二次世界大战后-60年代中期),通过典型的重力滑动构造实例分析和模拟,开展了重力构造形成机制的研究。同时,对重力构造进行了必要的理论综合,提出了各种分类方案,更加强调了重力在造山和塑造最终构造型式上的作用。重力不稳和密度不均、重力势和空间势、孔隙流体压力和有效应力等一系列物理学上的概念,大量引入构造地质学中。重力构造演化的理论模型和比例模型也相继提出。
第四阶段(60年代中期-现在)。30多年来,随着对海洋和大陆的地球物理探测等调查工作的开展,发现和认识了大量的拆离断层、犁式断层、薄皮断层等和其它各种形式的伸展构造组合。不同尺度上的界面在构造变形中的重要作用,也越来越被更多学者关注(马杏垣等,1981)。特别是60年代开始兴起的板块构造学说,对重力构造学的发展起了很大的促进和推动作用。板块构造学说的信奉者,把重力构造与重力滑动构造置于全球区域构造模式的特定位置上(索书田,1983;马杏垣,1989)。
我国的重力构造研究起步较晚。马杏垣领导的北京(武汉)地质学院嵩山科研集体,自60年代初起,通过对河南嵩山地区中晚元古宙五佛山群形成的重力滑动构造研究,强调了重力在构造变形中的重要性。经过几十年的反复实践并结合国外大量研究实例,提出了重力不稳和密度不均可作为构造变形驱动力的观点(马杏垣等,1981),填补了我国在这一领域的空白,现在全国几乎所有省区均发现有规模不等、性质各异、类别繁多、分布广泛的重力构造(马杏垣,1989)。
二、 重力构造作用类型划分
重力构造作用是在重力影响下岩石的变形过程及其结果。它在地球各圈层,特别是岩石圈的不同层次和不同尺度上都有表现。地壳构造发展在其所有表现和所有阶段上都能和重力不稳定性相联系。在重力影响和控制下岩石变形的过程及其结果是各式各样的。本世纪30-40年代,Schneegans(1938)、Gignoux(1948)首先将重力影响下的滑动和流动加以区分。前者滑动作用集中于滑动面和滑动带;而重力影响下的流动作用则作用于整个运动岩体。Harrison及Falcon(1934,1936)将伊朗山地的重力塌陷构造划分为:(1)层滑构造(滑席);(2)拱滑褶皱(滑曲);(3)卷滑构造(滑卷)。Bemmelen(1954)按构造波及的深度层次,将重力构造分为4类:①表皮型,主要涉及沉积和火山盖层,可进一步分成5个亚类,即塌滑、火山构造崩塌、自由滑动、挤压沉陷和挤出。②中皮型,涉及盖层岩石和内壳构造上部。③深皮型,是造山带内最发育的重力构造型式,涉及到遭受强烈混合岩化和花岗岩化的地壳,形成大型混合岩化穹隆和混合片麻岩推覆体。④壳下型,指的是由于温度、密度或成分的变化引起地幔物质迁移所造成的构造,如地瘤、地陷及地表的盆岭构造。North(1964)以"重力构造"为题,实际上是对重力滑动构造学进行了一项较全面的综述。他根据是否需要挤压和移动岩体被运载的方式,把重力构造分为自由滑动、挤压滑动、混乱滑动(往往是挤压性的)、挤压塌滑和自由塌滑5类。并且,他把这些类型放到造山运动的适当位置上加以论述。但是这个分类实际上只有自由滑动和挤压滑动属于独立的类型;而滑动、塌滑和混乱只是形变和破坏的程度不同,它们在每类构造中都可出现(马杏垣,1989)。
Ramberg(1981)将重力构造分为重力滑动、重力塌陷扩展和底辟三类。这个分类虽然精辟,但过于简单。马杏垣等(1981)从运动学角度把重力构造分为侧向运动和垂向运动两大类。侧向运动又分为崩塌、塌滑、滑动与扩展等作用类型。垂向运动又包括隆陷、压实、生长和挤出等类型。侧向运动所形成的重力滑动构造在地壳中分布最为广泛。虽然它们与推覆构造共同的基本要素都具有滑脱拆离层,多沿软弱带发生;滑动面与逆掩面具有相似性,但滑动构造以重力为主要驱动力,而不同于以侧向挤压为动力的推覆构造。这种分类方案的着眼点是重力作用的特点和构造变形过程中物质的运动方向,把现象和本质结合起来。
