大地构造与沉积作用.ppt

大地构造与沉积作用 Tectonics & Sedimentary,主 讲：秦 启 荣,推 荐 参 考 书,1) 大地构造与沉积作用（论文集），许靖华著，地质出版社，1985 2) 板块构造与沉积作用（论文集），William R. Dickinson 等著，地质出版社，1982 3) 大地构造学派概观（教材），谢仁海编，中国矿业大学出版社，1989 4) 大地构造学概论，陕西科学技术出版社，1987 5) 石油构造地质学（培训教材），张楷、陆克政等，石油工业出版社，1989 6) 板块构造、大陆边缘与含油气盆地，陈景达，石油大学出版社，1988 7) 板块构造基本问题，地震出版社，1993 8) 大地构造学基础及中国区域构造概要，成都地质学院编，地质出版社，1983 9) 中国石油大地构造，张宗命，石油工业出版社，1984,内 容 提 要,1 大地构造理论概述 2 大地构造对沉积作用的控制影响 2.1 大地构造对沉积盆地的控制与影响 2.2 大地构造对沉积作用（岩相、沉积厚度、层序、岩性等）的控制与影响 3 沉积作用研究对大地构造的意义 4 不同构造背景下的沉积作用及构造沉积组合,1 大地构造理论概述,1.1 有关大地构造的基本问题 1.2 地壳及岩石圈构造 1.3 地台-地槽理论 1.4 板块构造理论简介,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.1 大地构造相关概念 1）基本概念：研究整个岩石圈（地壳和上地幔顶部的刚性层）的结构、组成、构造特征及其发生、发展演化规律，以及地壳运动的模式、特征和动力来源的一门学科。是地质学的一门综合分支科学。 2）研究对象：地壳表层（岩石圈，主要是地壳）的构造。 3）研究内容：不同构造单元中的沉积建造、岩浆活动、构造运动、变质作用、成矿作用、地球物理和地球化学等方面的特征；从而研究每个地区的大地构造性质及其发展史。是对一个构造单元所有地质内容研究的综合总结与提升。 4）区域大地构造学（区域构造）：研究具体的某个地区或区域的大地构造特征，如中国大地构造，中国石油大地构造等。,1.1 有关大地构造的基本问题,5) 普通大地构造学（大地构造）：在区域大地构造研究的基础上，进一步加以概括出的带有全球性特征的构造特征和规律，并从理论是探讨它们的特征。 6) 中心问题： 地壳的运动方向（水平、升降）； 地壳活动随时间的发展规律，即周期性问题； 地壳运动的动力来源及形成机制问题，即驱动力问题。,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.2 研究意义： 1) 理论意义：研究地球的起源、发展演化，以及全球构造运动及其发展规律和形成原因等。 2) 实践意义： 为各门具体的地质学科理论的发展提供指导意见； 指导矿产的普查和勘探； 为防治地震等地质灾害防治、地质环境的保护提供指导； 为大型工程建设提供可靠的地质依据。,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.3 大地构造学派 由于目前的科学技术水平和手段的限制，在一些有关地壳运动的重大问题上，没能取得确切的定论，只能凭现有的资料进行假设和推理，因此出现了对地壳运动及构造运动不同的看法或观点，形成了不同的大地构造学派。国际是最流行的是槽台学说和板块构造学说。,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.3 大地构造学派 1) 槽台学说（后面讲）； 2) 板块构造学说（后面讲）； 3) 地质力学（李四光）； 运用力学原理，通过构造形迹构造体系构造应力场，探讨构造的成因、形成和演化机制，这样形成的一门研究构造和构造运动规律的一门学科。 地质力学工作方法和步骤：,1.1 有关大地构造的基本问题,3) 地质力学（李四光）； 中国构造体系基本类型： 巨星纬向构造体系（阴山天山构造带、秦岭昆仑构造带、南岭构造带） 经向构造体系 各种扭动型式构造带： “多”字型构造体系（新华夏构造体系、华夏系和华夏式构造体系、河西系） “山”字型构造体系 旋纽构造体系 “人”字型构造,1.1 有关大地构造的基本问题,4) 多旋回学说（黄汲清） 地槽大多经历多次造山运动后才逐渐失去活动性、变得稳定；地台区也的沉积作用、岩浆作用、变质作用、断裂活动和成矿作用等都具有多旋回的特点； 中国的大地构造（地槽、地台）特征均具有多旋回的特征； 地槽发展的多旋回模式； 准地台概念的提出。 5) 断块构造理论（张文佑） 6) 地洼学说（陈国达）： 7) 地壳波状镶嵌构造学说（张伯声）：,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.4 大地构造的研究方法 1) 历史分析法（历史构造比较法） 沉积相、沉积建造分析： 岩浆活动分析： 构造变动分析： 变质作用分析： 成矿作用分析（油气成藏分析）： 地球物理资料分析（重力、磁力、地热流等值的异常，震源机制解，地震波速在纵向和横向上的变化等） 地球化学资料分析,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.4 大地构造的研究方法 2)力学分析法： 研究各种构造的力学性质、组构方位、组合特征、构造成因机制构造应力场，构造演化规律。 