第十章--岩石圈的变形与变位

第十章岩石圈的变形与变位本章重点：岩石圈变形与变位的类型及表现形式；地层接触关系。本章难点：板块构造学说。第一节地壳运动•一、概念地壳运动：由于地球内部动力引起的地壳的机械运动。如陆地和海洋的升降或海陆变迁、地区性的隆起与拗陷、岩层的变形与变位等。也称构造运动。构造运动在整个地球演化历史中充当着重要角色，它不断地改造原有的，建设新的地质构造和地表地貌，还控制着海陆分布、气候状况和生物演化的环境，同时也促进和影响着外动力地质作用的进行。地壳运动包括升降运动和水平运动两个方面。•新构造运动：自新第三系以来的构造运动称为新构造运动。•现代构造运动：发生在人类有文字以来最近时期的构造运动称为现代构造运动。•二、地质历史时期中地壳运动的表现•1地壳升降运动的主要标志•⑴沉积相标志•沉积相：一定的沉积环境产生一定的岩石类型和生物群的组合。根据一定的岩石类型和古生物化石群的组合关系，可推断当时的古地理古气候环境。•滨海碎屑岩相：磨圆度和分选性较好的砂、砾岩沉积，生物遗体多为厚壳底栖类生物。•河谷冲积相：具河流沉积的二元结构（下部为具斜层理的砂砾层，上部为粉砂—粘土层，可具水平层理），其中可能有陆生动、植物化石。•⑵超过沉积环境允许的沉积厚度在地壳稳定的情况下，一定环境下形成的沉积物的厚度有一极大值。如果某地出现岩相类型不变，而沉积物厚度却大大超过相应沉积环境下的极大值，则是由于地壳缓慢下沉与沉积物不断堆积，二者速度相适应的情况下所造成的。•⑶连续沉积与沉积间断•连续沉积指示地壳的下降运动或缓慢上升运动。•沉积间断代表地壳的较长期的上升运动，而沉积间断后堆积沉积物的时期则代表新的下降运动时期。•⑷岩层的倾斜、褶皱和断层原始水平的岩层受到地壳差异升降运动的影响变成倾斜状态，形成褶皱（背斜或向斜）或断裂。•2地壳水平运动的标志⑴地壳水平运动形成的地质构造原始水平岩层受到水平方向的地壳运动的作用，会产生侧向挤压或侧向拉张或水平扭动的效应，形成一系列地质构造现象。⑵岩石圈的水平运动—板块运动板块运动体现了地壳甚至是岩石圈构成的若干板块的水平运动。•三、地壳运动的基本特征•1地壳运动的方向性以大地水准面为基准，有升降运动和水平运动两种基本类型。•2地壳运动的普遍性和长期性•3地壳运动的速度和幅度的不均一性同一地区运动速度有快慢；不同地区运动幅度有大小。•一、水平岩层及其特征1.水平岩层：是同一层面上各点的海拔标高相同或基本相同的岩层。未经变动的，保持原始状态的沉积岩层一般都是水平的。倾角不超过5°。2.水平岩层的特征⑴在地形地质图上，岩层的地质界线与地形等高线平行或重合。在山顶或孤立山丘上的地质界线呈封闭的曲线，在沟谷中呈尖齿状条带，其尖端指向上游。（V字形法则）第二节岩石的变形⑵一套水平岩层，老岩层在下，新岩层在上。若地形切割轻微，地面只出露最新地层。如果地形切割强烈、沟谷发育，则在低洼处出露较老的地层，自低谷至山顶地层时代依次变新。⑶岩层顶、底面之间的垂直距离是岩层的厚度，水平岩层的厚度即其顶、底面的标高差。⑷岩层出露宽度是其顶、底面出露线之间的水平距离，水平距的大小取决于岩层厚度和地面坡度。厚度一致的岩层出露宽度决定于坡度，坡度大出露宽度小，坡度小则出露宽度大。坡度一致时，出露宽度决定于厚度，厚度大出露宽度大，厚度小则出露宽度小。•二、倾斜岩层1.倾斜岩层：岩层面与水平面呈一定交角的岩层。在一定区域内出现的一系列岩层大致向同一方向倾斜，其倾斜程度大体相同的，又叫单斜岩层。2.岩层的产状研究岩石变形应了解岩层空间位置（产状）的测定。岩层的产状即岩层在空间上的产出状态，包括岩层的走向、倾向和倾角三要素。•走向：岩层层面与任一水平面的交线叫走向线，走向线的延伸方向即为岩层的走向。表示岩层在空间水平延伸的方向。•倾向：岩层面上与走向线相垂直并沿斜面向下所引的一条直线叫倾斜线。它在水平面上的投影线所指岩层向下倾斜的方向，叫岩层的（真）倾向。•倾角：真倾向线与其在水平面上的投影线的夹角叫（真）倾角。