大地構(gòu)造學課件

1、主講教師：李 理 2012.12,構(gòu)造地質(zhì)學 Structural Geology,構(gòu)造地質(zhì)學,第一章 緒論 第二章 地質(zhì)體的產(chǎn)狀和地層接觸關系 第三章 巖石變形分析的力學基礎 第四章 劈理 第五章 線理 第六章 褶皺 第七章 節(jié)理 第八章 斷層,第一章 緒 論,構(gòu)造地質(zhì)學的內(nèi)涵和構(gòu)造規(guī)模 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系 構(gòu)造分析的基本方法 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義 課程的特點、教材及參考書,第一講 構(gòu)造地質(zhì)學的內(nèi)涵和構(gòu)造規(guī)模,研究對象：組成地殼的巖石、巖層和巖體在巖石圈中力的作用下變形的產(chǎn)物，即地質(zhì)構(gòu)造，簡稱構(gòu)造。,研究內(nèi)容：構(gòu)造的幾何形態(tài)、組合型式、形成機制和演化過程，并探討產(chǎn)生這些構(gòu)造的作用力的

2、方向、方式和性質(zhì)。,一、構(gòu)造地質(zhì)學的內(nèi)涵,褶皺,釣魚島,二、構(gòu)造的規(guī)模,全球構(gòu)造：如板塊 大型構(gòu)造：如造山帶,大地構(gòu)造學 (Tectonics),中型構(gòu)造：,幾十km范圍內(nèi)的構(gòu)造 露頭或手標本規(guī)模的構(gòu)造,小型構(gòu)造：,構(gòu)造地質(zhì)學,(Structural Geology ),二、構(gòu)造的規(guī)模,光學顯微鏡下觀察到的構(gòu)造 電子顯微鏡下觀察到的構(gòu)造,顯微構(gòu)造：,超顯微構(gòu)造：,構(gòu)造物理學,(Tectonophysics),二、構(gòu)造的規(guī)模,構(gòu)造物理學,大地構(gòu)造學,構(gòu)造地質(zhì)學,根本,基礎,表征,組構(gòu),研究方向：,二、構(gòu)造的規(guī)模,1.原生構(gòu)造：巖石或巖層在形成過程中產(chǎn)生的原始位態(tài)或面貌，如層理和火山巖的柱狀節(jié)理等

3、。,火山巖柱狀節(jié)理,沉積巖的層理 火山巖的柱狀節(jié)理,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,（一）構(gòu)造的成因分類：,一、地質(zhì)構(gòu)造的類型,一、地質(zhì)構(gòu)造的類型,（一）構(gòu)造的成因分類：,2.次生構(gòu)造：原生構(gòu)造在地質(zhì)應力作用下發(fā)生位態(tài)或面貌的改變形成的構(gòu)造，如褶皺、斷層等（構(gòu)造地質(zhì)學的主要研究內(nèi)容）。,褶皺,斷層,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,（二）構(gòu)造的形態(tài)分類：,面狀構(gòu)造：如褶皺（巖石中的波狀彎曲） 節(jié)理（兩側(cè)巖石沒有明顯位移的斷開） 斷層（兩側(cè)巖石有明顯位移的斷開） 劈理（巖石按一定方向分割成平行密集的薄片 或薄板的次生面狀構(gòu)造）,線狀構(gòu)造：線理（巖石中長條狀、線性要素呈 平行或近于平行排列的線性構(gòu)造）,

4、一、地質(zhì)構(gòu)造的類型,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,褶皺-巖石中的波狀彎曲,節(jié)理-兩側(cè)巖石沒有明顯位移的斷裂,斷層-兩側(cè)有明顯位移的巖石斷裂,劈理:一定方向平行密集排列的薄片(板),線理-平行排列的長條狀、線性要素,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,各種構(gòu)造之間：,褶皺與劈理,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,褶皺與,逆斷層,正斷層,走滑斷層,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,各種構(gòu)造之間：,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,節(jié)理與,斷層,褶皺,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,各種構(gòu)造之間：,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,各種構(gòu)造之間：節(jié)理發(fā)育成斷層,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,多 期 次 演 化,構(gòu)造疊

