构造运动和地质构造

1、第八章构造运动和地质构造教学目的与要求本章主要讲解岩层的产状 （原始产状、产状要素、 线状构造产状要素、地层不整合的观 察和研究）；褶皱构造（褶皱和褶皱要素、褶皱的分类、褶皱的组合形式和叠加形式、褶皱 的成因、褶皱的野外观测与研究）；断裂构造（节理、断层要素和断层位移的概念、断层分 类、断层形成机制、断层的野外观测与研究） ；重点：要求掌握构造变形的研究方法，了解褶皱构造与断裂构造特点主要识别方法与技术。难点：要求掌握构造变形的研究方法，了解褶皱构造与断裂构造特点主要识别方法与技术。构造运动：由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。地质构造：地壳运动中岩层和地块受力后产生的变形和位移

2、的形迹。反映了某种方式的构造运动和构造应力场。第一节 概述一、基本概念侵入岩是在地下形成， 但现在大量突出地表， 甚至形成高山；沉积岩，原始应水平沉积, 在地表却大量倾斜、弯曲、断裂。这些说明地壳上岩石发生了运动，发生变形、变位，改变了原来的状态。地壳运动（构造运动）一一地壳的机械运动I相背分离水平运动 I类型 相间挤压木上 1差异升降运动的结果为岩石变形、变位，导致地质构造的形成。岩石变形 地壳中岩石变改了原有的空间位置和形态。地质构造一一岩石变形的产物包括褶皱、断裂两大类。综上所述，构造运动（地壳运动）是指由地球内部动力引起的固体地球表层的机械运动。构造运动造成岩石的变形与变位，形成一系列

3、的地质形迹，岩层的倾斜、岩层的褶皱、 岩石中产生断裂（有的断裂是拉张型的，有的则是剪切型的等等），这一系列由构造运动造成的岩石变形与变位的地质形迹，称为地质构造。二、构造运动（一）构造运动的形式：水平运动（造山运动）垂直运动（造陆运动）水平运动与垂直运动的关系是相辅相成的。1、水平运动地壳或岩石圈物质大致沿地球表面切线方向进行的运动，叫水平运动。2、垂直运动地壳或岩石圈物质沿地球半径方向的运动，叫垂直运动，也叫升降运动。从全球的构造运动来看， 究竟是以水平运动为主还是以垂直运动为主，常在争议，很长一段时期内争论不休。基本可分为两大类学派：固定论：传统的大地构造理论，以地槽 一地台说为代表。主要

4、观点：地壳以垂直升、降运动为主导，大陆基底位置从未改变，仅有海陆面积的扩 大或缩小。活动论：以近代的板块构造理论为代表。主要观点：构造运动以地壳的水平运动为主导，垂直运动是水平运动派生的，地史中，大陆曾发生过不断的水平运动，地质构造主要是水平运动产生的。（二）构造运动的表现水平运动的表现：大陆漂移学说：1912年魏格纳的提出证据：海岸线弯曲形状、古生物化石、地质构造、古气候。5060年代，古地磁、海底调查、地震台网以古 生物、古气候等研究进展证实了水平 运动。垂直运动的表现?垂直变位指岩石圈沿地球半径方向发生的位移。? 实例：意大利塞拉比斯古庙的遗迹垂直升降造成的地貌：河流阶地准平原、夷平面垂

5、直运动在地层中的反映?沉积厚度和沉积环境的变化沉积环境反映垂直升、降变化沉积厚度 反映岩石圈升降的幅度? 地层的接触关系整合接触：岩石圈缓慢下降不整合接触：显著的升降和水平挤压作用平行不整合：显著的升降岩石的变形：地壳运动的结果为岩石变形、变位，导致地质构造的形成。地质构造一一岩石变形的产物包括 褶皱、断裂 两大类。构造运动引起的地壳结构的改变和物质的变位。地球表层所发生的一系列构造运动是地球内部物质的不均衡运动的结果。在某个地方发生了拉张， 必定在其相邻的地方发生了挤压；在某个地方发生了抬升， 必定在其周围地区发生了下降。地球内部的物质运动总是破坏了一个平衡，在逐渐趋向新的平衡， 而在这里的

