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第二章沉积岩层的原生构造及产状

2020-02-16 来源:我们爱旅游
第二章 沉积岩的原生构造及产状

本 章 提 要 本章重点讲述沉积岩的岩层、层面、层理及其识别;沉积岩层的原生构造及顶、底面的确定;水平岩层、直立岩层及倾斜岩层的概念;倾斜岩层的产状、厚度、埋藏深度及其露头特征。 本章难点是倾斜岩层的出露特征,如何在地质图上利用“V”字型法则判断倾斜岩层的岩层产状。 通过本章的学习,要求学生掌握如何利用沉积岩的原生构造确定岩层的顶、底面;掌握倾斜岩层的产状要素及其测量方法和表示方法;熟练应用“V”字型法则判断岩层产状;了解岩层露头宽度的变化特点及其影响因素。 沉积岩是地壳表层分布最广泛的岩石,其分布面积约占地球大陆面积的75%,在我国约占77%。大陆地壳表层的地质构造很多都是由沉积岩形成的。观察分析沉积岩层的原生构造、岩层产状、厚度和岩层出露特征是研究地质构造的一项基础工作,也是本课程的基本内容之一。

第一节 沉积岩层的原生构造

沉积岩层的原生构造(Primary structure)是指在沉积物堆积与成岩过程中产生的非构造变动的构造特征,如:层理构造、层面构造、包卷构造、同生结核、叠层石、生物遗迹、叠锥等。次生构造(Secondary structure)是指固结成岩之后所形成的构造,如:缝合线构造、次生褶皱与断裂等。

沉积岩的原生构造主要是岩石学和沉积学研究的内容,但是,它对地质构造的研究有着重要的意义。沉积岩原生构造不仅为研究和判断岩层形成时的古地理(Paleogeography)和构造运动(Tectonic movement)特征提供重要资料,而且有些原生构造,如层理构造、层面构造等,还可以用来鉴别岩层顶、底面以及确定岩层相对层序的重要依据。

了解这些构造特征,对观察、分析构造形态和分析构造环境,确定岩层产状和岩石变形特征具有一定的指导意义,在某些情况下具有特殊作用。

一、层理及其识别

(一)岩层、层面、层理的概念

由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体称为岩层(Terrane)。由沉积作用所形成的岩层称为沉积岩层(Sediment terrane)。

岩层的形成过程是内动力地质作用(主要是地壳的升降作用)和外动力地质作用(包括

风化、剥蚀、搬运、沉积等作用)相互影响、相互制约的过程。如处于地壳不断下降过程中接受沉积的坳陷盆地,在其边缘沉积砾石,向盆地内部逐渐过渡为砂、细砂、粘土等物质,在盆地中心过渡为较稳定的化学沉积。成岩以后即分别形成了粗、细不同的砾岩、砂岩、页岩、泥灰岩或石灰岩等(图2-1A)。如果地壳继续下降,沉积区继续扩大,沉积区段则发生变化,在原来砾石层上面又沉积了砂层,原砂层上面又沉积了细砂或粘土等,使水平方向和垂直方向上均呈现出由粗到细逐渐过渡的关系(图2-1B)。有时沉积下降速度明显变化,造成沉积环境的明显变化,使得上、下两套沉积物在物质成分、结构和颜色等方面均有明显的差异(图2-1C)。这种相互重叠并有明显差异的地质体,成岩以后在构造上的明显特征是具有层状构造。岩层的这种特征主要是受外力地质作用的影响,如气候的变化、水量的大小以及物质来源的不同等。

图2-1 岩层及层理的形成

A-沉积盆地中陆源沉积物与海岸线的分布关系;B-当沉积盆地缓慢下降时,各岩层间物质成分的渐变

关系;C-当沉积盆地迅速下降时,各岩层间物质成分的突变关系

岩层的上、下界面称为层面(Bedding surface),下层面又称为底面,形成在先,上层面又称为顶面,形成在后,层面代表了短暂的无沉积或沉积作用突然变化的间断面。两个岩层的接触面,既是上覆岩层的底面,又是下伏岩层的顶面(图2-2)。

沉积岩层一般都具有成层性,所谓沉积岩层的“层或单层”是指在基本稳定的环境条件下沉积的一个单元,表示最小的岩石地层单位。一个“层或单层”是由成分基本一致的沉积物所组成的。层与层之间的由层面分隔,两层面之间的垂直距离就是

图2-2 岩层和层之间的关系示意图

岩层的厚度(Thickness)(图2-2)。由层面所分隔的单层厚度可分为:块状层(﹥1m);厚层(1-0.5m);中厚层(0.5-0.1m);薄层(0.1-0.01m);极薄层或微层(﹤0.01m)。

由于沉积环境和条件的不同,岩层的厚度区域分布有变化,可由数毫米至数米。同一岩层在不同地段或在同一地段的不同部位,其厚度也会有明显变化,甚至可能会出现岩层尖灭现象。它们有的是原来沉积时由于沉积物的不均衡性所致,而有的是由于被后来的构造运动所改造的结果。例如有的岩层在较大范围内厚度不变或基本一致,形成厚度稳定的板状岩层;有的岩层在较小范围内明显地向一个方向增厚,而向另一个方向变薄甚至尖灭,形成岩层尖灭现象;有的岩层中间厚且向两侧发生尖灭,形成透镜状岩层(图2-3)。岩层厚度的这些变化,受当时堆积形成时地壳运动的升降速度、幅度以及古地理环境的影响。因此,我们常采用测定各个地点同一时代岩层厚度数据,制作该时代岩层的等厚图(即岩层厚度等值线图)来分析地壳升降运动的变化规律,确定出隆起区和坳陷区,这对寻找石油和天然气有一定的实际意义。

层理(Bedding)是沉积岩中最常见的一种原生构造,也是沉积岩最基本的特征。层理是沉积物沉积时由于介质(如水、空气等)的流动在层内形成的成层构造,可以通过岩石成分、结构和颜色等特征在剖面上的突变或渐变显示出来。另外,沿垂直层面方向的剖面仔细观察,还会发现有颗粒粗细、颜色深浅甚至含有其它物质多少的变化。根据这些变化,岩层内还可以细分为若干更小的层,所以,层又是岩层的基本组成单位。一个岩层可以由一个或几个层组成(图2-2)。

依据层理的形态不同,通常将其分为三种基本类型(图2-4):水平层理(Parallel bedding)、波状层理(Wavy bedding)和斜层理(Oblique bedding)。除上述三种基本类型外,由于沉积作用过程中介质的复杂运动和其它因素的影响,还有许多过渡类型和特殊类型,例如斜波状

