构造地质学

构造地质学主讲人：陶晓风成都理工大学地球科学学院地质学系第一章绪论一、构造地质学概述二、构造地质学的研究对象和内容三、构造地质学的研究方法四、构造地质学的研究意义一、构造地质学概述构造地质学是地质学的一门独立的分枝学科,这一门分枝学科与地层学、岩石学一起构成了地质学的三大基础学科。在地质学中,地层及古生物学、矿物及岩石学主要是研究地壳物质的组成或建造的,而构造地质学则是研究在地球内部力的作用下以及所伴随的内动力地质作用下,地球物质,尤其是岩石圈固态岩石的变形或改造第一章绪论一、构造地质学概述（一）岩石变形:是指岩石受到力的作用,使其内部的质点发生了运动,导致原来岩石的形态和(或)体积发生了改变。当作用于岩石上的力达到或超过岩石的强度极限和(或)屈服极限时,岩石就以各种各样的变形形式来释放内部的能量,以获取新的平衡。第一章绪论一、构造地质学概述岩石的变形形式:（1）当作用力达到或超过岩石的屈服极限,层状岩层会失稳屈服,产生弯曲褶皱第一章绪论一、构造地质学概述岩石变形的表现形式:2.作用力达到和超过岩石和岩层的强度极限,岩石失去内聚,发生破裂、错动和破碎。第一章绪论逆断层上盘上升1.1构造地质学概述变形岩石的碎裂结构一、构造地质学概述岩石变形的表现形式:（3）在地壳深部高温和高压的环境下，当作用于岩石上的力达到或超过岩石的强度极限时，岩石发生塑性变形岩石塑性变形显示定向结构第一章绪论一、构造地质学概述（二）构造运动的概念及类型构造运动的概念地球动力引起岩石圈变形、变位的作用叫构造运动,有时又称为地壳运动。岩石圈自形成以来，一直处于持续不断地运动中，但运动速度通常是十分缓慢而不易被人们直接察觉出来，只有当构造运动引起岩石发生变形、断裂、应力突然释放导致比较强烈的地震时，才能被人们觉察到。第一章绪论构造运动类型1.水平运动：地壳或岩石圈大致沿地球表面切线（平行于地球表面）方向运动叫水平运动。常用地理方位来表示其运动方向（E、S、W、N）。水平运动表现为岩石圈的水平挤压或水平扩张、水平错动。因而引起岩石和岩层强烈的弯曲褶皱、断裂，形成巨大的褶皱山系，巨大的地堑、沟谷等。1.水平运动：岩石圈中最大规模的水平运动表现为大陆漂移！1.水平运动：现代水平运动的典型例子是美国西部的圣安德列斯断层。该断层形成于140百万年前的侏罗纪时期，从那时至今一直运动。1882～1946年间做了4次定量测量，发现断层西侧地块往西北方向错动位移。平均1cm/year,1906年旧金山发生大地震以及近些年来发生的一系列强烈地震主要是由于该断层错动位移引起的。1.水平运动：SanAndreasFault圣安得列斯断层航空照片1.水平运动：圣安得列斯断层水平位移测量构造运动类型2.垂直运动(升降运动)：地表或岩石圈沿地球半径方向运动。它常表现为大规模的隆起和抬升加高，并引起地势高低的变化和海陆变迁，上升可成陆，下降可成海。有人把这种运动叫造陆运动。构造运动类型2.垂直运动(升降运动)：意大利那不勒斯湾海岸古罗马时代的著名大理石柱是升降运动的最好例子。柱子下部一段是在1533年火山喷发时被火山灰掩埋部分，柱面光滑；其上2.7米一段在地壳下降时淹没在海水中，被海水和牡蜊侵蚀了许多小孔。18世纪中期，全柱升出海面。19世纪，地面又开始下沉，柱脚已被淹在海水里了。一、构造地质学概述构造运动类型根据构造运动发生时期划分为：古构造运动:发生在第三纪之前的构造运动叫古构造运动，新构造运动：发生在第三纪以来的构造运动叫新构造运动。现代构造运动：人类历史时期以来所发生的构造运动称现代构造运动第一章绪论构造运动类型根据构造运动发生时期划分为：古构造运动:发生在第三纪之前的构造运动叫古构造运动，新构造运动：发生在第三纪以来的构造运动叫新构造运动。