古生物地史学讲义(11)

第三节地层沉积组合类型与历史构造分析构造运动：主要由地球内力引起岩石圈的变位、变形以及洋底的增生和消亡的作用。（原因）构造运动的产物：产生褶皱、断裂等各种地质构造，引起海陆轮廓的变化、地壳的隆起和拗陷以及山脉、海沟的形成等。构造运动引起地震活动、岩浆活动和变质作用。构造运动还决定地表外动力地质作用的方式，控制地貌发育的过程。构造运动控制外生矿床和内生矿床的形成及分布。构造运动是使地壳不断变化发展的最重要的一种地质作用。构造：就是构造运动引起的岩层变形和变位的形迹。（结果）历史大地构造分析：研究地层的沉积及岩浆组合时空分布特征及其与岩石圈构造发展历史的相互关系，推定其形成时的构造条件，划分出不同的构造单元和构造阶段，恢复岩石圈的构造发展史。剥蚀与沉积的相互消长与平衡受侵蚀基准面（简称基准面）控制，地表各区高于当地基准面的部分遭受剥蚀，低于基准面的部分接受沉积。地表最主要的基准面是海平面，由于地势分异，现代地表实际存在四个不同高度的基准面：Ⅰ、高原山区基准面（第一基准面）：一般海拔2500-3000m，此基准面以上总体以剥蚀为主，但不同地段存在次级基准面，局部有冰成沉积、高原湖泊和山间盆地等沉积类型。Ⅱ、山麓带和内陆盆地基准面（第二基准面）：一般高度500-600m，第一斜坡底部，此基准面以下是陆相沉积作用十分活跃的的地区，山麓洪积扇、洪积锥、内陆盆地河湖沉积发育。内陆盆地与近海平原间常有中低山阻隔。Ⅲ、海平面基准面（第三基准面）：最主要的基准面，此面上下的沉积和生物作用最为丰富多彩。近海平原内一般以河湖沉积为主，但往往受到小规模、短暂的海水内侵（海泛）的影响，出现海生或半咸水生物类型和特殊的沉积物，反映与海平面基准面关系密切，区别于内陆盆地Ⅳ、深海盆地基准面（第四基准面）：一般深度3500-4000m，大陆斜坡（第二斜坡）底部，此面上下是海底扇重力流、浊流和远洋、半远洋沉积作用十分活跃的场所。1.构造环境条件与沉积物的组分、结构不同构造环境条件产生的沉积物具有以下沉积特征（岩性、结构和成分成熟度）：平原地区：碎屑物可能来源于几千里外，经过河流的长距离搬运、磨蚀和冲洗，不稳定矿物风化分解，大部分不存在，分选好、磨圆度和球度高，产物多为成熟沉积，如石英砂岩、粘土页岩等山区、山麓：碎屑物质急剧堆积，搬运不远，分选不好，大小混杂，成分不一，磨圆不好，多出现岩屑砂岩或长石砂岩，不发育纯净的石英砂岩火山岛弧：火山活动地区的快速堆积——硬砂岩（大量具棱角的火山物质、岩屑、泥质沉积）大陆斜坡或边缘海的陡峻斜坡带：浊流沉积DP47（一）地层的沉积组合类型—稳定类型与活动类型不同的地壳构造类型或构造状态所产生的沉积体有以下空间几何形态：稳定陆表海或大型内陆盆地中的沉积体一般呈板状、席状；强烈凹陷海槽中的快速充填则呈狭长、厚的带状；山麓洪积、三角洲、海底扇：楔形，内部一些砾岩、砂岩体呈透镜状；生物礁：块状。DP482.构造环境条件与沉积物的几何形态3．地层的岩相和厚度分析—补偿与非补偿的概念地层的岩相和厚度分析是历史大地构造学的一个重要方法，通过地层的岩相和厚度分析，不仅可以了解地壳下降的速度、幅度，进而可判断地壳的活动程度。地壳下降速度大、幅度大，代表地壳活动性强，相反则表示地壳活动性弱，而稳定性强。地层厚度与地壳下降幅度一致或不一致；下降速度和沉积速度的相对变化还会导致岩相的变化。地层的岩相、厚度与地壳下降速度、幅度之间的关系有以下三种情况：补偿盆地：基底下降速度=沉积速度，水体深度不变，地层岩相基本保持稳定，沉积厚度=沉降幅度。岩相单调，厚度小—稳定类型；岩相单调，厚度大—活动类型非补偿盆地：基底下降速度沉积速度，水体由浅变深，岩相类型发生相应变化，沉积厚度﹤沉降幅度。不能根据地层厚度判断，岩相缓慢渐变—较稳定类型非补偿沉积超补偿盆地：盆地基底下降速率沉积速率，水体由深变浅，岩相类型发生变化，沉积厚度﹥沉降幅度，如浅海—滨海—滨海三角洲—冲积平原的演变。