不整合的观察、研究及地质意义
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发布时间：2022-04-29 07:54
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时间：2022-06-24 13:18
地层不整合接触是研究地质发展历史及鉴定地壳运动特征和时期的一个重要依据。在岩石地层学上也是划分地层单位的依据之一。研究不整合在空间上的分布和类型的变化情况，有助于了解古地理环境及其变化。不整合面及其上、下相邻岩层中，常形成铁、锰、磷及铝土矿等沉积矿床（图2-34）。不整合也是构造上的一个软弱带，常成为岩浆及其他含矿流体的活动地带，有利于形成交代型或填充型的内生矿床（图2-35）以及次生富集矿床。同时，不整合对油、气和地下水的储集也具有重要意义。因此，在野外工作中，必须系统地收集有关资料，对不整合进行系统地观察和分析研究。
图2-34 华南某锰矿床剖面示意图
1—砂岩；2—石灰岩；3—沉积锰矿床；4—千枚岩；5—铅锌矿；6—正断层
图2-35 山西某铜矿床剖面示意图
不整合面下黑色区域表示铜矿
1.确定不整合的存在
地壳运动往往引起地表自然地理环境的变化，从而影响到沉积、成岩作用的变化和生物界的演化，同时，地壳运动与岩石变形、岩浆活动及区域变质等地质作用又有着密切的关系。因此，这些与地壳运动有关的地质作用所产生的现象，都可作为确定不整合的直接或间接的标志。
地层古生物方面的标志 上、下两套地层中的化石所代表的地质时代相差较远；或二者的化石反映出在生物演化过程中存在不连续现象（包括种、属的突变），或二者的生物群迥然不同。这些都反映了该区在下伏地层沉积之后，由于地壳运动引起了自然地理环境的根本变化。根据化石和区域地层对比，确定两套地层之间存在某些层位的缺失，而又证明它不是断层造成的，则说明有不整合存在。
沉积方面的标志 上、下两套地层在岩性和岩相上截然不同，两套地层之间往往有一个较平整或起伏不平的古侵蚀面，这个面上可能保存着古风化壳、古土壤层或与之有关的残积型矿床，如铁、锰、磷、镍、稀土或铝土矿等。上覆地层的底层常有由下伏地层的岩石碎块、砾石组成的底砾岩。如四川广元至江油一带位于不整合面上的下侏罗统白田坝组底砾岩中的砾石，就绝大部分是下伏地层中的石英砂岩（D1）及碳酸盐岩（P-T）。如下伏岩石是片麻岩或花岗岩等富含长石的岩石，则不整合面上常有高岭土层或长石砂岩层。这些都是不整合的沉积标志。
构造方面的标志 上、下两套地层产状不一致，构造变形强弱程度不同，因而两套地层的褶皱型式、断裂情况也各异，这是角度不整合的构造标志。一般地说，下伏老地层遭受构造变形的期次总是多于上覆新地层，因而其构造变形相对要强烈和复杂；下伏老地层中某些断层、节理或其他构造面（如侵入岩体与围岩的接触面），可延伸至不整合面而被截断。从宏观方面看，两套地层的构造线方向有时也迥然不同（图2-36）。但是，也要注意，岩层褶皱型式的差异，变形的强弱不同，其影响因素很多，如岩石物理力学性质不同而引起的变形差异等。因而在运用构造方面的标志时要从多方面考虑，综合分析。
图2-36 陆谷地区地质图
O1S3与D2C1两套地层的构造线方向截然不同，二者为角度不整合接触关系
岩浆活动和变质作用方面的标志 不整合面上、下两套地层及其构造是在不同时期的地壳运动中形成的。因此往往各自伴生不同时期和不同特点的岩浆活动和变质作用，并各有不同类型的矿床。如四川攀西地区的会理群为一套变质火山岩和沉积岩组成的浅变质岩系，其中有侵入的含铜、镍矿床的基性-超基性岩体及含铁、锡矿床的花岗岩体。在这套变质岩系之上覆盖着未经变质的火山和沉积岩组成的新元古界及古生界，其中又有较晚时期侵入的含钒钛磁铁矿的基性岩体，二者呈明显的角度不整合接触关系。如果两套地层变质程度有明显差异，而且直接接触，并可说明其间并非断层接触，则可确定为不整合接触。至于如何鉴定发育于变质岩系中的不整合，将在第九章中论述。
以上从不同方面阐述了不整合存在的表征。野外调查时，要注意观察和辨识这些现象的特征，研究其成因。只有对各方面的资料进行综合分析，才能得出正确的结论。
