中国区域地质-大地构造学.ppt

大地构造学基本理论 大地构造学是研究地壳 岩石圈的结构构造 运动及其发展规律的一门地质学科 当研究对象是一个比较大的区域时 一般称为区域大地构造学 如研究对象为我国就称中国区域大地构造学 大地构造学是一门综合性的地质学科 在研究时必须对研究地区的构造运动 沉积作用 岩浆作用 变质作用 成矿作用及地质发展历史等 进行全面综合的分析研究 第一章地壳上地幔构造 不均一性一 地壳 上地幔的纵向不均一性 2 地球内部物质的力学特征分层 地球内部圈层物质的力学和流变学特征突变面与成分界面不一致 根据强度和变形方式将地球由地表往地心分为 岩石圈软流圈中间圈和地核 地球内部圈层结构示意图 二 地壳 上地幔的横向不均一性 大陆边缘的类型稳定型大陆边缘 大西洋型 由大陆架 大陆坡 大陆基 隆 构成 活动性弱 无海沟和火山活动 活动型大陆边缘 太平洋型 活动性强 强震带和火山带 1 沟 弧 盆体系2 海沟 山弧构造体系 全球火山 地震带的分布 三 地壳 上地幔构造类型 两大类型 活动带和稳定区 两种类型间具有不同的特征和发展演化历史 不同学者对其运动规律提出了不同的观点 形成了不同的大地构造学说 槽台说 大陆漂移说 海底扩张说 板块构造说 国内 地质力学 多旋回说 断块说 地洼说 波浪镶嵌说等 第二章槽台学说 地壳由活动带和稳定区两类构造单元构成 活动带称为地槽 稳定区称为地台 两类单元的活动方式不同 发生不同的地质作用 形成具有不同地质特征的分区 第五章槽台学说 1859年 美地质学者J 霍尔发现 阿巴拉契亚山脉北部强烈褶皱的古生代浅海相地层厚达12km以上 较此山脉以西同时代无褶皱的地层厚10 20倍 据此提出 地槽概念 1885年 E 休斯提出在地壳上存在一些稳定地区 其上的沉积层平缓 地貌平坦 他把这种地壳上稳定的 自形成后不发生褶皱变形的地区 称为 地台 1900年 法国E 奥格明把地槽和地台统一起来 认为二者是地壳上两个基本构造单元 不可分割 形成了槽 台说 槽台说的形成是以大陆壳的地质构造为基础 是固定论的代表 19世纪 至近代 其在大地构造学说中占统治地位 直到海底扩张和板块构造说被广泛承认 今天槽台说的一些观点仍有借鉴意义 第一节地槽 一 地槽的概念地槽是地壳上的活动地带 这一概念最初是由美国地质学家J 霍尔 HALL1859 和J D 丹纳 DANNA1873 先后提出来的 由于研究区域和对地壳运动方式的认识不同 后来对地槽的概念有不同的认识 现代对地槽概念的理解是 地槽的基本特点在于它的强烈活动性 以及它发展过程中由拗陷向褶皱造山带有规律地转变 二 地槽的基本特征 一 沉积建造 复理石建造 是沉积建造的一种类型 复理石是浊流沉积的海相地层 其特征是厚度大 通常很少含化石 具有薄层的递变层理 它主要由泥灰岩 砂质 钙质页岩 泥岩 与砾岩 砂岩和硬砂岩等组成具有明显韵律层的岩石组合 它形成于海洋浊流环境 构造地质界将复理石视为一个广泛发育的前造山阶段沉积组合 它形成于一个地槽演化的晚期阶段 造山作用主幕发生之前 由毗邻隆升山区快速侵蚀提供物源 而在槽地内沉积的具有明显韵律层的沉积岩系 磨拉石建造磨拉石建造 是沉积建造的一种类型 同造山作用形成的分选性差 磨圆度低的快速粗大碎屑沉积 形成于近海 部分为海相 部分为陆相或三角洲相 的和陆相环境中 其特征是厚度巨大 无递变层理 具有交错层 由砾岩 砂岩 页岩和泥灰岩等构成 有时还含有煤层和碳酸盐类沉积物 在地层剖面上往往是下部颗粒细 一般为海相 向上颗粒变粗 并由陆相构成 根据这些特征可以与山间盆地沉积相区分 这一组合的形成起因于造山作用主幕期间或紧接其后的山脉抬升剥蚀时期 堆积在较早形成的复理石的前锋部位 例如 瑞士平原和德国南部阿尔卑斯前陆在阿尔卑斯山隆升之后沉积的以中新世为主 包括部分渐新世的粗碎屑岩地层 二 地槽的构造特征 地槽内褶皱的主要特征 地槽内断层的主要特征 地槽区构造的组合类型 三 地槽的岩浆活动 岩浆活动的顺序 