第三章 构造样式与运动学分析(6)

2019-08-31 18:06

第三章 构造样式与运动学分析

坪盆地等。这些盆地多为与正断层作用有关的伸展断陷盆地,并形成典型的断陷半地堑盆地结构。如宁明盆地、上思盆地和沙坪盆地呈线状分布于宁明-沙坪断裂带上,它们的形成与该断裂带在新生代的伸展断陷活动有关,主控盆断层位于盆地的北侧,也形成了典型的半地堑式伸展断陷盆地结构,沉积与沉降中心位于盆地的北侧(图3-26)。从图中可以明显的看到,上思盆地以宁明~上思~沙坪断裂为北部边界不对称发育,并不整合叠置在侏罗系之上,沉降中心靠近断层一侧,具典型的半地堑模式。

三、反转和多期反转构造

反转构造可分为正反转和负反转构造(图3-27)。正反转构造指先存的伸展构造系统形成一系列正断层及半地堑系、地堑系组合,然后受到后期挤压再活动,形成褶皱和逆冲构造。这种先伸展、后挤压的叠加或复合构造称作正反转构造。正反转构造的组合类型可以是多样的,由简单到复杂,包括复式褶皱、叠瓦冲断系、对冲和背冲组合、双重冲断层系等。沿冲断层还常常有与断层相关的褶皱构造伴生,如断弯褶皱和断展褶皱。与此相反,如果早期为挤压逆断层活动、晚期为伸展正断层活动则被称为负反转构造。

本区在晚古生代发生了多幕伸展裂陷作用,其中较强烈的裂陷阶段发生于泥盆纪和晚二叠世—早三叠世,与此相对应,裂陷盆地边缘的控盆断层发生了明显的同生正断层活动,这些同生正断层活动的地方现今主要表现为强烈而快速的浅水台地—深水盆地的相变带,同时还发育同沉积的滑塌角砾岩或砾屑灰岩。这些同沉积伸展正断层在印支晚期—燕山期,与裂陷盆地一起发生了强烈反转,因而形成了正反转构造。这些正反转构造带主要沿第一章所述的深大断裂带分布,在深大断裂带的控盆作用与形成演化章节中已进行了论述,这里省略。

多期反转构造是正反转构造和负反转构造相组合的复合构造。这些构造一般表现为:在晚古生代发生多幕伸展裂陷作用时,发生明显的同生正断层活动,并形成伸展半地堑构造;印支-燕山运动时期,发生强烈的构造正反转作用,沿断层形成挤压性的逆冲-褶皱构造;在新生代时期,沿断裂带又发生正断层活动,使 主断层带现今常表现为正断层性质。如宁 明-上思-沙坪断裂带可能为多期反转构 造,其在晚二叠世至早三叠世可能表现为 同生正断层性质,控制了沉积岩相及厚度 的变化;印支运动时期发生了正反转活动, 形成挤压褶皱与逆冲构造;其后,在燕山 运动时期再次发生挤压逆冲活动,导致宁 明、上思等新生代盆地之下的侏罗-白垩 系地层逆冲抬升,大量遭受剥蚀;其后,

在新生代沿断裂带发生负反转活动,形成

宁明、上思等沿断裂带线状分布的新生代

图3-27 反转构造的类型 伸展断陷盆地,其下与遭受了大型剥蚀的

侏罗系呈角度不整合接触。

第四节 平衡剖面与构造运动学特征

平衡剖面源于50~60年代的石油工业,加拿大的Calgary是它重要的发源地。所谓平衡剖面是指可以把剖面上的变形构造通过几何原则全部复原的剖面(Elliott, 1983)。

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第三章 构造样式与运动学分析

剖面的平衡与否关系到地质或地震解释的正确与否,一条不平衡的剖面其地质解释肯定是错误的,其错误的主要原因是断层形态及其组合方式的错误和地层标定方面的错误等。而一条平衡的地质剖面更容易接近真实的地质内容、更有可能作出合理的、让人接受的地质解释。通过制作盆地内或造山带上关键部位的平衡剖面可以直观而较真实地反映其构造样式及发育演化史。另外,复原剖面和变形剖面必须同时建立。如果一条剖面能够被复原至未变形的状态,那么它就是一条合理的剖面。一条平衡的剖面能够反映真实的地质构造,绘制一条平衡的地质构造剖面,需要以下几点:①选择剖面线:剖面的平衡方法要求剖面线平行于逆冲运动的方向,通常是用区域构造线的平均走向来确定。一般所选择剖面线要垂直于主要断层、主体褶皱的走向。②计算基底深度:剖面的下部边界是在最下面的逆冲席之下的未变形原地基底。基底的深度可用地球物理方法、钻井资料或逆冲席中地层柱的地表厚度计算出来。

