第八章构造运动

第八章构造运动第一节构造运动在地形地物及地层中的表现目的要求我们认识物质，实质上是认识物质的运动形式，世界上除了运动的物质以外，其它什么也没有。在地球科学中，之所以要讨论构造运动，是因为它是海陆变迁、岩石变形变位和矿产形成分布的重要控制因素。课时：2学时授课内容一、构造运动概述o（一）构造运动的概念o（二）构造运动的基本特征o（三）构造运动的速度和幅度二、构造运动在地形、地物上的表现三、构造运动在地层中的表现（即构造运动的地质证据）重点本节课的重点应放在构造运动概述和构造运动的证据上，主要指地质证据，如沉积岩的岩相和沉积厚度变化，褶皱和断裂，地层的接触关系。难点难点是初学者对岩相和不整合概念的理解。教师应应用图件反复强调。教学方法配合幻灯进行讲解。讲授重点内容提要一、构造运动概述构造运动(tectonicmovement)主要是指地球内力所引起的岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的地质作用。目前人们把晚第三纪以来发生的构造运动，叫新构造运动（neotectonics）；把有人类历史以来发生的新构造运动，称为现代构造运动（recenttectonics）。二、构造运动的基本特征o（一）构造运动具有方向性构造运动包括水平运动和垂直运动两种。1.水平运动（horizontalmovement）表现为岩石圈的水平挤压或水平引张，使岩层发生褶皱和断裂，甚至形成巨大的褶皱山系或巨大的地堑和裂谷。相对说来，水平运动难于观察，常用三角测量网来查明，如美国西海岸旧金山附近的圣安德列斯断层，经三角测量证明，水平错开达480km（图8-1）。又如我国东部的郯城—庐江断裂，据地质标志估计，断层的东西两侧平错了740km。2.垂直运动（verticalmovement）一般表现为大面积的上升和下降运动，形成大型的隆起和拗陷，引起海侵和海退。一般说来，垂直运动易于识别，但垂直运动比水平运动缓慢。在同一地区的不同时间内，上升运动和下降运动常常交替进行。另外，垂直运动总是此起彼落。在大陆内部，垂直运动可以通过大地水准测量来发现。在海边可以利用各种标志来验证。如意大利那不勒斯湾海岸波簇里奥城神庙前的三根大理石柱，就因地壳的升降一渡没入海中，人们就根据海生动物在柱上的钻孔痕迹来判断地壳升降的幅度（图8—2）。水平运动和垂直运动是岩石圈空间变形的两个分量，它们总是相伴而生。o（二）构造运动的速度和幅度构造运动有快有慢，但多数是长期缓慢的运动，例如喜马拉雅山，在四千万年前还是一片汪洋，今日却成了世界屋脊。第三纪以来，每年平均上升0.05cm。从1862—1932年的70年间，平均每年上升1.82cm，近些年来上升速度还在增加。此外像大洋中脊，也以每年2—4cm的速度向两侧移动。构造运动的幅度（指位移量），是随时间和地点而变化的。运动的幅度与运动的方向和速度有关。不论垂直运动还是水平运动，只要运动方向不变，时间愈长运动幅度愈大，同一时间内，速度愈快，运动幅度愈大。如喜马拉雅山。自开始上升以来，幅度已超过10000m。相反，像江汉平原地区，根据那里的上第三系和第四系沉积物厚度计算，却下降了1000m左右。如果构造运动在一定的时间间隔内，运动方向频繁变化，时而上升时而下降，或者作往复水平运动，那么地质历史记录反映运动幅度不大。一般来说构造运动的幅度大小，直接反映着一个地区地壳的活动性。三、构造运动的地质证据（地层表现）所谓地质证据，就是通过沉积物或沉积岩的厚度、岩相变化、褶皱和断裂以及地层接触关系等来了解构造运动的状况。o（一）岩相及厚度变化岩相是指沉积岩生成时的自然环境、物质成分、结构构造以及所含生物的特征在岩石上的总体表现。比如说，地壳上升，沉积物的粒度变粗，厚度变小，甚至没有沉积物，而使地表遭受风化剥蚀（这是海退）；如果地壳下降，沉积物的粒度变细，厚度加大（这是海进）；如果地壳运动活动频繁，交替出现，自然沉积物的粗细就复杂多变。