判断同上P47沉积前的地面北部湾浅海深海超过1千米南海最深达4千米从第三纪沉积基盘看，北部湾与南海最深处相差不多，自第三纪以来这些地区都在强烈下陷（活动构造环境），只是由于红河口大量的沉积充填，使北部湾始终保持了浅海环境。在补偿沉积时，地层厚度可以代表地壳下降幅度，根据沉积时间，可计算出下降速度；非补偿沉积时，要结合岩相的变化和经历的时间，推算下降幅度、速度。稳定构造环境实例（略）4.沉积组合的主要类型及其分布特征沉积组合（或沉积建造，sedimentaryassociation）：在一定时期形成的，能够反映其沉积过程中主要构造环境的沉积岩共生综合体，可分为稳定型和活动型，之间有一系列过渡类型：通过沉积相共生组合关系的分析就能够准确地推断出构造环境条件，沉积相共生组合可称为沉积组合。从前面的内容我们看到不同的构造环境产生了不同的沉积物，这些沉积物在同一构造环境里是分属于不同的沉积相的，比如在近海平原，有河流相、湖相、沼泽相、海泛沉积；在内陆盆地从第一斜坡依次出现洪积相、河流相、湖相等；在高原山区有冰川沉积、河流和湖相沉积；在深海沟有浊积相和远洋沉积等。活动类型：大陆上的强烈上升的高峻的山系，巨大的陆缘火山活动带，海洋中较深的边缘海、地势崎岖的火山（或非火山）岛弧海、大陆斜坡以及深海沟等属活动的构造环境。巨厚的山麓山间粗碎屑（磨拉石）组合大陆火山喷发—碎屑组合非补偿边缘海炭质硅质组合岛弧海硬砂岩—火山喷发组合深海至半深海砂泥质复理石组合包含基性超基性岩和放射虫硅质岩的蛇绿岩套组合DP50、P45稳定类型：大陆上的广阔的准平原、内陆盆地、近海平原，海洋中广阔的陆表海、陆棚海等均为稳定类型的构造环境，相应的沉积属稳定类型。游移盆地湖泊碎屑组合内陆盆地河湖砂泥质组合近海盆地含煤碎屑组合滨浅海碎屑或碳酸盐岩组合5.构造变形、岩石变质和岩浆活动分析法地层的构造变形岩浆活动和变质作用（二）传统的槽台学说根据大陆地壳不同部位构造性质或活动程度的不同，可将其划分为活动区和稳定区两种大地构造单元，即：地槽地台地槽这个名词普遍用来代表有巨厚海相沉积、最后又褶皱成山系的巨型槽状凹陷陆缘型赫尔（J.Hall,1859）丹纳（J.D.Dana,1873）陆间型徐士（E.Suess,1875）奥格（E.Haug,1900）陆缘型和陆间型舒可特（Ch.Schuchert,1923）地槽（geosyncline）的特征规模巨大的槽状地壳构造活动带，长可达数千公里，宽数百公里；早期强烈沉降，呈岛弧海环境，接受巨厚海相沉积及海底火山喷发，岩相厚度变化极为显著；晚期遭受强烈的构造变动（褶皱、岩浆侵入、区域变质），逐步升起脱离海侵，最后转化为高峻的褶皱山系。地槽两侧的稳定地块称为前陆；接近前陆的地槽外带不含或极少火山物质，称为冒地槽；远离前陆的地槽内带（中心部位）含有大量火山物质，称为优地槽；地槽褶皱区分出二级构造单元地槽（地槽褶皱带）和相对稳定的中间地块，地槽内部又可分出三级构造单元的地向斜（凹陷带）和地背斜（隆起带）。地台（platform）的特征为与地槽（地槽褶皱区）相对应的地壳上巨大的稳定区（广义）；具有双层结构：基底（basement）和盖层（cover）；基底：由遭受强烈褶皱和岩浆活动的古老（古生代以前）结晶变质岩系组成，变质前的原岩为巨厚的活动类型沉积组合；盖层：未遭受重要构造变动，代表地史中稳定陆表海沉积组合类型；基底与盖层之间存在明显的区域性角度不整合面，反映了地台区地壳构造性质由活动转化为稳定的一次重要质变。地盾（地轴）：地台上缺失沉积盖层，变质基底直接出露地表的部分；裂陷槽：沉积盖层上发育的巨厚断陷带；台褶带（沉降带）与裂陷槽含义相同，和地盾、狭义地台均为二级构造单元；狭义地台内部分三级构造单元：台向斜、台背斜。地台与地槽空间上(横向)存在过渡，在时间上可以相互转化，地槽地台有些陆缘型地槽长期处于地槽阶段可能未经历陆壳基础的重新开裂过程。