構造運動與地質

tectonicmovementandgeologicalstructrue第八章構造運動與地質構造實踐中的構造地質學問題二十世紀大地震1999.8.17日3時7分土耳其西部和中部發(fā)生7.8級大地震，造成巨大損失。死亡人數超過4萬人，其中工業(yè)省份科賈埃利省傷亡最大。一座大煉油廠原計劃賣出17%股份，價值7.26億美圓，頃刻之間毀于一旦。地震－對人類威脅最大的自然災害之一天然地震絕大部分是構造地震地震能夠預防嗎？可以。但是，首先需要了解地震發(fā)震機理，學習構造地質學的知識然后，通過系統(tǒng)研究……，提出解決方案。如果獲得突破性進展，你將有可能獲得新設立的“諾貝爾地學獎”三峽工程

壩址選擇基底：巖性，堅固性，滲水率山體移動應力釋放，巖崩

地震區(qū)域穩(wěn)定性：穩(wěn)定地塊，活動帶斷層活動性

邊坡穩(wěn)定性三峽大壩三峽工程大壩壩址選定在宜昌市三斗坪。壩址區(qū)河谷開闊，兩岸岸坡較平緩，江中有一小島（中堡島），具備良好的分期施工導流條件。樞紐建筑物基礎為堅硬完整的花崗巖體，巖石抗壓強度約100兆帕；巖體內斷層、裂隙不發(fā)育，且大多膠結良好、透水性微弱。這些因素構成了修建混凝土高壩的優(yōu)良地質條件。

8·1構造運動8·1·1構造運動的概念8·1·2構造運動基本形式8·2巖石的變形與地質構造8·2·1地質構造的概念8·2·2地質構造類型8·2·3巖石的力學分析8·3確定地史期構造運動的方法8·3·1巖相分析8·3·2厚度分析8·3·3接觸關系分析8·3·4階地分析8·1構造運動（tectonicmovement）8·1·1構造運動的概念地球自其誕生日起至今無時無刻不在運動，這種運動不僅表現在地球不斷地繞太陽公轉及地球不斷地繞自己的軸自轉，而且在地球內部的任何一個部分也都在不斷地運動著。這種運動并不是理論上的推斷，而是可見的。例如：火山噴發(fā)是地球內部物質向上運動的結果。由于地球內部的高溫高壓，使地球內部的物質呈塑性狀態(tài)或熔融狀態(tài)，這些柔軟的或液態(tài)的物質，在力的作用下會發(fā)生運動，是易理解的。但是，地球表層的地殼是固態(tài)的，這種固態(tài)物質是否也在不斷地運動呢？這是1958年發(fā)生的一次地震造成的地面裂開，說明這里受到了一個拉張力的作用，固體的沉積層發(fā)生了位移運動。上面是水平的沉積巖層，下面是傾斜的沉積巖層。說明在形成上面的沉積層前，下面的巖層發(fā)生過位置變動的運動，是有一個力將原來水平的固體沉積巖層推成傾斜。此照片中巖層的傾斜度比上一張照片中巖層的傾斜度更大。說明此巖層所受的推力較大，故使巖層發(fā)生的位移運動也較大。此照片中的巖層近于直立，由原始的水平狀態(tài)被推到直立，說明巖層受到了巨大的推力，發(fā)生了近90度的位移變動。此照片中的巖層發(fā)生了彎曲，稱為褶皺，由原始的水平狀態(tài)變成現在的褶皺，說明固體的巖層受到了巨大的擠壓力的作用后，發(fā)生了塑性變形。意大利那不列斯的古人建造的一個祭典太陽神的建筑，后來被海水浸沒，而廢棄。