戴技才 楊璦瑋
(1.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 401331; 2.重慶師范大學 地理信息系統(tǒng)應用研究重慶市高校重點實驗室,重慶 401331; 3.重慶師范大學 三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重慶市重點實驗室, 重慶 401331)
背斜是指巖層發(fā)生褶曲時,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、儲氣和礦產勘測的重要地質構造。[2][3]背斜頂部受到張力作用,導致巖石脆弱,易受侵蝕。背斜聯(lián)合向斜,控制了大部分大中型的地質構造,如川東平行嶺谷地貌。[4]識別背斜,對教育教學、資源探測、工程建設、地貌演化等都有十分重要的意義。
近年來,背斜構造引起了很多學者的興趣。[5]高美奔、李天賦等研究背斜核部隧道初期變形機理,發(fā)現(xiàn)背斜核部區(qū)域構造應力對隧道的影響,周圍破碎巖體是隧道支護變形的原因。[6]吳青鵬、楊占龍利用3D Move軟件預測背斜構造的儲層裂縫?,F(xiàn)有研究主要著眼于背斜對生產、建設的影響,鮮有研究闡述野外背斜識別的技巧和方法。大量的地學工作者、地理師范師生在野外不認識背斜。常見背斜的跨度有1~2km,有的跨度達數(shù)十公里,覆蓋了地表風化物,客觀上增加了野外識別背斜的難度。本文嘗試利用遙感觀測、野外實測,綜合識別背斜構造。
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地識別。
背斜的大跨度,客觀上需要宏觀視野。背斜的遙感識別,就是利用高空遠距離感知,應用遙感圖像辨別大型地質構造。遙感圖像的覆蓋范圍廣,能識別宏觀地質構造。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構造,如背斜或向斜。但是,遙感圖像一般不能精準判別背斜和向斜,原因是地表植被遮擋、地表風化物的干擾,掩蓋了地下巖層的產狀。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。自然界未受風化和侵蝕,形狀非常完整的背斜、向斜十分罕見。因此,精準識別背斜和向斜,必須結合實地考察。
實地識別就是實地考察,觀察巖石的產狀、年齡,聯(lián)合多個考察點,恢復巖層的連續(xù)狀態(tài),判斷地質構造的種類。實地識別的理論如下: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。背斜與向斜構造如圖1所示。
識別案例選取重慶青木關地區(qū),分別進行遙感識別和實地識別。遙感識別尋找大型地質構造,判斷山脈走向。青木關地區(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,反映地質構造的分異。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,需要實地考察才能識別。實地識別主要觀察巖層產狀、年代。垂直于山脈走向,跨越條帶地形區(qū)是實地識別大型地質構造的快捷方法。跨越條帶地形區(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),較好觀察巖層產狀;而土壤豐厚、植被茂盛地區(qū),巖層被遮擋,應盡量避開,建成區(qū)也應避開。結合圖2,實地選取青木關地區(qū)8個典型巖層暴露點,具體如圖3、表1所示。
表1 樣點的巖層屬性
圖2 重慶青木關遙感影像及8個取樣點分布圖
圖3 重慶青木關8個取樣點的現(xiàn)場照片
8個樣點巖層產狀圖表明,青木關地區(qū)屬于背斜構造,走向為NE15°—SW285°,構造復原如圖4所示。圖4表明,青木關地區(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,符合背斜構造。本案例選取受流水侵蝕的關隘地區(qū),巖層出露較多,有利于背斜識別。
圖4 青木關區(qū)背斜構造剖面圖(A、B、…、H表示采樣點)
本案例背斜識別有兩個經驗。一是利用遙感圖像,大視野的宏觀識別山脈走向。二是進行實地考察,觀察巖層產狀等性質,識別背斜或向斜。青木關地區(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、土壤風化、風化物堆積,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。青木關背斜的寬度大于10km,圖2中的采樣點大于5km。單個地點的巖層只能分析典型地點的巖層產狀,連續(xù)對稱采樣多個點,才能全面識別該地區(qū)的地質構造。
無論是背斜成山,還是背斜成谷,青木關地區(qū)都有表現(xiàn)。青木關的區(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,取多少樣點比較合適,是值得討論的問題。實地考察野外的背斜,理想的取樣方式,一般沿傾向橫貫山脈選點。理論上,樣點越多越好。樣點越多,考察和分析任務越重。樣點太少,可能得不到正確結論。筆者建議,取樣點要對稱于背斜核心部位,每邊至少取2個點。若取樣點位于核心部位的一側,單側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、地質科考、工程建設提供了一種實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真甄別。