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地壳运动与地质构造
第八章地壳运动与地质构造
§1概念
大家已有了岩石的概念:
岩浆、沉积岩、变质岩,它们是不同的地质作用下形成的,岩浆岩中的侵入岩应地下形成,地表看不见。
但现在大量突出地表,甚至形成高山,如五台山等由侵入岩或其变质岩组成;沉积岩,原始应水平沉积,地表大量倾斜、弯曲、断开。
这些说明地壳上岩石发生运动,发生机械运动。
一、地壳运动(构造运动)——地壳的机械运动。
水平运动
垂直运动
引起运动的原因,将在本章最后一节讲述
差异升降
类型
相背分离
相间挤压
剪切
运动的结果为岩石变形、变位
岩石变形——地壳中岩石变改了原有的空间位置和形态。
地质构造——岩石变形的产物包括褶皱、断裂两大类。
弹性变形—在弹性限度内,变形在外力解除后,恢复原状。
塑性变形—受力超出弹性极限时,柔性较大的物体,发生永久性变形。
断裂—受力超出强度极限,脆性物体几乎无塑变形,很快断裂。
任何物体受外力作用
二、岩石变形的力学原理:
(岩土力学中细讲,简单地说)
塑性变形——岩层褶皱。
断裂——断层、节理、裂隙。
地质构造中的岩石变形
同样,岩石在受构造运动(地壳运动)力的作用下,亦会发生类似的变形。
由于弹性变形不被保留,对地质构造无意义。
岩石的变形状态与岩石性质有关(成份、结构)与岩石所处的环境有关。
地表常温、常压下:
页岩、泥岩、粘土岩(细、软)———塑性变形。
粗砂岩、石灰岩————脆性大,断裂。
地下高温、高压下:
各类岩石都具有一定塑性(柔性)均可发生塑性变形。
这就是为什么我们在野外能够看到砾岩、灰岩、石英砂岩等通常认为脆性很大的岩层同样有褶皱弯曲现象。
§2.褶皱和断裂
我们讲了褶皱和断裂是由于岩石的运动改变了原有空间位置和形态。
一、岩层空间位置的测定
地质上以岩层的产状来描述其空间位置,包括岩层的走向、倾向、倾角。
称产状三要素。
(一)产状三要素:
1.走向:
走向线———岩层面同任意水平面的交线(岩层层面上的任意一条水平线)。
走向———走向线两端所指的方向。
以方位角来表示。
230°
50°
140°
S
80°
360°NO
W
270°°
90°
E
倾向
走向
注意:
我们强调了两端所指的方向,因此走向的方位角有2个,相差1800
2.倾向
最大倾斜线———岩层面上与走向线垂上的向下延伸的线。
倾向———最大倾斜线的水平投影所指的方向,以方位角表示。
倾向只有一个方向,且与走向垂直。
走向=倾向+90°
3.倾角:
岩层面与水平面之间的夹角。
最大倾斜线与其在水平面上投影线之间的夹角。
0°—90°变化。
(二)产状的表示:
走向/倾向<倾角125°/NE<65°
S29°/NW<18°
倾向<倾角35°<65°
只要给定倾向、倾角两项可求知三要素
(三)特殊产状:
水平岩层倾角=0°倾向—走向∞
直立岩层倾角=90°倾向—走向α°
(四)岩层厚度:
两层面之间垂直距离。
(并非地面露头两点)。
二、褶皱构造
岩层受力后,发生弯曲,改变了原有的空间位置和形态,但其连续性未受到破坏,称褶皱。
单一弯曲称褶曲。
(一)褶曲的几何要素(褶曲的描述)
1.翼———褶曲岩层的两坡。
2.核———褶曲岩层的中心。
3.轴面———平分褶曲两翼的假想面(近于对称面),可以是平面也可以是曲面,
其产状可用三要素描述。
