2014年地概演示-10岩石圈变形与变位

2022/10/261671第十章岩石圈的变形与变位岩石圈为何出现变形与变位岩石的变形岩石圈的变位板块构造学说2022/10/261672一、岩石圈为何出现变形与变位岩石圈一直受到力的作用是“沧海桑田”，不是“稳如泰山”、“坚如磐石”静岩压力，保持平衡；构造应力（差应力）-变形与变位构造运动:主要由地球内部能量引起的组成地球物质的机械运动即岩石圈的变形与变位2022/10/2616732022/10/261674两种受力方式简单挤压简单剪切2022/10/261675二、岩石的变形岩石的变形：受到外力的作用。变形的类型弹性变形：不留痕迹塑性变形：褶皱、断裂、节理、韧性剪切带、劈理2022/10/2616762022/10/2616772022/10/261678研究岩石的变形、变位，首先必须确定岩层或岩石的空间位置。岩层在空间的位置称为岩层的产状（attitudeofstratum）。岩层产状用岩层的走向、倾向和倾角来确定，称为岩层的产状要素。一）岩层产状走向（strike）岩层层面与假想水平面的交线的延伸方向。其交线叫走向线。倾向（dip）岩层面上垂直于走向线向下所引的直线称为倾斜线。倾斜线在水平面上的投影所指的方向称为倾向。倾角（dipangle）指倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角。

岩层的产状要素及其测量方法2022/10/2616712岩层类型（按产状可分为三种）：水平岩层（倾角为0°左右)倾斜岩层（倾角介于0°～90°间）直立岩层（倾角接近90°）

倾斜岩层最常见、分布最广；水平岩层只有少数地区才能见到；直立岩层也是局部现象。2022/10/2616713二）褶皱背斜翼翼核转折端枢纽翼间角轴轴面背斜、向斜、背形、向形2022/10/26167142022/10/2616715褶皱存在的根本标志

在垂直地层走向方向上出露的相同年代的地层作对称式重复排列。判断背斜的根本标志

核老翼新的对称式重复排列。判断向斜的根本标志

核新翼老的对称式重复排列。2022/10/2616717向斜成山和背斜成谷示意图2022/10/2616718圆滑尖棱直立斜歪倒转平卧开阔中长紧闭水平倾斜褶皱类型2022/10/2616719横弯纵弯流变褶皱形成机制2022/10/26167202022/10/2616721上盘下盘三）断裂正断层走滑断层逆断层斜滑断层2022/10/2616723断层三角面2022/10/26167252022/10/26167262022/10/2616727当岩石破裂时,如果断裂面两侧的没有或位移量很小时,其变形称为节理。四）节理2022/10/2616728剪节理（shearjoint）是由剪应力产生的破裂面，具有以下主要特征：①产状较稳定，沿走向和倾向延伸较远；②节理面较平直光滑，有时具剪切滑动留下的擦痕；③两壁一般紧闭或壁距较小，较少被矿物质充填，如被充填，脉宽较为均匀，脉壁较为平直；④发育于砾岩和砂岩等岩石中的剪节理，一般切割砾石和胶结物；⑤典型剪节理常组成共轭X型节理系。X节理发育良好时可将岩石切成菱形或棋盘格式。如一组节理发育而另一组不太发育则形成一组平行延伸的节理。不论X型节理或一组平行节理,节理往往成较好的等间距排列。2022/10/26167292022/10/2616730张节理（tensionjoint）

