构造地质学绪论南京大学

1、主讲人：张庆龙主讲人：张庆龙南京大学地球科学系南京大学地球科学系构造地质学 读书须知出入法。始当求所以入，终当求所以出。见得亲切，此是入书法；用得透脱，此是出书法。盖不能入得书，则不知古人用心处；不能出得书，则又死于言下。惟知出知入，得尽读书之法也。 （一） 何为构造地质学？ 构造地质学是研究地壳乃至岩石圈的构造褶皱、断层、节理、山脉、盆地等的形成与形变的科学。 发育于南威尔士的古生界背斜 发育于英格兰的上部二叠系向斜宁夏贺兰山汝其沟三叠系砂岩中背斜宁夏贺兰山汝其沟三叠系砂岩中向斜陕西永寿好时河奥陶系石灰岩中发育的褶皱陕西永寿好时河奥陶系石灰岩中斜歪倾伏褶皱 发育于英格兰的侏罗系褶皱 陕西韩城

2、禹门口断层相关褶皱内蒙古乌海岗德尔断层 左边是寒武系石英砂岩 右边是奥陶系石灰岩 发育于江苏仪征白垩系砂岩中的断层， 其上被第三系砂砾岩层覆盖发育于江苏句容白垩系砂岩中的断层内蒙古乌海卡布其中石炭系本溪组长石石英砂岩中发育的两组共轭节理成菱形网格状陕西铜川陈炉镇奥陶系石灰岩中沿节理方向发育的溶沟日本名古屋犬山侏罗系硅质岩中的“X”型节理（二）古典构造地质学 与现代构造地质学 从十八世纪开始，就有人指出了山脉的带状构造，对褶皱进行了模拟实验。但构造地质学的真正形成，应始于1850年。19世纪后期至20世纪初，构造地质学特别繁盛。 到了1920年，有人详细地研究了阿尔卑斯山脉的地质构造，发现了飞来

3、峰和构造窗，确立了推覆构造的存在，从而确立了造山旋回论，此即称为古典构造地质学或古典造山论。 古典构造地质学主要是在生物地层学的基础上，在研究阿尔卑斯山脉的基础上发展起来的，它基本上是一种“固定论”的观点，认为海、陆是永恒的（地壳下降，海水入侵；地壳上升，产生海退）。 1912年，德国气象学家魏格纳（A.Wegener）的大陆漂移说问世。魏格纳起初在研究世界地图时发现，大西洋两岸非常相似。后来，又由于一些偶然的机会，收集到了一些重要的资料：南美的巴西和非洲大陆有极其相似的古生物。 于是，魏格纳对地质学和古生物学的成果产生了极大的兴趣，并逐渐得出肯定的结论：大陆在地球表面经过了漂移才到了现在的位

4、置，两亿年前大西洋并不存在，而那时的美洲大陆和非洲大陆是连在一起的。 大陆漂移说在当时产生了巨大的影响，在地质学家和地球物理学家当中引起了激烈的论战，并断续持续到现在。因此有人认为，从19世纪20年代至今，可谓“现代构造地质学”。 1930年以后，不少学者在大致完成了对阿尔卑斯山脉地质学的研究之后，又把研究中心转移到了太平洋岛弧地区来。 古典构造地质学是以地层层序学为基础并以它为手段建立起来的；而现代构造地质学则是除了涉及到地层学和岩石学等之外，还涉及到地球物理学和地球化学。 现代构造地质学和古典构造地质学的最大不同是，前者的研究对象不限于造山带，而且涉及到大陆、大洋等各方面。构造地质学研究范

