《構造地質(zhì)學緒論》PPT課件

1、主講人：張慶龍 南京大學地球科學系,構造地質(zhì)學,讀書須知出入法。始當求所以入，終當求所以出。見得親切，此是入書法；用得透脫，此是出書法。蓋不能入得書，則不知古人用心處；不能出得書，則又死于言下。惟知出知入，得盡讀書之法也,一） 何為構造地質(zhì)學？ 構造地質(zhì)學是研究地殼乃至巖石圈的構造褶皺、斷層、節(jié)理、山脈、盆地等的形成與形變的科學,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,陜西永壽好時河奧陶系石灰?guī)r中發(fā)育的褶皺,陜西永壽好時河奧陶系石灰?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褶皺,內(nèi)蒙古

2、烏海崗德爾斷層 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?？ú计渲惺肯当鞠M長石石英砂巖中發(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）古典構造地質(zhì)學 與現(xiàn)代構造地質(zhì)學,從十八世紀開始，就有人指出了山脈的帶狀構造，對褶皺進行了模擬實驗。但構造地質(zhì)學的真正形成，應始于1850年。19世紀后期至20世紀初，構造地質(zhì)學特別繁盛,到了1920年，有人詳細地研究了阿爾卑斯山脈的地質(zhì)構造，發(fā)現(xiàn)了飛來峰和構造窗，確立了

3、推覆構造的存在，從而確立了造山旋回論，此即稱為古典構造地質(zhì)學或古典造山論,古典構造地質(zhì)學主要是在生物地層學的基礎上，在研究阿爾卑斯山脈的基礎上發(fā)展起來的，它基本上是一種“固定論”的觀點，認為海、陸是永恒的（地殼下降，海水入侵；地殼上升，產(chǎn)生海退,1912年，德國氣象學家魏格納（A.Wegener）的大陸漂移說問世。魏格納起初在研究世界地圖時發(fā)現(xiàn)，大西洋兩岸非常相似。后來，又由于一些偶然的機會，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，魏格納對地質(zhì)學和古生物學的成果產(chǎn)生了極大的興趣，并逐漸得出肯定的結論：大陸在地球表面經(jīng)過了漂移才到了現(xiàn)在的位置，兩億年前大西洋并不存在

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

5、態(tài)特征、分布與組合形式； 2、時間方面：主要研究構造的形成順序與演變； 3、成因方面：主要研究構造的形成機制及其發(fā)育的地質(zhì)條件,三）構造地質(zhì)學研究基本方法,構造地質(zhì)學是地質(zhì)學領域里的“上層建筑”，同時也是實踐性很強的一門學科。 1、認識精細的觀察感性認識； 2、分析綜合分析、歸納理性認識,1、新技術的應用：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、多學科的滲透：地質(zhì)+力學、地質(zhì)+物理、地質(zhì)+化學、地質(zhì)+天文、地質(zhì)+數(shù)學、地質(zhì)+環(huán)境、地質(zhì)+模擬等,科學研究的基本方法 1、正序法：先設計、后實驗、再投產(chǎn)； 2、反序法：“將今論古,地質(zhì)構造是在漫長的地質(zhì)歷史中形成的，而

6、這一過程是人類歷史無法經(jīng)歷和難以重復的，同時也是地表野外難以觀察全面的。因此，應該運用辨證的思維方式來分析各種地質(zhì)資料，研究各種地質(zhì)問題,在掌握了一定的實際資料的情況下，首先應擬定出各種可能的、與已知事實基本相符的假說或設想，做出多種判斷,進一步觀察和收集資料，用新的事實對前面的判斷加以檢驗和修正；其中一些判斷被新的事實否定，而另一些則被得到補充、修正和完善，從而形成一種新的假說,如此循環(huán)、反復，使早期的判斷不斷趨于全面、正確 多重暫定假說,多重暫定假說 1、避免見其一點、不及其余、過早做出依據(jù)不夠的判斷； 2、避免始終感到資料依據(jù)不足、無從做出比較切合實際的判斷,近年來，地質(zhì)學者輒滿足于少量

7、取點與大量測試，而疏于野外觀察制圖。比比皆然。實則地質(zhì)命題之真正解決，礦產(chǎn)勘察之實際奏效，莫不以野外詳細觀察與系統(tǒng)制圖為必由之徑，國際國內(nèi)，概莫能外。 中國科學院院士 王鴻禎教授,四）活動構造,我們對活動構造（活斷層）必須有一個正確和清醒的認識。任何對活斷層的存在熟視無睹或者無所顧忌的態(tài)度都是要不得的。誠然，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)生的禍首，而一旦發(fā)生了地震，我們的生命與安全就要受到威脅,活動斷層是指晚第四紀（200300萬年）以來有活動的斷層，也就是至今斷層兩盤仍有相對位移或仍在斷續(xù)移動的斷層，亦稱活斷層、活動斷裂?；顒訑嗔训幕顒映３Ｊ蔷徛?，如果突然