6、新平横建立的过程中，又破坏了邻区的平衡，从而使地球表层不断地发生着运动。（三）构造运动的速度和幅度构造运动通常是岩石圈的长期而缓慢的运动 ,其速度以每年若干毫米或若干厘米。如喜马拉雅山的隆升,大西洋洋的扩张等.但也有短暂而显著的变形、位移。如地震、火山、断层等。（四）构造运动的周期性和阶段性地史中构造运动的剧烈时期与其和缓时期是交替出现的即构造运动的演化具有旋回性特点。 曾有过几次大规模的强烈造山运动， 具有全球性意义； 而在强烈的构造运动之间是相对和缓的运动。我们把从相对和缓的构造运动开始，到一次强烈的大规模的造山运动结束。划归为一个构造运动旋回。构造旋回 从相对和缓的构造运动开始， 到一次

7、强烈的大规模的造山运动结束。板块构造学说认为：岩石圈是以大致均匀 的速率不间断的运动着。（五）确定地史时期构造运动的方法1、岩相分析法岩相是地质环境极其物质表现的综合：（ 1）沉积岩相沉积作用+沉积岩特征+沉积岩形成的地质环境=沉积（岩）相陆相：大陆上形成的沉积；海相：海洋中形成的沉积；过渡相：陆海过渡地带形成的沉积。陆相还可以分为：河流相、湖相、沼泽相、冰川相；海相还可以分为：滨岸相、浅海相、深海相、浊流相；海陆过渡相还可以分为：三角洲相、潮坪相、潟湖相。（ 2）岩浆（岩）相岩浆作用 +岩浆岩特征 +岩浆岩形成时的地质环境=岩浆（岩）相中央相：岩浆侵入体中央的产物 ；边缘相：岩浆侵入体边缘的

8、产物；陆上喷发产物为陆相火山岩；海上喷发产物为海相火山岩。（ 3）变质（岩）相变质作用 +变质岩特征+变质岩形成时的地质环境=变质（岩）相红柱石相：低温高压环境下形成；绿片岩相：中压低温环境下形成；兰片岩相：高温低压环境下形成；角闪岩相：中压中温环境下形成。2、厚度分析法对沉积厚度进行分析， 可以定量反应当时的沉积环境。 比如， 上千米的连续湖相沉积说 明当时地壳在持续下降。当地壳下降幅度大时，沉积物的厚度较大；当地壳向上抬升时，沉积物厚度较薄；当抬升为陆时，就会遭受侵蚀。3、接触关系分析法地层（岩石）的接触关系有：整合接触、平行不整合接触、角度不整合接触、侵入体的沉积接触整合接触说明地壳持续

9、下降，接受连续沉积；平行不整合接触说明地壳抬升成陆，遭受了剥蚀，沉积间断；侵入接触说明侵入体的生成早于上覆沉积层；4、阶地和溶洞分析法5、地质构造分析法根据地质构造的性质、规模等可以确定构造运动的特点和形式。通常褶皱说明是发生了强烈的造山运动。 断裂、 转换断层说明地壳发生了水平拉张或挤压运动。（六）构造运动的原因不同学派，多家假说收 缩 说：核心思想：地球最初是熔融体，逐渐冷却。冷却是从外表开始的。地壳最先冷却形成，而后地球内部逐渐冷却收缩后，体积变小，这时地壳就显得过大而发生褶皱。存在问题： 地壳上的褶皱分布应是随机的， 但实事上褶皱的分布有一定的规律。 尤其是放射性元素的发现，说明地球并

