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1、第一章 沉积大地构造 槽、台、洼系统,一 研究简史,1. 沉积岩的形成,山脉是大陆上最宏伟的地貌形态。大陆的山脉往往由褶皱了的沉积岩构成,因而,作为组成岩石圈的“三块石头”之一的沉积岩,最早吸引人类的注意和触发人类对其成因的思考。,云南玉龙雪山顶上褶皱的沉积岩,沉积岩中尚含有大量生物化石,由此更加触发了人类对其形成的好奇心。我国南宋学者朱熹(1130-1200)即有:“高山有螺蚌壳,或生石中,此石即旧日之土,螺蚌即水中之物。下者却变为高,柔者却变为刚。此事思之深,可有验者 。”朱子语类.卷九四,(苍山为海,沧海为田)方法学问题,在十六世纪中叶,意大利沃罗纳城建中发掘出大量化石,在宗教束搏下的欧
2、洲,自然现象的解释均以创世纪为依据,以教规为准绳。,“学者们的天才和精力完全浪费在辩论和证明两个简单的问题上:第一,化石原来是否属于活的动物;第二,如果接受这种观点,那么这种现象能否用诺亚洪水来解释”(莱伊尔,1873)。,Charles Lyell(莱伊尔)简介,2. 莱伊尔与均变论 (Actualism),1797年于苏格兰法弗夏区金诺镇。1814年进入牛津大学学习数学和古典文学,并选修地质学课程。法学院毕业后,莱伊尔放弃律师工作,热衷于地质学研究,完成名著地质学原理,成为了现代地质学的奠基人。,“在地球的一切变革过程中,自然法则是始终一致的;河流和岩石,海洋和大陆,都经过各种变化,但知道
3、哪些变化的规律和它们服从的法则始终是相同的” 。 “在地壳中发现的留下遗迹的古代生物界和非生物界的种种变化,在其种类和程度上都可能同现今正在进行的变化相类比”。,均变论 (Actualism),现代地质过程实例,仍然在进行!,问题: 如果地质过程是均变过程,沉积岩如何出现在山上?,亚洲喜马拉雅山脉,进一步的问题是: 地球表面上的雄伟山脉是怎样形成的?,欧洲阿尔卑斯山脉,北美落基山脉,南美安第斯山脉,一种认识:岩浆入侵导致地层弯曲隆起,形成山脉,对比:山脉与花岗岩分布,问题: 沉积地层的强烈褶皱,提示山脉形成是水平压力而不是浮力主导,美国古生物学家 Hall J.(18111898), 对美国A
4、ppalachian 山脉及其邻区的地层古生物进行系统研究,发表了有关该区地层古生物的专著四十余部。,2. Appalachian 山脉的研究与地槽学说,James Hall的奠基性工作,(1) Appalachian 山脉古生界厚度10,000m,而相邻的密西西比平原该套地层的厚度不足1000m。而且,东部厚达万米的地层基本为浅海相沉积。 Hall对此的解释是:沉积物最初是岩阿帕拉契一线海底展布,物质增多的效应是引起地壳屈服,从而形成边沉积边沉降的狭长盆地。,Hall发现:,Appalachian 遥感照片(GSA),地层强烈褶皱,(2) Appalachian 山脉地区的古生界厚度强烈变形
5、和变质,而相邻的密西西比平原,相应地层却近乎水平,且变质作用微弱,Why?,Appalachian山脉褶皱变形遥感影像,对于山脉的形成,Hall(1857)认为,阿帕拉契山脉形成与沉积层的褶皱无关,山脉是大陆整体抬升后被流水挖掘的结果;岩石变质是压力和化学变化的结果,温度只有在很深的地方才起作用,也与山脉形成无关。, J.D. Dana:地槽学说与大陆扩张,Hall“山脉前身是地壳中边沉降边沉积的巨型狭长盆地”的认识,为Dana地槽学说的提出奠定了基础。1873年,Dana发表了论地球冷缩的某些结果,兼论山脉起源和地球内部的某些性质的著名论文,正式提出了地槽学说。,James D. Dana
6、(18131895),地槽(Geosyncline)是 地壳中边沉降边沉积的巨型狭长盆地, 为地壳演化过程中的活动构造单元;地槽带内的相对隆起区称为地背斜(Geanticline); 地槽区一般发育于大陆边缘; 地槽的褶皱回返形成褶皱山脉,其前缘又开始新的地槽,从而造成大陆增生或大陆面积扩张。 陆缘地槽形成原因主要是地球冷却收缩而不是重力沉陷; 地槽和地背斜的形成是一个漫长和渐变的过程,而地槽褶皱造山则是激烈的突变过程。,James Dana(18131896)地槽学说的要点:,To be continued!,.地槽的概念,地壳中长期强烈活动的巨型狭长构造带,其基本特点是: (1) 位于大陆
