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1、普通地质学,南京大学地球科学系 舒良树,第八章 构造运动与地质构造,第八章 构造运动与地质构造 Tectonic movement and geologic structures 第一节 地壳运动 Crustal movement 一. 基本概念 1.地球是一层圈体,各层圈之间无休止地作相互运动。 地核间的差异旋转是地壳运动的内因(发动机);地壳运动 与人类活动关系密切,是形成地表万象、大千世界的原因。 2.地壳时刻在运动,水平岩层的褶皱弯曲与破碎,都是地壳 运动产物。只有急剧的地震才会被人们感觉到，缓慢的、 深部的运动只能被大地测量、天文测量记录到。 3.古地壳运动的证据记录在岩石中，现代地
2、壳运动的证据 记录在岩石和毁坏的建筑物中。 4.地壳运动包括褶皱、断裂、岩浆三大类型。其方式有垂直 运动、水平运动两种。,二.地壳运动的实例 地球运动：自转1700km/小时；公转17000km/小时。 垂直运动：同一地点、不同时间，升降交替；有升必有降。 水平运动：同一地点，有时挤压，有时拉伸，有时走滑。可以复合。 意大利：那不勒斯海的沉降，导至公元前2世纪罗马建筑塞拉比斯神 庙毁坏，现仅残留三根12米高的大理石柱。 喜山：300万年上升6000米，在北坡4000米处发现海洋鱼龙化石。 天山：滨海沼泽处形成的煤层，500万年以来被抬升到4000m的高处。 泰山：100万年升高了500多米，平
3、均1mm/2年. 天津：100万年来下降数十米，使永定河、海河经天津汇入渤海。 宁-镇：几多变迁，沧海良田。 1996年上海宋叔和等用GPS测出太平洋板块以3-5cm/an朝西运动。 1988-1992年的GPS测出阿拉伯板块正以2.5cm/an速度朝N-NW 、非洲 板块以1.0cm/an速率朝北向欧亚板块运动。二板块每年1.5cm的差异 运动导致了死海（Dead Sea）转换断层的左旋运动。 大量证据表明，水平运动是主导的，垂直运动是次要的、派生的。,第二节 岩石的变形构造 Deformation of rock 一、一般概念 1.Structural geology定义：是研究岩石的变形
4、、分析外力 作用方式的专门科学。 2.褶皱与断裂:岩石在外力作用下,产生永久变形,形成各种形 态的弯曲(褶皱)和不同方向的破裂(断裂). 外力为各向不均匀力;各向均匀的外力只改变体积,不改变 形态。 3.构造变形与岩石力学性质(弹性与塑性、脆性与韧性、刚性 与粘性)关系密切。 弹性:受力变形,撤力回复原态,如弹簧。塑性:撤力后不回复原态,如页岩。 脆性:10%的塑性变形,发生在中、下地壳。 刚性：岩石不易变形弯曲的性质。粘性：岩石容易流动变形的性质。 elastic, plastic, brittle, ductile, rigid, viscous,4.空间位置由岩层的走向、倾向、倾角(产状
5、三要素)所确定 a.走向strike：层面与假想水平面的交线方向。 b.倾向dip：倾斜线在水平面上的投影；倾斜线即层面上与 走向垂直的线（指向下方）。 c.倾角dip angle：层面与假想水平面的最大夹角(真倾角)。 视倾角小于真倾角。 5.岩层厚度thickness：岩层顶底面之间的垂直距离(真厚度); 非垂直距离为假厚度（大于真厚度）。 倾斜岩层才有走向、倾向、倾角。 水平岩层的走向、倾向、倾角均为零。 垂直岩层无倾向,用走向描述。 火成岩：层状侵入体有走向、倾向、倾角；厚度即二 边界之间的距离（无所谓顶底）。 非层状火成岩形态复杂,其产状据其延伸方向确定。,二.褶皱 fold 1 定
