高考一轮复习 教案构造运动的概念、特征和证据-超前培优-探讨大学地理知识

构造运动的概念、特征和证据一、构造运动的概念内力引起地壳乃至岩石圈变形、变位的作用叫构造运动。构造运动约等于地壳运动。狭义的地壳运动指由内力作用引起地壳的隆起、拗陷，形成各种构造形态；广义的地壳运动指地壳内部物质的一切物理的和化学的运动，包括地壳的变形、变质和岩浆活动。地壳运动的含义比构造运动略广。但地壳运动未包括整个岩石圈，这一术语有局限性。内力作用引起构造运动，又引起岩石永久变形，称构造变动。包括两大类，即褶皱变动和断裂变动。根据发生时间，分老构造运动（通常不加“老”）和新构造运动。一般新近纪和第四纪的构造运动称新构造运动，这以前的称老构造运动。但新构造运动的含义有很大分歧，有的认为仅第四纪的构造运动是，有的认为古近纪、新近纪和第四纪的都是，还有的认为凡造就现代地形基本轮廓的运动(无时间限制)，都算新构造运动。总之，新构造运动是地壳发展史上最近一个时期的构造运动。如把时间尺度再缩短，把人类历史时期所发生的和正发生的构造运动，称现代构造运动。它是新构造运动的一部分，但与人类的经济活动关系更密切。新、老构造运动都是内力引起，都产生岩石的变形、错位，但老构造运动是很早以前发生，产生的痕迹记录在地层里，地貌形态已不存在；而新构造运动，特别是现代构造运动，除在新地层中显示，还表现在火山、地震、隆起、沉陷、掀斜以及各种地貌形态上。研究老构造运动主要靠地层；研究新构造运动除地层外，可看地貌；研究现代构造运动则除地层、地貌，还可利用人类文化遗迹（考古）和历史地震记载，得出千百年间的构造变动情况，还可用仪器测量出当前构造运动的速度、方向。二、地壳构造与演化理论构造是运动的结果。地壳运动决定地质作用的空间格局与时间变化。地表的岩层、岩体各具不同的物理、化学性质，呈现复杂的空间形态（地质构造）。它们在不同地质作用下形成，记录了地球历史上发生过的构造运动，可以追溯地球演化历史。因此地壳构造与演化的理论必须以地质学各领域（区域地质调查)的研究成果为基础，同时反映地质学在各个领域里的研究水平和总的发展趋势。一个新学说或新理论的建立，则常常对地质学各个分支学科的研究产生深远的影响。地壳和山脉如何形成？收缩假说是法国博蒙1829年提出。认为地球最初由灼热气体组成，从外向内逐步冷缩而形成固体地壳。地壳下的熔融物质继续冷却收缩，地壳挤压成褶皱产生山脉，类似苹果干缩。假说只解释褶皱山脉和逆冲断层形成，对地壳运动的认识很局限。随着地质学发展，地壳运动原因、地壳构造的机制，假说多样。可归纳为对立的两派：固定论与活动论。两种观点长期争论，推动了地壳演化理论和地质学进步。固定论认为大陆形成以来，基底位置不变，水平没有运移。地壳构造是垂直运动的产物，水平运动仅是派生，也称“垂直论”。代表学说“地槽-地台说”（槽台说）。1859年美国地质学者霍尔J研究美国东部阿巴拉契亚山脉的北部，发现这些褶皱山脉曾是地壳上巨大的拗陷。1873年丹纳J把这种拗陷及其产物称地槽，归因于地球收缩。1885年，修斯E指出地壳存在稳定地区，沉积层平缓，地貌平坦，称为地台。1900年，法国奥格E把地槽和地台统一，作为地壳的两个基本构造单元。槽台说从19世纪末至20世纪中叶占统治地位。活动论认为在地球历史演变中，大陆明显水平移动，称“水平论”。大陆漂移由来已久。1620年培根F指出非洲西海岸和南美东部海岸线吻合不是巧合。1658年法国普拉塞RPF认为，南美洲和非洲曾一度相连而后来分离。19世纪中期斯奈德-佩尼A(1858)根据欧洲和北美煤层中的植物化石，绘制了石炭纪古地理图，表明煤层形成期，欧洲和北美大陆连接统一，后来分离。20世纪初期美国泰勒FB(1908)和贝克HB(1908)研究世界山脉的分布，认为大陆位移。