工程地质教程课件_情景4地壳的层次与构造现象.ppt
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1、情景4地壳的层次与构造现象【学习目标】1. 理解地层、构造运动、地质年代表;2. 重点掌握各种构造现象。【能力要求】1. 掌握地质年代表,会分析各种构造现象;2. 能够使用罗盘测定三要素;3. 能够编制节理玫瑰花图。,必要的理论知识:,通过对三大类岩石的学习,近距离观察了各种岩石的性状和形态,从根本上了解了三大类岩石的生成与变化原因,也透过三大类岩石的构造现象,知道了岩石不但受制于内在形成规律的制约,也因为外在运动而使岩石具有了构造特征,即外在的作用力、运动信息显现在岩石的形态中。如果将观察的范围逐渐从局部的岩石扩展到地层,一定会发现更大范围的一些规律和变化。,4.1地层4.1.1地层的概念仔
2、细观察桌面的灰尘,若经过一夜,清晨起来会看见桌面一层浮尘;如果经过一段时期的积累,浮尘将会更加明显。再大胆想象一下,若不被干扰,几十年后再来看桌面,那一定是另一番状况,灰尘一定更厚。这个现象就是常见的沉积岩的沉积模式,时间越长,沉积得越厚。沉积的灰尘并不一定完全均衡一致,因为环境带来的灰尘也是变化的,或粗或细,层次有薄有厚,如果是正的方向,只有沉积,那一定是随着时间的累计厚度在增加,质量在增长;如果在时间过程里,出现了负向沉积,即灰尘被部分扫除,就会减少物质的累积,甚至可以荡然无存,但是时间的增量是不变的。以上就是地球表面沉积现象下的物质积累规律。,如果转换角度看问题,会发现沉积具有层次性,这
3、个层次性就是地学里的地层观念。如果探询这个沉积过程,一定会知道T2时间是新的,T1时间是老的;底下的地层是老的,表层的地层是新的,这个就是地学里的地层层序律。,把野外见到的成层岩石,包括沉积岩、火山岩及其变质岩,泛称地层或岩层。地层(Stratum)是具有某些共同特征和属性,与相邻岩层存在明显差异、具有一定地质年代的岩层或岩石组合;地层除具有一定的形体和岩石内容外,还有时间顺序的含义。在这个概念里,以岩层代替地层,是因为岩层都是深入地下,而松散的表层地层相对较薄,且容易缺失和变化,所经历的时间比较短,所以,以岩石为主要研究对象的地质学习惯上就把岩层来作为地层研究的主要对象。,典型提问分析尝试对
4、下面地层图分析,查阅书后图例,比较各种地层。,4.1.2地层的划分概述在同一地区,地层的划分一般是根据地层各种属性和特性(如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等),按照地层的原始顺序,系统地把一个地区的地层进行划分为各种地层单位。在不同地区,地层具有对比性。根据地层各种属性和特征(如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等),对不同地区的地层单位进行比较,找出这些地层单位的相应关系和分布规律。通过对地层划分与对比,就可以确定地层的相对新老关系及空间分布规律,逐步扩展到所有区域,建立全球的地层比照系统,形成对地球地层系统的全面认识。地层划分对比的方
5、法很多。但最常用的方法有:岩石地层学、生物地层学、地球物理学等方法。,4.1.3地层之间的接触关系(1) 连续沉积的岩层,老岩层沉积在下,新岩层在上,不缺失岩层,这种关系称为整合接触。其特点是:岩层是互相平行的,时代是连续的,岩性和古生物特征是递变的。 (2) 由于外在作用力,往往使沉积中断,形成时代不相连续的岩层,这种关系称不整合接触。两套岩层中间的不连续面,称不整合面。按照不整合面上下两套岩层之间的产状及其所反映的构造运动过程,不整合可分为平行不整合(假整合)和角度不整合(斜交不整合)。,典型分析,4.2地质构造作用力与地质构造运动4.2.1地质构造作用力、地壳运动与构造运动,观察清姜河河