四 地槽的变质作用 五 地槽的矿产 三 地槽的发展 四 地槽的基本类型及有关名词 一 基本类型优地槽冒地槽 优地槽特征 冒地槽特征 地槽名词系统 第二节地台 二 地台的基本特征 一 地台的双层结构 二 地台的沉积建造特点 含煤建造含煤建造 coalbearingformation 是一套由砂岩 页岩为主夹有多层煤或煤线的岩系 无论是否具有可采煤层 都可称为含煤建造 该类建造主要形成于古陆边缘的滨岸地带或陆内的陆相盆地中 在构造环境上 它是后地槽阶段的产物 也可理解为是地台发展阶段的一种沉积建造 含煤建造是湿润气候条件下的产物 红色建造 是一套主要由泥质岩 粉砂岩和砂砾岩组成的以红色为标志的陆相沉积 它有时还夹有薄层白云岩 石灰岩和石膏等 红色建造总体是在氧化环境下形成的河流 三角洲 湖泊以及近海相沉积 它产出在造山带的前缘坳陷或山间坳陷内 红色建造以粗碎屑岩为主 且厚度巨大 在空间上 岩相和厚度变化迅速 这种建造也可见于地台的一些中 新生代盆地之中 在这种情况下 它们的绝对厚度较小 且岩相和厚度的空间变化也要小得多 三 地台的岩浆活动 四 地台的构造变动 五 地台盖层构造的一般特点 六 地台的矿产 三 地台的基本类型及有关名词 一 基本类型 二 地台内部构造单元划分 地台内部三级构造单元划分 地台内部四级构造单元划分 地台内部五级构造单元划分 大陆漂移说的提出 1620年英 培根Bacon 1858年 斯奈德 1909年奥地利 休斯Suess 1912年德国 魏格纳A L Wegener 等提出 1915 海陆的起源 一书问世 系统论述大陆漂移时间 漂移前后情况 漂移证据及漂移机制 大陆漂移创始人 第五章大陆漂移说 一 大陆漂移说的主要观点 大陆由较轻的刚性硅铝质组成 它漂浮在较重的粘性硅镁质之上 全世界大陆在古生代石炭纪以后联结成一体 名为泛大陆 联合古陆 围绕泛大陆的广阔海洋 称为泛大洋 在潮汐力和地球自转离心力的作用下 自中生代开始向赤道和向西漂移 泛大陆逐渐破裂 分离 漂移 形成现代海陆分布的基本格局 各大陆在向赤道和向西漂移的过程中 前缘受挤压并褶皱形成山脉 如科迪勒拉山脉和安第斯山脉 后缘由于硅镁层的粘结 拖曳作用而脱落下来形成岛弧 岛屿 如亚洲大陆东缘的岛弧群 小岛 1 大西洋两岸大陆海岸线轮廓相似 二 大陆漂移说的主要论据 巴西东南部与非洲西南部地层层序相似 非洲的前寒武纪片麻岩高原与巴西的片麻岩高原也十分相似 就象一张被撕成两半的报纸 不仅完全可以重新拼合起来 其上面的文字也是可以读通的 2 地层相似 北大西洋两岸的古山系 加里东山脉 在大西洋东岸的挪威看到的是山系 过爱尔兰后似乎淹没在大西洋下 在加拿大的纽芬兰有一古山系 老阿巴拉契亚山脉 仿佛从大西洋里爬上来 和欧洲的加里东山脉有许多相同之处 魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连 如果把大陆拼合在一起 就形成一条连续的山系 非洲南部二叠系地层组成的开普山脉 向西延伸为南美的布宜诺斯艾利斯低山 3 地质构造相连 巴西晚石炭世地层中所发现的中龙化石 在非洲南部早二叠世地层中也有发现 4 古生物相似 大陆漂移说的争议大陆漂移的驱动力问题没有得到解决 硅铝层在硅镁层上怎样发生漂移 为什么硅铝层的前缘褶皱成山而硅镁层的边缘反倒没有褶皱而只拗陷为海沟 如果大陆漂移从中生代开始 那么古生代以前的褶皱山脉是怎样形成的 由于许多问题无法解释 特别是固定论者的坚决反对 30年代 此学说逐渐消沉下去 50年代以来 古地磁及海洋地质等方面研究的进展 使一度沉寂的大陆漂移说重新得到认识 三 大陆漂移说的新证据 1965年E C 布拉德研究认为 大陆的边界应当以大陆壳的边界即大陆坡的坡脚为准 并应考虑消除在大陆分裂后陆壳的增建和改造部分 利用电子计算机以数学方法进行拼接 取得令人满意的结果 1 很好拼接的大陆轮廓 北美大陆近10亿年的极移曲线和欧洲大陆近10亿年的极移曲线 二者大致平行 