野外背斜識別方法*

戴技才 楊璦瑋

（1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 401331; 2.重慶師范大學(xué) 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究重慶市高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401331; 3.重慶師范大學(xué) 三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 401331）

一、前言

背斜是指巖層發(fā)生褶曲時(shí)，形狀向上凸起者，兩翼巖層從中心向外傾斜，核部巖層較老，兩翼巖層較新。[1]背斜是良好的儲油、儲氣和礦產(chǎn)勘測的重要地質(zhì)構(gòu)造。[2][3]背斜頂部受到張力作用，導(dǎo)致巖石脆弱，易受侵蝕。背斜聯(lián)合向斜，控制了大部分大中型的地質(zhì)構(gòu)造，如川東平行嶺谷地貌。[4]識別背斜，對教育教學(xué)、資源探測、工程建設(shè)、地貌演化等都有十分重要的意義。

近年來，背斜構(gòu)造引起了很多學(xué)者的興趣。[5]高美奔、李天賦等研究背斜核部隧道初期變形機(jī)理，發(fā)現(xiàn)背斜核部區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力對隧道的影響，周圍破碎巖體是隧道支護(hù)變形的原因。[6]吳青鵬、楊占龍利用3D Move軟件預(yù)測背斜構(gòu)造的儲層裂縫。現(xiàn)有研究主要著眼于背斜對生產(chǎn)、建設(shè)的影響，鮮有研究闡述野外背斜識別的技巧和方法。大量的地學(xué)工作者、地理師范師生在野外不認(rèn)識背斜。常見背斜的跨度有1～2km，有的跨度達(dá)數(shù)十公里，覆蓋了地表風(fēng)化物，客觀上增加了野外識別背斜的難度。本文嘗試?yán)眠b感觀測、野外實(shí)測，綜合識別背斜構(gòu)造。

二、識別方法

野外背斜識別，一般采用宏觀視野的遙感識別和微觀視野的實(shí)地識別。

1.遙感識別

背斜的大跨度，客觀上需要宏觀視野。背斜的遙感識別，就是利用高空遠(yuǎn)距離感知，應(yīng)用遙感圖像辨別大型地質(zhì)構(gòu)造。遙感圖像的覆蓋范圍廣，能識別宏觀地質(zhì)構(gòu)造。可見光三波段遙感圖像，植被呈現(xiàn)條帶狀，圖示區(qū)域大概率有大型地質(zhì)構(gòu)造，如背斜或向斜。但是，遙感圖像一般不能精準(zhǔn)判別背斜和向斜，原因是地表植被遮擋、地表風(fēng)化物的干擾，掩蓋了地下巖層的產(chǎn)狀。單純依靠山或谷的地形，也不能識別背斜，原因是背斜能成山，向斜也能成山，背斜可以成谷，向斜也可以成谷。自然界未受風(fēng)化和侵蝕，形狀非常完整的背斜、向斜十分罕見。因此，精準(zhǔn)識別背斜和向斜，必須結(jié)合實(shí)地考察。

2.實(shí)地識別

實(shí)地識別就是實(shí)地考察，觀察巖石的產(chǎn)狀、年齡，聯(lián)合多個(gè)考察點(diǎn)，恢復(fù)巖層的連續(xù)狀態(tài)，判斷地質(zhì)構(gòu)造的種類。實(shí)地識別的理論如下：背斜巖層自中心向外傾斜，核心部位的巖層年代較老，兩翼的巖層年代較新。向斜的核心巖層新，兩翼巖層老。背斜與向斜構(gòu)造如圖1所示。

