《构造地质学》教案

《构造地质学》教案第一章绪论一、研究内容及对象1、构造地质学的定义地质构造指的是组成地壳的岩层和岩体在地球内、外力地质作用下所发生的变形，从而形的成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其它各种面状和线状构造。2、构造地质学的研究对象及两个概念的区别①研究对象构造地质学的研究对象是地壳及岩石圈中的造现象、空间分布及形成原因。②structuralgeology和tectonics的区别构造地质学有两个分支，即structuralgeology和tectonics，这种区别在欧美国家中实际不存在，在欧美国家中，structuralgeology一词包含了所有的地质构造，也包含了tectonics的含义。而在前苏联和我国，structuralgeology和tectonics两个单词则具有不同的含义，即structuralgeology指的是地壳内的中、小型构造，而tectonics则指的是包括岩石圈在内的区域大地构造，故在这些国家，将structuralgeology和tectonics两词分别称之为《构造地质学》和《大地构造学》，在大学里也分别开设上述相应的两门课程。3、构造地质学的研究内容研究内容：从构造现象(构造形迹)上讲，其包括岩石和岩体〈地质体〉的原生和次生构造，尤其以研究岩石的次生构造为主。次生构造：指的是岩石形成后，在地质作用过程中所发生的破坏，包括褶皱、断层、节理劈理等。原生构造：指的是岩石在形成过程中形成的各种面状和线状构造(主要指沉积岩和岩浆岩)。从地质作用的角度讲，《构造地质学》主要研究内力地质作用。二、研究方法《构造地质学》的研究方法主要为反序法，即根据地质构造的形态特征及规律反寻其成因，进而去讨论地壳运动的规律，即将今论古。在对某一构造进行实际分析时，往往包括了如下方面的研究：空间方面：主要研究地质构造的形态特征、分布规律与组合形式。时间方面：主要研究地质构造的形成顺序与演变。成因方面：主要研究地质构造的形成机制及其发育的地质条件。以上三个方面的研究，归纳起来实际是对地质构造的几何学特征，运动学特征和动力学背景的分析。三、研究意义1、理论意义实例1、大洋中脊裂谷带的构造特征—地幔对流实例2、阿尔卑斯-喜马拉雅带的构造和地貌特征—板块碰撞实例3、华南的大地构造特征—板块俯冲2、实践意义实例1、贵州的汞、金、铅锌矿与构造的关系实例2、松树山、派因维油田、苏北、塔里木油田构造与油气藏的关系实例3、构造对地下水的控制规律实例4、地震与构造的关系(全球地震带及唐山地震)四、从构造地质研究发展史谈当今的地壳构造观《构造地质学》研究的历史，大体可以分为两个大的阶段，第一阶段为本世纪六十年代前，第二阶段为六十年代至今。两个阶段的地质学家对地壳构造的形成和地壳运动的规律有截然不同的认识。1、六十年代以前的地壳构造观19世纪中到后半叶，美国学者J.Hall(1859)和J.D.Dana(1883)根据他们对世界著名的阿巴拉契亚造山带的研究，提出了垄断地质学界近一个世纪的槽台学说，在这个学说的影响下，人们普遍认为，地壳运动的方式是以升降运动为主，由此而给人们的印象是，地壳构造是由于升降运动引起的一刀一刀向下切的陡倾断层为主。2、六十年代至今的地壳构造观20世纪初(A.J.Wegener，1912《大陆的生成》，1915《海陆的起源》)大陆漂移学说的提出六十年代初(H.H.Hess，Dietz，1961)海底扩张的提出六十年代中期(Wilson，1965)转换断层和板块构造理论的提出20世纪后半叶的COCORP计划、逆冲推覆构造、剪切带和伸展构造研究等3、薄皮构造观的讨论与实例①、地球内部构造的成层性与薄皮构造②、物质平衡和能量平衡与薄皮构造③、地球物理证据五、地质构造研究中的几种思维方法1、拆零-组装法(美，Alvin.Toffler;Ilya.Prigogine)2、历史构造分析法3、构造类比法4、牛顿的时空观与将今论古X+Y+Z=A六、学习方法热情+远见+行动＝成功兴趣+计划+行动＝成功第二章沉积岩层的原生构造及其产状第一节沉积岩层的原生构造一、层理及其识别层理是沉积岩中最普遍的一种原生构造，其包括层面以及岩层内部的成分、粒度、结构、胶结物结构和颜色等特征在剖面上的突变和渐变所显示出来的一种成层性。