表示方法：文字和符号两种。1方位角(0-360°):120°∠45°2象限角(0-90°)：S60°E•3.倾斜岩层的厚度岩层的厚度指岩层的顶面到底面的垂直距离，称真厚度（h）。对倾斜岩层来说，岩层顶面与底面间沿重力方向或铅直方向的距离称铅直距离（H）。h=Hcosα。•4.倾斜岩层的出露特征决定于岩层的厚度、产状、地形特征以及岩层产状（倾向、倾角）和地形（即坡向、坡度角）二者间的相互关系。V字形法则。⑴相反相同：若倾向相反，则弯曲方向相同，弯曲度小；⑵相同相反：若倾向相同，且岩层倾角大于坡度角时，则弯曲方向相反；⑶相同相同：若倾向相同，且岩层倾角小于坡度角时，则弯曲方向相同，弯曲度大。V字形法则1.相反相同2.相同相反3.相同相同•5.倾斜岩层的出露宽度受岩层厚度、地面坡度、坡向、岩层倾角大小影响。⑴对反向坡，岩层厚度和倾角不变时，坡度越缓，岩层出露越宽；顺向坡则反之。⑵当地形坡度和岩层厚度不变时，岩层倾角越陡，岩层出露越窄；⑶当地面坡度与岩层倾角不变时，岩层越厚，出露越宽。•三、岩石变形1.应力的概念外力（面力；体力）；内力（固有内力；附加内力）。作用于物体内单位面积上的附加内力叫应力。在物体中任意取一个与外力作用方向不相垂直的小块面积dF，作用于其上的内力为fp，其可分解为垂直于截面dF的分力dN和平行于截面dF的分力dt，则作用于这个截面dF上的合应力σf=dp/dF；垂直于截面dF上的应力叫正应力σ=dN/dF；平行于截面dF上的应力叫剪应力或扭应力τ=dN/dF。正应力可以是压应力（使物体经受挤压），也可以是张应力（使物体经受拉伸或引张）。剪应力的作用是使截面dF两侧物质沿截面发生剪切滑动。2岩石的变形的类型岩石受到外力作用时，岩石内部物质粒子的位置将发生变化，从而使它的形状或体积发生变化，叫岩石的变形。五种基本类型：均匀变形（拉伸、压缩、剪切）、非均匀变形（弯曲、扭转）。1拉伸；2压缩；3剪切；4弯曲；5扭转•3.岩石变形的阶段：弹性变形：外力消失后，形变恢复。塑性变形：应力超过岩石的弹性极限，外力消失后，一部分变形保留下来。褶皱；矿物晶体在受压方向上的溶解，在拉伸方向上产生的定向的重结晶作用。断裂变形：应力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部结合力遭到破坏，产生破裂面，失去了连续完整性。分为张裂和剪裂两种方式。•4.影响岩石变形的因素受力的大小、方向和性质（压力、张力、扭力）的控制；与岩体本身的力学特征（成分、结构和构造等）有关；与岩石所处的地质环境各种外界因素（围压、温度、溶液、时间等）有关。•⑴内在因素：①组成岩石的矿物成分：如石英砂岩多具脆性；粘土岩多具塑性；白云岩多为脆性变形；灰岩多为塑性变形。②岩石的结构：颗粒圆而胶结不紧的岩石强度较低；颗粒细、胶结紧的岩石强度较大；具矿物定向排列的岩石则易顺一个方向滑动。③岩石的构造：成层岩石较不成层岩石易于变形；薄层岩石较厚层易于变形。•⑵外界因素：①围压：花岗岩在常温常压下表现为脆性，围压增大到235大气压以上时表现为塑性。②温度：温度增高使固体的塑性增高。③溶液：一般起着软化作用、加大岩石的可塑性。④时间：受力时间的长短。短而强大的力引起脆性变形、断裂；较小而作用时间长的力易引起蠕变现象，形成永久变形。•四、褶皱1.基本概念褶皱：成层岩石在地壳运动所产生的地应力作用下发生弯曲，但未丧失岩层的连续完整性的构造，称为褶皱。褶皱的规模大小不一，基本形态有背斜和向斜两种。背斜：核部岩层较老，两侧岩层较新的褶皱形态。向斜：核部岩层较新，两侧岩层较老的褶皱形态。背形和向形：地层层序不清时，将岩层向上拱曲的构造称背形，岩层向下弯曲的构造称向形。•2、褶皱要素1.核：指褶皱弯曲的核心部位。2.翼部：指褶皱核部两侧的岩层。3.转折端：指从一翼向另一翼过渡的弯曲部分，即两翼的汇合部分。4.轴面：一个假想的将褶皱分为大致对称的两部分的平分面，它可以是直立的、倾斜的、平直的或弯曲的。