大地构造复习.pdf

第一章第一章 绪论绪论 左列左形 右列右形等 同拉伸 反挤压 大地构造学的研究对象内容研究方法和研究意义大地构造学的研究对象内容研究方法和研究意义 大地构造是研究大型地球过程的综合学科 主要研究内容主要研究内容 区域或者全球尺度的地壳与岩石圈构造变性特征及层圈相互作用 构造变形与岩浆作用沉积作用变质作用的相互关系 地壳与岩石圈的形成与演化过程 地球表面海陆的形成与演变方式及过程 地球深部作用过程及机制 研究方法研究方法 综合利用地质学其他学科以及地球物理探测和地球化学研究的手段与研究成果 固体地球构造的主要研究方法固体地球构造的主要研究方法 固体地球构造几何学研究 组成成分及结构探测 1 暴露在地表的中下地壳至地幔顶部剖面 2 被深源火山岩携带到地表的地幔和下地壳岩石包体 3 人工钻探取样 目前位置设计最深深度为 12Km 4 地震探测 天然地震与人工地震 固体地球构造运动学研究 1 地质学 岩相古地理 生物古地理 构造古地理 2 古气候 气候分区 3 地球物理学 古地磁学 4 现代空间对地观测与分析技术 GPS RS GIS INSAR 与现今地球动力学 研究意义研究意义 理论上 可以为认识和分析构造地质学的形成背景和形成机制提供宏观上的成因解释 实际上 大型成矿集中区 矿集区 等成矿构造背景 资源规划 大规模破坏性地震产生与形成的 地质构造背景与地壳稳定性评价 绝大多数大型灾难性地震都发生于活动板块边缘区带上或者与板块相互作用有关的次级活 动构造单元边界区域 第二章第二章 地球的圈层构造地球的圈层构造 成分分层成分分层 地壳地壳 莫霍面以上的地球表层 其厚度变化在 5 70 km 之间 其中大陆地区厚度较大 平均 约为 33km 大洋地区厚度较小 平均约 7 km 总体的平均厚度约 16km 地幔地幔 地球的莫霍面以下 古登堡面 深 2 885 km 以上的中间部分 其厚度约 2850km 根据 地震波的次级不连续面 以 650km 深处为界 可将地幔分为上地幔 过渡带 下地幔 地核地核 地核是地球内部古登堡面至地心的部分 外核液态 内核固态 流变学分层流变学分层岩石圈 软流圈 中部圈层 地核 岩石圈的基本类型及其主要特征岩石圈的基本类型及其主要特征 大洋岩石圈 大洋地壳柱 蛇绿岩套 深海沉积物 枕状玄武岩 席状岩墙群 辉长岩 堆晶岩 莫霍面 地幔 橄 榄岩 大洋地壳的地貌类型 深海平原 洋脊 海山 海底高原 海沟 大陆不同构造单元的岩石圈 大陆地壳地貌类型 山脉 大陆地台 大陆架 被动大陆边缘盆地 陆隆 火山弧 上地壳以酸性片麻岩为主 下地壳以基性片麻岩为主 地幔以榴辉岩和橄榄岩为主 第三章第三章 板块构造学说之前的大地构造学说板块构造学说之前的大地构造学说 地球收缩说地球收缩说 主要依据是地表发育的各种褶皱推测而成 地球膨胀说地球膨胀说 主要一居室地球表面广泛发育的伸展构造 波动说波动说 根据波长分五个级别 局部 1Km 小型 10Km 中型 100Km 区域 1KKm 巨型 10KKm 各种地质现象是各种不同规模的波长相互叠加干涉而产生 槽台学说槽台学说 地槽地槽 相对活动的带状凹陷区域 其中接受了巨厚的沉积物 发展的后期因为发生褶皱作用而 形成褶皱带或者造山带 活动带 褶皱带 造山带 优地槽 远离地台具有火山活动的部分 冒地槽 靠近地台没有或者极少火山活动的部分 地台地台 相对稳定区域 具有古老的陆核结晶基底和稳定环境下形成的沉积盖层 不发育沉积盖 