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普通地质学南京大学地球科学系舒良树第八章构造运动与地质构造第八章构造运动与地质构造Tectonicmovementandgeologicstructures第一节地壳运动Crustalmovement一.基本概念1.地球是一层圈体,各层圈之间无休止地作相互运动。地核间的差异旋转是地壳运动的内因(发动机);地壳运动与人类活动关系密切,是形成地表万象、大千世界的原因。2.地壳时刻在运动,水平岩层的褶皱弯曲与破碎,都是地壳运动产物。只有急剧的地震才会被人们感觉到，缓慢的、深部的运动只能被大地测量、天文测量记录到。3.古地壳运动的证据记录在岩石中，现代地壳运动的证据记录在岩石和毁坏的建筑物中。4.地壳运动包括褶皱、断裂、岩浆三大类型。其方式有垂直运动、水平运动两种。二.地壳运动的实例●地球运动：自转1700km/小时；公转17000km/小时。●垂直运动：同一地点、不同时间，升降交替；有升必有降。●水平运动：同一地点，有时挤压，有时拉伸，有时走滑。可以复合。●意大利：那不勒斯海的沉降，导至公元前2世纪罗马建筑塞拉比斯神庙毁坏，现仅残留三根12米高的大理石柱。●喜山：300万年上升6000米，在北坡4000米处发现海洋鱼龙化石。●天山：滨海沼泽处形成的煤层，500万年以来被抬升到4000m的高处。●泰山：100万年升高了500多米，平均1mm/2年.●天津：100万年来下降数十米，使永定河、海河经天津汇入渤海。●宁-镇：几多变迁，沧海良田。●1996年上海宋叔和等用GPS测出太平洋板块以3-5cm/an朝西运动。●1988-1992年的GPS测出阿拉伯板块正以2.5cm/an速度朝N-NW、非洲板块以1.0cm/an速率朝北向欧亚板块运动。二板块每年1.5cm的差异运动导致了死海（DeadSea）转换断层的左旋运动。●大量证据表明，水平运动是主导的，垂直运动是次要的、派生的。第二节岩石的变形构造Deformationofrock一、一般概念1.Structuralgeology定义：是研究岩石的变形、分析外力作用方式的专门科学。2.褶皱与断裂:岩石在外力作用下,产生永久变形,形成各种形态的弯曲(褶皱)和不同方向的破裂(断裂).外力为各向不均匀力;各向均匀的外力只改变体积,不改变形态。3.构造变形与岩石力学性质(弹性与塑性、脆性与韧性、刚性与粘性)关系密切。弹性:受力变形,撤力回复原态,如弹簧。塑性:撤力后不回复原态,如页岩。脆性:5%弹性变形便很快破裂,多在上地壳。韧性：破裂前可承受10%的塑性变形,发生在中、下地壳。刚性：岩石不易变形弯曲的性质。粘性：岩石容易流动变形的性质。elastic,plastic,brittle,ductile,rigid,viscous4.空间位置由岩层的走向、倾向、倾角(产状三要素)所确定a.走向strike：层面与假想水平面的交线方向。b.倾向dip：倾斜线在水平面上的投影；倾斜线即层面上与走向垂直的线（指向下方）。c.倾角dipangle：层面与假想水平面的最大夹角(真倾角)。视倾角小于真倾角。5.岩层厚度thickness：岩层顶底面之间的垂直距离(真厚度);非垂直距离为假厚度（大于真厚度）。●倾斜岩层才有走向、倾向、倾角。●水平岩层的走向、倾向、倾角均为零。●垂直岩层无倾向,用走向描述。●火成岩：层状侵入体有走向、倾向、倾角；厚度即二边界之间的距离（无所谓顶底）。非层状火成岩形态复杂,其产状据其延伸方向确定。二.褶皱fold1定义:在应力作用下岩层发生各种形态的弯曲现象。上凸的叫背斜anticline,下凹的叫向斜syncline。2褶皱的几何要素（93页，图8-5）a.翼limb：褶皱的二坡。b.核core：褶皱的中心（分布最老或最新时代的地层）。c.轴面axialplane：褶皱二翼近视的对称面。d.枢纽hinge：褶皱轴面与层面的交线。