構造地質學

構造地質學

構造地質學,地質學分支學科之一,是研究岩石圈內地質體的形成、形態和變形構造作用的成因機制,及其相互影響、時空分布和演化規律的地質學分支學科。構造作用或構造運動常是其他地質作用的起始或觸發的主要因素,因此,構造地質學說通常也就成為地質學的基本學說。

簡介

構造地質學構造地質學

狹義的構造地質學一般限於形變和變形機制方面的研究。構造學或大地構造學是對區域性巨觀構造演化史的研究,也是構造地質學的組成部分。狹義的構造地質學與構造學相輔相成,前者的研究是區域構造演化的具體內涵,而後者則是前者變形機制的成因環境和條件的綜合概括

構造地質學最先是對構造要素,即褶皺和斷裂的形態、變形組合的認識和分析,以及構造均勻域區劃分帶的研究,而後又結合岩石組合特徵,研究演化歷史和變形期次與階段。其核心是構造演化的動力機制和成因模式,因而總與學說、假說相聯繫。

發展簡史

1859年霍爾在研究北美地質時,發現阿巴拉契亞山脈古生代沉積區具槽形特徵。他把這種現象解釋為因沉積重力負荷而致下沉,1873年丹納把這種槽形構造命名為地槽,並認為是地球因冷縮而在大陸邊繞出現的塌陷帶。地槽概念的提出標誌著現代構造地質學的起點。

1887年貝特朗提出造山旋迴的概念。1883~1909年修斯在收縮說的基礎上完成巨著《地球的面貌》,書中突出了地質學的全球觀點,同時還發展了沉積建造的時空分帶理論,使地槽地台學說得以建立,並奠定了20世紀前半葉的地質學研究的基礎。

泰勒1910年討論了歐亞大陸第三紀山脈弧形向南突出,1912年魏格納有關大陸起源的論述,使大陸漂移思想形成了大陸漂移說。因此,在20年代前後,在地質學中開始了以地槽學說為代表的垂直論,與以大陸漂移說為代表的水平論有關主要構造運動方式之爭,並把垂直論與大陸位置相對固定相聯繫,稱為固定論,而水平論固有大陸長距離漂移的認識,稱為活動論。

1928年霍姆斯提出地殼以下物質熱對流的假說,用以解釋大陸漂移。1930~1933年哈爾曼和范·貝美倫提出的重力與波動說,解釋造山物質的運動規律。

施蒂勒1924年提出了造山期及其同時性,支持了地槽學說的造山理論。1936年他把地槽進一步劃分為正地槽和準地槽,其後又把正地槽分為優地槽和冒地槽。這些研究成果都顯示了構造地質學在造山作用理論與岩石建造學說等方面的重大發展,進而使地槽地台學說成為20世紀50年代地質科學的主導理論。

在20世紀60年代,由赫斯首先提出的海底擴張說,以及由轉換斷層證實岩石圈運動符合描述剛體球面轉動規律的歐勒定律,確立了岩石圈板塊構造學,並被譽為現代地球科學理論的一次革命,從而引起對地質學中原有的基本原則和規律重新思考和再認識,也促進了構造地質學的現代化進程。

構造地質學對地質體變形機制開展了實驗和定量描述的研究。在20世紀50年代創立了構造物理學,60年代,以蘭姆賽為代表,從構造形態幾何學中發展了有限應變測量,提高了構造變形機制的定量研究的實踐性。70年代,地球動力學的模擬實驗和描述計算,擴大了構造成因機制的研究基礎。

基本內容

構造地質學主要研究地質體的次生構造及其成因和演化,同時也進行構造作用環境的重建和反演的研究,可概稱為改造和建造。它們都是在漫長的地質歷史中發生和形成,並具複雜多樣的特徵。