文獻記載這個建筑群當時建在陸上，說明是地殼下沉所致。由于這些石柱長期浸在海水中，許多貝殼生物吸在柱上，現在這些石柱又出露水面，留在石柱上的貝殼高度有2米以上，可見地殼又抬升了。說明地殼除了前面所見的水平拉張與推擠運動外，還有垂直方向上的升降運動。固體地殼在不斷地運動著，既有水平的拉張與擠壓，又有垂直的升降運動。固體地殼的運動，只有在特殊的情況下才表現得既快速又激烈，例如地震，它可以引起山崩、地陷、海嘯，使人們可以直接感受到地殼在運動。但是在絕大多數情況下，地殼運動的進行是十分緩慢的，它不容易被人們所感覺到。那不列斯太陽神廟所在地的升降，并不是短時間內發(fā)生的，它經歷了上千年的歷史；水平巖層的傾斜和褶皺的形成則經過了幾百萬年的過程，是在一個相當長時期的定向力的作用下發(fā)生的緩慢形變的結果。構造運動（又稱地殼運動）是指由地球內部動力引起的固體地球表層的機械運動。構造運動引起地殼結構的改變和物質的變位。

地球表層所發(fā)生的一系列構造運動是地球內部物質的不均衡運動的結果。在某個地方發(fā)生了拉張，必定在其相鄰的地方發(fā)生了擠壓；在某個地方發(fā)生了抬升，必定在其周圍地區(qū)發(fā)生了下降。

地球內部的物質運動總是破壞了一個平衡，再逐漸趨向新的平衡，而在這里的新平衡建立的過程中，又破壞了鄰區(qū)的平衡，從而使地球表層不斷地發(fā)生著運動。8·1·2構造運動的基本形式構造運動根據運動的方向可分為：水平運動與垂直運動兩大類。1，水平運動（horizontalmovement）是地球表層（地殼或巖石圈）的塊體沿大致平行地球表面的方向上運動。其中有三種基本形式：（1）相鄰地塊在水平方向上相互分離拉開，稱拉張。（2）相鄰地塊在水平方向上相互靠攏，稱擠壓。（3）相鄰地塊受到不在同一直線上的相對運動的水平力的作用而發(fā)生相對的錯動，稱剪切。2，垂直運動(verticalmovement）相鄰地塊或同一地塊的不同部分在地球半徑方向上作差異性的上升或下降。也有三種基本形式：（1）相鄰地塊沿垂直面作相對上下運動；（2）相鄰地塊沿斜面作相對上下運動；（3）同一地塊的不同部分上升或下降速度不同而造成的相對運動。8·2巖石的變形與地質構造8·2·1地質構造（geologicalsrtuctrue)的概念構造運動的基本形式有水平運動及垂直運動，在地球表層的不同部位，有時以水平運動為主，有時以升降運動為主，有時兩者頻繁交替，有時兩者同時發(fā)生。構造運動的結果造成了地殼上巖石的變形與變位，形成一系列地質形跡，或產生巖層的傾斜，或形成了巖層的褶皺，或在巖石中產生斷裂，有的斷裂是拉張型的，有的則是剪切型.這一系列由構造運動造成的巖石變形與變位的地質形跡，稱為地質構造。那么，在地殼上有哪些基本地質構造類型呢？8·2·2地質構造類型1，水平構造在地殼上存在的地質構造形跡是多種多樣的，可以說沒有一個地質構造與另一個地質構造是完全相同的，只存在相似性。根據相似的形跡特征，將地質構造歸納成五種基本地質構造類型：水平構造、傾斜構造、皺褶構造、不整合構造、斷裂構造。原始的沉積物都是水平或近于水平的的層狀堆積物，固結成巖后稱為巖層。