德国气象学家魏格纳(WL)1912年提出“大陆漂移说”，依据大西洋两岸海岸线轮廓的对应，美洲和非洲、欧洲地层、岩石、构造的呼应，大洋两岸古生物群的亲缘，石炭纪-二叠纪南美洲、非洲中部和南部、印度、澳大利亚等存在冰川为证据，论证地球上所有大陆在中生代以前曾经统一，称泛大陆或联合古陆，中生代泛大陆分裂漂移，渐达现在位置。20世纪50年代古地磁学研究各大陆极移曲线，表明各大陆相对于地极位置，在地质历史规律变化，只能用大陆漂移解释。20世纪60年代初美国地质学家赫斯和迪茨根据洋底磁条带、环太平洋岛弧，海沟与火山与地震活动的关系，及洋脊、裂谷属性，提出海底扩张说，说明了大陆漂移机制。1965年英国的瓦因和马修斯论述地壳的产生和消亡，解释了海底磁异常条带的成因，论证了海底扩张说，通过深海钻探进行了验证。1965年加拿大的威尔逊提出转换断层，首次使用板块(plate)一词。1968年法国的勒皮雄、美国的麦肯齐将转换断层概念外延到球面，定量论述了板块运动，说明了全球构造运动的原因和模式，板块构造说完成。二、构造运动的特征(一)方向性构造运动按方向分水平和垂直运动。1.水平运动即地壳或岩石圈物质沿地球表面切线方向的运动。表现为岩石水平方向的挤压和拉张，产生水平位移及褶皱和断裂，形成巨大褶皱山系和地堑、裂谷。也称造山运动。现代水平运动有很多证据。如1970年云南通海地震，60km长的NWW向断裂水平位移量2.2m；1976年7月28日唐山地震，断裂水平位移1m。又如美国西部圣安德列斯断层，地震频繁（1906年旧金山大地震），在1882一1946年的65年中4次三角测量，表明断层西盘向NE方向移动，平均速度1cm/a。近几年用卫星测量，断层两侧两点（昆西和奥泰山），4年靠拢了35.6cm，平均每年水平位移8.9cm，有运动速度加快趋势。2.垂直运动地壳或岩石圈物质沿地球半径方向运动，叫垂直运动或升降运动。表现为大规模的缓慢上升或下降，形成隆起或拗陷，引起海侵、海退，导致海陆的变化。大面积的升降称“造陆运动”。上升或下降速度一般每年几个毫米到厘米，很慢。据大地水准测量，喜马拉雅山北坡每年3.3~12.7mm的速度上升。但有时产生快速垂直运动，地震过程中沿断层瞬息产生较大垂直位移，如1957年蒙古博各多断层，一次活动垂直位移300cm。水平运动也有缓慢和迅速之分。把构造运动分为水平和垂直，并不意味着运动完全沿水平或垂直方向进行。在自然界这两者往往相伴：一、构造运动的方向不一定单纯水平或垂直，二条断层两侧岩层斜着相对滑动，既有水平，也有垂直位移分量；二、水平运动必然引起垂直运动，垂直运动也引起水平运动。如岩层因挤压褶皱，有些地方隆起，有些地方凹陷；岩层因拉张断裂，有些地方上升，有些地方陷落。从当前趋势看，构造运动以水平为主。水平运动仅指地壳上层岩石受挤压产生的变形或错位。（二)构造运动的速度、幅度地震、断层、”火山在短暂时间内可引起显著变形、位移。一般岩石圈构造运动长期而缓慢，其速度以每年若干毫米计，人们的感官无法觉察。但地球发展历史漫长，会产生巨大变化。如喜马拉雅山3000万年前是东西横亘的汪洋（古地中海的一部分），长期缓慢下沉和沉积，形成的海相沉积岩厚度达30000m，十分惊人。后来亚洲大陆（板块）受印度大陆（板块）碰撞，岩层褶皱，约2500万年前开始从海底升起，到200万年前初具规模，上升速度慢，每年只有4mm,但已居世界之巅，并继续上升中。又如非洲和阿拉伯半岛本来连在一起，中间撕开裂口并逐渐加宽，形成红海，测量证明非洲已水平移动离开阿拉伯半岛200km。再说印度次大陆，根据地质、地层、古生物、古气候、古地磁资料证明，它从南半球漂移而来。若以孟买所在的地理位置为标准点，侏罗纪时在40S；而在1.9亿年之后的今天，漂移到19°N的地方，它以每年几厘米的速度向北移动了7000km。垂直运动也存在，如板块的俯冲或仰冲，地壳隆起和拗陷，岩层的褶皱和断裂，都引起地壳的升降运动。升降的速度和幅度随着时间和地区有差异。同一地区、不同时间升降交替进行。同一时间、不同地区此升彼降，彼此交替。