4.枢纽———轴面与岩层面的交线,可以是水平的也可以是倾伏状。
5.轴迹———轴面与地面的交线。
(二)褶曲分类
1.两大基本类型
1°向斜———水平岩层受力后下凹弯曲。
两翼地层相向倾斜
核部地层时代最新
两翼地层时代渐老
2°背斜———水平岩层受力后上凸弯曲。
两翼地层相背倾斜
核部地层时代最老
两翼地层时代渐新
岩层褶构造中,背斜、向斜通常共存:
相邻的背斜之间是向斜
相邻的向斜之间是背斜
相邻背斜,向斜共用一个翼
2.褶曲类型(出露形态划分)
1°按轴面产状划分:
直立褶曲———轴面直立,两翼倾向相反、倾角相等。
倾斜褶曲———轴面倾斜。
两翼倾向相反,倾角并不等。
倒转褶曲———轴面倾斜。
两翼倾向相同,倾角并不等一翼为正常层序,一翼为倒转层序(新在下老在上)。
①层面构造:
泥裂、波痕、虫迹。
②新老地层上下异位。
如淮南洞山
倒转地层的识别
平卧褶曲———轴面近水平。
两翼近水平,上下重叠。
一翼为正常层序,一翼为倒转层序。
2°按枢纽产状划分:
水平褶曲———枢纽水平
倾伏褶曲———枢纽倾伏
3°特殊类型:
穹窿(背斜)———长:
宽<1:
3
盆地(向斜)———长:
宽<1:
3
复背斜、复向斜
(三)褶曲的野识别:
1.顺或逆着倾向方向,地层重复出现,倾角变化有规律。
背斜:
新—老—新
向斜:
老—新—老
c
S
O
C
O
O
S
E
S
Z
2.地形侄置(并非绝对)
我们可以想象,地质构造形成初期,通常向斜成谷背斜成山。
但野外恰恰相反,常见的是背斜成谷,向斜成山,称为地形倒置。
原因:
褶皱开成后在长期的风化剥蚀等外动力作用下,背斜轴部由于张裂隙发育、易剥蚀,并逐渐低凹成谷;而向斜轴部岩石受挤压力,相对不易风化剥蚀,而成山。
因此野外绝不能只根据地形确定地质构造,要仔细观察。
三、断裂构造
断裂———岩层在外力作用下失去连续性和完整性。
节理、裂隙———无位移(仅有断裂面)。
断层———有一个或一组断裂面,两侧岩层有明显位移(错动)
(一)断层描述
1.断层面(带)———岩层断裂面,两侧岩层相对位移,
有平面也有曲面可以产状三要素来描述。
2.断层线———断面与地面交线。
断层出露线,直线或曲线。
3.断盘———断层面两侧被切断的岩块。
按断层面与断盘关系(位置关系)分:
上盘、下盘、东南盘、西北盘等;
按两盘相对位移(运动)方向分:
上升盘、下降盘。
4.断层规模——以切割深度,延展长度,断距大小来衡量。
特大型断层如,美国西部,圣安德列斯断层切割到地壳下部,
位移量480公里。
我国淡庐断裂位移几百公里。
微型断层手标本可见。
(二)断层分类:
1.按两盘相对位移的方向分:
正断层———上盘下降、下盘上升。
逆断层———上盘上升、下盘下降。
其中逆掩断层:
断面倾角小<25°。
划分
左行平移断层
右行平移断层
平移断层———两盘水平错动(断面近直立)。
2.按断层走向与岩层走向的关系分:
纵断层(走向断层)——连向一致。
横断层(倾向断层)——走向垂直。
斜向断层——走向斜交。
3.断层组合类型:
在力的作用下,多条断层(一组断层)同时出现,形成特殊形态。
迭瓦式构造:
一组倾向一致,大致平行的逆掩断层。
阶梯状构造:
一组倾向一致,大致平行的正断层。
地堑:
两组相向倾斜的正断层。
地垒:
两组相背倾斜的正断层。
(三)断层的野外识别:
1.角砾岩——断裂破碎的岩石,大小不等,棱角分明,碎块再胶结成岩,角砾与两侧岩性一致。