巖層經構造運動后，仍呈水平或近于水平狀態(tài)的地質構造形跡，稱水平構造。每個巖層都有互相平行的頂底面，稱為層面。其頂面稱上層面，底面叫下層面。上下層面間垂直距離是巖層的厚度。水平構造2，傾斜構造（1）概念巖層經構造運動后改變了原來的水平狀態(tài)，形成巖層面與水平面間具有一定夾角的地質構造形跡，稱為傾斜構造。這種巖層叫傾斜巖層。（2）巖層的產狀由水平巖層變位成傾斜巖層后，巖層在空間中的位置如何來表達？地質學上把巖層在空間的位置，稱為巖層的產狀。巖層的產狀有三個要素：①走向（strike）巖層的層面與水平面交線的延展方向（AB）。②傾向（dip）巖層面上垂直走向的傾斜線在水平面上的投影線的方向（CD）。③傾角（dipangle）巖層面與水平面的夾角（∠CDE）。當巖層傾角達90度時，稱直立巖層。3，褶皺構造（fold）（1）概念巖層受到垂直壓力或水平擠壓力而發(fā)生各種彎曲，稱為皺褶構造。皺褶構造中的單個彎曲稱褶曲。褶曲的形態(tài)要素有：核、翼、軸面、樞紐。核（core）褶曲中心部分的巖層翼（limb）褶曲核部兩側巖層軸面（axialplane）褶曲兩翼的近似對稱面。樞紐（hinge）軸面與層面的交線（2）褶曲的類型褶曲的基本類型有兩類：背斜和向斜①背斜巖層向上拱起的彎曲構造，稱為背斜。②向斜巖層向下凹的彎曲構造，稱為向斜。背斜的特點是：a，兩翼產狀相反b，核部巖層老、翼部巖層新c，由核部向兩側巖層對稱重復出現向斜的特點是：a，兩翼產狀相反b，核部巖層新、翼部巖層老c，由核部向兩側巖層對稱重復出現a，按褶曲的軸面特征分類有:直立褶曲、斜歪褶曲、平臥褶曲及倒轉褶曲①直立褶曲軸面與水平面垂直②斜歪褶曲軸面與水平面斜交，兩翼傾向相反。③倒轉褶曲軸面與水平面斜交，兩翼傾向相同。④平臥褶曲軸面與水平面斜交b，按褶曲的轉折端形態(tài)分類有:尖棱褶曲、箱形褶曲及扇形褶曲①尖棱褶曲轉折端尖棱。尖棱褶皺②箱形褶曲轉折端呈長方形③扇形褶曲轉折端呈扇形箱形向斜C，按樞紐的狀態(tài)分有：水平褶曲與傾伏褶曲①水平褶曲樞紐平行水平面組成褶曲的地層的層面在水平面上的走向線互相平行。②傾伏褶曲樞紐與水平面斜交。組成褶曲的地層的層面在水平面上的走向線呈鼻狀圈閉。d，按褶曲在平面上的長寬比分有：線形褶曲、短軸褶曲、穹窿與盆①線形褶曲長寬比在10倍以上，又稱長軸褶曲。②短軸褶曲長寬比為3－10倍。③穹窿與盆長寬比小于3的褶曲。上凸的背斜稱穹窿；下凹的向斜稱盆。e，按褶曲的組合形態(tài)分有：復背斜與復向斜②復向斜由一系列次一級的背斜和向斜組成的大向斜，稱為復向斜①復背斜由一系列次一級的背斜和向斜組成的大背斜，稱為復背斜背斜和向斜形成初期，背斜成山、向斜成谷，但經剝蝕作用，可造成背斜是谷，向斜是山，或夷平后上面再沉積新的地層。當上下兩套地質構造截然不同時，又產生了一類新的地質構造，叫不整合構造。不整合構造向斜山背斜山4，不整合構造不整合構造可分平行不整合和角度不整合兩類：①平行不整合新老兩套巖層都為相同的水平構造或傾斜構造，并且互相平行（即產狀一致），但新老兩套巖層之間有沉積間斷或剝蝕面存在，巖石性質和古生物演變存在突變（即下臥的巖層形成后，地殼抬升，不再接受沉積，并且遭剝蝕；后來地殼又下沉，再接受沉積，形成上覆巖層）。