第八章構(gòu)造作用與地質(zhì)構(gòu)造第八章構(gòu)造作用與地質(zhì)構(gòu)造

Tectoniceffectandgeologicstructures構(gòu)造作用主要表現(xiàn)為地殼的機械運動，以往稱為地殼運動，但是在很多情況下，這類運動不只限于地殼，還涉及巖石圈，所以改稱為構(gòu)造作用。第一節(jié)構(gòu)造作用的基本方式一.基本概念1.地球是一層圈體,各層圈之間無休止地作相互作用。地核間的差異旋轉(zhuǎn)是構(gòu)造作用的內(nèi)因(發(fā)動機);構(gòu)造作用與人類活動關系密切,是形成地表萬象、大千世界的原因。2.構(gòu)造時刻在運動,水平巖層的褶皺彎曲與破碎都是構(gòu)造作用產(chǎn)物。只有急劇的地震才會被人們感覺到，緩慢的、深部的作用只能被大地測量、天文測量記錄到。

3.古構(gòu)造作用的證據(jù)記錄在巖石中，現(xiàn)代地殼運動的證據(jù)記錄在巖石和毀壞的建筑物中。

4.構(gòu)造作用的方式:垂直運動、水平運動。以水平運動為主。包括褶皺、斷裂、巖漿三大類型。

（1）水平運動：是地殼或巖石圈塊體沿水平方向移動。其有三種基本形式：①相鄰塊體分離，②相鄰塊體向上聚匯，③相鄰塊體剪切、錯開。全球各大陸就是巨大的塊體，其速度大約每年幾毫米到數(shù)厘米。

（2）垂直運動：是相鄰或同一塊體的不同部分作差異性上升或下降，使某些地區(qū)上升成為高地或山嶺，另一些地區(qū)下降為盆地或平原。二.構(gòu)造作用的實例

●地球運動：自轉(zhuǎn)1700km/小時；公轉(zhuǎn)17000km/小時?！翊怪边\動：同一地點、不同時間，升降交替；有升必有降。●水平運動：同一地點，有時擠壓，有時拉伸，有時走滑?？蓮秃?。●大量證據(jù)表明，水平運動是主導的，垂直運動是次要的、派生的?！窀窳晏m：與歐洲之間的距離在47年中（1823-1870）增加了420米?！褚獯罄簩е潞Ｆ矫嫔怠Ｄ遣焕账购０渡?，導至塞拉比斯神廟毀壞（公元前2世紀羅馬建筑），現(xiàn)僅殘留三根12米高的大理石柱。●喜山：300萬年上升6000米，在北坡4000米處發(fā)現(xiàn)海洋魚龍化石。●天山：濱海沼澤處形成的煤層，500萬年以來被抬升到4000m高處?！裉┥剑?00萬年升高了500多米，平均1mm/2年.●天津：100萬年來下降數(shù)十米，使永定河、海河經(jīng)天津匯入渤海。●寧-鎮(zhèn)：幾多風雨，滄海良田。第二節(jié)巖石的變形與地質(zhì)構(gòu)造一、一般概念

1.構(gòu)造地質(zhì)學（Structuralgeology）定義：是研究巖石的變形、分析外力作用方式的專門科學。構(gòu)造作用：由內(nèi)動力所引起的地殼(或巖石圈)巖石發(fā)生變動、變位的一種機械作用。(通常與地殼運動通用)2.褶皺與斷裂:巖石在外力作用下,產(chǎn)生永久變形,形成各種形態(tài)的彎曲(褶皺)和不同方向的破裂(斷裂).外力為各向不均勻力;各向均勻的外力只改變體積,不改變形態(tài)。3.構(gòu)造變形與巖石力學性質(zhì)(彈性與塑性、脆性與韌性、剛性與粘性)關系密切。彈性（elastic）:受力變形,撤力回復原態(tài),如彈簧。塑性（plastic）:撤力后不回復原態(tài),如頁巖。脆性（brittle）:<5%彈性變形便很快破裂,多在上地殼。韌性（ductile）：破裂前可承受>10%的塑性變形,發(fā)生在中、下地殼。剛性（rigid）：巖石不易變形彎曲的性質(zhì)。粘性（viscous）：巖石容易流動變形的性質(zhì)。

4、構(gòu)造運動是持續(xù)不斷的運動是絕對的，靜止是相對的，平常不易觀察。雷州半島等地的古海灘現(xiàn)已高出海面80--90m，抬升作用；巖層被擠彎傾斜。5、構(gòu)造運動的方向性

水平運動--平行地表的運動(沿地球切線方向)。造成水平擠壓，形成褶皺、斷裂，形成角度不整合。

垂直運動--垂直于地表的運動(沿地球半徑方向)。表現(xiàn)為上升與下降，形成平行不整合。

板塊構(gòu)造學認為：水平運動是主導運動，垂直運動是由水平運動派生的。大陸漂移。人在行船上，感覺到上下顛振，但水平移動大。6、構(gòu)造運動的速度

(構(gòu)造運動的旋回性)