是由张应力产生的破裂面，具以下主要特征：①产状不甚稳定，延伸不远；②节理面粗糙不平，无擦痕；③节理多开口，常被矿脉充填成楔形、扁豆形及其它不规则形状，脉宽变化较大，脉壁不平直；④在砾岩或砂岩中的张节理常绕砾石或粗砂粒而过；⑤张节理有时成不规则的树枝状、各种网络状，有时也具一定几何形态，如追踪X型节理的锯齿状张节理、单列或共轭雁列式张节理等。2022/10/2616731北京坨里灰岩中的雁列张节理韧性剪切带：地壳深部普遍存在具有强应变带。韧性剪切带中没有明显的破裂面，两侧岩石发生明显剪切位移，内部与围岩之间的应变呈递进演化关系。五）韧性剪切带2022/10/2616735六）地震地震的有关概念地震的成因类型地震地质作用2022/10/26167361．地震的有关概念地震（earthquake）：因积聚在变形岩石中能量突然释放导致地球或地壳的快速颤动。它是构造运动的一种重要表现形式，是现今正在发生构造运动的有力证据。

地震过程中地壳或岩石圈不仅表现出明显的水平运动和垂直运动，而且还可造成明显的岩石变形2022/10/26167372022/10/26167382022/10/2616739A型B型据统计，全世界平均每年发生地震约500万次,绝大多数是人们不可能直接感觉到的,只有借助灵敏地震仪才能观测到；7级以上的破坏性地震,平均每年仅约20次，通常只在少数地区发生。2022/10/26167402022/10/2616741Benioff-WadatiZone2022/10/26167422022/10/2616743

对地震的研究，不仅具有了解构造运动、认识地球内部结构的理论意义，同时具有重大的现实意义。

如：我国1976年7月28日发生的唐山7.8级地震，造成24万多人死亡、16万多人重伤，仅唐山市可以计算的直接经济损失就达30亿元以上。2022/10/26167442022/10/2616745全球2004年7级以上地震分布图2004年全球共发生7级以上地震19次，其中8级以上地震1次2022/10/2616746震源（seismicfocus）

地震时地下深处发生地震的地区。它是地震能量积聚和释放的地方。实际上震源是具有一定空间范围的区间，称为震源区。震中（epicentre）

震源在地表的垂直投影。震中是有一定范围的，称为震中区，它是地震破坏最强的地区。震源深度（focusdepth）

从震中到震源的距离。震中距（epicentraldistance）

从震中到任一地震台站的地面距离。从震源到地面任一地震台站的距离叫震源距。2022/10/2616747震源、震中、震中距示意图2022/10/2616748地震分类

按震源深度分为浅源、中源和深源三类。浅源地震

0～70km,分布最广，占地震总数72.5％，其中大部分的震源深度在30km以内。中源地震

70～300km,占地震总数的23.5％。深源地震

300～720km，较少，只占地震总数4％。

目前已知最大发震深度720km。我国绝大多数地震是浅源地震，中源及深源地震仅见于西南的喜马拉雅山及东北的延边、鸡西等地。2022/10/2616749地震分类（按震级大小）：

微震：小于2级的地震人们感觉不到。

有感地震：2～4级的地震。

强震：5级以上的地震，开始引起不

同程度的破坏。

大震：7级以上的地震。

迄今为止，世界上记录到的最大震级是1960年5月22日在南美智利西海岸发生的8.9级地震。

2004年12月26日印尼地震8.7级，并引起印度洋海啸，造成22万人死亡。2022/10/2616750印尼8.7级地震遇难者总数超过22万人2022/10/2616751

印尼地震2022/10/2616752

震级和烈度是描述地震强度的两种不同的方法。2022/10/2616753震级（magnitude）指地震能量大小的等级。

一次地震只有一个震级，以这次地震中的主震震级为代表。发生地震时从震源释放出来的弹性波能量越大，震级就越大。弹性波能量可用其振幅大小来衡量，因此震级可用地震仪上记录到的最大振幅来测定。2022/10/2616754震级(M)和震源发出总能量(E)的关系为：lg{E}=11.8+1.5{M}(其中E的单位为J)

应用该关系式可求得不同震级的相应地震总能量。各级地震的能量Richter2022/10/2616755

震级和能量不是简单的比例关系，而是对数关系。

震级相差1级，能量约相差32倍。2022/10/2616756

一次强烈地震所释放出的总能量十分巨大。一次7级地震相当于近30个两万吨级原子弹的能量，一次8.5级地震的能量相当于100万千瓦的大型发电厂连续10年发电量的总和。2022/10/2616757烈度（intensity）

