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钻井人必看——地质构造详解
作者:admin 发布日期:2018-08-20

地层

1. 地层概念
  地质历史上某一时代形成的层状岩石称为地层,地层是地壳中具一定层位的一层或一组岩石,在正常情况下,先形成的地层居下,后形成的地层居上。层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面。它主要包括沉积岩、火山沉积岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩,从岩性上讲,地层包括各种沉积岩、火山岩和变质岩;从时代上讲,地层有老有新,具有时间的概念。 
2. 岩石
  岩石是由一种或几种造岩矿物所组成具有一定结构构造的固体结合体。按其成因可分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类。与油气田关系密切的岩石主要是沉积岩,而沉积岩中又以砂岩、石灰岩、泥岩为主。在特殊的条件下,岩浆岩(如花岗岩)和变质岩也可以形成油气的储集层。

 

△地壳物质循环简略示意图
3. 岩浆岩
    岩浆岩是由岩浆冷凝固结而成的岩石。岩浆是在地下深处天然生成的,为一种高温、高压状态富含挥发性成分的粘稠状硅酸盐熔融物质。当岩浆向地壳薄弱地带(发生破裂或失去平衡)活动时其温度、压力会逐渐下降,挥发性物质不断析出,岩浆自身逐渐分化,经过冷凝和结晶便形成岩浆岩,也称火成岩。
   岩浆由地壳深处向浅处活动的过程称侵入作用,在这一阶段冷凝固结形成的岩石叫侵入岩。岩浆沿裂隙溢出地表或喷向天空的活动过程叫岩浆喷发或火山活动,这一阶段冷凝固结形成的岩石叫喷出岩或火山岩。
 

 
△火山及其构造示意图

 
△岩浆岩

4. 变质岩
   由沉积岩、岩浆岩或先期生成的变质岩经过变质作用而形成的一类岩石称作变质岩。如板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩等。大理岩由石灰岩、白云岩等碳酸盐类岩石变质而成;石英岩是由石英砂岩或硅质岩类变质而成;板岩、千枚岩等是由粘土质、粉砂质原岩变质而成。在变质作用过程中,无论是岩石的变形还是物质成分的重新组合,都有是在固态情况下进行的,这与岩浆作用是不同的。

 
△变质岩

5. 沉积岩

   沉积岩是组成地球岩石圈的三大类岩石(沉积岩、岩浆岩、变质岩)之一。它是在地壳表层条件下,由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分,经搬运作用、沉积作用以及沉积后作而形成的一类岩石。
  沉积岩是在地表常温、常压条件下由任何早先形成的岩石(岩浆岩、变质岩和先成的沉积岩)遭受风化剥蚀作用破坏的产物、有机物质、火山物质以及宇宙物质等,在原地或经外力搬运、沉积及成岩作用形成的岩石。99%以上的石油和天然气都储集在沉积岩中。

 
△沉积岩

6.  沉积岩的形成

  早先形成的任何岩石经过长期的日晒雨淋、水流、冰川的冲蚀、风吹磨蚀和生物等的风化作用,然后被风、地表流水(山洪、河流、海潮波浪)和生物等力量的作用(搬运作用),搬到低洼处或适当的地方沉积或堆积下来,最后沉积物继续增厚,不断经历压实、胶结、重结晶、交代作用和溶解物质的沉淀等成岩作用,才能固结成沉积岩。这种促使疏松的沉积物变成固结岩石的作用称成岩作用。成岩作用是沉积岩形成的最后阶段。
沉积岩的形成大体经历以下几个过程:沉积物的形成—母岩的风化作用、风化产物的搬运和沉积作用、沉积物的成岩作用。

 


7.  地质年代
   地球发展过程中,某一时代所形成的一套成层的岩石,即为那个时代的地层。在正常情况下,后形成的地层总是盖在先形成的地层上面,“下老、上新”这就是地层层序规律。
人们研究了地壳中全部地层和它们的层序,并按照一定的原则把地壳中的全部地层共分为五个大的部分,即太古界、元古界、古生界、中生界和新生界。每个界又可分成几个系,每个系又分成几个统,统还可以细分。
 
    以上按地层层序划分的地层单位宇、界、系、统、阶等单位,是根据生物的演化阶段来划分的,是国际性和大区域性范围适用的单位,通常称为时间地层单位。每一个地层单位都有相应的形成这一个地层的时间单位。按地层顺序和其中所含化石,把地球全部历史分成许多自然阶段或时期,就叫做地质年代,从老到新顺序排列起来就编成地质年代表。
见下表:

地质工作者常常根据不同地区地层沉积的特点进行区域性的分层,自统以下又细分为“组”、“段”。见下表:

 

注:沙河街期(即沙河街组)以前沉积的地层从略,统称为第三纪以前(或前第三系)地层。

构造基本类型

    地质构造的规模,大的上千公里,需要通过地与地球物理资料的综合分析和遥感资料的解译才能识别,如岩石圈板块构造;小的以毫米甚至微米计,需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到,如矿物晶粒的变形、晶格位错等。地质构造的基本类型有:水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造等。