方法手段：岩石微观变形观察分析，晶格位错分析，构造及构造应力场的物理模拟、数值模拟分析等。 3) 地球物理方法： 探测深部构造和隐伏构造。如确定地球内部界面形态和埋藏深度、坳陷区内盖层的厚度及基底的起伏形态；探测地下构造的延伸和变化情况；确定和追踪隐伏断裂带；研究地球内部构造、地球内部圈层结构的物质组成、结构及其变化；研究海底构造；划分大地构造区等。,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.4 大地构造的研究方法 4) 其他方法： 遥感遥测 高温高压实验 计算机仿真模拟 深海钻探 行星类比 微量分析,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.5 大地构造学起源与发展 1) 18世纪前的启蒙时代 诗经中的“高岸为谷、深谷为陵”，是对公元前780年陕西大地震引起的山崩地裂的记载； 唐代颜真卿在颜鲁公麻姑仙坛记中有“东海三为桑田”之说； 北宋沈括的梦溪笔谈和朱熹的语录都有对对地壳运动和构造演化过程的分析； 国外早在公元前500年古希腊哲学家罗芬就注意到高出海面的岩石上有海生贝壳和其它生物的印痕； 达. 芬奇也对海陆变迁作过沦丧。,1.1.5 大地构造学起源与发展,2) 经典大地构造假说的形成 18、19世纪是经典大地构造理论与假说形成的时期，在地质学界出现了水成学与火成学、灾变论与均变论之争，推动了大地构造理论的发展；对于山脉的成因解释有隆起说、收缩说、以及地槽-地台说： 隆起说：最初由俄国的罗蒙洛索夫提出，由英国的Hutton进一步完善，又由Buch和瑞士的Studer完善，是19世纪上半叶一直占统治地位的大地构造学派。主要论点是：岩浆从地球内部上升侵入到山体中央，使岩层由中央向边缘倾斜，并挤压形成褶皱和断裂。 收缩说：1852年由法国人Beaumont提出 ， 19世纪下半叶一直占主要地位，主要论点是地球由于冷却收缩引起水平挤压形成褶皱与断裂。 地槽地台说：由美国人Hall和Dana创立，后经过一个多世纪的发展完善形成。从19世纪下半叶到20世纪中叶一直占统治地位，其影响延续至今。,1.1.5 大地构造学起源与发展,3) 新的全球构造理论的形成 主要表现为活动论（地壳水平运动）与固定论（地壳垂直运动）的激烈争论。 1900年前后出现大陆漂移概念，1912年Wegener将其发展成系统的假说；60年代初，Hess和Dietz提出了海底扩张学说；60年代末期，法国的Le Pichon将其发展成板块构造学说。 板块构造是各地球科学的新成果和现代新技术运用所取得的新资料基础上，建立和发展起来的新的全球构造理论。它与其它学科相结合，而获得了新生。,1.1.5 大地构造学起源与发展,4) 中国大地构造研究简况 1939年李四光发表中国地质学；1945年黄汲清发表中国主要构造地质单位； 中国特殊的丰富多彩的构造特征，为发展大地构造理论奠定了有利的物资基础； 50年代开始，先后有张文佑的断块构造学说、黄汲清的多旋回构造运动及准地台理论、李四光的地质力学理论、陈国达的地洼学说、张伯声的波状镶嵌构造学说、马杏元在前寒武纪构造演化和推覆构造的研究方面也作了重要工作。 70年代开始，尹赞勋首先将板块构造学说引入中国，其后，李春昱、郭令智常承法、王鸿祯、朱夏、徐嘉炜等对中国的区域构造和大地构造都作了有影响的工作。 特点：学派多、学术观点不尽相同。,1.1 有关大地构造的基本问题,1.1.5 大地构造学起源与发展 5) 大地构造的研究动向 主要表现为活动论与固定论的争论； 80年代开始，国际上开展全球型大型国际岩石圈计划，意在搞清楚板块构造学说中存在的若干重大问题（如版内构造和板块驱动力问题）； 中国地理及构造位置的特殊性，在大地构造研究领域有独特的优势；,1.2 地壳及上地幔构造,1.2.1 地球内部主要分层 1）地壳、地幔、地核 2）岩石圈、软流圈、中间圈 1.2.2 地壳及上地幔的不均一性 1) 地壳的不均一性 2) 上地幔的不均一性 1.2.3 地壳及上地幔构造类型划分,1.3 地 槽-地台理论,1.3.1 地槽基本概念 1.3.2 地槽基本特征 1.3.3 地槽形成及发展模式 1.3.4 地槽区内部单元划分 1.3.5 地台基本概念 1.3.6 地台基本特征 1.3.7 地台结构划分,1.3.1 地槽概念及其发展,1859年，美国地质学家Hall的研究 1873年，Dana提出地向斜（地槽）和地背斜的概念，认为地槽位于大陆边缘，在那里一边下降，一边接受沉积。 20世纪初，地槽的研究重心转移到了欧洲，欧洲地质学家经过对Alps山区研究后认为：地槽的巨厚沉积并非都是浅海相，在Alps则有较多的深海或远海沉积；地槽位于两个大陆之间的狭长深海槽地，有的也位于大陆边缘。,1.3.1 地槽概念及其发展,美国和欧洲关于地槽概念的主要差别,1.3.1 地槽概念及其发展,1.3.1 地槽的概念 1) 地槽概念的发展：19世纪末期，针对地槽划分依据和对地壳运动认识的差异，产生了两个不同的学派 施狄勒为代表的观点：认为地球的收缩和水平挤压产生地槽坳陷，最后持续的挤压导致地槽巨厚沉积物褶皱上升成山脉；地槽坳陷和造山作用的主要动力是水平运动 以卡尔宾斯基为代表的前苏联的观点：认为坳陷和造山作用的主要动力是垂直运动；在研究方法上，强调历史构造分析法。