第1章构造地质学绪论

1、徐海军 中国地质大学地球科学学院 hj_ 2013年25月,构造地质学,任课教师简介,徐海军，理学博士，副教授，地球科学学院构造地质系，主要研究方向为显微构造和大陆深部构造。 室内主讲地质学基础、构造地质学课程，野外承担“武汉周边地区地质实习”和“周口店野外实践教学”等工作。 Email:hj_ Tel第一章绪论,徐海军 地球科学学院,绪论,为什么要学习和研究构造地质学？ 什么是构造地质学？ 怎样学习和研究构造地质学？ 课程安排和要求,一. 为什么要学习和研究构造地质学,Why to learn and study Structural Geology？,1. 现代地

2、学革命,在地质学发展史上，有三次著名争论: 水成论（维尔纳） vs. 火成论（赫顿） 渐变论（赖依尔） vs. 灾变论（居维叶） 地壳运动的固定论 vs. 活动论 争论焦点： 地球是静态的还是动态的？ 地壳运动的动力来源是外在的还是内在的？,20世纪最耀眼的12组科技成果,七大科学成就,相对论 量子力学 物质的基本结构 宇宙大爆炸理论 DNA分子双螺旋模型 大地板块构造学说 信息论、控制论、系统论,五大尖端技术,核能与核技术 航天和空间技术 信息技术 激光技术 生物技术,二十世纪重大成就之一全球板块构造,板块构造理论否定了海洋永恒、地壳以垂直运动为主的固定论，建立了岩石圈以水平运动为主的活动论

3、。 板块构造理论是研究地球演化史、研究地质灾害发生机制和研究矿产及能源分布规律的新的理论基础。,大陆漂移 (1915),海底扩张 (1961-1962),板块构造 (1967-1968),全球板块构造理论 地球科学全球观、系统观的成功实践,在20世纪60年代早期，板块构造理论的出现引发了地球科学的一场革命的确，认识到整个地球表面处在持续的飘移中，已经深刻地改变了我们观察这个世界的方式。毫无疑问，板块构造对地球科学，与原子结构的发现对物理学和化学，或者进化论对生命科学同等重要。,“构造地质学”在地质学中的地位,构造地质学是地质学的基础学科之一，是研究地球动力学的领导学科！ 许多地质学问题都涉及到

4、构造地质学。 地质学中的地层学、岩石学、古生物学好比某机器中的各种零部件车间，而构造学就是组装车间，单个部件故然可以成精品，但组装起来的“机器”作用会更大。如同计算机中的主板、CPU、内存条等均不可缺少，但怎有“电脑世界”的奥妙和精彩。,2. 我们生活在活动的地球上,2020/9/3,大陆漂移,欧亚大陆,南极大陆,The Earth is a dynamic planet,地震（Earthquakes） 火山喷发（Volcanic Eruption） 海啸（Tsunami） 高原隆升（Plateau Uplift） 地壳断裂（Crust Fracture） 大陆碰撞（Continental C

5、ollision） ,2020/9/3,地震诱发印度洋大海啸（2004年12月26日）,四川汶川映秀镇2008年“5.12”大地震,汶川地震与青藏高原,Royden LH 2008, Science,威力无比的板块运动,地球上许多宏伟壮观的自然现象都与板块运动息息相关,如:地震,火山,高原隆升以及海陆盆岭变迁等; 如果没有印度板块与亚欧大陆碰撞,今天巍峨的喜马拉雅山也无复存在。,青藏高原,珠穆朗玛峰 8844.43米,布达拉宫,3.构造地质学的科学实践对人类社会具有重要影响,各种资源的寻找和勘探，预测和开发； 各种工程建设，如三峡大坝，电站基地； 环境地质滑坡、灾害地质地震； ,地质构造与矿藏

6、的关系密切,当代社会面临人口、资源、环境三大问题，涉及人类社会可持续发展的生死存亡的关键问题。 为了保证资源供应、改善生活环境和防治自然灾害，人类需要关爱地球的健康。 具备地球科学基本知识，是21世纪的建设者和决策者们必不可少的条件之一。,大学生需要拓宽知识面，增强竞争力,“基础要扎实， 专业要精深， 知识要广博。” 要重视学科交叉，学好地球科学知识。 “水本无华，相荡乃生涟漪；石本无火，相击乃发灵光。”,二. 什么是构造地质学,What are Structural Geology？,1.构造地质学的概念,构造（structure）：物体中物质组成构建方式，就像任何建筑物（architect