5、加,構(gòu)造置換,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,各期次之間：,層理（S0）,劈理（S1）,下正上逆,正斷層,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,構(gòu)造的層次-擠壓型,理想的構(gòu)造層次示意圖（據(jù)M. Mattauer, 1980）,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,區(qū)域伸展條件下變質(zhì)核雜巖和拆離斷層的發(fā)育， 韌性剪切帶在深部產(chǎn)生糜棱巖（據(jù)R.D. Hatcher）,二、地質(zhì)構(gòu)造之間的關系,構(gòu)造的層次- 伸展型,淺層次：脆性斷層 中、深層次：韌性斷層,第二講 地質(zhì)構(gòu)造的類型和關系,一、比較構(gòu)造學方法,H. Stille（1924）,黃汲清（1980）,第三講 構(gòu)造分析的基本方法,比較構(gòu)造學分析方法

6、：強調(diào)通過比較去鑒別、分類，找出共性、個性和變化規(guī)律，從而進行成因機理的探討。,歷史構(gòu)造比較分析法，是以各種地質(zhì)、地球物理、地球化學資料為基礎，按地史發(fā)展的順序探討不同階段大地構(gòu)造發(fā)展的特點，著重研究和比較殼、幔各部分構(gòu)造的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)化，找出它們之間的共同性和差異性，闡明它們的運動規(guī)律。,二、地質(zhì)力學方法,地質(zhì)力學是根據(jù)所觀察到的現(xiàn)存構(gòu)造形態(tài)、分布排列及彼此干涉關系，用應力與應變關系分析并配合構(gòu)造物理模擬實驗來解釋構(gòu)造體系的發(fā)生和發(fā)展。 李四光(1947),第三講 構(gòu)造分析的基本方法,三、地質(zhì)構(gòu)造的力學分析與歷史分析相結(jié)合,地質(zhì)力學分析是基礎，強調(diào)各構(gòu)造要素的空間組合；地質(zhì)歷史分析是綜合，

7、著重各類地質(zhì)體的時間演化。其精髓在于“時間和空間的對立統(tǒng)一，建造與改造的對立統(tǒng)一（包括形成與形變的統(tǒng)一）”。 張文佑（1984）,第三講 構(gòu)造分析的基本方法,四、解析構(gòu)造學方法,幾何學解析就是認識和測量各類各級構(gòu)造的形態(tài)、產(chǎn)狀、方位、大小、構(gòu)造內(nèi)部各要素之間及該構(gòu)造與相關構(gòu)造之間的幾何關系，從而建立一個完整的具有幾何規(guī)律的構(gòu)造系或型式。,馬杏垣(1983),第三講 構(gòu)造分析的基本方法,運動學解析的目的在于再現(xiàn)巖石形成至變形期間所經(jīng)歷的過程和發(fā)生的運動，主要是通過對巖石或巖層中的原生構(gòu)造，尤其是次生構(gòu)造的分析揭示其運動規(guī)律，解釋改變巖層和巖體的位置、方位、大小和形態(tài)的平移、轉(zhuǎn)動、體變及形變的組合

8、情況。,四、解析構(gòu)造學方法,馬杏垣(1983),第三講 構(gòu)造分析的基本方法,動力學解析是要闡明產(chǎn)生構(gòu)造的力、應力和力學過程，其目的是查明變形應力的性質(zhì)、大小和方位。在進行動力學分析時，常常要求定量評價地質(zhì)標志體的原始大小和形狀的改變程度，即進行應變分析。,四、解析構(gòu)造學方法,馬杏垣(1983),第三講 構(gòu)造分析的基本方法,綜合運用上述多種方法，對地質(zhì)構(gòu)造進行幾何學、運動學及動力學分析； 注重三維幾何學研究； 注重包括褶皺倒向、牽引褶皺等等各規(guī)模的運動指向分析，斷層橫向上伸展量（率）或壓縮量（率）、垂向上生長指數(shù)、落差分析，進行構(gòu)造平衡剖面恢復； 選用合適的年代學方法，對不同變形序列的活動年代進