,1.3.1 地槽概念及其发展,1.3.1 地槽的概念 2) 地槽是地壳上自古生代以来经历过强烈活动的长条状狭长地带，早期经过强烈差异下降接受巨厚沉积，后期经过强烈褶皱上升形成巨大山系。 3) 现代一般认为：地槽位于大陆边缘或两个大陆之间，现在大陆内部的一些地槽褶皱带，当时也位于大陆的边缘。 4) 优地槽：位于大陆边缘靠近大洋一侧，活动性很强，沉积物以浊积岩和火山碎屑岩为主，夹火山熔岩。 5) 冒地槽：位于大陆边缘靠近大陆一侧，基地为陆壳，沉积物陆源碎屑岩和碳酸盐岩为主，没有或很少有火山物质。,1.3.2 地槽基本特征,1.3.2.1 形态特征：呈狭长的带状 1.3.2.2 地貌特征：发展中的地槽地貌类似现代大陆边缘，有大陆架-大陆坡-大陆基（大西洋）型、大陆架-大陆坡-海沟(Ands)型、或边缘海-岛弧-海沟-大陆边缘（日本岛弧型）； 已经褶皱回返的地槽地貌为宏伟的山系，地形切割强烈。 1.3.2.3 沉积特征：沉积相带、沉积建造呈带状分布；沉积物以浅海沉积为主，有时还可以出现深海相和半深海相沉积；沉积物分选性差，岩性及其厚度变化明显；沉积厚度巨大，可达10000米厚。常见以下沉积建造,1.3.2.3 沉积特征,1) 沉积建造：与一定地质环境相结合、并在较大地区稳定的岩相共生组合 2) 硅质火山岩建造：也叫海底喷发岩建造，主要有海底喷发的拉斑玄武岩、细碧岩、角斑岩等组成，其上常常伴生有深海沉积的放射虫硅质岩、燧石等（蛇绿岩套）。形成于地槽强烈下降阶段的深水拗陷中的火山喷发和深水沉积，也有人认为是洋壳的组成部分。 3) 硬砂岩建造：以杂砂岩为主的沉积建造，包括岩屑杂砂岩、长石杂砂岩、长石砂岩等；是在地槽初期构造不稳定的条件下，由于地形起伏大，而强烈剥蚀、短距离搬运、和迅速堆积而形成的岩石中含有大套硬砂岩。,1.3.2.3 沉积特征,4) 复理石建造：巨厚的韵律性沉积建造，绝大部分为单调的砂岩和泥页岩互层，层理发育，但分选性差。形成于地槽的上升阶段，由于部分地区露出水面，成为陆源供应区，而相临的拗陷则堆积较厚的具有明显沉积韵律的复理石建造，其形成可能与浊流有关。 5) 磨拉石建造：主要由砾石、长石砂岩、杂砂岩等组成，夹少量的粉沙岩、泥页岩。形成于地槽普遍褶皱回返之后，即造山阶段之后，由于地理环境的极大反差，从高山地带剥蚀下来的碎屑物质，迅速充填到褶皱带的各种拗陷中，形成含大量砾石的磨拉石建造。,1.3.2 地槽基本特征,1.3.2.4 构造特征：构造很复杂，表现为紧密褶皱、大型断裂、和逆掩推覆构造都十分常见。 1) 褶皱的主要特征：基本上是紧闭的线形褶皱 延伸远，走向与地槽一致 剖面上背斜和向斜紧密相间、连续发育 在较大范围内，褶皱轴面倾向一致 2) 断裂的主要特征 走向与褶皱平行，规模大、延伸长 断层面与褶皱轴面一致，多为逆掩断层，有时形成推覆构造 一系列逆冲断层组成叠瓦构造,1.3.2 地槽基本特征,1.3.2.5 岩浆活动特征：强烈 1)广泛、强烈。 2)地槽下降初期：岩浆活动微弱 3)中期：优地槽中发生大规模海底基性-超基性岩浆喷发，形成蛇绿岩套 4)晚期：岩浆活动又显微弱 5)地槽褶皱回返：中酸性和超酸性岩浆岩大规模侵入,1.3.2 地槽基本特征,1.3.2.6 变质特征：无论是接触变质、动力变质、还是区域变质作用都十分明显。特殊地区还可发现有双变质带 1.3.2.7 地球物理特征：地槽褶皱带，多为地震活动带，地壳厚，往往重力异常呈带状分布，地热流值较高。 1.3.2.8 矿 产：丰富、多样。特别是与岩浆作用和变质作用有关的矿产基本上出现在地槽区。油气资源相对较少。,1.3.3 地槽的发展模式,1.3.3.1 总的趋势： 活动稳定，洋壳陆壳，演化模式分歧较大。 1.3.3.2 单旋回模式 1) 下降阶段：地槽总体呈差异性下降，形成一系列拗陷（地向斜）和隆起（地背斜）。 初期：快速大幅度下降，沉积大量陆源建造，断裂和火山活动弱； 中期：断裂活动强烈，基性（枕状玄武岩）和超基性（辉绿岩墙群）火山岩大量喷发，并与浅海沉积物（放射虫硅质岩）一起组成蛇绿岩套； 晚期：内部差异运动减弱，形成以碳酸盐岩为主的沉积建造；,1.3.3 地槽的发展模式,1.3.3.2 单旋回模式 2）上升阶段：地槽总体呈差异性升降。 初期，局部褶皱露出水面，成为陆源供应区，在相邻的凹陷区堆积较厚的上部陆源建造或具明显韵律的复理石建造； 随后，地槽全面褶皱上升，形成紧闭褶皱，并伴有一定程度的区域变质，岩浆大规模浸入； 最后，地槽全面上升形成褶皱山系，与接触变质和热液作用有关的内生矿床形成。 3）结束阶段：在褶皱山系的边缘形成局部小型凹陷边缘凹陷，接收山系大量的粗碎屑物，形成磨拉石建造。,1.3.3 地槽的发展模式,1.3.3.2 单旋回模式 经过一系列的发展，可形成一些新的构造单元 边缘拗陷：褶皱带与地台交界地区形成的坳陷 山前拗陷：褶皱山系与中间地块之间形成的坳陷 山间拗陷：褶皱山系内部的断陷或坳陷,地槽形成与发展模式图,1.3.3 地槽的发展模式,1.3.3.3 多旋回模式：地槽的发展的不同阶段都存在不同类型的多旋回运动 沉积建造的多旋回性 岩浆活动的多旋回性 深断裂活动的多旋回性 变质作用（包括花岗岩化和混合岩化的多旋回性） 成矿作用的多旋回性 1.3.3.4 板块构造与地槽的发展,1.3.4 地槽区内部的单元划分,1.3.5 地台的概念,1) 1885年，奥地利的Suess提出地台的概念 2) 地台是地壳上相对稳定的地区，具有明显的双层结构。