《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)緒論》PPT課件

1、主講人：張慶龍 南京大學(xué)地球科學(xué)系,構(gòu)造地質(zhì)學(xué),讀書(shū)須知出入法。始當(dāng)求所以入，終當(dāng)求所以出。見(jiàn)得親切，此是入書(shū)法；用得透脫，此是出書(shū)法。蓋不能入得書(shū)，則不知古人用心處；不能出得書(shū)，則又死于言下。惟知出知入，得盡讀書(shū)之法也,一） 何為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)？ 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是研究地殼乃至巖石圈的構(gòu)造褶皺、斷層、節(jié)理、山脈、盆地等的形成與形變的科學(xué),發(fā)育于南威爾士的古生界背斜,發(fā)育于英格蘭的上部二疊系向斜,寧夏賀蘭山汝其溝三疊系砂巖中背斜,寧夏賀蘭山汝其溝三疊系砂巖中向斜,陜西永壽好時(shí)河奧陶系石灰?guī)r中發(fā)育的褶皺,陜西永壽好時(shí)河奧陶系石灰?guī)r中斜歪傾伏褶皺,發(fā)育于英格蘭的侏羅系褶皺,陜西韓城禹門口斷層相關(guān)褶皺,內(nèi)蒙古

2、烏海崗德?tīng)枖鄬?左邊是寒武系石英砂巖 右邊是奧陶系石灰?guī)r,發(fā)育于江蘇儀征白堊系砂巖中的斷層， 其上被第三系砂礫巖層覆蓋,發(fā)育于江蘇句容白堊系砂巖中的斷層,內(nèi)蒙古烏海卡布其中石炭系本溪組長(zhǎng)石石英砂巖中發(fā)育的兩組共軛節(jié)理成菱形網(wǎng)格狀,陜西銅川陳爐鎮(zhèn)奧陶系石灰?guī)r中沿節(jié)理方向發(fā)育的溶溝,日本名古屋犬山侏羅系硅質(zhì)巖中的“X”型節(jié)理,二）古典構(gòu)造地質(zhì)學(xué) 與現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué),從十八世紀(jì)開(kāi)始，就有人指出了山脈的帶狀構(gòu)造，對(duì)褶皺進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。但構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的真正形成，應(yīng)始于1850年。19世紀(jì)后期至20世紀(jì)初，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)特別繁盛,到了1920年，有人詳細(xì)地研究了阿爾卑斯山脈的地質(zhì)構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)了飛來(lái)峰和構(gòu)造窗，確立了

3、推覆構(gòu)造的存在，從而確立了造山旋回論，此即稱為古典構(gòu)造地質(zhì)學(xué)或古典造山論,古典構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要是在生物地層學(xué)的基礎(chǔ)上，在研究阿爾卑斯山脈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它基本上是一種“固定論”的觀點(diǎn)，認(rèn)為海、陸是永恒的（地殼下降，海水入侵；地殼上升，產(chǎn)生海退,1912年，德國(guó)氣象學(xué)家魏格納（A.Wegener）的大陸漂移說(shuō)問(wèn)世。魏格納起初在研究世界地圖時(shí)發(fā)現(xiàn)，大西洋兩岸非常相似。后來(lái)，又由于一些偶然的機(jī)會(huì)，收集到了一些重要的資料：南美的巴西和非洲大陸有極其相似的古生物,于是，魏格納對(duì)地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)的成果產(chǎn)生了極大的興趣，并逐漸得出肯定的結(jié)論：大陸在地球表面經(jīng)過(guò)了漂移才到了現(xiàn)在的位置，兩億年前大西洋并不存在

4、，而那時(shí)的美洲大陸和非洲大陸是連在一起的,大陸漂移說(shuō)在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生了巨大的影響，在地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家當(dāng)中引起了激烈的論戰(zhàn)，并斷續(xù)持續(xù)到現(xiàn)在。因此有人認(rèn)為，從19世紀(jì)20年代至今，可謂“現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué),1930年以后，不少學(xué)者在大致完成了對(duì)阿爾卑斯山脈地質(zhì)學(xué)的研究之后，又把研究中心轉(zhuǎn)移到了太平洋島弧地區(qū)來(lái),古典構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是以地層層序?qū)W為基礎(chǔ)并以它為手段建立起來(lái)的；而現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)則是除了涉及到地層學(xué)和巖石學(xué)等之外，還涉及到地球物理學(xué)和地球化學(xué),現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和古典構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的最大不同是，前者的研究對(duì)象不限于造山帶，而且涉及到大陸、大洋等各方面,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究范疇： 1、空間方面：主要研究構(gòu)造的形

