普通地质学—构造作用与地质构造

第八章构造作用与地质构造构造运动是海陆变迁、岩石变形变位和矿产形成分布的重要控制因素。第一节构造作用的基本方式一、构造运动（地壳运动）概念构造运动是指地球内力所引起的岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的地质作用。构造运动的结果使地壳或岩石圈的物质发生变形和变位：1、一方面引起地表形态大规模变化：如山脉形成、海陆变迁、大陆分裂与大洋扩张等；2、另一方面，使岩石圈中岩石发生变形:如地层的倾斜与弯曲、岩石块体的破裂与相对错动等。二、构造运动的基本特征（一）构造运动具有方向性构造运动包括水平运动和垂直运动两种。水平运动和垂直运动是岩石圈空间变形的两个分量，它们总是相伴而生。1、水平运动：沿地球切线方向或沿水平方向的构造运动。表现为地质体的相互分离、会聚或平移错动。造成岩层的褶皱与断裂，在岩石圈的软弱层中则可形成巨大的褶皱山系。常把产生大规模、强烈的岩石变形（褶皱与断裂等）并与山系形成紧密相关的水平运动，称为造山运动。2、垂直运动（升降运动）：沿地球半径方向的上升或下降运动。相邻块体或同一块体的不同部分做差异性上升或下降。一般表现为大面积的上升和下降运动，形成大型的隆起和拗陷，引起海侵和海退。造成地表地势高差的改变，引起海陆变迁，上升可成陆，下降可成海等。传统上称为造陆运动。（二）构造运动的速度和幅度1、构造运动有快有慢，但多数是长期缓慢的运动。2、构造运动的幅度，是随时间和地点而变化的。不论垂直运动还是水平运动，只要运动方向不变，时间愈长，运动幅度愈大；同一时间内，速度愈快，运动幅度愈大。3、一般来说构造运动的幅度大小，直接反映着一个地区地壳的活动性。三、构造运动的类型根据构造运动发生时期划分为：古构造运动：新近纪（25Ma年）之前的构造运动；新构造运动：第四纪以来的构造运动；现代构造运动：人类历史时期以来所发生的构造运动。第二节岩石的变形与地质构造沉积岩的原始状态都是水平的或近于水平的，变成种种复杂形态的主要原因是受到地壳运动的影响。岩石在高温高压下，同样可以变得“柔软”。岩石在长期的受力环境里也会发生变形和变位。构造变形：使地质体原有形态和空间位置发生改变的作用。地质构造：岩石变形和变位的产物。地质构造在层状岩石中表现最为明显，研究得也最清楚。故主要讲述岩层中的地质构造。地质构造的基本类型有：水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造等。一、水平构造沉积岩层形成时的原始产出状态（即产状）多数是水平或近于水平。如果经受地壳运动（垂直抬升）的影响，改变了原始形成时的位置，但仍保持水平产状的一套水平岩层组成的构造，称为水平构造。水平岩层的主要特征：1、岩层界线与等高线平行或重合；2、老岩层在下（谷底），新岩层在上（山顶）；3、岩层顶、底之间的高差为岩层的厚度。二、倾斜构造岩层受构造运动的影响，不仅改变了岩层形成时的位置，而且改变了原有的水平状态，使岩层面与水平面具有一定的交角，便形成了倾斜岩层。倾斜岩层常常是组成其他构造（如褶皱和断裂等）的一部分。对倾斜岩层产状的观测（空间的产出状态），是研究其他构造的基础。产状常用岩层的走向、倾向、倾角来确定，这三者称为产状要素。在野外产状要素直接用地质罗盘进行测量。产状要素产状的表示方法：（1）数字法倾向方位角∠倾角：如120°∠60°：走向30°或210°，倾向SE（120°），倾角60°；走向∠倾向方位、倾角：如30°∠SE60°：走向30°，倾向SE（120°），倾角60°。注意：倾向与走向始终保持90°的关系。（2）符号法走向、倾向及倾角在地质平面图上可用符号表示，符号中长线方位与走向一致，短线指向与倾向一致，长短线交点应落在测量点位置上，符号旁加注的数字为倾角。常见产状类型：水平产状－岩层倾角5°倾斜产状－岩层倾角5°～85°直立产状－岩层倾角85°三、褶皱构造褶皱（褶曲）：是岩层受力变形产生的一系列连续的弯曲。褶皱形态多样，规模大小不一，大者延续几十、几百公里，小者在显微镜下可见。褶皱岩层的连续完整性未遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。