指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。烈度的影响因素：

地震烈度往往与地震震级、震中距及震源深度直接有关。

震区的地质构造、建筑地基、建筑的结构等也影响烈度的大小。2022/10/2616758烈度与震级之关系？①离震中越远，震级越来越小。②离震中越远，烈度越来越小，而震级是不变的。③离震中越远，震级和烈度都越来越小。④二者关系说不清楚。2022/10/2616759判断烈度大小主要是根据人的感觉、家具及物品的震动情况、地面建筑物和地形的破坏程度等因素综合确定。按照强弱分为若干等级，并用数字依序表示即成为烈度表。现在世界上一般采用12度烈度表。地震发生后，通过对地震区的宏观调查，并在地形图上注明地震时各地的烈度，然后把烈度相同的地点用曲线连接起来，便可构成等震线图。等震线通常为封闭曲线，环绕震中大致呈同心圈式分布。2022/10/2616760Mercalli烈度表2022/10/2616761２．地震的成因类型构造地震（tectonic

earthquake)

由构造运动所引起的地震。这种地震约占地震总数的90％，世界上绝大多数地震特别是震级较大的地震均属此类。其特点是活动性频繁、延续时间较长、影响范围最广、破坏性最大。因此，构造地震是地震研究的主要对象。2022/10/2616762

构造地震的成因目前较流行断层成因的弹性回跳说。该理论认为构造地震的发生是由于断层错动所引起的岩石的突然弹性反跳。以弹性钢片变形为例，弹性钢片两端受力后发生弹性变形，积累弹性应变能量，当钢片弯曲变形到达极限时便会突然断开，并且两侧钢片分别向弯曲变形的反方向迅速弹回，在弹回过程中释放原来所积累的能量并产生弹性波。2022/10/2616763弹性回跳发震机制示意图2022/10/26167642022/10/2616765

地震成因的弹性回跳说是1910年由美国学者里德（H.FRead）提出的，该假说不仅已在实验室中得到证实，并且符合野外地震形变测量结果，因而得到普遍公认。但有人认为该理论只能解释浅源地震，不能解释中、深源地震，因为那里的岩石处于高温高压下，塑性较强，不可能发生断裂和弹性回跳。本世纪60年代岩石圈板块构造学说提出后，使中、深源地震的成因问题获得了比较合理的解释。2022/10/2616766火山地震（volcanicearthqrake）

由火山活动所引起的地震。火山活动时，由于岩浆及其挥发分物质向上运移，冲破附近围岩而发生地震。这类地震有时发生在火山喷发的前夕，可作为火山活动的预兆；有时则直接与喷出过程相伴随。通常，火山地震强度不太大，震源较浅，影响范围较小。这类地震为数不多，约占地震总数的7％。主要见于现代火山分布地区。2022/10/2616767陷落地震（depressionearthquake）易溶岩石被地下水溶蚀后所形成的地下空洞，经过不断扩大，上覆岩石突然陷落所引起的地震。这类地震震源极浅，影响范围很小，只占地震总数的3％，地震能源主要来自重力作用，主要见于石灰岩及其它易溶岩石（石膏、石盐等）广泛分布的地区。此外，山崩、地滑及矿洞塌陷也可产生类似的地震。2022/10/2616768诱发地震

由某种人为因素的激发作用而引起的地震。其中较常见的是水库地震和人工爆破地震等。水库地震是因水库蓄水而引起的地震。因为水库蓄水后，厚层水体的静压力作用改变了地下岩石的应力状态，加上水库里的水沿岩石裂隙、孔隙和空洞渗透到岩石中，起着润滑剂的作用，从而导致岩层滑动或断裂引起地震。地下核爆炸也可诱发出一系列的地震活动。一般认为，爆炸诱发地震是由于爆炸时产生的短暂巨大压力脉冲的影响，使原有的断层发生滑动而造成地震。2022/10/2616769３．地震地质作用