图2-3 岩层的厚度和形态图 2-4 层理的基本类型

a-顶面;b-底面;h-岩层厚度;Ⅰ-板状岩层; Ⅰ-平行层理;Ⅱ-波状层理;Ⅲ-斜层理; Ⅱ-岩层厚度变薄;Ⅲ-岩层尖灭,呈楔形; a-细层;b-层系

Ⅳ-岩层呈透镜状

层理、递变层理等。

组成层理的要素有细层、层系、层系组。

细层又称纹层(图2-4中的a),是指组成层理的最小单位,其厚度极小,数以毫米计。细层与层面平行或斜交,也可以是平直的、波状的或弯曲的(图2-4中的a)。

层系(图2-4中的b)是指由成分、结构和产状上相同的许多细层组成。水平细层组成的层系由于层系间缺乏明显的划分标志,一般难以划分层系;而由倾斜细层组成的层系则易于识别,层系间由明显的层系界面分隔。层系的上、下界面之间的垂直距离称为层系厚度。

层系组是指由两个或两个以上的相似层系组成的,是在同一环境的相似水动力条件下形成的。

(二)层理的识别

在进行地质构造研究时,判别层理是最基础的工作。很多情况下只有识别出层理,才能确定出岩层面的位置,进而判断岩层的正常层序,恢复地质构造的原始形态。大多数情况下,沉积岩的层理较为明显,容易认识。但某些岩层,如成分较为单一的巨厚岩层,它们的层理常常很不清楚;有的岩层中则发育密集定向的节理或劈理,掩盖了层理或与层理混淆不清。特别是在某些变质岩区,次生面理特别发育,甚至层理被置换,致使原生层理极难辨认。这就要求我们在野外工作中必须仔细观察,尽力发现能鉴别层理的各种标志及岩层的其它原生构造。

野外识别层理,主要根据以下几种标志: (1)岩石的成分变化

岩石成分的变化主要是指由成分差异而显示出来的层理,此为显示层理的重要标志,特别是在岩性比较单一的巨厚或厚岩层中,要特别注意寻找成分特殊的薄夹层。如块状砂岩中的砂砾层、粗砂岩薄夹层或透镜体;巨厚层石灰岩或白云岩中夹有的薄层状泥灰岩、页岩或硅质条带;巨厚层泥岩中夹有粉砂岩等。查明这些薄夹层的层面,有助于识别包含这些薄夹层的巨厚岩层的层面,所以此类薄夹层是识别巨厚岩层层面比较可靠的标志。

(2)岩石结构的变化

岩石结构的变化主要是指由岩石粒度和形状的变化而显示出来。因为根据沉积原理,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。如砾岩中大小不同的砾石分层堆积呈带状;砂岩中云母呈面状分布,各种原生结核或扁平状砾石在沉积岩中呈面状排列等,都可以作为确定层理的标志,尤其是鉴别岩性单一的块状粗粒碎屑岩层层理的良好标志。

(3)岩石的颜色变化

岩石的颜色变化主要是指由颜色的不同而显示出来的层理。

在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的一套岩层中,如有颜色不同的夹层或原生条带,常显现出层理,也可以指示层理。但要注意区分由某些次生变化造成的岩石颜色差异。例如氢氧化铁胶体溶液,常沿节理或岩石孔隙扩散并沉淀,从而在岩石中形成不同色调的褐红色条带或晕圈,当其规模很大时,在个别露头上观察,常常容易误认为是层理。此外,在有些深

色泥岩或白云岩中,常因风化而引起褪色作用,也会沿节理或裂缝发生颜色变化,如不注意也会误当作岩层的层理。

(4)岩层的原生层面构造

原生层面构造包括波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印模等,也可以作为确定和识别层理的标志。

在野外观察中,如果在一个露头上层理不易看清,或者分不清是层理还是其它次生构造(如节理、劈理)时,应多观察一些附近的露头,详加比较和分析。如根据层理面一般都具有延展较远,连续性较好等特点加以区别。当沉积岩中发育有大型斜层理时,应注意要把斜层理的细层与层系的主层理区别开来。

二、利用沉积岩层原生构造确定岩层的顶面和底面

正确地鉴别层理构造和层面构造是地质构造研究的基础,也是恢复和研究区域构造格架所必须的。因为未经构造变动的岩层,其正常层序总是上顶下底,即上新下老,沿着岩层倾斜方向是按照由老到新的层序排列;但经构造变动后岩层则可倾斜、直立,甚至倒转,从而出现岩层底面在上,顶面反而在下,岩层沿着倾斜方向,出现由新到老的层序倒置现象。确定岩层的地质时代和层序,主要是依据化石。但是在某些情况下,尤其在缺乏化石的“哑地层”中,也可以根据岩层的原生构造或某些次生构造来鉴别岩层的顶、底面,进而确定其相对新老层序。正因为原生构造的方法比化石来得更容易些,因此,在这里只介绍几种常见的而又比较可靠的确定岩层顶、底面的原生构造。

但应注意,并不是所有层理都能确定岩层的顶、底面,如平行层理(包括水平层理),因其方向性不明显就难以用来判别岩层的顶、底面。

关于利用次生构造(如层间小褶皱、劈理等)确定岩层定、底面问题,将在后面有关章节中论述。

(一)斜层理

斜层理(Oblique bedding)是由一组或多组与主层面(或层系界面)斜交的细层组成。斜层理在水成和风成的碎屑沉积中都可形成。斜层理的表现形式较多,如单向斜层理和交错层理等。利用斜层理中的细层和层系界面的关系可以确定岩层的顶面和底面,其判别特征是:每组细层理与层系顶部主层面成截交的关系,即细层撒开一端指向岩层的顶面,与层系面呈高角度相交。与层系底部主层面呈收敛变缓,与底面小角度相交或相切关系,弧形层理凹向顶面,即“顶截底切”,又称为“上截下切”,根据这个特点可以确定岩层顶、底面(图2-5)。

(二)粒级层理

粒级层理(Graded bedding)又称为粒序层理或递变层理。它是碎屑物质在沉积过程中由于流体(通常是浊流)流速减缓,碎屑物质逐渐沉淀下来而形成的一种沉积结构,碎屑颗粒在岩层垂直方向上颗粒粒度呈韵律变化。正常粒级层理颗粒粒度分布在一单层内为下粗上细,其特点是从底到顶由砾岩或粗砂岩开始,向上递变为细砂岩、粉砂岩以至泥岩。有的由砾至泥粒级递变完整,有的不完整只有砾-砂或砂-泥。粒级层理在海相、湖相碎屑岩中很普遍,