（一）褶皱的基本形态褶皱的类型有很多，但基本类型是两种：背斜、向斜。背斜：指岩层向上拱弯，形成中心部位岩层的时代老，外侧岩层时代新的褶皱。向斜：指岩层向下凹曲，形成中心部位岩层的时代新，外侧岩层时代老的褶皱。关于背斜、向斜的问题，不能理解为背斜向上拱起一定是高山；向斜向下弯曲一定是低地。背斜上拱、向斜下坳是指岩层而言，而与地势的高低是两回事。背斜常成低地，向斜常是山岭，这叫地形的倒置。在野外正确认识背、向斜的方法是：横穿褶皱，如果发现老的岩层在中间，新的岩层在两侧而且对称重复，那就是背斜构造，反之为向斜构造。（二）褶皱要素虽然褶皱的形态很多，但它们都是由核部、翼部、轴面和枢纽等部分组成，这些组成部分就称为褶皱要素。核：褶皱的中央部分；翼：褶皱两侧的岩层；轴面：平分褶皱为两部分的理想面，轴面可以是直立的、倾斜的和水平的；轴线：轴面与水平面的交线；弧尖：层面上的最大弯曲点；枢纽：轴面与同一层岩层的交线，枢纽在垂直面上看可以是水平的，也可以是波状起伏的。（三）褶皱的类型走向:岩层面与水平面的交线，称走向线走向线两端所指的方向称走向。倾向:垂直于走向线沿层面向下所引的直线，称倾斜线。其在水平面上的投影线所指方向，称为倾向。倾角:倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角。1、根据轴面产状分类：直立褶皱（对称褶皱）：褶皱轴面直立，两翼倾向相反，倾角相等。倾斜褶皱：褶皱轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等。倒转褶皱：褶皱轴面倾斜，两翼倾向相同，一翼正常，一翼倒转。平卧褶皱：褶皱轴面水平，一翼正常，一翼倒转。2、根据枢纽的产状分类：水平褶皱：褶皱枢纽水平，褶皱核部宽度不变，褶皱两翼岩层的露头线平行延伸。倾伏褶皱：褶皱枢纽倾斜，两翼岩层延伸不远就逐渐靠近而连接起来（封闭起来）。3、褶皱按转折端（横剖面）形态分类：圆弧褶皱：转折端圆弧形弯曲尖棱褶皱：转折端呈尖棱状箱状褶皱：两翼陡，且平直扇状褶皱：褶皱面弯曲呈扇形，两翼均倒转4、按褶曲的组合形态：复背斜与复向斜:大规模的背斜（向斜）两翼被次一级（或较小）的褶皱复杂化。隔档式褶皱与隔槽式褶皱:由一系列紧闭尖掕背斜（向斜）和开阔平缓向斜（背斜）相间排列而成的褶皱。5、褶皱按翼间角分类:平缓褶皱：翼间角120º开阔褶皱：翼间角120º-70º中常（闭合）褶皱：翼间角70º-30º紧闭褶皱：翼间角30º（五）褶皱构造的研究意义褶皱构造对找矿、工程及水利建设有着相当重要的意义：（1）根据褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在；（2）石油常储存在背斜的核部；（3）背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建设须避开这种构造部位。四、断裂构造物体受力发生变形这是一般性常识。当变形超过岩石的强度极限时，就会发生断裂。但是断裂的规模（深度、形态、错动大小）不等，差别很大。我们根据这些差别把断裂分为节理和断层两类。（一）断层断层:岩层受力后沿破裂面两侧的岩块发生显著的位移，使岩层失去连续性和完整性。断层规模不等，小者在手标本上可见，大者可以切穿岩石圈，叫深大断裂。断层形成原因很多，外力作用也可以形成。而我们讲的是构造运动产生的断层。1、断层要素一条断层总要由几个部分组成，这些组成部分，就是断层要素，包括断层面、断层盘、断层滑距等。（1）断层面：指岩层破裂后，沿两侧断块的滑动面。断层面可以水平的、直立的和倾斜的（倾斜者居多）。断层面的产状在野外是用地质罗盘来测定。（2）断层盘：指断层面两侧的断块。当断层面倾斜时，断盘就有上下之分。在上面的叫上盘，下面的叫下盘。（3）断层滑距：断层两盘相对位移的距离。断距又有水平断距、垂直断距和倾斜断距等。实际上，我们在野外见到的断层，并非单纯的上下移动和水平移动，严格的说，是上下移动和水平移动兼而有之的斜向滑动形式。2、断层的分类与命名断层的分类方法较多，但按形态分类仍然是研究断层的基础。