大三啦-大地构造01introduction

大地构造学

（Tectonics）1.Introduction

主讲：刘俊来

办公室:教二楼252 联系方式：

Phone:82321656 QQ:84023999 答疑时间：周二（9:00-11:00) 本章提纲一、大地构造学的范畴二、大地构造学：内容与方法三

、大地构造学发展历史四、课程内容、特点、学习方法和要求地球:adynamicplanet一、大地构造学的范畴现今和地球历史上表现出强烈的活动性Evidencesforthedynamismoftheearth喜马拉雅山雪崩智利火山喷发TectonicsScalesMacroscopicMesoscopicMicroscopic108cm10-8cmGlobal,regionalLocal-outcropMicroscope-electronmicroscopesTectonicsStructuralGeologyMicrotectonicsStructuralgeology

Thestudyofthethree-dimensionaldistributionof

rock

unitswithrespecttotheirdeformationalhistories.Theprimarygoalofstructuralgeologyistousemeasurementsofpresent-dayrockgeometriestouncoverinformationaboutthehistoryofdeformation(strain)intherocks,andultimately,tounderstandthe

stressfield

thatresultedintheobservedstrainandgeometries.Thisunderstandingofthedynamicsofthestressfieldcanbelinkedtoimportanteventsintheregionalgeologicpast;acommongoalistounderstandthestructuralevolutionofaparticularareawithrespecttoregionallywidespreadpatternsofrockdeformation(e.g.,

mountainbuilding,

rifting)dueto

platetectonics.——FromWikipediaMesoscopicScaleMicrotectonicsObservationsonthemicrostructureorfabricofarock,specificallyinthinsection,canbeusedintwomajorfields.Theycanbeappliedtounderstandmechanismsofrockdeformationandmetamorphism;Theycanbeusedtoreconstructthestructuralandmetamorphichistoryofavolumeofrock.

Becausesuchthinsectionstudiescanservetoreconstructtectonicevolution,weusethetermmicrotectonics.——Passchier&Trouw,2005MicroscopicScaleMicrotectonicsObservationsonthemicrostructureorfabricofarock,specificallyinthinsection,canbeusedintwomajorfields.Theycanbeappliedtothematicstudies,tounderstandmechanismsofrockdeformationandmetamorphism;Theycanbeusedtoreconstructthestructuralandmetamorphichistoryofavolumeofrock.

Becausesuchthinsectionstudiescanservetoreconstructtectonicevolution,weusethetermmicrotectonics.——Passchier&Trouw,2005SubmicroscopicScaleTectonicsTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.

大地构造学是研究地球，特别是地球表层（岩石圈）的组成、结构、演化历史、运动规律及动力、成因的一门科学。它的主要目的在于揭示和解释各种构造现象的本质，建立地球和岩石圈演化的基本规律。涉及到区域尺度上板块间的相互作用：沉积作用、变形构造、岩浆作用、变质作用、成矿作用……涉及到岩石圈不同层次的相互作用：地壳层次-上部地壳、中部地壳和下部地壳地幔层次（岩石圈地幔、软流圈、地幔过渡带……MacroscopicScaleTectonics——SedimentaryenvironmentTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.活动大陆边缘与被动大陆边缘

—沉积物Tectonics——MagmatismTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.TheringoffireTectonics——MetamorphismTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Tectonics——MineralizationTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Tectonics——LithospherestructuresTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Jackson,J.,2002Pysklywec,R.N.,2001TectonicsandearthquakesMapofepicentersofhistoricalearthquakesgloballyoccurredsince2150BC.Colorrepresentstheestimateddepthoffocus.

汶川-雅安地震24长石开始塑性变形石英开始塑性变形中部地壳脆-韧性转变域(≈11-18km;≈280-450°C）岩石发生了由脆性变形向塑性变形的转变塑性石英+脆性长石中部地壳25中部地壳1）易于破坏：断层作用活跃、地震频发中部地壳岩石具有流变学二重性中国大陆（1970-2000）地震震源分布图（31282次），ML

2.0，张国民等，2002Jacksonetal.,200226中部地壳2）流变强度高：强震云集中部地壳岩石具有流变学二重性汶川地震（2008）主震与余震震源分布，Wangetal.,2011，Nature中国大陆（1970-2000）地震震源平均深度分布图（42832

次）张国民等，20026-7.85-5.94-4.93-3.92-2.91-1.93）慢地震：以各种形式的断层活动缓慢释放地震能量慢地震类型：SilentEQ:静地震ETS:幕式颤动和滑动SSE:慢滑移事件VLF:甚低频地震LFE:低频地震(Ide,etal.,2007,Nature)断层整体的平均破坏扩大速度大于1km/s的为通常的地震,1km/s～100m/s的为缓慢地震,100～10m/s的为寂静地震,1～0.1m/s的为蠕滑事件（Beroza，1990）28中部地壳中部地壳以水为主的流体相活跃1)促进变质反应的发生；2)参与热液成矿；3）水解弱化、水压致裂：强烈影响着岩石的流变性29透入性塑性流动完全脆性破裂与摩擦滑移中部地壳？尽管石英已经进入塑性变形域，但摩擦滑移变形依然占主导地位。地质学方法构造地质学岩石学地层古生物学…….地球物理学地球化学地球化学同位素年代学二、大地构造学：内容与方法研究内容：岩石圈的组成、结构与时空演化Slip-linefieldtheory

