构造运动与地质

tectonicmovementandgeologicalstructrue第八章构造运动与地质构造实践中的构造地质学问题二十世纪大地震1999.8.17日3时7分土耳其西部和中部发生7.8级大地震，造成巨大损失。死亡人数超过4万人，其中工业省份科贾埃利省伤亡最大。一座大炼油厂原计划卖出17%股份，价值7.26亿美圆，顷刻之间毁于一旦。地震－对人类威胁最大的自然灾害之一天然地震绝大部分是构造地震地震能够预防吗？可以。但是，首先需要了解地震发震机理，学习构造地质学的知识然后，通过系统研究……，提出解决方案。如果获得突破性进展，你将有可能获得新设立的“诺贝尔地学奖”三峡工程

坝址选择基底：岩性，坚固性，渗水率山体移动应力释放，岩崩

地震区域稳定性：稳定地块，活动带断层活动性

边坡稳定性三峡大坝三峡工程大坝坝址选定在宜昌市三斗坪。坝址区河谷开阔，两岸岸坡较平缓，江中有一小岛（中堡岛），具备良好的分期施工导流条件。枢纽建筑物基础为坚硬完整的花岗岩体，岩石抗压强度约100兆帕；岩体内断层、裂隙不发育，且大多胶结良好、透水性微弱。这些因素构成了修建混凝土高坝的优良地质条件。

8·1构造运动8·1·1构造运动的概念8·1·2构造运动基本形式8·2岩石的变形与地质构造8·2·1地质构造的概念8·2·2地质构造类型8·2·3岩石的力学分析8·3确定地史期构造运动的方法8·3·1岩相分析8·3·2厚度分析8·3·3接触关系分析8·3·4阶地分析8·1构造运动（tectonicmovement）8·1·1构造运动的概念地球自其诞生日起至今无时无刻不在运动，这种运动不仅表现在地球不断地绕太阳公转及地球不断地绕自己的轴自转，而且在地球内部的任何一个部分也都在不断地运动着。这种运动并不是理论上的推断，而是可见的。例如：火山喷发是地球内部物质向上运动的结果。由于地球内部的高温高压，使地球内部的物质呈塑性状态或熔融状态，这些柔软的或液态的物质，在力的作用下会发生运动，是易理解的。但是，地球表层的地壳是固态的，这种固态物质是否也在不断地运动呢？这是1958年发生的一次地震造成的地面裂开，说明这里受到了一个拉张力的作用，固体的沉积层发生了位移运动。上面是水平的沉积岩层，下面是倾斜的沉积岩层。说明在形成上面的沉积层前，下面的岩层发生过位置变动的运动，是有一个力将原来水平的固体沉积岩层推成倾斜。此照片中岩层的倾斜度比上一张照片中岩层的倾斜度更大。说明此岩层所受的推力较大，故使岩层发生的位移运动也较大。此照片中的岩层近于直立，由原始的水平状态被推到直立，说明岩层受到了巨大的推力，发生了近90度的位移变动。此照片中的岩层发生了弯曲，称为褶皱，由原始的水平状态变成现在的褶皱，说明固体的岩层受到了巨大的挤压力的作用后，发生了塑性变形。意大利那不列斯的古人建造的一个祭典太阳神的建筑，后来被海水浸没，而废弃。文献记载这个建筑群当时建在陆上，说明是地壳下沉所致。由于这些石柱长期浸在海水中，许多贝壳生物吸在柱上，现在这些石柱又出露水面，留在石柱上的贝壳高度有2米以上，可见地壳又抬升了。说明地壳除了前面所见的水平拉张与推挤运动外，还有垂直方向上的升降运动。固体地壳在不断地运动着，既有水平的拉张与挤压，又有垂直的升降运动。固体地壳的运动，只有在特殊的情况下才表现得既快速又激烈，例如地震，它可以引起山崩、地陷、海啸，使人们可以直接感受到地壳在运动。但是在绝大多数情况下，地壳运动的进行是十分缓慢的，它不容易被人们所感觉到。那不列斯太阳神庙所在地的升降，并不是短时间内发生的，它经历了上千年的历史；水平岩层的倾斜和褶皱的形成则经过了几百万年的过程，是在一个相当长时期的定向力的作用下发生的缓慢形变的结果。构造运动（又称地壳运动）是指由地球内部动力引起的固体地球表层的机械运动。构造运动引起地壳结构的改变和物质的变位。