2.观察研究不整合面及其上、下地层的产状、岩性和时代
不整合面是较平整的还是起伏不平的，反映了该区当时的*侵蚀程度和地貌特征。不整合面有的比较明显，有的却不甚明显。例如在靠近不整合面的下伏岩层，常因风化剥蚀而碎裂，从而与其上的风化残积层呈过渡关系，而这些风化残积层与上覆岩层也常呈过渡关系。这就须仔细观察，详细测制剖面，了解岩性变化和风化物特征，才能确定不整合面的位置。
有些不整合面可因后来的构造变动与其上覆地层一起褶皱而呈波状弯曲，或因发生断层而错移。因此，要系统地测量不整合面和上、下地层的产状，通过分析，以了解不整合面的几何特征。
对不整合面上、下的地层要进行系统的剖面观察研究，详细观察描述其岩性、岩相和化石，尽可能精确地确定其时代；对下伏地层的构造形态、变质情况及岩浆活动应全面观察描述；要注意观察描述上覆地层在不同地区的岩性、厚度和产状变化情况。对底砾岩要注意砾石的成分和砾石中可能含有的化石，以便了解砾石的来源；对砾石的粒度、圆度、分选性和排列方向等资料的系统收集，有助于分析下伏地层的抬升出露情况和古地理特征。如北京西山石炭-二叠纪煤系地层的底砾岩，其圆度和分选性均好，反映当时该区地势较平坦，砾石经过长距离流水搬运后堆积的。而四川广元至江油地区下侏罗统白田坝组底砾岩的砾石大都为次棱角状，分选也较差，再从砾石成分和分布特征来看，可以说明当时龙门山北段已褶皱隆起成山，地形有较大起伏，泥盆系到三叠系都遭受不同程度的剥蚀，其岩石碎块经流水搬运出山区不远就堆积下来。
在野外观察过程中，对不整合接触出露良好，地质现象典型而清楚的地点，应仔细观察描述，绘制剖面图、素描图和照相。还要沿露头进行适当追索，观察其分布和变化情况。如发现矿产，应查明其层位关系并了解其变化。
3.研究不整合的空间分布和类型变化
对地层接触关系的观察研究，不应当只局限于一两个地段，而要尽可能在较大的区域追索其分布和类型的变化情况。如图2-37所示，一套地层在发生褶皱后遭受剥蚀，后又为较新地层所覆盖，于是随着观察地点的不同，可以看到各种角度不整合和平行不整合。
图2-37 地层经褶皱、剥蚀后与其上水平地层在不同部位所显示的接触关系
（据B.A.Dunbar和J.Rodgers，1957）
A、B、D和E等处上下地层呈不同角度接触；C和F处地层呈平行接触
更为重要的是，由于同一期地壳运动在不同的地区表现有强弱的差异，因此，可在同一构造区域内可以发现同一时代地层和下伏地层之间存在着不同的接触关系。如图2-38表示了宁镇山脉西段从北到南，下、中侏罗统象山群（J1-2）与下伏地层在不同地点所表现的不同接触关系。在栖霞山、南象山区，象山群以明显的角度不整合与下伏古生代不同时期的地层相接触；在仙鹤观一带象山群（J1-2）与上三叠统黄马青群（T3）则为平行不整合接触关系；在南京附近钟山区的象山群与上三叠统黄马青群（T3）则表现为连续沉积的整合接触关系。
图2-38 宁镇山脉中、下侏罗统象山群与下伏地层接触关系综合剖面图
（据郭令智等，1965，简化）
1—松散沉积；2—上泥盆统；3—中、上石炭统；4—中二叠统；5—上二叠统；6—下、中三叠统；7—上三叠统；8—中、下侏罗统；9—辉长岩
因此，在观察研究地层接触关系时，既要避免把在一个地段上看到的某两套地层之间的某类接触关系，不顾具体情况的到处生搬硬套；也要注意避免把同期地壳运动在不同地区形成的两套地层之间不同的接触关系，或在不同地段同一不整合上、下相接触的地层层位不同，而误认为是不同时期地壳运动的产物。
4.确定不整合的形成时代
不整合的形成时代，通常是以不整合面下伏地层中最新的一层时代为下限，以上覆地层中最老一层的时代为上限，其间所缺失的那部分地层所代表的时代，就是不整合的形成时代。如为角度不整合，这个时期即为地壳运动相对剧烈时期，代表一个“褶皱幕”，或称为“造山幕”。
由于地壳运动发展的不平衡，可以反映在地层接触关系的复杂性上，因此，在确定不整合的形成时代时应注意以下四种情况：
