地质构造

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地质构造:指组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生变形和变位,如褶皱、节理、断层、劈理以及各种线理和面理构造等.

地质构造的规模,大的上千公里,需要通过地与地球物理资料的综合分析和遥感资料的解译才能识别,如岩石圈板块构造;小的以毫米甚至微米计,需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到,如矿物晶粒的变形、晶格位错等。

褶皱构造:岩层在侧方压应力作用下发生的弯曲叫褶曲。褶曲仅指岩层的单个弯曲,而岩层的连续弯曲则称为褶皱。褶曲的基本类型有两种:背斜和向斜。背斜是核部的岩层相对较老,两翼的则较新的褶曲。向斜是核部的岩层相对较新,两翼的则较老的褶曲。

断裂构造:岩石受应力作用而发生变形,当应力超过一定强度时,岩石便发生破裂,甚至沿破裂面发生错动,使岩层的连续性完整性遭到破坏的现象,称为断裂构造。断裂构造包括两类:按断裂两侧的岩是否发生明显的滑动,可分为节理、断层。

原生构造:在成岩过程中形成的构造。火成岩的原生构造主要是受岩浆流动与冷凝收缩的力的作用产生的,火成岩的原生构造主要是受岩浆流动与冷凝收缩的力的作用产生的。分为原生流动构造与原生破裂构造两种。原生流动构造是固态物体在液态岩浆流动中形成的定向构造,如由岩浆早期晶出的片状、板状矿物与扁平状析离体、捕虏体的定向排列形成的流面,由岩浆早期晶出的柱状、针状矿物的定向排列形成的流线;原生破裂构造有柱状节理以及根据节理与流面或流线的产状关系分出的纵节理、横节理、斜节理与层节理。

沉积岩的原生构造主要是受地表营力的作用产生的。包括层理、层面构造、层内构造与穿层构造。

①层理构造指沉积岩中的成层构造,其成层性是通过沉积物的成分、粒度、色调的变化而显现的。构造层理是研究次生构造的基本参考面,是一种重要的原生构造。

②层面构造主要指波痕、泥裂、雨痕、印模、虫迹等,这类构造发育于沉积岩层的顶面或底面,在野外可用来鉴别地层的顶、底面,以判断地层层序的正常与倒转。

③层内构造主要指限于某一岩层中的原生构造,如粒序层、交错层、层内褶皱与层内断层等,其中除层内断层外,也均可根据它们的内部结构特点来鉴别地层的顶面或底面。

④穿层构造主要指发育于多层岩层中的背斜或断层,称为同沉积背斜或同沉积断层。同沉积背斜是在区域性地壳拗陷并不断接受沉积的盆地中的局部上隆部位上逐渐发育的背斜,因此具有原始的上拱弯曲状态,其轴部地层厚度小于翼部,轴部碎屑沉积物的粒度则大于翼部同一层沉积物的粒度。

同沉积断层又称生长断层是指与沉积作用同时活动的断层,一般发育于沉积盆地的边缘,具有正断层性质。盆地所在为断层的下降盘,其地层厚度明显大于断层的上升盘,且断距随深度而增大,即地层时代愈老,断距愈大。另外,韵律层也是一种原生的穿层构造,是由多个粒序层依序叠置而组成的。

次生构造:岩石形成以后受构造运动的作用产生的构造变形,是构造地质学的主要研究对象。次生构造包括褶皱、节理、断层、劈理、线理等。

(2)按照变形性质分类

连续变形构造:岩层连续性未受到破坏的构造,变形性质属塑性变形,如褶皱等。

非连续变形构造:岩层被切割失去原有连续性的构造,属破裂变形的,如节理、断层。

(3)按照几何要素分类

面状构造:以几何意义的面所表征的构造,如褶皱轴面、节理面、断层面、劈理面等。通常将具有系统性的面状构造称为面理。

线状构造:以几何意义的线所表征的构造,如褶皱枢纽、断层擦痕、非等轴矿物的定向排列、两个构造面的交线等。各面状、线状构造还可区分为抽象性的(如褶皱轴面、枢纽、二构造面的交线)与分划性的两种。前者只具几何意义而非具体存在,后者则是具体存在的面、线构造。