近期才逐渐靠近 最终汇于北磁极若欧美大陆是固定的 只能得出一条极移曲线 而今得出两条 因此只有设想欧美大陆原来是合在一起 后来逐渐分离 直到形成现在的位置 才能解释这种现象 2 欧洲 美洲相似的磁极移动曲线 非洲的加纳 象牙海岸及其以西地区 有年龄为19亿年以上的岩石 在贝宁 尼日利亚及其以东地区 为6亿年左右的岩石 两组岩石在加纳的阿克拉附近有一条明显的界线 而在南美洲巴西的圣路易斯附近 也有一条这样的两组岩石的界线 如果把南美和非洲大陆拼合起来 两个大陆的两组岩石界线正好相接 3 相衔接的地层界线 在南美东南部 非洲南部 印度南部 澳大利亚西南部的地层中 都发现有距今约3亿前有冰川活动 用大陆漂移说可以很好解释此现象 4 古气候相似 二次大战后 科技发展 展开了多方面的海洋调查 获得了大量海洋科学资料 大洋中脊形态海底地热流分布异常海底地磁条带异常海底地震带及震源分布岛弧及与其伴生的深海沟海底年龄及其对称分布地幔上部的软流圈在这些新资料的基础上 产生了一个崭新的学说 海底扩张说 第六章海底扩张说 大洋中脊 洋脊 海底纵横绵延的山脉 总长度可达65000km 是地球上最长的山脉 大西洋中脊最典型 它与两侧大陆平行 略呈S形 高出洋底2000 3000m 洋脊的中央常为一深陷裂谷 中央裂谷 裂谷两侧有一系列阶梯状断层 形成地堑构造 有些海底山脉不在大洋的中间 一般称为海岭 如印度洋的东印度海岭北冰洋的罗蒙诺索夫海岭太平洋东部的海岭 其没有明显的中央裂谷 也称太平洋中隆 一 海底扩张说的依据 大洋中脊的一段 全球大洋中脊分布 大洋中脊剖面图 裂谷为重力负异常区 说明物质的密度较小 洋脊处地壳较薄 大部分地段基岩裸露 洋脊为高地热流异常区 中央裂谷附近的热流值常是深海盆正常值的2 3倍 主要为玄武岩 没有或有极薄的深海沉积物 在较深部位的岩石有不同程度的变质现象 综上所述 洋脊位于温度高的地幔软流圈上隆的地段 是岩石圈的巨型张裂谷 是岩浆的涌出口和地热排泄口 也是区域变质发生的地带 1 大洋中脊的特点 海底沉积层中脊 两侧薄 厚洋脊处基岩 玄武岩 裸露沉积物以大洋中脊为中心对称分布 1 海底沉积物厚度对称分布 2 大洋中脊两侧的地质特点 地下溢出的高温熔岩 当温度下降到居里点以下 其中矿物内部原子振动量减小 受到地球磁场的控制 按照当时磁力线方向发生磁化 永远保持原来的磁性 称为剩余磁性 亿万年地球发展过程中 地球磁场南北极曾多次反向 现在的磁场叫正向 与现在磁场方向相反的叫逆向 正负异常 以洋脊为中心对称排列 每一条磁条带宽度不超过数十千米 而长度却可达几千千米以上 2 海底磁条带对称排列 海底沉积物的两个特点 一是最老的沉积物年龄不早于侏罗纪 即不早于2亿年 二是海底沉积物年龄从洋脊到两侧由新到老对称分布 3 海底沉积物年龄对称排列 海沟是切穿岩石圈的深大断裂海沟轴线靠近大洋一侧为一系列阶梯状断层 靠近大陆一侧 为陡峻谷壁 轴线附近为一宽约30m的破碎带 大陆壳推覆在大洋壳之上 属于逆断层性质 大洋壳向下斜插于大陆之下 为一系列张断裂或阶梯状正断层 总之 大洋中脊是将岩石圈拉开 而海沟带则是使岩石圈受到压缩 1 海沟是切穿岩石圈的深大断裂 2 海沟 深切岩石圈的断裂 大洋壳以较大的角度 45 15 向大陆壳下俯冲插入 换言之 大陆壳向着大洋壳之上仰冲 贝尼奥夫带 构成了环太平洋地震带 世界的中 深源地震主要发生在这里 2 海沟是陆壳 洋壳的重叠处 在海沟附近 地热流值较低 0 99 1 16HFU 一般没有现代火山活动 海沟向陆一侧150 200km左右 则往往是一系列火山带 为一系列岛弧带 热流值升高 2 0HFU左右 在岛弧的靠大陆一侧 往往形成边缘海 或称弧后盆地 高地热流异常区也常扩大到这一地区 3 海沟是地热流值较低区 二 海底扩张学说 上述这些奇怪现象的发现 引起科学工作者的极大兴趣和注意 人们提出了一系列问题希望得到解决的 例如 洋脊是岩石圈的张裂带和岩浆涌出口 岩石圈会不会被拉开。