10、非由热变冷却。膨 胀说热膨胀，使地壳裂开，解释了一些深大断裂、洋脊、裂谷的成因。存在问题： 无法解释大规模挤压褶皱，逆掩断层的形成。 而且膨胀性应具有宇宙性，其它星球尚无发现。脉动说核心思想： 由于地球内部冷热交替， 导致地壳周期性 的振荡运动 （脉动） 受热 隆起，冷却地区坳陷。存在问题：忽视了水平运动。同时没有冷热交替的证据地球自转速度变化说李四光最早提出：地球自转速度的变化导致地壳运动的重要原因。核心思想： 地质构造可分为走向近东西的纬向构造带和走向近南北的经向构造带。 当地球自转加快时， 由于离心力作用，地壳物质向赤道集中， 相当于受到南北向的挤压，形成纬向（东西向）构造带。相反地球自

11、转减慢时，地壳物质从赤道向两极扩散，形成经向（南北向）构造带。地幔对流说板块构造理论所畅导的，最早由英国的霍尔姆斯提出核心思想：地幔物质热对流，带动驮在其上的岩石圈水平 运动。存在问题：地幔物质能否热对流？对流的范围和规模有多大？（七）构造运动的类型根据构造运动发生时期划分为：古构造运动：第三纪（ 25 百万年）之前的构造运动叫古构造运动。新构造运动：西构造运动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。三、地质构造地质构造不是完全相同的， 只存在相似性。 根据相似的形迹特征， 将地质构造归纳成五种基本地质构造类型：水平构造、倾斜构造、皱褶构

12、造、断裂构造、不整合构造。沉积岩层形成时的原始产出状态（即产状）大多数是水平或近于水平。如果经受地壳运 动（垂直抬升）的影响，改变了原始形成时的位置，但仍然保持水平产状的一套水平岩层组成的构造，称为水平构造。岩层受构造运动的影响，不仅改变了岩层形成时的位置，而且改变了原有的水平状态， 使岩层面与水平面具有一定的交角，于是便形成了倾斜岩层。倾斜岩层常常是组成其它构造（如朔州构造和断裂构造）的一部分。褶皱”一词表明了原来平坦的岩层受构造运动力的作用形成褶曲。岩层褶皱后原有的空间位置和形态都已发生了改变，但其连续性未受到破坏。构造运动是导致褶皱存在的直接原因。（一）褶皱构造褶皱是岩层因在构造运动的作

13、用下而变形，形成的一系列连续弯曲。岩层的连续完整性未遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。（二）断裂构造断层：岩层或岩体受力破裂后，两侧岩块沿破裂面发生了明显的位移。剪节理一由剪应力产生的破裂面特征：长、大、平直，光滑延伸稳定，常呈“ X”型张节理一由张应力产生的破裂面特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，豆荚状、树枝状不整合构造当上下两套地质构造截然不同时，又产生了一类新的地质构造，叫不整合构造。不整合构造可分平行不整合和角度不整合两类。四、岩层的产状岩层在地壳中的空间存在状态称为岩层的产状。地质上以岩层（地质体）的产状来描述其空间位置，包括岩层（地质体）的走向、 倾向、倾角。岩层产状的三要素：?走向

14、?倾向?倾角产状三要素:1 .走向：走向线一岩层面同任意水平面的交线（岩层层面上的任意一条水平线）。走向一走向线两端所指的方向。以方位角来表示。注意：我们强调了两端所指的方向，因此走向的方位角有2个，相差1800。2 .倾向：最大倾斜线 岩层面上与走向线垂上的向下延伸的线。倾向最大倾斜线的水平投影所指的方向，以方位角表示。倾向只有一个方向，且与走向垂直。走向=倾向 +90 o3 .倾角：岩层面与水平面之间的夹角。最大倾斜线与其在水平面上投影线之间的夹角。倾角在0 90°变化产状的表示：走向/倾向倾角125° / NE65°倾向 倾角35°65°