時快時慢，構(gòu)造周期性，構(gòu)造旋回；平靜期與急變期交替進行。就顯生宙來說，有幾個較重要的構(gòu)造運動強烈期：

1.志留紀末的加里東運動

2.三疊紀末的印支運動

3.白堊紀末的燕山運動太古宙旋回，元古宙旋回，震旦-加里東旋回，華力西旋回，印支旋回，燕山旋回。

其中分許多幕，燕山運動分2或5幕。

構(gòu)造作用造成巖石褶皺和斷裂。二、褶皺1、定義:在應力作用下巖層發(fā)生各種形態(tài)的彎曲現(xiàn)象。它是巖層塑性變形的結(jié)果。上凸的叫背斜anticline,下凹的叫向斜syncline。2、褶皺的幾何要素（93頁，圖8-5）a.翼limb：褶皺的二坡。b.核core：褶皺的中心（分布最老或最新時代的地層）。c.軸面axialplane：褶皺二翼近視的對稱面。d.樞紐hinge：褶皺軸面與層面的交線?；?沿單個褶皺走向，由一系列最大轉(zhuǎn)折點（弧尖）構(gòu)成的連線。e.弧尖crest:褶皺橫切面與樞紐的交線(橫切面上最大轉(zhuǎn)折點)f.軸線axialline：軸面與地面的交線。g.軸跡axialtrack:樞紐在地面的垂直投影。幾何關系：每個褶皺橫切面上可確定-弧尖,弧尖的連線為樞紐,若干樞紐組成軸面。褶曲：巖層被擠壓形成的一個彎曲叫褶曲。褶曲一般不單獨存在，而是一系列彎曲并保持巖層的完整性。這一系列的波狀彎曲即構(gòu)成褶皺。3、褶皺的類型

有兩種基本類型：（1）背斜：巖層時代中央老，兩側(cè)新，通常表現(xiàn)為往上拱起的彎曲，但在變質(zhì)巖區(qū)有例外。在平面圖(地質(zhì)圖上)，也表現(xiàn)為中間巖層老兩側(cè)新。（2）向斜：一般表現(xiàn)為向下彎。巖層時代中央新，兩側(cè)老。在平面圖上也表現(xiàn)為中間新兩側(cè)老。確定褶曲類型必須根據(jù)時代新老，不能僅僅根據(jù)形態(tài)，特別是在變質(zhì)巖區(qū)，有巖層倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（1）根據(jù)軸面的產(chǎn)狀，進一步分為：直立、傾斜、倒轉(zhuǎn)、平臥等褶皺；（2）根據(jù)橫剖面的形態(tài)，可分為：a.扇形褶皺：軸部開闊、二翼倒轉(zhuǎn)；b.箱形褶皺：軸部開闊、二翼陡立；c.單斜：巖層向同一個方向傾斜，它可以是同斜倒轉(zhuǎn)。（3）根據(jù)樞紐產(chǎn)狀，可分為：a.水平褶皺：樞紐水平、層面露頭線平行；b.傾狀褶皺：樞紐傾狀、層面露頭線形成狐狀合圍。（4）根據(jù)長、寬的比率，可分為：a.線狀褶皺：長/寬＞10:1；b.短軸褶皺：長/寬為3:1—10:1；c.穹盆褶皺：長/寬＜3:1。（5）根據(jù)褶皺組合方式，可分為：a.復背斜和復向斜：大規(guī)模的背斜兩翼被次一級的（或較小的）褶皺復雜化稱復背斜，相反稱復向斜。b.隔檔式與隔槽式褶皺：由一系列緊閉尖棱背斜和開闊平緩向斜相間排列而成的稱隔檔式褶皺，相反稱隔槽式褶皺。4、褶皺的野外識別標志a.地形倒置：褶皺形成時，背斜上拱，向斜下凹。但褶皺形成以后，遭受長期風化剝蝕，整個地形會變得平坦，即夷平作用。在經(jīng)受過風化剝蝕之后現(xiàn)今所見的地面上觀察，背斜和向斜在地形上沒有明顯的區(qū)分標志，甚至往往出現(xiàn)相反情形，即背斜成溝，向斜成山。