 

1、水平构造
  原始岩层一般是水平的,它在地壳垂直运动影响下未经褶皱变动而仍保持水平或近似水平的产状者,称为水平构造。如第三系的红层中常见。在水平构造中,新岩层总是位于老岩层之上。
2、倾斜构造
  倾斜构造是指岩层经构造运动后岩层层面与水平面间具有一定的夹角。倾斜岩层常是褶曲的一翼,断层的一盘,或者由不均匀的升降运动引起的。
3、褶皱构造
  岩层在侧方压应力作用下发生的弯曲叫褶曲。褶曲仅指岩层的单个弯曲,而岩层的连续弯曲则称为褶皱。褶曲的基本类型有两种:背斜和向斜。背斜是核部的岩层相对较老,两翼的则较新的褶曲。向斜是核部的岩层相对较新,两翼的则较老的褶曲。
4、断裂构造
   岩石受应力作用而发生变形,当应力超过一定强度时,岩石便发生破裂,甚至沿破裂面发生错动,使岩层的连续性完整性遭到破坏的现象,称为断裂构造。断裂构造包括两类:按断裂两侧的岩是否发生明显的滑动,可分为节理、断层。
   节理是指岩石破裂后无显著位移的断裂构造;断层是指岩层或岩体沿断裂面发生较大位移的断裂构造。断层的要素有:断层面、断层线、断盘和断距等。按断层两盘相对移动的关系,断层类型可分为:正断层、逆断层、平推断层、枢纽断层等。
 
原生构造与次生构造
   按照构造形成的时间顺序可将地质构造分为原生构造和次生构造,次生构造是构造地质学研究的主要对象。

 

原生构造:
 在成岩过程中形成的构造。火成岩的原生构造主要是受岩浆流动与冷凝收缩的力的作用产生的,火成岩的原生构造主要是受岩浆流动与冷凝收缩的力的作用产生的。分为原生流动构造与原生破裂构造两种。原生流动构造是固态物体在液态岩浆流动中形成的定向构造,如由岩浆早期晶出的片状、板状矿物与扁平状析离体、捕虏体的定向排列形成的流面,由岩浆早期晶出的柱状、针状矿物的定向排列形成的流线;原生破裂构造有柱状节理以及根据节理与流面或流线的产状关系分出的纵节理、横节理、斜节理与层节理。
  沉积岩的原生构造主要是受地表营力的作用产生的。包括层理、层面构造、层内构造与穿层构造。
层理构造指沉积岩中的成层构造,其成层性是通过沉积物的成分、粒度、色调的变化而显现的。构造层理是研究次生构造的基本参考面,是一种重要的原生构造。
层面构造主要指波痕、泥裂、雨痕、印模、虫迹等,这类构造发育于沉积岩层的顶面或底面,在野外可用来鉴别地层的顶、底面,以判断地层层序的正常与倒转。
层内构造主要指限于某一岩层中的原生构造,如粒序层、交错层、层内褶皱与层内断层等,其中除层内断层外,也均可根据它们的内部结构特点来鉴别地层的顶面或底面。
穿层构造主要指发育于多层岩层中的背斜或断层,称为同沉积背斜或同沉积断层。同沉积背斜是在区域性地壳拗陷并不断接受沉积的盆地中的局部上隆部位上逐渐发育的背斜,因此具有原始的上拱弯曲状态,其轴部地层厚度小于翼部,轴部碎屑沉积物的粒度则大于翼部同一层沉积物的粒度。
   同沉积断层又称生长断层是指与沉积作用同时活动的断层,一般发育于沉积盆地的边缘,具有正断层性质。盆地所在为断层的下降盘,其地层厚度明显大于断层的上升盘,且断距随深度而增大,即地层时代愈老,断距愈大。另外,韵律层也是一种原生的穿层构造,是由多个粒序层依序叠置而组成的。
次生构造:
   岩石形成以后受构造运动的作用产生的构造变形,是构造地质学的主要研究对象。次生构造包括褶皱、节理、断层、劈理、线理等。 
按照变形性质可分为:
①连续变形构造。岩层连续性未受到破坏的构造,变形性质属塑性变形,如褶皱等。
②非连续变形构造。岩层被切割失去原有连续性的构造,属破裂变形的,如节理、断层。 
按照几何要素可分为
①面状构造。以几何意义的面所表征的构造,如褶皱轴面、节理面、断层面、劈理面等。通常将具有系统性的面状构造称为面理。
②线状构造。以几何意义的线所表征的构造,如褶皱枢纽、断层擦痕、非等轴矿物的定向排列、两个构造面的交线等。各面状、线状构造还可区分为抽象性的(如褶皱轴面、枢纽、二构造面的交线)与分划性的两种。前者只具几何意义而非具体存在,后者则是具体存在的面、线构造。 
根据面状、线状构造在地质体中的分布特点可分为:
①透入性构造,指在地质体内在一定尺度上均匀、连续且按一定格式排布的面状构造和线状构造,如劈理、片麻理、片理以及各种小型线理;
②非透入性构造,指非均匀、不连续且以分隔性方式产出于地质体中的面状构造和线状构造,如节理面、断层面以及大型的杆状构造、窗棂构造等。地质构造的透入性和非透入性是相对于观察构造的某种尺度而言的,较大范围的尺度上的透入性构造在较小尺度上也可成为非透入性构造;通常透入性构造是针对小型构造和显微构造两种尺度而言的。
 