地球表层所发生的一系列构造运动是地球内部物质的不均衡运动的结果。在某个地方发生了拉张，必定在其相邻的地方发生了挤压；在某个地方发生了抬升，必定在其周围地区发生了下降。

地球内部的物质运动总是破坏了一个平衡，再逐渐趋向新的平衡，而在这里的新平衡建立的过程中，又破坏了邻区的平衡，从而使地球表层不断地发生着运动。8·1·2构造运动的基本形式构造运动根据运动的方向可分为：水平运动与垂直运动两大类。1，水平运动（horizontalmovement）是地球表层（地壳或岩石圈）的块体沿大致平行地球表面的方向上运动。其中有三种基本形式：（1）相邻地块在水平方向上相互分离拉开，称拉张。（2）相邻地块在水平方向上相互靠拢，称挤压。（3）相邻地块受到不在同一直线上的相对运动的水平力的作用而发生相对的错动，称剪切。2，垂直运动(verticalmovement）相邻地块或同一地块的不同部分在地球半径方向上作差异性的上升或下降。也有三种基本形式：（1）相邻地块沿垂直面作相对上下运动；（2）相邻地块沿斜面作相对上下运动；（3）同一地块的不同部分上升或下降速度不同而造成的相对运动。8·2岩石的变形与地质构造8·2·1地质构造（geologicalsrtuctrue)的概念构造运动的基本形式有水平运动及垂直运动，在地球表层的不同部位，有时以水平运动为主，有时以升降运动为主，有时两者频繁交替，有时两者同时发生。构造运动的结果造成了地壳上岩石的变形与变位，形成一系列地质形迹，或产生岩层的倾斜，或形成了岩层的褶皱，或在岩石中产生断裂，有的断裂是拉张型的，有的则是剪切型.这一系列由构造运动造成的岩石变形与变位的地质形迹，称为地质构造。那么，在地壳上有哪些基本地质构造类型呢？8·2·2地质构造类型1，水平构造在地壳上存在的地质构造形迹是多种多样的，可以说没有一个地质构造与另一个地质构造是完全相同的，只存在相似性。根据相似的形迹特征，将地质构造归纳成五种基本地质构造类型：水平构造、倾斜构造、皱褶构造、不整合构造、断裂构造。原始的沉积物都是水平或近于水平的的层状堆积物，固结成岩后称为岩层。岩层经构造运动后，仍呈水平或近于水平状态的地质构造形迹，称水平构造。每个岩层都有互相平行的顶底面，称为层面。其顶面称上层面，底面叫下层面。上下层面间垂直距离是岩层的厚度。水平构造2，倾斜构造（1）概念岩层经构造运动后改变了原来的水平状态，形成岩层面与水平面间具有一定夹角的地质构造形迹，称为倾斜构造。这种岩层叫倾斜岩层。（2）岩层的产状由水平岩层变位成倾斜岩层后，岩层在空间中的位置如何来表达？地质学上把岩层在空间的位置，称为岩层的产状。岩层的产状有三个要素：①走向（strike）岩层的层面与水平面交线的延展方向（AB）。②倾向（dip）岩层面上垂直走向的倾斜线在水平面上的投影线的方向（CD）。③倾角（dipangle）岩层面与水平面的夹角（∠CDE）。当岩层倾角达90度时，称直立岩层。3，褶皱构造（fold）（1）概念岩层受到垂直压力或水平挤压力而发生各种弯曲，称为皱褶构造。皱褶构造中的单个弯曲称褶曲。褶曲的形态要素有：核、翼、轴面、枢纽。核（core）褶曲中心部分的岩层翼（limb）褶曲核部两侧岩层轴面（axialplane）褶曲两翼的近似对称面。枢纽（hinge）轴面与层面的交线（2）褶曲的类型褶曲的基本类型有两类：背斜和向斜①背斜岩层向上拱起的弯曲构造，称为背斜。②向斜岩层向下凹的弯曲构造，称为向斜。背斜的特点是：a，两翼产状相反b，核部岩层老、翼部岩层新c，由核部向两侧岩层对称重复出现向斜的特点是：a，两翼产状相反b，核部岩层新、翼部岩层老c，由核部向两侧岩层对称重复出现a，按褶曲的轴面特征分类有:直立褶曲、斜歪褶曲、平卧褶曲及倒转褶曲①直立褶曲轴面与水平面垂直②斜歪褶曲轴面与水平面斜交，两翼倾向相反。