区域大地构造 第三章 区域地质研究方法

1、第三章 区域大地构造研究方法,基本方法：历史构造分析方法 从各种地质、地球物理、地球化学的资料入手，按地史发展顺序，归纳不同大地构造发展阶段的特点，比较地壳、地幔去年各部分构造的发生、发展和转化，找出共性和个性，总结出地壳岩石圈发生发展演化规律。,区域大地构造研究基本内容： 1、建造分析（地层分析、沉积分析） 2、构造分析 3、岩浆活动 4、变质作用 5、成矿作用 6、地球物理、地球化学,以地质、地球物理、地球化学等资料为基础以构造为主线的多学科研究方法,不同时期、不同构造单元地质综合对比研究,区域大地构造形成演化过程及动力学探讨,一、建造分析,沉积建造：泛指在一定构造背景条件下，当地壳发展到

2、某一阶段时所形成的一套具有特定岩相组合的沉积岩系。 沉积建造是一定大地构造和古气侯背景下的岩石共生组合体，包括：建造的岩性岩相共生组合、建造的构造旋回（时代）、建造的区域大地构造环境、建造的古气侯背景。因此沉积建造分析是构建古构造环境和大地构造相的重要方面。,不同环境常见的沉积建造 陆棚环境：石英砂砾岩建造、粉砂岩-泥岩建造、铁质岩建造、锰质岩建造、磷质岩建造、火山碎屑沉积建造、硅质泥岩-硅质岩建造。 台地碳酸盐环境：生物屑亮晶碳酸盐岩建造、生物屑泥晶碳酸盐岩建造、藻纹层藻团粒碳酸盐岩建造、礁碳酸盐岩建造、沥青质碳酸盐岩建造、砾屑灰岩建造、硅质团块-条带碳酸盐岩建造、硅质灰岩建造、瘤状碳酸盐岩

3、建造、白云质灰岩-白云岩建造、磷质岩建造。 陆缘斜坡环境：陆源碎屑浊积岩建造、碳酸盐岩浊积岩建造、滑混岩建造、火山碎屑沉积建造、等深积岩建造。,陆内裂谷环境：粉砂岩-泥岩建造、长石石英砂岩建造、复成分砾岩建造、滑混岩建造、陆源碎屑浊积岩建造、碳酸盐岩浊积岩建造、火山碎屑浊积岩建造、双峰系列火山岩建造。 大陆边缘裂谷环境：粉砂岩-泥岩建造、有机质泥岩建造、长石石英砂岩建造、复成分砾岩建造、礁碳酸盐岩建造、沥青质碳酸盐岩建造、陆源碎屑浊积岩建造、滑混岩建造、碳酸盐岩浊积岩建造、火山碎屑浊积岩建造、双峰系列火山岩建造。 坳陷盆地环境：石英砂砾岩建造、铝土质岩建造、含煤碎屑岩建造、炭质泥岩-油页岩建造

4、、泥晶灰岩-泥灰岩建造、蒸发岩建造。 断陷盆地环境：复成分砂砾岩建造、复成分粉砂岩-泥岩建造、杂砂岩建造、含煤碎屑岩建造、蒸发岩建造、火山碎屑沉积建造、碱性火山岩建造、碱玄岩建造、双峰系列火山岩建造。 拉分盆地环境：粉砂岩-泥岩建造、杂砂岩建造、复成分砾岩建造、火山碎屑沉积建造、火山碎屑浊积岩建造、陆源碎屑浊积岩建造、炭质泥岩-油页岩建造。,前陆盆地环境：磨拉石建造（长石石英砂岩建造、复成分砾岩建造、陆源碎屑浊积岩建造）。 岛弧环境：钙碱性碱性火山岩建造、火山碎屑岩建造、陆源碎屑浊积岩建造。 海沟增生柱环境：混杂堆积，包括滑塌沉积、大洋板块表面铲刮下来的物质（包括洋壳表面的覆盖物、洋壳、洋岛、