三、 主要重力构造型式
(一) 重力滑动构造
重力滑动构造作为一种构造型式来说,一般由下伏系统、润滑层、滑动面(勺状断层)、滑动系统和前缘推挤带五部分组成(图3-2-1)(马杏垣等,1981),也称重力滑动构造的五个结构要素。
1. 重力滑动构造的分类
在前人工作的基础上,索书田(1983)从成因和特征上将地壳上部层次的滑动构造划分为两大类八个亚类(表3-2-1)。在这一分类中,水平挤压造成的重力滑动构造和垂直不均一上升造成的重力滑动构造,区域构造背景和自身特点都有明显差异,在野外观察和室内分析时较易判断,所以这种分类方案是切实可行的。
马杏垣等(1989)对重力滑动构造的分类以①在理论上要立论有据,确实能反映事物的差异和关联的矛盾统一关系;②在实践上便于生产使用为原则,依据所处构造环境、地层新老关系、岩石成分性质、构造变形特点、滑体运动特征。滑移距离、速率、滑面成因类型及滑动形变机制等八个因素,将重力滑动构造划分为:①快速脆性断错滑落;②较刚性块体滑错;③或快或慢塑性剪切滑移;④较慢粘塑性滑流叠褶和⑤缓慢粘性固流滑褶等五类。
2. 重力滑动构造的特征
索书田(1983)在多年研究工作的基础上,将重力滑动构造的主要特征归纳如下:
(1) 构造不协调
滑动面上、下盘构造形态、变形强烈程度显著不协调。通常由于下伏系统不卷入或不与滑动系统同步变形,故构造较简单,或基本上保留了早期或基底构造的特征。在滑动构造发生时,它起着基底作用,不过可以被不均一抬升或被高角度断层切割破坏。滑动系统的构造从简单的岩席构造到阿尔卑斯型的推覆构造均有,往往形成一系列相互叠置或彼此切割的滑体、滑块和滑片。
图3-2-1重力滑动构造要素
Fig. 3-2-1 Basic elements in gravity-structures
1- 下伏系统; 2-润滑层; 3-主滑面; 4-滑动系统; 5-外缘推挤带
表3-2-1 重力滑动构造主要类型(据索书田,1983)
Table 3-2-1 Major types of gravational structures (from Suo, 1993)
重力滑动形成的褶皱构造,有其独特的组合特征。它与主滑面的组合,能够指示滑动系统的主要运动方向,除了与同生断层伴生的反牵引滚筒褶皱外,褶皱面规律地从隆起向盆地方向或从背斜转折端向向斜槽部方向倒转。此外,指向一致的大型平卧倒转褶皱的发育,箱状和隔挡式、隔槽式褶皱的广泛分布,都有可能是在统一的底部剪切面上由重力影响下脱顶滑动造成的。
滑动系统内部的褶皱和次级滑面,在平面上多呈弧形展布,弧凸的方向可指向后缘或前缘。后缘的弧形构造,如西南非纳玛群形成的弧,弧顶指向南和南东。在剖面上,它与一般挤压造成的逆掩褶皱推覆构造不同,后部以宽缓褶皱为主,若滑动面很陡,可造成反转平卧褶曲。向前缘褶皱越来越紧闭,造成多层倒转或等斜褶皱的叠置,彼此间被逆冲断层面相隔。褶皱枢纽方向从统计观点上看,平行于主要滑动断层面走向,粗略观察则相当混乱。褶皱多属单斜和三斜对称。
(2) 存在滑动面