構造地質學研究的次生構造都與內生地質作用相聯繫,這與地球深部作用緊密相關。岩石圈板塊運動是地質構造演化的主因,所以對地質構造的研究儘管有尺度不同和目的不一的差別,但都必須著眼於全球整體的地質演化規律與特定的形成環境相結合。

造山運動造山運動

各種構造作用主要都集中在上地幔圈層以上的岩石圈內,因而岩石圈又

稱為構造圈。在這裡,既有現今的活動構造現象,如地震可測量的板塊運動向量等,也有各種已經固結了的構造,這種歷史中的構造一直可追溯至38億年以前的古老地質體中。

持續不斷的構造作用,使地表和地下各種地質體發生形變,如岩層彎曲和斷裂;地表升降造成山脈、高原和盆地;地表遭剝蝕和盆地內沉積;岩漿的侵入活動和火山噴發等,它們都直接間接地由更為廣泛而具體的構造運動所引起的。從礦物晶格位錯至造山帶的形成,不同成因環境和層次的變質作用現象,岩漿岩分帶,大陸碰撞區地殼壓縮隆升和鄰區的盆地沉積充填,以及地質體演化發展中的構造疊加和改造等,都是次生構造。

構造地質學也研究由構造作用決定的原生構造現象,如造山帶的位置和形態、盆地的形態和分布,各種層次的變質作用與分帶,不同成因的岩漿岩侵位和噴出活動條件等的本身特徵,都由構造環境所決定,是由先期構造造成而又成為後繼構造作用的基礎。

構造地質學與地質學一樣始於對大陸地質的研究。地殼構造具雙層模式特徵,不同深度層次的構造變形機制、作用過程和產物有很大的不同,特別是在地下一般為10~15公里深處的脆韌性物性過渡帶上下的差別。其淺部常見脆性構造變形,構造發育不均勻;而在過渡帶之下,以韌塑性均勻剪下變形為特徵,各類韌性剪下構造面一般都很平緩,多強烈置換構造和透入性特徵。淺部的脆性斷層向下進入韌塑性帶時常產狀變緩。具細粒化重結晶的糜棱岩則多形成於脆韌性過渡帶附近或更深些。

構造變形的各種不同速率和長時間的作用進程,可造成地質體的穿時現象,而不同階段的構造作用可使構造發生遞進變形或疊加;它們在時空上的關係,主構造期間及遞進變形期內的演化序列,又常與沉積作用或岩漿侵位相關,這種具明顯對應關係的主期又稱為構造熱事件,它不僅是構造變形產物,也是地質階段劃分的重要標誌,有重要的紀年意義。

構造地質學強調野外實地觀測。其研究精度則隨科學技術的發展而迅速提高。20世紀60年代以來遙感技術的運用,對地質構造的研究產生極高的效益;採用反射地震技術研究地殼結構,並開創大陸地學斷面的研究和成囤,所有這些創新技術和理論,已有可能在更廣闊的範圍內研究具體的構造單元、區域構造特徵、水平運動和製圖。

實驗室內的顯微構造與組構研究、構造變形條件的溫度和壓力的測算、古應力場重建及古應力差值估算等已經實現。因此,構造地質研究的觀測分析手段已是巨觀更宏、微觀更微,使不同尺度的構造有可能在成因和演化及運動學和動力學上結合得更好,研究得更深入。計算機數字模擬則又開拓了為這方面實驗提供可資參考的途徑。

地質學的研究對象是地球。地球包括固體地球及其外部的大氣。

相關區別

簡介

固體地球包括最外層的地殼、中間的地幔及地核三個主要的層圈。主要是研究固體地球的上層,即地殼和地幔的上部。

地球的平均半徑為6371公里 。其核心可能是以鐵、鎳為主的金屬,稱為地核,半徑約3400公里。在地核之外,是厚度近2900公里的地幔。地幔之外是薄厚不一的地殼,已知最厚處為75公里,最薄處僅5公里左右,平均厚度約35公里。

