第二章地质构造及地质图

第二章地质构造及地质图地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形，产生相对位移，形变后所表现出来的种种形态。§2-1地壳运动及地质作用的概念一、地壳运动的概念地壳运动又称构造运动，主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的作用。它使地壳产生倾斜、褶皱、断裂等各种地质构造，引起海、陆分布变化，地壳隆起和凹陷，以及形成山脉、海沟，产生火山、地震等。人们常把晚第三纪（或称新第三纪）以来发生的构造运动称为新构造运动；把晚第三纪以前发生的构造运动称为古构造运动；把人类历史时期到现在所发生的构造运动称为现代构造运动。（一）地壳运动的基本形式地壳运动的基本方式有两种：水平运动和垂直运动。1．水平运动地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方向的运动称之为水平运动。其表现为岩石圈的水平挤压或水平拉伸。引起岩层的褶皱和断裂，可形成巨大的褶皱山系、裂谷和大陆漂移等。典型的例子是美国西部旧金山的圣安德烈斯断层，断层的两盘平均移动速度为1cm/年，近几年加快，达到平均移动速度为8.9cm/年。有时在其它教材中又称水平运动为造山运动。2．垂直运动地壳或岩石圈沿垂直于地表即沿地球半径方向的运动称之为垂直运动（升降运动）。其表现为岩石圈的垂直上升或下降。典型的例子是意大利那不勒斯海岸三根石柱的历史变迁。1750年，在这里从火山杰沉积中发掘出一座建筑废墟。据考证，该建筑修建于公元前105年的罗马帝国时代，现在仅保存下三根高约12m的大理石柱，每根柱子上都保留有同样的地质遗迹。柱子下部3.6m一段是1533年努渥火山喷发时被火山灰掩埋部分，柱面光滑；其上2.7m一段在地壳下降时淹没在海水中，被石蜊和石蛏凿出了许多小孔；柱子上段5.7m，一直未被海水淹没过，但遭受风化，不甚光滑。18世纪中期，全柱升出海面；19世纪，地面又开始下沉，柱脚已被淹在海水里了。据近百年多的观测记录，柱脚被海水淹的深度在不断增加：1826年为0.3m；1878年为0.65m；1913年为1.53m；1933年为2.05m；1954年为2.50m。其下降速度约为每年17.2mm。从这些地质遗迹和历史资料可知：这座石建筑物在两千多年中曾几度沧桑。需要进一步说明的是，地壳运动在漫长的地质时期里，有时表现这和缓的变动，有时又表现为剧烈的变动，二者相互交替，使地壳按照螺旋式上升的规律向前发展。上面介绍的水平运动和垂直运动只是地壳运动的两个方面。事实上，这两种运动方式是相互依存、相互制约的，也就是说在以水平运动为主的地壳运动中伴随着垂直运动，而以垂直运动为主的地壳运动中也常伴随着水平运动。地壳运动也就是在这种极其复杂的环境下不断向前发展的。（二）地壳运动成因的主要理论地壳运动的成因理论，主要有对流说、均衡说、地球自转说和板块运动说等等。详见教材P51～52。二、地质作用的概念地质作用是指由自然动力引起地球（最主要的是地幔和岩石圈）的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。按照能源和作用部位不同，地质作用分为：1．内动力地质作用（由内能引起的地质作用）①构造运动；②岩浆活动；③变质作用。2．外动力地质作用（由外能引起的地质作用）①风化作用；②风的地质作用；③流水、冰川、冰水、重力的地质作用等。§2-2岩层及岩层产状一、岩层（一）概念1．岩层：是指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。2．岩层的产状：是指岩层在地壳中的空间方位，是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。岩层的产状岩层的产状（二）分类岩层按其产状可分为：a．水平岩层；b．倾斜岩层；c．直立岩层。各个地质时代形成的各种岩层，其原始产状绝大多数是水平的或近于水平的，原始倾斜的产状则是局部的。如在比较广阔而平坦的沉积盆地（如：海洋、湖泊）中，一层层堆积起来的沉积岩，其原始产状大都水平或近于水平。