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鉆井人必看——地質構造詳解
作者:admin 發布日期:2018-08-20

地層

1. 地層概念
  地質歷史上某一時代形成的層狀巖石稱為地層,地層是地殼中具一定層位的一層或一組巖石,在正常情況下,先形成的地層居下,后形成的地層居上。層與層之間的界面可以是明顯的層面或沉積間斷面。它主要包括沉積巖、火山沉積巖以及由它們經受一定變質的淺變質巖,從巖性上講,地層包括各種沉積巖、火山巖和變質巖;從時代上講,地層有老有新,具有時間的概念。 
2. 巖石
  巖石是由一種或幾種造巖礦物所組成具有一定結構構造的固體結合體。按其成因可分為沉積巖、巖漿巖和變質巖三大類。與油氣田關系密切的巖石主要是沉積巖,而沉積巖中又以砂巖、石灰巖、泥巖為主。在特殊的條件下,巖漿巖(如花崗巖)和變質巖也可以形成油氣的儲集層。

 

△地殼物質循環簡略示意圖
3. 巖漿巖
    巖漿巖是由巖漿冷凝固結而成的巖石。巖漿是在地下深處天然生成的,為一種高溫、高壓狀態富含揮發性成分的粘稠狀硅酸鹽熔融物質。當巖漿向地殼薄弱地帶(發生破裂或失去平衡)活動時其溫度、壓力會逐漸下降,揮發性物質不斷析出,巖漿自身逐漸分化,經過冷凝和結晶便形成巖漿巖,也稱火成巖。
   巖漿由地殼深處向淺處活動的過程稱侵入作用,在這一階段冷凝固結形成的巖石叫侵入巖。巖漿沿裂隙溢出地表或噴向天空的活動過程叫巖漿噴發或火山活動,這一階段冷凝固結形成的巖石叫噴出巖或火山巖。
 

 
△火山及其構造示意圖

 
△巖漿巖

4. 變質巖
   由沉積巖、巖漿巖或先期生成的變質巖經過變質作用而形成的一類巖石稱作變質巖。如板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、大理巖、石英巖等。大理巖由石灰巖、白云巖等碳酸鹽類巖石變質而成;石英巖是由石英砂巖或硅質巖類變質而成;板巖、千枚巖等是由粘土質、粉砂質原巖變質而成。在變質作用過程中,無論是巖石的變形還是物質成分的重新組合,都有是在固態情況下進行的,這與巖漿作用是不同的。

 
△變質巖

5. 沉積巖

   沉積巖是組成地球巖石圈的三大類巖石(沉積巖、巖漿巖、變質巖)之一。它是在地殼表層條件下,由母巖的風化產物、火山物質、有機物質等沉積巖的原始物質成分,經搬運作用、沉積作用以及沉積后作而形成的一類巖石。
  沉積巖是在地表常溫、常壓條件下由任何早先形成的巖石(巖漿巖、變質巖和先成的沉積巖)遭受風化剝蝕作用破壞的產物、有機物質、火山物質以及宇宙物質等,在原地或經外力搬運、沉積及成巖作用形成的巖石。99%以上的石油和天然氣都儲集在沉積巖中。

 
△沉積巖

6.  沉積巖的形成

  早先形成的任何巖石經過長期的日曬雨淋、水流、冰川的沖蝕、風吹磨蝕和生物等的風化作用,然后被風、地表流水(山洪、河流、海潮波浪)和生物等力量的作用(搬運作用),搬到低洼處或適當的地方沉積或堆積下來,最后沉積物繼續增厚,不斷經歷壓實、膠結、重結晶、交代作用和溶解物質的沉淀等成巖作用,才能固結成沉積巖。這種促使疏松的沉積物變成固結巖石的作用稱成巖作用。成巖作用是沉積巖形成的最后階段。
沉積巖的形成大體經歷以下幾個過程:沉積物的形成—母巖的風化作用、風化產物的搬運和沉積作用、沉積物的成巖作用。

 