5、海山及大陆碎块等） 洋岛环境：复成分砂砾岩建造、复成分粉砂岩-泥岩建造、杂砂岩建造、含煤碎屑岩建造、蒸发岩建造、火山碎屑沉积建造、碱性火山岩建造、碱玄岩建造、双峰系列火山岩建造。 洋盆环境：大洋拉斑玄武岩建造、远洋放射虫硅质岩建造。,建造分析主要方法,沉积建造和火山建造 野外：厚度、岩石组合、岩相标志、 室内：岩石化学、地球化学、构造环 境判别,建造研究的基本手段： 岩石地层剖面的测制 各种区域大地构造信息的提取,有序地层建造研究的基本内容： 1、调查各岩石地层单位主要岩性特征（物质成分和结构构造）、厚度、接触关系性质、叠覆特征及空间变化特点以及地球化学特征，并广泛收集沉积相（原生及成岩构造特

6、点，古生物化石及其遗迹化石和古生态、古环境、古流向等）资料。 2 、总结沉积岩岩性岩相变化和盆地充填序列,为研究形成演化规律提供基础资料。,岩石地层序列,基本层序野外描述要点,煤山D剖面长兴组高频旋回层,煤山D剖面般坑组高频旋回层,浙江省长兴县煤山二叠三叠系界线层型剖面（D剖面）柱状图,混杂岩地层,无序地层建造研究,研究内容： 从整体上查明“混杂岩”的内部构成和分布延伸范围，除对外来岩片（块）进行系统的“物态”、“时态”、“相态”、“位态”和“变形变质”历程调查外，还要对外来岩片（块）赋存的“基质” 进行系统的物质成分、时代、变形变质特点调查，即分别收集混杂岩的岩片（块）和基质两者各自的岩性、

7、岩相和时代依据。,混杂岩地层 物态分析,区域地质概况,布青山带蛇绿岩层序,TTS剖面蛇绿岩岩片中的堆晶层理,TL剖面玄武岩岩片中的辉绿岩岩墙,布青山蛇绿混杂岩带中的枕状玄武岩 （得力斯坦）,花石峡长石头山混杂岩带剖面中的块状灰岩滑块,可可尔塔蛇绿岩岩片北侧复理石岩片中的硅质灰岩掉块,放射虫硅质灰岩苦海分支海槽（棉草湾）,硅质岩岩片中的放射虫硅质岩（花石峡冰土站）,混杂岩地层 时态分析,龙什更公玛混杂岩地层剖面,Trachysphaeridium sp.(粗面球藻) Prototracheites porus(具穴原始拟导管) Asperatopsephospaera sp.(糙面球藻) Lei

8、osphaeridia sp(光面球藻),Buedingiisphaeridium sp(布丁球藻),Ophiceras sp.（蛇菊石）,前各纳各热尔超岩片和龙什更公玛超岩片中的疑源类化石（新元古早古生代）,早二叠世萨克马尔期放射虫（产于分布在花石峡冰土站一带的布青山混杂岩带硅质岩岩片中）,陆相碎屑岩岩片中的早侏罗世孢粉化石 （产在布青山蛇绿混杂岩带内的卓儿啦贡玛一带）,混杂岩地层相态分析 古生物证据 岩相证据 地球化学证据,造礁生物,海绵骨架灰岩礁核相（花石峡加木龙）,礁碎块灰岩碎块中的海绵动物（花石峡卓儿啦贡玛),古生物证据,礁灰岩（造架生物以海绵动物、苔藓动物为主；花石峡卓儿瓦勒玛）,

9、苔藓虫骨架灰岩（花石峡坦地克介）,造礁生物,海绵动物（造架生物）,苔藓动物（造架生物）,柯兰尼虫 Colaniella sp.,华美柯兰尼虫 Colaniella decurus Song sp.,普通古串珠虫 Palaeotextularia valgris(Reitlinger),厚壁虫Pachyphloia sp.,梯盘虫 Climacammina sp.,美丽球旋虫 Glomospira coninnusa Song sp.,安顺二叠钙藻 Permocalculus anshunensis,钙 藻,小领针海绵 Peronidella sp.,苔 藓 虫,放射虫古生态,Catalano等

