底辟构造
出处:按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第576页(3181字)
为地下深处低密度高塑性体在重力差异的情况下向上运动并刺穿上覆岩层的一种特殊的地质现象,传统概念为产于地应力拉张环境,现在认为也可在挤压和剪切环境形成。
底辟构造可进一步分为盐、地幔、岩浆岩、变质岩和混杂岩底辟等多种成因类型,并涉及与油气、盐和石膏、铅锌多金属等多种矿田(床)的形成和制约以及影响有关水文、工程、环境、灾害地质和基础地质理论等多方面的密切关系。1980年3月伦敦地质学会在伯利兹大学组织了底辟作用和重力构造的国际讨论会,1990年12月由联合国科教文组织资助在伊朗阿巴斯港举办了200多人参加的国际底辟构造会,取得底辟构造研究的重大进展。
底辟构造一般分3部分:(1)底辟核为高塑性体,常呈复杂的塑性变形;(2)核上部分为穹窿或短轴背斜,多被断层所复杂化;(3)核下部分较简单。盐底辟构造又称盐丘构造,为底辟的主要和常见类型,中央有盐栓,呈等轴或他形,直径约1~2km,为地下深处(5~10km)的母盐层上拱刺穿上覆围岩形成。
盐栓上有帽岩,为不易溶解的蒸发岩矿物富集所致,与周围地层呈陡壁接触,因而可引起重力和反射地震等物探异常。伊朗扎格罗斯地区分布有180多个盐栓,赋存盐栓的杂岩体主要由石盐及石膏组成。
1962年,兰伯格(H.Lanberge)开始进行其着名的模拟底辟构造研究并将其模型应用于解释造山带内大型构造成因。同时运用板块运动基础上的水平构造观点和底辟作用有关的垂直构造观点,使构造地质学出现了一场革命。
狄克逊(Dixon)和萨默斯(Samas,1975)根据模型试验的各种底辟形态预测了应变形式,论证了由干涉所造成的应变强度变化及应变椭球体K值变化。
盐底辟发育过程中,一般经历了早期拉张和晚期挤压造山环境,珀特威索特(V.Bertvesote,1980)认为突尼斯盐丘产于早期拉张环境,并平行于基底断层延伸。近年来一些学者逐渐认识到剪切力对盐底辟形成起重要作用,陈郁华(1990)在中国新疆库车盆地发现大多底辟构造的形成受南北向及区域扭应力控制。卡内罗特(J.Karnellote,1990)对法国西比利牛斯、西班牙伊比利亚及摩洛哥西阿特拉斯扭断层边缘盐底辟和地球动力学演化进行了研究,对比伊朗扎格罗斯盐底辟构造特征,发现其共同规律:底辟过程涉及萨布哈(Sebkha,即潮上盐坪)型沉积;基底断裂起作用;阿尔卑斯膨胀期上升运动穿时性,;蒸发岩后盖层普遍析离;隔开宽的向斜窄脊下沉;挤压单位叠加在膨胀盐底辟上。
从而合理划分盐底辟过程的4个阶段:盐枕(蒙考型),盐底辟的脊与基底断裂相结合;背斜(阿罕萨斯和博斯门迪特型),三叠系蒸发岩刺穿两个副构造中的侏罗系盖层;侵入盐丘(利钱居门迪型),盐构造强烈角砾化;刺穿岩栓(罗基亚格型),蒸发岩向上侵入到赛诺曼复理石沉积物中。这与科克尔(F.Cocker,1990)对德国西北部盐底辟演化特征和卢瑞甫(1990)在中国西部划分的形成盐丘构造3个阶段也是相适应的。达沃扎代赫(M.Dawozadeher,1990)认为盐底辟与温度关系极大,盐埋深7000m,即可达底辟所需温度,205℃以上盐具可塑性,反之盐埋藏浅温度低很难形成底辟。弗斯特(M.Forster,1990)通过卫片研究了扎格罗斯山东南走滑断层与底辟的关系,沿着断裂及伴生的剪切带使邻近岩石碎裂运至陆表。他还将盐栓分为3类:不活动盐栓,通常被不同时代漂砾覆盖的负地形;活动盐栓,穹窿状,地下盐的供给速率大于风化剥蚀速率;未裂口盐栓。科伊(H.Coy,1990)对盐底辟上升速率还作过模拟,在不同地区和不同环境速率各不相同。