反之，如果地壳运动相对稳定，沉积物就趋于简单化。总之，沉积岩的岩相变化，就意味着地壳运动的方向、速度变化；沉积岩的厚度变化却反映了升降运动的幅度。如果同一种沉积岩在浅海中沉积，当沉积的厚度超过浅海深度，若超过愈多，说明地壳下降幅度愈大。反之，如果同一种沉积岩沉积很薄，甚至产生缺失，这就说明该地区相对上升的幅度很大，也意味着该地区已露出水面（图8-3）。o（二）褶皱和断层褶皱和断层是构造运动的直接表现。一般升降运动引起的褶皱，从形态上看常常是一些大型的宽缓的隆起和拗陷。产生的断层也主要是引张引起的正断层或高角度的逆断层。如汾渭地堑、莱茵地堑、东非裂谷和大洋中脊等。由水平运动造成的构造形迹，多比较清楚。强烈的挤压总是和紧密的褶皱、逆掩断层以及断层面呈波状的辗掩断层相联系。由于褶皱、辗掩而使地壳缩短变形、甚至重复。当重复地层遭受长期风化后，有时会形成飞来峰或构造窗。o（三）地层的接触关系地层的接触关系很重要，因为它是构造运动的集中表现。常见的地层的接触关系有整合、假整合和不整合三种形式。1.整合（conformity）指两套地层时代连续，岩层之间产状一致，互相平行，这说明它们在沉积时，其间没有发生间断现象。尽管有过升降运动的交替，但沉积物没有停止过。2.平行不整合又叫假整合（disconformity）指两套地层重叠，产状基本一致，但时代不连续，其间缺失某些时代的沉积物（或地层）。这种接触关系说明其间发生过升降运动，而且变为陆地遭受侵蚀，使两套地层之间出现凹凸不平的侵蚀面，这个面叫不整合面。缺失的地层时代，就是地壳上升的时期（图8-4A）。图8-4平行不整合和角度不整合的形成过程示意图（据李淑达，1983）O—奥陶系S—志留系D—泥盆系C—石炭系箭头指示构造运动方向3.角度不整合（unconformity）指两套地层的接触既不相互平行，地层时代又不连续，其间有地层缺失（沉积物发生过间断），这说明在第二套地层形成以前，曾发生过水平挤压运动和上升运动，使上下两套地层间成交角接触（图8-4B）。4.说明①在讲解地层的接触关系后，要及时小结其简要过程。如平行不整合的形成过程是：陆地下降接受沉积→上升遭受剥蚀→再下降接受新沉积；角度不整合的形成过程是：陆地下降接受沉积→经水平挤压（岩层褶皱断裂），上升遭受剥蚀→再下降接受新沉积。②顺便提出对不整合研究的意义。如可以了解构造运动的性质；可以大体确定构造运动发生的时代；可以从不整合面的特征了解当时的古地理环境；不整合面可以作为划分两个不同地质时代的界面。本节小结构造运动主要是指地球内力所引起的岩石圈的变形和变位。构造运动包括水平运动和垂直运动，其幅度有快有慢。岩相及地层厚度的变化，褶皱和断裂，地层的接触关系是构造运动的有力证据。整合与不整合，平行不整合与角度不整合是研究构造运动的主要证据之一，因而具有重要的地质意义。思考题一、基本概念构造运动新构造运动现代构造运动岩相二、区分1.整合与不整合；2.平行不整合与角度不整合三、回答问题1.简述平行不整合及角度不整合的形成过程。2.构造运动的地质证据有哪些？试举例说明。3.岩石圈为什么会发生变形？变形的主要表现形式是什么？四、画示意图说明1.平行不整合的形成过程。2.角度不整合的形成过程。本节参考文献1..Glass．BP．Introductiontoplanetarygeology．CambridgeUniversitypress．19822.BottMHPandKusznirNJ．Theoriginoftectonicstressinthelithosphere．Tectonophysics．1984,105:1—133.PressFandsieverR．Earth．FreamanWHandcompany．P613．19824.陶世龙等．地球科学概论．北京：地质出版社．P113—121，1999第二节构造运动引起岩石的变形目的要求在本节里，我们要讨论由地壳运动所引起的地质构造，而最常见的地质构造是岩层的褶皱和断裂。