历史大地构造市公开课获奖课件

1、第 四 章历史大地结构学 Historical tectonics第1页第1页历史结构分析概念Concepts of Historical tectonics 通过对地层沉积特性和与之相关结构-岩浆-变质特性及其演变研究,推断地层形成大地结构环境、性质和演化,相应办法称之为历史大地结构分析办法,相应学科称之为历史大地结构学 大地结构活动论，是以活动论观点结识地史时期大陆和大洋相对于地极、赤道位置改变以及它们互相之间位置改变。 结构演化阶段论是指地球岩石圈由简朴到复杂、有节奏和分阶段安静演化和急剧变革相交替演化规律 大地结构单元论则是指在活动论和阶段论思想指导下，依据古大陆形成演化历程去划分大地

2、结构单元和分区。第2页第2页结构性质/ Tectonic characters稳定: 地震、火山活动少，地貌反差强度低活动: 地震、火山活动频繁，地貌反差强度高过渡: 介于两者之间第3页第3页Tectonic theories in China地质力学（李四光）重力结构（马杏垣）波浪镶嵌结构（张伯声）地洼学说（陈国达）断块学说（张文佑）地槽-地台多旋回结构学说（黄汲清）板块结构学说（尹赞勋,李春昱,郭令智）历史大地结构（王鸿祯）第4页第4页一、历史结构分析内容（一）沉积组分和沉积组合（或沉积建造）（二）沉积物厚度分析（三）沉积相和沉积古地理分析（四）沉积盆地分析（五）结构运动面分析第5页第5页

3、（一）沉积组分和沉积组合（或沉积建造）第6页第6页 在地形平缓平原地域，河流沉积中碎屑物质可能起源于千里之外。经过长距离搬运磨蚀，大部分不稳定矿物受风化分解不复存在，遗留下来矿物经过重复冲刷磨蚀，从成份到结构均较成熟，其稳定碎屑成份如石英含量高，圆度和分选很好。 在高差悬殊山区或山麓带，碎屑物质急剧堆积，搬运不远，多数岩屑或岩块，成份成熟度和结组成熟度低。 在平坦陆架或滨浅海带碎屑沉积物经过滨海带长久簸选磨蚀，其成份成熟度高，分选及磨圆好。 在火山岛弧周围因为地形坡度大，急剧堆积大量具棱角火山岩屑，形成岩屑杂砂岩，代表结构和火山活动地域快速堆积。 不同结构背景沉积区含有不同岩石矿物成份。第7页

4、第7页 不同大地结构背景下盆地类型及其特性第8页第8页岩屑单晶石英第9页第9页沉积组合(建造)分析概念：在一定期期内形成、能够反应其沉积过程主要结构背景沉积岩共生综合体概念关键：1沉积时结构条件 2较长时期 3一定区域范围 4综合特性(组分-结构-结构等)结构背景分类：稳定、过渡、活动三种类型第10页第10页沉积组合与结构性质flyschmolasse第11页第11页沉积物厚度能够反应地壳升降运动幅度（与基盘下降和物质供应多少相关）（二）沉积物厚度分析第12页第12页厚度升降幅度结构性质第13页第13页沉积物厚度分析相关概念补偿：沉积基盘下降速度等于沉积物堆积速度时，水深不变，岩相不变。非补偿

5、：沉积基盘下降速度大，物质供应不足，水深变大，表现为海进序列。这类盆地也称饥饿盆地。超补偿：沉积基盘下降慢，物质供应多，水体变浅，表现为海退。1）单个地层剖面反应出海水进退往往与：eustasy, subsidence, supply相关，因而不要与海进海退相混淆。2）地史中常见为补偿类型沉积，其厚度代表沉积盆地下降幅度第14页第14页（三）沉积相和沉积古地理分析 在不同大地结构背景下，因为沉积盆地类型和沉积环境特性不同，其沉积相也不相同。在稳定大陆板块内部多为陆表海浅水碎屑岩和碳酸盐岩沉积。而在大陆板块边缘多为陆棚海滨浅海沉积、半深海一深海环境浊积岩、等深岩及泥岩沉积。 利用沉积相恢复地层沉

6、积环境能够帮助重建地层形成古地理。古地理重建熏要手段是经过岩相古地理编图了解地史时期海陆分布、地形地貌特性等古地理要素及各地理单元中沉积物类型。 地史分析中主要进行大区域沉积和结构背景分析，普通采取百分比尺小于1 ：1000万概略岩相古地理图，如本书地.史分论各章古地理图。它主要表示沉积组合类型空间分布和结构古地理格局密切关系。经过概略性古地理分析能够帮助认识古海洋类型（如陆表海、陆棚海、边缘海、岛弧海和远洋)展布。确定板块边界(俯冲带或地缝合线位置等。第15页第15页（四）沉积盆地分析 沉积盆地类型和特性与其所处大地结构位置密切相关，大地结构状态决定了盆地类型和特性。 不同类型沉积盆地沉积相