10、（1991）将二叠纪放射虫动物群分为两类：一类以Albaillellacea为主为特征，代表深水相放射虫动物群；另一类以Copicyntrinae大量发育为特征，代表马拉尔型（浅水型）放射虫动物群。我们在花石峡附近的硅质岩泥岩岩片的硅质岩中获得的放射虫动物群以Albaillellacea占绝对优势，仅有极少数泡沫虫类个体，应属于深水相动物群。二叠纪Albaillellacea动物群的分布代表了古特提斯深水通道的展布,说明阿尼玛卿混杂岩带硅质岩泥岩岩片中的硅质岩的沉积环境为深海环境。,Nereites相遗迹化石,遗迹化石,岩 相 证 据,岩 相 证 据,布青山混杂岩带复理石岩片中的底模构造,布青

11、山混杂岩带放射虫硅质岩岩片中的水平纹理,岩 相 证 据,有孔虫亮晶灰岩 高能浅滩相 （产于长石头山南侧的灰岩滑块中）,藻核心石亮晶灰岩 礁坪高能浅滩相（产于布青山礁灰岩推覆岩片中）,岩 相 证 据,地球化学证据,投点位于变质橄榄岩超镁铁质堆晶岩和镁铁质堆晶岩区,为蛇绿岩岩石组合,清水泉玄武岩为钙碱性系列,塔妥玄武岩为拉斑系列,布青山玄武岩以拉斑系列为主,少量钙碱性系列,镁铁质岩与正常的N型洋中脊玄武岩一致，各岩石间与Troodos蛇绿岩各岩石类型所反映出的特征一致，证明了各岩石间的同源性。,一部分也为正常N型洋中脊拉斑玄武岩；一部分与洋岛拉斑玄武岩一致。总体与布青山蛇绿岩绿岩非常相近,超镁铁岩

12、为轻稀土富集型，可能为富集地幔。玄武岩为轻稀土明显富集的分配型式，与P型洋中脊玄武岩配分型式一致。,基性岩类接近于MORB，属正常洋中脊拉斑玄武岩，得力斯坦南枕状玄武岩的配分型式表现出Th强烈的正异常，与碱性的洋中脊玄武岩一致。,一种具K2O负异常，为N型洋中脊拉斑玄武岩，一部分微量元素总体富集， Th富集强，类似于板内亚速尔碱性玄武岩。,清水泉基性岩类与火山弧型玄武岩分配型式相符。反映其与岛弧间的亲缘关系。乌妥带与过渡类型的格林纳达岛玄武岩类似。,蛇绿岩地球化学成分特征,布青山混杂岩带复理石岩片沉积地球化学特征,砂板岩的稀土元素分布型式与活动大陆边缘杂砂岩的稀土分配曲线相似,砂板岩的微量元素

13、特征显示为大陆岛弧的构造背景,杂砂岩构造环境判别 LaThSc图解 (原图分区据Bhatia) A大洋岛弧 B大陆岛弧 C活动大陆边缘 D被动大陆边缘,杂砂岩构造环境判别ThCoZr/10图解 (原图分区据Bhatia) A大洋岛弧 B大陆岛弧 C活动大陆边缘 D被动大陆边缘,布青山混杂岩带硅质岩岩片地球化学特征,放射虫硅质岩的地球化学特征显示为正常的普通深海沉积，没有热水的参与,不同类型沉积物UTh关系图（原图分区据Bostrom，1979） TAG热水沉积物区；Galapagos热水沉积物区；Amphitrite热水沉积物区；红海热水沉积物区；中太平洋中脊热水沉积物区； Langban热水

14、沉积物区；锰结核区；普通深海沉积物区；铝土矿区；古老石化的热水沉积物区,混杂岩地层 的位态分析,运用大地构造相方法，进行包括生物古地理、构造古地理、古地磁、古海盆演化分析，将造山带内之各种构造岩片，恢复到原位原态。,东昆仑东段构造岩相古地理图,二、构造分析,几何学运动学动力学年代学 大地构造相研究,构造研究基本思路,应用构造解析方法，对各种规模大小不等的构造变形形迹（包括褶皱、断裂、韧性剪切带以及各种面理、线理等）的产状、性质、规模、位态及有关运动学特征等资料进行详细收集，查明其区域分布特点和组合规律；研究其构造层次及构造变形相，建立区域构造变形序列，为探讨认识区域地质构造演化奠定基础。,构造