9、行測年； 重視構(gòu)造發(fā)育漸變與突變、連續(xù)性與階段性，建立以時間為線索的四維構(gòu)造模型； 通過構(gòu)造物理模擬和構(gòu)造應力場數(shù)值模擬 揭示其發(fā)展過程和形成原因，還原其本來面貌。,第三講 構(gòu)造分析的基本方法,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,野外地質(zhì)調(diào)查,航空技術(shù)、3S（GPS、GIS、RS）技術(shù),鉆井和重力勘探、磁法勘探、 電法勘探、地震勘探,構(gòu)造地球化學,構(gòu)造物理模擬、構(gòu)造應力場數(shù)值模擬,一、構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法,同位素地質(zhì)年代學,北京西山大型平臥褶皺（李理攝）,野外地質(zhì)調(diào)查,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,一、構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法,一、構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法,圣安德烈斷層（R. E. Wallac

10、e）,航空技術(shù),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,青藏高原(據(jù)張培震,2008),GPS測量,遙感( RS ),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,一、構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法,測井,地震,航磁,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,一、構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法,構(gòu)造地球化學對于研究地質(zhì)構(gòu)造作用與地球化學過程之間在空間上、時間上和成因上的聯(lián)系提供了可能。,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,構(gòu)造地球化學,Ar40/Ar39、K-Ar、裂變徑跡（FT）、（U-Th）/He等同位素熱年代學方法用于構(gòu)造地質(zhì)學研究，能夠較好地確定變形序列及其精細活動年代。,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,同位素地質(zhì)年代學

11、,構(gòu)造物理模擬實驗,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,構(gòu)造物理模擬 利用相似原理，采用石蠟、金剛砂等，模擬地質(zhì)構(gòu)造演化過程。,拉伸容易形成正斷層,斷層發(fā)育的構(gòu)造物理模擬,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,構(gòu)造應力場數(shù)值模擬有限元法,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,二、理論意義,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,三、實際意義,資源開發(fā),固體礦產(chǎn)、油氣、地下水等的勘測和開發(fā)。,水庫、大型建筑及國防設施的選址和鐵道選線的基礎。,工程建筑,地震的成因主要是構(gòu)造地震，特別是斷層的活動引起的。因此對斷層的檢測是地震預報的基礎。對于其他自然災害，如泥石流滑坡的診斷與防治。,地震預報 防災減災,第四

12、講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,中國強震震中分布圖(據(jù)張培震,2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,構(gòu)造與地震,汶川地震地質(zhì)背景(據(jù)滕吉文等，2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,精確定位后的余震分布,（地震目錄據(jù)黃媛等，2008）,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,地震前美麗的北川縣城(據(jù)張培震,2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,遭遇地震浩劫后的北川縣城(據(jù)張培震,2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,再次遭遇地震的北川縣城(據(jù)張培震,2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,前山斷裂錯斷白鹿鎮(zhèn)中學校園，距斷層數(shù)米處的教學樓沒有遭到嚴重破壞

13、(據(jù)張培震,2008),第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,沉積巖石學 構(gòu)造地質(zhì)學 沉積物 沉積巖 地質(zhì)構(gòu)造 有機質(zhì) 油 氣 油氣藏 石油地質(zhì)學,構(gòu)造地質(zhì)學在油氣研究中的位置,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,轉(zhuǎn)化,埋藏,變形,運移,構(gòu)造與油氣,前古近系遭受風化剝蝕,始新世沙四段沉積時期,始新世沙四段沉積末形成油藏,隨埋深加大新近紀晚期形成氣藏,第四講 構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法和意義,（據(jù)潛能恒信PPT,2011）,知識和認識型,力學分析的基礎知識；推覆構(gòu)造，疊加褶皺等各類構(gòu)造名詞、術(shù)語和概念；各種構(gòu)造現(xiàn)象的識別等。,技能型,地質(zhì)圖、剖面圖、的判讀、繪制和分析,邏輯推理和綜合分析,根據(jù)節(jié)理資料恢復古構(gòu)造應力場、根據(jù)變形結(jié)果推斷變形過程、根據(jù)構(gòu)造樣式推斷變形環(huán)境、根據(jù)地質(zhì)圖和有關資料恢復構(gòu)造發(fā)