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1、二节、重力构造学一、 重力构造研究概述重力是源自地球引力的体力，它在塑造大多数构造变形的最终格局中扮演着重要角色。人们很早就在野外直接观察到岩体滑动，它们是由势能降低而形成的构造特征。后来，间接地经过地质构造的时空重建，也说明类似情况曾在地球演化历史中发生。因此，很自然地要应用重力势或空间势的基本概念，以区分重力构造和其它类型的构造现象（马杏垣等，1981）。重力构造学研究在重力影响下的岩石变形过程及其结果（马杏垣等，1981）。从物理学角度来讲，由于重力势的降低所产生的构造变形总特征，统称为重力构造。重力作为一种体力是无所不在的，因而，重力构造的分布是极为广泛的。在不同尺度和不同层次上都有表
2、现。其中，地壳上部层次的重力滑动构造-岩体或岩体构造在重力作用影响下向下坡滑动所形成的构造变形分布最为广泛，是最常见又最易被人们理解和接受的重力构造类型（索书田，1983）。重力构造学说是一个古老的构造理论，它的兴起、发展历史大体可以划分成四个阶段（索书田，1983）：第一阶段（1799-1888），主要是现象的描述和局部构造的认识。重点放在褶皱的成因上，把褶皱作用解释为岩体沿倾斜面向下运动的结果。这一时期重力构造学研究最杰出的学者是Reyer（1888，1892，1894），他完成了许多当时看来是很精致的模拟实验，证明地壳上部的挤压和张开现象主要是重力作用造成的。至此，重力构造学的概念不再局
3、限于局部构造现象的描述，而且可以用它来解释大尺度上的构造。第二阶段（19 世纪末-二次世界大战），主要是通过西平宁山、阿尔卑斯山等地区规模巨大的推覆构造研究而向前推进的。Harmann（1930）的颤动论和 Van Bemmelen（1931）的波动论问世，代表了重力构造学说从实践走向理论，从地壳浅部向地壳深部，由表面现象到内部原因的研究过程的飞跃。Haarmann（1930）和 Van Bemmelen（1931）都强调，地壳垂向运动是初始的，而岩体沿斜坡在本身重力作用下滑动，则是次生的重力构造。30 年代，重力构造理论相当盛行，许多经典的研究实例相继问世。无怪乎 De Sitter（195
4、6）在评述造山作用成因学说时，将颤动说及波动说与收缩论、Joly 的膨胀论，Wegener 的大陆漂移论、Venins Meinesz 的对流说等，并列为 5 大构造假说。第三阶段（二次世界大战后-60 年代中期），通过典型的重力滑动构造实例分析和模拟，开展了重力构造形成机制的研究。同时，对重力构造进行了必要的理论综合，提出了各种分类方案，更加强调了重力在造山和塑造最终构造型式上的作用。重力不稳和密度不均、重力势和空间势、孔隙流体压力和有效应力等一系列物理学上的概念，大量引入构造地质学中。重力构造演化的理论模型和比例模型也相继提出。 第四阶段（60 年代中期-现在）。30 多年来，随着对海洋和
5、大陆的地球物理探测等调查工作的开展，发现和认识了大量的拆离断层、犁式断层、薄皮断层等和其它各种形式的伸展构造组合。不同尺度上的界面在构造变形中的重要作用，也越来越被更多学者关注（马杏垣等，1981）。特别是 60 年代开始兴起的板块构造学说，对重力构造学的发展起了很大的促进和推动作用。板块构造学说的信奉者，把重力构造与重力滑动构造置于全球区域构造模式的特定位置上（索书田，1983；马杏垣，1989）。我国的重力构造研究起步较晚。马杏垣领导的北京（武汉）地质学院嵩山科研集体，自 60年代初起，通过对河南嵩山地区中晚元古宙五佛山群形成的重力滑动构造研究，强调了重力在构造变形中的重要性。经过几十年的