下层为基底，按其组成可分为结晶基底和褶皱基底；上层为沉积盖层。 3) 地台是地槽褶皱回返后转化而来的，由于地槽褶皱回返的时期不同，地台的形成时间也不同，根据地台基底的形成时间不同，可将地台分为古地台和年轻地台,1.3.5 地台的概念,4) 古地台是基底形成于古生代以前的地台，也就是通常所称的地台或含义更为广泛的Craton。 5) 年轻地台是基底形成于古生代以后的地台，其盖层发育较差，基底广泛裸露，有的仍具有山系，故习惯上称之为褶皱带或褶皱系。 6) 活动地台：活动性较大的地台。如断裂广泛活动，沉积盖层中陆相“磨拉石”广泛发育，岩浆强烈活动 7) 准地台：盖层厚度大，存在大的隆起和坳陷，深大断裂发育，具地槽型沉积特征，多旋回构造活动，年轻地貌的地台（主要总结中国的地台特征而提出的）,1.3.6 地台的基本特征,1) 形态特征：不规则的椭圆形、菱形或多边形，面积大，一般几十万平方公里，最大可达2000多万平方公里。 2) 地貌特征：平原、高原、大陆架或海湾等。 3) 结构特征：双层结构，上部为沉积盖层，下为结晶或褶皱基底，为地台突出的典型特征。,1.3.6 地台的基本特征,4) 沉积特征：沉积盖层分布范围广、厚度小、岩性比较单一、岩石结构均匀、地层间多为整合或假整合接触，主要的沉积建造有： 石英砂岩建造 铝土-铁质建造 石灰岩建造 石膏-白云岩建造 含煤建造 红色碎屑岩建造,1.3.6 地台的基本特征,5) 构造特征： 基底构造：复杂，与地槽区构造特征相似 盖层构造：褶皱开阔、平缓，背、向斜不等同发育，定向性不明显；正、逆断层均比较发育， 6) 岩浆活动：相对比较微弱、但也有例外 7) 变质特征：不显著 8) 地球物理特征：低热流、负重力异常 9) 成矿作用：以外生矿为主，其中包括石油天然气,1.3.7 地台内部的构造单元划分,1) 国内外对地台及其内部构造单元的划分意见不一致，名词术语也比较杂乱：欧美国家一般把地台区分为地台和地盾，或统称为craton，大陆稳定地块叫做高克拉通(High craton)，大洋稳定地块叫做低克拉通(Oceanic craton) 。 2) 国内目前习惯叫法是：地台区（一级），地盾、地台（亚一级），地轴、台隆或台背斜、台拗或台向斜、台褶带（二级）。,地台结构,1.4 板块构造,前 言 板块构造是1968年发展起来的一个崭新的大地构造理论。 板块构造理论是在大陆漂移、海底扩张理论的基础发展而成的。,1.4.1 大陆漂移说,1.4.1.1 大陆漂移的起源与发展 1） 1620年，Bacon, F发现大西洋两岸海岸线具有相似性； 2）1858年，Snider, A根据欧洲、北美石炭系煤层中的植物化石的相似性，首次提出大西洋两岸能够拼合，所有大陆过去曾经是单一陆块的设想，并绘制了大西洋周围大陆的复原图； 3）1880年，Wettstein, H提出：大陆在太阳对地球的潮汐引力作用下向西漂移； 4）19世纪末，Suess将南半球各大陆拼合为单一的大陆，叫做冈瓦纳大陆； 5）1908年，Taylor, F.B认为大陆块的相对移动是使岩石挤压造成现代山脉和岛弧的原因； 6）1911年，Baker, H.B把各大洲拼合成大陆，使近代山链从一个大陆过渡到另外一个大陆； 7）1912年， Wegener全面、系统地提出了大陆漂移学说。,1.4.1 大陆漂移说,1.4.1.2 大陆漂移假说的基本观点 (1)大陆是由较轻的刚性硅铝层所组成，它漂浮在较重的粘性的硅镁层之上； (2) 在C之前，全球只存在一个大陆（泛大陆）和一个大洋（泛大洋）； (3) 从中生代开始，泛大陆在潮汐力和离心力的作用下逐渐破裂分离，离极向西、向赤道漂移，形成现在的海陆分布； (4) 大西洋和印度洋是大陆分离过程中形成的，太平洋则是泛大洋的残余； (5) 大陆漂移时，其前缘受到挤压形成山脉，后缘受拖曳而脱落下来的小陆块形成岛弧、岛屿和浅滩等。,魏格纳的大陆漂移及海陆演化图 （一九一五年）,1.4.1 大陆漂移说,1.4.1.3 大陆漂移的证据 1) 几何拼合：以915米等深线（大陆坡的中点）作为拼合线，得到大西洋两岸大陆最佳拼合图，平均误差不超过经度1或者88公里。 2) 地质构造拟合 非洲和南美洲的岩石年龄区的界线可互相连接 非洲和南美洲构造线方向协调一致 非洲西部和南美洲东部的锡-钨、铁-锰、铜-铅-锌等矿带互相衔接 非洲西南部和巴西东部在5.51.0亿年期间具相同的地质历史 欧洲和北美，南极洲、大洋州、印度以及非洲之间也可拼合,大西洋两岸大陆的拼合图 （Bullard等）,地质构造的拼合,南美洲东部和非洲西部矿带拼合图,巴西东南部和非洲西南部的地层层序,大陆漂移说,1.4.1.3 大陆漂移的证据 3) 古生物和古气候证据：古气候与现代气候分布很不协调：在靠近北极的斯匹茨卑尔根群岛，发现有CK的热带植物化石和R的温带植物化石；而在南美洲、非洲、印度和澳洲等地却发现广泛分布的CP的寒带植物和冰川堆积物。 4) 生物变异的研究证据：物种的繁衍与灭绝与大陆的离聚有密切的关系。大陆分离与漂移回增加物种的多样性；而大陆的聚合却会使物种减少。地球上物种的变化与时间的关系见下图。,3亿年前生物的生活环境,2.53.0亿年之间的极地冰川和热带沙漠,无脊椎动物的变异时间和大陆离聚的关系,大陆漂移说,1.4.1.3大陆漂移的证据 5) 古地磁证据 (1) 剩余磁性：在外磁场作用下，物质获得磁性，当外磁场去掉或改变后，又保持不变的磁性叫剩余磁性。 (2) 古地磁：岩石的剩余磁性，代表了岩石形成时期地磁场的磁性，利用它可计算出古地磁极位置，和岩石产地当时的古纬度和地磁强度。岩石的古地磁包括热剩余地磁，沉积剩余地磁和化学剩余地磁3种。 (3) 古地磁极的游移与大陆漂移：50年代，英国人Runcorn, S. K.先后测出了欧洲和北美洲等地从前寒武纪以来每一地质时代的古地磁极的平均位置，然后连成平滑的曲线（古地磁游移轨迹）。 (4) 比较这两条地磁游移轨迹可知：P之前，二者大致平行，其间距约为经度30；P之后，二者逐渐靠近，最后汇合于今日的北极。两条曲线在T开始靠近，正好说明两个大陆从中生代开始分离漂移。,欧洲和北美洲磁极游移轨迹比较,大陆漂移说,1.4.1.3大陆漂移的证据 6) 平移断层 从上世纪50年代开始，无论在大陆还是在海底，都发现大量断距数十乃至数百公里的平移断层，表明大陆地壳在做一定幅度的水平位移，其中以美国的圣.安德列斯大断裂和中国的郯庐断裂较著名。 中国的郯庐断裂， 北美的ST. Anderles断裂，,郯庐断裂,基本特征：,圣安德列斯断裂,1.4.2 海底扩张说,1.4.2.1 海底扩张说的基本内容 1) 全球规模的洋脊系统是洋壳生长的地方：地幔物质从洋脊的裂缝中涌出，冷凝形成新洋壳；新洋壳将老洋壳从洋脊轴部依次向两侧推开，海底洋壳的年龄随着与洋脊的距离的增大而增加； 2) 海底扩张并不是无限的：当洋壳到达海沟时，就俯冲下沉熔融，重返软流圈（海沟俯冲带也叫消减带）；洋壳的生长与消减并存，保持平衡（也有人认为生长大于消减，地球自中生代以来在不断地膨胀）。,1.4.2.2 海底扩张说的证据 1) 海底地形和地热：海底地形和热流值总的趋势是洋脊（隆）轴部最高，向两侧变低，海沟及大陆坡底部最低； 2) 海底沉积物的侧向变化：深海沉积物由洋脊向两侧，从无到有、从薄到厚，沉积层序由少到多，最底部沉积物年龄也越来越老； 3) 海底岩石年龄：海底火成岩的年龄与深海沉积物一样，以洋脊为轴向两侧对称变化，洋脊轴部岩石年龄最新，向两侧越来越老，但最老不超过中生代和侏罗纪。,1.4.2 海底扩张说,北太平洋海底年龄,1.4.2 海底扩张说,1.4.2.2 海底扩张说的证据 4) 海底磁异常 (1) 地磁场倒转与地磁年代表：地质历史时期（第三纪以来），岩石中约有一半的磁化方向与现代地磁场相反的现象，叫地磁场倒转。每隔一段时间（1300万年，一般为几十万年）地球的南、北磁极会发生互换。将地史上具正、反磁性的代表性熔岩进行同位素年龄测定后，建立地磁场与时间对应的地磁年代表。,1.4.2 海底扩张说,1.4.2.2 海底扩张说的证据 4) 海底磁异常 (2) 海底磁异常的基本特征：世界三大洋海底磁异常明显的共同特征是正、负磁异常相间排列，与洋脊平行，并以洋脊为轴两边对称分布。 (3) 海底磁异常的成因机制：海底扩张和地磁场倒转。 地磁场测量的“三位一体”,磁异常及其分布特征,1.4.2 海底扩张说,1.4.2.3 大洋的发展阶段（Wilson旋回）： 每个大洋都有自己的发生、发展演化过程，各自处于生长和衰退的不同阶段；Wilson按照大洋盆地生命周期次序，把大洋发展史分为6个阶段（见大洋生命周期特征表），大洋从张开到闭合的整个过程叫wilson旋回。,大洋盆地生命周期阶段及其特征（Wilson旋回） （根据Wilson, J. T. ,1973）,1.4.3 板块构造,1.4.3.1 板块构造基本内容及其概念 1) 位于软流圈上的刚性岩石圈被一些构造活动带和深大断裂分割成很多既不连续、又相互“镶嵌”的球面块体，块体的厚度相对地球半径来说很薄，呈板块状，故叫岩石圈板块（简称板块）； 2) 每个板块都在不断的运动，边生长、边移动、边消亡； 3) 板块之间彼此分离、俯冲碰撞、或相对滑动； 4) 板块边界是地表活动最频繁的地带，是大多数的地震、火山活动发生的地带； 5) 板块之间的相互作用是形成地表各种运动和岩石变形的根本原因 6) 板块构造理论是研究岩石圈板块相互作用的理论，是在海底扩张说引伸、发展起来的新的大地构造理论。,1.4.3 板块构造,1.4.3.2 板块的划分 1) 板块的划分与地震和火山活动密切相关，现代地震和火山活动主要集中在海沟岛弧系、洋脊系、转换断层和AlpsHimalayas褶皱山系。 2) 板块划分方案较多。法国的Le Pichon, X. 将划分为6大板块，它们是：太平洋板块、欧亚板块、印度洋（澳洲）板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。 