无论时间还是空间，地壳运动总波浪起伏。(三)构造运动的周期性和阶段性地球演化历史中，构造运动的水平和垂直运动，都是平静期和强烈期交替。平静期，运动速度、幅度都小；强烈期，运动速度、幅度都大。漫长地史有多次构造运动和缓、强烈的阶段交替，使构造运动表现出周期性。构造运动从和缓到强烈叫一次构造旋回，一次旋回约2亿年。地历每次大构造旋回都引起世界性海陆、气候、生物、环境巨变；大旋回还包括若干次级和更次级小旋回，导致区域性地理变化。构造运动的周期性决定地球历史发展的阶段性。地史可划分为许多“代”，代又分“纪”，纪可分“世”，就是阶段性的反映。构造运动有全球周期性，但不同地区又有自己的周期，一次构造运动未必波及全球。一次运动在不同地方有不同反映形式。如古近纪以来，喜马拉雅山从古地中海上升七八千米；同一时间江汉平原却缓慢下降，沉积了一千米沉积层；内蒙古高原断裂和大面积的玄武岩喷发活动。板块构造学说认为岩石圈板块以大致均匀的速率不间断运动，部分否定了构造旋回。但构造旋回客观存在。二、构造运动的证据(一)新构造运动1.地貌标志地貌形态是内外力地质作用相互制约的产物。构造运动控制外力地质作用进行的方式和速度。上升运动为主的地区常形成剥蚀地貌；下降为主的形成堆积地貌。新构造运动的时间较近，地貌形态保留较好。如珊瑚是生长于温暖浅海的腔肠动物，海水深度不超过70米。但有些珊瑚礁沉于海下几百米。又如大陆河口以外的海底可发现溺谷，即被海水淹没的河谷。非洲刚果河（扎伊尔河）河口有一段溺谷延伸130km,沉没于海面以下2000m。中国海河也有一段河道伸入渤海7000m。有时在海面以下发现被淹没的三角洲、阶地甚至建筑物，都可能是地壳下降的标志。有时在海面十几米甚至几百米的高地发现珊瑚礁，如中国台湾高雄，距今海面200~350m的高地发现下更新统的珊瑚灰岩。有时在距海面相当高的地点发现海蚀穴、海蚀阶地、海蚀崖及蘑菇石。如山东荣域、福建厦门，古海滩遗迹高出海面30m。近年在江苏连云港南云台山主峰－玉女峰(625.3m)发现大量海蚀阶地、海蚀穴。在陆地河流两岸，常发现台阶地貌，即河流阶地，有的只有二三级，有的可有五六级。越是高位阶地，时间越长，保存形态越不完整；越是低的越新、越完整。在山地河流出口处，常有好几个洪积扇依次叠置。这些都可能是地壳上升的证据。但有地壳升降常和第四纪海面升降叠加，增加困难性。地壳升降可以引起海面升降，称地动型海面升降。另外陆源堆积物填充于海水，引起海盆容量变化，也可导致海面升降；海水温度的变化也能（海水温度变化1℃，海面变化1~2m)；海水负荷变化引起海盆补偿性升降也可能导。但大陆上冰川的停积、消融是第四纪海面升降运动最重要的原因。冰期大陆冰川面积增加，海面下降；间冰期气候较暖，冰川缩小、消融，海面上升。上述原因产生的海面变化，称水动型海面升降。地动型变化往往有区域性，而水动型多具全球性。1842年马克拉雷C认识到冰川进退影响海面高度。他估计更新世冰期海面高度变化达107~203m。1972年泰勒A估计海面高度变化为180m。注意某地貌标志可以是构造运动引起，也可能是海面升降运动引起，或二者叠加产生，不可一概而论。2.测量数据现代构造运动在短期不可能留下可观察的地貌痕迹，必须借助三角测量、水准、远程（激光）、天文测量等手段，定期观测一点（线）高程和纬度变化，以测出构造运动方向和速度。如1953年在甘肃省山丹县城与十里铺间测得一条基线全长1188.931m，1954年地震后复测，缩短了7.7cm。1972一1974年，法、英科学家用3只深海潜水器考察亚速尔群岛西南的大西洋中脊，发现中脊裂谷深2800m，底宽3000m，裂谷溢出怪状熔岩，形成新生海底，证明海底不断向两侧扩张，通过磁异常条带的宽度计算，裂谷东侧海底扩张速度13.4mm/a，西侧是7mm/a。同样方法测知太平洋中脊在赤道附近的扩张速度年均10mm。美国西部圣斯断层，从古近纪计算，水平运动速度也年均10mm/a。