层的情况下称为地盾 具有二元结构和角度不整合 第四章第四章 从大陆漂移到板块构造从大陆漂移到板块构造 大陆漂移学说建立的基本证据大陆漂移学说建立的基本证据 大西洋两岸海岸线的良好吻合古地理古地理 南非西部与南美东南部中生代古生物面貌极端相似性古生物古生物 古生代末 220 300Ma 大陆冰川的分布以及冰川运动的协调一致性古气候古气候 北美东海岸与欧洲西北部古生代造山带构造延伸状况与构造变形协调性古地质古地质 板块学说孕育阶段板块学说孕育阶段 声纳探测揭示的海底地形 海底古地磁异常条带的发现与海底扩张假说的产生 地震活动分布状况揭示地球表面构造活动性与稳定性区域特征 三种类型的大规模断裂 与地球表面构造特征 第五章第五章 板块构造的基本理论板块构造的基本理论 基本假设基本假设 地球表层可划分为数量有限的板块 板块是刚性的 板块内部是稳定和不变形的 板块的变形 岩浆活动 火山喷发 地震活动等只发生于板块边缘 刚性的岩石圈板块在软流圈上运动 运动规律遵循球面运动的欧拉定律 岩石圈板块划分以及主要依据岩石圈板块划分以及主要依据 岩石圈板块主要类型岩石圈板块主要类型 离散 破裂增生型 大洋中脊 难以保存 转换 走滑守恒型 转换断层 难以保存 汇聚 俯冲消减型 岛弧海沟 古板块划分主要依据 现代板块划分现代板块划分 通过地震等采用现代对地观测技术划分 地质历史时期的岩石圈板块划分地质历史时期的岩石圈板块划分 古板块构造边界的界定 古大陆重建 古板块恢复 地质学方法 寻找地缝合线 蛇绿岩套 超基性 基性岩 枕状玄武岩 远洋堆积 混杂堆积 海 沟俯冲带的典型产物 双变质带 板块俯冲带附近 沉积组合 地层学岩石学特征 热点轨迹等 地球物理学古地磁方法 根据磁偏角和古磁场恢复古板块 生物古地理方法 古生物地理分区特征及其演变规律 板块构造的动力学模型板块构造的动力学模型 地幔对流模式 第六章第六章 伸展构造伸展构造 裂谷作用裂谷作用 离散型板块边界离散型板块边界 定义定义伸展构造是在岩石拉伸作用下形成的一系列的构造系统 本质是地壳重新整合 岩石圈变 薄 伸展构造的研究历史伸展构造的研究历史 正断层和逆断层近同时发现 变质核杂岩概念提出 低角度正断层 伸展构造模型建立 伸展构造的样式伸展构造的样式 不同深度地壳层次中的伸展构造表现不同深度地壳层次中的伸展构造表现 地壳表面 地堑 由两组走向近平行切相向的倾斜的正断层构成 地垒 与地堑相反由两组 走向近平行且反向倾斜的正断层构成 阶梯状正断层系 箕状凹陷 中部构造层次 石香肠构造 顺层掩卧褶皱 深部构造层次 水平韧性剪切带 岩墙群 大规模伸展构造 伸展构造的组合形式伸展构造的组合形式 盆岭构造 由掀斜构造 阶梯状断层 地堑地垒等组成 地貌上表现为一系列近平行的单面山 以及介于其间的盆地相间分布 变质核杂岩 是大陆伸展变形的结构 是从破裂和伸展的上地壳演示下被剥露出来的位于 大规模缓倾斜的正断层之下的中下地壳岩石组成的地质体 特征 以糜棱岩类岩石为代表的核部岩石是深部岩石的标志 在浅表岩石的上盘中零星出露 了代表中下地壳的岩石 沿大规模低角度正断层 拆离断层或者剥离断层 使相当多的盖层被 切去 剥离断层本质特征 1 新的或浅部构造层次的地质体直接覆盖于老的或者深层次地质体 之上2 老的或深层次地质体通常都发育糜棱片麻岩组构 一般特征 主拆离断层通常规模大 沿断层曾发生过大规模的位移下伏岩石经常是首先经 历过韧性变形然后又在非常狭窄的带内叠加上后期的脆性变形拆离断层的上盘可以发生 