它可以是水流机械搬运分异沉积的结果,也可以由浊流搬运形成粒级浊积层。

粒级层理厚度不等,可由几厘米到几米。在相邻两粒级层之间,下层顶面常受过冲刷,因而两层在粒度上或成分上不是递变而是突变,且有明显的界面存在。根据粒级层理这种下粗上细粒度递变的特征,可以确定岩层的顶、底面(图2-6)。这种具有粒级层理特征的岩层浅变质后,还可能保留粒级层理的特征,不过当变质程度较深时,由于成分、粒度不同,对变质作用的反应也就不同,如原来细致的泥质物质经重结晶后,可能形成比由砂质变质的石英质粒度还要粗大的新矿物,因而会出现与原岩粒级层理相反的现象。此外,在某些粗碎屑岩中,也有反粒级层理的现象,即在一个单层内,由底到顶粒度逐渐变粗,这是由于水流逐渐加强或粗碎屑物质相互碰撞、悬浮,细碎屑先沉积(动力筛作用)等原因造成的,与正常粒级层理的区别在于它的顶界面是渐变过渡的。因此,在利用粒级层理判断岩层顶、底面时,要注意区别这些反常现象。粒序层理一般海进层序保存较好,较可靠,即从老到新,由粗到细。

图2-5 根据斜层理确定岩层顶、底面

(据M.P.Bilings,1947)

A-岩层是正常层序,顶面在左边;B-岩层直立,顶面在右边;C-岩层倒转,顶面在右边

图2-7 波脊的形态

图2-6 根据粒级层理确定岩层顶、底面A - 浪成对称尖脊圆谷波痕

(据M.P.Bilings,1947B - )双脊改造波痕

C - 平顶改造波痕

A-水平岩层,每层自底到顶由粗变细;B-正常倾斜岩层,顶面在左上方;

(三)波痕

波痕(Ripple mark)是沉积物表面由于水和空气流动而形成的波状起伏不平的堆积形态,主要发育在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面,在细砾岩中也可见到。

波痕由波脊和波谷组成的,根据波脊的形图2-7 波脊的形态 A-浪成对称尖脊圆谷波痕; 态可划分为不同类型(图2-7)。

B-双脊改造波痕;C-平顶改造波痕

波痕的成因很多,按其成因主要分为水成和风成两种。水成波痕又可分为浪成波痕(振荡波痕)和流水波痕(流动波痕)。其中,能够用来指示岩层顶底面的主要是对称的浪成波痕(图2-8),它的波峰呈尖棱形,波谷呈圆弧形。这种波痕无论是原型

图2-9 利用波痕确定岩层顶底面(据M.P.Bllings,1947)

I-正常岩层;II-倒转岩层

a-波痕原型,波痕指向左上方;b-波痕印模,波峰指向左上方; c-波痕印模,波峰指向右下方;d-波痕印模,波峰指向右下方

还是印模,都是波峰尖端指向岩层的顶面,圆弧形波谷凹向底面。因此,利用波痕“上尖下圆”可以确定岩层的顶底面(图2-9)。

(四)泥裂

泥裂(Mud crack)也称为干裂或龟裂纹,是未固结粘土岩、泥质粉砂岩、泥灰岩等细粒沉积物露出水面并经太阳暴晒干涸时,因收缩而裂开的与层面大致垂直的楔状裂缝,是一种示底构造。泥裂常使层面构成网状、放射状或不规则分叉状的裂缝,在剖面上一般呈“V”型,有时因切穿层面也可呈“U”型裂口。这些裂缝被上覆沉积物填充时,使填充层的底面成脊形印模。无论是楔形裂缝还是脊形印模,均可用泥裂的“上宽下窄”确定岩层的顶面和底面,其尖端均指向岩层的底面,即指向较老岩层,开口端指向岩层顶面(图2-10、图2-11)。

图2-8 对称型浪成波痕及其印模 图2-10 泥裂的立体示意图 (据R.R.Shrock,1948)

A B

图2-11 地层层序倒转时

A-原始褶皱时的地层;B-遭受剥蚀后的地层

(五)雨痕、雹痕及其印模

雨痕(Raindrop imprint)和雹痕(Hail imprint)是指雨点或冰雹落在湿润而柔软的泥质

或粉砂质沉积物表面上,击打出边缘略高于沉积物表面的圆形或椭圆形凹坑,后经沉积物充填并呈半圆形突起。雹痕较雨痕大而深,形状不规则,其边缘亦较高。两种凹坑形成后又被上覆沉积物填充掩埋,成岩后使上覆岩层的底面形成圆形或椭圆形的瘤状突起印模。根据雨痕和冰雹印模所保存的凹坑和半圆形突起可以确定岩层的顶面和底面,凹坑总是分布在岩层的顶面,瘤状突起的印模则位于岩层的底面,即“上凹下凸”,或者说,凹坑和瘤状突起印模的圆弧形面均凸向岩层的底面(图2-12、图2-13)。

(据R.R.Shrock,1948) 紫红色砂质页岩之雨痕 图中的小箭头指雨或冰雹的下落方向 (据李尚宽绘)

图2-12 雨痕及其印模的立体示意 图2-13 四川广元三叠系飞仙关组

旁侧的大箭头指层位的顶、底 雨痕凹坑所在,表明为上层面

此外,还有许多不同成因、形态各异的印痕和印模,如由生物活动形成的虫迹(图2-14)、脚印;流水携带某些“工具”(如石块、贝壳、树枝等)对沉积物表面的冲击或刻划所造成的各种印痕,它在上覆岩层底面都会形成各种对应的印模,如裂流痕(图2-15)、槽模、沟模、渠迹等。这些印痕和印模是凹形印痕分布在岩层的顶面上,凸起的印模则出现在岩层的底面上。据此可以判别岩层的顶、底面,从而确定岩层的层序。

图2-14 峨眉山三叠系嘉陵江地层中的虫迹 图2-15峨眉山三叠系嘉陵江地层中的裂流痕

(六)冲刷面

固结或半固结的沉积层,在出露水面或在水下时经水流冲刷,在沉积层顶面造成凹凸不平的冲刷面,又称为冲刷痕迹(图2-16)。此后,这些不平整的冲刷面上又堆积物质时,被冲刷下来的下伏岩层的碎块和砾石,有可能在原冲刷沟、槽、坑处又堆积下来,形成自下而上由粗变细的充填物。这种冲刷沟、槽、坑和下粗上细的充填物特征,可以作为判别岩层的顶、底面的标志(图2-17),即上层含下层“泥砾”。同样,上覆沉积层的底面也可形成相应的印模,同样可作为确定岩层顶、底面的标志。