5、畴： 1、空间方面：主要研究构造的形态特征、分布与组合形式； 2、时间方面：主要研究构造的形成顺序与演变； 3、成因方面：主要研究构造的形成机制及其发育的地质条件。（三）构造地质学研究基本方法 构造地质学是地质学领域里的“上层建筑”，同时也是实践性很强的一门学科。 1、认识精细的观察感性认识； 2、分析综合分析、归纳理性认识。 1、新技术的应用：航天遥感、地资卫星、物探、化探、钻探、深潜、高温高压、电子探针等； 2、多学科的渗透：地质+力学、地质+物理、地质+化学、地质+天文、地质+数学、地质+环境、地质+模拟等。科学研究的基本方法 1、正序法：先设计、后实验、再投产； 2、反序法：“将今论古

6、”。 地质构造是在漫长的地质历史中形成的，而这一过程是人类历史无法经历和难以重复的，同时也是地表野外难以观察全面的。因此，应该运用辨证的思维方式来分析各种地质资料，研究各种地质问题。 在掌握了一定的实际资料的情况下，首先应拟定出各种可能的、与已知事实基本相符的假说或设想，做出多种判断。 进一步观察和收集资料，用新的事实对前面的判断加以检验和修正；其中一些判断被新的事实否定，而另一些则被得到补充、修正和完善，从而形成一种新的假说。 如此循环、反复，使早期的判断不断趋于全面、正确 多重暂定假说。 多重暂定假说 1、避免见其一点、不及其余、过早做出依据不够的判断； 2、避免始终感到资料依据不足、无从

7、做出比较切合实际的判断。 近年来，地质学者辄满足于少量取点与大量测试，而疏于野外观察制图。比比皆然。实则地质命题之真正解决，矿产勘察之实际奏效，莫不以野外详细观察与系统制图为必由之径，国际国内，概莫能外。 中国科学院院士 王鸿祯教授（四）活动构造 我们对活动构造（活断层）必须有一个正确和清醒的认识。任何对活断层的存在熟视无睹或者无所顾忌的态度都是要不得的。诚然，活断层的存在还不至于伤及人们的生命与安全，但是，它的存在是地震发生的祸首，而一旦发生了地震，我们的生命与安全就要受到威胁！ 活动断层是指晚第四纪（200300万年）以来有活动的断层，也就是至今断层两盘仍有相对位移或仍在断续移动的断层，亦

8、称活断层、活动断裂。活动断裂的活动常常是缓慢的，如果突然快速变动时即可产生地震。产生地震的活断层即称之为地震断层。震撼日本的兵库县南部地震（阪神地震） 1995年1月17日5时46分，在日本兵库县南部的淡路岛发生了震级里氏7.2级强烈地震。震中位置：北纬34.6，东经135.0，震源深度20公里。 这次地震使阪神地区和淡路岛北部受到较大的破坏，死亡5378人，房屋倒塌159544栋，地震引起的煤气管道断裂和电线短路导致发生特大火灾，神户港夜景的辉煌，一瞬间便暗淡无光. 神户地震的严峻的事实极大地震撼了日本、震撼了东京！ 东京的高架公路、桥梁等能经得起这样的考验吗？ 1994年1月，美国洛杉矶市

9、发生的里氏6.6级地震，使高速公路、高架桥梁遭到严重破坏。日本的有关专家在考察后表示，日本的高速公路和桥梁是可以抗震的。 可是，时隔仅一年，神户地震的现实将日本高速公路、桥梁抗震的神话彻底摧毁了！ 阪神高速公路的高架桥东倒西歪、粗壮的钢筋混凝土桥梁也已伤筋露骨. 地震是地球内部应力通过地震断层释放能量的一种自然现象。 神户地震出现的地震断层是沿淡路岛西北部野岛断层呈NESW向延伸的右行平移断层，断层南东盘相对上升，上升量最大为1.3米，右行平移量最大为1.7米,总位移量最大为2.1米。 淡路岛北淡町野岛平林村的地震断层总滑距2.0米，右行平移1.6米，东侧上升1.2米北淡町小仓地震断层使田地、