5、態(tài)特征、分布與組合形式； 2、時(shí)間方面：主要研究構(gòu)造的形成順序與演變； 3、成因方面：主要研究構(gòu)造的形成機(jī)制及其發(fā)育的地質(zhì)條件,三）構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究基本方法,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域里的“上層建筑”，同時(shí)也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門學(xué)科。 1、認(rèn)識(shí)精細(xì)的觀察感性認(rèn)識(shí)； 2、分析綜合分析、歸納理性認(rèn)識(shí),1、新技術(shù)的應(yīng)用：航天遙感、地資衛(wèi)星、物探、化探、鉆探、深潛、高溫高壓、電子探針等； 2、多學(xué)科的滲透：地質(zhì)+力學(xué)、地質(zhì)+物理、地質(zhì)+化學(xué)、地質(zhì)+天文、地質(zhì)+數(shù)學(xué)、地質(zhì)+環(huán)境、地質(zhì)+模擬等,科學(xué)研究的基本方法 1、正序法：先設(shè)計(jì)、后實(shí)驗(yàn)、再投產(chǎn)； 2、反序法：“將今論古,地質(zhì)構(gòu)造是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中形成的，而

6、這一過(guò)程是人類歷史無(wú)法經(jīng)歷和難以重復(fù)的，同時(shí)也是地表野外難以觀察全面的。因此，應(yīng)該運(yùn)用辨證的思維方式來(lái)分析各種地質(zhì)資料，研究各種地質(zhì)問(wèn)題,在掌握了一定的實(shí)際資料的情況下，首先應(yīng)擬定出各種可能的、與已知事實(shí)基本相符的假說(shuō)或設(shè)想，做出多種判斷,進(jìn)一步觀察和收集資料，用新的事實(shí)對(duì)前面的判斷加以檢驗(yàn)和修正；其中一些判斷被新的事實(shí)否定，而另一些則被得到補(bǔ)充、修正和完善，從而形成一種新的假說(shuō),如此循環(huán)、反復(fù)，使早期的判斷不斷趨于全面、正確 多重暫定假說(shuō),多重暫定假說(shuō) 1、避免見(jiàn)其一點(diǎn)、不及其余、過(guò)早做出依據(jù)不夠的判斷； 2、避免始終感到資料依據(jù)不足、無(wú)從做出比較切合實(shí)際的判斷,近年來(lái)，地質(zhì)學(xué)者輒滿足于少量

7、取點(diǎn)與大量測(cè)試，而疏于野外觀察制圖。比比皆然。實(shí)則地質(zhì)命題之真正解決，礦產(chǎn)勘察之實(shí)際奏效，莫不以野外詳細(xì)觀察與系統(tǒng)制圖為必由之徑，國(guó)際國(guó)內(nèi)，概莫能外。 中國(guó)科學(xué)院院士 王鴻禎教授,四）活動(dòng)構(gòu)造,我們對(duì)活動(dòng)構(gòu)造（活斷層）必須有一個(gè)正確和清醒的認(rèn)識(shí)。任何對(duì)活斷層的存在熟視無(wú)睹或者無(wú)所顧忌的態(tài)度都是要不得的。誠(chéng)然，活斷層的存在還不至于傷及人們的生命與安全，但是，它的存在是地震發(fā)生的禍?zhǔn)?，而一旦發(fā)生了地震，我們的生命與安全就要受到威脅,活動(dòng)斷層是指晚第四紀(jì)（200300萬(wàn)年）以來(lái)有活動(dòng)的斷層，也就是至今斷層兩盤(pán)仍有相對(duì)位移或仍在斷續(xù)移動(dòng)的斷層，亦稱活斷層、活動(dòng)斷裂。活動(dòng)斷裂的活動(dòng)常常是緩慢的，如果突然

8、快速變動(dòng)時(shí)即可產(chǎn)生地震。產(chǎn)生地震的活斷層即稱之為地震斷層,震撼日本的兵庫(kù)縣南部地震（阪神地震,1995年1月17日5時(shí)46分，在日本兵庫(kù)縣南部的淡路島發(fā)生了震級(jí)里氏7.2級(jí)強(qiáng)烈地震。震中位置：北緯34.6，東經(jīng)135.0，震源深度20公里,這次地震使阪神地區(qū)和淡路島北部受到較大的破壞，死亡5378人，房屋倒塌159544棟，地震引起的煤氣管道斷裂和電線短路導(dǎo)致發(fā)生特大火災(zāi)，神戶港夜景的輝煌，一瞬間便暗淡無(wú)光,神戶地震的嚴(yán)峻的事實(shí)極大地震撼了日本、震撼了東京！ 東京的高架公路、橋梁等能經(jīng)得起這樣的考驗(yàn)嗎,1994年1月，美國(guó)洛杉磯市發(fā)生的里氏6.6級(jí)地震，使高速公路、高架橋梁遭到嚴(yán)重破壞。日本的