6、反复实践并结合国外大量研究实例，提出了重力不稳和密度不均可作为构造变形驱动力的观点（马杏垣等，1981），填补了我国在这一领域的空白，现在全国几乎所有省区均发现有规模不等、性质各异、类别繁多、分布广泛的重力构造（马杏垣，1989）。二、 重力构造作用类型划分 重力构造作用是在重力影响下岩石的变形过程及其结果。它在地球各圈层，特别是岩石圈的不同层次和不同尺度上都有表现。地壳构造发展在其所有表现和所有阶段上都能和重力不稳定性相联系。在重力影响和控制下岩石变形的过程及其结果是各式各样的。本世纪 30-40 年代，Schneegans（1938）、Gignoux（1948）首先将重力影响下的滑动和流动
7、加以区分。前者滑动作用集中于滑动面和滑动带；而重力影响下的流动作用则作用于整个运动岩体。Harrison 及 Falcon（1934，1936）将伊朗山地的重力塌陷构造划分为：（1）层滑构造（滑席）；（2）拱滑褶皱（滑曲）；（3）卷滑构造（滑卷）。Bemmelen（1954）按构造波及的深度层次，将重力构造分为 4 类：表皮型，主要涉及沉积和火山盖层，可进一步分成 5 个亚类，即塌滑、火山构造崩塌、自由滑动、挤压沉陷和挤出。中皮型，涉及盖层岩石和内壳构造上部。深皮型，是造山带内最发育的重力构造型式，涉及到遭受强烈混合岩化和花岗岩化的地壳，形成大型混合岩化穹隆和混合片麻岩推覆体。壳下型，指的是由
8、于温度、密度或成分的变化引起地幔物质迁移所造成的构造，如地瘤、地陷及地表的盆岭构造。North（1964）以重力构造为题，实际上是对重力滑动构造学进行了一项较全面的综述。他根据是否需要挤压和移动岩体被运载的方式，把重力构造分为自由滑动、挤压滑动、混乱滑动（往往是挤压性的）、挤压塌滑和自由塌滑 5 类。并且，他把这些类型放到造山运动的适当位置上加以论述。但是这个分类实际上只有自由滑动和挤压滑动属于独立的类型；而滑动、塌滑和混乱只是形变和破坏的程度不同，它们在每类构造中都可出现（马杏垣，1989）。Ramberg（1981）将重力构造分为重力滑动、重力塌陷扩展和底辟三类。这个分类虽然精辟，但过于简
9、单。马杏垣等（1981）从运动学角度把重力构造分为侧向运动和垂向运动两大类。侧向运动又分为崩塌、塌滑、滑动与扩展等作用类型。垂向运动又包括隆陷、压实、生长和挤出等类型。侧向运动所形成的重力滑动构造在地壳中分布最为广泛。虽然它们与推覆构造共同的基本要素都具有滑脱拆离层，多沿软弱带发生；滑动面与逆掩面具有相似性，但滑动构造以重力为主要驱动力，而不同于以侧向挤压为动力的推覆构造。这种分类方案的着眼点是重力作用的特点和构造变形过程中物质的运动方向，把现象和本质结合起来。 三、 主要重力构造型式（一） 重力滑动构造重力滑动构造作为一种构造型式来说，一般由下伏系统、润滑层、滑动面（勺状断层）、滑动系统和前
10、缘推挤带五部分组成（图 3-2-1）（马杏垣等，1981），也称重力滑动构造的五个结构要素。1 重力滑动构造的分类在前人工作的基础上，索书田（1983）从成因和特征上将地壳上部层次的滑动构造划分为两大类八个亚类（表 3-2-1）。在这一分类中，水平挤压造成的重力滑动构造和垂直不均一上升造成的重力滑动构造，区域构造背景和自身特点都有明显差异，在野外观察和室内分析时较易判断，所以这种分类方案是切实可行的。马杏垣等（1989）对重力滑动构造的分类以在理论上要立论有据，确实能反映事物的差异和关联的矛盾统一关系；在实践上便于生产使用为原则，依据所处构造环境、地层新老关系、岩石成分性质、构造变形特点、滑体
11、运动特征。滑移距离、速率、滑面成因类型及滑动形变机制等八个因素，将重力滑动构造划分为：快速脆性断错滑落；较刚性块体滑错；或快或慢塑性剪切滑移；较慢粘塑性滑流叠褶和缓慢粘性固流滑褶等五类。 2 重力滑动构造的特征索书田（1983）在多年研究工作的基础上，将重力滑动构造的主要特征归纳如下：（1） 构造不协调滑动面上、下盘构造形态、变形强烈程度显著不协调。通常由于下伏系统不卷入或不与滑动系统同步变形，故构造较简单，或基本上保留了早期或基底构造的特征。在滑动构造发生时，它起着基底作用，不过可以被不均一抬升或被高角度断层切割破坏。滑动系统的构造从简单的岩席构造到阿尔卑斯型的推覆构造均有，往往形成一系列相