根据面状、线状构造在地质体中的分布特点可分为:

①透入性构造,指在地质体内在一定尺度上均匀、连续且按一定格式排布的面状构造和线状构造,如劈理、片麻理、片理以及各种小型线理;

②非透入性构造,指非均匀、不连续且以分隔性方式产出于地质体中的面状构造和线状构造,如节理面、断层面以及大型的杆状构造、窗棂构造等。地质构造的透入性和非透入性是相对于观察构造的某种尺度而言的,较大范围的尺度上的透入性构造在较小尺度上也可成为非透入性构造;通常透入性构造是针对小型构造和显微构造两种尺度而言的。

褶皱

褶皱构造:在地壳运动的强大挤压作用下,岩层会发生塑性变形,产生一系列的波状弯曲,叫做褶皱。从原理上讲褶皱产生是个相当简单的过程,但是由于形成原因不同褶皱也分为很多种。

枢纽:在褶皱的各个横剖面上,同一褶皱面的各最大弯曲点的联线称枢纽。

轴面:又称枢纽面,指相邻褶皱面上的枢纽联成的面。

轴迹:轴面与地面或任一平面的交线。

槽线:向斜或向形的同一褶皱面的各横剖面上的最低点为“槽”,它们的联线为槽线。

脊线:向斜或向形的同一褶皱面的各横剖面上的最高点为“脊”,它们的联线为脊线。

背斜:背斜和向斜类似,只是跟它反过来。背斜是凸起来的褶皱,形成时间越早越靠近中心,侧面常常是向斜。不过在现实中,还会发生断裂和侵蚀让二者分开。背斜常常会产生许多优良的有气圈闭地区,适合勘探石油。

尖棱褶皱:这种褶皱常被石油公司称为V形褶皱,顾名思义就是常呈现V形的褶皱。常常因为当地抗压应力而形成,但要成型还需要一些非常具体的条件。总共有四个发展阶段:曲形成核、平行褶皱、两翼伸开/中间锐化、尖棱褶皱收紧。

平卧褶皱:平卧褶皱是被颠倒的褶皱,一个翻转或是彻底倒转的褶皱,有一定角度的轴向面,一侧的地层被翻转。平卧褶皱的轴线基本上保持水平。

等斜褶皱:等斜褶皱两翼的角度在0°到10°之间,两翼基本是平行的。

穹隆:穹隆在地质结构学上是由于对称的背斜彼此交叉并深入到彼此顶部形成的。它的形成原因是再折叠的水平应力和大气冲击/穿刺作用(更深又更轻的部分向表面移动的竖直位移)。

盆地:盆地在某种程度上是与穹隆相反的褶皱,因为先前平躺在地面的岩层构造变形导致大规模岩层结构重构。构造盆地就是地质凹陷。

同沉积褶皱-在岩层形成的同时逐渐变形而形成的褴皱.

隔档式褶皱:由一系列平行的背斜和向斜相间组成,其中背斜是紧闭的,而向斜较开阔。

隔槽式褶皱:由一系列平行的背斜和向斜相间排列的褶皱组成的,其中向斜较紧闭,而背斜较开阔。

纵弯褶皱作用:岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱,称纵弯褶皱作用。

横弯褶皱作用:岩层受到与层面垂直的外力作用而发生褶皱,称横弯褶皱作用。

弯滑作用:指一系列岩层通过层间滑动而曲成为褶皱的作用。

弯流作用:纵弯褶皱作用使岩层弯曲变形时,不仅发生层间滑动,而且某些岩层内部还出现物质流动现象。

剪切褶皱作用:又称滑褶皱作用,这种作用使岩层沿着一系列与层面不平行的密集劈理面而发生差异滑动而形成“褶皱”。在这种褶皱作用中层理面已不起控制作用,只是反映滑动结果的标志,故又称被动褶皱作用。

