工程地质内动力地质作用

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1、第三章 内动力地质作用 第一节 岩浆作用 第二节 地壳运动 第三节 变质作用,地球内圈，软流圈 活动的岩石圈：变形、岩浆。 地球外圈，水、大气、生物：对地壳表层破坏、改造。 地质作用：由自然动力引起的地壳物质组成、内部结构、地表形态(发生)变化的作用。,内动力地质作用 能量来自地内,从内部作用于地壳。 岩浆从地球深部上涌侵入地壳、喷出地表 岩浆作用； 活动的岩石圈，使地壳内岩体变形、破坏 地壳运动； 地热、地壳运动、岩浆作用的高温、高压及化学活动性流体，作用于已形成岩体，使其成分、结构(结晶大小）及构造（晶体的分布及排列)发生改变 变质作用。,第一节 岩浆作用和岩浆岩 一、岩浆作用 形成于上地

2、幔或地壳深处的高温（温度在700C以上）熔融硅酸盐物质（岩浆），侵入地壳或喷出地表，称为岩浆作用。 侵入作用-岩浆侵入地壳内部； 喷出作用(火山作用)-岩浆冲出地表。,岩浆作用的结果： 侵入和喷出的岩浆体 冷凝 岩浆岩（火成岩）。 火山作用、火山碎屑 火山碎屑岩。 岩浆体 高温、化学活动性的气液流体 作用于围岩。,二、岩浆的基本特征 1、岩浆的化学成分： 主要成分是硅酸盐。硅酸盐岩浆的化学成分表达 为氧化物形式：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O等。其中最主要的是SiO2，其含量可达40-75%。 挥发份,含量在岩浆中一般不超过6%，主要为水蒸气

3、，其次为CO2、CO、N2、SO2、SO3、H2S、HCl、H2F 等。 2、岩浆的温度 现代火山熔岩流的温度范围一般在7001300范围内。,三、岩浆作用方式和岩浆岩的产状 岩浆侵入地壳及喷出地表所形成岩体的形态、规模大小，及与围岩的接触关系，称为产状。 侵入地壳的岩浆体，通常在深部为规模较大的（数公里以上）块状，向浅部地表附近越来越小，成较窄（几米宽）的带状。前者称为深成侵入岩（3-5km以下）。后者称为浅成侵入岩（3-5km以上）。 喷出岩产状，主要和喷出方式有关：熔透式、裂隙式，中心式。,熔透式（面式）喷发 地质历史早期，地壳较薄、地下岩浆热力较强。岩浆上升将其顶部围岩熔透，岩浆在地表

4、大面积溢流。,裂隙式（线式）喷发 岩浆沿着断裂上升，喷出地表。形成狭长连续的喷发带，或呈线状排列的独立的火山。经常形成大面积的熔岩台地。,Fernandina volcano，Island，2009,Hawaii，1984,中心式（点式）喷发 岩浆沿颈状管道的喷发形式，喷发通道在平面上为点状，又称点状喷发。通常在火山口周围形成火山锥。近代火山大都属于这种类型。,Arenal Volcano, Costa Rica ，2005,Mount St. Helens Volcano,云南腾冲火山群 （裂隙式和中心式）,岩浆岩的产状： 喷出岩：火山作用形成的岩浆岩体； 浅成岩：岩浆侵入到地壳浅部薄弱带（

5、如断层面或者岩层面）形成的带状岩体，其深度通常在3-5km以内； 深成岩： 3-5km深度以下，通常为大体积岩体。,喷出岩：火山颈、火山锥、熔岩被（流） 、熔岩台地。 浅成岩：岩床（沿沉积岩层面侵入的带状岩体)， 岩墙 （沿断裂侵入的带状岩体，通常接近直立)。 深成岩：岩基（100km2以上），岩株。,火山锥,火山颈,Devils Tower，USA,Shiprock，USA,Tengger caldera，Indonesia,意大利埃特纳火山,夏威夷基拉韦厄火山,熔岩流,图片来自http:/ 摄影师 JohnFan,岩墙 -沿断裂侵入的带状岩体，通常接近直立。,岩 墙,岩墙,岩墙 -沿断裂侵

6、入的带状岩体，通常接近直立。,岩床 - 沿沉积岩层面侵入的带状岩体,目前全球有活火山1500多座。休眠火山约有1000-1500个。 中国近代火山遗迹：黑龙江五大连池火山，长白山天池。,长白山天池火山遗迹,五大连池火山遗迹（黑龙江得都县。喷发于1719年-1720年）,国外，日本富士山，意大利维苏威火山，菲律宾菲律宾皮那图博火山，美国夏威夷火山，美国圣海伦斯火山。,日本富士山(1707年最后一次喷发),美国圣海伦斯火喷发（1980年 5月18日）前,美国圣海伦斯火喷发（1980年 5月18日）中,美国圣海伦斯火喷发（1980年 5月18日）后,菲律宾皮那图博火山（1991年6月）,夏威夷火山,