滑动面可以沿原始地质界面(如层理面、不整合面、侵入体与围岩接触面)或破裂面(如断层面)发育。在平面上和剖面上均呈弧形,尤其在剖面上,多呈犁形、铲形和勺形。主滑面与次级滑面、伴生断层面的组合关系颇有规律,后部多构成阶梯状断层和地堑,前缘则形成叠瓦状逆冲断层组合,有时出现反冲逆断层。相应,断层的几何和力学性质,却由后部到前部,由张性正断层-剪性到压剪性逆断层。如果滑动构造发育后未经强烈改造,那么寻找这类断层面并不十分困难。问题在于滑动构造形成之后,由于经受了后期构造变动的叠加和改造,滑动面产生弯曲、断离、甚至倾斜方向完全倒置。在这种情况下,只有开展详细地质构造制图和构造解析,把地质历史搞清楚,才能再造滑动构造发育时的滑动面空间产状。至于同沉积或准同沉积的古滑动斜坡、生长断层等,可以通过对原生构造的测量和岩相厚度分析确定。
由于滑动面是断层面,因而,常发育断层面固有的一些特征,如发育擦痕、镜面、阶步等。但是,由于滑动断层面有时顺层面发育,尤其常沿软硬岩层间的界面伸展,所以,断层迹象在许多情况下不太明显。滑动系统既可以沿一个主滑面滑移,也可以沿一个底部剪切带或滑脱带分散剪切流动。
(3) 存在润滑层
润滑层的存在,是降低滑动摩擦阻力,使得滑动系统长距离搬运和滑动的必要条件之一。膏盐层、煤层、页岩、片岩等都可作为润滑层存在。断层化、片理化的蛇纹岩、辉绿岩等,也是良好的润滑物质。广义上讲,由于岩层的屈服点和粘滞性不同,相对硬的岩层就会以相对软的岩层作润滑层,而产生滑移。因为在一个地层柱内常有能干层和非能干层相互叠置,所以,滑动构造除有一个主要的滑动层和主要滑面之外,内部往往有若干个次级润滑层和滑动面。
(4) 伴生"滑裂岩"和沉积岩墙
重力滑动构造大多伴生有很厚的"滑裂岩"和产状各异的沉积岩墙。
(5) 特殊的构造配置关系
众所周知,一般逆掩断层或推覆构造,均是由老的地层组成的异地系统,叠置于由年轻地层组成的原地系统之上,并因侵蚀作用造成一系列飞来峰和构造窗。重力滑动构造则不完全具有这种几何配置。在很多情况下,滑动系统是由较老的地层组成的,而在另一些情况下,却是由较年轻的地层组成。所以,如果一个地区地层柱中缺失了大套地层,而通过地层岩相古地理分析并与相邻地区对比,确非原始间断,那么有可能是岩层滑动或构造剥蚀的结果。
上述滑动构造特征的总结虽不全面,但可以抓住这些主要标志去识别、研究重力滑动构造。这些标志对于我们全面、综合、历史地分析一个地区的构造变形史,分清区域与局部应力场,是十分有益的。
3. 形成机制
重力滑动构造的形成机制是一个很复杂的研究课题。重力构造的形成需要一定的动力、岩性、环境和触发因素的综合作用(马杏垣,1989)。
(1)动力因素:重力不稳是造成滑动构造的最基本动力条件。地球上某些部分地质体一旦获得过剩的势能,而又有一个适宜的斜坡和滑面,那么就具有能释放势能而向下坡滑动的趋势。地壳中的各种变形场,如伸缩、升降、旋滑、剪切均可引起重力不稳而造成滑动。滑动的斜坡可以是褶皱的翼部或是倾斜岩层面、断裂面,也可以是大陆斜坡或盆地边缘。它们多数是由于水平或垂直的构造运动造成的,因此产生的重力滑动构造可以与某一构造幕相对应。但也有一些是原始倾斜面或是局部因素造成的,这些滑动作用形成的重力构造不一定具有区域性的对比意义。
地表面的倾斜度虽然对主滑面上的剪应力有影响,但与重力扩展作用的关系更为密切。重力滑动所需要的能量当然是与斜面的坡角大小有关。坡角越大,能量越大。而滑动地质体的重量也与势能有很大关系,滑体越大越重,势能也越大,而滑动作用所需要的斜坡角可以越缓。虽然斜坡角越大,滑动构造越易发生,并且有较大的滑动速度,但实际滑动时的斜坡角要比人们的想象小得多。在地球表面到处都存在着这样的斜坡角。所以地表各处都出现重力构造是很容易理解的。