平行不整合又名假整合。新老巖層產狀一致，巖石性質和古生物演變漸變，新老巖層之間不存在沉積間斷或剝蝕面，稱為整合。②角度不整合新老兩套巖層據不同的地質類型構造，即產狀不一致，并且新老兩套巖層之間有沉積間斷及剝蝕面存在，巖石性質和古生物演變存在突變，稱為角度不整合。角度不整合5，斷裂構造斷裂構造是巖石破裂所造成的地質構造形跡。有節(jié)理和斷層兩類構造。巖石破碎后破碎面兩側巖塊有明顯錯動者，稱斷層，其錯動面稱斷層面；無明顯錯動者，稱節(jié)理，其裂開面稱節(jié)理面。節(jié)理按其力學成因分有：張性節(jié)理、剪（扭）性節(jié)理及壓性節(jié)理。棋盤狀節(jié)理（1）斷層要素斷層有三要素：斷層面、斷層盤及斷層線斷層面是巖塊間發(fā)生相對錯動的錯動面。斷層盤是斷層面兩側的巖塊。若斷層面與水平面斜交，位于斷層面之上的，稱上盤；位于斷層面之下的，稱下盤。若斷層面與水平面垂直，位于斷層面右側的，稱右盤；位于斷層面左側的，稱左盤。斷層線是斷層面與水平面的交線。（2）斷層的分類a，按兩盤運動方向分有：正斷層、逆斷層與平移斷層①正斷層，上盤向下運動②逆斷層，上盤向上運動斷層面傾角低于25度的逆斷層，叫逆掩斷層。大規(guī)模的逆掩斷層，叫推覆構造③平移斷層，斷層面近于垂直，兩盤作水平錯動，垂直方向無明顯位移。b，按斷層與巖層的相對位置分有：走向斷層、傾向斷層及斜向斷層①走向斷層，斷層線與地層走向平行或近于平行。②傾向斷層，斷層線與地層走向垂直或近于垂直。③斜向斷層，斷層線與地層的走向斜交。c，按斷層的組合形式分有：地塹、地壘、階梯狀斷層及疊瓦狀斷層。①兩條傾向相反的正斷層夾持的中間地塊為共同下降盤的斷層組合，稱地塹。②兩條傾向相反的正斷層夾持的中間地塊為共同上升盤的斷層組合，稱地壘。③多條傾向基本一致的斷層，它們的上盤都為下降盤的斷層組合，稱階梯狀斷層。④多條傾向基本一致的斷層，它們的上盤都為上升盤的斷層組合，稱疊瓦狀斷層。（3）判斷斷層的依據①斷層面上有擦痕、鏡面、階步。擦痕是斷層發(fā)生時兩盤互相摩擦在斷層面上留下的刻劃印痕。鏡面是斷層發(fā)生時兩盤互相摩擦在斷層面上留下的磨光面。階步是斷層兩盤拉開時在斷層面上造成的斷口。擦痕和階步可指示斷層兩盤的運動方向。②斷層面旁有拖奄小褶曲。褶曲的弧尖指示本盤運動方向③斷層面兩側巖石碎裂造成斷層角礫巖、磨礫巖（礫石呈棱角狀稱角礫巖，礫石混園狀稱磨礫巖）糜棱巖或千糜巖，以及斷層泥（斷層強烈摩擦形成的泥狀物質，松散未成巖者為斷層泥，固結成巖者為千糜巖）④斷層面兩側巖石中節(jié)理密集。當密集的節(jié)理平行斷層面分布，將巖石破裂成貌似千枚或片巖時的節(jié)理群，稱為破劈理。④在地形地貌上，斷層形成懸崖峭壁，斷層三角面，及沿斷層線成溝谷，有地下水出露成泉、串珠狀湖及河流。斷層三角面沿斷層線形成河流斷層衛(wèi)星照片圣安德烈斯大斷層⑤斷層造成巖層在走向上不連續(xù)，或發(fā)生重復或缺失。