图2-16 某地区的岩层中的冲刷面 图2-17 根据冲刷面特征确定岩层相对层序

(据M.P.Bilings,1947) 2-熔岩;2-砾岩;3-砂岩;4-页岩

从a、b、c等处冲刷面形态及砾石碎块岩性等特征,说明岩层西

边老,东边新,岩层又向西倾斜,所以这套岩层是倒转层位

(七)古生物化石的生长和埋藏状态

保存在岩层中的古动、植物化石,除了根据其种属确定地层的地质时代外,还可以根据某些化石在岩层内的稳定埋藏保存状况和自然生长状态鉴定岩层的顶、底面。例如珊瑚,特别是群体珊瑚等底栖生物。若它们在原来生长的位置被掩埋,其根系总是指向岩层的底面。又如由藻类生物形成的叠层石,其类型不同,形态各异,可有柱状、分枝状、锥状和瘤状,但均具有向上穹起的叠积纹层构造,其凸出方向指向岩层的顶面(图2-18)。

一些腕足类或腹足类介壳,在被沉积物掩埋时,大多数介壳保持着凸面向上这样一种最稳定的埋藏状态,所以,大多数介壳的较凸一瓣的凸出方向往往指向岩层的顶面(图2-19)。

图2-18 不同形态的叠层石纹层凸向顶面图 2-19 介壳埋藏状态示意剖面图(据R.R.Shrock,1948)

古代羊齿类、苏铁类和其它种类植物的根系,当被掩埋时,保持其生长状态,则古植物根系的生长迹象,也可以作为确定岩层顶、底面向的标志,根系分叉方向指向底面(图2-20)。此外,生物活动造成的遗迹化石,如三叶虫的停息迹、爬行觅食迹及潜穴的蹼状构造凹面均指示岩层的顶面(图2-21)。

图2-20 植物根系生长状态示意剖面图 图2-21 虫穴和垄岗开口向上

(据R.R.Shrock,1948) (据Hjlls,1972)

第二节 岩层的产状、厚度及出露特征

岩层的产状是指岩层面在三维空间中的方位和状态。

在广阔而平坦的沉积盆地(如海洋和大湖泊)中所形成的沉积岩层,其原始产状大都是水平的或近于水平的。由于构造运动造成水平岩层发生构造变形与变位,形成了倾斜岩层、直立岩层、倒转岩层和各种褶皱形态,但也有一些岩层仍旧保持其原来的水平状态。在地表浅处,由于重力、流水、冰川、岩溶及吸水作用(如硬石膏吸水变成石膏,体积膨胀约40%)等外动力地质作用,也会使岩层产状发生局部变动而形成各种表生构造。因此,野外认识和研究构造形态,必须从观察和测量岩层的产状着手。要正确认识和分析岩层经受什么样的变形而产生这些构造形态,还需要了解岩层的原始产状。

一、岩层的原始产状

沉积岩层具有发育不同程度的层理构造,可以反映出沉积物在沉积作用过程中所处的构造环境。这些还保持着沉积作用时形成的岩层产状即称为原始产状。

原始产状大致是水平的,因为沉积物基本平行沉积盆地底面,成岩之后基本近于水平状态。但是由于沉积盆地古地形差异,在盆地边缘、岛屿周围、水下潜山和火山锥周围的局部沉积地带,岩层则表现出局部一定程度的倾斜状态,这就是原始倾斜(图2-22)。原始倾斜在海相和陆相沉积岩中都存在,海相岩层中如生物礁及其围岩常具有一定的原始倾斜(图2-23),而在陆相岩层中更为明显,如残积、坡积、冰川和风的堆积等,大都有不同程度的原始倾斜。

图2-23 生物礁及其围岩的原始倾斜产状

图2-22 沉积岩层原始倾斜产状形成示意剖面图

水平岩层多出现在未经构造变动或变形微弱地区,如北美克拉通中部、俄罗斯克拉通中部和我国川东、鄂尔多斯盆地中部等地区。因此,将岩层的原始产状理解为水平的,以水平面作为参考面,是认识和分析地质构造的一个基本前提。

二、水平岩层

岩层层面保持近水平状态,即同一层面上各点的海拔高度相同或基本相同的岩层称为水平岩层(Horizontal stratum),也称水平构造,水平岩层的倾角不超过5°。在沉积盆地的中

心部位或其它比较稳定的沉积环境中形成的沉积岩层,其原始产状一般都是水平或近似水平的。岩层形成以后,受构造运动影响轻微,其产状基本保持原始水平状态,习惯上也称为水平岩层。如四川盆地中部一些地区的中、晚侏罗世和白垩纪地层的产状基本上就是水平的(图2-24)。 (一)水平岩层的分布特征

在地层层序没有发生倒转的前提下,地质时代较新的岩层叠置在较老岩层之上(上新下老)。当地形切割轻微时,地面只出露上部最新的地层(图2-25A);在地形切割强烈的地区,在河谷、冲沟或地形低洼的地方可出露时代较老的地层(图2-25B),较新地层则分布在山顶或分水岭上,因此,岩层愈老出露位置愈低,岩层愈新其出露位置愈高。

图2-24 四川苍溪观音寨中侏罗统水平岩层素描图(据李承三)

A B

图2-25 A遭受轻微切割的水平岩层;B遭受强烈切割的水平岩层

(二)水平岩层的露头形态

岩层的露头形态是指将岩层在地表出露的实际情况勾绘在平面图上所呈现出来的形态。水平岩层的露头形态完全受地形控制,其出露界线(岩层面与地面的交线,又称为地质界线)在地形地质图上表现为与地形等高线平行或重合,但不会相交(图2-26)。在河谷、冲沟中岩层的出露界线随着地形等高线的弯曲而弯曲,延伸成“V”字型,“V”字型的尖端指向上游(图2-26);在山坡、山顶和盆地处, 岩层露头的分布呈孤岛状、不规则的同心状或条带状。根据这些特征,只要测定出水平岩层层面界线的位置和高程,就可以在地形图上以其出露点为起点,沿着或平行于其相应高程的等高线勾绘出该层面的界线。另外,同一个水平岩层层面必定具有相同高度,若具有不同高度,则是由于岩层局部弯曲变形或是其间有断裂错动所致。

(三)水平岩层的露头宽度

水平岩层的露头宽度是指岩层顶、底面在地面上的出露界线(地质界线)之间的水平距离,即岩层在野外露头宽度的水平投影宽度。同一岩层的露头宽度取决于岩层的厚度和地面

图2-26 水平岩层的出露分布特征 左图-立体图;右图-平面图(地形地质图)