(一)层理的分类根据层理形态及其结构(几何分类)可将层理分为两类，即水平层理和交错层理(波状层理和斜层理)，有的教科书上将其分为三类，即水平层理、波状层理和斜层理。(二)层理的识别标志1、岩石的成分变化2、岩石的结构变化3、岩石的颜色变化4、岩层层面上的原生构造(如波痕、底面印模、暴露标志等均可作为层理的识别标志)。二、利用沉积岩的原生构造来鉴定岩层的顶、底面1、斜层理斜层理是由一组或多组与主层面斜交的细层组成。利用斜层理来判别岩层的顶、底板时，其判别特征是：每组细层理与层系顶部主层面成截交关系，而与层系底部主层面呈收敛变缓而相切的关系，弧形层理凹向顶面。2、粒级层理粒级层理又称递变层理，其特点是在一单层内，从底到顶粒度由粗逐渐变细，如底部是砾石或粗砂质，向上可递变为细砂、粉砂，以至泥岩。3、波痕波痕有很多种，能用来指示岩层顶底板的主要是对称型的浪成波痕。浪成波痕有尖棱状的波峰和园弧状的波谷组成，利用波痕来判别岩层的顶底板时，其判别标志是：尖棱状的波峰指示岩层的顶板，而园弧状的波谷则指示岩层的底板。4、层面上的暴露标志①泥裂②雨痕5、冲刷面6、生物标志第二节岩层的产状、厚度及出露特征一、地质体的基本产状(一)几个相关概念的介绍1、地质体—各种成因的自然岩石体或土质体。2、面状构造—指地质体中几何的或物理的呈面状的结构面—如岩层层面、断层面、褶皱轴面等。3、线状构造—指地质体中几何的或物理的具一定方向延长的构造—如断层线、矿物定向排列而成的生长线、擦痕线等。(二)面状构造的产状要素产状三要素：走向—倾斜面与水平面的交线叫走向线，走向线两端延伸的方向即为该平面的走向。倾向—倾斜平面上与走向线相垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面上的投影所指的(沿平面向下倾斜的)方位即倾向。倾角—指倾斜面与水平面之间的夹角(α)。(三)线状构造的产状要素倾伏向(指向)—某一线段在空间的沿倾斜方向的延伸方向，即某一倾斜直线在向下倾斜方位上的水平投影线所指示的方向，用方位角或象限角表示。倾伏角—指直线的倾斜角度，即直线与其水平投影线间所夹之锐角。侧伏角—当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹之锐角即为此线在那个面上的侧伏角(用量角器现场测量)。侧伏向—就是构成上述侧伏角的走向线的那一端的方位。产状要素的表示方法：图示法——长线表示走向，短线表示倾向，数字表示倾角数字法SE15060象限法S30E60(注意其习惯用法！！)倾伏SE12030侧伏45NE或直接书写为“侧伏向NE，侧伏角45”。二、岩层的原始产状与水平岩层的露头特征(一)沉积岩的原始产状岩层的原始产状即岩层在沉积时的产出状态。除在盆地边缘、岛屿和礁体附近有局部的原始倾斜产状外，其余大部分区域的岩层的原始产状往往被视为是水平的。(二)水平岩层的露头特征1、在层序未倒转的前提下：岩层的面向——岩层由老变新的方向2、地质界线——与等高线平行或重合3、岩层厚度——是其顶底面的高差4、岩层出露宽度——是其顶、底面的水平距，其大小与岩层厚度和地面坡度有关三、倾斜岩层的露头特征岩层——指岩石层面向某个方向倾斜的岩层。是岩层发生变形的结果－即构造中最基本的、最多见的现象。倾斜岩层的露头特征—V字形法则1、当岩层倾向与地形坡向相反时—相反相同2、当岩层倾向与地形坡向一致，岩层倾角大于地形坡度角时相同相反3、当岩层倾向与地形坡向一致，岩层倾角小于地形坡度角时相同相同4、直立岩层：地质界线不受地形的影响，是一条直线。第三节地层的接触关系地层的接触关系分为整合接触和不整合接触两种，其中不整合接触有分为平行不整合和角度不整合。