(2) 岩性因素:重力滑动构造形成的岩石力学条件是需要有一个界面发育、具有较厚的屈服单位、而且是强弱相间的岩性组合。地质体内有各种尺度不同类型的界面,如沉积岩中的层理、变质岩中的片理、千枚理、以及节理、断层面、假整合面、不整合面等。这些界面控制着重力滑动面的方位和基本形态。不连续界面是重要的岩石力学和物理性质分界面,有时界面可以成簇地密集发育形成一个软弱带,也有些是由强度和刚度低于附近岩体的弱岩层构成软弱带;或者两者兼而有之。软弱岩层可以是泥岩、粘土岩、页岩、煤层、石膏、岩盐、蛇纹岩、辉绿岩等等。另外,软弱岩层厚度越大越有利于远距离滑动。Kehle(1970)认为滑动系统的运动不是沿一个很窄的基底断面上滑动,而是在软弱岩层组成的滑脱带内剪切应变累积的结果。这种分散剪切流动导致了滑动系统的远距离滑动。Kehle还通过编制硬-软-硬和较硬-软-硬的岩层序列重力滑动速度剖面的方法,得出滑动的速度和构造位移是随着滑脱带的厚度、倾角、埋藏深度增大而增大;随着滑脱带岩石的粘性增大而降低的结论。
关于岩性组合问题,虽然强弱相间的互层状岩石可能发生滑动,但是更有利的岩体条件是一大套巨厚的强硬岩层之上或之中,发育屈服软弱层位。另外,由于地层体内往往发育了很多界面和软弱岩层,所以我们可以在一个滑体内见到几个主要滑面构成"多层楼"式的滑动构造,而且这些主滑面之间还可以发育许多次滑面。总之,那些含煤、盐岩、石膏或巨厚灰岩、砂岩中夹软弱泥岩的沉积岩系,它们既有界面、又有屈服单位、而且岩性强弱悬殊,常常是容易产生重力滑动的岩石力学条件。
(3)环境因素:变形环境因素是指影响岩石应变和构造变形的客观环境,Hansen(1971)称之为应变相。具体包括温度、围压、溶液以及应变速率等等。在统一地球应力场中岩石力学性质差别不大的情况下,为什么同样斜坡有时出现重力构造,有时却不见;有些滑动变形很轻微,有些很强烈,这主要是由构造变形环境决定的。对于重力滑动构造而言,起主要作用的因素是变形时间的长短以及应变速率的大小。此外地下水的孔隙液压也起着重要作用。而温度和围压不起主要作用。在重力势的作用下,岩体变形时间效应具有关键意义,随着时间的长期持续,岩体即使在不大的荷载作用下,也能经过长期的流变而酿造出强烈的永久变形。而且应变的时间间隔也直接影响变形岩体的物质性状:在短暂的应变中表现为"刚体"的材料,经过很大时间的蠕变也可以发生象"粘性体"一样的流动。因此,流变方程中时间因素是一个极为重要的条件。应变速率的减缓,在任何情况下都会造成变形材料的柔性增加,强度降低。
(4)触发因素:岩体沿薄弱面开始位移的一瞬间,下滑需要有一个较大的推力。因为这时滑面的裂缝或是还未完全形成,或是还未开裂;而由静到动本身也需要有一个较大的推力。这个最大阻力称为峰值抗滑阻力。当滑力达到峰值抗滑阻力开始下滑后,只需很小的力就可以促使滑体继续位移,而克服这个峰值抗滑阻力,可以由重力的下滑分力本身达到足够的量级而促成。但更多的情况下,可能是由其它因素触发诱导而致。这个触发因素有水平挤压、侧向逆冲、地块上穹、岩浆侵入、火山喷发、底辟挤出、地震颤动、海啸冲击等等。更大尺度的重力滑动显然与板块的俯冲或碰撞有关。
4.研究意义
重力滑动构造是一种重要油气构造圈闭类型。美国80年代以来发现的大油田,多数与断层面平缓的拆离断层有关。我国华北油田等地区的生长断层和许多铲状断层,都对油气的赋存条件产生直接影响。近年来,煤田地质工作者对重力滑动构造的研究表明,其中相当一部分构造与煤的埋藏、开采息息相关。此外,重力滑动构造对多金属矿床具有明显的层控性,对地震、工程、和水文环境等都有着直接和间接的影响(索书田,1983)。
在理论上,表层滑动概念是构造地质学中具有重要实践和理论意义的地质学术思想之一,它极大地改变着我们对许多地区地质构造特点的认识,说明地壳表层可以因不同原因而独立于基底发生变形。在相当简单的构造环境中,可能发生局部的应力调整,而造成独立运动的复杂构造(马杏垣等,1975)。
(二) 重力扩展构造