不止一次的正断层作用 所形成的正断层可以收敛于主拆离断层构成犁式断层 也可以截然 交接于其上而下盘根本没有或者很少发育这种断层 裂谷 由于伸展作用而形成的规模巨大的狭长断陷构造 往往切割很深 包括 大陆裂谷 大洋裂谷 陆间裂谷 特点 平面几何学特征 相对比较狭窄 地壳厚度 相对于周围区域变薄 地震和重力反演所揭示 地理地形特征 经常发育宽阔的区域性地形隆起背景之上 裂谷底部存在着局部的隆起 地热特征与火山活动 通常具有高于周围地区的热流值 火山和地热活动剧烈 地震活动 具有广泛而强烈的浅层次地震活动 构造特征 广泛的不同组合形式的正断层系统 裂谷中的地堑地垒和其他半生构造 伸展构造的动力学模型伸展构造的动力学模型 主动 被动 软流圈地幔的作用 简单剪切 纯剪切 变形方式 地幔柱与伸展构造及大陆裂解 离散型板块边缘地貌构造特征和扩张速率 大陆伸张 裂谷构造 大洋脊 离散型板块边界 被动大陆边缘地壳结构 大陆地壳 裂谷地壳 大样地壳 扩张速度慢 冷却时间长 加厚沉降幅度大 地形低 主动裂谷作用主动裂谷作用 隆起 火山作用 裂谷作用 被动裂谷作用被动裂谷作用 伸展变薄 地表沉降 裂开 火山活动 第七章第七章 汇聚型板块边界及其地质作用汇聚型板块边界及其地质作用 俯冲俯冲 A 式 陆陆B 式 洋陆 汇聚型板块边界及其分布状况汇聚型板块边界及其分布状况 俯冲型板块边界 环太平洋区域 碰撞型板块边界 阿尔卑斯 喜马拉雅碰撞带 俯冲型板块构造边界构造单元划分及各构造单元的特征俯冲型板块构造边界构造单元划分及各构造单元的特征 俯冲板块 俯冲带产生的原因俯冲带产生的原因 1 大洋岩石圈的厚度密度随时间不断增大 2 被动大陆边缘剪切破裂 3 新 老岩石圈厚度与强度差异 俯冲带角度陡缓及其影响因素俯冲带角度陡缓及其影响因素 俯冲速度越快越缓 俯冲岩石圈板块年龄越老越陡 洋底高原 或火山发育 变轻变缓 另外受软流圈流动方向的影响 造山带中得以保存洋壳残片 蛇绿岩套的俯冲作用控制因素 海沟 海沟的构造意义海沟的构造意义 岩石圈板块发生俯冲消减的位置 海沟深浅的影响因素海沟深浅的影响因素 俯冲大洋岩石圈的年代越老越深 海底河谷沉积作用 变浅 浊流沉积作 用 变浅 增生楔 类型类型 单极性向洋增生楔 仅此情况下在俯冲碰撞造山带才能见到蛇绿岩套 双极性增生楔 物质组成物质组成 俯冲板片成分 仰冲板片成分 远洋成分 硅质岩 残余洋壳 蛇绿岩套 变性特征与高压变质岩剥露机制 弧前盆地与火山弧 定义定义位于岛弧和海沟之间 由于板块俯冲作用 使沟与弧之间下部岩石圈挠曲下沉 形成一个 大的坳陷 即弧前盆地 沉积物主要来自岩浆弧的碎屑沉积 俯冲过程中的离散型边界的构造地貌的组成形态俯冲过程中的离散型边界的构造地貌的组成形态 海沟 岛弧 盆地 岩浆弧火山作用 弧后盆地 特征特征具有陆壳结构和高热流 往往以生长断层的边界 相间发育地堑形成箕状构造和地垒 形成机制形成机制 俯冲带上方的主动地幔底辟 俯冲板片引起的次级地幔对流 海沟 俯冲板片 回撤 碰撞型板片边界的特征与主要地质作用碰撞型板片边界的特征与主要地质作用 碰撞造山带阶段划分碰撞造山带阶段划分 碰撞前俯冲作用和边缘增生以及初始相互作用 俯冲中止与板块缝合 地壳加厚与造山带伸展垮塌 造山后期伸展构造的可能原因造山后期伸展构造的可能原因 造山期间岩石圈加厚 岩石圈根部拆沉 软流圈上涌 加厚的岩石圈和地壳软化 重力垮塌 碰撞作用的相关构造碰撞作用的相关构造 区域走滑断裂作用 