根据Dahlstrom平衡剖面的原则,确定本区的工作原则为:(1)剖面中主要标志层(强硬层)的长度保持一致,若标志层的长度不一致,则其中必有断层或滑脱面;(2)断层一盘中的地层应在另一盘地层中找到对应层,并沿同一断层的断距应相等;(3)断层向上切割地层,一般是老地层逆冲于新地层之上,断面一般向下变缓,最终交会于主滑移面上。因此,首先要结合区域地质资料分析区内构造层及滑脱层的分布及性质。上一节地震剖面解释中对构造层已进行了划分,下面主要分析滑脱层的分布及性质。

一 、滑脱层

在不同构造层和不同构造层次、不同变形强度的岩层之间,往往存在着调节变形的滑脱层系。在本区,这种滑脱层系的发育及构造作用更加明显。本区滑脱层的发育与岩层的能干性有着密切关系。能干性包括岩石本身的机械性能(软、硬、脆)和外力作用下表现出来的力学性质(弹性、抗压、抗剪等)。在外力作用下,能干性强的岩层(能干层)多以产生断裂、节理为特征的脆性变形为主;能干性弱的岩层(非能干层)则以褶皱或逆冲—褶皱、滑脱为特征的塑性变形为主。区域性的滑脱层主要发育于区域性的非能干层中。

(1)浅部滑脱层:从野外地质构造剖面和构造特征分析,并结合地震剖面构造解译,上三叠统-白垩系构造层的底部(一般位于上三叠统底部或侏罗系底部),可能是一个重要的浅部构造滑脱层。

在盆地的东部凹陷内,滑脱面上构造层的侏罗~白垩系红色地层发生平缓的褶皱,而滑脱面之下的海相碳酸盐岩构造层因遭受印支运动剥蚀,呈一向SE向减薄的楔体,构造变形较弱,可见对冲逆断层形成局部的对冲构造,是早期印支挤压变形的产物。根据万参-1井钻井资料揭示,侏罗系红层直接覆盖在石炭系地层之上。

在盆地的西部凹陷内,陆相沉积盖层的构造滑脱现象明显,但因无钻井资料控制,滑脱面之下晚古生代至早、中三叠世海相碳酸盐岩地层发育特征以及构造形变特征不甚清楚,地震反射特征表明中间海相碳酸盐岩构造层有冲断构造发育,推测与下部褶皱基底发生了构造滑脱。

(2)中部滑脱层:根据野外地质观察和地震剖面解释,下二叠统和上二叠统或三叠系之间是中部层次的一个重要构造滑脱界面。从野外地质构造特征来看,三叠系的变形是强烈而复杂的,而上古生界的变形总体上要简单、平缓一些,显示了两者之间的变形不协调;而且,三叠系与下伏地层之间顺层断层发育的频率高,规模也较大,说明了其滑脱构造的存在性;地震剖面的解释则更有力地说明了该滑脱面的存在。此外,石炭系下部或石炭系与泥盆系之间可能存在着局部局部滑脱面。

(3)下部及深部滑脱层:地震剖面解释还揭示,下部构造层次的上古生界底部(或泥盆

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第三章 构造样式与运动学分析

系底部)与下古生界(或寒武系)之间也是一个重要的构造滑脱面。从野外构造变形特征来看,一些深水-次深水相的泥盆系变形强烈,而下古生界并未见参与其变形,反映了它们之间滑脱构造的存在。而作为盆地基底的寒武系,在研究区的零星出露与隆升及伴随的变形,可能反映在寒武系底部存在深部的构造滑脱面。

二、平衡剖面的构造特征

(一) 凭祥逆冲-推覆构造

凭祥逆冲推覆构造逆冲断层总体呈向北西方向突出的弧形,飞来峰及构造窗群出现在弧前方,根据弓箭式结构,确定其逆冲方向为北西310°左右。凭祥逆冲推覆构造总体变形特征有自根带-中带-锋带-外缘带减弱的趋势,说明往根带方向的逆冲岩席形成早而往锋带方向的逆冲岩席形成较晚;根据逆冲位移的计算,单一逆冲断层位移的总趋势是从前陆向后陆增加;这些特征说明其扩展方式为前展式。逆冲推覆构造逆冲岩席最老地层为上泥盆统,没有基底地层的卷入,推测泥盆系与寒武系之间的不整合面为主要的滑脱面(图3-28)。平衡剖面编制表明,剖面变形后的长度为9.025km,剖面总缩短量为4.5km,剖面总缩短率为33%。

图3-28 凭祥逆冲-推覆构造平衡剖面图

(二) 那隆~康熙岭地质剖面的平衡(见图3-29)