7.  地質年代
   地球發展過程中,某一時代所形成的一套成層的巖石,即為那個時代的地層。在正常情況下,后形成的地層總是蓋在先形成的地層上面,“下老、上新”這就是地層層序規律。
人們研究了地殼中全部地層和它們的層序,并按照一定的原則把地殼中的全部地層共分為五個大的部分,即太古界、元古界、古生界、中生界和新生界。每個界又可分成幾個系,每個系又分成幾個統,統還可以細分。
 
    以上按地層層序劃分的地層單位宇、界、系、統、階等單位,是根據生物的演化階段來劃分的,是國際性和大區域性范圍適用的單位,通常稱為時間地層單位。每一個地層單位都有相應的形成這一個地層的時間單位。按地層順序和其中所含化石,把地球全部歷史分成許多自然階段或時期,就叫做地質年代,從老到新順序排列起來就編成地質年代表。
見下表:

地質工作者常常根據不同地區地層沉積的特點進行區域性的分層,自統以下又細分為“組”、“段”。見下表:

 

注:沙河街期(即沙河街組)以前沉積的地層從略,統稱為第三紀以前(或前第三系)地層。

構造基本類型

    地質構造的規模,大的上千公里,需要通過地與地球物理資料的綜合分析和遙感資料的解譯才能識別,如巖石圈板塊構造;小的以毫米甚至微米計,需要借助光學顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到,如礦物晶粒的變形、晶格位錯等。地質構造的基本類型有:水平構造、傾斜構造、褶皺構造和斷裂構造等。

 

1、水平構造
  原始巖層一般是水平的,它在地殼垂直運動影響下未經褶皺變動而仍保持水平或近似水平的產狀者,稱為水平構造。如第三系的紅層中常見。在水平構造中,新巖層總是位于老巖層之上。
2、傾斜構造
  傾斜構造是指巖層經構造運動后巖層層面與水平面間具有一定的夾角。傾斜巖層常是褶曲的一翼,斷層的一盤,或者由不均勻的升降運動引起的。
3、褶皺構造
  巖層在側方壓應力作用下發生的彎曲叫褶曲。褶曲僅指巖層的單個彎曲,而巖層的連續彎曲則稱為褶皺。褶曲的基本類型有兩種:背斜和向斜。背斜是核部的巖層相對較老,兩翼的則較新的褶曲。向斜是核部的巖層相對較新,兩翼的則較老的褶曲。
4、斷裂構造
   巖石受應力作用而發生變形,當應力超過一定強度時,巖石便發生破裂,甚至沿破裂面發生錯動,使巖層的連續性完整性遭到破壞的現象,稱為斷裂構造。斷裂構造包括兩類:按斷裂兩側的巖是否發生明顯的滑動,可分為節理、斷層。
   節理是指巖石破裂后無顯著位移的斷裂構造;斷層是指巖層或巖體沿斷裂面發生較大位移的斷裂構造。斷層的要素有:斷層面、斷層線、斷盤和斷距等。按斷層兩盤相對移動的關系,斷層類型可分為:正斷層、逆斷層、平推斷層、樞紐斷層等。
 
原生構造與次生構造
   按照構造形成的時間順序可將地質構造分為原生構造和次生構造,次生構造是構造地質學研究的主要對象。

 