6、义: 在应力作用下岩层发生各种形态的弯曲现象。 上凸的叫背斜anticline,下凹的叫向斜syncline。 2 褶皱的几何要素（93页，图8-5） a.翼limb：褶皱的二坡。 b.核core：褶皱的中心（分布最老或最新时代的地层）。 c.轴面axial plane：褶皱二翼近视的对称面。 d.枢纽hinge：褶皱轴面与层面的交线。或,沿单个褶皱走向， 由一系列最大转折点（弧尖）构成的连线。 e.弧尖crest:褶皱横切面与枢纽的交线(横切面上最大转折点) f.轴线axial line：轴面与地面的交线。 g.轴迹axial track :枢纽在地面的垂直投影。 几何关系：每个褶皱横切面上
7、可确定-弧尖,弧尖的连线 为枢纽,若干枢纽组成轴面。,3 褶皱分类(93页) （1）根据轴面划分：直立，倾斜，倒转，平卧（躺）褶皱 （2）根据剖面形态划分 a 箱形褶皱：轴部开阔、二翼陡立。 b.扇形褶皱：轴部开阔、二翼倒转。 c.单斜：岩层向同一个方向倾斜，它可以是同斜倒转。 （3）根据枢纽产状划分 a.水平褶皱：枢纽水平、层面露头线平行。 b.倾伏褶皱：枢纽倾伏、层面露头线形成弧状合围。 （4） 根据褶曲的长宽比例 a.线状褶皱: 长/宽10:1 b.短轴褶皱: 长/宽3:1-10:1 c.穹盆褶皱: 长/宽3:1,灰岩的小型褶皱构造 （ T1q，南京湖山）,尖棱褶皱,褶皱航片显示,4 褶
8、皱的构造组合类型 隔档式：背斜窄、向斜宽。 隔槽式：向斜窄、背斜宽。 5 褶皱的野外识别标志 a. 地层对称、重复出现。 背斜：中间老、二侧对称变新（3-2-1-2-3）。 向斜：中间新、二侧对称变老（1-2-3-2-1）。 b.产状发生有规律的变化。 6 褶皱的形成时代 褶皱体的最新地层形成之后，未褶皱体的最老地层形成之前。 7 若干源自西欧阿尔卑斯山的术语 1） 地形倒置：地貌山-谷与褶皱凸凹相反的现象。背斜成谷， 向斜成山。原因：原始地形背斜山、向斜谷；因背斜顶部处 于张应力状态，容易剥蚀；向斜核部处于压应力状态，剥蚀 速度慢，故而倒置。,2）单斜山：有些山岭既非背斜，也非向斜，而是由
9、单斜岩层组成，称之。 3）单面山：单斜山中，如岩层倾角平缓，且顺岩层 倾向一侧的山坡较缓，另一侧山坡较陡 者，称之。 4）猪背岭：岩层倾角和两侧的山坡均陡，外貌形同 猪背的山岭，称之。 8 研究褶皱的意义 (1)意义了解并确定地壳变形性质及地壳缩短量(率) 确定地层正常与倒转 (2)应用 确定地壳运动的性质 寻找油气矿产的富集部位 确保工程建设质量,三.断裂构造 1.定义:岩石中沿不同方向发生的破裂构造。 破裂面二侧岩石有明显位移的为断层；无明显位移的为节理。 2.断层的几何要素 断层面：走向、倾向、倾角三要素. 断层盘：断层二侧的岩块 分上盘与下盘（根据所处位置）、上升盘与下降盘（根据动向）
10、、 东盘与西盘（断面直立）等 断层线：断层面与地面的交线（与本身形态有关、与地 形起伏有关） 断层位移：P97图8-13，总滑距、水平分量、倾向分量,AA为滑距，代表真位移,断层要素图解,3 断层分类 (1)根据两盘动向,分3种: a.正断层normal fault:上盘下降 b.逆断层reverse fault(反断层):上盘上升 倾角25度称为逆掩断层overthrust，形成推覆构造 c.平移断层wrenching F, strike-slip F:二侧岩块 水平滑动，断面近直立。有sinistral,dextral二种 复合性质：平移-正断层、平移-逆断层、 正-平移断层、逆-平移断层
11、 (2)根据断层走向和地层走向关系分3种: a.走向断层：纵断层，断层走向和地层走向平行 b.倾向断层：横断层，断层走向和地层走向垂直 c.斜向断层：斜断层，断层走向和地层走向斜交,逆掩断层（倾角30度）,(3) 根据断层组合分4种: 阶梯状：一系列走向平行的正断层. 叠瓦状：一系列走向平行的逆断层. 地堑Graben、地垒Horst：二条以上断层，断层面 走向平行，倾向相反，共同盘下降为地堑；共同 盘上升为地垒. 4. 断层规模 小的，手标本可见，为袖珍断层；大的，延伸几千公里。 如郯城-庐江断层。 浅的，几十米；深的，地壳断裂，岩石圈断裂。 位移小的，数米；位移大的，480公里,美国San
