概论二第7章构造变动

第七章构造运动与地壳变形沧海桑田构造运动：山脉是如何形成的7.1

构造变动坚硬的陆地变成海洋，海洋变成陆地，海生贝壳出现在离大洋很远的地方……高山犹有螺蚌壳，或以为桑田所变化石的发现震荡无垠，海宇变动，山勃川湮构造运动的剧变性和旋回性在水成说看来，地球上绝大部分岩石都是沉积形成的，包括花岗岩一类的岩石不过是水溶液的结晶物，火山喷发的岩浆只是煤层自燃熔化了围岩所形成的。德国人维尔纳(A.G.Werner,1749-1817)的地球学说(水成说)认为：地球是一个僵硬的球体，它最初被原始大洋包围，当一个天体掠过地球时，它的引力吸去了地球表面的一部分水，使大洋水面下降。这一过程反复进行，大洋水面一再下降，从而使水下高地露出水面形成陆地。“水火之争”苏格兰人赫顿(James

Hutton,

1726-1797)的地球学说(火成论)认为：花岗岩、玄武岩等岩石是熔融岩浆冷却后的产物。鉴于花岗岩大多出露于山脉的中

央，他认为山脉可能是

大量岩浆(

火，即岩浆)上涌所堆起的，并

使地球表面崎岖不平，同时开始了地面流水缓慢的剥蚀和沉积作用。自然界中“既看不到开始的痕迹，也看不到结束的标志”。“均变论与之争”均变论（拉马克，无脊椎动物学家，1744-1829）：用进废退和获得性遗传，它们既是变异产生的原因，又是适应形成的过程；物种是可以变化的，生物进化的原因是环境条件对生物机体的直接影响。（居维叶，脊椎动物学家，1769-

1832）：生物组合在地层界线上的改变是突发的和剧烈的，各时代都有自己的生物界，但各时代曾在地球上生活过的生物，都被一种“超自然力”所

。CharlesLyell（1797-1875）：现在是了解过去的。直到达尔文“进化论”提出，“均变论”也逐渐占据上风。但是地球的历史既不是“古今一致”的

均变，也不是造成剧变 的“事件”的堆砌。“将今论古”思想提出者Charles

Lyell《地质学原理》收缩假说“收缩与膨胀之争”膨胀假说脉动假说体积时而增大，时而减小7.1.1

板块构造学说的产生板块构造学说：大陆漂移学说海底扩张学说板块构造学说魏格纳和大陆漂移Wegener,L.A.,气象学家1880-1930大陆漂移学说古生物的南部大陆古生物分布情况犬颌(gé)兽中龙属舌羊齿水龙兽古生代冰川晚古生代冈瓦纳大冰川：含舌羊齿植物（P）的冰碛岩在 、南非、澳大利亚、南美和南极洲广泛分布。其他证据20亿年的岩石5.5.亿年的岩石20

亿年前在撒哈拉地盾形成的岩石撒哈拉地盾延续到这里圣路易斯5.5亿年前形成的“泛非群”岩石非洲与南美的一些地和构造的对应关系南美洲和非洲大陆的拼合——海岸线的吻合地球磁场与大陆漂移固定非洲参考系下冈瓦纳古大陆重建：Commonly

accepted

Gondwanareconstruction

of

Smithand

Hallam(1970,

Nature,

225,

139-149)固定非洲参考系下冈瓦纳古大陆重建：现代地理坐标系：组成冈瓦纳古大陆的视极移曲线各自分离；如果按照一定的欧拉旋转参数（Lottes

&

Rowley,

1990）将南美洲、南极洲等冈瓦纳主要组成板块的视极移曲线旋转至现代非洲参考系中，可以发现一个 的冈瓦纳古大陆视极移曲线

。Pangea大陆开始 ，中 重新将和非洲分开，同时东西冈瓦纳开始分离。到晚白垩，南 张开， 开始与Madagascar分离，向欧亚大陆运动。同时，

K/T界限时，由于彗星的撞击，诱发了全球性的气候突变，导致了恐龙的 和生物的再生。~60-55

Ma,

beganto

collide

withAsia

forming

the an

plateau

andHimalayas.