7、现代全球火山分布,1) 环太平洋火山带(火环)； 2) 地中海喜马拉雅-印度尼西亚火山带； 3) 洋脊及大陆裂谷(东非裂谷)火山带。,第二节 地壳运动 岩石圈的活动在地壳中造成挤压拉伸或水平错动。这种使地壳内岩体发生位移变形的作用，称为地壳运动。,大地不是固定不变的 - 一些自然现象: 诗经（公元前11世纪至公元前6世纪）：“烨烨震电，不宁不令。百川沸腾，山冢崒崩。 高岸为谷，深谷为陵。”-这是描述地震使大地形态发生变化的情景 。 古人已从陆地山上的海生贝壳化石，认识到沧桑之变： 唐颜真卿(公元709-785年)； 北宋沈括(公元1031-1095）。,一、地壳升降运动现象和证据 意大利那不勒

8、斯海湾，塞拉比斯古建筑废墟：3根12米高的大理石柱（建于公元105年的古罗马帝国时代）。 石柱上遗留的特征表明，2000年来这些石柱曾因地壳下沉而末入海水中至少6米多。,其它升降运动证据: 山海关长城，现已有部分淹没于海水中。 珊瑚的生活环境，温暖的浅海(70米)，但现在发现有的珊瑚礁沉没于数百米深的海底，或高出海面(西砂群岛，高出海面15米)。 海相沉积的地层（如浅海石灰岩），在陆地上很常见。如青臧高原上，主要为海相沉积地层。,二、地壳水平运动的现象和证据 地层沉积时都是水平延展的；挤压作用使之倾斜和弯曲； 倾斜和弯曲的地层,在野外很常见；,倾斜的岩层,褶皱弯曲的岩层,西藏大褶皱 美国西部圣

9、安德列斯大断裂,(持续快速活动的断裂),三、地壳运动的速度和规模 水平运动： 速度 - 10mm/a 规模 - 数千公里 洋脊扩张速度：可达1015 cm/a。 圣安德列斯大断裂： 7米/16年（1906年旧金山大地震前）。 480公里/1.5亿年（侏罗纪末至今）。 大西洋：大陆分裂后形成。 印度板块：从南半球向北漂移达7000公里。,三、地壳运动的速度和规模 垂直运动： 速度 - 数mm/a 规模 - 数km 珠峰地区的平均上升速度为3.6 mm/a（1966-1992年）。25百万年前，青臧高原位于海底（海相地层）。,现代地壳运动表现为地震,四、地壳运动的空间分布 地壳运动(挤压，拉伸和相

10、对错动)的空间分布很不均匀。 1) 环太平洋带 2) 地中海喜马拉雅印度尼西亚带 3) 大洋洋脊及大陆裂谷带,五、板块构造学说简介 1 活动伦和固定论的争论 20世纪前，人们对地壳活动的主流认识限于地壳的升降运动。对地壳发生大规模水平运动认识不足。 19世纪末20世纪初，活动观点逐渐萌芽和兴起。 1620年，英国哲学家培根（Francis Bacon）就注意到南美洲东海岸与非洲西海岸彼此吻合的现象，并提出了西半球曾经与欧洲和非洲连接的可能性。 1885年，奥地利地质学家修斯(ESuess)根据地层的一致性，认为南半球各大陆是从一个原始的冈瓦纳古陆(Gondwanaland)分裂开来的。“冈瓦纳

11、古陆”的范围包括现代的南美洲、非洲、南极洲、澳大利亚以及印度半岛和阿拉伯半岛。 泰勒 （F.B.Taylor）（1908） 贝克(H.B.Baker)（1911） 魏格纳(A.L.Wegener）（1912),受大西洋两岸弯曲形状的相似性启发，德国科学家魏格纳(A.L.Wegener，1880-1930) 于1912提出了大陆漂移的假说。 大陆与海洋的起源，法兰克福，1912。 海陆的起源，1915。 此后，魏格纳为宣扬大陆漂移学说与固定论展开了十几年的激烈论战。,大陆漂移学说的依据不只是大西洋两岸的海岸线形态的相互对应。 两岸的美洲和非洲、欧洲在古生物化石、岩石地层、冰川、大地构造（古褶皱山