7、及其时空组合不同。因此，经过了解盆地沉积物组分、沉积相、沉积体系及其时空关系、古水流分布格局等，能够恢复盆地性质和类型，确定盆地大地结构背景及其演化。 不同沉积盆地类型和沉积盆地组合，代表不同大地结构背景和不同结构阶段。如克拉通盆地主要分布于大陆板块内部以及大洋中微板块、地块等结构背景下。被动大陆边缘盆地和活动大陆边缘盆地均分布于大陆板块边缘地带，前者形成于大地结构伸展期，后者形成于大地结构挤压期。大陆碰撞相关盆地形成于岛弧与大陆板块、大陆板块与大陆板块碰撞结构背景下，形成碰撞造山带。 能够经过沉积盆地性质、分布去恢复研究区大地结构背景和所处大地结构阶段。第16页第16页沉积盆地分类方案第17

8、页第17页板块背景下部分沉积盆地分布示意图 （据Dickinson, 1974）第18页第18页（五）结构运动面分析 结构运动面，即不整合和间断面是地壳运动直接统计。 不整合，不论是假不整合还是角度不整合，都是地壳抬升、遭受剥蚀结果，前者代表了早期形成地层经过不同程度变形，并通常伴有一定程度变质改造，遭受剥蚀，而后再接受沉积。后者反应早期形成地层经整体抬升，遭受剥蚀，而后接受沉积。二者分别反应了造山运动和造陆运动存在。 沉积间断是指沉积过程中沉积作用停止，可能与沉积物供应相关，也可能是地壳快速升降作用结果。经过对间断和不整合研究，也能了解某一地域地壳结构升降历史第19页第19页二、地槽、地台与

9、板块结构学说（一）地槽与地台学说（二）板块结构学说（三）板块结构与地槽地台关系第20页第20页地槽(geosyncline):以发育巨厚海相沉积为主活动大地结构单元.美国学者J. Hall (1859) and J. D. Dana (1873), 在北美 Appalachian地域创建陆缘地槽概念. 欧洲学者E. Suess (1875), E. Haug (1900)在Alps创建陆间地槽 What are a geosyncline & platform第21页第21页地台（platform):含有平整沉积盖层稳定大地结构单元，通常由基底和盖层两部分构成，其间为大型角度不整合面。奥地利学

10、者S. Suess(1875) 在东欧俄罗斯平原创建。地台定义第22页第22页大地结构分区图第23页第23页地台双层结构第24页第24页地槽分带优地槽冒地槽第25页第25页板块结构: 地球表面是由为数不多,大小不等岩石圈板状体拼合而成.这些板状体(板块)相对于赤道或地极可发生大规模横向水平位移. 板块之间通常以大洋中脊、海沟、转换断层、大陆裂谷和褶皱带等为边界。 板块间离合碰撞及其相关地质现象主要发生在板块边沿。 该思想创导者是德国气象学家A. Wegener(1912, 50岁殉职), 加拿大学者W.J.Morgan(1968)对此进行了最早和最系统总结。板块结构学说第26页第26页Conf

11、irmation of Continental DriftWorld War II technology International Geophysical Year (IGY) 1957-58 Worldwide Standardized Seismic Network 1963- 第27页第27页The Geomagnetic Reversal Time Scale第28页第28页Discovery of Sea-Floor Spreading 第29页第29页Where Does Ocean Crust Go? Hugo Benioff, 1954第30页第30页Benioffs Int

12、erpretation第31页第31页Benioffs Interpretation Updated第32页第32页Worldwide Standardized Seismic Network第33页第33页What Drives It: Convection第34页第34页How Plates Move第35页第35页当代全球板块第36页第36页板块边界分类第37页第37页离散型: 大洋中脊 俯冲型: 海沟会聚型 碰撞型: 喜马拉雅山平错型: 转换断层板块边界类型第38页第38页离散型第39页第39页汇聚型第40页第40页平错型第41页第41页Plate tectonics第42页第42页P

13、assivecontinental margins第43页第43页Active continental margin(沟-弧-盆型)大陆边沿第44页第44页Active continental margin-安第斯型大陆边沿海沟火山山弧第45页第45页Plate tectonics第46页第46页威尔逊旋回The relationship between mountain building and the opening and closing of ocean basin is called Wilson Cycle in honor of the Canadian Geologist J

