Question

地层及形变是什么？

Answer 1

地层是一段地质时期内形成的沉积岩层的统称。地层的含有物及特征是地质历史的记录，它具有时间性和空间性。地层的时间性是指某一地层是在一定的地质时期内形成；地层的空间性是指地层特征的纵、横向变化都表明其形成时的古地理条件的变迁。

地层形成之后，在地球的内动力地质作用（主要是地壳运动）下，会形成各种形变（如褶皱和断裂），称之为地质构造。石油和天然气在地层中形成，在地层中运移，又保存于一定的地层地质构造之中，形成油气藏。因此，研究油气的生成与聚集，必须研究地层及其形变。

一、地层

研究地壳上的地层，首先应明确地层的新老关系，建立地层系统。

（一）地层系统建立的依据

1．地层层序律

地层层序律是指在正常情况下，先沉积的地层在下，后沉积的地层在上，即下伏地层比上覆地层老的自然顺序。这里“正常情况下”是指地层形成之后未受到严重的地壳运动而发生倒转。

2．化石层序律

化石是指保存在地层中的古代生物的遗体或遗迹。由于生物的演化具有从低级向高级、从简单向复杂进化的方向性，以及不可逆性和阶段性的特点，因此，在同一地区不同的地层中应含有不同的生物化石，而在不同地区含有相同的生物化石的地层则应属同一时代形成的地层，这就是化石层序律。

3．地层的接触关系

空间上紧密相邻且形成时间不同的两套地层间的接触关系有两种：

（1）整合接触：上、下两套地层连续沉积或基本上连续沉积，其间没有显著的沉积间断或仅有过短暂的沉积间断；在地层产状上，上、下两套地层彼此平行或大致平行。它标志着地层沉积期间，地壳持续稳定沉积，而没有产生较长时间的沉积间断。

（2）不整合接触：上、下两套地层为不连续沉积，其间存在着较长期的、明显的沉积间断，即在沉积间断时期不仅没有接受沉积，还受外力的剥蚀作用，造成两套地层间具有一个明显的风化剥蚀面，称为“不整合面”。

不整合接触是地壳经过较为剧烈的运动造成的。根据地壳运动的性质与强度，可分为平行不整合和角度不整合两类接触关系（见图2-2）。

图2-2　地层接触关系示意图

平行不整合（又称“假整合”）：上、下两套地层间虽有不整合面（假整合面）的存在，并有地层缺失现象，但是两套地层的产状表现为彼此一致或基本一致。它表明了地壳的升降运动。

角度不整合（又称“不整合”）：上、下两套地层间，具有地层缺失和不整合面的存在，同时两套地层的产状明显的角度相交。它表明地壳不仅明显地升降，而且还发生了水平方向的运动（产生过褶皱和断裂变动）。

（二）地层系统与地层单位

根据地层层序律和化石层序律，结合地层接触关系，人们通过对全世界各地区地层剖面的对比和整理，现在已经相当精确地建立起地区上生物发展的历程和地层形成的层序，已经建立起一个统一的地质年代表和完整的地层系统表，见表2-2。

地球上所有的地层据其新老关系分为三个宇：显生宇（PH）、元古宇（PT）、太古宇（AR）。宇内分界，界内分系，系内分统。与地层单位宇、界、系、统相对应的地质年代单位称为宙、代、纪、世。“世”可进一步分“期”。地层系统单位是地质年代分期的物质表现，它具有空间性，而地质年代单位是时间性单位。

宙、代、纪、世、期都是相对地质时代单位。地层确切的形成时间是通过其放射性同位素半衰期的测定来确定，常以“百万年”为单位，这是绝对地质年龄。

2005年我国第三届全国地层会议通过的《中国地层指南及中国地层指南说明书（修订版）》，对我国区域或地方性的地层划分和地质年代作了统一规定，此处不作展开。

二、地层的形变——地质构造沉积地层形成后，由于受地壳运动（垂直或水平运动）的影响，岩层会受到各种内应力（张应力、压应力和剪应力）的作用而发生形变。岩层形变过程可分为三个阶段，即弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂变形阶段。当岩层受力作用而处于塑性变形阶段时，岩层将形成各种形态的弯曲；当岩层受力超过其破裂压力时，岩层将产生不同方向的破裂。我们称前者为褶皱，后者为断裂，它们是地壳上岩层受力产生形变后最常见的地质构造。

油气勘探和开发实践证明：地质构造是油气运移、聚集和保存的基本地质条件之一。

表2-2　地层（地质）年代表

（一）地质构造的研究图件

常用来表示地下地质构造特点的图件有构造等值线图和构造横剖面图。

1．构造等值线图

构造等值线图（简称“构造图”）是用构造等值线表示地下某一岩层层面的起伏状况的平面投影图，见图2-3（a）。其方向一般是上北（N）、下南（S）、左西（W）、右东（E）。相邻的两条等高线间的高程差称为“等高距”。等高线密集时岩层层面陡，稀疏时缓。对于褶曲岩层来讲，若等高线闭合，且由外向内，等高线高程由小变大，表示岩层向上弯曲；反之，岩层向下弯曲。构造等值线图通过钻井、物探资料绘制。