9、有關(guān)專家在考察后表示，日本的高速公路和橋梁是可以抗震的,可是，時(shí)隔僅一年，神戶地震的現(xiàn)實(shí)將日本高速公路、橋梁抗震的神話徹底摧毀了！ 阪神高速公路的高架橋東倒西歪、粗壯的鋼筋混凝土橋梁也已傷筋露骨,地震是地球內(nèi)部應(yīng)力通過(guò)地震斷層釋放能量的一種自然現(xiàn)象。 神戶地震出現(xiàn)的地震斷層是沿淡路島西北部野島斷層呈NESW向延伸的右行平移斷層，斷層南東盤(pán)相對(duì)上升，上升量最大為1.3米，右行平移量最大為1.7米,總位移量最大為2.1米,淡路島北淡町野島平林村的地震斷層總滑距2.0米，右行平移1.6米，東側(cè)上升1.2米,北淡町小倉(cāng)地震斷層使田地、道路、圍墻均右行平移了1.3-1.5米,梨本附近(距江崎燈臺(tái)約7.5

10、km)地震斷層的右側(cè)隆起上升,野島斷層是活動(dòng)斷層，長(zhǎng)約7km，位移量1m/103年，右行位移量0.9m/103年，斷層?xùn)|側(cè)隆起速率為0.4-0.5m/103年。 根據(jù)此次神戶地震的最大位移量來(lái)計(jì)算，野島斷層的下一個(gè)活動(dòng)期為2000年以后,1999年9月21日臺(tái)灣集集地震,臺(tái)灣9.21集集大地震,1999年9月21日1時(shí)47分21秒，在臺(tái)灣日月潭西12.5公里集集一帶,發(fā)生了百年不遇的里氏7.3級(jí)強(qiáng)烈地震。造成臺(tái)灣人口萬(wàn)分之一（2300人）不幸喪身，近萬(wàn)人受傷，1萬(wàn)3千多房屋倒塌，10余萬(wàn)人無(wú)家可歸。實(shí)為一場(chǎng)浩劫，給全臺(tái)灣人民帶來(lái)莫大的創(chuàng)痛與震撼,地下深部隨著深度增加，溫度和壓力逐漸增高，巖石由

11、地表淺處的剛性、彈性狀態(tài)漸漸變?yōu)榫哂兴苄?，乃至流體狀態(tài)。由于深部溫度的不均勻，產(chǎn)生大規(guī)模的對(duì)流作用，使軟流圈上的厚約100公里的巖石圈裂解成板塊，板塊與板塊之間發(fā)生分離、聚斂或水平剪切運(yùn)動(dòng),臺(tái)灣位于菲律賓板塊與歐亞板塊的交界地帶，花蓮東部縱谷就是這兩板塊的交界線（圖1、2），同時(shí)也在環(huán)太平洋火山與地震帶上,板塊與板塊之間分離、聚斂或水平剪切運(yùn)動(dòng),圖一 臺(tái)灣及附近海域地形，海岸山脈為呂宋島弧的北端延伸,圖二（1）臺(tái)灣73至90年大于4.0的地震震源立體投影，可看出隱沒(méi)帶的位置西部震源淺，東部震源深,圖二（2） 臺(tái)灣板塊構(gòu)造及弧陸碰撞示意圖,菲律賓板塊以平均每年7公分的速度向西北方運(yùn)動(dòng)，位于菲律賓

12、板塊西緣的呂宋島弧北端在約6百萬(wàn)年前碰撞到歐亞板塊邊緣，使其快速隆升，成為中央山脈以及向西高度逐漸降低的山脈、丘陵與平原（圖3,圖三 臺(tái)灣地層及活動(dòng)斷層分布簡(jiǎn)圖及中部地質(zhì)剖面示意圖。彰化斷層和車龍鋪斷層為二條主要活斷層,地震發(fā)生機(jī)理示意圖,菲律賓板塊載著呂宋島弧，就象是超大型的推土機(jī)（圖四），將花東縱谷以西的地層推擠，使其產(chǎn)生彎曲、褶皺，甚至形成斷層，并引發(fā)地震（圖五,圖四 臺(tái)灣弧陸碰撞造山帶模式圖 海岸山脈（菲律賓板塊）象超大型推土機(jī)往西北方向推擠中央山脈,圖五A 臺(tái)灣原本水平的地層受由東向西的推擠而褶皺、形成逆斷層，并發(fā)生地震的示意圖,圖五B 彈性物體受力積累能量（變形）、最終斷裂而釋放能