的坡度(图2-27)。当地面的坡度相同时,露头宽度取决于岩层厚度,厚度大的岩层出露宽度就大,厚度小的岩层出露宽度则小;当岩层厚度相等时,露头宽度取决于地面坡度,地面坡度大则露头宽度小,地面坡度小则露头宽度大;在直立的陡崖处,由于岩层顶、底界线的投影线重合成一条线,其露头宽度就变为零,从而在地质图上呈现出岩层“尖灭”的假象。

(四)水平岩层的厚度

水平岩层的厚度就是岩层顶、底面之间的垂直距离,即水平岩层顶、底面的标高差(图2-27A)。岩层厚度在较大范围内基本一致,有时会向侧方变薄或尖灭,呈楔状或透镜状。

图2-27 水平岩层露头宽度的变化 a-岩层露头宽度;m-岩层厚度

一般来讲,在地形地质图上求水平岩层厚度的方法就较简单,只要知道岩层顶面和底面的高程,两者相减即为水平岩层的厚度,或者在野外直接利用气压计测量水平岩层的厚度。

在野外填绘或者室内阅读水平岩层地质图时,应注意认识和分析水平岩层的上述特征。

三、倾斜岩层

由于地壳运动或岩浆活动,使原始水平产状的岩层发生构造变动,形成了与水平面有一定交角的岩层,就是倾斜岩层(Tilted stratum)。这种构造变动是一种最简单的构造变动,也是层状岩石最常见的一种产状形态。倾斜岩层可以是某种构造的一部分,如为褶皱的一翼或断层的一盘(图2-28),也可以是地壳不均匀抬升或下降所引起的区域性倾斜。如一个地区的岩层向同一方向倾斜,倾角也大致相同,则称为单斜岩层(Monocline)或单斜构造(图2-29)。

倾斜岩层在正常情况下,沿倾斜方向岩层的时代是由老到新的顺序排列的(图2-29)。在构造变动剧烈的地区,岩层可能发生倒转,使得老岩层覆盖在新岩层之上(图2-30)。

观测倾斜岩层产状及其出露分布特征,是野外地质调查和填绘地质图、研究地质构造的一项经常性的基础工作,也是地质工作者必须要熟练掌握的基本功。

图2-28 倾斜岩层一褶皱的一翼或断层的一盘

图2-29 单斜岩层剖面图 图2-30 倒转岩层,背斜(老岩层覆盖在新岩层之上)

(一)岩层的产状要素及测定

(1)岩层的产状要素

岩层的产状(Attitude)是以岩层面在三维空间的延伸方位和其倾斜程度来确定的,即采用岩层面的走向、倾向和倾角三个要素的数值来表示(图2-31)。地质上的任何界面(如岩层面、不整合面、节理面、断层面、劈理面、岩浆岩体面等)的产状,都可以用上述产状要素(Occurrence element)来表示。测量岩层的产状要素,并把它们记录下来或标绘在地质图上,是野外地质工作的一项重要任务。

1、走向(Strike)

岩层面与水平面的交线称为走向线(图2-31中AOB,图2-32),走向线两端所指的方向(走向线与地理子午线之间的夹角,即地理方位)称为岩层面的走向,表示岩层在空间的水平延伸方向。

图2-31 岩层产状要素 图2-32岩层走向线示意图

AOB-走向线;OD-倾斜线; ABCD-岩层层面;EFGH、E´F´G´H´-水平面 OD´-倾斜线的水平投影,箭头方向为倾向;

-倾角;NS-子午线

对于同一倾斜岩层来讲,走向线也就是岩层面上任一高度的一条水平线,因此走向线有无数条,且相互平行(图2-32),因为一倾斜岩层面可以与无数条不同高程的水平面相交,这些交线均为岩层的走向线。由于同一条走向线上任何两点的高程相等,故在同一倾斜岩层面上,只要连结高程相同两点的直线,就是该岩层在该高度上的走向线。

一条走向线有两个延伸方向,也就是同一倾斜岩层的走向有两个,它们之间相差180°,都可以表示该倾斜岩层的走向,如NE30°或SW210°。但在实际工作中,为了使问题简化,只测量和记录一个方向即可。

2、倾向(Dip)

岩层面上与走向线相垂直并沿岩层面向下所引的直线称为倾斜线,又称真倾斜线(图2-31中OD)。倾斜线的水平投影线称为倾向线(图2-31中OD'),倾向线OD'所指岩层倾斜一端的方向(即倾向线与地理子午线之间的夹角)称为倾向,又称真倾向,其表示岩层在空间的倾斜方向。岩层的倾向只有一个,且与走向相差90°。

凡是不与走向线垂直的任何倾斜线均称为视倾斜线,视倾斜线在水平面上投影线称为视倾向线,视倾向线所指岩层倾斜一端的方向称为视倾向或假倾向(图2-33中OC和OB)。在一个测点上,真倾向(倾向)只有一个。

3、倾角(Dip angle)

倾角是指岩层面与任意水平面的最大锐夹角,即岩层的倾斜线和倾向线之间的夹角(图2-31中角),又称为真倾角(True dip angle),表示岩层的倾斜程度。由于岩层有真倾向和视倾向(Apparent dip)之分,故倾角亦然,视倾斜线和视倾向线间的夹角即为岩层的视倾角(Apparent dip angle),又称为假倾角或伪倾角(图2-33中的1、2)。

在地质剖面、探槽或坑道中所见到的岩层倾角大多数为视倾角,只有在垂直于岩层走向线的剖面上,才能见到岩层的真倾角。

在一个测点上,岩层的真倾角(倾角)只有一个。而视倾角(假倾角)却有无数个,且视倾角永远小于真倾角。

岩层的真倾角与视倾角的关系可用数学式表示为:

tgtgcos

由上面的关系式可以看出:

当=0°时,

图2-33 真倾角与视倾角的关系

EBCF-岩层层面;EBCF-水平面;EF、BC-走向线;AD-倾斜线;AB、AC-视倾斜线;OD-倾向线;OC、OB-视倾向线;-倾角;1、2-视倾角;-真倾向线与视倾向线之间的夹角

cos=1,则tg=tg,

说明在垂直岩层走向的剖

面上,所见到的岩层倾角最大,即为岩层的真倾角(倾角)。

当=90°时,cos=0,则tg=0,说明剖面方向与岩层走向平行时,无视倾角。 当≠0°时,cos<1,则tg>tg,说明在斜交岩层走向的剖面上,所见到的倾角都是视倾角,而且视倾角总是小于真倾角。

在野外实测地质剖面或在图上切绘地质剖面时,往往不可能使剖面线方向始终保持垂直于岩层的走向,一般规定当角大于7o时,剖面图中的岩层应采用视倾角来绘图,这就需要把岩层的真倾角按照上述公式换算成视倾角。真倾角和视倾角的换算方法,除利用上述公式计算外,还可以利用其它方法和查表求得(表2-1)。