7、ure）一样。 地质构造（简称构造）：地壳或岩石圈各个组成部分的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称。通俗讲，地质构造是由于地壳变形而造成的建筑形态。从露头尺度来讲，这种构造形式主要表现为褶皱、断层、节理、面理和线理等。,什么是构造地质学？,构造地质学是地质学的重要基础学科之一，主要是研究地壳中岩石、岩层和岩体在地球动力作用下变形所形成的各种现象（构造）、几何形态和组合形式，从而探索地质构造形成机制、演化和力学过程。 主要任务有：构造描述、构造力学分析。 构造地质学研究最终目的是建立地壳（或上地幔）所经历的应变、应力、应变速率、温度和压力的历史。,structural geologyfrom

8、wikipedia, the free encyclopedia,Structural geology is the study of the three-dimensional distribution of rock units with respect to their deformational histories. The primary goal of structural geology is to use measurements of present-day rock geometries to uncover information about the history of

9、 deformation (strain) in the rocks, and ultimately, to understand the stress field that resulted in the observed strain and geometries. This understanding of the dynamics of the stress field can be linked to important events in the regional geologic past; a common goal is to understand the structura

10、l evolution of a particular area with respect to regionally widespread patterns of rock deformation (e.g., mountain building, rifting) due to plate tectonics.,构造学 (tectonics) 研究地球的物质组成、结构、构造及其形成、发生、发展和演化规律及机理的一门地球科学分支学科。,2.地质构造尺度与规模,巨型构造 大型构造 中型构造 小型构造 微型构造 超微构造,大地构造学 tectonics 构造地质学 structural geol

11、ogy 显微构造地质学 microstructural geology,褶皱的分布范围及其形态特征,3.构造变形场 对于某一主导构造应力均匀作用的空间及其形成的构造，称为构造变形场。,伸展构造：水平拉伸形成的构造。如：裂谷、地堑-地垒、盆岭构造、变质核杂岩等。 压缩构造：水平挤压 形成的构造。如：褶皱系、逆冲推覆构造等。 升降构造：是岩石圈或地幔物质垂向运动的体现，表现为地壳的上升和下降，隆起造成山系、高原；坳陷成为盆地。 走滑构造：沿直立剪切面水平滑动、位移形成的构造。如：走滑断层。 滑动构造：重力失稳后引起的正向滑动构造，也包括某些大型平缓正断层。 旋转构造：指陆块绕轴转动形成的构造。如：

12、帚状构造、莲花状构造等。,构造变形地壳运动过程中，岩石受力发生永久性的变形。,褶皱（folds）,断层（fault）,节理（joint）,面理（foliation）,美国蒙大拿州Hebgen湖栅栏变形的例子,地质构造是大自然建筑的艺术品。 “构造地质学是研究地壳由于变形而造成的建筑的科学。”（Billings, 1972）,压力影构造,4.构造层次 由于构造应力可以影响地壳很大深度，近地表的变形与地下深处的变形表现形式和变形机制是不同的。通常将地壳内不同深度、不同温压条件和不同岩性中具一种主要变形机制的区段，称为构造层次。,三、怎样学习和研究构造地质学,1.构造分析的四中基本方法,几何学分析（

13、描述性分析） Geometrical Analysis 运动学分析 Kinematic Analysis 动力学分析 Dynamic Analysis 流变学分析 Rheological Analysis,构造地质分析的四种方法,几何学分析（描述性分析）Geometrical Analysis： 认识构造及描述构造几何形式和排列组合关系、构造要素测量、野外调查观察和地质制图。,运动学分析（Kinematic Analysis）: 分析岩层和岩体变形运动方式：即平移、旋转、体积变化,动力学分析(Dynamic Analysis)：阐明变形构造形成的力学过程（即应力相对大小和应力作用的方向等）。,