10、道路、围墙均右行平移了1.3-1.5米梨本附近(距江崎灯台约7.5km)地震断层的右侧隆起上升 野岛断层是活动断层，长约7km，位移量1m/103年，右行位移量0.9m/103年，断层东侧隆起速率为0.4-0.5m/103年。 根据此次神户地震的最大位移量来计算，野岛断层的下一个活动期为2000年以后。1999年9月21日台湾集集地震台湾9.21集集大地震 1999年9月21日1时47分21秒，在台湾日月潭西12.5公里集集一带,发生了百年不遇的里氏7.3级强烈地震。造成台湾人口万分之一（2300人）不幸丧身，近万人受伤，1万3千多房屋倒塌，10余万人无家可归。实为一场浩劫，给全台湾人民带来莫

11、大的创痛与震撼。 地下深部随着深度增加，温度和压力逐渐增高，岩石由地表浅处的刚性、弹性状态渐渐变为具有塑性，乃至流体状态。由于深部温度的不均匀，产生大规模的对流作用，使软流圈上的厚约100公里的岩石圈裂解成板块，板块与板块之间发生分离、聚敛或水平剪切运动。 台湾位于菲律宾板块与欧亚板块的交界地带，花莲东部纵谷就是这两板块的交界线（图1、2），同时也在环太平洋火山与地震带上。板块与板块之间分离、聚敛或水平剪切运动图一图一 台湾及附近海域地形，台湾及附近海域地形，海岸山脉为吕宋岛弧的北端延伸海岸山脉为吕宋岛弧的北端延伸图二（1）台湾73至90年大于4.0的地震震源立体投影，可看出隐没带的位置西部震

12、源浅，东部震源深图二（2） 台湾板块构造及弧陆碰撞示意图 菲律宾板块以平均每年7公分的速度向西北方运动，位于菲律宾板块西缘的吕宋岛弧北端在约6百万年前碰撞到欧亚板块边缘，使其快速隆升，成为中央山脉以及向西高度逐渐降低的山脉、丘陵与平原（图3）。图三图三 台湾地层及活动断层分布简图台湾地层及活动断层分布简图及中部地质剖面示意图。及中部地质剖面示意图。彰化断层和车龙铺断层为二条彰化断层和车龙铺断层为二条主要活断层主要活断层 地震发生机理示意图 菲律宾板块载着吕宋岛弧，就象是超大型的推土机（图四），将花东纵谷以西的地层推挤，使其产生弯曲、褶皱，甚至形成断层，并引发地震（图五）图四图四 台湾弧陆碰撞造

13、山带模式图台湾弧陆碰撞造山带模式图 海岸山脉（菲律宾板海岸山脉（菲律宾板块）象超大型推土机往西北方向推挤中央山脉块）象超大型推土机往西北方向推挤中央山脉 图五图五A 台湾原本水平的地层受由东向西的推挤而台湾原本水平的地层受由东向西的推挤而褶皱、形成逆断层，并发生地震的示意图褶皱、形成逆断层，并发生地震的示意图图五B 弹性物体受力积累能量（变形）、最终断裂而释放能量的过程示意图台湾岛纵向断层与褶皱发育史 由于推挤力来自东边，因此台湾岛上的断层主要是向西上冲的逆断层，断层东侧（上盘）的地壳逐渐向上、向西移动，叠覆在西侧的地壳之上。也就是说，在台湾中央山脉以西，越靠西边的断层越年轻（图六）图六台湾中

14、部地区地层褶皱与断层发展史 越西边的断层和褶皱越年轻 图八 台湾地质图： 显示西部山麓带山脉明显的S形走势图九 影响台湾地质构造与断层活动的主要单元（左侧图a至d为台湾岛的形成史示意图） 图十 台湾活动断层分布图主要分布在两个狭长地带： 1、西部山区与平原交界带 2、花东纵谷区图十一台湾地区地震分布图震中相对集中并成带状分布图十二 车龙埔断层集集7.3级主震和主要余震的发震断层图十三集集大地震主震及较大余震震中分布图（显示这些震中位在北港基盘高区外缘所形成的弧形山系北半段）图十四图十四A集集大地震造集集大地震造成地壳位移成地壳位移(卫星观测水平位移卫星观测水平位移) 车笼埔断层（黑色）以东向北