与重力滑动作用密切相关的另一问题是地质体在自身重力作用下的屈服压扁和侧向扩展。它也是导源于重力的体力,并与重力势能的释放相伴生,最终结果也使形体的重心降低。但它与重力滑动作用有明显的区别:重力滑动作用一般是沿着宏观滑动面或具一定厚度的滑脱带向下滑动,以简单剪切变形方式为主,而侧向重力扩展作用则是通过物质的内部运动,或沿着透入性面分层塑性流动的结果,物质运动是水平的甚至可以逆坡向上。所以,岩石的物理性质也限制了扩展作用的进行,只有塑性较大,可以在自身作用下扩展和压扁的岩体,扩展作用才比较明显。作用方式表现了垂向的缩短和横向的伸长以及沿近水平的底部基面的剪切。因而,它是纯剪和简单剪切变形的联合。这是重力扩展体本身的变形。与此同时,侧向扩展作用还可以使相邻物质造成一些特定的构造型式,它们也是重力构造研究的对象。
Cooper(1981)总结和对比了重力滑动和重力扩展形成的构造特征,提出区分两者的主要标志。重力扩展构造具有如下特征(马杏垣,1981):①底部逆冲断层面呈铲状并总是在前缘部位切穿某一个岩席,因而底部逆冲面倾斜方向与运动方向相反;②在每一个逆冲席体的尾部,其内部地层均被上覆逆冲体所截;③逆冲席体之间的相对位移规模很少超过下覆逆冲席体的总长度;④在连续展布的各个逆冲席体之间,地层具有横向连续性;⑤运移轨迹从不相交;⑥逆冲席体的叠加方向或发育方向由造山带核部向前陆外侧迁移。
重力扩展作用形成的逆冲断层的特点和发育过程,在许多一侧或两侧挤压作用形成的逆冲断层系中大都能够看到。自然界很多重力构造往往后端滑动,前端扩展。岩体在重力作用下屈服和重力扩展,是与重力滑动作用密切相关的,两者都导源于重力引起的体力,与重力势的降低相伴生,最终结果是使变形体重心降低。同时,岩石的物理性质也影响和限制了扩展作用的进行。由此可见,重力驱动的扩展作用可能是一种重要的造山机制。实际上,在不少情况下,严格地将重力滑动、重力扩展以及侧向推挤形成的构造型式区别开来是有困难的。造山带的演化过程包含着多种因素的作用,而现在的构造形迹是它们演化的最终结果。所以,即使对同一造山带的构造现象有近似的认识,但在反演它们的发展过程和形成机制时,常常存在着尖锐对立的观点和不同结论。在这种情况下,只有全面掌握地表和深部地质资料,进行不同尺度上的构造解析,分析不同部位的构造特征、恢复不同发展阶段的古构造、古地理、古应力场,才能查明在什么阶段或哪些构造部位以何种构造驱动机制或构造模式为主,它们又是如何相互转换或综合作用的,因而可以得出比较符合实际的结论。
(三) 垂向重力构造
自然界与滑动、扩展等侧向运动为主的重力构造并列的还有生长、压实和挤出等以垂向运动为主的重力构造。这些构造虽然只在重力构造作用控制下,物质以垂直上下的运动为主,但它们仍与侧向水平运动密切相关并伴生出现。而这些构造本身又有许多亚类,如生长构造中有沉积盆地构造和生长背斜。盆地构造中可伴生有滑脱背斜、滑落背斜;而生长断层又伴生有滑动段阶、反向断层系及滚动背斜。压实构造中又有与基岩凸起有关的披覆背斜和与不同沉积物的压实有关的礁体压实构造及砂体压实构造。而挤出构造包括岩盐底辟构造、泥岩底辟构造和岩浆底辟构造等。另外,隆起与坳陷虽然也应划归垂向重力构造,但它们是地质作用最一般、最常见的表现形式(马杏垣,1989)。
1. 生长构造
生长构造是指和建造作用同时形成的构造,有时也称之为同生构造或同沉积构造。由于这类构造既包括建造与改造同步进行,也包括沉积物堆积之后成岩过程中,或建造与改造交替进行过程中不断生长的构造,因此生长构造一词更为妥切。生长构造在自然界是经常见到的,如大洋中为数甚多的转换断层,在沉积斜坡上形成的单斜、岩浆活动所形成的岩墙群等。但最典型的生长构造是盆地构造、生长断层和生长背斜。