6、道裸露的基岩,发现同一时期形成的连续的岩浆岩地层呈现出复杂的形态,在不大的范围出现了各种裂缝。由此可肯定岩浆岩、岩浆岩地层是受到了巨大的破坏作用力,因为未变形的岩浆岩不会是这样的形态。还可以看到不同的线或者裂面相交,这些线面深深地延续到地下。在有限的范围许多线面呈现平行排列,并且出现了不平行的其他组的排列,每组都各自平行,互不干扰,在不大的区域都可见。是什么作用力使得岩层出现如此巨大的破坏?结合岩浆岩地层的破坏现象,答案只有一种,那就是内动力地质作用。内动力地质作用有地壳运动、岩浆活动、变质作用、地震等。岩浆活动以高温熔融为主,变质作用以形成新的岩石为主,而其中的动力变质作用是地壳运动和地震,
7、通过简单分析,我们知道地质构造作用力主要是地壳运动和地震。,地壳运动是一种全球性的运动。在地壳运动的稳定期,变化是相对缓慢的,而在地壳运动的剧变期,作用力十分巨大,造成的变形巨大或者破坏范围极大。内力引起地壳乃至岩石圈变形、变位的作用,叫做构造运动。从广义上讲,海底增生(扩大)和消亡都属于构造运动。因此有人把构造运动看成是地壳运动的同义语。狭义的地壳运动,主要指由内力作用引起的地壳的隆起、凹陷和形成各种构造形态的运动。广义的地壳运动,指地壳内部物质的一切物理的和化学的运动,其中包括地壳的变形、变质和岩浆活动等,从这一概念看,地壳运动的含义要广一些。,4.2.2构造运动的分类(1) 按发生的时间
8、分类一类是老构造运动(通常简称构造运动),另一类是新构造运动。如果把时间尺度再拉短些,即把人类历史时期所发生的和正在发生的构造运动,称为现代构造运动。现代构造运动是新构造运动的一部分,它对于人类的经济活动关系更为密切。 (2) 按运动的方向分类地壳或岩石圈物质大致沿地球表面切线方向进行的运动,叫水平运动。这种运动常表现为岩石水平方向的挤压和拉张,也就是产生水平方向的位移以及形成褶皱和断裂,在构造上形成巨大的褶皱山系和地堑、裂谷等。所以,从19世纪中叶开始,也称这种运动为造山运动。地壳或岩石圈物质沿地球半径方向的运动,叫垂直运动,也叫升降运动。它常表现为大规模的缓慢地上升或下降,形成规模不等的隆
9、起或凹陷,并引起海侵、海退,也就是导致海陆的变化。1890年,G.K.吉尔伯特称这种大面积的升降运动为“造陆运动”。,4.3地球历史概念与地质年代表地球自形成以来大约经历了46亿年的历史。一切地质事件都应该存放在有序的地质时间维度里,基于此,人们对一切运动变化才会有可能进行分析,因为物质运动离不开时空。研究有关地球历史演化和测定地质事件的年龄与时间序列,称为地质年代学。地质年代包括相对地质年代和同位素地质年龄两种。根据地球发展历史过程中生物演化和岩层形成的顺序,将地球历史划分为若干自然阶段,称为相对地质年代。从19世纪70年代到20世纪40年代,岩相古地理学和历史大地构造学相继建立,以岩石、构
10、造、地层、古生物等来确定相对地质年代的方法得到广泛利用,促进了相对地质年代学的进一步发展。,震旦纪很早以前,在我国(特别在北方)就发现在古老变质岩系(即前震旦亚界)之上,含有丰富化石的寒武系之下,发育了一套巨厚的完整的没有变质的或变质程度很低的沉积岩系,其中除含有大量藻类化石外,很少发现其他生物遗迹,当初就把这套地层命名为震旦系,其时代称震旦纪。寒武纪是因英国的寒武山脉(今译坎布连山脉)而得名。 奥陶纪和志留纪是根据英国威尔士一个古代民族居住的地方名称和古代民族名称命名。 泥盆纪是因英国西南部泥盆州(现译为得文郡)海相岩系而得名。 石炭纪因英格兰的高山灰岩及其含煤层而得名。 二叠纪最初得名于乌
11、拉尔山西坡的彼尔姆州,“二叠”则因该时代德国南部地层可以分为上下两套而得名。 三叠纪当初按德国南部地层的三分性特点而命名。 侏罗纪按法瑞交界地方侏罗山(现译为汝拉山)地层研究而命名。 白垩纪按英吉利海峡两岸主要由白垩土地层构成而命名。,4.4岩层和岩层产状及其观测4.4.1岩层岩层是由两个平行或近于平行的界面所限制的同一岩性组成的层状岩体。岩层的顶面、底面、厚度称为岩层的三要素。4.4.2岩层产状岩层产状是指岩层的空间位置,用于描述岩层的空间展布特征。它包括岩层的走向、倾向、倾角,这三者称为产状三要素。,典型分析一个面应该如何把握?有什么几何要素?拿一本书为例进行分析。然后思考走向、倾向和倾角