(二)老构造运动的证据几千万至几亿年前的构造运动地貌，几乎都被后期地质作用破坏，却留下了地质记录。根据地层岩相特征、厚度、接触关系及构造变形，能找到构造运动信息，重塑历程。1.地层厚度一定时间一定沉积区形成一定厚度的地层。分析岩层厚度可得出升降幅度。以浅海沉积论，浅海深度只有200m，但许多地方地层厚度可达到几千米。如天津蓟县、河北兴隆的中、新元古界（震旦亚界)厚度近10000m。如何解释几百米深的浅海堆积了上万米厚的地层？假如海底稳定不动，沉积物的厚度不会超过海水深度；如海底不断上升，沉积物厚度不会大于海水深度；如海底边下沉边接受沉积，且沉积速度、幅度与海底下降速度、幅度适应，沉积物越来越厚，但始终保持浅海。又如中国许多中生代地层是在大陆盆地沉积，厚度常达六七千米，也是盆地边下沉、边堆积。由此可知，沉积物厚度不决定于沉积时的海水深度或盆地深度，而决定于地壳下降的幅度。构造运动常交替进行，下降引起沉积，上升引起沉积中断或剥蚀，一定时间内形成的岩层总厚度是升降幅度的代数和，代表地区下降总幅度。如在地区内进行地层厚度对比，可了解当时下降区的范围、幅度。2.岩相分析一定沉积环境，是海还是陆，是浅海还是深海，气候条件是干燥还是湿润、炎热还是寒凉，生物情况等必然反映在沉积物上，使之具有一定特征，如沉积物的矿物成分、颜色、颗粒粗细、结构构造、生物化石。人们把反映沉积环境的沉积岩岩性和生物群，称岩相。岩相是岩层形成环境的物质表现，沉积环境变化，沉积物岩性和生物特征也变化。岩相分海相、陆相和海陆过渡相（如入海处的三角洲）三类。其中每类又可细分成若干相。如海相可分滨海相、浅海相、半深海相、深海相；陆相可分坡积、冲积、洪积、湖泊、沼泽、冰川、风成等相。岩相是随时间和空间变化。同时不同地，或同地不同时，岩相常不同。同一岩层的横向（水平方向)岩相变化，反映同一时期不同地区的沉积环境差异。同一岩层的纵向（垂直层面）岩相变化，反映同一地区不同时期的沉积环境改变，这种改变常是构造运动的结果。如地壳下降，陆地面积缩小，海洋面积扩大，海水逐渐侵入大陆。如图4-1(a)，所成地层的垂直剖面自下而上，沉积物颗粒由粗变细；新岩层分布面积大于老岩层，形成“超覆”。这种地层称“海侵层位”。地壳上升时，陆地面积扩大，海洋面积缩小，海水退出大陆。如图4-1(b)，所形成的地层垂直剖面，自下而上沉积物的颗粒由细变粗；新岩层的面积小于老岩层，形成“退覆”现象。这种地层为“海退层位”。同一地层剖面有时可见海侵和海退层位交替变化，沉积物颗粒由粗变细，又由细变粗，呈现有节奏、韵律的变化，表明该区地壳曾经历由降到升的过程，称一个沉积旋回。多数情况，海侵层位厚度大，保存较好；海退层位厚度小，不易保存，甚至缺失，出现沉积间断。如图4-2(a)，地层剖面可见4套海侵层位，缺失海退层位，说明缓慢的下降运动常为迅速的上升运动代替，海底上升到海面以上，只有剥蚀，而无沉积。图4-2(b)剖面也可见几次沉积旋回，但海退层位保存较好，未见侵蚀面介于地层之间，表明该区多次由下降转为上升，但海底始终未升出海面，所以未遭受侵蚀。自然环境变化多端，岩相也极复杂。每一沉积旋回可以包括若干次一级旋回或更次一级旋回。3.构造变形构造运动常使地层产状改变，产生褶皱、断裂等构造变形。根据形态可推测其受力方向、性质、强度及应力场的分布。如环太平洋的山系和岛弧，喜马拉雅山脉，目前认为是板块水平移动和俯冲造成的。4.地层接触关系地壳下降引起沉积，上升引起剥蚀，地壳运动在岩层中记录下来的各种接触关系，也是构造运动的证据。(1)整合接触：地壳处于相对稳定下降（或虽有上升，但未升出海面），形成连续沉积岩层，老岩层沉积在下，新岩层在上，不缺失岩层，称整合接触。特点：岩层互相平行，时代连续，岩性和古生物特征递变。说明一定时间内沉积地区的构造运动方向没有显著改变，古地理环境没有突出变化。(2)不整合接触：构造运动使沉积中断，形成时代不连续的岩