12、 Andress F,5. 判别断层的存在及其形成年代 (1) 断层证据 a.相当层错开（相当层：地层、矿层） b.层的重复或缺失（不对称重复，区别于褶皱） 性质 地层与断层倾向相反 地层与断层倾向相同 地层断层 地层断层 正断层 重复 重复 缺失 逆断层 缺失 缺失 重复 c.擦痕和镜面 slickenside, mirror plane 岩块相互运动时，由于摩擦而在断层面上形成的痕迹。 擦痕：平行而密集的沟纹. 镜面：铁、锰等物质组成的光滑而平整的曲面.,d.阶步和反阶步 阶步：陡坡倾斜方向指示对盘动向 反阶步：压性裂隙,亦称羽裂,陡坡倾斜方向指示本 盘动向;张性裂隙，R面，陡坡倾斜方向指
13、示对盘动向。 e.拖曳褶皱drag fold, 牵引构造 断层使二侧岩层发生变薄和弯曲 弧形突出的方向指示本盘动向 f.断层泥、断层角砾 断层泥：碾磨而成的泥状物质。 断层角砾：碎块较大，一般呈棱角状；泥质胶结，为断层角砾岩。 断层磨砾：碎块较大，一般呈圆-半圆形；泥质胶结，为断层磨砾岩。 根据碎块成分可判断断层切穿了那些地层及其断层的动向 g.密集的节理：进一步发展便成断裂；先成节理常控制断层 的延伸方向。 h.其他证据 山区、平原的平直界线；地形上的陡崖；三角面山（时代较新）. 矿化带和泉水（断层是矿液和地下水的通道和储集场所，如汤山温泉）,（2） 断层的规模和时代 a.规模：用断层的长度
14、、深度、位移量来衡量. b.时代：根据断层与地层的关系确定相对时代。断层形成 年代晚于被切割的最新地层的时代,老于不 整合复盖其上的最老地层。 用热释光法确定绝对时代 测定断层过程中新形成的矿物年龄（如多硅白云母） 6. 研究断层的意义 是研究和恢复地壳结构的一把钥匙。 为工程建设服务:密云水库、南京长江大桥、三峡水库、黄河小浪底。 找矿、找水：NWW290度新构造断层裂隙找水。 前沿动向：断裂力学、3D模型和能量损耗。 断层的系统研究，包括：产状、规模、时代；派生构造、组合特征、 力学性质；与变形变质、矿产资源、岩浆活动、地震作用、活动性。,四.节理joint 1. 定义:岩块发生破裂,但二
15、侧无明显的位移。 节理是应力作用下岩石破裂的原始记录。岩石变形越 强烈，节理也越发育；岩石越老，保留的节理也就越多。 分构造节理（内动力作用所形成的破裂）；风化节理 （外动力作用所形成的破裂）；柱状节理及横节理（火成岩 冷凝收缩形成的节理）. 2.节理的种类：张节理、剪节理、破劈理（密集的挤压破裂面） 3.节理的空间位置：走向、倾向、倾角； 节理与岩层的关系：斜交、平行、垂直 4.共轭节理:材料力学上称为吕德线Ridle，又称“X”节理;表 现为互相切割。 a.平面“X”节理、剖面“X”节理。 b.构造力主要是水平方向的作用力，因此早期“X”节理和 层面相垂直、晚期“X”节理和地面或水平面相垂
16、直。,雁行张节理,苏州虎丘千人座J3火山岩中的X剪节理,被X剪节理切成的岩柱-湘西张家界金鞭岩,劈理-广西灵川大圩,第三节 六种地层接触关系 一.整合接触Conformity 1.特征：新老层产状一致；岩性、古生物演化连续、 渐变；无沉积间断。 2.条件：盆地稳定地接受沉积(地层的形成与古气 候、古化学环境、沉积物来源不同有关) 二.平行不整合Parallel Unconformity 1.特征：新老地层产状一致;但其间有沉积间断; 岩性古生物演化发生突变。 2.条件：地壳稳定上升，沉积物高出沉积基准面 而遭剥蚀，然后地壳又稳定下降，接受 沉积。,三.不整合接触Unconformity 1.特征：新老地层角度相交，有沉积间断，岩性、 古生物演化突变，存在剥蚀面、风化壳、 底砾岩。 2.条件：地壳运动强烈，老地层褶皱、破裂并遭 风化、剥蚀，而后地壳下降接受沉积 (不整合面总是与上复岩层产状一致)