（1）如图2-37所示，上覆地层的底部一层与下伏的经过褶皱并剥蚀的一套老地层相接触，不仅在不同地方（如A、B、C、F）表现为不同角度的角度不整合或平行不整合，而且是在不同地段与不同时代的地层接触。这时在确定不整合时代时，应以下伏地层的最新层位的时代为下限，取其上、下限相隔最近的时代为不整合形成时代。
（2）在同一次地壳运动影响范围内，首先发生褶皱、隆起和遭受剥蚀，以后又下降接受沉积，这样一个运动周期在不同地区可以有先有后，时间有长有短，因而缺失地层的多少并不一致；在空间上，地壳运动影响的范围在不同阶段也是不同的，表现的强弱程度也各异。因此，不同地区，不整合面上、下相接触的地层层位也会各不相同，反映的时间间隔的长短也各不一样。这是褶皱幕的穿时性而不是同时性的反映。因此，要注意，不要把同期地壳运动在不同地方形成不同类型的不整合，或从不同地段不整合面上、下接触的层位的差异，误认为它们是不同时期的地壳运动的产物。
（3）在一个范围较大的区域内，可以发生多次地壳运动，形成多个角度不整合和平行不整合。不同地区地壳运动发生的期次并不一定一致，因而在不同地区的地层剖面中，不整合的次数也是不一致的。在接近长期隆起的古陆方向，几个不整合往往逐渐归并，甚至在近古陆处归并成一个角度不整合，其间缺失的地层也较多，时间间隔也较长，实际上是包含了多次地壳运动所经历的事件。
（4）在不整合分布区域之内，下伏地层的最新地层与上覆地层的最老地层之间这段时间内，并不一定完全处于剥蚀状态而无沉积。图2-39对一个不整合面所经历的时间间隔内发生的事件作了分析，图中虚线表示下伏地层C在各地停止沉积的地质时代，随之下伏地层C的一部分在各地不均一地被剥蚀掉了（图中竖直线部分）；在进行侵蚀和随后一段时间内各地没有沉积（图中空白部分），然后，上覆地层D以角度不整合覆盖在残余的下伏地层C之上。以上覆地层D的底界时代为上限和与之相接触的下伏地层C（图中代表侵蚀面的曲线）的时代为下限所代表的不整合形成的时代，显然包含了原来就没有沉积的时期（即“缺”的时期）和原来有沉积后来被侵蚀掉了的那部分地层的时代（即有而复“失”）。可见，要准确地确定不整合时代的下限是较困难的。至于要详细查明一个不整合所缺失的地层中哪些是“缺”和哪些是“失”，也并非易事。因此，需要根据广大区域的地层、岩相及古地理、构造和岩浆活动等方面的大量资料，进行对比和综合分析，才能正确地认识不整合，比较准确地鉴定出它所代表的地壳运动的时代，并对其影响范围和强弱程度以及区域构造发展史得出正确的结论。
图2-39 两套地层C和D的角度不整合接触关系示意图
（据H.E.Wheeler，1958，略加修改）
5.不整合的地质意义
（1）不整合是确定地壳运动和岩浆活动时期的主要依据，不整合面又是划分构造层的分界面。所以不整合对于研究地壳运动、地质发展历史具有重要的意义。
（2）不整合是划分岩石地层单位的依据之一；但由于不整合不代表等时面，所以它不能作为划分年代地层单位的依据（尹赞勋等，1981）。
（3）对不整合在空间上的分布和类型变化情况的观察研究，可以为了解地壳运动的不均衡性和古地理特征提供依据。
（4）由于不整合面是构造上的薄弱带，岩浆及其含矿流体易沿此带而形成一些内生矿床；同时，由于不整合面下有古风化壳，因此，还常有铁、锰、磷、铝土矿等外生矿床。石油地质构造研究还表明，在不整合之上的新地层覆盖下，由古剥蚀面形成的古潜山是很好的储油构造；剥蚀面以下老岩层组成的“山丘”是石油运移储集的有利构造，剥蚀面以上新岩层组成的披盖构造起着良好的盖层作用。我国辽河、渤海湾等坳陷中均曾发现这类含油构造。因此，不整合的研究对于油气、金属与非金属矿床的寻找都具有重要的实际意义。
（5）不整合主要分为平行不整合与角度不整合两种类型，平行不整合的形成主要是地壳的垂直运动（造陆运动）造成，其特点是构造变形较弱，变位明显，往往呈大面积隆起和坳陷的区域性面式展布，最大主应力轴σ1在垂直方向上，因此造陆隆升属拉张伸展构造动力学环境，即“陆隆伸展”。而经典的角度不整合主要由水平挤压造成（造山运动），最大主应力轴σ1在水平方向，最小主应力轴σ3在垂直方向，属挤压构造动力学环境，其特点是构造变形十分强烈，往往成排成带具有明显的定向性。