2.糜棱岩——逆掩断层常见,挤压断裂带中,碎块很碎小再胶结成岩。
1.构造岩
多数断层因其断面附近岩石破碎,易风化,剥蚀,所以露头不好,往往被沉积物盖,观察要仔细,常从以下证据来识别。
断层泥——断层两面三盘挤压磨擦(碾磨)的极细的泥状物。
2.密集的节理:
断层面是较大的破裂面,形成同时伴生有许多小破裂面即节理。
节理方向常与断层方向大致平行。
3.擦痕和镜面:
擦痕——断面上平行而密集的沟纹。
镜面——断面上局部平滑光亮的面。
阶步——擦痕及镜面未端常出现“坎”。
以上均为两侧岩层(块)相对滑动在断面上留下的痕迹,可据此推测两盘相对运动方向。
4.牵引褶皱(拖曳)褶皱)
断层两侧岩层相对位移时,受磨擦阻力影响出现弯曲。
牵引褶皱可指示对盘位移方向。
5.沿岩层或矿层走向突然中断
6.地层重复或缺失
断层能够破坏地层序,造成地面上某些地层的重复或缺失,什么情况重复,什么情况缺失,与断层性质有关。
与断面及岩层产状有关。
7.地形证据
负地形(低凹地带):
由于断层附近易风化、剥蚀(岩石破碎),长期的外力作用造成,俗话说“逢沟必断”。
断层崖:
大而陡的断面出露呈陡崖状。
有流水可成瀑布。
断层三角面:
一平列平行的山脊,被走向与其垂直的正断层切割,上升盘露出,山脊呈三角形横切面。
8.泉出露点:
断层切割含水层,地下水沿裂隙,涌出。
泉点常呈线状分布。
以上我们讲了地质构造的两大类型——褶皱和断层,它们是岩层形成之后由于地壳运动造成的,如果没有地壳运动形成地质构造,所有新、老地层(所有时期形成的岩层)都应是水平叠置在一起。
但有了地壳运动就使地层之间不再是简单的水平叠置,而有更有复杂的接触。
下面就讲不同类型的地层接触关系。
§3.地层接触关系
一、整合
表现:
新老地层产状一致,岩性变化及古生物演化渐变而连续,新老地层时代连续,其间没有地层缺失。
说明:
地层形成的过程中基本保持稳定的沉积环境,构造运动主要是地壳缓缓下降,即使有上升,也未使沉积表面上升到水面之上遭受到剥蚀。
整合表示:
华南地区石炭、二叠系地层
C
P
二、假整合(平行不整合)
表现:
新老地层产状一致,岩性及古生物演化突变,地层时代不连续,有地层缺失。
新地层之下常有底砾岩。
底砾岩——下部时代较老的地层遭到剥蚀后形成的岩石碎块,重新胶结成岩,保留在新地层之下。
说明:
老地层沉积后地壳有明显的均衡上升(水平抬升),遭受剥蚀后,地壳又均衡下降,接受新地层的沉积,虽然有部分地层缺失掉,但新老地层产状没变,
S.D缺失
华北地区
底砾岩——下部时代较老的地层遭剥蚀的岩石碎块重新胶结成岩,底砾岩石矿物成分与下伏岩层相同。
C
O
假整合的表示:
三、不整合(角度不整合)
表现:
新老地层产状不一致,岩性及古生物变化突变,有地层缺失,新老地层之间有广泛的剥蚀面。
新地层之下常见底砾岩。
说明:
老地层形成之后有强烈的构造运动,形成褶皱、断裂,同时长期遭受风化剥蚀,而后又下降接受新地层的沉积。
T1
J
不整合的表示:
下面讲火成岩和层状岩石的接触关系
四、侵入接触:
侵入体和被侵入围岩之间的关系。
┼┼
┼┼┼
┼┼┼+
识别标志:
1°接触带上有接触变质的现象(围岩)。
2°接触带附近,侵入体中有围岩的
捕虏体(末完全融化的围岩)
3°侵入体切割(切穿)围岩层理。
五.沉积接触
沉积
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