（由许多相邻褶皱面上的枢纽联成的面。）5.轴：轴面与任一平面（如地面）的交线。6.枢纽：轴面同岩层面的交线，也就是褶皱的任一层面上最大弯曲点的连线。它可以是直线、曲线，水平的或倾俯的。当枢纽倾伏时，褶皱称作倾伏褶皱。枢纽与水平面的夹角，称作倾俯角。7.脊、脊线和槽、槽线：背斜或背形的同一褶皱面的各横剖面上的最高点称为脊，它们的联线称为脊线；向斜或向形的同一褶皱面上的最低点称为槽，它们的联线称为槽线。枢纽•3、褶皱的类型根据轴面的产状可把褶皱分为以下常见类型：直立褶皱、歪斜褶皱、倒转褶皱、穹隆和构造盆地及其组合类型。直立褶皱：表现为两翼岩层倾角相等而成对称状态，又叫对称褶皱。•倾斜褶皱：轴面倾斜，表现在两翼倾角不等而成不对称状态，又叫不对称褶皱。•倒转褶皱：当变形加剧，轴面的一翼岩层倒转，使两翼岩层向同一方向倾斜，称倒转褶皱。•变形进一步加剧，一翼岩层倒转，轴面歪倒呈水平或近水平状，称作平卧褶皱。•复褶皱：褶皱带中的大型褶皱两翼常被次一级的褶皱复杂化而构成复背斜和复向斜之类的组合类型。穹隆和构造盆地：当枢纽很短时，可形成短轴状褶皱或近圆形褶皱，如穹隆和构造盆地。•五、断裂1.基本概念断裂：受力作用，当应力达到在一定条件下的破裂强度时，岩石的内部或表面就会产生裂隙或断开，岩石的连续性遭到破坏。其中两侧岩石未发生显著相对位移的称作节理，发生显著相对位移的叫做断层。•2.节理⑴分类原生节理节理非构造节理走向节理、纵节理次生节理张节理倾向节理、横节理构造节理剪节理斜向节理顺层节理节理总是成群出现的，其分布往往表现为一定的组合形式。凡具有成因联系的互相平行或近于平行的一群节理，称为节理组。•⑵剪节理与张节理•A.剪节理的特征：由剪应力产生的破裂面。共轭剪节理，成对出现。①产状较稳定，沿走向、倾向延伸较远。②剪节理面平直光滑，有时可见滑动擦痕及镜面现象，有时可见剪切羽列。③剪节理通常闭合，若被矿物充填，则脉宽较为均匀，脉壁较为平直。④常切过砾石、结核而不改变方向。⑤密度较大，且间距大致相等。若两组剪节理同时发育，常将岩石切成菱形。•B.张节理的特征：张应力产生的破裂面。①产状不稳定，延伸不远，单条节理短而弯曲。②张节理面粗糙不平，节理面擦痕较少或不发育。③张节理多开口，常被岩矿脉充填，成楔形、扁豆状或其它不规则形状，脉壁不平直，脉宽变化大。④常因追踪X型剪节理而成锯齿状张节理。•3断层⑴断层要素断层面：使岩层或岩体发生滑动的断裂面。可以平直或弯曲，其产状可用走向、倾向和倾角来表示。断层线：断层面同地面的交线，也就是断层在地面的出露线，它可以是直线，也可以是曲线。断盘：断层面两侧被切断的岩块叫断盘，当断层面倾斜时，按照相对位置将位于断层面以上的断块叫上盘，以下的叫下盘。若断层面直立，则无上下盘之分。相对上升的叫上升盘；反之叫下降盘。断距：指原先相连的同一岩层上的相当点在断开错动后的移动距离。真断距；铅直地层断距；水平地层断距；地层断距。•⑵断层的形态分类a.据断层两盘相对运动的特点分类：断层的类型可划分为正断层，逆断层，平移断层（左行、右行）及其组合类型，如逆平移断层。•b根据断层走向与所切岩层走向的方位关系划分为：走向断层：断层走向与所切岩层走向基本一致的断层。倾向断层：断层走向与所切岩层走向直交的断层。斜向断层：断层走向与所切岩层走向斜交的断层。顺层断层：断层面与岩层面的基本平行。•c根据断层走向与区域构造线之间的关系分为：纵断层：断层走向与区域构造线基本一致的断层。横断层：断层走向与区域构造线直交的断层。斜断层：断层走向与区域构造线斜交的断层。•3断层的组合类型：•断层很少单独出现，常由多条断层成带状组合在一起，延长可达数百至上千公里，形成断裂带，一般与褶皱带伴生。逆断层可组合形成迭瓦式构造；正断层可组合形成阶梯状断层、地堑和地垒等。•迭瓦式构造：许多条大致平行的断层，倾向一致，老岩层依次逆冲覆盖在新岩层之上，状似迭瓦。它常同强烈褶皱伴生，断层走向与枢纽平行。标志该区经