(2)岩层产状要素的测定与表示方法

岩层的产状要素的测定,对了解岩层空间产出状态,正确分析地质构造形态有重要作用。其测定方法有两种,即直接法和间接法测定。

1、直接法

在野外,若岩层层面出露清晰,则可在露头点用地质罗盘(Geological compass)实地测量产状,这是最常用也是最简便的方法(具体内容在野外实习中完成)。

2、间接法

在很多情况下,由于种种原因,我们不能在野外现场直接量测岩层面的产状,可利用有关资料间接求得。例如利用钻孔资料求产状,或从地质图上求产状,或根据视倾向求真倾向等。这时可以采用三点法、计算法或赤平投影等方法间接求得岩层产状,这些方法详见实验部分,此不再赘述。

岩层的产状要素可用文字和符号两种方法表示。文字表示法多用于野外记录、文字报告及剖面图和素描图中。由于地质罗盘上标记方位的刻度有90o的象限角和360o的方位角两种,使用不同的罗盘测定产状,其书写方式也不一样。因此,文字表示方法也有两种:

1、方位角表示法

如图2-34所示,将方位分为360°,以正北方向为0°(或360°),一般只测量和记录岩层的倾向和倾角。例如:205°∠25°,表示岩层的倾向为205°,岩层的倾角为25°。方位角记录方法比较简便,知道了倾向,即可换算出走向。例如岩层的倾向为205°,加减90°即为岩层走向。方位角记录法是我国目前通常使用的方法,也是野外最常用的一种记录方法。

2、象限角表示法

如图2-35所示,将方位分为四个象限,以北和南的方向作为0°,根据测量结果记录岩层的走向,倾向和倾角。例如:N70°W/SW∠45°,即岩层走向为北偏西70°,倾向南西(20°),倾角为45°。在生产实践中,象限角记录方法目前很少采用。

在地质图上,岩层产状要素是用符号来表示,常用的符号有:

30°

:表示倾斜岩层,长线表示岩层的走向,短线表示岩层的倾向,度数表示岩层的

倾角数值。长、短线必须按实际方位标绘在图上;

斜岩层产状的测定与表示125 ∠451.倾向方位角∠倾角125 ∠45或位角∠倾角倾斜岩层产状的测定与表示2.走向象限角∠倾角倾向象限N50W ∠45NE限角∠倾角倾向象限N50W ∠45NE走向象限角倾向象限∠倾角N50W NE∠4525 66 或 图2-34 方位角表示岩层产状图 图2-35 象限角表示岩层产状 :表示直立岩层,长线表示走向,箭头指向较新岩层; 限角倾向象限∠倾角N50W NE∠45倾斜岩层直立岩层水平岩层倒转岩层直立岩层水平岩层70° 66仅用于地质平面图:表示水平岩层(倾角为0o-5o); 倒转岩层仅用于地质平面图倾角数值。 :表示倒转岩层,长线表示走向,箭头指向倒转后的倾向,即指向老岩层,度数为用地质符号表示岩层的产状,要与野外岩层的产状一致,不能视为一个符号而随意绘在地质图上。岩层产状要素的符号和书写方式,在国内外的地质书刊和地质图上,并不完全相同,参阅文献资料时应予注意。

(二)倾斜岩层的露头形态

倾斜岩层的露头形态是指倾斜岩层露头在地面上的分布情况,主要取决于地形、岩层产状以及二者的相互关系。因此,掌握岩层露头形态的规律,对于室内分析阅读地质图和野外填绘地质图都有非常大的帮助。

当地面平坦时,产状稳定的倾斜岩层其地质界线呈直线延伸,岩层露头呈直线条带状分布,其延伸方向即为岩层走向(图2-36)。当地面起伏时,倾斜岩层露头呈弯曲条带状分布,其界线与地形等高线交切,表现在岩层界线穿越沟谷或山脊时,均呈“V”字型展布,它们与地形等高线的弯曲保持一定的关系,称“V”字型法则。

倾斜岩层的“V”字型法则在地形地质图上的特征为:

(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;但岩层界线的弯曲度总是比地形等高线弯曲度小,即岩层界线的弯曲较等高线开

条带状分布

图2-36 地面平坦时,倾斜岩层露头形态呈直线

表2-1 真倾角与视倾角换算表

阔(图2-37),这种规律称为“相反相同”法则。

图2-37 倾斜岩层露头界线形态之一 左图为立体图;右图为平面图(地质图)

(等高距以m为单位)

(2)当岩层倾向与地面坡向相同,岩层倾角()大于地面坡度角()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(图2-38),这种规律称为“相同相反”法则。岩层的倾角越陡,“V”字型越开阔,倾角近于90°时即为直立岩层,岩层出露界线是沿岩层走向所切的一条上下起伏的地形轮廓线,这条空间曲线的投影是一条直线,不受地形的影响,沿岩层走向呈直线延伸(图2-39),岩层顶、底面出露界线间的距离即为岩层厚度。

图2-38 倾斜岩层露头界线形态之二(>) 左图为立体图;右图为平面图(地质图)

(等高距以m为单位)

图2-39 直立岩层的出露特征

左图为立体图;右图为平面图(地质图)

(等高距以m为单位)

(3)当岩层倾向与地面坡向相同,岩层倾角()小于地面坡度角()时,岩层界线与地形等高线的弯曲方向也是相同的。但在沟谷处,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,即露头界线的弯曲较等高线紧闭(图2-40),这种规律称为“相同相同”法则。

图2-40 倾斜岩层露头界线形态之三(<) 左图为立体图;右图为平面图(地质图)

(等高距以m为单位)

“V”字型法则的“相反相同”、“相同相反”和“相同相同”,前面两个字指的是岩层倾向与地面坡向的关系,后面两个字指的是地质界线和地形等高线弯曲方向的关系。其中第一种情况和第三种情况在地形地质图上通过地质界线与地形等高线的曲率大小来区别。

“V”字型法则不仅适用于层状地质体界面露头线的分布形态 ,也适用于一切较平整的构造面,如断层面、不整合面等的露头线的分布形态。因此,这个法则对于野外观察构造现象和填绘或阅读分析大比例尺地质图(>1:5万)很有帮助。而在中、小比例尺(<1:5万)地质图上,岩层露头界线形态主要受岩层走向变化的影响,地形的影响在这种图上反映不出来,因此很少用“V”字型法则来分析。在岩层倾角较缓、地形起伏较大地区的中比例尺地质图上,可能反映出地形对岩层露头界线分布的影响。因此,对于在野外填绘大、中比例尺地形地质图或在室内分析地形地质图时,可以定性地分析不同地形上出露的各岩层的产状变化规律。