構造地質學構造地質學

地核的內層是固體,也有科學家認為是在強大壓力下原子殼層已被破壞的超

固體。外層是具有液體性質的物質,還推測有電流在其中運動,被認為是地球磁場的本原。外層的厚度約為2220公里。

地幔下部是含有較多金屬硫化物和氧化物的非晶體固體物質;地幔上部成份與橄欖岩大致相當;與地殼相接部分和地殼均具有剛硬的性質,合稱為岩石圈,厚度約為60~120公里;在岩石圈之下為一層具有可塑性、可以緩慢流動、厚度約為100公里的軟流圈。

地殼表面的海洋、湖泊、河流等水體約占地表總面積的74%。成液態的地表水與凍結在兩極地區和高山上的冰川,以及土壤、岩石中的地下水,組成地球的水圈。

地球的外層是大氣圈。大氣主要集中於高度不超過16公里的近地面中,成份以氮和氧為主。離地越遠,大氣越稀薄,而且成份也有變化。在100公里外,大氣逐漸不能保持分子狀態,而以帶電粒子的形態出現,其稀薄程度超過人造的真空。帶電粒子受到地球磁場的控制,形成能夠阻擋來自太陽和宇宙帶電粒子流衝擊的電磁層。

地球的水圈和大氣圈通過水的蒸發、凝結、降水和氣體的溶解、揮發等方式互相滲透和影響。固體的地球界面上下,是大氣和水活動的場所。岩石圈的物質也不斷運動,並通過火山噴發的形式進入水圈和大氣圈。地球各圈層的相互作用不斷改變著地球的面貌。

地球的這些圈層,是由於其組成物質的重力差異作用而逐漸形成的。地球上的任何質點均受到地球引力和慣性離心力的作用,這兩種力的合力就是重力。地球表面重力吸住了大氣和水,並對他們的運動產生了影響。

礦物

在地球的化學成分中,鐵的含量最高(35%),其他元素依次為氧(30%)、矽(15%)、鎂(13%)等。如果按地殼中所含元素計算,氧最多(46%),其他依次為矽(28%)、鋁(8%)、鐵(6%)、鎂(4%)等。這些元素多形成化合物,少量為單質,它們的天然存在形式即為礦物。

礦物具有確定的或在一定範圍內變化的化學成分和物理特徵。組成礦物的元素,如果其原子多是按一定的形式在三維空間內周期性重複排列,並具有自己的結構,那么就是晶體。晶體在外界條件適合的時候,其形態多表現為規則的幾何多面體,但這種情況很少。

礦物在地殼中常以集合的形態存在,這種集合體可以由一種,也可以由多種礦物組成,這在地質學中被稱為岩石。

地球中的礦物已知的有3300多種,常見的只有20多種,其中又以長石、石英、輝石、閃石、雲母、橄欖石、方解石、磁鐵礦和粘土礦物最最多,除方解石和磁鐵礦外,它們的化學成分都以二氧化矽為主,石英全為二氧化矽組成,其餘則均為矽酸鹽礦物。

由矽酸鹽溶漿凝結而成的火成岩構成了地殼的主體,按體積和重量計都最多。但地面最常見到的則是沉積岩,它是早先形成的岩石破壞後,又經過物理或化學作用在地球表面的低凹部位沉積,經過壓實、膠結再次硬化,形成具有層狀結構特徵的岩石。

在地殼中,在大大高於地表的溫度和壓力作用下,岩石的結構、構造或化學成分發生變化,形成不同於火成岩和沉積岩的變質岩。火成岩、沉積岩、變質岩是地球上岩石的三大類別。火成岩中的玄武岩、花崗岩是地球中最具代表性的岩石,是構成大陸的主要岩石。形成時代最早的花崗岩,年齡達39億年,而玄武岩是構成海洋所復蓋的地殼的主要物質,均比較“年輕”,一般不超過2億年。