-统治东亚-东南亚新生代大地构造研究近40年的理论东亚变形场刚性-塑性材料与平面应变滑线场SeismicTomographyandsubductingplateMTandlithospherestructureNelson,et

al.,1996MTandlithospherestructureBaietal.,2010ReceiverfunctionvelocitystructureacrosstheNorthChinacratonZhengetal.,2009Zhaoetal.,2005Geochemistry-Lithoprobe大地构造学的发展经历了一个漫长的过程，从大地构造概念的萌发、假说阶段发展到科学理论阶段，即板块构造理论阶段。三

、大地构造学发展历史1.始于16世纪到18世纪前：萌芽阶段

认知地震、火山、海岸线变动等地壳运动和地球内部活动性。18世纪地质学史上的水成论与火成论之争，标志着大地构造概念的开始形成。2.18世纪晚期到20世纪中叶：

各种假说纷争阶段1）褶皱与岩浆并不总是相伴；2）褶皱并非环形，常呈带状；3）沉积岩底部的岩浆岩时常更老。收缩说（19世纪30-40年代）EliedeBeaumont(1830,1852)法国熔融的地球：冷却、收缩地壳收缩—褶皱作用1）元素放射性的发现；放射性元素衰变生热；地球形成初期未必就是热的，而有可能是冷的；2）大规模的推覆体与褶皱相伴，大规模的水平位移很难用地壳冷却解释；3）褶皱常常从造山带中心向外，而非从两侧刚性地块的边缘开始。褶皱带状分布，并非随机分布膨胀说（20世纪30-50年代）：脉动说（20世纪初）：地幔对流说（20世纪初开始）：代表人物：ArthurHolmes（英国）地槽–地台学说1859年美国地质学家霍尔(J.Hall)在北美考察时，注意到古生界同一时代的地层在阿帕拉契亚山脉比以西的密西西比河平原几乎厚上十倍，他据此提出褶皱山系是在地壳原来巨大拗陷部位生成。。1873年美国地质学家丹纳(J.Dana)通过科迪勒拉山系的研究提出了“地槽”的概念(geosyncline)，并提出“地向斜”经地球冷缩而挤压褶皱成山。同时期欧洲地质学家根据阿尔卑斯山脉只有厚度不大的深海相沉积,但造山变形强烈，所以认为地壳拗陷不是由于沉积物的重压,而是由于侧向挤压形成，并把这种拗陷称之为“地槽”。。

APPALACHIANMOUNTAINSJHall(霍尔，1859）：注意到阿帕拉契亚山系与密西西比平原之间古生界地层巨大的差异。Theconcept(idea)ofanAppalachiangeosyncline[modifiedfromJamesHall,1854]Hall:拗陷与载荷J.Dana(1873)提出地槽的概念；强调了侧向挤压的作用Kay’sgeosynclines:theoriginalconcept(idea)凯伊，1951据阿帕拉契亚地槽的结构：地槽偶1979年美国深反射地震COCORP在阿帕拉契亚山80Km内识别出6-15km厚、位移距离超过260km自东向而西的，逆冲构造推覆体。它形成于加里东期古大西洋的闭合。1887年俄罗斯地质学家卡尔宾斯基根据东欧平原近水平产状的古生界到处角度不整合在已强烈变质和变形的结晶基底之上，成为弱变形的稳定构造区提出了地台(platform)概念。

1900年法国地质学家奥格(E.Haug)在《地槽和大陆块》中首次把地槽和地台并列为大陆上存在的两类基本大地构造单元。许多学者并认为地台是由地槽演化而来。1947年苏联学者沙茨基（H.C.Shatsky）根据褶皱基底形成的时代把地台划分成古地台（前寒武纪基底）和年轻地台。20世纪前半叶槽-台理论进入全盛时期

施蒂勒(H.Stille，1940)有关褶皱幕年代表及其全球对比；沙特茨基(H.C.Shatsky，1955)根据俄罗斯地台里菲期巴契尔马坳陷提出内角拗陷即拗拉谷概念（Aulacogen）；别洛乌索夫(B.B.Beloussov，1954)对地槽演化程式和研究方法的系统论述，并首次提出“地台活化”的概念；裴伟(A.V.Peyve，1946)的“深大断裂”概念及其与地槽产生的关系；凯伊(M.Kay，1951)的地槽系统分类；奥布英(JeanAubouin，1965)对地槽偶造山极性的论述等当时都产生过巨大的影响。

地槽偶和大陆边缘的对比(鲍洛特Boillot1979,转引自杨森楠1985)按照现在的认识，地槽偶总体上相当于大陆边缘部位。这里不仅是洋、陆直接相互作用的场所，它的斜坡地形也保证了稳定的物源供应和长期拗陷的条件。3.大地构造学的新地球动力学时期大陆漂移洋底扩张板块构造

从二十世纪六十年代以来，板块构造理论成为大地构造学说的精粹，以纵观全球的气魄和高度的概括能力，成功的揭示了地球上众多的构造现象和地质作用，并把地壳运动、岩浆活动、变