一、整合接触定义：连续堆积的沉积物成岩后表现为新老岩层连续无间断、上下岩层彼此平行叠置，岩层的这种接触关系称为整合接触关系。特征：①一套岩层，各岩层之间在空间排列是相互平行的，新老岩层的产状是一致的。②新老岩层在沉积层序上是连续的，没有间断面。③由于沉积层序上是连续的，所以反映在沉积岩性和岩相变化是递变的，岩层中所含化石也是逐渐变化的。二、平行不整合接触(又称假整合)定义：上下两套岩层之间在空间上是平行排列的，产状一致，但它们之间缺失一些时代的岩层，说明经历过一定时间的沉积间断，或经受过一定时期的风化剥蚀作用后，再下降接受沉积的过程。特征：①不整合面上下的岩层彼此平行排列，岩层产状一致。②底砾岩、古风化壳以及风化残余型矿床，如褐铁矿、铝土矿或磷矿等是不整合存在的直接标志。不整合面上的沉积物成分常常与下伏地层的成分有关。③不整合面上下的两套岩层在岩性和岩相以及所含化石的演化上都是截然不同的、是突变的，反映了因长时间的沉积间断而造成的部分地层缺失与上下两套岩层之间沉积环境的变化。三、角度不整合接触(简称不整合)定义：时代较新的岩层以一定的角度覆盖在不同时代或同一时代不同层位的老岩层之上，上覆岩层与下伏岩层之间具有明显的沉积间断、生物演化不连续性。特征：①不整合面上下新老岩层之间产状明显不同，两者呈一定交角接触。②不整合面上下的新老岩层之间缺少一定时期的地层，存在沉积间断。不整合面上常发育有底砾岩和风化残余矿产。③由于新老两套岩层之间存在长时期的风化剥蚀和沉积间断，在不整合面上、下的新老岩层的岩性、岩相及古生物演化上都截然不同。④不整合面以下老岩层的构造(褶皱、断裂等)常常比上覆新岩层相对强烈且复杂，岩浆活动和变质作用也具有类似的特点。四、不整合在地质图上的表示1、在平面图上的表示2、在剖面图上的表示五、不整合的形成过程1、平行不整合下降、接受沉积→上升、沉积间断、遭受剥蚀→再下降、再沉积2、角度不整合下降、接受沉积→褶皱、断层等变形、变质作用或岩浆作用、上升、沉积间断、遭受剥蚀→再下降、再沉积六、不整合的观察与研究1、研究意义①就构造研究本身②在岩石地层学方面③在岩相古地理研究方面④在矿产研究方面2、不整合的研究①确定不整合的存在标志有：地层古生物方面的标志、沉积侵蚀方面的标志、构造方面的标志、岩浆活动方面的标志和变质作用方面的标志等。②确定不整合的形成时代确定原则为：下伏地层中最新地层形成之后和上覆地层中最老地层形成以前的时间区段为不整合形成的时代，亦即本次构造运动的活动时间。③研究不整合的空间展布和类型变化。第三章地质构造分析的力学基础第一节应力的概念一、面力和体力体力：物质(岩体)单位重力，与质量成正比。面力：岩块间的相互作用力，其作用于物体的表面，故有称之为表面力。二、应力定义：应力是在面力和体力作用下引起的，作用于物体内(假设面)和表面(真面)的单位面积上的一对大小相等而方向相反的力，它是作用于该面上力的大小的度量。应力的方向与作用力方向一致，其大小用σ表示。σ=P(作用力)/A(受力面积)如应力在这一平面上分布不均，则该平面上的应力是每一微小面积上作用力。σ=dP/dA如果我们考虑的面与作用力的作用方向不垂直，则作用力P可分解为垂直断面的分力Pn和平行断面的分力Pτ，相应的合力σf亦可分为垂直断面的分力σ＝dPn／dA，该应力叫正应力或直应力，及平行断面的应力τ=dPt/dA，称之为剪应力或切应力。在地壳运动过程中，许多面往往与作用力的方向是不平行的。在地质学中，规定：正应力是压应力时为正，张应力时为负；而剪应力是逆时针时为正，顺时针时为负。三、一点的应力状态设一个平衡力系统作用于一个无限小的立方体上，力系可合成为作用于立方体中心的一对力。如设立方体的三条边为三个直角坐标系的X、Y和Z，则每个面上的应力可分解为三个，即正应力σ和平行于两个坐标轴的一对剪应力。即在立方体的各个面上一共有九个分量。σxτxyτxzσyτyxτyzσzτzxτzy如作为平衡力系统考虑，有：-τxy=τyx-τyz=τzy-τxz=τzx弹性力学证明，当物体受力平衡