地層

地層是以成層的岩石為主體,隨時間推移而在地表低凹處形成的構造,是地質歷史的重要紀錄。狹義的地層專指已固結的成層的岩石,有時也包括尚未固結成岩的鬆散沉積物。依照沉積的先後,早形成的地層居下,晚形成的地層在上,這是地層層序關係的基本原理,稱為地層層序律。

地層在形成以後,由於受到地殼劇烈運動的影響,改變原來的位置,會產生傾斜甚至倒轉,但只要能查明其形成和變形的時間,仍可以恢復其原始的層序。在同一時間,地球上各處環境不同,在不同環境中形成的地層各有特點。在地表的隆起部位,不僅不能形成新的地層,還會因受到剝蝕而使已經形成的地層消失。

因此,地層學是研究各地區地層的劃分,確定地層的順序和相鄰地區地層在時間上的對比關係的專門學科。它是地質學的基礎,也是地質學中最早形成的學科。

古生物

野外研究野外研究

古生物是指在地質歷史時期,在地球上生存過的各類生物,

一般已經絕滅,它們的少量遺體和遺蹟形成化石保存在地層中。通過研究這些化石,可以了解地質歷史上生物的形態、構造和活動情況。

對各種古生物進行分類,可以認識生物的演化關係;依據地層中所含化石,可以斷定地層的層序,生物演化的不可逆性和階段性,使這種判斷具有可靠的根據;古生物的分布和生活習性,還反映出當時地理環境的特點。古生物的研究是地質學也是生物學的重要組成部分。

地質構造

地球表層的岩層和岩體,在形成過程及形成以後,都會受到各種地質作用力的影響,有的大體上保持了形成時的原始狀態,有的則產生了形變。它們具有複雜的空間組合形態,即各種地質構造。斷裂和褶皺是地質構造的兩種最基本形式。

地球的岩石圈,已經並還在發生著全球規模的板塊運動。板塊構造學是二十世紀地質學對地質構造及地質作用的新認識。其基本內容是,岩石圈是地球中最剛硬的部分,它飄浮在地幔中具有塑性、局部熔融、密度較大的軟流圈之上。岩石圈中存在著許多很深很大的斷裂,這些斷裂把岩石圈分割成被稱為板塊的巨大塊體,全球可分為六大板塊。

地質作用

一般認為,主要是地球內部熱的不均勻分布引起了物質對流運動,使岩石圈破裂成為板塊。板塊形成後繼續運動,發生分離、碰撞等事件。地幔中的熔融物質沿板塊間的拉張斷裂帶擠入,並不斷向斷裂兩側擴展,形成新的洋殼,而部分板塊則隨著載荷它的軟流圈物質向下移動而消失於地幔之中。

板塊運動被認為是使地殼表層發生位置移動,出現斷裂、褶皺以及引起地震、岩漿活動和岩石變質等地質作用的總原因,這些地質作用總稱為內力地質作用。內力地質作用改變著地殼的構造,同時為地貌的形成打下基礎。

地質作用強烈地影響著氣候以及水資源與土壤的分布,創造出了適於人類生存的環境。這種良好環境的出現,是地球大氣圈、水圈和岩石圈演化到一定階段的產物。地球形成的初期,大氣圈和水圈的成分、質量都和現代大不相同。例如,大氣曾經歷以二氧化碳為主的階段,海水是約在10億年前才具有今天的含鹽度,生物最早出現在地球形成約10億年以後等等。

地質作用也會給人帶來危害,如地震、火山爆發、洪水泛濫等。人類無力改變地質作用的規律,但可以認識和運用這些規律,使之向有利於人的方向發展,防患於未然。如預報、預防地質災害的發生,就有可能減輕損失。中國在古代就有“束水攻沙”,引黃河水灌溉淤田壓鹼等經驗,是利用河流的地質作用取得成功的例子。