彼德森(Bedeson)对丹麦盆地中的巴图姆和莫斯盐底辟进行过计算,其最小和最大纯垂直增长分别是735m和1297m以及314m和885m,K2的最大净增长率为7.78cm/1000a。
现在大陆裂谷、大洋中脊及拉张盆地的研究越来越多地涉及到地幔底辟,并可进一步分为科马提岩、蛇绿岩、二辉杆榄岩-榴辉岩杂体等不同底辟亚类。
赫格达斯(Г.Heagedas,1990)对喀尔巴阡山潘诺尼亚盆地进行深震反射、折射、大地电磁等探测,证实盆地陆壳很薄,莫霍面仅20~27km,比周围高出20km,软流圈明显抬升。
泽克(H.P.Zenke,1990)等利用地幔底辟上升/剥蚀速率值为5~10km/Ma。
尼古拉森(Licholason,1980)认为地幔的快速抬升可能会发生局部爆炸,可产生金伯利岩及大的隐伏穹窿,例如维尔迪福特。
岩浆岩底辟以花岗岩原地气球式底辟概念,迪芬巴赫(K.Difenbahu,1990)模拟了花岗岩的形态与密度、粘度的演化关系,并计算了来自上地幔的基性岩浆侵入到下地壳产生深熔花岗岩熔融体,由于浮力对流出现混杂作用,混杂块状和尖棱角砾岩可视为侵位期间气球式上升的佐证。
同时他提出韧性剪切带代表了底辟上升与向下流动边界岩石之间的垂直运动。
拉默雷尔(B.Larmenal,1990)研究了亚平宁和阿尔卑斯山的陶恩构造窗,指出大洋和大陆变质岩受重力驱动抬升底辟的实例。萨布泽海(M.Sabzenhai 1990)认为由于盐或蛇纹岩体的底辟而重新活动的流体相中的离子活动性,特别是钠活动性,对高压低温的变质组合形成起了关键作用。斯托克林(J.Storking,1990)认为伊朗莫克兰地区混杂岩穿刺到弱褶皱的第三纪地层,缺少任何优选方向。
很早以前人们发现扎格罗斯山、波斯湾、科威特及中东许多油气田与盐底辟关系密切,形成油气圈闭。盐底辟增长速率对碳氢化合物保存有重要影响,适当的上升速率及较厚的盖层对油气储存有利。
而且盐底辟环境是石油和铅锌硫化物聚集的理想场所(F.Gerzebin 、J.J.Ogaiwal,1990)。弗斯特(H.Forster,1990)对伊朗中部火成岩底辟与铁矿形成关系作了探讨,由火口沉陷组织的环形地堑内的火山通道中有正长岩、角闪岩、磁铁矿、磷灰石组合,铁矿储量达7亿吨,为上地幔暗色霞石岩质岩浆液态不混溶性和极端分异的产物,磁铁矿是以“浮石”形式运移生成的。
近年来对底辟构造的研究,特别表现在底辟构造与矿产资源(油、气和有色金属)关系;地幔底辟与造山带及盆地成因;地幔、盐、岩浆底辟与诱发地震;盐底辟与水、工、环、灾害等关系以及底辟与基础地质理论等方面的研究等,中国还存在一定差距,许多有关的科研领域有待深入探讨与开发。
。【参考文献】:1 Coward M P. Journal of structural geology,1981.3(1)
2 Proceeding of symposium on diapirism with special reference to Iran, 1990,1~2
3 Jackwon P A et al. Salt diapirs of the great kavir Central I-ran.1991 ,1~2
4 曲国胜.国外地质科技,1992,4:1~17
(安徽省地质矿产局刘湘培教授撰)