12、互叠置或彼此切割的滑体、滑块和滑片。 图 3-2-1 重力滑动构造要素Fig. 3-2-1 Basic elements in gravity-structures1- 下伏系统； 2-润滑层； 3-主滑面； 4-滑动系统； 5-外缘推挤带表 3-2-1 重力滑动构造主要类型（据索书田，1983）Table 3-2-1 Major types of gravational structures （from Suo, 1993）重力滑动形成的褶皱构造，有其独特的组合特征。它与主滑面的组合，能够指示滑动系统的主要运动方向，除了与同生断层伴生的反牵引滚筒褶皱外，褶皱面规律地从隆起向盆地方向或从背斜转
13、折端向向斜槽部方向倒转。此外，指向一致的大型平卧倒转褶皱的发育，箱状和隔挡式、隔槽式褶皱的广泛分布，都有可能是在统一的底部剪切面上由重力影响下脱顶滑动造成的。滑动系统内部的褶皱和次级滑面，在平面上多呈弧形展布，弧凸的方向可指向后缘或前缘。后缘的弧形构造，如西南非纳玛群形成的弧，弧顶指向南和南东。在剖面上，它与一般挤压造成的逆掩褶皱推覆构造不同，后部以宽缓褶皱为主，若滑动面很陡，可造成反转平卧褶曲。向前缘褶皱越来越紧闭，造成多层倒转或等斜褶皱的叠置，彼此间被逆冲断层面相隔。褶皱枢纽方向从统计观点上看，平行于主要滑动断层面走向，粗略观察则相当混乱。褶皱多属单斜和三斜对称。 （2） 存在滑动面滑动面
14、可以沿原始地质界面（如层理面、不整合面、侵入体与围岩接触面）或破裂面（如断层面）发育。在平面上和剖面上均呈弧形，尤其在剖面上，多呈犁形、铲形和勺形。主滑面与次级滑面、伴生断层面的组合关系颇有规律，后部多构成阶梯状断层和地堑，前缘则形成叠瓦状逆冲断层组合，有时出现反冲逆断层。相应，断层的几何和力学性质，却由后部到前部，由张性正断层-剪性到压剪性逆断层。如果滑动构造发育后未经强烈改造，那么寻找这类断层面并不十分困难。问题在于滑动构造形成之后，由于经受了后期构造变动的叠加和改造，滑动面产生弯曲、断离、甚至倾斜方向完全倒置。在这种情况下，只有开展详细地质构造制图和构造解析，把地质历史搞清楚，才能再造滑
15、动构造发育时的滑动面空间产状。至于同沉积或准同沉积的古滑动斜坡、生长断层等，可以通过对原生构造的测量和岩相厚度分析确定。由于滑动面是断层面，因而，常发育断层面固有的一些特征，如发育擦痕、镜面、阶步等。但是，由于滑动断层面有时顺层面发育，尤其常沿软硬岩层间的界面伸展，所以，断层迹象在许多情况下不太明显。滑动系统既可以沿一个主滑面滑移，也可以沿一个底部剪切带或滑脱带分散剪切流动。（3） 存在润滑层润滑层的存在，是降低滑动摩擦阻力，使得滑动系统长距离搬运和滑动的必要条件之一。膏盐层、煤层、页岩、片岩等都可作为润滑层存在。断层化、片理化的蛇纹岩、辉绿岩等，也是良好的润滑物质。广义上讲，由于岩层的屈服点
16、和粘滞性不同，相对硬的岩层就会以相对软的岩层作润滑层，而产生滑移。因为在一个地层柱内常有能干层和非能干层相互叠置，所以，滑动构造除有一个主要的滑动层和主要滑面之外，内部往往有若干个次级润滑层和滑动面。（4） 伴生滑裂岩和沉积岩墙重力滑动构造大多伴生有很厚的滑裂岩和产状各异的沉积岩墙。（5） 特殊的构造配置关系众所周知，一般逆掩断层或推覆构造，均是由老的地层组成的异地系统，叠置于由年轻地层组成的原地系统之上，并因侵蚀作用造成一系列飞来峰和构造窗。重力滑动构造则不完全具有这种几何配置。在很多情况下，滑动系统是由较老的地层组成的，而在另一些情况下，却是由较年轻的地层组成。所以，如果一个地区地层柱中缺失了大套地层，而通过地层岩相古地理分析并与相邻地区对比，确非原始间断，那么有可能是岩层滑动或构造剥蚀的结果。上述滑动构造特征的总结虽不全面，但可以抓住这些主要标志去识别、研究重力滑动构造。这些标志对于我们全面、综合、历史地分析一个地区的构造变形史，分清区域与局部应力场，是十分有益的。3 形成机制重力滑动构造的形成机制是一个很