它们不仅是地壳遭受侵蚀作用的薄弱地区，而且又是岩浆活动和成矿作用的良好通道。课时：2学时授课内容一、岩石变形变位的原因二、岩层的产状三、褶皱构造o（一）褶皱的基本形态o（二）褶皱要素o（三）褶皱的类型o（四）褶皱构造的时代确定四、断裂构造o（一）节理o（二）断层1.断层要素2.断层分类3.断层的组合4.断层的形成时代确定重点1.要求理解并掌握岩层的产状及褶皱的基本类型和褶皱的要素；2.断层要素和一般分类。难点难点是如何使学生建立空间观念。教学方法最好在课堂上运用模型进行讲解。讲授重点内容提要一、地质构造（geologicstructure）组成地壳的岩层和岩石，在地壳运动动力的作用下，发生变形、变位的行迹叫地质构造。岩石为什么会变形、变位呢？我们在野外看到的岩层或岩石，总是变化多端，有的倾斜，有的直立，有的弯弯曲曲，有的破裂成不连续的块体。难道它们的原始状态就是如此吗？并不是。从沉积作用所知，不论在海盆、湖盆或平原上沉积而成的岩石，它们都是水平的或近于水平的。为什么会变成种种复杂的状态呢？显然是后来发生的变化，其主要原因就是受地壳运动影响的结果。地壳主要由坚硬的岩石组成，难道也会发生弯曲？其实只要考虑到地壳运动的长期性，岩石受力的环境状况就不难理解了。岩石在高温高压下，同样可以变得“柔软”。据实验证明，石灰岩在每平方厘米300㎏的围压下，就会变得柔软起来，而这样的压力，在地壳中不到1km的深度就具备了。另外，岩石在长期的受力环境里也会发生变形和变位。二、岩层的产状（attitudeofstratum）岩层的产状是指岩层在空间的分布状态。掌握对岩层产状的测定，是进一步认识岩层构造形态的基础。原始沉积的岩层，一般是水平的，先沉积的在下，后沉积的在上，这叫水平产状（horizontalattitude）。任何一个岩层都有一个顶面和一个底面，它们之间的垂距，就是岩层的厚度。岩层厚度是变化的，如果在延伸方向上变薄为零厚度，就叫岩层的尖灭。若向四周尖灭，则叫透镜体；如果断续尖灭，就叫尖灭再现。虽然岩层的空间位置多种多样，但概括起来不外三种：水平岩层、倾斜岩层和直立岩层。1.走向（strike）指同一倾斜岩层层面与水平面的交线方向。走向有两个数值，常用方位角表示。2.倾向（dip）指倾斜岩层层面上垂直于走向的倾斜线在水平面上的投影指向倾斜下方的方向，也用方位角表示。倾向与走向始终保持90°的关系。3.倾角（dipangle）倾角是指倾斜岩层层面与水平面间的最大夹角。它的数值在0—90°的范围内。如果岩层成水平状态分布时，就无所谓产状测定了（图8-5）。三、褶皱构造褶皱（fold）是岩层受力变形产生的一系列连续的弯曲。褶皱形态多样，规模大小不一，大者延续几十、几百公里，小者在显微镜下可见。o（一）褶皱的基本形态研究褶皱，首先要掌握褶皱的基本形态。褶皱的类型有很多，但基本类型是两种：背斜、向斜（图8-6）。.1.背斜（anticline）在形态上是岩层向上弯曲，两翼岩层倾向相背，老的岩层在核部（中间），新的岩层在两翼。2.向斜（syncline）在形态上是岩层向下弯曲，两翼岩层倾向相向，新的岩层组成核部，老的岩层组成两翼。关于背斜、向斜的问题，不能理解为背斜向上拱起一定是高山；向斜向下弯曲一定是低地。若真是如此，在野外判断褶皱就太容易了。背斜上拱、向斜下坳这的确不错，但“拱”和“坳”是指岩层而言，而与地势的高低是两回事。相反，背斜常成低地，向斜常是山岭，这叫地形的倒置。在野外正确认识背、向斜的方法是：横穿褶皱，如果发现老的岩层在中间，新的岩层在两侧而且对称重复，那就是背斜构造，反之为向斜构造。o（二）褶皱要素虽然褶皱的形态很多，但它们都是由核部、翼部、轴面和枢纽等部分组成，这些组成部分就称为褶皱要素（图8-7）。.1.核部（core）指褶皱的中央部分。2.翼部（limb）指褶皱两侧的岩层。3.轴面（axialplane）是平分褶皱为两部分的理想面。轴面可以是直立的、倾斜的和水平的。轴面与水平面的交线叫轴线（axiall