13、量的過(guò)程示意圖,臺(tái)灣島縱向斷層與褶皺發(fā)育史,由于推擠力來(lái)自東邊，因此臺(tái)灣島上的斷層主要是向西上沖的逆斷層，斷層?xùn)|側(cè)（上盤(pán)）的地殼逐漸向上、向西移動(dòng)，疊覆在西側(cè)的地殼之上。也就是說(shuō)，在臺(tái)灣中央山脈以西，越靠西邊的斷層越年輕（圖六,圖六臺(tái)灣中部地區(qū)地層褶皺與斷層發(fā)展史 越西邊的斷層和褶皺越年輕,圖八 臺(tái)灣地質(zhì)圖： 顯示西部山麓帶山脈明顯的S形走勢(shì),圖九 影響臺(tái)灣地質(zhì)構(gòu)造與斷層活動(dòng)的主要單元（左側(cè)圖a至d為臺(tái)灣島的形成史示意圖,圖十 臺(tái)灣活動(dòng)斷層分布圖主要分布在兩個(gè)狹長(zhǎng)地帶： 1、西部山區(qū)與平原交界帶 2、花東縱谷區(qū),圖十一臺(tái)灣地區(qū)地震分布圖震中相對(duì)集中并成帶狀分布,圖十二 車龍埔斷層集集7.3級(jí)主

14、震和主要余震的發(fā)震斷層,圖十三集集大地震主震及較大余震震中分布圖（顯示這些震中位在北港基盤(pán)高區(qū)外緣所形成的弧形山系北半段,圖十四A集集大地震造成地殼位移(衛(wèi)星觀測(cè)水平位移) 車籠埔斷層（黑色）以東向北西水平位移可達(dá)8.5米（紅色,圖十四B集集大地震造成地殼位移(衛(wèi)星觀測(cè)垂直位移)車籠埔斷層（黑色）以東垂直上升可達(dá)9.8米（紅色,圖十五 車龍埔逆斷層線兩側(cè)災(zāi)害差別示意圖（上盤(pán)比下盤(pán)嚴(yán)重,1.地震斷層切過(guò)清水溪桶頭橋，橋墩被切斷，橋面斷落,2. 清水溪桶頭橋東是斷層出露位置,地震時(shí)發(fā)生山崩,3. 名竹大橋地震斷層經(jīng)過(guò)兩橋墩之間,造成橋面斷裂,4. 濁水溪,車籠埔斷層造成其東側(cè)上升了近3米,5. 斷

15、層由北向南切過(guò)濁水溪河床,使東側(cè)抬高2.5米,6. 斷層切過(guò)河堤,使其東側(cè)隆起約2米、向北位移約3.5米,7. 名間, 斷層從稻田中穿過(guò),兩側(cè)相對(duì)上升約2米,8. 雙冬 地震時(shí)產(chǎn)生的噴沙現(xiàn)象,9. 烏溪橋約3米直徑的鋼筋混凝土橋墩被地震斷層所切斷,10. 烏溪橋約3米直徑的鋼筋混凝土橋墩被地震斷層所切斷,11. 萬(wàn)豐 斷層將原水平的圍墻抬起,同時(shí)房屋也被抬高傾斜,12. 斷層經(jīng)過(guò)霧峰光復(fù)國(guó)小,形成東側(cè)操場(chǎng)被抬升約2米,13. 地震斷層橫穿霧峰光復(fù)國(guó)小，斷層呈線狀分布,14. 霧峰光復(fù)國(guó)小南側(cè)的河堤和道路被抬高約1.5米,15. 霧峰光復(fù)國(guó)小教室倒塌, 所幸地震發(fā)生在夜間, 無(wú)傷亡,16. 霧峰光復(fù)國(guó)小房屋支柱鋼筋扭曲,17. 霧峰建筑物向一側(cè)傾倒,18. 北清溪 地震斷層橫切道路,將東側(cè)的路面抬升1.5米,19. 車籠埔斷層橫切草湖溪河床, 將東側(cè)的河床抬升約2米,20. 斷層通過(guò)平鋪在河床上的消波塊, 將東側(cè)河床抬高1米,21.道路和鋼筋結(jié)構(gòu)的廠房被斷層橫穿, 使一側(cè)抬高約 3米,22. 斷層通過(guò)紅色房屋的右側(cè), 并將房屋與道路抬高約3米,23. 中臺(tái)醫(yī)專（芋圓