或,沿单个褶皱走向，由一系列最大转折点（弧尖）构成的连线。e.弧尖crest:褶皱横切面与枢纽的交线(横切面上最大转折点)f.轴线axialline：轴面与地面的交线。g.轴迹axialtrack:枢纽在地面的垂直投影。几何关系：每个褶皱横切面上可确定-弧尖,弧尖的连线为枢纽,若干枢纽组成轴面。3褶皱分类(93页)（1）根据轴面划分：直立，倾斜，倒转，平卧（躺）褶皱（2）根据剖面形态划分a箱形褶皱：轴部开阔、二翼陡立。b.扇形褶皱：轴部开阔、二翼倒转。c.单斜：岩层向同一个方向倾斜，它可以是同斜倒转。（3）根据枢纽产状划分a.水平褶皱：枢纽水平、层面露头线平行。b.倾伏褶皱：枢纽倾伏、层面露头线形成弧状合围。（4）根据褶曲的长宽比例a.线状褶皱:长/宽10:1b.短轴褶皱:长/宽3:1-10:1c.穹盆褶皱:长/宽3:1灰岩的小型褶皱构造（T1q，南京湖山）尖棱褶皱褶皱航片显示4褶皱的构造组合类型隔档式：背斜窄、向斜宽。隔槽式：向斜窄、背斜宽。5褶皱的野外识别标志a.地层对称、重复出现。●背斜：中间老、二侧对称变新（3-2-1-2-3）。●向斜：中间新、二侧对称变老（1-2-3-2-1）。b.产状发生有规律的变化。6褶皱的形成时代褶皱体的最新地层形成之后，未褶皱体的最老地层形成之前。7若干源自西欧阿尔卑斯山的术语1）地形倒置：地貌山-谷与褶皱凸凹相反的现象。背斜成谷，向斜成山。原因：原始地形背斜山、向斜谷；因背斜顶部处于张应力状态，容易剥蚀；向斜核部处于压应力状态，剥蚀速度慢，故而倒置。2）单斜山：有些山岭既非背斜，也非向斜，而是由单斜岩层组成，称之。3）单面山：单斜山中，如岩层倾角平缓，且顺岩层倾向一侧的山坡较缓，另一侧山坡较陡者，称之。4）猪背岭：岩层倾角和两侧的山坡均陡，外貌形同猪背的山岭，称之。8研究褶皱的意义(1)意义●了解并确定地壳变形性质及地壳缩短量(率)●确定地层正常与倒转(2)应用●确定地壳运动的性质●寻找油气矿产的富集部位●确保工程建设质量三.断裂构造1.定义:岩石中沿不同方向发生的破裂构造。破裂面二侧岩石有明显位移的为断层；无明显位移的为节理。2.断层的几何要素●断层面：走向、倾向、倾角三要素.●断层盘：断层二侧的岩块分上盘与下盘（根据所处位置）、上升盘与下降盘（根据动向）、东盘与西盘（断面直立）等●断层线：断层面与地面的交线（与本身形态有关、与地形起伏有关）●断层位移：P97图8-13，总滑距、水平分量、倾向分量AA’为滑距，代表真位移断层要素图解3断层分类(1)根据两盘动向,分3种:a.正断层normalfault:上盘下降b.逆断层reversefault(反断层):上盘上升倾角25度称为逆掩断层overthrust，形成推覆构造c.平移断层wrenchingF,strike-slipF:二侧岩块水平滑动，断面近直立。有sinistral,dextral二种复合性质：平移-正断层、平移-逆断层、正-平移断层、逆-平移断层(2)根据断层走向和地层走向关系分3种:a.走向断层：纵断层，断层走向和地层走向平行b.倾向断层：横断层，断层走向和地层走向垂直c.斜向断层：斜断层，断层走向和地层走向斜交逆掩断层（倾角30度）(3)根据断层组合分4种:●阶梯状：一系列走向平行的正断层.●叠瓦状：一系列走向平行的逆断层.●地堑Graben、地垒Horst：二条以上断层，断层面走向平行，倾向相反，共同盘下降为地堑；共同盘上升为地垒.4.断层规模●小的，手标本可见，为袖珍断层；大的，延伸几千公里。如郯城-庐江断层。●浅的，几十米；深的，地壳断裂，岩石圈断裂。●位移小的，数米；位移大的，480公里,美国SanAndressF5.判别断层的存在及其形成年代(1)断层证据a.相当层错开（相当层：地层、矿层）b.层的重复或缺失（不对称重复，区别于褶皱）性质地层与断层倾向相反地层与断层倾向相同地层断层地层断层正断层重复重复缺失逆断层缺失缺失重复c.