1.4.3.3 板块的分界线 1) 洋脊和洋隆 2) 转换断层 3) 俯冲带（消减带、Benioff 带） 4) 地缝合线,岩石圈板块及其边界类型,1.4.3 板块构造,1.4.3.4 板块边界类型及板块间的相对运动 1) 拉张型板块边界：拉张型板块边界是岩石圈生长的场所； (1) 主要特征 岩石圈受到拉张 基性超基性岩浆侵入与喷发 浅源地震 高热流值 (2) 类型：裂谷（红海）；洋脊和洋隆 (3) 运动方式：两个板块作相背运动，形成新的洋壳,岩石圈的生长与消亡,1.4.3 板块构造,1.4.3.4 板块边界类型及板块间的相对运动 2) 挤压型板块边界：岩石圈板块对冲、消减、碰撞的场所 (1) 主要特征 构造活动强烈、复杂 地震活动频繁，中、深源地震较多 岩浆活动和变质作用较强 形成的岛弧山脉大多呈弧形,1.4.3 板块构造,2) 挤压型板块边界 (2) 类型： 岛弧海沟系（西太平洋边缘岛弧）：可进一步分为陆缘弧和洋内弧 山弧海沟系：如南美洲的Ands山弧海沟系 陆间海：地中海 地缝合线：（西藏的雅鲁藏布江地缝合线）,1.4.3 板块构造,2) 挤压型板块边界 (3) 运动：聚合运动，主要有4种情况 洋块的聚合（马里亚纳群岛） 洋块和前缘带岛弧的陆块聚合，形成海沟岛弧系（日本、琉球） 洋块直接与陆块聚合，形成海沟山弧系（南美洲西海岸） 两个陆块直接碰撞，在岩层中形成巨大的推覆体和紧闭褶皱，并形成高原和弧型山脉（青藏高原，喜玛拉雅山）或高山和残余海盆地（高加索山、里海、黑海）,板块构造的聚合运动,1.4.3 板块构造,3) 剪切型板块边界：转换断层 岩石圈既不生长、也不消减； 浅源地震活跃； 破碎变质作用发育； 板块相互错动、做剪切作用。 板块边界和板块运动是板块构造研究的重点 1.4.3.5 三合（叉）点： 是3个板块和3个板块边界汇合的点，是球面上板块边界终止的一种方式；裂谷形成的初期，往往就是三叉构造的形式，如现代的红海、亚丁湾和东非裂谷。三叉点的可能类型见下页。 1.4.3.6 板块运动的全球格局,1.4.3 板块构造,1.4.3.7 板块运动的驱动力 1) 地幔热对流模式 深地幔对流模式：对流发生在下地幔或整个地幔内；流行于50年代。 浅地幔对流模式：对流环的下半部是软流圈，上半部是岩石圈（Si-Al层除外）；流行于60年代末、70年代初。 热柱对流模式：热柱从核幔边界升起，直径达几百公里，当其达到岩石圈之下的软流圈时，流动方向变为水平方向，呈放射状扩散开来，并带动其上的岩石圈移动、分裂。 2) 热重力地幔对流推拉模式： 70年代关于板块驱动力研究的一个重要进展就是强调重力的作用。认为板块从洋脊向两旁滑动是由于外部前缘板块冷却、加重、下沉引起的；也有人认为是多种（8种）力综合作用的结果。,热柱对流示意图,热柱对流模式,板块运动的多种力作用,1.4.3 板块构造,1.4.3.8 板块构造与地质作用 1) 拉张型板块边界的地质作用 (1) 沉积作用： 大陆裂谷：陆源河湖相浅海相砾岩、砂泥岩和碳酸盐岩沉积为主，与火山岩、火山碎屑岩互层，厚度大，可达数千米；在干旱条件下，可沉积红色长石砂、砾岩；有时可形成蒸发岩、煤层等。在地堑中心可沉积富含有机质的沉积物，岩层厚度变化大，构造平缓，有利于油气的生成和富集。如北海盆地，莱茵地堑等。,1) 拉张型板块边界的地质作用,原洋裂谷：中间为洋壳，两侧为过渡型地壳；沉积作用受两侧陆块的影响，有各种海相、海陆过渡相的碎屑岩、蒸发岩、红层、浊积岩、碳酸盐岩、碳质泥岩等；如红海、亚丁湾和California。 洋中脊：一般缺少沉积物。 (2) 岩浆作用：强烈，一般以玄武岩质岩浆活动为主，尤其是火山岩最发育（见岩浆共生图） (3) 变质作用：普遍发育中低度热变质作用 (4) 成矿作用：复杂，主要是金属矿产比较发育，在原始的板内裂谷（地堑）可形成油气藏。 (5) 地震活动：中等，基本上是浅源地震，呈窄条带分布。,1.4.3 板块构造,1.4.3.8 板块构造与地质作用 2) 转换型板块边界的地质作用：简单。 (1)沉积作用: 转换断层既具剪切性质，又因局部应力转换而具挤压或拉张性质，从而形成窄而深的坳陷或转换拉张盆地（如拉分盆地）或转换挤压盆地（一般成雁行式排列）。主要的沉积特征是边缘堆积的角砾岩十分发育，横向变化大，多沉积间断（具体在盆地分析中讲。 (2) 变质作用：主要是碎裂变质作用 (3) 岩浆作用：缺乏 (4) 矿产：较少,1.4.3 板块构造,1.4.3.8 板块构造与地质作用 3) 挤压型板块边界的地质作用： (1) 特点:复杂，可用俯冲碰撞机制解释 (2) 挤压边界主要类型：海沟岛弧型，海沟山弧型。 (3) 横穿完善的海沟岛弧系所可能出现的构造单元： 外部隆起 海沟 海沟坡折（构造隆起、构造弧、外弧） 弧沟间隙（包括弧前盆地） 岩浆弧（火山弧、前弧） 弧间盆地（活动边缘海盆地） 残余弧（死弧、第三弧） 弧后盆地（不活动边缘海盆地）,海沟岛弧系横剖面示意图,1.4.3 板块构造,1.4.3.8 板块构造与地质作用 3) 挤压型板块边界的地质作用 (4) 海沟山弧系可能出现的构造单元 外部隆起 海沟 海沟坡折（构造隆起、构造弧、外弧） 弧沟间隙（包括弧前盆地） 岩浆弧（火山弧、前弧） 前陆盆地 (5) 弧、沟地质特征的差异：地形、重力异常、热流异常,1.4.3 板块构造,3) 挤压型板块边界的地质作用 (6) 沉积作用 海沟：深海和浊流沉积物 弧前盆地：沉积类型复杂，火山碎屑复理石建造、巨厚的杂砂岩、泥沉积为主，缺少碳酸盐岩沉积；山弧弧前盆地沉积粗碎屑岩或砾岩的陆相磨拉石建造 弧间盆地：以岛弧与外界相隔，仅有厚度有限的深海沉积物沉积 弧后盆地：沉积物丰富且横向变化较大，盆地中心是深海沉积物，向两侧有深水浊积物、碳酸盐岩、滨海浅海相、三角洲相砂泥岩沉积物，靠近岛弧一侧还有大量的火山碎屑岩和凝灰岩沉积,挤压型板块边界的地质作用,(6) 沉积作用 前陆盆地：沉积物主要是陆相、三角洲相和浅海相碎屑沉积，一般缺少深海相沉积 陆陆碰撞地区：先在残余洋盆地里形成三角洲相浅海相楔状碎屑岩体、或浅海相浊流-复理石沉积；在地缝合线附近形成陆相磨拉石堆积。 (7) 岩浆作用 弧沟地区岩浆活动十分强烈、复杂；不同区段、不同部位，岩浆作用共生组合也不一样，但相互之间具有一定的内在联系，有一定的时空变化规律,挤压型板块边界的地质作用,(8) 变质作用：区域变质作用十分发育，最典型的特征是双变质带：由两个互相平行的高压低温型变质带（兰闪石变质相）和高温低压型变质带（以红柱石、兰晶石为代表）所组成 (9) 成矿作用：矿产种类多、规模大、分布广、成因复杂。各类盆地中的含油气性。 (10) 造山活动：板块的俯冲和碰撞本身就是一种造山作用。俯冲板块上的沉积物，在俯冲过程中，绝大多数被刮下来；造成不同地点、不同时代的沉积物，仰冲板块上滑落下来的碎块，以及俯冲板块上部分侵位上来的洋壳碎块等，在岛弧、大陆边缘压缩、堆积起来形成混杂堆积和蛇绿岩套。加上岩浆作用的结果，使地壳褶皱、断裂、变质、隆起形成岛弧和山脉。,日本的3对双变质带,挤压型板块边界的造山作用,造山带的4种型式 Ands式：大洋板块在此带直接俯冲在大陆板块秩之下消亡，由此产生的大陆侧向增长很小。 岛弧式：发育于岛弧地区，大洋板块在离大陆较远的岛弧外侧向下俯冲、消亡，大陆增生快。 喜玛拉雅式：两个大陆相互碰撞，使大陆缩小。如Alps山和喜玛拉雅山。 新几内亚式：一个被动大陆边缘板块，向岛弧之下俯冲，形成大陆大陆边缘于岛弧碰撞；之后由于大陆浮力作用，俯冲停止，然后在岛弧靠洋一侧形成新海沟，大洋板块反过来向大陆下俯冲。(具有见下图),挤压型板块边界的地质作用,(11) 地震活动： 十分强烈，全球的两大地质活动带（即环太平洋带和Alps喜玛拉雅印尼地震带）都与此有关，由海关岛弧（或大陆）方向，地震深度由浅深分布。 世界上最深的地震震源深度为720km，标志着下降的岩石圈板块最终在这个深度被完全熔化。,1.4.3 板块构造,1.4.3.9 板块构造与地槽 1) 板块构造理论并不否认地槽的存在，只是对地槽的形成、发展等理论问题作了重的解释。 2) 地槽分布主要在大陆板块的边缘，少数介于板块之间；欧美学者认为冒地槽相当于海岸平原-大陆架-大陆坡，基底是Si-Al质的； 李春昱认为：在大陆边缘靠陆一侧是冒地槽，靠洋一侧是优地槽。,1.4.3 板块构造,1.4.3.9 板块构造与地槽 3）地槽的发展演化与岩石圈板块的增生、消减密切相关 地槽的形成（下坳）是岩石圈增生或大洋扩张或大陆张裂有关；而地槽的封闭（隆起）则是岩石圈板块消减、大洋收缩或大陆碰撞的结果。 地槽的“回返”作用（造山作用）是板块俯冲、碰撞的结果 地槽的发展史，就是大洋或板块的发展史,1.4.3 板块构造,1.4.3.9 板块构造与地槽 4）地槽的分类 可与大洋扩张和收缩的不同阶段、不同部位联系起来，也可与现代大陆边缘类型联系起来 (1) 大西洋型地槽：在大陆边缘的大陆架和大陆坡上，堆积巨厚的碎屑岩和碳酸盐岩沉积物，为冒地槽性质；大陆坡基部以外至洋脊，发育深海浊积岩、深海软泥、以及基性超基性侵入岩和拉斑玄武岩，属优地槽性质。 (2) 安第斯型地槽：发育于Ands型大陆边缘，在海岸和海沟之间有巨厚的成分不成熟的浊流沉积物，含大量的钙碱性火山碎屑岩。,1.4.3 板块构造,1.4.3.9 板块构造与地槽 4）地槽的分类 (3) 岛弧型地槽：在岛弧附近的弧沟间隙，发育一系列的盆地和隆起，在盆地里发育优地槽沉积组合 (4) 日本海型地槽：属于边缘海，主要为滨海浅海相、三角洲相的碎屑沉积，浊流和深海沉积。 (5) 地中海型地槽：介于大陆之间或大陆内部，如地中海和里海，可能是两个大陆碰撞后残留的海洋，沉积特征与日本海型地槽相似。,1.4.3 板块构造,1.4.3.9 板块构造与地槽 5) 地槽的类型可随岩石圈板块的运动的变化而相互转化：大西洋型地槽Ands型、或岛弧型、日本海型（阿留申地区）；或岛弧型、日本海型大西洋型地槽（北美西海岸）。,1.4.3 板 块 构 造,1.4.3.10 板块构造与大陆增生、地壳演化之间的关系 研究表明：大陆通过越来越年轻的褶皱带不断“焊接”到古老地台或地盾边缘上得以增长，即陆壳通过洋壳不断向陆壳转化而扩大。 现代弧沟系的地质演化可为洋壳向陆壳的转化提供可能的模式（原始陆壳的出现） 陆壳出现后，通过板块俯冲作用不断扩大，板块俯冲作用不是引起大陆的侧向增长，就是使大陆地壳厚度加大，或两者兼有之；因此，既是造山作用，也是造陆作用。,1.4.3 板块构造,1.4.3.11 古板块边界的确定 1) 地槽褶皱山系：板块的俯冲碰撞作用就是造山作用，岛弧是俯冲作用的早期表现，最终将成为大陆褶皱山系。 2) 活动型复理石建造：复理石建造是地槽的标志性沉积特征之一；根据其与构造环境的关系，或者根据其成分、横向和纵向上的变化，可分为大西洋型、日本海型、岛弧型、Ands型、地中海型、California型等6种类型；其中岛弧型和Ands型复理石建造是鉴定古海沟-岛（山）弧的一个重要的标志，其特征是。,1.4.3.11 古板块边界的确定,3) 超岩石圈断裂带：板块俯冲带本身就是一个超岩石圈的深大断裂带 4) 蛇绿岩套：蛇绿岩套是古洋壳上地幔的残余块，在地槽褶皱带的蛇绿岩套将为研究古板块俯冲带提供重要的依据 5) 混杂堆积：是在板块俯冲作用下不同时代、不同地点、不同成因不同性质的岩石或沉积物，经过破碎和混合作用所形成的复杂混合堆积体；堆积体中岩块与岩块之间、堆积体与围岩之间，都呈断层接触。