15、研究的基本内容,1、走向和倒向 2、构造变形运动型式 3、构造组合类型与构造样式 4、构造层次、流变学行为 5、构造分期与配套 6、构造的迁移性 7、特殊地质体的构造意义 如蛇绿岩、混杂岩、榴辉岩 8、构造的时间界定构造年代学,三、岩浆活动分析,（一）火山岩的研究, 火山岩填图法 岩石地层火山岩相双重填图法。, 火山岩岩石地层层序建立 根据沉积或喷发叠复或横向变化关系、喷发旋回、喷发韵律、岩浆演化特点综合考虑，正确建立岩石地层层序，合理划分正式与非正式岩石地层单位。, 时代确定 通过寻找沉积岩夹层中的化石，为地层时代对比提供依据，在无化石的情况下，采集同位素年龄样品确定其喷发时代。, 火山岩相

16、与火山机构 1、火山岩岩石类型、矿物成分、结构构造（原生和次生构造）、矿化蚀变特征、岩石化学和地球化学特征、火山岩厚度、产状、空间分布及其变化规律、火山岩中的各种接触关系和火山作用现象, 如火山通道、标志层、沉积夹层、岩流流动单元、冷却单元、流动方向标志、火山集块岩、角砾岩、火山断裂等 2、依据岩石矿物结构构造特征及火山岩地质体产出分布状态，详细划分火山岩相，查明原生和次生构造特点，查明火山构造特征等，查明火山喷发过程中形成的古火山机构特点，研究古火山机构的活动历史。探讨火山作用的规律及历程。 3、编制火山岩相构造图，应表示：岩性、岩相、岩层产状、流向、火山通道、火山断裂、潜火山岩、蚀变矿化、

17、火山沉积夹层中古生物化石、同位素年龄值等，内容和原始资料吻合，为地质图编制打下坚实基础。, 火山作用的大地构造环境 研究与火山活动有关的地质构造特征，结合火山岩岩石学、岩石化学、岩石地球化学以及相关的沉积岩性岩相特点和岩浆侵入活动等资料，探讨火山作用的大地构造环境, 侵入体调查内容 包括侵入岩体的产状、规模、岩石类型、矿物成分、结构、岩石化学、岩石地球化学、稳定同位素、形成的温压条件或深度、岩体原生和变形构造、剥蚀情况、接触关系性质和产状、脉岩和包体、流体（成分、形态、分布、含量等）特征。,查明侵入岩体的同化混染和分异作用、内外接触带的变质、蚀变及变形作用，以及岩体相带划分及其成矿作用特点等。

18、, 复式岩基调查 查明复式岩基侵入体间的接触关系性质，依据其相互关系与围岩接触关系、构造变形和矿化或蚀变特征以及同位素年龄资料等，确定岩体侵入时代和顺序。,二、 侵入岩研究, 侵入岩时代 对侵入岩时代的确定，如有直接地质证据为时代依据的，可按有关地层和岩体的相互关系加以确定，对没有直接地质证据为时代依据的岩体，应采集同位素测年样测定其时代。, 就位机制、成矿作用、构造环境、区域岩浆演化史 在综合研究不同类型侵入岩资料的基础上，研究其就位机制及其与成矿作用的关系。探讨各类侵入岩形成的构造环境，建立区域岩浆演化旋回或序列，探讨岩浆活动的演化历史。,（四） 变质作用分析,变质岩系是在一定大地构造环境