2．构造横剖面图

构造横剖面图（简称“剖面图”）是沿某一构造一定的方向上，用一定的地层符号表示地下若干个岩层及特征的剖面图，见图2-3（b）。横剖面图也可以通过钻井、物探资料绘出。

图2-3　构造图与剖面图（二）褶皱构造

地壳的升降或水平挤压运动都可以使岩层发生向上或向下的连续弯曲，并永久保留于地层中，这种弯曲的岩层称为褶皱。岩层的每一个弯曲（向上或向下）称为褶曲。褶曲有背斜、向斜两种基本形式，见图2-4。

图2-4　褶曲的基本类型

1．背斜

背斜是岩层向上的一个弯曲；核心处的地层较老，两翼地层新；两翼地层倾向相背（倒转背斜例外）。背斜在地表露头表现为地层对称性的重复，且由核部向外地层时代变新；在构造图上表现为构造等高线闭合，且由外向内，构造等高线高程增大。

2．向斜

向斜是岩层向下的一个弯曲，其核部地层较新，翼部地层较老；两翼地层倾向相向。向斜在地表露头和构造图上表现特征与背斜相反。

（三）断裂构造

若岩层所受应力超过了岩层的破裂强度，岩层便断开，即形成断裂构造，断开的面称为断裂面。根据断裂面两侧岩层的位移情况，可将断裂构造分为裂缝（节理）和断层两种。

1．裂缝（节理）

断裂面两侧岩层未发生明显相对位移的断裂构造，称为裂缝。裂缝常形成于脆性岩层（如碳酸盐岩）之中。定向排列及组合有规律的裂缝，称之为节理，这种裂缝面称为节理面。节理常将岩层切割成形态规则的几何体。据力学性质可以将裂缝（节理）分为两种类型：

（1）张裂缝（张节理）——是指由张应力（大小相等、方向相反的一对拉伸应力）形成的裂缝。其特点是：裂缝面垂直于张应力；常张开（或开口），也可被其他矿物（如方解石）充填；裂缝面粗糙、锯齿状、无擦痕；裂缝面常绕岩层中颗粒（如砾石）而过；常形成于背斜构造的顶部和倾伏端。

（2）剪裂缝（剪节理）——是指由剪切应力形成的裂缝。其特点是：裂缝面闭合，平直光滑，可有少量擦痕；裂缝面可切割岩层内颗粒；成对出现，呈共轭“X”形，其两组剪裂缝的较小交角（约60°）的平分线方向为最大压应力方向；常见于褶曲中，通常为斜交褶曲轴线或平行褶曲轴线，成对出现。

2．断层

断层是指断裂面两侧岩层有明显位移的断裂构造。岩层发生相对位移的破裂面称断层面。断层面与地面的交线称断层线（油田地下指某岩层层面与断面交线在水平面的投影线）。断层面两侧的岩块称断层的两盘。在断层倾斜时，位于断层面以上的一盘称为上盘，位于断层面以下的一盘称为下盘。相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。两盘沿断层面相对移动的距离称为断距。

根据断层两盘相对移动性质可将其分为：

（1）正断层。上盘相对下降、下盘相对上升的断层，称为正断层。正断层是由张应力或重力作用形成。其组合形式有：

地堑和地垒——由两条以上的正断层组成，两条相邻的正断层倾向相对，中间共用盘相对下降，形成地堑；若两条相邻断层倾向相背，中间共用盘相对上升，形成地垒，见图2-5。

图2-5　地堑和地垒

阶梯状断层——由数条大致平行、倾向一致、呈阶梯状排列的正断层组成，见图2-6（a）。

图2-6　阶梯状断层和叠瓦状断层

（2）逆断层。上盘相对上升、下盘相对下降的断层为逆断层。逆断层是由水平挤压应力形成。断面倾角小于45°的逆断层称为逆掩断层；小于25°的逆断层称为碾掩断层；大于45°的逆断层称为冲断层。其组合形式主要有叠瓦状断层，见图2-6（b）。

（3）平移（推）断层。两盘沿水平方向相对位移的断层为平移（推）断层。平移（推）断层是由剪切地应力作用形成。断裂构造，尤其是裂缝，可以作为油气的储存空间。生油层中的微裂缝可以作为油气向储集层中运移的通道。封闭性断层可以成为圈闭的遮挡条件，形成断块油气藏。但在油气藏形成之后，地壳运动形成的断层又会破坏油气藏。