8·2·3巖石的力學分析任何物體受力后都會發(fā)生變形，當外力消失后能復原的稱為彈性,但彈性有彈性限度；當外力的超過彈性限度時就會發(fā)生變形。任何物體還有抵抗外力不變形、不破壞的抵抗強度，但也有強度極限；當外力的超過物體的強度極限時就會發(fā)生破裂。巖石受力后也要發(fā)生變形，甚至破碎，變形的過程可劃分三個階段：（1）彈性變形階段當所受外力小于巖石的彈性限度時，外力要使巖石變形，而巖石內部的抵抗力則促使巖石復原，因后者大于前者，巖石受力后沒有留下痕跡。（2）塑性變形階段當外力加大到超過巖石的彈性限度，但未超過巖石的強度極限時，此時巖石變形，巖石內部的抗力隨之分解，當外力消失后，內部抗力已沒有能力使巖石復原。巖石中皺褶的形成就是塑性變形階段的產物。（3）斷裂變形階段當外力加大到超過巖石的強度極限時，巖石破裂，隨巖石的破裂，外力與內力同時釋放。巖石中斷裂的形成是此階段的產物。那末，巖石破裂時巖石內的力的分解情況如何？當巖石受擠壓時，在垂直主壓力的方向上派生拉張力，在拉張力作用下，產生張裂面；主壓力與派生拉張力的合力形成與主壓力方向斜交的剪切力，在剪切力作用下，產生剪裂面；因為主壓力大于派生拉張力，故剪裂面偏向主壓力方向，即剪裂面夾角的銳角指向主壓力方向。在主壓力的推動下，巖塊沿剪裂面上爬，形成逆斷層。當巖石受拉張時，在垂直主拉力的方向上派生擠壓力，在拉力作用下，產生張裂面，主拉力與派生壓力的合力形成與主拉力方向斜交的剪切力，在剪切力作用下，產生剪裂面；因為主拉力大于派生壓力，故剪裂面偏向主拉力方向，即剪裂面夾角的銳角指向主拉力方向。在主拉力的拖動下，巖塊沿剪裂面下滑，形成正斷層。上述分析稱構造力學分析，使用的是應變橢球體，故又稱應變橢球體法。從上述分析中可得出如下規(guī)律：1.如果某地區(qū)主要發(fā)育正斷層，則該地區(qū)主要經受拉張力作用。2.如果某地區(qū)主要發(fā)育逆斷層，則該地區(qū)主要經受擠壓力作用。3.但引發(fā)上述斷裂的主應力都是在一條直線上，那末，當主應力不在一條直線上時，巖石中力的分解情況又如何？當主應力不在一條直線上時，就會產生合力的剪切作用，在合力的方向上，形成平移斷層。左旋逆斷層右旋逆斷層左旋正斷層右旋正斷層8·3確定地史期構造運動的方法8·3·1巖相分析地史期內發(fā)生的構造運動可根據構造運動留下的地質記錄，來分析和恢復它的發(fā)展歷史，分析的方法有：巖相分析法、厚度分析法、接觸關系分析法及階地分析等。巖相是地質環(huán)境及其物質表現的總和。1，沉積（巖）相沉積作用＋沉積物特征＋沉積巖形成時的地質環(huán)境＝沉積（巖）相在大陸上形成的沉積統(tǒng)稱陸相；在海洋中形成的沉積統(tǒng)稱海相；在海陸過渡地帶形成的沉積統(tǒng)稱海陸過渡相。陸相中還可進一步劃分：河流相、湖相、沼澤相、冰川相等。海相中還可進一步劃分：濱岸相、淺海相、深海相、濁流相等。海陸過渡相相中還可進一步劃分：三角洲相、潮坪相、瀉湖相等。2，巖漿（巖）相巖漿作用＋巖漿巖特征＋巖漿巖形成時的地質環(huán)境＝巖漿（巖）相。巖漿侵入體中央的產物稱中央相；巖漿侵入體邊緣的產物稱邊