强烈地震可引起一系列地质作用，包括岩石变形、地表地形改造等。常见地震地质作用现象有：地裂缝及挤压鼓包

地震时地面伴生的破裂统称地裂缝，它是震中区最常见破坏形式。长度几厘米到几十米或更长；宽度几毫米到几十厘米，也有达1m以上。地裂缝有呈散漫分布的，也有呈密集带状分布的。其性质一般以张性裂缝为最多，有的可明显见到沿两组剪切裂缝追踪发育而呈锯齿状，有的也可见到呈雁行状排列的张剪性裂缝。在雁列张剪性裂缝的首尾相接部位常产生一些挤压变形，出现各种压性构造，如挤压鼓包和逆冲土块等。挤压鼓包由高出地面的土层或岩层所构成的规模较小的鼻状褶曲构造，长几厘米到十几米，宽几厘米到几米，高几十cm到1m以上。如1973年炉霍地震形成的挤压鼓包高1.5m。2022/10/26167702022/10/2616771地震断层由地震作用在地表产生的断层。其性质可为正断层、逆断层或平移断层，一般以平移断层、正平移断层及逆平移断层最为常见。地震断层通常规模较大，产状比较稳定。由于许多地震沿老断裂带重新活动发生，地震发生时沿这些重新活动的老断裂带往往形成一系列断续延伸的地震断层，其走向延伸不受地形、岩性的控制，长可达数十至数百公里，可构成一条新的断裂带，其中还包括众多的地裂缝、挤压鼓包等小型地质构造。2022/10/26167721931年8月在我国新疆阿尔泰山区发生的富蕴8级地震，沿早先的二台断层形成了176km长的地表地震断裂带，地震断层的最大水平位移达14m。又如1906年美国旧金山大地震，沿圣安德烈斯断层形成了长达430km的新地震断裂带，地震断层的最大水平位移为6m，最大垂直位移1m。2022/10/26167731931年新疆富蕴地震形成的地震断层2022/10/2616774喷沙冒水

在发震阶段由地壳震颤使未成岩的沙土液化，地下水携带着沙土沿地裂缝上涌而发生的一种现象。开始时水柱甚高，可达数米，以后渐次低落。沙粒在地表有时可堆积成圆丘状小沙堆，并常沿着地裂缝呈定向排列。2022/10/2616775山崩和滑坡