现代构造运动：人类历史时期以来所发生的构造运动称现代构造运动一、构造地质学概述（三）地质构造的概念:构造运动产生的岩石和岩层中的变形、变位的几何形貌形迹叫地质构造。地质构造类型、成因、规模、形态丰富多彩、千差万别，但就几何学而言，可分为面状构造和线状构造，前者如岩层面、褶皱面、断层面、不整合面等等；后者如褶皱枢纽、擦痕、矿物生长线理等。就成因而言，有水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造（节理构造、断层构造）等。地质构造在层状岩石中表现最明显，研究最清楚。第一章绪论二、构造地质学的研究对象和内容（一）构造地质学的研究对象构造地质学的主要研究对象是地球岩石圈的岩石、岩层、岩体在力的作用下,变形形成的各种各样的地质构造现象。在地球上进行的地质作用种类较多,它们都可以改造岩石的面貌,造成岩石的变形。它们可以分为两类。构造地质学的主要研究对象则是由内动力地质作用(如:地壳运动、地震作用、岩浆作用、变质作用等)形成的地质构造。这其中,最主要的还是地壳运动,地壳运动控制和影响着地震、岩浆、变质作用,地壳运动造成了地壳中各种各样的变形地质构造形貌。由外动力地质作用(如:风化地质作用、流水地质作用、冰川地质作用、湖泊地质作用、海洋地质作用、风的地质作用等)引起的地质构造则不是构造地质学的主要研究对象。第一章绪论1.研究地质构造的空间几何学形态特征(1)研究地质构造的几何学形态包括变形构造的三度空间几何学形貌及其几何要素,如褶皱构造的弯褶形态以及相应的几何要素轴面轴线核翼翼转折端二、构造地质学的研究对象和内容（二）构造地质学的研究内容第一章绪论二、构造地质学的研究对象和内容（二）构造地质学的研究内容1.研究地质构造的空间几何学形态特征(2)研究地质构造的产状包括各种面状构造和线状在三度空间的延伸状况和倾斜状况,地质构造的产状要素,地质构造产状的空间变化规律和优选定向规律AB-走向线OD-倾斜线OD’-倾向α-倾角岩层面水平面abcdea第一章绪论三、构造地质学的研究方法（一）构造解析法岩石圈中的的地质构造纷繁复杂，具有多方向、多成因、多级别、多时期、多性质等特点,这给地质构造的研究带来极大的困难。构造地质学采用构造解析的方法来解决这些复杂的地质问题。所谓解析,就是把整体分解为部分,把复杂的事物分解成简单的要素,再加以研究分析。构造解析就是对地质构造加以分解,分析其总体和内部结构及其构造的关系,阐明和解释地质构造的几何学特征,形成机制和演化规律,全面地,定量－半定量地对地质构造之间的空间、时间、作用力(外力和内力)、物(物性和物态)、境(背景和环境)进行综合分析第一章绪论（一）构造解析法地质构造解析法主要包括三个方面的内容1地质构造几何学解析2地质构造动力学解析3地质构造运动学解析（一）构造解析法1.构造几何学解析构造的几何学解析就是从地质构造的形态、位态、样式、变形量等四个方面来进行全面分析的,构造几何学分析提供的资料和得出的数据,是构造运动学解析和构造动力学解析的基础.调查和分析各种类型、各种级别地质构造的(1)空间形态(2)分布范围(3)产状(4)空间方位(5)规模大小(6)排列方式(7)发育状况1.构造几何学解析构造的几何学解析就是从地质构造的形态、位态、样式、变形量等四个方面来进行全面分析的,构造几何学分析提供的资料和得出的数据,是构造运动学解析和构造动力学解析的基础2构造运动学解析地质构造的运动学解析主要是研究岩石、岩块、地块、板块等在地质历史时期变形时的应力、应变的性质、方向和大小。这些都可以在地质构造几何学的解析得出的基本资料和数据基础上,应用科学的理论和方法,遵循一定的逻辑步骤,最后得以完成。3.构造动力学解析地质构造的形成是地壳中力作用的结果,可以说,没有力的作用就没有地质构造的产生,所以说,要研究地质构造的成因和机制,就必须深入研究地质构造与力之间的内在关系,这对了解地质构造的形成演化,了解地球的演化历史都有很重要的意义。