三、識別案例

識別案例選取重慶青木關(guān)地區(qū)，分別進(jìn)行遙感識別和實(shí)地識別。遙感識別尋找大型地質(zhì)構(gòu)造，判斷山脈走向。青木關(guān)地區(qū)遙感圖像呈條帶狀，如圖2所示。該圖像中的條帶狀影像，主要是地表植被引起的影像差異，反映地質(zhì)構(gòu)造的分異。圖2中的條帶狀地形，是一條山脈，部分區(qū)域表現(xiàn)為平行的山嶺和谷地。根據(jù)識別機(jī)理，條帶的方向，就是山脈走向，大致為NE15°。條帶狀的地形，有可能是背斜，也有可能是向斜，需要實(shí)地考察才能識別。實(shí)地識別主要觀察巖層產(chǎn)狀、年代。垂直于山脈走向，跨越條帶地形區(qū)是實(shí)地識別大型地質(zhì)構(gòu)造的快捷方法?？缭綏l帶地形區(qū)的道路，常是理想的考察路線。一般情況下，地表土壤被挖開的地區(qū)，較好觀察巖層產(chǎn)狀；而土壤豐厚、植被茂盛地區(qū)，巖層被遮擋，應(yīng)盡量避開，建成區(qū)也應(yīng)避開。結(jié)合圖2，實(shí)地選取青木關(guān)地區(qū)8個(gè)典型巖層暴露點(diǎn)，具體如圖3、表1所示。

表1 樣點(diǎn)的巖層屬性

圖2 重慶青木關(guān)遙感影像及8個(gè)取樣點(diǎn)分布圖

圖3 重慶青木關(guān)8個(gè)取樣點(diǎn)的現(xiàn)場照片

四、結(jié)論與討論

8個(gè)樣點(diǎn)巖層產(chǎn)狀圖表明，青木關(guān)地區(qū)屬于背斜構(gòu)造，走向?yàn)镹E15°—SW285°，構(gòu)造復(fù)原如圖4所示。圖4表明，青木關(guān)地區(qū)巖層從中心向外傾斜，核心部位的巖層年代較老，兩翼較新，符合背斜構(gòu)造。本案例選取受流水侵蝕的關(guān)隘地區(qū)，巖層出露較多，有利于背斜識別。

圖4 青木關(guān)區(qū)背斜構(gòu)造剖面圖（A、B、…、H表示采樣點(diǎn)）

本案例背斜識別有兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)。一是利用遙感圖像，大視野的宏觀識別山脈走向。二是進(jìn)行實(shí)地考察，觀察巖層產(chǎn)狀等性質(zhì)，識別背斜或向斜。青木關(guān)地區(qū)遙感圖像的植被，呈現(xiàn)條帶狀，指示了地下巖層的條帶狀。條帶狀地形區(qū)，一般是背斜或向斜巖層的走向。由于城市建設(shè)、土壤風(fēng)化、風(fēng)化物堆積，地表裸露的巖層非常少見，客觀上增加了識別背斜的難度。大區(qū)域也增加了識別背斜的難度。青木關(guān)背斜的寬度大于10km，圖2中的采樣點(diǎn)大于5km。單個(gè)地點(diǎn)的巖層只能分析典型地點(diǎn)的巖層產(chǎn)狀，連續(xù)對稱采樣多個(gè)點(diǎn)，才能全面識別該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造。

無論是背斜成山，還是背斜成谷，青木關(guān)地區(qū)都有表現(xiàn)。青木關(guān)的區(qū)域地形主要表現(xiàn)為背斜成山。這座山為縉云山，屬于背斜構(gòu)造成山。局部地形表現(xiàn)為背斜成谷，背斜的核部易受侵蝕，形成谷地。結(jié)合圖1和圖2，縉云山整體呈一條帶狀山脈，山脈的頂部形成谷地，屬于背斜成谷。

怎么選取樣點(diǎn)，取多少樣點(diǎn)比較合適，是值得討論的問題。實(shí)地考察野外的背斜，理想的取樣方式，一般沿傾向橫貫山脈選點(diǎn)。理論上，樣點(diǎn)越多越好。樣點(diǎn)越多，考察和分析任務(wù)越重。樣點(diǎn)太少，可能得不到正確結(jié)論。筆者建議，取樣點(diǎn)要對稱于背斜核心部位，每邊至少取2個(gè)點(diǎn)。若取樣點(diǎn)位于核心部位的一側(cè)，單側(cè)傾向巖層無法識別出背斜和向斜。

本文為野外考察、地理教育、地質(zhì)科考、工程建設(shè)提供了一種實(shí)用的野外背斜識別方法。遇到各種形態(tài)的背斜，根據(jù)褶曲形態(tài)、橫臥、翻卷、剝蝕等，宜依照背斜識別原理認(rèn)真甄別。