15、只要给定倾向、倾角两项可求知三要素 。特殊产状 ：水平岩层：倾角=0。 倾向一走向 8直立岩层：倾角=90 °倾向 一走向a °岩层厚度：两层面之间垂直距离（并非地面露头任一两点） 。当岩层倾角达90 度时，称直立岩层。不同产状的岩层有：水平岩层倾斜岩层直立岩层倒转岩层第二节 地层的接触关系一、整合表现： 新老地层产状一致， 岩性变化及古生物演化渐变而连续， 新老地层时代连续， 其间没有地层缺失。说明： 地层形成的过程中基本保持稳定的沉积环境， 构造运动主要是地壳缓缓下降， 即使有上升，也未使沉积层面上升到水平面之上遭受到剥蚀。整合表示方法： 二、假整合（平行不整合）表现：

16、 新老地层产状一致，岩性及古生物演化突变，地层时代不连续，有地层缺失。新地层之下常有底砾岩。底砾岩 下部时代较老的地层遭到剥蚀后形成的岩石碎块,重新胶结成岩,保留在新地层之下。说明： 老地层沉积后地壳有明显的均衡上升（水平抬升） ，遭受剥蚀后，地壳又均衡下降，接受新地层的沉积，虽然有部分地层缺失，但新老地层产状没变。假整合的表示：-三、不整合（角度不整合）表现： 新老地层产状不一致，岩性及古生物变化突变，有地层缺失，新老地层之间有广泛的剥蚀面。新地层之下常见底砾岩。说明：老地层形成之后有强烈的构造运动，形成褶皱、断裂， 同时长期遭受风化剥蚀，而后又下降接受新地层的沉积。不整合的表示：四、侵入接

17、触：侵入体和被侵入围岩之间的关系。识 别 标 志：1 .接触带上有接触变质的现象（围岩）。2 .接触带附近，侵入体中有围岩的捕虏体.3 .侵入体切割（切穿）围岩层理。五、侵入体的沉积接触岩体与沉积岩的接触关系判断侵入体侵入的时代： 晚于 被侵入 围岩 的时代，早于 上部 沉积岩层 的时代。六、断层接触地层或岩体之间都有可能以断层相接触，其接触面即为断层面。第三节褶皱构造一、褶曲要素岩层受力后，发生弯曲，改变了原有的空间位置和形态，但其连续性未受到破坏，称褶皱。单一弯曲称褶曲。褶曲的几何要素（褶曲的描述）翼 褶曲岩层的两坡。核一一褶曲岩层的中心。轴 面一一平分褶曲两翼的假想面（近于对称面），可以

18、是平面也可以是曲面。枢 纽一一轴面与岩层面的交线，可以是水平的也可以是倾伏状。轴迹轴面与地面的交线。二、褶曲的分类两大基本类型向斜 水平岩层受力后下凹弯曲。两翼地层相向倾斜核部地层时代最新两翼地层时代渐老背斜水平岩层受力后上凸弯曲。两翼地层相背倾斜核部地层时代最老两翼地层时代渐新背斜的特点：a. 两翼产状相反b. 核部岩层老，翼部岩层新c. 由核部向两侧岩层对称重复出向斜的特点：a. 两翼产状相反b. 核部岩层新，翼部岩层老c. 由核部向两侧岩层对称重复出现岩层褶构造中，背斜、向斜通常共存如同翻起的波浪：相邻的背斜之间是向斜；相邻的向斜之间是背斜；相邻背斜、向斜共用一个翼。三、褶曲类型1.按轴

19、面产状划分：直立褶曲轴面直立，两翼倾向相反倾角相等。倾斜褶曲轴面倾斜。两翼倾向相反倾角不等。倒转褶曲轴面倾斜。两翼倾向相同，倾角并不等一翼为正常层序，一翼为倒转层序（新在下老在上）。层面构造：泥裂、波痕、虫迹。倒转地层的识别 I平卧褶曲轴面近水平。两翼近水平上下重叠。一翼为正常层序，一翼为倒转层序。2、按枢纽产状划分：水平褶曲枢纽水平倾伏褶曲枢纽倾伏特殊类型：穹窿（背斜）长：宽 1:3盆地（向斜）长 ：宽 1:33、按褶曲的转折端和横剖面形态分类有：尖棱褶曲、箱形褶曲及扇形褶4、根据长、宽的比率分为：线形褶曲、短轴褶曲、穹窿与盆（地）线形褶曲长宽比在10倍以上，又称长轴褶曲。短轴褶曲长宽比在3

