地球科学概论第三章地球构造.ppt

第三章地球构造3-1地球的圈层构造3-2大地构造学说3-3火山与地震,地球的外部构造：大气圈、水圈、生物圈。,地球的内圈层部构造：地壳、地幔、地核。,3-1地球的内部圈层构造,三、地壳的演变,一、地球的内部构造,二、地壳运动,地壳地幔地核,概念地质构造及其地貌表现,地质年代的概念地壳演化简史和古地理概貌,地球内部的主要物理性质密度：从地表到地心，密度逐渐增大，在33km、2885km以及其他深度，密度突然增高。压力：静岩压力，即压强随深度增加压力不断增加；33km处为1200Mpa，2885处为135200Mpa，地心处可达361700Mpa。温度：变温层（外热层）地表受太阳影响，温度呈四季、昼夜周期变化的表层。常温层外热层之下，地温常年保持不变的地方。,地球内部的主要物理性质地震波：纵波质点振动方向与传播方向相同，速度快，任何物质均可通过，又称P波；横波质点振动方向与传播方向垂直，速度慢，不能通过液态介质，又称S波；33km处，P波、S波的速度突然增加；2885km处，P波、S波的速度下降，S波降至0；5155km处，S波从0变为3.46km/s。,3.1地球的圈层构造,一、地球的内部构造（一）内部圈层划分根据地球内部波速和密度的分异可将地球内部分成3个一级圈层地壳、地幔、地核。2个一级界面。,核,核,地震波速度与地球内部构造,1、地壳(crust)033km，大陆型地壳（SiAl层）以花岗岩为代表；大洋型地壳（SiMg层）以玄武岩为代表。,2、地幔（mantle）332885km。上地幔（33650km），上部为固态（3360km）；（上地幔上部固态与地壳组成岩石圈）中部为部分熔融状态（60250km，岩浆发源地）（中部低速层（部分熔融状态）为软流圈）下部为固态（250650km）。下地幔也为固态（6502885km）。,3、地核（core）外核（28854170km），液态地核；过渡层（41705155km），固液态过渡带；内核（51556371km），固态地核。,莫霍面前南斯拉夫学者莫霍洛维奇（1909年）首先发现地壳与地幔的不连续面，平均深度为33km。古登堡面（Gutenbergdiscontinuity）美国地球物理学家古登堡（1914年）首先发现地幔与地核的分界面，平均深度为2885km。,（二）内部圈层的物质组成1、地壳由固态岩石组成，沉积岩、岩浆岩和变质岩。2、地幔上地幔由相当于基性岩（橄榄岩）物质组成，其主要矿物为橄榄石、辉石和石榴子石，被称为地幔岩，与石陨石相似。上地幔中部存在的软流圈是岩浆的重要发源地。下地幔与上地幔物质成分相比，铁的含量相对增加。3、地核其成分与铁陨石相近，主要为铁、镍物质，其次有少量硅、硫等轻元素组成的合金。,二、地壳运动（一）地壳（构造）运动概述地壳运动主要是指地球内力引起的岩石圈的变形、变位及洋底的增生和消亡的地质作用。（又称构造运动）目前人们把晚第三纪以来发生的构造运动，叫新构造运动；把有人类历史以来发生的新构造运动，称为现代构造运动。,（二）地壳（构造）运动的基本特征（1）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。水平运动（造山运动）表现为岩石圈的水平挤压、拉伸或平移甚至是旋转，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。,褶皱1,褶皱,垂直运动（造陆运动）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。垂直运动总是此起彼落。,（2）构造运动的速度和幅度的非均匀性构造运动有快有慢，但多数是长期缓慢的运动，如喜马拉雅山四千万年前是一片汪洋，今日却成了世界屋脊。第三纪以来，每年平均上升0.05cm。从18621932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。大洋中脊以每年24cm的速度向两侧移动。,构造运动的幅度（指位移量），随时间和地点而变化。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。,如喜马拉雅山开始上升以来，幅度已超过10000m。江汉平原地区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。因此构造运动的幅度大小，直接反映着一个地区地壳的活动性。,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。,（三）构造运动的地质证据（地层表现）地质证据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。,（1）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（海退）；地壳下降，沉积物的粒度变细，厚度加大（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，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（如图）。,（2）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，大多数比较清楚。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。,（3）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。三种常见的地层的接触关系形式：整合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。