地槽旋回一个地槽由开裂沉降、闭合褶皱至升起成山的全过程。地槽的发展一般分为两个阶段(1)地槽以下降为主的阶段:图4-la：海水侵入地向斜并逐渐扩大到地背斜。地槽下降阶段初期，陆地面积大，地形复杂，往往形成下部陆源碎屑建造—主要由长石砂岩、复矿砂岩或硬砂岩组成。随着海水的扩大，陆地面积缩小，沉积物逐渐变细而形成下部泥质岩建造。图4-lb：在此阶段之后为地槽强烈下降阶段，这时往往出现巨大的断裂变动，引起大规模海底火山喷发作用。本阶段的突出特征是形成火山岩建造。图4-lc：最后在地槽下降阶段后期，差异升降作用已趋缓慢，火山作用减弱，碎屑物质来源减少。地向斜中沉积速度逐渐小于凹陷速度，海水也逐渐加深，形成较深海的灰岩或粘土岩沉积，即泥灰岩建造。地背斜地区处于缓慢上升，形成礁灰岩建造。(2)地槽以上升为主的阶段:地槽经过下降阶段以后，转为以上升为主的阶段。图4-ld：地壳升降过程中，振荡频繁，沉积物具韵律性，形成上部复理石建造。图4-le：当地槽主体褶皱上升后，形成了褶皱带(即褶皱山系)。这时山系前就出现山前坳陷，在山系中出现山间坳陷(或山间盆地)。在这些坳陷地带，开始可能有海水存在，往后逐渐形成半封闭的海湾或泻湖。图4-1f：随着地槽褶皱区的继续上升，最后使山前坳陷也褶皱升起，同时整个地槽进入了大陆状态。由于山系的上升，导致侵蚀、搬运和堆积作用速度加快，从山上冲下的粗碎屑不仅分布在坳陷地区，而且带到坳陷周围。这种陆相堆积，在山前，一般由粗大的砾石和粗砂岩组成，离山麓渐远，逐渐变为细砂岩和河湖相粘土沉积，这就是所谓磨拉石建造（P41,47）。P40请详细读巴尔干半岛褶皱运动：地槽发展过程中多次发生褶皱运动，晚期较集中，有自内向外迁移的趋势，每次褶皱运动延续时间约三十万年，每次褶皱运动在地层记录中都保存为角度不整合，代表了不同的褶皱时期。形成每一不整合的褶皱运动称为造山幕（即褶皱幕），一个地槽旋回中导致地槽主体部分褶皱升起的决定性的一幕称为主幕。构造旋回：全球性的构造作用旋回现象。从全球整体来看，可以发现大致每隔1.5—2亿年，总有相当一批地槽大体上同步地经历了各自的地槽旋回。与此相应，地球上各个地台的发展史也在此期间出现巨型的升降和海水进退旋回。构造阶段：根据构造旋回性所划分出来的构造时期，自古生代开始，依次为：加里东期（早古生代）、海西期（晚古生代）、印支期（三叠纪）、燕山期（中生代J、K）、喜山期（新生代）。P43陆壳构造分区—现代大陆上的基本构造单元(一级)古地台区：除亚洲以外各洲大陆上只有一个古地台核心，而亚洲有数个。这些地台的特征是基底为前震旦系结晶岩系，大都为变质很深的片麻岩及片岩等，盖层的沉积一般变动不大，构造微弱。加里东褶皱带：其中有些地区经历了剥蚀削平，重新下降接受沉积，使晚古生代或更新的地层不整合覆于其上，故具有明显的双层结构。具双层结构的加里东褶皱带又称为加里东(早古生代)年轻地台。海西褶皱带(晚古生代褶皱带)：大多数地区至今仍为山系。其中有些地区后来下降形成盖层沉积，可称为海西(晚古年代)年青地台。阿尔卑斯褶皱带(中、新生代褶皱带)：该带是最年青的构造带，包括现今世界上最高的山峰，在地貌上有复杂的、急剧割切的高山峡谷地形。它常无明显的盖层，因为它上面较新的沉积还很少。“固定论”与“活动论”之争大陆和海洋的空间位置，包括相互之间的位置以及对于地极和赤道的位置，在地史发展中到底是基本未变抑或发生过大规模漂移？（三）板块学说由地壳和上地幔顶部组成的岩石圈（lithosphere，海洋下约70km厚，大陆下约120～150km厚）被各种类型的构造活动带（洋中脊mid-oceanicridge、海沟oceanictrench、转换断层transformfault、活动褶皱带activefoldbelt）分割成刚性的薄板状块体（即板块，plate），岩石圈板块能够在塑性的软流圈（asthenosphere）上逐渐滑动、漂移。板块边界（即各种构造活动带）是地球表面构造运动最活跃