但是,造成地质构造形成的力多已随地质构造的出现而消失,也就是说,这些力已不复存在,怎么样去研究已经消失的力与地质构造之间的内在联系,是摆在地质工作者面前的一道难题,也是一个挑战。构造地质学应用现代科学的理论和方法,将今论古,努力去探索和解决这一问题3构造动力学解析地质构造的动力学解析包括要研究造成地质构造形成的力的作用方式(挤压、拉张、剪切)、力的作用方向、和作用力的大小。这些都可以在地质构造几何学的解析得出的基本资料和数据基础上,应用科学的理论和方法,遵循一定的逻辑步骤,最后得以完成。三、构造地质学的研究方法（二）历史分析法.1.构造形成时代、构造世代、变形序列的分析确定通过野外对地质构造的观察、测量、描述、收集,再经过室内对野外所收集的的地质资料以及其它相关资料的综合分析研究,查明一个地区存在的各种地质构造的形成时期及其发育的先后顺序。一般是采用以下方法和依据:根据地层之间的不整合关系根据地质构造之间的切割关系、叠加关系根据沉积岩相、岩层厚度等方面的资料根据岩浆活动期次及其与围岩的接触关系根据岩石和矿物的同位素年代测定资料第一章绪论2.资料的收集整理在野外详细调查和收集地质构造的几何学、动力学和运动学的资料和参数,应用各种构造分析方法、应用计算机构造地质分析软件进行各种构造数据处理、统计、模拟、成图、成像3.地质构造模拟实验地质构造是形成于地质历史时期,其形成的作用过程早已成为过去而无法看到,构造地质学根据物理学、数学等学科的原理,采用一些方法来模拟构造形成的变形过程。(1)物理模拟实验应用相似原理,选用粘土、石蜡、沥青、石膏、凡士林等材料,充当岩体和岩层,按照所研究区内的岩层、岩体分布状况,做成相应的模型,并根据研究区内地质构造的力学成因,施加相应性质、方向的力,使材料变形,然后将实验模型与研究区实际情况进行比较。用以说明地质构造的形成、组合关系与变形边界条件和作用力之间的关系褶皱模拟实验(2)数学模拟根据理论力学、材料力学、弹性力学的理论和原理,参照研究区的实际地质状况,建立起数学物理模型,对研究区的地质构造形成的构造应力场进行数学模拟,将模拟的结果与研究区的地质实际相对比4.多学科综合分析研究地质学科中的地质问题比较复杂,而地质构造问题更是首当其冲,所以需要借用和参照其它学科和其它地质学分支学科的理论、方法和研究资料来解决遇到的一系列地质构造问题。例如,航天卫星照片、航空照片的引进和应用,扩大了观察分析地质构造的视域,弥补了野外地质观察的局限性,使我们更好、更完整地认识地质构造。钻探工程、地球物理勘探等手段则帮助我们地质构造在地下的发育和延伸情况,在寻找各种矿产资源方面起到积极的作用。材料力学和弹塑性力学的理论,可以帮助解释地质构造形成的力学成因,在地质构造的动力学和运动学解析中起着积极的作用四、构造地质学的研究意义（一）理论意义通过对不同地域的中小型地质构造的变形特征研究,分析它们在空间上的相互关系以及形成时间上的演化关系,为大地构造的分析和研究提供坚实的基础,为最终探讨地壳构造演化、地壳运动规律、构造动力来源提供依据。第一章绪论（二）实践意义构造地质学的实践意义在于应用地质构造的变形规律去指导生产实践,解决矿产资源的分布、水文地质问题、工程地质问题、地震问题、环境问题等。地壳中的矿产资源是地壳中有用元素聚集成矿的结果,地壳运动和岩石变形既为有用元素的迁移、聚集提供了驱动力,又为成矿元素的聚集成矿通过了容矿空间,这就是为什么大多数矿床都赋存于地质构造中的原因。例如,石油和天然气通常聚集在褶皱的背斜构造的核部以及具有圈闭条件的断层带之中。搞清这些储油构造的分布规律,再借助石油地质的分析研究理论和方法,可以帮助找寻这些人们赖以生存的战略物资。