擦痕和镜面slickenside,mirrorplane岩块相互运动时，由于摩擦而在断层面上形成的痕迹。擦痕：平行而密集的沟纹.镜面：铁、锰等物质组成的光滑而平整的曲面.d.阶步和反阶步●阶步：陡坡倾斜方向指示对盘动向●反阶步：压性裂隙,亦称羽裂,陡坡倾斜方向指示本盘动向;张性裂隙，R面，陡坡倾斜方向指示对盘动向。e.拖曳褶皱dragfold,牵引构造●断层使二侧岩层发生变薄和弯曲●弧形突出的方向指示本盘动向f.断层泥、断层角砾●断层泥：碾磨而成的泥状物质。●断层角砾：碎块较大，一般呈棱角状；泥质胶结，为断层角砾岩。●断层磨砾：碎块较大，一般呈圆-半圆形；泥质胶结，为断层磨砾岩。根据碎块成分可判断断层切穿了那些地层及其断层的动向g.密集的节理：进一步发展便成断裂；先成节理常控制断层的延伸方向。h.其他证据●山区、平原的平直界线；地形上的陡崖；三角面山（时代较新）.●矿化带和泉水（断层是矿液和地下水的通道和储集场所，如汤山温泉）（2）断层的规模和时代a.规模：用断层的长度、深度、位移量来衡量.b.时代：根据断层与地层的关系确定相对时代。断层形成年代晚于被切割的最新地层的时代,老于不整合复盖其上的最老地层。●用热释光法确定绝对时代●测定断层过程中新形成的矿物年龄（如多硅白云母）6.研究断层的意义●是研究和恢复地壳结构的一把钥匙。●为工程建设服务:密云水库、南京长江大桥、三峡水库、黄河小浪底。●找矿、找水：NWW290度新构造断层裂隙找水。●前沿动向：断裂力学、3D模型和能量损耗。●断层的系统研究，包括：产状、规模、时代；派生构造、组合特征、力学性质；与变形变质、矿产资源、岩浆活动、地震作用、活动性。四.节理joint1.定义:岩块发生破裂,但二侧无明显的位移。节理是应力作用下岩石破裂的原始记录。岩石变形越强烈，节理也越发育；岩石越老，保留的节理也就越多。分构造节理（内动力作用所形成的破裂）；风化节理（外动力作用所形成的破裂）；柱状节理及横节理（火成岩冷凝收缩形成的节理）.2.节理的种类：张节理、剪节理、破劈理（密集的挤压破裂面）3.节理的空间位置：走向、倾向、倾角；节理与岩层的关系：斜交、平行、垂直4.共轭节理:材料力学上称为吕德线Ridle，又称“X”节理;表现为互相切割。a.平面“X”节理、剖面“X”节理。b.构造力主要是水平方向的作用力，因此早期“X”节理和层面相垂直、晚期“X”节理和地面或水平面相垂直。雁行张节理苏州虎丘千人座J3火山岩中的X剪节理被X剪节理切成的岩柱-湘西张家界金鞭岩劈理-广西灵川大圩第三节六种地层接触关系一.整合接触Conformity1.特征：新老层产状一致；岩性、古生物演化连续、渐变；无沉积间断。2.条件：盆地稳定地接受沉积(地层的形成与古气候、古化学环境、沉积物来源不同有关)二.平行不整合ParallelUnconformity1.特征：新老地层产状一致;但其间有沉积间断;岩性古生物演化发生突变。2.条件：地壳稳定上升，沉积物高出沉积基准面而遭剥蚀，然后地壳又稳定下降，接受沉积。三.不整合接触Unconformity1.特征：新老地层角度相交，有沉积间断，岩性、古生物演化突变，存在剥蚀面、风化壳、底砾岩。2.条件：地壳运动强烈，老地层褶皱、破裂并遭风化、剥蚀，而后地壳下降接受沉积(不整合面总是与上复岩层产状一致)四.侵入接触：火成岩与围岩的接触关系。五.沉积接触：火成岩遭风化剥蚀后，其上又形成新的沉积岩，例如假花岗岩砾石。六.断层接触：二个地质体之间为断层。ooooooo褶皱形成过程动态模拟正断层后期正断层后期本章重点一、Terms1褶皱、断裂、节理；单斜山、单面山、猪背岭；地堑、地垒；倾伏褶皱，拖曳褶皱；地形倒置二、BasicFeatures１构造活动的二种基本方式及其关系２简述褶皱要素及其分类（剖面、平面、合围转折、组合）３画六个图以便判断断层的性质４褶皱的识别标志５简述断裂要素及其分类６断层的识别标志（岩层错开、地层重复缺失、擦痕、派生构造、角砾岩、三角面山、温泉、矿产等）７地层的六种接触关系