20、10倍以上，又称短轴褶曲穹窿与盆长宽比小于3的褶曲。上凸的背斜称穹窿，下凹的向斜称盆地。5、按褶曲的组合形态分有：复背斜与复向斜。复背斜：由若干次级褶皱组合而成的大型背斜构造。复背斜多见于褶皱造山带并与复向斜伴生。复向斜：又称复式向斜，是由若干次一级的背斜、向斜组合而成的一个大型向斜构造。一般的是 向斜成山，背斜成谷。”但往往受到剥蚀作用的影响， 背斜成山，而向斜成谷四、褶皱构造的野外识别（一）地质方法一是采取穿越法：沿垂直岩层走向进行观察、测量岩层顺序、岩性、厚度和各露头产状, 分析、判断褶曲是否存在。即就是：背斜：新一老一新向斜：老一新一老二是追索法：沿着某一标志层的延伸方向进行观察，以便

21、了解两翼是平行延伸还是逐渐汇合。（二）地貌方法1 .水平岩层（转折端、顶部或槽部等）2 .单斜岩层（翼部、构造盆地边缘，单面山、猪背脊等）3 .同心圆或椭圆式分布的山脊，构造盆地。4 .平行排列的山脊和山谷；弧形或“之”字形展布的山脊和山谷。5 .背斜山和向斜谷；背斜谷和向斜山（地形倒置）。褶曲的野外识别：?地形倒置（并非绝对）我们可以想象，地质构造形成初期， 通常向斜成谷背斜成山。 但野外恰恰相反，常见的 是背斜成谷，向斜成山，称为地形倒置。原因：褶皱形成后在长期的风化剥蚀等外动力作用下， 背斜轴部由于张裂隙发育、易剥 蚀，并逐渐低凹成谷；而向斜轴部岩石受挤压力，相对不易风化剥蚀，而成山。五

22、、确定褶曲形成年代的基本原则：褶曲的形成年代介于组成褶曲的最新岩层年代与未参加该褶曲的上覆最老岩层年代间。六、研究褶曲的实用意义：在找矿、找地下水以及工程水利建设、等都具有非常重要的意义。褶曲对矿床的保存有 重要作用，向斜是储水、储气、储油构造。第四节断裂构造断裂一一岩层在外力作用下失去连续性和完整性。节理、裂隙 一一无位移（仅有断裂面）。断层一一有一个或一组断裂面，两侧岩层有明显位移（错动）一、节理1、节理的概念：当岩石中的裂隙破坏了岩体的连续性，但裂隙两侧的岩块并未发生显著的相对位移时，称为节理。2、节理的分类（1）根据节理的成因分类：原生节理：指在岩石形成过程中产生的节理。次生节理：指在

23、岩石形成以后产生的节理。次生节理又可以分为构造节理和非构造节理。 前者是由地壳运动产生的， 后者是由风化、 脱水、压密或重结晶等原因产生的。构造节理分布广泛，延伸较深远。非构造节理仅限于地表，延伸不深、不远，也无明显的方向性，与褶皱、断裂等构造无关。（ 2 ）根据力学性质分类张节理：是岩体受引张应力作用而产生的裂隙。其特点是：产状不稳定、延伸不深远；裂口较宽，节理面粗糙不平；节理间距较大，分布稀疏而不均匀，很少密集成带；遇砾石节理弯曲饶过。剪节理（剪切节理或扭节理）：是岩体（岩石）受剪切应力作用而产生的裂隙。其特点 是：产状稳定、延伸远；裂口紧闭，节理面平直而光滑，在节理面上常有镜面、擦痕等；