19、下形成的不同成因类型的原岩建造在地壳演化过程中经受多期构造变形、变质作用改造的产物。区域地质研究中必须对区域变质岩的原岩成分、建造类型及其后期变质、变形叠加改造的特点，以及与岩浆岩作用和成矿作用的关系等进行综合调查。,构造地（岩）层事件法构造岩石事件法,以构造变形、变质作用理论为指导，以同一成因类型原岩建造的变质岩石或变质岩石组合填图单位为基础，以构造分析方法为手段，以地质事件演化序列为主线。,变质岩岩石学 研究变质岩岩石类型，各类岩石矿物成分、结构构造及矿物共生组合和世代关系,变质岩石的矿物成分、岩石化学、地球化学特点，恢复原岩建造。,变质岩矿物学 研究变质岩矿物共生组合和世代关系的基础上，

20、结合构造变形特征，划分变质相带和相系，确定变质作用类型，结合地（岩）层对比和同位素年龄资料，确定原岩时代。合理划分变质作用期次，并确定其时代，查明变质作用与成矿作用的关系。, 变质岩构造 建立变质岩岩石的构造地（岩）层单元，研究单元间界面性质及叠置关系，收集各单元变质、变形事件特征的有关资料；查明主期变形的面理置换特点，收集先期变质变形和原生沉积构造形迹，注意研究多期变质变形事件叠加改造的相互关系，在查明宏观特征的基础上，有目的地采集各类分析测试样品，从不同规模尺度对变质地质体进行研究。 在综合上述各类资料的基础上，建立有关变质地质体的构造变形相或构造层次，拟定多期变质变形事件序列，结合相关沉

21、积作用、岩浆作用和成矿作用特点，探讨其大地构造环境，为建立区域大地构造演化模式提供依据。,混合岩化作用研究 中深变质岩区的调查中，除调查上述内容外，尚需对混合岩化作用进行调查。以局部熔融或部分熔融的混合岩成因观点为指导，开展混合岩区的调查工作。有混合岩化的变质岩区，应着重查明混合岩化范围，基体与脉体之间的比例关系，混合岩化结构构造特征，划分不同类型的混合岩化岩石，收集有关变质地质体的变质变形特点以及脉体流变特征，以确定混合岩化范围所处的构造层次及形成深度的温压条件，查明产生混合岩化的构造环境。 。,变质作用PTtD轨迹研究,P-T-t轨迹的重建则需要尽可能完整地建立起整个变质过程序列和成分演化

22、序列。过程分析的性质贯穿野外地质调查阶段、室内的岩相学矿物成分分析阶段、温度压力计算阶段和轨迹的解释阶段，并要求研究者同时具备构造地质学、大地构造学、矿物学岩石学、岩石物理化学、同位素地质年代学等知识。 基本工作步骤： 1、明确研究对象所在的大地构造单元和大体的演化历史； 2、建立研究对象的构造变形序列； 3、建立和划分研究对象的变质相和变质相系 4、选取典型露头，采集能反映变质变形的样品，样品所属的岩石类型应是包含变质历史信息的泥质变质岩和基性变质岩类，钙质变质岩类也可以参考： 5、室内进行细致的岩相学研究，着重核实变质变形关系，完善变质变形序列，特别注意变斑晶矿物与基质的关系和变斑晶有无结

23、构环带，注意发现变质矿物之间的转变反应的结构关系，建立变质反应序列：,6、对相应的矿物序列中不同世代的矿物进行系统的矿物成分分析，尤其注意微区成分和变斑晶矿物，特别是石榴石和斜长石、角闪石和辉石等矿物的剖面成分分析。对矿物世代单一变质矿物的成分环带分析对揭示岩石的温压历史帮助极大； 7、计算不同世代的温压条件，有可能时可利用石榴石的环带成分计算温压序列，然后将同一过程的温度压力点连结起来，在描绘p-T轨迹时，应结合一些变质反应对轨迹的运动趋势进行限制，在大多数情况下，完整地建立P-T轨迹是不可能的；往往我们只能获得其中的一段，而这样的一段轨迹对于分析变质一构造演化的关系亦具有重要的参考价值。