圖書信息

書名:構造地質學

胡明、廖太平- 構造地質學胡明、廖太平- 構造地質學

作者:胡明//廖太平

出版 社:石油工業出版社

出版日期:2007-09

ISBN:750216000

開本:16開

頁 數:290頁

定價:28元

章節目錄

第一章緒論

一、構造地質學的研究對象和內容

二、構造地質學的研究意義

三、構造地質學的研究方法

第二章 沉積岩層的原生構造及其產狀

第一節沉積岩層的原生構造

一、層理及其識別

二、利用沉積岩層原生構造確定岩層的頂面和底面

第二節 岩層的產狀、厚度及出露特徵

一、岩層的原始產狀

二、水平岩層

三、傾斜岩層

第三節地層的接觸關係

一、整合與不整合

二、不整合的類型

三、不整合的觀察和研究

第三章 地質構造分析的力學基礎

第一節應力分析

一、外力、內力和應力

二、應力狀態與應力橢球體

三、二維應力分析

四、三維應力分析

五、應力場、構造應力場應力軌跡和應力集中

第二節變形分析

一、變形和應變

二、岩石變形的階段

三、剪裂角分析

四、應變橢球體

五、遞進變形

六、變形岩石的應變測量

第三節 影響岩石力學性質與岩石變形的因素

一、圍壓(靜岩壓力)