原生構造:
 在成巖過程中形成的構造。火成巖的原生構造主要是受巖漿流動與冷凝收縮的力的作用產生的,火成巖的原生構造主要是受巖漿流動與冷凝收縮的力的作用產生的。分為原生流動構造與原生破裂構造兩種。原生流動構造是固態物體在液態巖漿流動中形成的定向構造,如由巖漿早期晶出的片狀、板狀礦物與扁平狀析離體、捕虜體的定向排列形成的流面,由巖漿早期晶出的柱狀、針狀礦物的定向排列形成的流線;原生破裂構造有柱狀節理以及根據節理與流面或流線的產狀關系分出的縱節理、橫節理、斜節理與層節理。
  沉積巖的原生構造主要是受地表營力的作用產生的。包括層理、層面構造、層內構造與穿層構造。
層理構造指沉積巖中的成層構造,其成層性是通過沉積物的成分、粒度、色調的變化而顯現的。構造層理是研究次生構造的基本參考面,是一種重要的原生構造。
層面構造主要指波痕、泥裂、雨痕、印模、蟲跡等,這類構造發育于沉積巖層的頂面或底面,在野外可用來鑒別地層的頂、底面,以判斷地層層序的正常與倒轉。
層內構造主要指限于某一巖層中的原生構造,如粒序層、交錯層、層內褶皺與層內斷層等,其中除層內斷層外,也均可根據它們的內部結構特點來鑒別地層的頂面或底面。
穿層構造主要指發育于多層巖層中的背斜或斷層,稱為同沉積背斜或同沉積斷層。同沉積背斜是在區域性地殼拗陷并不斷接受沉積的盆地中的局部上隆部位上逐漸發育的背斜,因此具有原始的上拱彎曲狀態,其軸部地層厚度小于翼部,軸部碎屑沉積物的粒度則大于翼部同一層沉積物的粒度。
   同沉積斷層又稱生長斷層是指與沉積作用同時活動的斷層,一般發育于沉積盆地的邊緣,具有正斷層性質。盆地所在為斷層的下降盤,其地層厚度明顯大于斷層的上升盤,且斷距隨深度而增大,即地層時代愈老,斷距愈大。另外,韻律層也是一種原生的穿層構造,是由多個粒序層依序疊置而組成的。
次生構造:
   巖石形成以后受構造運動的作用產生的構造變形,是構造地質學的主要研究對象。次生構造包括褶皺、節理、斷層、劈理、線理等。 
按照變形性質可分為:
①連續變形構造。巖層連續性未受到破壞的構造,變形性質屬塑性變形,如褶皺等。
②非連續變形構造。巖層被切割失去原有連續性的構造,屬破裂變形的,如節理、斷層。 
按照幾何要素可分為
①面狀構造。以幾何意義的面所表征的構造,如褶皺軸面、節理面、斷層面、劈理面等。通常將具有系統性的面狀構造稱為面理。
②線狀構造。以幾何意義的線所表征的構造,如褶皺樞紐、斷層擦痕、非等軸礦物的定向排列、兩個構造面的交線等。各面狀、線狀構造還可區分為抽象性的(如褶皺軸面、樞紐、二構造面的交線)與分劃性的兩種。前者只具幾何意義而非具體存在,后者則是具體存在的面、線構造。 
根據面狀、線狀構造在地質體中的分布特點可分為:
①透入性構造,指在地質體內在一定尺度上均勻、連續且按一定格式排布的面狀構造和線狀構造,如劈理、片麻理、片理以及各種小型線理;
②非透入性構造,指非均勻、不連續且以分隔性方式產出于地質體中的面狀構造和線狀構造,如節理面、斷層面以及大型的桿狀構造、窗欞構造等。地質構造的透入性和非透入性是相對于觀察構造的某種尺度而言的,較大范圍的尺度上的透入性構造在較小尺度上也可成為非透入性構造;通常透入性構造是針對小型構造和顯微構造兩種尺度而言的。
 

構造運動

 