24、8、PT轨迹的时间校正 9、将P-T-t轨迹与具体的构造变形序列相联系，建立P-T-t-D轨迹,大地构造相研究,大地构造相的概念及由来,许靖华（1991）的定义: 大地构造相是造山带的基本组成或基本要素，是以岩石学、地层学、古地理、古构造框架、变形方式和变质程度为基础。 李继亮（1992）的定义： 在相似的环境中形成的经历了相似的变形和就位作用并具有类似的内部构造的岩石构造组合。 Robertson（1994）的定义： 造山带中能够系统地识别出各历史时期的古构造框架的岩相和构造特征的总和。,大地构造相的划分,许靖华：认为造山带可解析为按照基本构造样式建造的一套“生物结构。虽然山链的细部不同，但

25、基本类型重复出现。山链可分三类，即： 1.水平缩短为主型(阿尔卑斯型) 2.走滑为主型(加里福尼亚型) 3.正断裂为主型(德国型,如黑森林及佛日),阿尔卑斯型以瑞士为例,被划分为13个相单元(后又称亚相),这13个单元可归并为5种大地构造相,即: 1.前陆盆地(Foreland basin)相 2.原地地块(Autochthonous massif）相 (Alemanides)（日尔曼相） 3.活动基底(Mobilized basement)相 4.滑脱盖层(Decollement)相(Celtides)（摄尔特相） 5.刚性基底(Rigid basement)相（Rhaetides)（类特相

26、）,Robertson：分出四种基本构造环境(离散、汇聚、碰撞、走滑)，每种下分若干相，共计29种大地构造相。 离散背景：包括被动裂谷相、活动裂谷相、夭折裂谷相、台间盆相、碳酸盐台地相、边缘海山相、扩张洋脊相、深海平原相、大陆碎块相、大洋海山或海台相； 汇聚背景：包括上消减带蛇绿岩相、大洋岛弧相、消减/增生杂岩相、弧前盆地相、弧后盆地相（陆内）、弧后盆地相（洋内）； 碰撞背景：包括洋内碰撞相、残余洋盆相、碰撞前伸展盆地相、具洋壳侵入的前渊相、具陆壳侵入的前陆盆地相、与隆升相关的构造环境； 走滑背景：包括转换裂谷和被动边缘相、大洋转换断层相、拉张盆地的洋壳相、与汇聚有关的走滑和旋转相（碰撞前）、

27、走滑和旋转相（碰撞后）。,Robertson的划分方案是对造山作用全过程按不同阶段(离散、汇聚、碰撞、走滑)进行细分，每种相以一定大地构造环境中的物质建造为基础，试图反映造山带的组成、结构与演化。但Robertson划分的一些相是根据对现代全球大地构造环境的观察而识别出来的，某些大地构造相对古大陆造山带可能不适用，其划分的大地构造相类在研究大陆造山带的过程中还有待完善和补充。,关于大地构造相的定义和划分方案虽不尽相同，但以岩石建造和构造环境的研究入手，探讨造山带及其相邻陆块区的形成和演化规律，是大多数地质学家都认同的。因此大地构造相可以理解为是一套反映造山带形成的大地构造环境、具有特定构造部位

28、与类似物质建造组成与结构特征的岩石-构造组合，具有揭示造山带组成、结构和演化的大地构造功能。大地构造相划分对矿产资源评价和预测也具有重要的指导意义。,沉积构造环境与大地构造环境对应表,造山带地区建立大地构造相的基本原则,1、中比例尺1：250000地质填图中，原则上可采纳Robertson的划分方案，若采纳许氏方案，在一幅1：250000地质图中可能仅出现23个相，使其过分简单化，达不到深入调查的目的。按Robertson方案，一幅1：250000地质图中一般可划分出1020个相，可达到深入剖析造山带组成、结构和演化历程之目的。但应该看到，不论是许靖华还是Robertson的大地构造相的划分和研究都是针对威尔逊旋回的造山带，而中国的造山带往往具有非威尔逊旋回（多岛洋、软撞撞、多旋回）的特点，因此，在实践中应对前人所提出的大地构造相划分方案仔细推敲，具体情况具体分析。,2、在划分中，应以造山带演化不同阶段、不同部位出现的构造古地理单元和物质建造为主线，改造