原因：向斜擠壓緊密，突出成山峰。背斜核部發(fā)育的縱張節(jié)理，成為風化剝蝕、流水沖刷易進行地段，因而剝蝕成溝。b.地層對稱、重復出現(xiàn)。背斜：中間老、兩側(cè)對稱變新（3-2-1-2-3）向斜：中間新、兩側(cè)對稱變老（1-2-3-2-1）c.產(chǎn)狀發(fā)生變化。6、褶皺構(gòu)造的研究意義通過對褶皺構(gòu)造的形態(tài)、性質(zhì)、組合關系等綜合分析，可定量半定量確定出古代構(gòu)造運動的方向、強度和時間等。例如，某地褶皺形態(tài)為背斜和向斜緊密擠在一起，呈線狀分布，說明該區(qū)的構(gòu)造運動比較強烈，且以水平運動為主；若某地區(qū)的構(gòu)造為開闊孤立的背斜或向斜，則說明該區(qū)構(gòu)造運動比較微弱。

三、斷裂構(gòu)造巖石受力后發(fā)生變形，當所受力超過巖石本身的抗壓強度時，就會破壞巖石的連續(xù)完整性而發(fā)生破裂，形成斷裂構(gòu)造。1、裂隙、節(jié)理巖石破裂后，如果兩側(cè)的巖塊沒有發(fā)生顯著的位移，稱為節(jié)理或裂隙。巖石破裂后的破裂面稱為裂隙面，裂隙面可以平坦或彎曲，可以水平、直立或傾斜。裂隙是地下水的良好通道，對水文地質(zhì)意義重大。巖石中裂隙的多少與規(guī)模大小，對巖石的承載力影響很大，這是工程地質(zhì)研究中要特別重視的問題。裂隙也是礦液運移、沉積場所，對找礦有利。如贛南鎢礦，石英脈型金礦等。節(jié)理joint：（1）定義:巖塊發(fā)生破裂,但二側(cè)無明顯的位移。節(jié)理是應力作用下巖石破裂的原始記錄。巖石變形越強烈，節(jié)理也越發(fā)育；巖石越老，保留的節(jié)理也就越多。分構(gòu)造節(jié)理（內(nèi)動力作用所形成的破裂）；風化節(jié)理（外動力作用所形成的破裂）；柱狀節(jié)理及橫節(jié)理（火成巖冷凝收縮形成的節(jié)理）。

（2）節(jié)理的種類：張節(jié)理、剪節(jié)理、破劈理（密集的擠壓破裂面）（3）節(jié)理的空間位置：走向、傾向、傾角；節(jié)理與巖層的關系：斜交、平行、垂直（4）共軛節(jié)理:材料力學上稱為呂德線Ridle，又稱“X”節(jié)理;表現(xiàn)為互相切割。

a.平面“X”節(jié)理、剖面“X”節(jié)理。

b.構(gòu)造力主要是水平方向的作用力，因此早期“X”節(jié)理和層面相垂直、晚期“X”節(jié)理和地面或水平面相垂直。2、斷層及其要素（1）巖石破裂后，兩側(cè)巖塊發(fā)生明顯位移，這種斷裂構(gòu)造稱為斷層。斷層到處可見，小到手標本上可見，大到幾千km.

（2）斷層面--巖石發(fā)生斷裂位移時，相對滑動的斷裂面。斷層面抗風化能力弱，一般地勢低洼，或為河流、溝谷，或為地下水出露點。斷層面產(chǎn)狀也有走向、傾向、傾角。

（3）斷盤--斷層面兩側(cè)的巖塊稱為斷盤。若斷層面傾斜，按相對位置把位于斷層面上面的斷盤稱上盤，斷層面下面的斷盤稱為下盤。按運動方向，相對上升的一盤稱為上升盤，另一盤稱為下降盤。（4）斷層位移—斷層兩盤相對移動的距離。斷層兩盤相當點，因斷裂而移動的距離稱為滑距，代表真位移（如圖8-13中的AA′），它還可分為沿水平方向的真位移及垂直方向的真位移。斷層兩盤中相當層因斷裂而移動的距離稱為斷距，代表視位移。3、斷層的主要類型（1）根據(jù)兩盤動向,分3種:正斷層---斷層的上盤相對下降，下盤相對上升；逆斷層---斷層的上盤相對上升，下盤相對下降；平移斷層---斷層兩盤沿斷層走向(水平方向)相對移動。C2N（2）根據(jù)斷層走向和地層走向關系分3種:a.走向斷層：縱斷層，斷層走向和地層走向平行b.傾向斷層：橫斷層，斷層走向和地層走向垂直c.斜向斷層：斜斷層，斷層走向和地層走向斜交（3）斷層常多條一起組成斷層組合。