根据断层两盘相对运动的方向分为正断层、逆断层及平移（走滑）断层。（1）正断层：指上盘下降，下盘相对上升。断层面倾角一般在45°以上。这种断层多为张力或重力作用形成。（2）逆断层：指上盘上升，下盘相对下降的断层。这类断层主要由水平挤压而形成。按断面的倾角又分为：逆冲断层：高角度逆断层，倾角＞45º；逆掩断层：低角度逆断层，倾角＜45º；推覆构造：滑动距离很远的逆掩断层，倾角＜30º；外来岩席：远处推覆而来的岩块（推覆体）；原地岩块：下盘相对未动的岩块；飞来峰：被剥蚀后残留下的孤零的外来岩席；构造窗：外来岩席中被剥露出来的原地岩体。（3）平移（走滑）断层：两盘沿断层面走向方向作水平运动的断层。一般这种断层的断层面较陡，是由水平剪切力形成。实际上，我们在野外见到的断层，并非单纯的上下移动和水平移动，严格的说，是上下移动和水平移动兼而有之的斜向滑动形式。3、判识断层的存在及其形成年代（1）擦痕、镜面、阶步擦痕：断层面上平行而密集的沟纹。镜面：平滑而光亮的表面。阶步：断层面上往往还有垂直于擦痕方向的小陡坎，其陡坡与缓坡连续过渡。反阶步：陡坡与缓坡不连续，其间有与缓坡方向大致平行的的裂缝，或者有呈较大交角的裂缝隔开。（2）牵引（拖曳）褶皱：断层两侧岩层受断层错动影响所发生的变薄和变弯曲。（3）断层角砾岩与磨砾岩：断层两侧的岩石在断裂时被破碎，碎块经胶结而成的岩石。（4）构造线和地质体的不连续。（5）断层崖：断层两侧岩块的差异性升降而形成的陡崖。4、断层的组合不论何种断层，往往不孤立出现，而是成群产出，形成各种组合类型。①阶梯状断层：由一系列正断层叠在一起组成，并呈阶梯状的断层组合。②叠瓦式断层：是由一系列逆断层叠复而成的断层组合。③地垒：断层面相背倾斜，断层之间的断块相对上升而成。④地堑：两断层面相向倾斜，断层面间断块相对下降。构成地垒、地堑构造的，一般是正断层，但也可以是逆断层。5、断层研究意义找矿、地下水、油气及水利工程建设等，尤其活断层。活断层一般指目前还在活动的断层，或者近期曾有过活动、不久的将来还可能重新活动的断层。怎样知道一个地区有没有活断层，或者一条断层是不是活动断层呢？地貌上的标志有：断层崖、三角面、洪积扇叠置、河流、山脊或冲沟的水平位错；最新沉积物被错断现象。在进行工程建设时，一般应避开活动断裂带，特别是重要的建筑物更不能跨越在活断层上。（二）节理节理：岩层受力后没有发生显著位移的断裂构造。节理的两壁叫节理面，节理规模大小不一。节理在岩石中常成群出现，有时几组节理将岩石切割成块状。节理可以是平整的，也可以是不平整的。其产状可以是直立的、倾斜的和水平的。常见的节理有张节理和剪节理两种。（1）按成因：原生节理、次生节理1、原生节理：岩石在形成过程中产生的节理。如玄武岩在喷出冷凝中常形成柱状节理。2、次生节理：岩石形成后受力产生的节理。研究节理重要性在于，它常常是矿液、水的通道和聚集场所。节理被各种矿物质充填后，就形成岩脉或矿脉。（2）按力学性质：分为张节理、剪节理1、张节理：是在张应力作用下而产生的节理，张节理平行挤压力的方向出现。特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，豆荚状、树枝状。2、剪节理：是受剪应力作用而产生的节理。它是在挤压与伸张两个方向之间出现的一对相交节理，外形成“X”型，故叫X节理。特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型。第三节地层的接触关系地层的接触关系很重要，因为它是构造运动的集中表现。常见的地层的接触关系有：整合接触、假整合接触、不整合接触、侵入接触和侵入体的沉积接触五种形式。一、整合接触：指相邻的新老地层之间产状一致，岩石性质和生物演化连续而渐变，沉积作用没有间断。表明它们是连续沉积而成的，沉积时期构造运动处于持续下降或上升。二、假整合接触（又叫平行不整合）：相邻的新老地层产状基本一致，但时代不连续，其间缺失某些时代的沉积物（或地层）。这种接触关系说明其间发生过升降运动，而且变为陆地遭受侵蚀，使两套地层之间出现凹凸不平的侵蚀面，这个面叫不整合面。缺失的地层时代，就是地壳上升的时期。平行不整合的形成过程是：陆地下降接受