12、系）等方面，有非常好的对应关系，表明地质历史上大西洋两侧的大陆曾相连接。,一些陆生植物和动物同时出现于现在彼此分离的南部各个大陆：南美、非洲、南极洲、澳大利亚、印度。,犬颌兽（三叠纪），发现于阿根廷和南非,中龙（石炭纪、二叠纪），发现于巴西和非洲,舌羊齿 （泥盆纪-三叠纪），发现于南部所有大陆,水龙兽（三叠纪），发现于非洲、阿根廷和印度,晚古生代(距今约360250百万年),冰川覆盖了南半球大陆的大部分。 整个南半球都是极地气候？ 根据冰川沉积物的分布和下伏岩石上留下的冰川擦痕，可以判断其范围和运动方向。 冰川由海洋向内陆方向运动？ 大陆漂移可以给出合理的解释。,固定论反对大陆漂移的主要论据，

13、是对地壳发生漂移的地球物理学机制的质疑：长距离漂移的大陆，其轮廓保持不变表明大陆是在近于刚性的条件下发生漂移的，而刚性岩石之间的摩擦力之大是难于克服的。 到1930年魏格纳在地质考察中以身殉职后，活动论沉寂了二十多年。,但这期间及其后地球物理和地质学的一些重大发现，逐渐给人们重新认识地壳运动提供了事实。,2 活动论的再兴起 - 板块构造学说 软流圈的确认 在大约100-200km深度的位置上有一个横波S波的低速层，科学家们因此推测该层物质的塑性程度较高，称之为软流圈。软流圈之上的上地幔和地壳则合称之为岩石圈。 原来概念比较模糊的软流层得到确认，地球上层岩石圈/软流圈的划分方案得到越来越多的承认

14、和重视。,软流圈的存在使得大陆以岩石圈板块的形式在软流圈上的漂移成为可能，原来的难以克服的摩阻力问题得到了解决。,1950年代，洋底地形测量发现了分布于世界各大洋洋中脊体系，这里火山和地震活动频繁。,洋中脊体系的发现,洋底玄武岩年龄从洋中脊向两侧越远越老，两侧古地磁条带呈对称分布。,这是洋底在洋中脊处增生、向两侧扩展的结果,洋底玄武岩的年龄，在洋中脊处最新，向外越来越老。 洋底最老的岩石是侏罗纪（1.46 - 2.00亿年前），位于远离洋中脊、靠近大陆边缘的地方。,在太平洋四周远离洋脊的大陆边缘，同样发现一些剧烈的火山地震活动带。地震研究表明，在这里，大洋地壳俯冲到大陆地壳之下，从而形成一个倾

15、向大陆、深入地幔的发震带。,岩石圈的大规模水平运动（挤压、拉伸或错动）和岩浆作用，主要集中在一些狭长构造带上：环太平洋构造带（挤压）、地中海-喜马拉雅构造带（挤压）、大洋中脊和大陆裂谷（拉伸）、转换断层（错动）。构造带之间，是相对刚性和稳定的单元，即板块。,现代地震和火山活动，是岩石圈板块运动的表现。,3 板块的边界类型 板块的边界有三种类型： 1) 离散型边界、 2) 汇聚型边界和 3) 转换型边界。,1) 离散型边界 在洋中脊及大陆裂谷地区，板块在这里向两侧分离，以拉张作用为特征，地幔的玄武质岩浆从这里上升沿着拉张裂隙侵入或喷出。这些岩浆冷却之后成为岩石圈板块的一部分。所以这里也是岩石圈新

16、生（增生）的地方。,东非裂谷被认为是沿初期离散型板块边界形成的，以裂谷及火山活动为特点，进一步发展将成为红海裂谷那样。,2) 汇聚型边界 汇聚型边界两侧的板块相向运动，形成强烈的挤压，它以岩浆作用和构造变形变质作用为特征。,相向运动的结果表现为两种形式：俯冲型边界和碰撞型边界。,密度较的大洋壳板块俯冲到密度较小的大陆板块之下，消减熔入软流圈。俯冲作用通常会形成海沟、岛弧、弧后盆地的地貌组合。环太平洋构造带是俯冲型边界的典型代表。,俯冲型边界,两块大陆板块相互挤压，以变形缩短和岩浆作用为主，并最终“焊接”在一起，在板块的结合处形成一系列的山脉，这里也叫地缝合线。以喜马拉雅山为代表的特提斯构造带是碰撞型边界的代表。,碰撞型边界,3) 转换型边界 转换型边界位于相邻板块相互错动的地方，表现为转换断层。转换型边界两侧板块相对运动的方与边界平行，这里没有物质的增生和消减。北美西海岸的向圣安德烈斯