地震的激发作用常引起较大规模的山崩和滑坡现象，尤其是在地形陡峻并有较厚碎石层、土层覆盖或基岩松散破碎的地区更易发生。大规模的崩滑若发生在江河边，则往往堵塞河道、积水成湖，或进一步因土石坝溃决而造成水灾。如1933年四川叠溪地震所产生的崩滑作用使大量砂、石阻塞岷江，先成湖泊，后又决口成灾。2022/10/2616776三、岩石圈的变位垂直变位（造陆运动）：岩石圈内沿地球半径方向发生的位移。意大利塞拉比斯古庙的遗迹风化段生物钻凿火山灰埋藏段公元1500年下沉到海面以下6.3m；1600年开始上升。18世纪中期（发掘时）全柱升出海面，1800年石柱处于最高位置。1826年石柱被淹0.3m，1878年被淹0.65m，1913年被淹1.53m,1933年被淹2.05m,1954年被淹2.5m2022/10/2616777意大利庞贝古城遗址2022/10/2616778庞贝城内的人体化石2022/10/2616779意大利那不勒斯，塞拉匹斯神庙的三根大理石柱，深灰色部分为海蚀部分，现在神庙的底面已经高于海平面（高水位）2-3米，正在修缮之中2022/10/2616780正在矫正中的比萨斜塔2022/10/2616781垂直变位造成的地貌—河流阶地、深切河曲、准平原和夷平面2022/10/2616782安多南准平原（4900米）准平原：湿润气候条件下，地表经长期风化和流水作用形成的接近平原的地貌形态。夷平面：准平原抬升后，因流水切割在山地顶部残留有大致相同高度的、较平坦的准平原遗迹。2022/10/2616783夷平面2022/10/2616784垂直变位在地层中的表现地层是一定地质历史时期形成的层状岩石。其中沉积岩地层往往是在一定的地表沉积环境（如浅海、滨海、湖泊、河流等）中形成的，不同的沉积环境形成不同的岩石特征及生物化石组合，这种能反映沉积岩或沉积物形成环境的岩石及所含生物化石的各种特征称为岩相。一定的岩相代表一定的沉积环境，岩相变化意味着沉积环境的变化2022/10/2616785沉积厚度反映岩石圈升降的幅度2022/10/2616786地层的接触关系整合接触：岩石圈缓慢下降角度不整合接触：显著升降和水平挤压作用平行不整合：显著的升降Interfacebetweensedimentarylayersandmetamorphicorigneousrock2022/10/2616787平行不整合disconformityLayersoneithersideofdisconformityareparallel2022/10/2616788平行不整合的形成过程：①地壳稳定下降或升降运动不显著时，一定的沉积环境中沉积了一套或多套沉积岩层；②地壳发生显著上升,原沉积环境变为陆上剥蚀环境,经长期风化剥蚀,地面上呈凹凸不平的剥蚀面,剥蚀面上分布有古风化壳及铝土矿、褐铁矿等风化残积矿产;③地壳重新下降到水面以下接受沉积，形成新的上覆沉积岩层（其底部由于开始沉积的地形差异较大而常形成底砾岩），由于地壳基本上整体上升和下降，故上、下两套地层的产状基本保持平行。平行不整合的出现反映地壳的一次显著的升降运动2022/10/2616789角度不整合AngularunconformityTilted/foldedsedimentaryrocksoverlainbyyounger,moreflatlayers2022/10/2616790DepositionFolding/UpliftErosionSubsidence/moreerosionRecipeforanangularunconformity2022/10/2616791角度不整合的形成过程：①地壳稳定下降或升降运动不显著时,沉积盆地中形成一定厚度的原始水平沉积岩层；②地壳发生水平挤压运动，使岩层产生褶皱、断裂等变形，岩层伴随着水平方向上缩短的同时，在垂直方向上不断上升，并到达陆上的一定高度或成为山地，在此过程中还可能伴有岩浆作用与变质作用发生；③在陆上环境下，变形的地层遭受长期风化剥蚀，形成凹凸不平的剥蚀面，同时在剥蚀面上形成古风化壳、残积矿产等；④地壳重新下降到水下沉积环境，在剥蚀面上又形成新的原始水平沉积岩层（其底部常有底砾岩），新形成的地层与不整合面大致平行，但与不整合面以下的地层以一定的角度相交。