Australia

began

to

moverapidly

northward.约20

Ma，南极被Ice覆盖，北半球也开始顺速变冷，约至18,000年左右，全球进入“IceHouse”气候模式，迎来了最后一次冰期。由现今的板块运动模式外推， 将不断变宽，非洲与欧洲间的地中海将

，澳洲将与东南亚相碰撞，

的将来(+50

Ma)必将形成一个新的超大陆，

由于远离冰期和大气中温室气体的增加，全球变暖.约＋150

Ma，南 洲的东海岸将会形成新的俯冲带， 中脊将会俯冲消亡，最后 ＋250

Ma，形成next

Pangea,

"Pangea

Ultima".海底扩张学说全球裂谷系：大洋中脊裂谷系绘图员大洋中脊Hess

H.H.：“你动摇了地质学的基础！”海底地热流异常：要么是洋壳下面有一个异常的放射源，要么是有地幔的热物质上涌，才可能使洋壳具有如此之高的热流值。海底磁异常条带：中脊磁异常条带洋壳沿大洋中脊呈对称分布负重力异常带中脊几乎没有沉积物大洋不可能是永存的其它海底地质研究新发现环太平洋带的震源深度分布赫斯(Hess

H.H., 19061969)，地学普林斯顿大学地质系系 。二次中队中校的 参加了那场中的风云人物，期间，他以，

且常有机会乘坐潜艇进行水下观察，发现太平洋海底有许多顶部平坦的火山

平顶山。战后，Hess报导了160个这种“太平洋中的下沉古岛”

。这些 盖约特”(Guyot)一般高出海底3

4千米，但离水面不超过1千米 后来他又在汤加海沟发现一座高出海底8200米的Guyot，其平顶离水面730米，向西倾斜1，象比萨斜塔一样歪立在海沟的斜坡上，好象它就要沿着海沟的斜坡滑下去一样。Guyot是前寒武纪古岛(没有珊瑚)吗？Guyot是很年轻的火山岛(顶部沉积物中发现K浅水动物化石)？Hess

H.H.：大洋基本上是地幔的顶部，从洋底得到的蛇绿岩就是地幔的碎片。地幔物质从大洋中脊的裂谷处上升形成新的洋壳，在海沟处下沉重新返回地幔深处。大洋不是永恒的构造单元，洋壳大概每隔300-400Ma更换一次。采用霍姆斯地幔对流模式来解释这一过程：由于大洋中脊是长的，因此地幔对流环就像一只滚动的香蕉，随着对流的进行，新洋壳不断地在中脊处诞生，又不断地在海沟处消亡。洋中脊裂谷海沟海沟“Guyot”原本是洋中脊上的火山岛，它们在洋脊处山顶被波浪夷平，洋壳就象长长的传送带，把Guyot从洋脊送到了海沟的同时，逐渐地冷却收缩，使Guyot慢慢下沉，并最终被“焊接”在大陆边缘。马里亚纳海沟海底扩张海底扩张说Vine

&

Mathews

(1963)

hypothesisDetermination

of

the

rate

of

seafloor

spreading7.1.2

板块构造学说要点三个基本事实两个基本假说软流圈的重新确认板块的划分大规模水平运动刚性表面积基本保持不变全球现代火山和分布图全球板块划分方案：6-7

块和7小板块板块的构成：洋壳与陆壳岩石圈的复合板块边界的三种类型离散型边界汇聚型边界转换型边界AB旋转轴旋转极旋转半径小圆大圆板块的球面运动方式板块运动遵守球面运动的欧拉定律。由于岩石圈板块是在地球表面运动的，因此板块的运动必定饶某个极点进行（这个极点与地球的旋转极和磁极无关）。板块A板块B板块C欧拉极地理北极欧拉极欧拉极转换断层欧拉旋转中心7.1.3