,平行不整合又叫假整合指两套地层重叠，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）。,角度不整合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）。,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。,图8-4平行不整合和角度不整合的形成过程示意图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,（四）地质构造及其地貌表现：（1）水平构造在地壳垂直运动的影响下未经褶皱变动仍保持水平或近似水平的形状。,（2）倾斜构造经构造变动后岩层层面与水平面有一定夹角的形状。,（3）褶皱构造弯曲的岩层。,（4）断裂构造岩石受应力作用发生变形，当应力超过一定强度时，岩石就会发生破裂，甚至沿破裂面发生错动，使岩层的连续性、完整性受到破坏者，称为断裂构造。基本类型：节理、劈理、断层等。,三、地壳的演变对地质科学来说，岩石是时间的记录。根据岩石由下而上的关系，地球历史上的各个事件都可以记录在岩石上，均可以排列在年代顺序中。一般岩石中多含有放射性元素，利用放射性同位素在衰变过程中不受环境干扰且稳定的特点，作为准确的计时钟“放射性时钟”测定岩石或矿物的形成年代。,此外，埋藏在岩层中的生物化石，构成一种特殊的时钟“生物时钟”。据此可以确定地球历史中同时发生的事件。地质学家就是用这些方法来确定各地地质事件所发生的时间。然后按它们的先后次序划分成适用的地质年代单位，编制成“地质年代表”并以此对地球历史作系统研究。,（一）相对地质年代的确定相对年代把各个地质历史时期形成的岩石以及包含在岩石中的生物组合，按先后顺序确定下来，展示出岩石的新老关系。相对年代只能说明各地质事件发生的早晚，而没有绝对的数量关系。确定相对年代，主要是根据岩层的叠复原理、生物群的演化规律和地质体（岩层、岩体、岩脉等）之间的切割关系这三个主要方面进行的。,（二）地质年代的同位素测定在地质历史中，几乎有长达39亿年的时间是被不含生物化石的变质岩、岩浆岩所占据，因此需要用其它的方法来测定这些古老岩石的时代。,同位素年龄的测定放射性同位素的衰变有不受环境干扰和非常稳定的特点，是一种准确的天然测时钟。用放射性同位素的衰变来计算矿物和岩石的年龄，就叫同位素年龄测定（绝对年龄测定）。,3-2大地构造学说,一、板块构造学说,二、地槽地台说,大陆漂移说海底扩张说板块构造说,一、板块构造学说：,1、大陆漂移学说早在公元1620年，英国人培根就已经发现，在地球仪上，南美洲东岸同非洲西岸可以很完美地衔接在一起。到了1912年，德国科学家魏格纳根据大洋岸弯曲形状的某些相似性，提出了大陆漂移的假说。经过数十年后，大量的研究表明，大陆的确是漂移的。,人们根据地质、古地磁、古气候及古生物地理等方面的研究，重塑了古代时期大陆与大洋的分布。,2.4亿年前的泛大陆。泛大陆又叫联合古大陆，是两亿年来大陆漂移的起点，泛大陆北面陆，它包括北美、欧洲和亚洲；南面叫冈瓦纳古陆，包括南极洲、非洲、南美洲、澳大利亚和印度、阿拉伯半岛。,2、海底扩张说海底扩张说是海底地壳生长和运动扩张的一种学说，是对大陆漂移说的进一步发展。纵贯大洋底部的洋中脊，是形成新洋底的地方；地幔物质上升涌出，冷凝形成新的洋底，并推动先形成的洋底向两侧对称地扩张；海底与大陆结合部的海沟，是洋底灭亡的场所。,3、板块构造说地球表层是由一些板块合并而成。这些板块就像浮在海面的冰山，在熔融的地幔岩浆上漂浮运动。板块构造是这些坚硬的岩石板块以及它们的运动体系。地球表层主要有六个基本板块，板块坚如磐石，其内部是稳定的，地壳处于比较宁静之中，而板块之间的交界处是地壳运动激烈的地带，经常发生火山喷发、地震、岩层的挤压褶皱及断裂。,六大板块：太平洋板块亚欧板块美洲板块非洲板块大洋洲（印度）板块南极板块其中太平洋板块完全由大洋岩石圈组成，大西洋由洋中央海底山脉分开，一半属于亚欧板块和非洲板块，一半属于美洲板块。印度洋，也由人字形的海底山脉分开，使印度洋洋底分别属于非洲板块、印度板块和南极板块。,板块为什么会运动，它的动力来自何处？主要是地幔深处的热对流作用。高温熔融状的地核外围的地幔加温近地核的岩层也熔化了。但地幔下部的导热性不佳，地核的热量无法有效的散发出去，使热量积聚，致使地幔逐渐升高温度，地幔物质成为塑性状态，形成对流形式的运动。,地幔的热对流在洋中脊处上升沿着海底水平运动至大洋边缘的海沟岛弧带，随着水平长距离运动而冷却沿海沟带下沉又回到高温的地幔层中消失。漂浮在地幔上面的板块也被带动做水平运动。故地幔的热对流是带动板块运动的传送带。,板块从大洋中脊两侧各自做分离的运动。运动的板块最终会相遇，相互碰撞。当大洋板块与大陆板块相碰撞，大洋板块密度大而重，就插到大陆板块之下，在碰撞向下插入处就形成大洋边缘的深海沟。,当两个大陆板块相碰撞，则互相挤压，使两个板块的接触带挤压变形，形成巨大的山系，如喜马拉雅山系就是欧亚板块与印度板块挤压而形成的。因此，大洋底部的运动，形成大洋边缘岛弧海沟复杂的地貌，也构成大陆上巨大的山系，板块构造控制了整个地球的地表形态。,二、地槽地台说基本论点：地壳运动主要受垂直运动控制，地壳的此起彼降造成振荡运动，水平运动是派生或次要的。驱动力是地球物质的重力分异作用。物质上升造成隆起，下降造成凹陷。地槽区地壳活动强烈，构造复杂，在地表呈长条状分布；升降速度快，幅度大，接受巨厚沉积，具有复杂的岩相变化，褶皱、岩浆活动强烈。,地台与地槽有着根本性质的差别。地壳活动稳定，升降速度、幅度较小大，构造运动和岩浆活动较弱。,地台与地槽有着根本性质的差别，分别代表了地壳的稳定区和活动带。在两者的转化关系上出现了两种绝然不同的观点。“泛地槽”论者认为地球形成