但在沉积盆地边缘、岛屿周围或水下隆起等处沉积的岩层，由于古地形的影响，常出现岩层厚度向地形高起方向变薄或尖灭，层面也呈一定倾斜，即原始倾斜。生物礁及其围岩也常具一定的原始倾斜。岩层形成后，在地壳构造运动影响下发生变形，其原始产状会发生不同程度的改变：有的还基本上保持水平产状；有些形成倾斜岩层，或者形成直立，甚至倒转岩层。在某些情况下，由于重力、流水、岩溶、冰川等与地壳运动无直接关系的地质作用的影响，也会使岩层产状发生改变。1．水平岩层(1)概念岩层的层面基本上是一个水平面（倾角＜5°＝，即岩层的同一层面上各处的海拔高度基本相同，这就是水平岩层。一般在地壳运动影响轻微的地区的岩层基本呈水平产状。(2)水平岩层特征在岩层没有发生倒转的前提下，水平岩层具有以下特征：①时代较新的岩层叠置在较老岩层之上；②水平岩层的地质界线（即岩层面在地面的出露线），在地质图上与地形等高线平行或重合，而不相交。因此，在河谷、冲沟中岩层的出露界线随等高线的弯曲而弯曲，延伸成“V”字形，V字形尖端指向上游；在山顶和山坡上岩层露头的分布往往呈孤岛状，不规则的同心圆状可条带状；③水平岩层的厚度就是该岩层顶面和底面的标高之差；④水平岩层的露头宽度（即岩层上、下层面的地质界线的水平距离）决定于岩层的厚度和地面坡度。厚度大、坡度缓，露头宽度就宽，相反就窄。在陡崖处，岩层上下层面界线的投影线就重合这一条线，即露头宽度为零，以致在地质图上呈现出岩层尖灭的假象。2．倾斜岩层原来呈水平面产状的岩层，由于地壳运动或岩浆活动，使岩层产状发生变动，岩层层面与水平面有了一定的交角，这时的岩层就是倾斜岩层。在一定地区内一系列岩层大致向一个方向倾斜，其倾角也大致一样，又叫单斜层。倾斜岩层是层状岩石中最常见的，也是最简单的构造形态，它往往是某种构造形态的一部分，如褶皱的一翼、断层的一盘，或者是地壳不均匀抬起或下降所造成的。倾斜岩层按倾角的大小又可分为：(1)缓倾岩层，＜30°；(2)陡倾岩层，30°≤＜60°；(3)陡立岩层，≥60°。3．直立岩层指岩层倾角≥85°的岩层。直立岩层一般出现在构造强烈的地区。二、岩层产状要素及其测定（一）产状要素岩层的产状是经岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定，岩层的走向、倾向、倾角称为岩层产状的三要素。岩层产状要素测出岩层产状要素的数值，就可以定量的表示该岩层在观测点的产状，任何构造面或地质体的界面的产状，也都是靠测定其产状要素来确定的。1．岩层的走向岩层面的水平面相交的线AB叫走向线，走向线两端的延伸方向就是岩层的走向。岩层走向有两个方向，两者相差180°。2．岩层的倾向垂直于走向线AB，沿着岩层倾斜向下所引的直线OD叫倾斜线，又叫真倾斜线。它在水平面上的投影线OD’所指岩层向下倾斜的方向，就是岩层的倾向，又叫真倾向。在岩层面上斜交岩层走向所引的任一直线OE均为视倾斜线，它在水平面上投影线OE’的方向，叫视倾向或假倾向。3．岩层的倾角真倾斜线OD与其在水平面上投影线OD’的夹角，就是岩层的倾角，又叫真倾角。视倾斜线与其在水平面上投影线OE’的夹角，叫视倾角或假倾角。真倾角与视倾角的关系真倾角和视倾角之间的换算公式：sintgtg其中：——真倾角；——视倾角；——视倾向与走向线的夹角。【推导】从图上的三角关系可知：∵tg=DD'/OD'，tg=EE'/OE'，sin=OD'/OE'∴DOEEDOEOEOEEsintg又∵DD'=EE'∴tg=tgsin（二）产状要素的测量方法和表示方法1．测量方法岩层产状要素的测定，一般在野外用罗盘仪（袖珍经纬仪）来测定。（该部分在野外实习时讲授）2．表示方法岩层产状要素有文字和符号两种方法表示。文字表示法多用于野外记录和文字报告，而符号表示法多用于地质图件。(1)文字表示法：目前通用的是采用方位角表示，也有用象限角表示的。①方位角法将水平面按顺时针方向划分为360°，以正北方向为0°，再将岩层产状投影到该水平面上，将倾向线与正北方向所夹角度与倾角记录下来。如：150°∠30°（倾向、倾角）②象限角法以东、南、西、北为标志，将水平面划分为4个象限，以正北或正南方向为0°，正东或正西方向为90°，再将岩层产状投影在该水平面上，将走向线和倾向线所在的象限以及它们与正北或正南方向所夹的锐角记录下来。