角度不整合反映显著的水平挤压运动及伴随的升降运动2022/10/2616792角度不整合形成2022/10/2616794利用不整合可确定构造运动时代：构造运动发生在不整合面之下最年青的地层时代之后与不整合面之上最老的地层时代之前。不整合NonconformityInterfacebetweensedimentarylayersandmetamorphicorigneousrock2022/10/2616795垂直运动在海(湖)岸地貌表现波切台、波筑台地壳稳定时期在海(湖)面附近形成。地壳重新上升可形成明显高出海(湖)面的海(湖)成阶地。地壳多次地稳定—上升可形成多级海(湖)成阶地。海蚀凹槽岩岸地区形成于海面附近。地壳间歇性上升可形成高出海面的多排海蚀凹槽。多排溶洞的出现也是垂直运动的证据。2022/10/2616796水平变位（造山运动）：地壳或岩石圈物质平行于地表即沿地球切线方向的运动。南美洲与非洲海岸线弯曲形状：最佳拼贴方案是海平面以下915m等深线，平均误差小于一个经度2022/10/26167972022/10/2616798红海拼合2022/10/2616799Rockevidence北美和北欧之间地质构造具一致性Appalachians(easternUS)BritishIsles,ScandinaviaSimilarrockstructureandage:地质构造：非洲与南美古生代和中新代造山带地质构造具相似性并可越过印度洋至南极和澳大利亚2022/10/261671002022/10/26167101古生物化石爬行中龙目古生物化石：南半球各大陆的二叠纪爬行类等陆生生物具相似性；2022/10/261671022022/10/26167103复原图舌羊齿属冰川：晚古生代南半球各大陆的冰川分布最早应围绕南极附近；2022/10/26167104古地磁：北美与欧洲各地质时期古地磁极连线形态相似但不重合；2tgI=tg2022/10/26167105重力、地震波、大地测量等方面2022/10/26167106PaleoclimateEvidenceSimilargeologicandbiologicfeatureshavebeenfoundincommonondifferentcontinentswithverydifferentpresent-dayclimates2022/10/26167107复原图冰期、煤、盐、石膏、干燥气候古气候：古气候分带性与现代气候带位置不协调；北极圈斯匹次卑尔根群岛发现C-K的热带植物群和第三纪温带植物；地处热带亚热带的南美、非洲、澳大利亚、印度存在C-P大陆冰盖，西藏与滇西地区分布有C-P的山岳冰川或海洋冰川；2022/10/26167108大陆漂移学说1912年魏格纳（气象学家）大陆漂移学说的低谷与复兴1928年的学术会议，遭到一致反对；50~60年代，古地磁、海底调查、地震台网以及古生物、古气候等进展2022/10/261671092022/10/261671102022/10/261671112022/10/26167112

水平运动与垂直运动是构造运动的两个主导方向。实际上对于某一个地区，常表现为既有水平运动又有垂直运动的复杂情况。构造运动在整个地质历史时期中都在不断进行，新第三纪以来的构造运动常在地形、地物上保存较好。新构造运动(neotectonism)：新第三纪以来发生的构造运动。现代构造运动(recenttectonism)：有人类历史记载以来的构造运动。古构造运动(paleotectonism)：新第三纪以前发生的构造运动。2022/10/26167113地质事件形成时代确定2022/10/26167114四、板块构造学说50-60年代海洋调查和全球地震台网工作获得新成果大洋中脊扩张带的发现海底扩张学说海底扩张全速率范围为1-20cm/a，太平洋扩张最快、北大西洋和红海最小大西洋型：大洋岩石圈推动非洲与美洲大陆向东西两侧移动，无俯冲消减太平洋型：新大洋岩石圈推动老岩石圈至海沟处，沿消减带俯冲到两侧陆块板之下贝尼奥夫带的发现转换断层相当新的洋底沉积物的发现：168百万年（J）2022/10/261671152022/10/261671162022/10/26167117中央裂谷－海底扩张2022/10/26167118MeasuringMagneticPolarityontheSeafloor2022/10/26167119布容正磁性松山负磁性高斯正磁性吉尔伯特负磁性2022/10/261671202022/10/261671212022/10/261671222022/10/261671232022/10/261671242022/10/26167125地震分布与贝尼奥夫带2022/10/261671262022/10/26167127P波层析成像图2022/10/261671282022/10/26167129喜山形成剖面过程2022/10/26167130板块边界类型2022/10/261671312022/10/261671322022/10/26167133软流圈二辉橄榄岩方辉橄榄岩辉长岩洋壳结构2022/10/26167134离散型板块边界汇聚型板块边界（1）俯冲型（2）碰撞型平错型板块边界岩石圈的板块边界类型2022/10/261671352022/10/261671362022/10/26167137离散型板块边界汇聚型板块边界俯冲型碰撞型2022/10/26167138ocean-continent

ocean-ocean

continent-continent2022/10/261671392022/10/261671402022/10/261671412022/10/261671422022/10/261671432022/10/26167144ConvergentMargins:

AlaskanVolcanoes2022/10/26167145活火山分布2022/10/26167146FormationofAccretionaryPrisms2022/10/26167147TransformfaultboundariesStrike-slipfaultingPlatesslidepasteachot