威尔逊旋回威尔逊旋回胚胎期东非大裂谷系统红海、亚丁湾幼年期成年期大洋发育成熟的过程裂谷线性洋盆大洋中脊裂谷东非裂谷系与红海、亚丁湾构成了三连点（左图）岩石圈破裂的最初阶段和其后的发展演化（上图）东非裂谷非洲红海亚丁湾裂谷火山穹隆上升的热幔柱破裂形成三连点裂谷夭亡支形成线性洋盆大洋发育成熟之后就逐渐的它的（期）。太平洋就是处于期的典型大洋，虽然太平洋目前仍然是世界上最大的大洋，但比起中生代它所具有的规模来已经小得很多了。这一阶段最典型的特点是大洋的增生和消减并存，但俯冲消减的速度要大于增生的速度。地中海终了期完全闭合雅鲁藏布江大洋演化的的最后阶段增生楔前陆盆地年轻的造山带不断消亡的洋盆缝合带7.1.4

板块动力学板块的驱动力地幔对流蜡的对流模型受热膨胀上升受冷收缩下沉地幔内的高温物质上升到岩石圈底部,并开始水平运动，而后冷却下沉到地幔深处再加热上升，形成一个物质循环，这一循环周而复始。与这种对流类似的例子见于水壶的加热，壶底受热升温，随后膨胀并且密度降低，高温的

流体上升到顶部，然后被迫水平

运动，随后冷却，因密度增大而

下沉。大多数地质学家认为地幔对流是引起板块运动的根本原因，但对地幔对流的形式仍有不同的见解：即上地幔对流模式和全地幔对流模式。Model

of

mantle

plume

rising

upward

through

the

mantle

(A)

to

form

a

hotspot

(C)

and

associated

flood

basalts

(B)

and

volcanic

chain

(D).地幔对流模型（Science,1999）7.2

褶皱变动Folded

sedimentary

rock

layersSedimentarybedsoutcropped

in

theSangdanlin

area

of.Line

of

strike倾向Direction

of

dip倾角Angle

of

dipWaterNorth岩层的产状要素示意图褶皱背斜(anticline)：(antiform)层由老到新为背斜。向斜(syncline)：(synform)由新到老为向斜。挠曲：背形按地层时代从核部向两翼地相形按地层时代从核部向两翼地层7.2.1褶皱要素Anticline

(left)

and

Syncline

(right)岩层中的挠曲褶皱要素翼核部轴面倾伏角枢纽转折端cdef7.2.1

褶皱的形态与分类不同的褶皱形态及名称a

b尖棱褶皱（a）：梳状褶皱（b）：拱状褶皱（c）：箱状褶皱（d）：扇状褶皱（e）：等斜褶皱（f）：YahaSection

in

the

Kuqa

Depression褶皱中轴面位置的变化及褶皱类型abcde对称褶皱(a)：不对称褶皱(b)：倾斜褶皱(c)：倒转褶皱(d)：平卧褶皱(e)：7.2.3

褶皱的判别褶皱的产状要尤其是对褶皱两翼岩层新老顺序的鉴别，成素为区分褶皱类型的主要依据新、老顺序呈对称分布的岩层，都构成褶皱况倾伏褶皱在平面上的出露情出露的长度远远超过宽度的褶皱称为线性褶皱，这种褶皱的两翼岩层往往在很长的范围内平行延伸；长度和宽度之比小于3：1的褶皱称为短轴褶皱；长度和宽度大致相当的短轴背斜被称为穹隆(dome)。区构别造穹窿与构造盆地的断裂变动：节理（裂隙）：断层（断裂）：7.3

断裂变动节理：张节理：剪节理：7.3.1

节理岩石抗剪切压应力共轭剪切节理主压应力方向锐角共轭剪切节理共轭剪切节理7.3.2

断层断层铅直断距滑距断层面水平断距断层位移要素示意图滑距：断层两盘上原来相合的对应点之间的直线距离；断距：断层两盘对应岩层之间的相对距离；其数值随测量方向不同而变化。 平断距、铅直断距等等。逆断层：平移断层(走滑断层)