该剖面综合了最新地质综合解释剖面和地震地质解释剖面的成果,以能干性高的泥盆系为标志层进行绘制的,可用关键层法平衡,是一条能较为客观反映研究区构造特征的大剖面。剖面全长153.5公里,其浅部特征在本章第一节已详细的描述,这里不再累述。下面就剖面上反映的滑脱层、构造样式和运动学特征加以说明,因主干断裂的特征在前面已详细的介绍过了,在本节不再描述。

1.滑脱层

在上面提到的滑脱层,在该剖面都有反映。在那隆~岜桑和那芦~宁明沙坪断裂深部滑脱非常明显,寒武系为褶皱基底,泥盆系不整合在其上,在那隆~岜桑段,北西段那隆附近多为正断层接触,而南东段岜桑则为逆断层接触,整体表现为向岜桑断层旋转逆冲,中、上泥盆统为台地相灰岩,孔隙度较小,而下泥盆统为底部碎屑岩,孔隙度较大,容易形成超静水压力,使得大范围的滑移成为可能;在那芦~宁明沙坪断裂段,泥盆系双冲滑脱,从其展布样式来看,应

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第三章 构造样式与运动学分析

为后展式。中部滑脱在公正~南屏断裂表现较为明显,滑脱层面位于上、下二叠统之间,表现为上二叠统~中三叠统构造层向北西逆冲,在地表为公正向斜;上部滑脱层在龙楼~那垌之间最为明显,上三叠统沿中三叠统背冲滑脱。综上所述,对全区起主要作用的滑脱面为深部滑脱层,中、浅层次的滑脱层对十万山陆相盆地的发展则作用更大。

2.构造样式

为了叙述方便,从北西侧向南东侧介绍剖面中反映的构造样式。在凭祥~东门断裂北西侧为崇左复式向斜段,由于受到断层破坏,该向斜在地表地层接触关系上则变得十分复杂,但从深切剖面中可清楚的看到,向斜的核部位于渠透一带,两翼不对称,北西翼宽缓平直,虽然受到断层的强烈破坏,但在渠黎、大姑山一带仍可看到向斜北西翼中发育的次级褶皱,由于岩层的能干较强,在这些次级褶皱的核部或转折端多有冲断层活动,从而调节变形特征;向斜南东翼位于十万山陆相盆地的底部,因受东吴运动到印支运动之间长期剥蚀而变得不是很完整。因为万参一井中反映,侏罗系与石炭系直接接触,所以有人认为在盆地中部存在一个古隆起,并提出“两凹夹一隆”的模式,即在盆地的北西侧和东南侧各存在一个沉积中心,笔者认为万参一井中反映的现象可能是因向斜南东翼抬升遭受剥蚀,后又下降接受侏罗系沉积,万参一井正好位于两地层截切的楔型地带,即使存在中部隆起也不在这一带。在凭祥~东门断裂南东侧至台马岩体为十万山复式向斜,核部位于那琴一带,北西翼主要由侏罗系地层组成,发育完整,不整合在下伏各地层之上,南东翼因受宁明~沙坪断裂的破坏,绝大地方缺失上侏罗统及以上地层,下伏三叠系和上二叠统为楔型地层,它们之中发育有背冲、对冲和叠瓦扇等挤压构造样式。在扶隆~小董断裂东南侧为钦防断褶带,钦州~灵山断裂以叠瓦扇的形式向北西推挤,因挤压挠曲为上二叠统的巨厚沉积创造了积空间和剥蚀源区。

3.运动学特征

加里东运动形成寒武系褶皱基底,造成它与其它地层在绝大多数地方(除钦防一带)不整合接触;东吴运动造成盆地北部挤压褶皱,形成崇左复式向斜和与之相伴生的同生断层,在盆地南部钦防一带,钦州~灵山断裂向北西推挤,挤压挠曲坳陷,形成晚二叠世地层的巨厚复理石沉积;印支期造成晚三叠世地层呈楔型展布,台马岩体此时侵入;燕山运动造成宁明~沙坪断裂上盘侏罗纪和白垩纪地层的抬升剥蚀。

以泥盆系地层作为标志层进行变形前后的对比,变形后的剖面长度为151.1公里,变形前的恢复剖面长度为180公里,缩短量为28.9公里,缩短率为19%,在局部地区变形更为强烈。

综上两条平衡剖面特征,本区深、浅层构造总体变形缩短率一般为19%~33%;具有多层次滑脱构造特征,深、浅层构造不吻合,但具有一定的内在联系与构造关系;一般来说,浅层次的构造变形更为强烈一些,局部强烈变形地区的变形缩短率可达40%左右(如板昌逆冲推覆构造);而在一些较大型的晚古生代稳定台地区(如西大明山隆起),其变形相对较弱,推测其变形缩短率小于总体平均缩短率。从挤压缩短的运动方向来看,研究区大致为由南或南东指向北或北西方向的挤压逆冲与缩短位移。

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第三章 构造样式与运动学分析

图92-3~隆熙平康岭构剖衡造52

图面


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