24、节理间距较小，分布均匀，密集成带；剪切砾石。（ 3 ）根据节理面与岩层面的产状分类：走向节理倾向节理斜向节理（ 4 ）根据节理走向与褶皱轴的关系分类：纵节理 横节理斜节理3、研究节理的意义（ 1 ）有助于推断区域性应力场的特点和各种应力的分布规律以及各种构造的相互关系。（ 2 ）对于寻找矿产、开发矿业以及工程建设和地下水资源等，都具有很现实的意义。（ 3 ）节理对于地貌的发育、形态等有深刻的影响。二、断层（一）断层要素1. 断层面（带）岩层断裂面，两侧岩层相对位移，有平面也有曲面可以产状三要素来描述。2. 断层线断面与地面交线。断层出露线，直线或曲线。3. 断盘断层面两侧被切断的岩块。按断层面

25、与断盘关系（位置关系）分：上盘、下盘、东南盘、西北盘等；按两盘相对位移（运动）方向分：上升盘、下降盘。4. 断层规模 以切割深度，延展长度，断距大小来衡量。特大型断层如，美国西部，圣安德列斯断层切割到地壳下部，位移量 480 公里。我国淡庐断裂位移几百公里。微型断层手标本可见。（二）断层分类按两盘相对位移的方向分：正断层上盘下降、下盘上升。逆断层上盘上升、下盘下降。其中逆掩断层：断面倾角小 <25。平移断层两盘水平错动（断面近直立）。划分 左行平移断层2.按断层走向与岩层走向的关系分：纵断层（走向断层）一一连向一致。横断层（倾向断层）一一走向垂直。斜向断层 走向斜交。（三）断层组合类型在

26、力的作用下，多条断层（一组断层）同时出现，形成特殊形态。阶梯状断层：一组倾向一致，大致平行的正断层.叠瓦式构造：一组倾向一致，大致平行的逆掩断层。地堑：两组相向倾斜的正断层。地垒：两组相背倾斜的正断层。环状断层和放射状断层：若干弧形或半环状断层围绕一个中心成同心圆状排列，即构成环状断层。若干条断层自一个中心成辐射状排列，即构成放射状断层。雁列式断层：若干条近平行的正断层呈斜向错列展布，便构成雁列式断层。块断型断层：两组方向不同的大中型正断层相互切割则构成方格状或菱形断块.如我国浙闽沿海一带的北东向和北西向断裂的方格网式组合，我国西北一些大型盆地，如 柴达木盆地、塔里木盆地都显示菱形格架.（四）

27、断层的野外识别多数断层因其断面附近岩石破碎，易风化，剥蚀，所以露头不好，往往被沉积物盖，r11.角砾岩一一断裂破碎的岩石，大小不等，棱角分明，碎块再胶结1 .构造岩.成岩，角砾与两侧岩性一致。观察要仔细，常从以下证据来识别。断层泥一一断层两面三盘挤压磨擦（碾磨）的极细的泥状物。2 .密集的节理：断层面是较大的破裂面，形成同时伴生有许多小破裂面即节理。节理方向常与断层方向大致平行。3 . 擦痕和镜面：擦痕断面上平行而密集的沟纹。镜面断面上局部平滑光亮的面。阶步擦痕及镜面未端常出现“坎” 。以上均为两侧岩层（块）相对滑动在断面上留下的痕迹，可据此推测两盘相对运动方向。4 .牵引褶皱（拖曳）褶皱）断层两侧岩层相对位移时，受磨擦阻力影响出现弯曲。牵引褶皱可指示对盘位移方向。5 沿岩层或矿层走向突然中断6 地层重复或缺失断层能够破坏地层序，造成地面上某些地层的重复或缺失，什么情况 重复，什么情况缺失，与断层性质有关。与断面及岩层产状有关。7 地形证据负地形（低凹地带） ：由于断层附近易风化、剥蚀（岩石破碎） ，长期的外力作用造成，俗话说“逢沟必断” 。断层崖：大而陡的断面出露呈陡崖状。有流水可成瀑布。断层三角面：一平列平行的山脊