③倒转褶曲轴面与水平面斜交，两翼倾向相同。④平卧褶曲轴面与水平面斜交b，按褶曲的转折端形态分类有:尖棱褶曲、箱形褶曲及扇形褶曲①尖棱褶曲转折端尖棱。尖棱褶皱②箱形褶曲转折端呈长方形③扇形褶曲转折端呈扇形箱形向斜C，按枢纽的状态分有：水平褶曲与倾伏褶曲①水平褶曲枢纽平行水平面组成褶曲的地层的层面在水平面上的走向线互相平行。②倾伏褶曲枢纽与水平面斜交。组成褶曲的地层的层面在水平面上的走向线呈鼻状圈闭。d，按褶曲在平面上的长宽比分有：线形褶曲、短轴褶曲、穹窿与盆①线形褶曲长宽比在10倍以上，又称长轴褶曲。②短轴褶曲长宽比为3－10倍。③穹窿与盆长宽比小于3的褶曲。上凸的背斜称穹窿；下凹的向斜称盆。e，按褶曲的组合形态分有：复背斜与复向斜②复向斜由一系列次一级的背斜和向斜组成的大向斜，称为复向斜①复背斜由一系列次一级的背斜和向斜组成的大背斜，称为复背斜背斜和向斜形成初期，背斜成山、向斜成谷，但经剥蚀作用，可造成背斜是谷，向斜是山，或夷平后上面再沉积新的地层。当上下两套地质构造截然不同时，又产生了一类新的地质构造，叫不整合构造。不整合构造向斜山背斜山4，不整合构造不整合构造可分平行不整合和角度不整合两类：①平行不整合新老两套岩层都为相同的水平构造或倾斜构造，并且互相平行（即产状一致），但新老两套岩层之间有沉积间断或剥蚀面存在，岩石性质和古生物演变存在突变（即下卧的岩层形成后，地壳抬升，不再接受沉积，并且遭剥蚀；后来地壳又下沉，再接受沉积，形成上覆岩层）。平行不整合又名假整合。新老岩层产状一致，岩石性质和古生物演变渐变，新老岩层之间不存在沉积间断或剥蚀面，称为整合。②角度不整合新老两套岩层据不同的地质类型构造，即产状不一致，并且新老两套岩层之间有沉积间断及剥蚀面存在，岩石性质和古生物演变存在突变，称为角度不整合。角度不整合5，断裂构造断裂构造是岩石破裂所造成的地质构造形迹。有节理和断层两类构造。岩石破碎后破碎面两侧岩块有明显错动者，称断层，其错动面称断层面；无明显错动者，称节理，其裂开面称节理面。节理按其力学成因分有：张性节理、剪（扭）性节理及压性节理。棋盘状节理（1）断层要素断层有三要素：断层面、断层盘及断层线断层面是岩块间发生相对错动的错动面。断层盘是断层面两侧的岩块。若断层面与水平面斜交，位于断层面之上的，称上盘；位于断层面之下的，称下盘。若断层面与水平面垂直，位于断层面右侧的，称右盘；位于断层面左侧的，称左盘。断层线是断层面与水平面的交线。（2）断层的分类a，按两盘运动方向分有：正断层、逆断层与平移断层①正断层，上盘向下运动②逆断层，上盘向上运动断层面倾角低于25度的逆断层，叫逆掩断层。大规模的逆掩断层，叫推覆构造③平移断层，断层面近于垂直，两盘作水平错动，垂直方向无明显位移。b，按断层与岩层的相对位置分有：走向断层、倾向断层及斜向断层①走向断层，断层线与地层走向平行或近于平行。②倾向断层，断层线与地层走向垂直或近于垂直。③斜向断层，断层线与地层的走向斜交。c，按断层的组合形式分有：地堑、地垒、阶梯状断层及叠瓦状断层。①两条倾向相反的正断层夹持的中间地块为共同下降盘的断层组合，称地堑。②两条倾向相反的正断层夹持的中间地块为共同上升盘的断层组合，称地垒。③多条倾向基本一致的断层，它们的上盘都为下降盘的断层组合，称阶梯状断层。④多条倾向基本一致的断层，它们的上盘都为上升盘的断层组合，称叠瓦状断层。（3）判断断层的依据①断层面上有擦痕、镜面、阶步。擦痕是断层发生时两盘互相摩擦在断层面上留下的刻划印痕。镜面是断层发生时两盘互相摩擦在断层面上留下的磨光面。