7、边缘或两个大陆之间,呈巨大的狭长条带 分布,二 槽台学说,(2) 早期(地槽期)地貌与现代大陆边缘相似 (3) 早期沉积以海相为主,沉积物分选差、厚度和岩性岩相变化大,(4)地槽发育晚期有强烈而频繁的褶皱运动,构造型相以紧闭的线状褶皱和大型逆冲断层;,美国Appalachian地槽带北段卫星照片,示地槽的线状褶皱,(5) 广泛强烈的岩浆活动,早期以基性超基性岩浆为主,晚期以中酸性岩浆为主 (6) 地震强烈、各种地球物理异常呈带状分布,正地槽(Orthogeosyncline) (位于大陆克拉通边缘) 准地槽 (Parageosycline) (位于大陆克拉通内部),优地槽 (Eogeosycl
8、ine) ,靠海一侧, 特点:火山活动强烈 冒地槽(Maogeosycline) 靠陆一侧, 无或自由极弱火山活动,2.地槽的类型(Stille方案),Appalachian 的地槽对 (M. Kay, 1951),冒地槽,优地槽,冒 地 背 斜,地槽期(早期) 地壳以负向运动为主,形成狭长的大型沉降带(其下沉速率可以被沉积物补偿或非补偿),3.地槽的演化,造山期(晚期) 地壳以正向运动为主(地槽造山,Orogeny),形成褶皱山脉和一系列与山脉平行的压扭性构造,同时有大量中酸性岩浆活动。,(1)原理,4 地槽迁移与大陆扩张,北美地台基底岩石的年龄自大陆中心向外逐渐变新,指示地槽带的迁移和大陆
9、面积的不断扩大(大陆扩张)。,(2)地槽迁移(大陆扩张)实例1北美洲,北美地台基底构造及年龄图, (据Spencer,1977改编),(3)实例2欧亚大陆,围绕几个古老地台(西伯利亚地台、中朝-塔里木地台、扬子地台等,地槽不断向外迁移,造成大陆面积的不断扩大。,据黄汲清等,1980,改编),5.地槽的沉积建造 自下而上: (1)陆源碎屑建造(硬砂岩建造)硬砂岩、页岩 (2)碳酸盐建造海相灰岩、泥灰岩,碳质、沥青质高 (3)细碧角斑岩建造海相中玄武岩,角斑岩、细碧岩、放射虫岩、硅质岩 (4)复理石建造浅海相碎屑岩为主,厚度大,韵律清晰,冲刷面发育 (5)磨拉石建造陆相(主要为山麓相、河流相等),
10、以砂、砾岩为主,与下伏建造常为不整合接触,5.地槽的岩浆建造,地槽期:基性超基性喷发为主蛇绿岩套(Ophiolite)。发育完整的蛇绿岩包括:(l)超镁铁质杂岩,由不同比例的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩组成;(2)堆晶辉长质杂岩;(3)镁铁质席状岩墙;(4)镁铁质火山杂岩,主要为枕状玄武岩,常见枕状构造;(5)与蛇绿岩伴生的岩石有富钠喷出岩、硅质岩等。,(Simplified after Brown 1999),Appalachian造山带中的花岗岩类与混合岩,造山期;花岗质岩浆活动,以深成作用为主,岩性主要为偏中性岩类,通常称为TTG组合,即Trondhjemite(奥长花岗岩)、Ton
11、alite(英云闪长岩)、Granodiorite (花岗闪长岩),标志大陆地壳的形成。,6.地槽演化过程的恢复 过程:历史与逻辑的统一 (1)几个相关概念 沉积环境:沉积体形成的自然地理条件,以及影响其形成或存在的各种因素(环境因素)的总和 沉积相:沉积环境的物质体现 沉积建造:特定大地构造环境中形成的沉积相组合,()方法学依据:将今论古(The present is the key to the pastA. Gaikie,1905) 将今论古历史(纵向)比较法 (以河流作用为例) 河流形成条件: (a) 有水的存在 (b)有允许水体流动的地形条件 河水流动的原因:重力对水质点的作用,现代河流沉积(已知)现代河流水环境(已知) 古代河流沉积(已知)古代河流水环境(未知) 前提:重力对水质点的作用古今不变,将今论古方法的应用:,A: 沉积物 沉积相 沉积环境 B: 沉积相纵向变化 环境随时间的变化 C: 沉积环境变化的原因:内外动力的综合作用 方法学:构造地貌(沉积)相关法 (内动力:地面起伏 外动力:地面夷平),()恢复地槽演化过程的逻辑思路,陆源碎屑建造阶段地槽开始沉降 碳酸盐建造阶段海水漫入,次深海相 细碧角斑岩建造阶段沉降到最大,基底断裂, 岩浆喷溢 复理石建造阶段地槽振荡回返,构造活动频繁 磨拉石建造阶段褶皱山脉形成,()地槽演化过程的恢复,Thanks,