構造運動

    由地球內動力引起巖石圈地質體變形、變位的機械運動。構造運動是由地球內力引起地殼乃至巖石圈的變位、變形以及洋底的增生、消亡的機械作用和相伴隨的地震活動,巖漿活動和變質作用。構造運動產生褶皺、斷裂等各種地質構造,引起海、陸輪廓的變化,地殼的隆起和拗陷以及山脈、海溝的形成等。構造運動在造成地殼演變的過程中起著重大作用。
    構造運動主要表現為地殼的機械運動,但不僅僅局限于地殼的運動,通常還涉及巖石圈。一般情況下,構造運動緩慢不易被人察覺。特殊情況下,構造運動劇烈而迅速,表現為地震,由此還可能引起山崩、海嘯等等,在這些情況下,人們可以察覺到構造運動。
按照地殼運動方向劃分的類型可分為垂直運動(“升降運動”、“造陸運動”—沿地球半徑方向)、水平運動( “造山運動”—沿地球切線方向)
1.水平運動:指地殼在水平方向起主要作用的力,即與地面成切線方向的力(包括地殼的壓縮和拉張)作用下,地殼巖層所發生的運動,這種運動使相鄰塊體受到擠壓、或者被分離拉開,或者剪切錯動,甚至旋轉。水平運動主要使地殼的巖層彎曲和斷裂,形成巨大的褶皺山脈和斷裂構造。因此,水平運動又稱為造山運動。
2.垂直運動:地殼的垂直運動是指地殼塊體沿著地球半徑方向發生的上升或下降的運動。垂直運動常常表現為規模很大的隆起或拗陷,從而造成海陸變遷和地勢高低起伏。由于地殼上升使海水退卻,一部分海底稱為陸地;地殼下降,海水侵入,原來的陸地變為海洋。因此,垂直運動又稱為造陸運動。
小結
  水平運動和垂直運動使分析地形的形成的基礎,但是應該指出的是,這兩種運動常常相伴而生,運動的結果都不能任意地加以分隔和區分,實際上兩者是相互聯系、相互影響的。
 

褶皺構造

    在地殼運動的強大擠壓作用下,巖層會發生塑性變形,產生一系列的波狀彎曲,叫做褶皺。從原理上講褶皺產生是個相當簡單的過程,但是由于形成原因不同褶皺也分為很多種。
1.向斜

 

向斜是凹面的褶皺,形成時間越晚越靠近中心。向斜是典型的向下彎曲的褶皺,指向上方。它的頂部還會被侵蝕,所以我們只能看到它形成的邊緣。
2.背斜

背斜和向斜類似,只是跟它反過來。背斜是凸起來的褶皺,形成時間越早越靠近中心,側面常常是向斜。不過在現實中,還會發生斷裂和侵蝕讓二者分開。背斜常常會產生許多優良的有氣圈閉地區,適合勘探石油。
3.單斜褶皺

 

單斜褶皺是指所有層都朝同一個方向彎曲,形成的原因有許多,最常見的還是地層結構的差異壓實作用。
4.尖棱褶皺

 

這種褶皺常被石油公司稱為V形褶皺,顧名思義就是常呈現V形的褶皺。常常因為當地抗壓應力而形成,但要成型還需要一些非常具體的條件。總共有四個發展階段:曲形成核、平行褶皺、兩翼伸開/中間銳化、尖棱褶皺收緊。
5.平臥褶皺

  

平臥褶皺是被顛倒的褶皺,一個翻轉或是徹底倒轉的褶皺,有一定角度的軸向面,一側的地層被翻轉。平臥褶皺的軸線基本上保持水平。
6.等斜褶皺

 

等斜褶皺兩翼的角度在0°到10°之間,兩翼基本是平行的。
7.穹隆

 

穹隆在地質結構學上是由于對稱的背斜彼此交叉并深入到彼此頂部形成的。它的形成原因是再折疊的水平應力和大氣沖擊/穿刺作用(更深又更輕的部分向表面移動的豎直位移)。
8.盆地

 

盆地在某種程度上是與穹隆相反的褶皺,因為先前平躺在地面的巖層構造變形導致大規模巖層結構重構。構造盆地就是地質凹陷。
9.其他


 

小結
     并不是所有褶皺都能輕易辨別開,也不是所有褶皺都能進行歸類(因為視野不夠好,或是地質被強烈侵蝕,或是其他什么作用把褶皺隱藏了起來)。地質褶皺很復雜,如果你在地質學這個領域工作,有可能不會那么幸運遇到完全符合上述幾種類型的地質褶皺。不過不要氣餒,正是因為地質學有難度,它才成為我們了解且愛著的科學。


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