如：N60°E∠30°SE（走向、倾角、倾向象限）(2)符号表示法↘——长线代表走向，短线代表倾向，数字是倾角。（长短线必须按实际方位标绘在图上）；——岩层水平（0°～5°）；↓——岩层直立（箭头指向较新岩层）；——岩层倒转（箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是倾角。三、倾斜岩层的厚度和深度（一）岩层的厚度岩层顶面和底面的垂直距离，就是岩层的厚度，也就是真厚度(h)。倾斜岩层除真厚度外，还有铅直厚度(H)和视厚度(h')。铅直厚度就是岩层顶、底面之间的铅直方向的距离。真厚度和铅直厚度的关系为：真厚度(h)=铅直厚度(H)×cos(为岩层的真倾角)在不垂直岩层走向的剖面上，岩层顶、底界线之间的垂直距离（注意：不是与岩层顶、底面垂直），称为视厚度。视厚度(h')=铅直厚度(H)×cos(为该剖面方向岩层的视倾角)。（二）岩层的深度岩层的深度是指从地面某一点到所测定的岩层层面的铅直距离，如图所示。C=AO+OC其中：AO=A点标高－B点标高；OC=BO×tg为岩层出露点（已知点）到点垂直岩层走向线方向量得的水平距离（可实地测出，也可以从地形图上得出），为岩层倾角。如剖面导线方向不垂直于岩层走向线时，则应该以该剖面导线方向的视倾角来计算。从图中还可以看出：C=H1＋H2＋H3，即深度还可以从上覆岩层的铅直厚度的累计求得。四、倾斜岩层的露头形态和露头宽度（一）岩层的露头形态岩层露头分布形态，决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，在地质图上，其地质界线与地形等高线平行或重合；直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响；倾斜岩层露头分布形态则较复杂，表现出地质界线与等高线相交的曲线延伸，并有一定规律，当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V”字形，故这种规律又称为“V”字形法则。根据岩层倾斜与地面坡度的不同结合情况，“V”字形亦有不同表现：1．当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，但岩层露头线弯曲度总是比等高线弯曲度小。在河谷处，“V”字形露头线的尖端指向沟谷的上游；穿越山脊时，“V”字形露头线的尖端指向山脊下坡。2．当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡度角时，岩层露头线与地形等高线呈相反方向弯曲。在沟谷处，“V”字形露头线的尖端指向沟谷的下游；穿越山脊时，则指向山脊上坡。3．当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角小于地面坡度角时，岩层露头线与地形等高线也是呈相同方向弯曲。在沟谷处，“V”字形露头线的尖端指向上游；穿越山脊时，“V”字形尖端指向山脊下坡。但与１所表现的形态不同，“V”字形露头线的弯曲度明显大于地形等高线的弯曲度。上述三种情况表明，在地层没有发生倒转的情况下，在沟谷中岩层界线的“V”字形的尖端指向新地层，内弧开口处为相对较老的地层，在山脊处则相反。“V”字形法则，不仅适用于层状或似层状地质体界面露头线的分布形态，也适用于其他比较平整的地质界面，如断层面，不整合面等在地面出露线的分布情况。但在应用时，要注意以下问题：①倾斜岩层的走向与沟谷方向相直交或斜交时，岩层露头线的分布延伸与地形的关系才具有上述规律。对于其走向与沟谷延伸方向相平行的地质界面露头线的分布，则上述规律不适用。这时在部分地段会出现露头线平行或重合，不要误认为是其产出水平；或在部分地段出现岩层露头线呈直线延伸穿越地形等高线，也不要误认为是直立岩层，因此在野外进行地质填图或室内读图时，要注意联系周围现象，结合平面和剖面综合分析，不要为局部现象所迷惑。②“V”字形法则对于填绘和阅读分析大比例尺地质图有指导意义。而在中、小