现代海沟考察表明：混杂堆积的形成与板块的俯冲有关,1.4.3.11 古板块边界的确定,6) 双变质带：是挤压型板块边境的特征变质带，但在有的地区也有不成对的现象，有的只有高压低温型变质带，有的只有高温低压型变质带 7) 地震震中的线状分布：地震震中主要分布在现代板块边境，特别是挤压型板块边界；但在古板块俯冲带，虽然俯冲作用停止了，但地震还有一定程度的活动,1.4.3.11 古板块边界的确定,8) 地磁极游移曲线：古地磁极的测定，可以确定古板块在不同时期的位置及其漂移路线，确定古板块俯冲带 9) 岩浆岩的分布：岛弧或山弧地区的岩浆共生组合、分布规律、岩石的地球化学极性有其自身的规律性 10) 内生矿产的分布：,1.4.3 板块构造,1.4.3.12 对板块构造的评价 1) 成功之处 (1) 能够较全面地、合理地解释海洋地质学、地球物理学和地球化学等提出的种种事实和地球外层的形态特征 (2) 用一个统一的动力学模式成功地解释了全球规模的构造运动、内生过程以及它们之间的关系,解释了大陆和大洋的发展过程及其相互转化的关系等。 (3) 是以往大地构造假说和概念的综合,它包含有收缩、膨胀、地壳均衡、大陆漂移、地槽、地台和深断裂等许多大地构造理论研究成果。,1.4.3 板块构造,1.4.3.12 对板块构造的评价 1) 成功之处 (4) 预测得到实践的验证。如深海钻探证实洋脊两侧磁异常和沉积物的对称性和年龄值由小到大的变化。 (5) 板块构造理论运用于大陆地质之后,对于区域地质、地震地质、石油地质、矿床地质和岩石学等研究具有重要的指导意义。板块构造的提出不仅使地学研究领域从大陆推向海洋,而且将地球浅部构造与深部地幔和岩石圈运动紧密联系起来,推动了地质科学的发展。,1.4.3 板块构造,1.4.3.12 对板块构造的评价 2) 存在的问题 (1) 板块运动机制和驱动力问题：有人通过卫星遥测数据分析认为上地幔粘滞度达10261027泊，不可能发生对流；有人认为可以对流，争论很大。总之这个问题还没有得到圆满解决 (2) 与有些事实不符：如在洋脊有些地段发现有古老的岩石和陆壳性质的断块，太平洋东北部的磁异常越靠近海沟越新. (3) 海底磁异常的多解性：有的认为洋脊玄武岩呈塔状分布所致；.,北太平洋海底年龄,1.4.3 板块构造,1.4.3.12 对板块构造的评价 2) 存在的问题 (4)非洲周围没有海沟,三面被洋脊包围着,板块有增无减,非洲应处于压缩状态,为什么东非出现张性裂谷,马达加斯加岛会向东漂移?等等。 (5) 板块扩张带问题（见P145） (6) 板块消减带问题（见P146）,岩石圈板块及其边界类型,2 构造对沉积作用的控制影响,2.1 对沉积盆地的控制影响: 沉积盆地是地壳构造变形的产物，不同的大地构造背景下，可形成不同类型的盆地；因此，大地构造背景对沉积盆地及沉积作用起着绝对的控制作用。 2.2 对沉积作用（岩相、沉积厚度、岩性等方面）的影响。,2.1 大地构造对沉积盆地的影响,2.1.1 与地槽有关的沉积盆地 优地槽 冒地槽 山前坳陷 边缘坳陷 山间坳陷 2.1.2 与地台有关的沉积盆地 台褶带 台坳 台隆,2.1.3 与板块构造有关的沉积盆地 2.1.3.1 与 板块拉张运动有关的沉积单元（盆地） 大陆内部裂谷 大陆间原洋裂谷（陆间裂谷） 大洋裂谷 大陆内部的断陷-坳陷盆地 不活动（被动）大陆边缘 被动大陆边缘的衰退裂谷（废弃裂谷） 坳拉谷 边缘海盆地 扭张性盆地(拉分盆地),2.1 大地构造对沉积盆地的影响,2.1.3.2 与板块挤压运动有关的沉积单元（盆地） 海沟 弧前盆地 前陆盆地 残余洋盆地 地缝合线系统（山前盆地等） 大陆内部挤压型沉积盆地,2.1 大地构造对沉积盆地的影响,2.1.3.3 与板块构造有关的沉积盆地 与板块走滑（扭动）有关的沉积单元（盆地） 拉分盆地等 大作业： 沉积盆地的分类及其沉积作用特征,2.1 大地构造对沉积盆地的影响,2.2 构造对沉积作用的控制影响,2.2.1 构造对岩相和沉积厚度的控制 1) 岩相和沉积厚度的变化与地壳隆起与坳陷作用密切相关，因此常常根据地层的相变来判断地壳的升降。 2) 一般说来，地壳升降（主要是坳陷）幅度与岩相并没有直接关系，但与沉积厚度有关。 3) 岩相的变化主要受地壳的坳陷速度与沉积物沉降速度之间的关系影响，而沉积厚度则受坳陷速度以及坳陷持续时间（即坳陷幅度）影响。主要表现在以下几个方面：,2.2 构造对沉积作用的控制影响,4) 坳陷速度=沉积速度：岩相稳定，岩性均一；沉积厚度=坳陷幅度，为补偿盆地；单一岩层厚度与坳陷速度和持续坳陷时间有关。 5) 坳陷速度沉积速度：浅水相深水相；沉积盆地面积不断扩大，形成海进序列；沉积厚度地壳下降幅度。,2.2 构造对沉积作用的控制影响,2.2.2 其它因素对岩相变化的影响 岩相的变化还受海岸的变迁以及气候变化的影响，但它们对岩相的控制程度远小于构造运动的影响。 2.2.3 构造对地层层序的控制 1) 最主要的层序是海进和海退层序，前者表明坳陷占优势，后者表明沉积占优势。但实际情况远比这复杂,2、构造对沉积作用的控制影响,2.2.3 构造对地层层序的控制 2) 未补偿沉积：沉积物无力补偿构造坳陷，沉积作用在大大低于沉积基准面的地方进行，形成海侵序列。 3) 补偿沉积：构造下陷的幅度等于沉积厚度，可分为两种情况 同期补偿：补偿沉积和构造坳陷同时进行；形成岩性单一、厚度较大的岩层，既不海侵又不海退。 后期补偿：坳陷在先，沉积补偿在后；先沉积细粒