8、快速變動時即可產(chǎn)生地震。產(chǎn)生地震的活斷層即稱之為地震斷層,震撼日本的兵庫縣南部地震（阪神地震,1995年1月17日5時46分，在日本兵庫縣南部的淡路島發(fā)生了震級里氏7.2級強烈地震。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致發(fā)生特大火災，神戶港夜景的輝煌，一瞬間便暗淡無光,神戶地震的嚴峻的事實極大地震撼了日本、震撼了東京！ 東京的高架公路、橋梁等能經(jīng)得起這樣的考驗嗎,1994年1月，美國洛杉磯市發(fā)生的里氏6.6級地震，使高速公路、高架橋梁遭到嚴重破壞。日本的

9、有關專家在考察后表示，日本的高速公路和橋梁是可以抗震的,可是，時隔僅一年，神戶地震的現(xiàn)實將日本高速公路、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)部應力通過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，斷層南東盤相對上升，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(距江崎燈臺約7.5

10、km)地震斷層的右側(cè)隆起上升,野島斷層是活動斷層，長約7km，位移量1m/103年，右行位移量0.9m/103年，斷層東側(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計算，野島斷層的下一個活動期為2000年以后,1999年9月21日臺灣集集地震,臺灣9.21集集大地震,1999年9月21日1時47分21秒，在臺灣日月潭西12.5公里集集一帶,發(fā)生了百年不遇的里氏7.3級強烈地震。造成臺灣人口萬分之一（2300人）不幸喪身，近萬人受傷，1萬3千多房屋倒塌，10余萬人無家可歸。實為一場浩劫，給全臺灣人民帶來莫大的創(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)榫哂兴苄裕酥亮黧w狀態(tài)。由于深部溫度的不均勻，產(chǎn)生大規(guī)模的對流作用，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、聚斂或水平剪切運動,臺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、聚斂或水平剪切運動,圖一 臺灣及附近海域地形，海岸山脈為呂宋島弧的北端延伸,圖二（1）臺灣73至90年大于4.0的地震震源立體投影，可看出隱沒帶的位置西部震源淺，東部震源深,圖二（2） 臺灣板塊構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動，位于菲律賓

12、板塊西緣的呂宋島弧北端在約6百萬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 臺灣地層及活動斷層分布簡圖及中部地質(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（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）象超大型推土機往西北方向推擠中央山脈,圖五A 臺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、量的過程示意圖,臺灣島縱向斷層與褶皺發(fā)育史,由于推擠力來自東邊，因此臺灣島上的斷層主要是向西上沖的逆斷層，斷層東側(cè)（上盤）的地殼逐漸向上、向西移動，疊覆在西側(cè)的地殼之上。也就是說，在臺灣中央山脈以西，越靠西邊的斷層越年輕（圖六,圖六臺灣中部地區(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 臺灣地質(zhì)圖： 顯示西部山麓帶山脈明顯的S形走勢,圖九 影響臺灣地質(zhì)構造與斷層活動的主要單元（左側(cè)圖a至d為臺灣島的形成史示意圖,圖十 臺灣活動斷層分布圖主要分布在兩個狹長地帶： 1、西部山區(qū)與平原交界帶 2、花東縱谷區(qū),圖十一臺灣地區(qū)地震分布圖震中相對集中并成帶狀分布,圖十二 車龍埔斷層集集7.3級主

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)星觀測水平位移) 車籠埔斷層（黑色）以東向北西水平位移可達8.5米（紅色,圖十四B集集大地震造成地殼位移(衛(wèi)星觀測垂直位移)車籠埔斷層（黑色）以東垂直上升可達9.8米（紅色,圖十五 車龍埔逆斷層線兩側(cè)災害差別示意圖（上盤比下盤嚴重,1.地震斷層切過清水溪桶頭橋，橋墩被切斷，橋面斷落,2. 清水溪桶頭橋東是斷層出露位置,地震時發(fā)生山崩,3. 名竹大橋地震斷層經(jīng)過兩橋墩之間,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、層由北向南切過濁水溪河床,使東側(cè)抬高2.5米,6. 斷層切過河堤,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,兩側(cè)相對上升約2米,8. 雙冬 地震時產(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. 萬豐 斷層將原水平的圍墻抬起,同時房屋也被抬高傾斜,12. 斷層經(jīng)過霧峰光復國小,形成東側(cè)操場被抬升約2米,13. 地震斷層橫穿霧峰光復國小，斷層呈線狀分布,14. 霧峰光復國小南側(cè)的河堤和道路被抬高約1.5米,15. 霧峰光復國小教室倒塌, 所幸地震發(fā)生在夜間, 無傷亡,16. 霧峰光復國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.道路和鋼筋結構的廠房被斷層橫穿, 使一側(cè)抬高約 3米,22. 斷層通過紅色房屋的右側(cè), 并將房屋與道路抬高約3米,23. 中臺醫(yī)專（芋圓