高原隆起 大陆内部断裂与褶皱带 地壳增生 碰撞造山带深部构造 碰撞造山带主要构造特征与造山带伸展垮塌碰撞造山带主要构造特征与造山带伸展垮塌 从展布方向上看 不仅存在与造山带方向平行的伸展构造 还有垂直或斜交 取决于应力状 态 从形成背景上看 伸展构造之前都有过收缩变形 地方增厚作用 从具体构造变形特征上看 伸展断层经常利用了早期变形过程中产生的低缓角度的逆冲断 层 从半生地质构造作用特征上看 往往与岩浆活动存在着密切的时间和空间联系 造山带伸展构造与应力状态 不同伸展方向下的应力状况 A 平行造山带方向的伸展最小主压应力平行于造山带延伸方向 B 垂直造山带方向的伸展最小主压应力垂直于造山带延伸方向 C 伸展构造与造山带展布方向斜交 最小主压应力方向与造山带方向斜交 造山带伸展构造与早期地壳增厚 地壳增厚与伸展垮塌的时空关系 空间分布上的一致性 形成时间上的先后次序 伸展垮塌是边界力与体力的相互作用导致 加厚在先 伸展垮塌大部分发展在造山后期 岩石圈强度弱化的过程岩石圈强度弱化的过程 拆沉去根作用 软流圈放射性增热 摩擦生热增温 第八章第八章 走滑构造系统与转换型板块边界走滑构造系统与转换型板块边界 走滑构造的基本概念走滑构造的基本概念 走向滑动断层走向滑动断层 泛指断层两盘的相对运动平行于断层走向的断层 规模可以很大也可以露头 或者更小尺度上发生 平移断层平移断层 形成于较深构造层次 产状近于直立 具有区域尺度 涉及岩浆及变质结晶基底以及 上地壳盖层沉积岩的走向滑动断层 横推断层横推断层 切割深度仅涉及地壳层次的走滑断层 包括 Tear断层 捩 lie4 断层 和转换断层 陆内 或者板内转换断层 转换断层转换断层 切割了整个岩石圈 直接构成了板块的部分边界并且调节整个岩石圈板块尺度的 相对运动的走滑断层 其中包括连接海岭的转换断层 直接构成板块边界的走滑断层 链接还 够的走滑断层 走滑构造系统构造组成走滑构造系统构造组成 伴生断裂构造 伴生褶皱构造 Riedel 剪切破裂组合模型及相关褶皱构造 拉分盆地与横向褶皱隆起走滑双重构造拉分盆地与横向褶皱隆起走滑双重构造 拉分盆地的主要特征 形成于走滑断层系中 平面上常呈现为菱形或者平行四边形 两长边为 走滑断裂 短边为正断层 沉降速度比较快 经常具有工业价值的能源矿产 走滑双重构造 两条走滑断层围限的断块中产生的一套与主断层斜交的次级雁列式走滑断层 斜压与斜拉斜压与斜拉 转换断层的演化阶段 陆内裂谷阶段 新生大洋裂谷阶段 连续成熟大洋中脊阶段 大型走滑构造与板块构造边界大型走滑构造与板块构造边界 直接构成板块边界的走滑断层系统 圣安德列斯断层 死海 与板块构造互相作用密切相关的走滑构造 中国阿尔金断裂 红河断裂 在造山带形成过程中存在的三种构造位移分量在造山带形成过程中存在的三种构造位移分量 几公里到数十公里的垂向位移 由逆冲推覆构造造成的垂直造山带方向数十到数百公里的水平运动 由平行造山带走向的走滑运动造成的数百到数千公里的水平位移 走换断层与转换断层的区别和联系走换断层与转换断层的区别和联系 转换断层 标志层的凭错断距基本稳定不变 标尺层的错位与断层剪切方向相反 剪切滑动限于标志层之间地震只能发生于该地段 变质带和断层岩带在两盘不对称 除标志层 洋脊 之间的区段外其余部分仅在一盘发育 若有两条断层 两条断层的位移方向可以一致也可以不一致 沿整个断层位移量均相等 断层断点或压缩或拉伸 走滑断层 标志层的平错断距随断层活动而不断加大 标志层的