12、概念。,4.4.3岩层类型 由于岩层沉积环境和所受的构造运动不同,可以有不同的产状。一般可以分为水平岩层、倾斜岩层、直立岩层和倒转岩层。(1) 水平岩层(倾角5)。在广阔的海底、湖盆、盆地中沉积的岩层,其原始产状大都是水平或近于水平的。(2) 倾斜岩层。指岩层层面与水平面有一定交角(585)的岩层。 (3) 直立岩层(倾角85)。在强烈构造运动挤压下,常可形成直立岩层。(4) 倒转岩层。指岩层翻转,老岩层在上而新岩层在下的岩层。这种岩层主要是在强烈挤压下岩层褶皱倒转所致。,4.4.4岩层产状要素测量方法略,4.5褶 皱 构 造岩层的弯曲现象我们形象地称之为褶皱。褶皱是岩层塑性变形的结果,是地壳
13、中广泛发育的地质构造的基本形态之一。褶皱的规模可以长达几十千米到几百千米,也可以小到在手标本上出现。褶皱构造通常指一系列弯曲的岩层,而把其中一个弯曲称为褶曲。从成因上讲,褶皱主要是由构造运动形成的,也可能是由升降运动使岩层向上拱起和向下拗曲形成的,但大多数是在水平运动下受到挤压而形成的。在外力地质作用下如冰川、滑坡、流水等作用,也可以造成岩层的弯曲变形,但一般不包括在褶皱变动的范畴中。4.5.1褶曲的形态褶曲的形态是多种多样的,但基本形式只有背斜和向斜两种。4.5.2褶曲要素为了便于对褶曲进行分类和描述褶曲的空间展布特征,首先应该了解褶曲要素。褶曲要素是指褶曲的各个组成部分和确定其几何形态的要
14、素。,4.5.3褶曲的形态分类,4.5.4如何在野外认识褶皱构造褶皱构造是地质构造的重要组成部分,几乎在所有的沉积岩及部分变质岩构成的山地都会存在不同规模的褶皱构造。小型的褶皱构造可以在一个地质剖面上窥其一个侧面的全貌;而大型构造往往长宽有数千米到数万米。这样的褶皱构造,虽然在野外观察了一段很长的距离,但仍然未出其一个翼的范围。下面简述一下在野外研究褶皱构造的方法。(1) 地质方法 首先必须对一个地区的岩层顺序、岩性、厚度、各露头产状等进行测量或基本观察,才能正确地分析和判断褶曲是否存在。然后根据新老岩层对称重复出现的特点判断是背斜还是向斜;再根据轴面产状、两翼产状以及枢纽产状等判断褶曲的形态
15、(包括横剖面、纵剖面和水平面)。 在野外布置考察路线,一是采取穿越法,即垂直岩层走向进行观察,以便穿越所有岩层并了解岩层的顺序、产状、出露宽度及新老岩层的分布特征。二是在穿越法的基础上,采取追索法,即沿着某一标志层(即厚度比较稳定、岩性比较固定鲜明、在地貌上的反映比较突出的岩层)的延伸方向进行观察,以便了解两翼是平行延伸,还是逐渐汇合等情况。这两种方法可以交插使用,或以穿越法为主、追索法为辅,以便获知褶曲构造在三维空间的形态轮廓。(2) 地貌方法各种岩层软硬、薄厚不同,其构造也不同,在地貌上常有明显的反映。例如,坚硬岩层常形成高山、陡崖或山脊,柔软地层常形成缓坡或低谷等。 水平岩层。有些水平岩
16、层不是原始产状,而是大型褶皱构造的一部分,例如转折端部分、扇形褶曲的顶部或槽部、构造盆地的底部、挠曲的转折部分等,这样的岩层常表现为四周为断崖峭壁的平缓台地、方山(平顶的山)以及构造盆地的平缓盆底。, 单斜岩层。大型褶曲构造的一个翼或构造盆地的边缘部分,常表现为一系列单斜岩层。这样的岩层,一边在倾向方向顺着层面进行面状侵蚀,故地形面常与岩层坡度大体一致;一边在反倾向方向进行侵蚀,常沿着垂直裂隙呈块体剥落,形成陡坡和峭壁。因此,如果单斜岩层倾角较小(2030),则形成一边陡坡一边缓坡的山,叫做单面山;如果单斜岩层倾角较大(5060),则形成两边皆陡峻的山,叫猪背崖。 穹隆构造、短背斜和构造盆地。
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