在应用这一法则时还需注意,当倾斜岩层或其它平直的地质界面的走向与沟谷或山脊延伸方向呈直交或斜交时,岩层的露头界线的分布延伸与地形关系才具有上述规律,如果二者呈直交,所产生的“V”字型大体上是对称的;如果二者呈斜交,结果“V”字型是不对称的;若倾斜岩层的走向与沟谷延伸方向平行时,不符合“V”字形法则,这时,在部分地段会出现露头线与等高线平行或重合,不要误认为是直立岩层。若岩层倾向与沟谷方向一致,倾角与坡角也相等,则露头界线沿沟谷两侧呈平行延伸,只在上游沟谷坡度变陡处,岩层面或其它构造面横跨沟谷而出现“V”字型的露头形态(图2-41)。

图2-41 倾角与河谷坡角相同时的岩层分布形态 (D.M.Ragan,1973)

“V”字型法则对野外地质填图工作有很重要的指导意义。在填图或读图时,要注意联系周围现象,结合平面和剖面综合分析,只有充分理解地形和岩层产状的关系并进行全面的分析,才能正确理解地质界面的几何形态或在地质图上正确地表达地质界面的几何形态,才不会被局部现象所迷惑。

(三)倾斜岩层的露头宽度

倾斜岩层的露头宽度(Outcrop length)是指野外岩层出露宽度的水平投影,也就是倾斜岩层在地质图上反映的宽度。倾斜岩层的露头宽度取决于地形(坡向和坡角)、岩层产状(倾向和倾角)以及该岩层的厚度,只要其中的一个因素发生变化,露头宽度就会随之发生变化。这些因素的排列组合决定着不同情况和条件下的岩层露头宽度的大小。

(1)当岩层倾向与坡向相反时,岩层厚度和倾角不变,则一般地面坡度越缓,岩层露头宽度越宽,地面坡度越陡,岩层露头宽度越窄(图2-42A、B)。当岩层出露在陡崖峭壁上时,由于岩层的顶、底界线在平面上的投影重合成一条线,造成平面图上岩层“尖灭”的假象(图2-42C)。

图2-42 岩层厚度和倾角不变,露头宽度与坡度的关系

(2)当岩层倾角和坡面坡度不变,倾向与坡向也一定时,岩层露头宽度取决于岩层的厚度。岩层厚度越大,露头宽度也越大;岩层厚度越小,露头宽度也越小(图2-43)。

图2-43 倾角相同,坡角不变,露头宽度决定于岩层厚度;厚者宽,薄者窄

(3)当岩层产状和厚度不变时,岩层倾向与坡向相同时,岩层倾角愈接近于地面坡度角,则岩层露头宽度愈大;相反,露头宽度愈小(图2-44)。

图2-44 岩层厚度、倾角不变,倾向和坡向 图2-45 岩层厚度和地面坡度不变, 相同时,倾角愈接近坡角,则露头愈宽 露头宽度决定于岩层倾角

(4)当岩层厚度和地面坡度保持不变的情况下,露头宽度决定于岩层倾角的大小和岩层倾角与地面坡度角之间的关系。一般来说,岩层倾角大,露头宽度小;相反,露头宽度大(图2-45、图2-46、图2-47)。当岩层与坡面直交时,岩层露头宽度最小(露头宽度小于岩层真厚度)(图2-47a);当岩层倾角达到90°时(即直立岩层),岩层露头宽度近于或等于岩层的真厚度,且不受地形影响(图2-47b、图2-48);当岩层层面与地面斜坡相交的锐角由大变小时,则岩层露头宽度由窄变宽(图2-47c、图2-47d)。

(A) (B)

图2-46 露头宽度与厚度、倾角的关系 图2-47 露头宽度与岩层倾角和地面坡角之间的关系

(据D.M.Ragan,1973)

A-倾角不变,露头宽度随厚度而变化; B-厚度不变,露头宽度随倾角而变化。

总之,自然界的情况千变万化,影响岩层露头宽度的因素较多,且这些因素相互影响相互制约。因此,室内分析阅读地质图或野外填绘地质图时,要根据实际工作中具体地质构造进行综合分析,才能掌握其变化规律,得出正确的结论。

图2-48 直立岩层露头宽度示意图

四、岩层的厚度和埋藏深度 (一)岩层的厚度

岩层的厚度(Thickness)一般均指岩层的真厚度,是指岩层的两个平行界面之间的垂直

距离(图2-49中h)。倾斜岩层除了真厚度(简称厚度),还有铅直厚度(Vertical thickness)和视厚度。

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,都是视厚度(图2-49中h'),它不是岩层项、底面间的法线距离,是野外露头上直接可见的岩层厚度,其数值一般都大于岩层的真厚度。

铅直厚度就是指岩层顶、底面之间的铅直方向距离。真厚度和铅直厚度之间的关系如下图所示。它随岩层产状变化而变化,常应用于井下测算岩层(或矿层)的厚度。

地质工作中,经常要测量和使用的是岩层的真厚度。铅直厚度、视厚度与真厚度有一定的三角关系(图2-49)。

其中,岩层真厚度与铅直厚度关系是:

图2-49 岩层的真厚度、铅直厚度

h—真厚度;H—铅直厚度;h'—视厚度;

—岩层的真倾角;—岩层的视倾角

hHcos

式中:

h-真厚度;H-铅直厚度;-岩层真倾角。

根据上式知:

(1)当0时,即水平岩层,cos1,即水平岩层的铅直厚度等于真厚度; (2)当>0°时,cos的值总是小于1,故倾斜岩层的铅直厚度总是大于真厚度。 当岩层产状不变时,在任意方向的剖面上量得的铅直厚度都相等。在任意斜交岩层走向的剖面上,岩层顶、底界线之间的垂直距离(不是与岩层顶、底面垂直)都是视厚度。

岩层真厚度与视厚度的关系是:

h'Hcos式中:

hcoscos

h'-视厚度;H-铅直厚度;-该剖面方向上岩层的视倾角。

运用上式求真厚度h时,必须是在岩层厚度和真倾角不变的同一岩层中使用。 因为视倾角总是小于真倾角,所以cos也总是大于cos,故视厚度也就恒大于真厚度。

对比上述三种厚度的关系,可以看出在同一露头真厚度最小,视厚度次之,而铅直厚度

最大,即:

h在地质工作中,经常需要测量和使用的是岩层的真厚度。因铅直厚度、视厚度和真厚度有一定的三角关系,所以已知岩层的真厚度和真、视倾角,铅直厚度和视厚度即可用三角公式求出。