(1)沉积盆地构造:自然界沉积盆地是多种多样的,但无论沉积中心一致的同沉积盆地,还是边界发育断层的断陷盆地;也无论是四周圈闭的闭合盆地,还是开启无边缘的入海三角洲盆地,无一例外地都是在重力作用的控制下以均衡补偿的形式形成的。特别是我国东部的一些盆地,一般都是在地壳引张拉伸和重力裂陷联合作用下形成的。沉积物的厚度达几千米至上万米,多具有快速沉积的特点。盆地边缘多发育断层,松辽盆地、华北盆地或江汉盆地都是地堑式或半地堑式的,通过边隆起、边沉降、边沉积、边断裂、边褶皱而形成,其后期可以由于进一步下沉而形成统一的大型坳陷盆地。但重力作用一直是贯穿于盆地构造形成的始终;甚至盆地中的局部伴生构造也是重力作用的结果。如盆地中沉积层由盆地边缘向中心缓慢滑动而形成的滑脱背斜,沉积层滑落到沉积中心受到侧向挤压而形成的滑落背斜等。
(2)生长断层:生长断层是与沉积作用或火山堆积有密切关系的断层。它们广泛分布于全球的中、新生代沉积盆地中。生长断层一般都分布于沉积盆地的边缘,也有些出现于盆地内部。断层上陡下缓,落差也随深度明显增大,而且下降盘的地层厚度比上升盘的相应地层急剧增厚。由于生长地层两侧的岩层厚度有显著差别,因此可以根据厚度来分析断层的形成时间和发育特点。生长断层可以是正断层,也可以是逆断层。
(3)生长背斜:生长背斜也称同沉积背斜。它是在沉积物边沉积、基底边隆起的过程中形成的,一般有较高的隆起幅度和大的闭合度。当基岩隆起速度超过沉积速度时,背斜顶部可出现冲刷或剥蚀。由于冲刷和分异作用,背斜顶部岩性较粗,而地层厚度较薄,两翼相反。
2. 压实构造
压实作用是上覆地层荷载在重力作用下,沉积物压紧,脱水和固结的一种地质作用。如果基岩不平或有潜山的存在,压实作用的结果可形成披覆背斜。而与不同沉积物的差异压实作用有关的压实构造包括披覆背斜、礁体压实构造和砂体压实构造。
(1)披覆背斜:披覆背斜与基底地形的突起有关。在古地形具有突起的侵蚀面上进行沉积,初期为填平补齐,进一步接受更多的沉积物后,通过重力差异压实作用,可形成在突起顶部较薄,而两翼较厚的披覆背斜。这类构造多呈浑圆形,面积不大,幅度下大上小,常成群出现。
(2)礁体压实构造:礁体是由珊瑚、有孔虫、藻类等生物骨骼组成的礁灰岩。形态呈丘状或凸镜状,无成层性。在差异压实作用下可形成礁体压实构造。这类构造在地震剖面上,礁体顶部往往形成连续性较好的强反射;礁体内部反射紊乱,时而弯曲,时而分叉合并,时而出现空白反射区;在礁体两侧及底部构造反射中断。
(3)砂体压实构造:不同岩石在成岩过程中,压实作用所引起的孔隙度减小和体积缩小可以相差很大。如页岩在正常压实条件下,孔隙度的变化服从指数方程,而砂岩在压实过程中遵循线性方程。因此,砂岩充填的古河床若为粘土覆盖时,由于粘土与砂子的差异压实就可形成压实背斜构造。
3.挤出构造
挤出是指轻质的塑性岩石在重力作用下挤到较重的上覆地层中的现象。向上穿刺称为底辟。挤出和穿刺产生的条件必须是:①密度方向。也就是低密度物质被高密度物质覆盖;②低密度物质具有高度的流动性(低粘度);③在低密度物质上面具有不均衡的荷载或原始扰动作用,以使在这些物质中产生侧向压力梯度。其中岩层之间的密度差异所引起的浮力效应是构成底辟和穿刺的直接原因。岩盐与超压页岩最易于满足上述条件而形成底辟构造。原因在于它们都具有异常高的孔隙压力以及低强度、低密度。
重力作用的垂向运动所造就的生长构造、压实构造和挤出构造,以及由它们派生的侧向运动所形成的圈闭构造,两者都为油气的聚集提供了有利场所。它们在各类油气圈闭中具有极其重要的位置,是60年代后期以来石油勘探的主攻方向。
|