斷層破碎帶---斷層面并不單一、簡單，而是一系列密集破裂面，寬度幾m甚至更寬。

深大斷裂帶---地殼中有些地區(qū)斷裂特別發(fā)育，大大小小斷裂組合在一起，延伸數(shù)十甚至數(shù)百上千km，寬度數(shù)十km，呈帶狀出現(xiàn)。切割深度甚至深達上地慢。這就是深大斷裂帶，它們往往是不同構(gòu)造單元的接合部位。幾種斷層組合(常見并重要的沉積巖區(qū)斷裂組合)：(1)階梯狀斷層---幾條產(chǎn)狀大致相同的正斷層排列在一起，沿某一方向作階梯狀下降.(2)地塹---兩條大致平行的相向正斷層，中間部分巖塊下降，即有共同下降盤。(3)地壘---兩條大致平行的正斷層相背傾斜，中央部分巖塊上升，即有共同的上升盤。4、斷層的規(guī)模斷層的規(guī)模或以其切割的深度，或以其延展的長度，或以其兩側(cè)巖塊位移的距離為度量標準，三者之間常有密切關系。一般說，切割越深，延展越長，并位移越大。5、判別斷層的存在及其形成年代（1）斷層證據(jù)

a.相當層錯開（相當層：地層、礦層）

b.層的重復或缺失（不對稱重復，區(qū)別于褶皺）性質(zhì)地層與斷層傾向相反地層與斷層傾向相同

c.擦痕和鏡面

slickenside,mirrorplane巖塊相互運動時，由于摩擦而在斷層面上形成的痕跡。

擦痕：平行而密集的溝紋.

鏡面：鐵、錳等物質(zhì)組成的光滑而平整的曲面。d.階步和反階步

●階步：陡坡傾斜方向指示對盤動向●反階步：壓性裂隙,亦稱羽裂,陡坡傾斜方向指示本盤動向;張性裂隙，R面，陡坡傾斜方向指示對盤動向。e.拖曳褶皺dragfold,牽引構(gòu)造●斷層使二側(cè)巖層發(fā)生變薄和彎曲●弧形突出的方向指示本盤動向f.斷層泥、斷層角礫●斷層泥：碾磨而成的泥狀物質(zhì)?！駭鄬咏堑[：碎塊較大，一般呈棱角狀；泥質(zhì)膠結(jié)，為斷層角礫巖?！駭鄬幽サ[：碎塊較大，一般呈圓-半圓形；泥質(zhì)膠結(jié)，為斷層磨礫巖。根據(jù)碎塊成分可判斷斷層切穿了那些地層及其斷層的動向g.密集的節(jié)理：進一步發(fā)展便成斷裂；先成節(jié)理常控制斷層的延伸方向。h.其他證據(jù)●山區(qū)、平原的平直界線；地形上的陡崖；三角面山（時代較新）.●礦化帶和泉水（斷層是礦液和地下水的通道和儲集場所，如湯山溫泉）（2）斷層的規(guī)模和時代

a.規(guī)模：用斷層的長度、深度、位移量來衡量.b.時代：根據(jù)斷層與地層的關系確定相對時代。斷層形成年代晚于被切割的最新地層的時代,老于不整合復蓋其上的最老地層?！裼脽後尮夥ù_定絕對時代●測定斷層過程中新形成的礦物年齡（如多硅白云母）6.研究斷層的意義●是研究和恢復地殼結(jié)構(gòu)的一把鑰匙。●為工程建設服務:密云水庫、南京長江大橋、三峽水庫、黃河小浪底。●找礦、找水：NWW290度新構(gòu)造斷層裂隙找水?！袂把貏酉颍簲嗔蚜W、3D模型和能量損耗?！駭鄬拥南到y(tǒng)研究，包括：產(chǎn)狀、規(guī)模、時代；派生構(gòu)造、組合特征、力學性質(zhì)；與變形變質(zhì)、礦產(chǎn)資源、巖漿活動、地震作用、活動性。第三節(jié)巖石的空間位置與接觸關系一、巖石的空間位置

1．空間位置：為了研究地質(zhì)構(gòu)造，首先要確定巖石的空間位置，巖層的空間位置取決于巖層層面的走向、傾向、傾角以及巖層的厚度。

2．水平巖層：沉積巖一層一層沉積，先沉積者在下面，后沉積巖層在上面。一般情況下巖層面為水平，這種巖層稱為水平巖層。

3．傾斜巖層：由于構(gòu)造運動，巖層產(chǎn)狀發(fā)生變動成傾斜。最常見。單斜、褶皺。巖層產(chǎn)狀三要素：走向、傾向、傾角.

走向---巖層面與水平面的交線稱為走向線，走向線兩端的延伸方向稱為巖層走向。兩個走向相差180度。

傾向---巖層面上垂直于走向線并向下所引的直線稱為真傾斜線，其水平投影線的方向即傾向，傾向與走向相差90度。

傾角---真傾斜線與其水平投影線之間的夾角。表示方法：720∠180720--傾向；180--傾角4．直立巖層---巖層直立；倒轉(zhuǎn)巖層---巖層翻轉(zhuǎn)。(羅盤使用方法)5.巖層厚度thickness：巖層頂?shù)酌嬷g的垂直距離