在地质调查中,为了研究某地区地层的发育情况、地质构造的特征及矿产分布规律时,除了对地层的岩性、化石、时代和接触关系等方面进行详细的观察和研究外,还需要测制一系列的地层剖面,并进行大量的岩层(或矿层)厚度的计算工作;在油气田勘探和开发过程中,为了计算油气储量,也需要对含油、气、水层的厚度进行测算。由于剖面位置、岩层产状及工作条件不同,岩层(或矿层、储油层)的厚度的测算方法也不相同。例如,在野外地质条件下使用剖面丈量法;在钻井地质条件下使用井斜井深法;在地震勘探条件下使用时速差距法。

对于倾斜岩层厚度的测算方法比较复杂,一般是通过量测如下数据来进行确定:(1)地形(包括地形坡度和坡向);(2)岩层产状(包括倾向和倾角);(3)岩层出露宽度。由于这三大因素多变,岩层的厚度和对厚度的计算方法也不相同。

下面就从最简单的情况开始阐述测算岩层厚度的方法。 (1)直接在野外量测厚度

当野外露头剖面与岩层走向垂直时,也就是在垂直于岩层走向的陡崖上,或者在直立岩层的地面近水平时,岩层(或矿层)的厚度可以在露头上用皮尺或钢卷尺直接测量得到。当然,这都属于特殊情况,一般很少遇到,大多数情况下都难于量出。

(2)根据钻孔资料计算

当有钻孔资料时,已知岩层的铅直厚度H和岩层产状(主要是倾角)时,可用下面公式简单计算真厚度h(图2-49)。

hHcos

(3)野外实测

在大多数情况下,岩层厚度往往通过野外地面露头的实测剖面进行测算求得。通过野外的实测剖面,可以取得的数据有:岩层露头长度(L)(即在剖面线上岩层顶面到底面的实际距离);导线上地面的坡度角();岩层的倾角();岩层倾向与剖面方向之间的夹角()或岩层走向与剖面线之间的夹角()等。根据上述数据,就可按照图2-50的不同情况,选用相应公式计算出岩层的真厚度(h)和铅直厚度(H)。所谓不同情况归纳起来有下面几种:

1)剖面线的方向与岩层走向的关系,是直交或是斜交的; 2)岩层的倾向与地面坡向是同向或是反向;

3)岩层的倾角与地面坡度角是前者大于后者,或是前者小于后者。

图2-50 倾斜岩层的厚度测算公式及图解

图2-48中是最复杂情况下求算岩层真厚度的列昂托夫斯基公式,可归纳如下:

hL(sincossinsincos)

HL(tgcossinsin)

式中的“±”号视情况而定,当地形坡向与岩层倾向相反(逆向坡)时,取“+”号;当地形坡向与岩层倾向相同(顺向坡)时,取“-”号。计算结果是负值时,取其绝对值。

4)赤平投影法

利用赤平投影法也可较迅速而简便地求算岩层厚度。

(二)倾斜岩层的埋藏深度

测算岩层(或矿层)深度,是了解岩层(或矿层)在地下的分布情况,研究地下构造和进行勘探设计以及对矿产储量计算不可缺少的工作。

所谓岩层的埋藏深度(图2-51中AC)是指从地面某一点到所测岩层(目的层)顶面(或底面)的铅直距离。一般是根据岩层的已知点到测深点的距离、两点间的高差和岩层产状要素等数据来进行计算。由于地面有高低起伏变化,求埋藏深度的方法也不同,具体有如下几种情况:

如图2-52所示,地面平坦(近于水平)时,埋藏深度取决于岩层倾角()与求深度点和

岩层出露线(顶面或底面界线)之间的水平距离(L)。在垂直岩层走向的剖面上,采用下式计算埋藏深度:

图2-51 岩层的埋藏深度示意图

DLtg

式中:

D-岩层埋藏深度;L-求深度点与岩层出露线之间的水平距离;-岩层倾角。 当地面有起伏变化时,埋藏深度除受水平距离(L)与岩层倾角()影响外,还与求深度点与出露点之间的高程差(h)有关,在垂直岩层走向的剖面上有下式计算:

DLtgh

当求深度点标高较出露点标高高时(2-52B),用“+”号;当求深度点标高较出露点标高低时(图2-52C),用“-”。

上述若剖面线不垂直岩层走向时,真倾角()应换算成该剖面上的视倾角('),然后再代入公式计算。

图2-52 求岩层埋藏深度

本章要点总结:

1、水平岩层的概念与特征;

2、产状三要素:走向、倾向、倾角的概念及在地质图中如何求取;

3、倾斜岩层的概念及地质界线的平面投影特征(“V”字形法则),注要掌握“V”字形法则在地质图中的应用,即如何运用该法则判断岩层产状;

4、直立岩层的概念与特征;

5、岩层厚度的相关概念:厚度、铅直厚度、视厚度、埋藏深度、露头宽度; 6、岩层厚度和埋藏深度的计算方法,掌握如何在地质图中求取岩层厚度; 7、岩层露头宽度。

习题及思考题

1、什么是沉积岩的原生构造?它有哪些主要类型?

2、层理有哪些类型?怎么识别层理?层理、岩层、地层是同义词吗?它们有什么区别? 3、如何利用原生构造确定岩层顶、底面?

4、什么叫岩层产状?有哪些要素?试说明它们的含义和相互关系。 5、怎样测量岩层产状?产状的记录方法有哪些在地质图上如何表示? 6、试比较说明水平岩层、倾斜岩层及直立岩层的基本特征。

7、为什么各地岩层的产状会不同?为什么有些地方以水平产状为主?不同的产状所反映的构造变动强度怎样?

8、何谓真倾斜和视倾斜?真、视倾斜各有几个?真、视倾斜的关系怎样? 9、你能理解下列规律吗?

(1)在野外顺岩层倾向观测,若层序正常,岩层时代将越来越新,如果层序倒转则越来越老。请绘出相应的示意剖面图。

(2)当岩层倾向于地面坡向一致,但岩层倾角小于地面坡度角时,顺岩层倾向观察,若层序正常,所观察到的地层时代会越来越老。

10、在“V”字型法则中,假设岩层以位于层面上的水平轴旋转,那么,当岩层由水平旋转至倾斜,再旋转至直立,岩层的出露界线将会发生怎样的变化?

11、在地质图上,岩层的露头形态和宽度要受哪些因素影响? 12、何谓岩层的埋藏深度?举例说明如何测算岩层的埋藏深度。

13、下图中都是地形地质图,虚线为等高线,实线为地质界线。试用“V”字型法则分析和确定岩层的产状,并用产状符号标出。

(13题)

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