14、流变学分析（Rheological Analysis）：运动学和动力学在构造分析中通常没有考虑到时间尺度。时间尺度对岩石变形是十分重要的。大量天然岩石的变形是涉及与时间有关的流动塑性变形，可以通过高温高压实验来实现。,2.构造地质学学习与研究的特点,构造地质学的学习要贯彻：野外实践、定量实验和理论研究三结合原则。 学习构造地质学存在三个难点： 研究构造的尺度和规模变化性； 地质构造形成时间的漫长性； 自然界构造现象的复杂性； 野外露头观察，地质调查和地质制图是第一位、不可或缺的工作。,49,显微构造研究过程,野外采样 室内精确定向 岩相学观测 组构测量与分析 将组构数据恢复到野外地质 综合解释

15、地质现象 建立地质构造模型,构造观与构造解析,构造观指对全球构造和岩石圈（地球）构造的总体结构、形成和演化、铸成构造的构造（地壳）运动性质和动力来源的基本认识和观点 活动论 以水平运动为主导论 多因、多时、多级、多性论 辩证法,构造地质学学习和研究目的,学习如何去认识、描述和测量变形构造方位； 学习和研究变形构造位移、旋转和应变方法； 分析构造形成的力学过程； 研究不同物理化学环境下形成地质构造的物理机制； 应用能源（油、气、煤、地热）、金属矿床勘查和灾害地质预报（如地震、滑坡、火山等）。,构造地质学课程的学习,当代构造地质学，随着科学技术的飞跃发展和相关学科的交叉渗透，使构造地质学的发展进入

16、一个崭新的阶段！许多新思想，新概念和新方法不断涌现。 资料如山，信息似海。我们怎么办？ 关键的还是： 基本概念基本理论基本方法基本技能,初步学会和逐步具备对地质构造的正确观察、 识别、分析和处理的能力,观察构造的能力 建立立体空间概念和相互依存的思维方式； 识别构造的能力 掌握基本特点和识别标志； 分析构造的能力 学会用“反序法”分析地质历史、环境、条件和机制； 处理构造的能力 学会文图标示和数据处理。,3.当前构造地质学发展总的趋势,构造变形研究与流变学、冶金物理学、材料科学和连续介质力学相结合； 构造变形与先进实验手段定量研究相结合； 构造变形与计算机数值模拟相结合； 构造地质研究与实践应

17、用相结合。,对 地 观 测 系 统,全球气候 观测系统,全球海洋 观测系统,全球陆地 观测系统,气象,水文,生态,海洋,地震,地 面 观 测 网,Exploring the Earth Using Seismology,世界先进水平的高温高压装置,活塞-圆筒式压机：最高工作压力：5万大气压相当于地球内部150km最高工作温度：1800 C,Rockland 1000吨压机：最高工作压力：28万大气压相当于地球内部700km最高工作温度：3000 C,金刚石压砧：最高工作压力：200万大气压相当于地球内部4000km最高工作温度：6000 C,5GPa活塞-圆筒式压机相当于地球内部150 km最

18、高工作温度：1500 C 主要用途：高压相变和部分熔融研究,我校建设中的国家重点实验室高温高压仪器设备,1大气压高温流变仪最高工作温度：1700 C主要用途：低压流变研究,28 GPa Rockland 压机：相当于地球内部700 km最高工作温度：2400 C主要用途：高压相变和部分熔融研究,5GPa高温高压流变仪：相当于地球内部150 km最高工作温度：1500 C 主要用途：高压流变研究,四、课程安排和要求,课程安排和要求,课程性质和目的 构造地质学是地质学的基础学科之一，旨在讲授构造地质学领域的基本概念、基础理论、基本研究方法和基本技术技能，培养学生地质思维能力，使学生初步认识和解释常见构造地质现象。 课程内容和安排 课程内容涉及地质体产状、构造研究中的力学基础、劈理、线理、节理、褶皱、断层、韧性剪切带等。 课堂讲课 40 学时，实验课 8 学时。 课程基本要求 认真听讲，适当阅读，勤做笔记，善于思考。 总成绩 = 平时30% + 闭卷考试70%,参考资料, 构造地质学 曾佐勋、樊光明主编，2008（第三版）中国地质大学出版社