构造运动

 

构造运动

    由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动是由地球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的地震活动,岩浆活动和变质作用。构造运动产生褶皱、断裂等各种地质构造,引起海、陆轮廓的变化,地壳的隆起和拗陷以及山脉、海沟的形成等。构造运动在造成地壳演变的过程中起着重大作用。
    构造运动主要表现为地壳的机械运动,但不仅仅局限于地壳的运动,通常还涉及岩石圈。一般情况下,构造运动缓慢不易被人察觉。特殊情况下,构造运动剧烈而迅速,表现为地震,由此还可能引起山崩、海啸等等,在这些情况下,人们可以察觉到构造运动。
按照地壳运动方向划分的类型可分为垂直运动(“升降运动”、“造陆运动”—沿地球半径方向)、水平运动( “造山运动”—沿地球切线方向)
1.水平运动:指地壳在水平方向起主要作用的力,即与地面成切线方向的力(包括地壳的压缩和拉张)作用下,地壳岩层所发生的运动,这种运动使相邻块体受到挤压、或者被分离拉开,或者剪切错动,甚至旋转。水平运动主要使地壳的岩层弯曲和断裂,形成巨大的褶皱山脉和断裂构造。因此,水平运动又称为造山运动。
2.垂直运动:地壳的垂直运动是指地壳块体沿着地球半径方向发生的上升或下降的运动。垂直运动常常表现为规模很大的隆起或拗陷,从而造成海陆变迁和地势高低起伏。由于地壳上升使海水退却,一部分海底称为陆地;地壳下降,海水侵入,原来的陆地变为海洋。因此,垂直运动又称为造陆运动。
小结
  水平运动和垂直运动使分析地形的形成的基础,但是应该指出的是,这两种运动常常相伴而生,运动的结果都不能任意地加以分隔和区分,实际上两者是相互联系、相互影响的。
 

褶皱构造

    在地壳运动的强大挤压作用下,岩层会发生塑性变形,产生一系列的波状弯曲,叫做褶皱。从原理上讲褶皱产生是个相当简单的过程,但是由于形成原因不同褶皱也分为很多种。
1.向斜

 

向斜是凹面的褶皱,形成时间越晚越靠近中心。向斜是典型的向下弯曲的褶皱,指向上方。它的顶部还会被侵蚀,所以我们只能看到它形成的边缘。
2.背斜

背斜和向斜类似,只是跟它反过来。背斜是凸起来的褶皱,形成时间越早越靠近中心,侧面常常是向斜。不过在现实中,还会发生断裂和侵蚀让二者分开。背斜常常会产生许多优良的有气圈闭地区,适合勘探石油。
3.单斜褶皱

 

单斜褶皱是指所有层都朝同一个方向弯曲,形成的原因有许多,最常见的还是地层结构的差异压实作用。
4.尖棱褶皱

 

这种褶皱常被石油公司称为V形褶皱,顾名思义就是常呈现V形的褶皱。常常因为当地抗压应力而形成,但要成型还需要一些非常具体的条件。总共有四个发展阶段:曲形成核、平行褶皱、两翼伸开/中间锐化、尖棱褶皱收紧。
5.平卧褶皱

  

平卧褶皱是被颠倒的褶皱,一个翻转或是彻底倒转的褶皱,有一定角度的轴向面,一侧的地层被翻转。平卧褶皱的轴线基本上保持水平。
6.等斜褶皱

 

等斜褶皱两翼的角度在0°到10°之间,两翼基本是平行的。
7.穹隆

 

穹隆在地质结构学上是由于对称的背斜彼此交叉并深入到彼此顶部形成的。它的形成原因是再折叠的水平应力和大气冲击/穿刺作用(更深又更轻的部分向表面移动的竖直位移)。
8.盆地

 

盆地在某种程度上是与穹隆相反的褶皱,因为先前平躺在地面的岩层构造变形导致大规模岩层结构重构。构造盆地就是地质凹陷。
9.其他


 

小结
     并不是所有褶皱都能轻易辨别开,也不是所有褶皱都能进行归类(因为视野不够好,或是地质被强烈侵蚀,或是其他什么作用把褶皱隐藏了起来)。地质褶皱很复杂,如果你在地质学这个领域工作,有可能不会那么幸运遇到完全符合上述几种类型的地质褶皱。不过不要气馁,正是因为地质学有难度,它才成为我们了解且爱着的科学。


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