阶步是断层两盘拉开时在断层面上造成的断口。擦痕和阶步可指示断层两盘的运动方向。②断层面旁有拖奄小褶曲。褶曲的弧尖指示本盘运动方向③断层面两侧岩石碎裂造成断层角砾岩、磨砾岩（砾石呈棱角状称角砾岩，砾石混园状称磨砾岩）糜棱岩或千糜岩，以及断层泥（断层强烈摩擦形成的泥状物质，松散未成岩者为断层泥，固结成岩者为千糜岩）④断层面两侧岩石中节理密集。当密集的节理平行断层面分布，将岩石破裂成貌似千枚或片岩时的节理群，称为破劈理。④在地形地貌上，断层形成悬崖峭壁，断层三角面，及沿断层线成沟谷，有地下水出露成泉、串珠状湖及河流。断层三角面沿断层线形成河流断层卫星照片圣安德烈斯大断层⑤断层造成岩层在走向上不连续，或发生重复或缺失。8·2·3岩石的力学分析任何物体受力后都会发生变形，当外力消失后能复原的称为弹性,但弹性有弹性限度；当外力的超过弹性限度时就会发生变形。任何物体还有抵抗外力不变形、不破坏的抵抗强度，但也有强度极限；当外力的超过物体的强度极限时就会发生破裂。岩石受力后也要发生变形，甚至破碎，变形的过程可划分三个阶段：（1）弹性变形阶段当所受外力小于岩石的弹性限度时，外力要使岩石变形，而岩石内部的抵抗力则促使岩石复原，因后者大于前者，岩石受力后没有留下痕迹。（2）塑性变形阶段当外力加大到超过岩石的弹性限度，但未超过岩石的强度极限时，此时岩石变形，岩石内部的抗力随之分解，当外力消失后，内部抗力已没有能力使岩石复原。岩石中皱褶的形成就是塑性变形阶段的产物。（3）断裂变形阶段当外力加大到超过岩石的强度极限时，岩石破裂，随岩石的破裂，外力与内力同时释放。岩石中断裂的形成是此阶段的产物。那末，岩石破裂时岩石内的力的分解情况如何？当岩石受挤压时，在垂直主压力的方向上派生拉张力，在拉张力作用下，产生张裂面；主压力与派生拉张力的合力形成与主压力方向斜交的剪切力，在剪切力作用下，产生剪裂面；因为主压力大于派生拉张力，故剪裂面偏向主压力方向，即剪裂面夹角的锐角指向主压力方向。在主压力的推动下，岩块沿剪裂面上爬，形成逆断层。当岩石受拉张时，在垂直主拉力的方向上派生挤压力，在拉力作用下，产生张裂面，主拉力与派生压力的合力形成与主拉力方向斜交的剪切力，在剪切力作用下，产生剪裂面；因为主拉力大于派生压力，故剪裂面偏向主拉力方向，即剪裂面夹角的锐角指向主拉力方向。在主拉力的拖动下，岩块沿剪裂面下滑，形成正断层。上述分析称构造力学分析，使用的是应变椭球体，故又称应变椭球体法。从上述分析中可得出如下规律：1.如果某地区主要发育正断层，则该地区主要经受拉张力作用。2.如果某地区主要发育逆断层，则该地区主要经受挤压力作用。3.但引发上述断裂的主应力都是在一条直线上，那末，当主应力不在一条直线上时，岩石中力的分解情况又如何？当主应力不在一条直线上时，就会产生合力的剪切作用，在合力的方向上，形成平移断层。左旋逆断层右旋逆断层左旋正断层右旋正断层8·3确定地史期构造运动的方法8·3·1岩相分析地史期内发生的构造运动可根据构造运动留下的地质记录，来分析和恢复它的发展历史，分析的方法有：岩相分析法、厚度分析法、接触关系分析法及阶地分析等。岩相是地质环境及其物质表现的总和。1，沉积（岩）相沉积作用＋沉积物特征＋沉积岩形成时的地质环境＝沉积（岩）相在大陆上形成的沉积统称陆相；在海洋中形成的沉积统称海相；在海陆过渡地带形成的沉积统称海陆过渡相。陆相中还可进一步划分：河流相、湖相、沼泽相、冰川相等。海相中还可进一步划分：滨岸相、浅海相、深海相、浊流相等。海陆过渡相相中还可进一步划分：三角洲相、潮坪相、泻湖相等。2，岩浆（岩）相岩浆作用＋岩浆岩特征＋岩浆岩形成时的地质环境＝岩浆（岩）相。岩浆侵入体中央的产物称中央相；岩浆侵入体边缘的产物称边