15、车笼埔断层（黑色）以东向北西水平位移可达西水平位移可达8.5米（红色）米（红色）图十四B集集大地震造成地壳位移(卫星观测垂直位移)车笼埔断层（黑色）以东垂直上升可达9.8米（红色）图十五 车龙埔逆断层线两侧灾害差别示意图（上盘比下盘严重）1.地震断层切过清水溪桶头桥，桥墩被切断，桥面断落地震断层切过清水溪桶头桥，桥墩被切断，桥面断落2. 清水溪桶头桥东是断层出露位置清水溪桶头桥东是断层出露位置,地震时发生山崩地震时发生山崩3. 名竹大桥地震断层经过两桥墩之间名竹大桥地震断层经过两桥墩之间,造成桥面断裂造成桥面断裂4. 濁水溪濁水溪,车笼埔断层造成其东侧上升了近车笼埔断层造成其东侧上升了近3米米

16、5. 断层由北向南切过濁水溪河床断层由北向南切过濁水溪河床,使东侧抬高使东侧抬高2.5米米6. 断层切过河堤断层切过河堤,使其东侧隆起约使其东侧隆起约2米、向北位移约米、向北位移约3.5米米7. 名间名间, 断层从稻田中穿过断层从稻田中穿过,两侧相对上升约两侧相对上升约2米米8. 双冬双冬 地震时产生的喷沙现象地震时产生的喷沙现象9. 乌溪桥约乌溪桥约3米直径的钢筋混凝土桥墩被地震断层所切断米直径的钢筋混凝土桥墩被地震断层所切断10. 乌溪桥约乌溪桥约3米直径的钢筋混凝土桥墩被地震断层所切断米直径的钢筋混凝土桥墩被地震断层所切断11. 万丰万丰 断层将原水平的围墙抬起断层将原水平的围墙抬起,同

17、时房屋也被抬高倾斜同时房屋也被抬高倾斜 12. 断层经过雾峰光复国小断层经过雾峰光复国小,形成东侧操场被抬升约形成东侧操场被抬升约2米米13. 地震断层横穿雾峰光复国小，断层呈线状分布地震断层横穿雾峰光复国小，断层呈线状分布14. 雾峰光复国小南侧的河堤和道路被抬高约雾峰光复国小南侧的河堤和道路被抬高约1.5米米15. 雾峰光复国小教室倒塌雾峰光复国小教室倒塌, 所幸地震发生在夜间所幸地震发生在夜间, 无伤亡无伤亡16. 雾峰光复国小房屋支柱钢筋扭曲雾峰光复国小房屋支柱钢筋扭曲17. 雾峰建筑物向一侧倾倒雾峰建筑物向一侧倾倒18. 北清溪北清溪 地震断层横切道路地震断层横切道路,将东侧的路面抬

18、升将东侧的路面抬升1.5米米19. 车笼埔断层横切草湖溪河床车笼埔断层横切草湖溪河床, 将东侧的河床抬升约将东侧的河床抬升约2米米20. 断层通过平铺在河床上的消波块断层通过平铺在河床上的消波块, 将东侧河床抬高将东侧河床抬高1米米21.道路和钢筋结构的厂房被断层横穿道路和钢筋结构的厂房被断层横穿, 使一侧抬高约使一侧抬高约 3米米 22. 断层通过红色房屋的右侧断层通过红色房屋的右侧, 并将房屋与道路抬高约并将房屋与道路抬高约3米米23. 中台医专（芋圆桥）道路左侧房屋座落在断层之上中台医专（芋圆桥）道路左侧房屋座落在断层之上, 断层将房屋后侧抬高断层将房屋后侧抬高1.5米米, 造成倒塌造成倒塌24. 地震断层向北延伸入山区地震断层向北延伸入山区, 断层将其东侧的块体抬升断层将其