14、Tuzo Wilson 1 胚胎期（东非裂谷） 2 初始洋盆期（红海） 3 成熟大洋期（大西洋） 4 衰退大洋期（太平洋） 5 残余洋盆期（地中海） 6 消亡期（阿尔卑斯喜马拉雅造山带）第47页第47页1 胚胎期第48页第48页2 初始洋盆期3 成熟大洋期第49页第49页4 衰退大洋期第50页第50页5 残余洋盆期地中海第51页第51页6 消亡期第52页第52页固定论与活动论第53页第53页 互补关系：板块解释槽台 地台板块陆壳部分 冒地槽 被动大陆边沿 优地槽活动大陆边沿 地槽旋回Wison旋回（三）板块结构与地槽地台关系第54页第54页板块结构与地槽地台关系第55页第55页三、古板块重建1

15、 板块结构开始于什么时候？2 古板块结构到何处寻？为何？3 古板块结构辨认标志是什么第56页第56页Model for origin of pre-Archean crust第57页第57页板块结构开始于什么时候？岩石圈形成以来(3800Ma or 4200Ma)古板块结构到何处寻？大陆山脉为何？大洋壳年龄J2(130Ma)古板块结构辨认标志是什么？ How to reconstruct paleoplates第58页第58页1 地缝合线-板块结构最直接证据蛇绿岩套：由基性、超基性岩（橄榄岩、蛇纹岩、辉长岩）、枕状玄武岩和远洋沉积组成“三位一体”共生综合体，代表洋壳残片混杂堆积：为不同时代、不

16、同成因和不同板块物质混杂体，是海沟俯冲带经典产物双变质带：指板块碰撞俯冲带附近发育高压低温变质带（蓝闪石片岩）、高温低压变质带（红柱石、矽线石、兰晶石），它们往往沿缝合线相伴出现第59页第59页Ophiolites: Oceanic Crust第60页第60页Anatomy of a Mid-Ocean Ridge第61页第61页蛇绿岩套ophiolite suite第62页第62页安第斯型板块边界第63页第63页2 沉积组合和沉积盆地有序分布第64页第64页 3 特殊沉积类型礁灰岩，厚层灰岩，铝土矿，冰碛岩批示特殊纬度第65页第65页4 古地磁学办法tanI=2tan (I为磁倾角，为古纬度

17、)第66页第66页印度板块北移第67页第67页欧洲和北美极移曲线第68页第68页生物古地理paleobiogeography生物古地理分区概念生物古地理实例第69页第69页生物古地理分区主要指因温度控制和地理隔离两大原因长期作用而产生生物分类和演化体系在空间上分异1、不同于生物相（环境不同产生生物群生态组合方面差异）2、形成原因：隔离（气候条件、陆地、海洋）3、分级：生物大区、生物区、生物省、生态区第70页第70页生物分区第71页第71页陆生脊椎动物分布四足短矮陆地爬行类水龙兽，广泛分布于南美、南非、印度、南极等地。不也许漂洋过海，只能通过陆地迁移河口环境淡水中生活中龙化石，出现于南非、南美两

18、地。第72页第72页6 岩浆岩组合特性 岩石圈内各种岩浆组合也受到不同结构环境密切控制。 比如大洋型拉斑玄武岩含有一定地球化学特性，仅见于洋壳海域，钙碱型安山岩、火山岩喷发是火山岛弧或安第斯式陆缘火山活动带经典产物，普通出现在俯冲带附近，是寻找板块边界主要标志之一;在稳定大陆板块内部则出现大面积溢流玄武岩喷发;而拉张裂谷中往往出现玄武岩和流纹岩共生双峰模式。经过这些岩浆岩组合空间分布格局，也能推测板块分布或地缝合线位置。第73页第73页联合古大陆逐步形成C2-P1北美板块与非洲板块碰撞，形成阿帕拉契亚褶皱带P西伯利亚板块与欧洲板块碰撞，形成乌拉尔褶皱带C1/C2天山运动中间地块逐步北移 东冈瓦

19、纳包括: 澳洲, 南极洲, 印度和西藏. 西冈瓦纳: 南美洲和非洲第74页第74页四、大地结构分区和中国古板块划分主要依据地壳结构活动（或稳定）性及其演化发展历史主要强调空间分异性第75页第75页Hierarchical tectonic province First level:Plate; plate marginal active beltsSecond level:Aulacogen/坳拉槽; massif/地块; microplate第76页第76页北美板块西部大陆边沿内外来地体或微板块第77页第77页Platform area第78页第78页Platform areageosyncline area第79页第79页中国古板块划分第80页第80页 华北板块范围：西以贺兰山六盘山为界； 南以秦岭大别山为界；北以多论（索论）西拉木论地缝合线为界（长春赤峰商都阿拉善一线以南）。 扬子板块大体范围：西界为红河（三江）龙门断裂以东; 北界为秦岭以南；东界为武陵山（湘西北沅江以北） -幕府山以西长江中、下游广大地域