二、溫度

三、溶液

四、孔隙壓力

五、時間

第四章褶皺

第一節 褶皺和褶皺要素

一、褶皺要素

二、褶皺軸面和樞紐產狀的測定

三、褶皺的波長和波幅

第二節褶皺的幾何形態及褶皺的描述

一、褶皺的幾何形態――圓柱狀褶皺和非圓柱狀褶皺

二、褶皺形態的描述

第三節褶皺的類型及褶皺的組合型式

一、褶皺的產狀類型

二、褶皺橫截面的幾何類型

三、同沉積褶皺和底辟構造

四、褶皺的組合型式及其分布

第四節 褶皺的形成機制

一、褶皺形成機制的基本類型

二、褶皺形成中的壓扁作用

三、影響褶皺形成的主要因素

第五節褶皺構造的觀察和研究

一、褶皺形態的研究

二、研究褶皺形態的縱深變化

三、研究褶皺內部小構造

四、確定褶皺的形成時代

第五章 節理

第一節節理的分類

一、節理與有關構造的幾何關係分類

二、節理的力學性質分類

三、節理組和節理系

第二節 節理的分期與配套

一、節理的分期

二、節理的配套

第三節不同地質背景上發育的節理

一、與褶皺有關的節理

二、與斷層有關的節理

三、與區域構造有關的節理

四、節理在分析區域構造中的作用和問題

第四節 節理的野外觀測

一、觀察點的選定

二、觀測內容

三、節理的測量和記錄

第五節節理測量資料的整理

一、基本節理圖

二、節理資料的電算處理

第六章 斷層

第一節斷層的幾何要素

一、斷層面和斷層帶

二、斷盤

三、位移

第二節 斷層分類

一、按斷層與有關構造的幾何關係分類

二、按斷層兩盤相對運動分類

第三節斷層各論

一、正斷層

二、逆沖斷層

三、平移斷層

四、順層斷層

第四節斷層效應

一、正(逆)斷層引起的效應

二、平移斷層引起的效應

三、平移正(逆)斷層或正(逆)平移斷層引起的效應

四、橫斷層錯斷褶皺引起的效應

第五節斷層形成機制

第六節 斷層的觀察和研究

一、斷層的識別

二、斷層面產狀的測定

三、斷層兩盤相對運動方向的確定

四、斷層岩

五、斷層作用的時間性

第七節同沉積斷層

第八節 韌性斷層

一、韌性斷層的幾何特徵

二、韌性斷層內的變形變質特徵

三、野外觀測

第九節區域性大斷裂

一、區域性大斷裂和岩石圈的層圈性

二、裂谷

三、逆沖推復構造

四、走向滑動斷層

附:斷層的分類和命名問題

第七章劈理及線理

第一節 劈理

一、劈理岩石的域組構

二、劈理的分類

三、不同地質背景上發育的壁理

四、劈理的野外研究

第二節線理

一、變形岩石中的小型線理

二、變形岩石中的大型線理

三、線理的野外研究

第八章 岩漿岩體的構造研究

第一節岩漿岩體的產狀及其構造控制

一、侵入岩體的產狀

二、噴出岩體的產狀

第二節 岩漿岩體的原生構造

一、侵入岩體的原生流動構造

二、侵入岩體的原生塑變構造

三、侵入岩體原生破裂構造

四、噴出岩體的原生構造

第三節岩漿岩體的次生構造

一、岩漿岩體的褶皺構造

二、岩漿岩體的次生斷裂構造

第四節 岩漿岩體構造的觀測和研究

一、岩體產狀的恢復

二、岩體原生構造和次生構造的觀察和研究

三、岩體接觸關係和形成時代的確定

第九章變質岩區的構造研究

第一節 變質岩區的構造特徵

一、變質岩區構造的基本特點

二、變質岩層的成層構造

三、變質岩區的疊加褶皺

四、變質岩區的構造滑動斷裂

五、變質岩系間的隱蔽不整合

第二節變質岩區的構造解析

一、變質岩區構造解析的內容和步驟

二、構造解析的基礎――地質製圖

三、構造數據的收集和分析

四、區域構造模式的建立

第十章 表生構造及撞擊構造

第一節表生構造

一、表生構造的特點

二、常見的表生構造

第二節 撞擊構造

一、撞擊作用

二、撞擊構造的基本地質特徵

三、撞擊構造研究意義

全書主要參考文獻

章節目錄

第一章緒論

第二章沉積岩的原生構造及產狀

第一節沉積岩層的原生構造

第二節岩層的產狀、厚度及出露特徵

習題及思考題

第三章地層的接觸關係

第一節地層的接觸關係概念

第二節不整合的類型

第三節不整合的觀察及研究

習題及思考題

第四章岩石變形的力學分析

第一節應力與應變

第二節岩石的變形習性及影響因素

習題及思考題

第五章褶皺構造

第一節褶皺和褶皺要素

第二節褶皺的形態描述

第三節褶皺的產狀類型及其組合形式

第四節褶皺的形成機制

第五節褶皺的觀察和研究

習題及思考題

第六章節理

第一節節理的概念及其研究意義

第二節節理的分類

第三節不同地質背景上發育的節理

第四節節理的分期與配套

第五節節理的野外觀測及室內資料整理

第六節裂縫的井下識別和研究

習題及思考題

第七章斷層

第一節斷層的幾何要素

第二節斷層的分類

第三節斷層各論

第四節斷層的觀察和研究

習題及思考題

第八章同生構造分析

第一節同沉積背斜

第二節同生斷層

第三節軟沉積變形

第九章大地構造基本理論

第一節槽台學說

第二節板塊構造理論

第三節中國大地構造學派簡介

第四節中國大地構造的現代發展

習題及思考題

第十章盆地構造基本理論

第一節盆地及含油氣盆地

第二節含油氣盆地的形成機制與板塊構造

第三節中國大陸板內中新生代盆地的特徵

習題及思考題

附錄

附錄Ⅰ構造地質學實習指導

實習一地質圖的基本知識及讀水平岩層地質圖

實習二用間接方法確定岩層產狀要素

實習三讀傾斜岩層和不整合接觸地質圖並作剖面圖

實習四讀褶皺區地質圖

實習五編制和分析構造等高線圖

實習六編制節理極點圖和等密圖

實習七分析斷層地區地質圖

實習八構造地質綜合實習

附錄Ⅱ極射赤平投影

第一節 赤平投影的基本原理

第二節赤平投影網的使用方法

第三節赤平投影在地質構造中的套用

習題及思考題

附錄Ⅲ地層代號和色譜

參考文獻

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