柔流褶作用:指高韧性岩石(岩盐、石膏和煤层等)或岩石处于高温高压环境下变成高韧性体,受到外力的作用而发生类似粘稠的流体那样的流动变形,从而形成复杂的褶皱。

膝折作用:是一种兼具弯滑褶皱作用和剪切褶皱作用两种特征的特殊褶皱作用。

节理

节理:断裂两侧岩块沿破裂面未发生显著位移的断裂构造,称为节理。

剪节理:由剪应力作用形成的节理。

张节理:由张应力作用形成的节理。

纵节理:节理走向与褶皱枢纽平行的节理。

横节理:节理走向与褶皱枢纽垂直的节理。

斜节理:节理走向与褶皱枢纽斜交的节理。

走向节理1:节理走向与所在岩层走向大致平行的节理。

倾向节理2:节理走向与所在岩层走向大致垂直的节理。

斜向节理3:节理走向与所在岩层走向大致斜交的节理。

顺层节理4:节理面与所在岩层层面产状大致相同的节理。

纵张节理:主要发育于背斜转折端上,在褶横截面上呈扇状排列,单个节理为尖向下的楔形。

横张节理:发生于岩层弯曲前的横张节理,常追踪早期平面x节理呈锯齿状延伸.岩层弯曲变形后形成的横线节理有两种情况,一种是发育在向斜核部,往往是追踪晚期平面x节理呈锯齿状延伸;另一种是发育在褶皱有明显倾伏的部位,其方位垂直于枢纽方向,节理与所在岩层面垂直,与枢纽的倾伏向相反,其倾角与枢纽倾伏角互为余角。

断层

断层:破裂面两侧岩块发生明显位移的破裂构造称断层。

滑距:指断层两盘实际的位移距离,是根据错动前的一点,错动后被分成两个对应点间的实际距离。

断距:指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。

正断层:指上盘沿断层面相对向下滑动,下盘则相对向上滑动。

逆断层:上盘沿断层面相对向上滑动,下盘则相对向下滑动。

平移断层:两盘沿断层面走向相对移动。

地堑:是由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条(或数)断层组成,它们中间共用一个下降盘。

地垒:是由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条(或数)断层组成,它们中间共用一个上升盘。

阶梯状断层:由若干条产状大致相同的正断层组合而成。

叠瓦状断层:由若干条产状大致相同的逆断层组合而成。

裂谷:指在区域隆起背景上以断陷谷为特征的大型复杂地堑系,它在地质和地球物理等方面均具一定特征。

深大断裂:规模大,延伸可达数百甚至上千公里,切割深。向下切割可达硅镁层,甚至切穿地壳或岩石圈。常常上地质构造和发展演化不同的区域构造单元的分界线。

同沉积断层:又称生长断层,主要发育于沉积盆地边缘。在沉积盆地形成发育过程中盆地不断下降,沉积不断进行,盆地外侧不断隆起,这些作用都是由于控制盆地边缘断层的不断活动而发生的。

擦痕:断层两盘岩块相对错动时在断层面上因摩擦和碎屑刻划留下的痕迹,表现为一组平行均匀的细纹。据此可判断断层的存在和相对运动方向。

阶步:断层两盘岩块相对错动时在断层面上因摩擦和碎屑刻划留下的痕迹,表现为一组与擦痕大致垂直的微小陡坎。由局部阻力差异或断层间歇性运动的顿错而成。

韧性断层:又称韧性剪切带,是岩石塑性状态下剪切作用形成的强烈变形带。具断层状位移,但无明显的破裂面。

劈理劈理:是一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面状构造。

流劈理:是由片状、板状或扁圆状矿物或其集合体的平行排列构成的。

破劈理:指岩石中密集的(间距小于10mm)且平行排列的一系列破裂面,其力学性质与剪节理相同。

滑劈理:又称应变滑劈理、折劈理(褶劈理),是一组切过早期形成的劈理(流劈理)的破裂面,并沿破裂面发生滑动,使早期片理产生微型褶皱。

轴面劈理:指产状平行于或大致平行于褶皱轴面的劈理。主要发育在强烈褶皱的岩层里。

线理

线理:线理是一种描述性术语,泛指岩石内部或表面上的各种平行线状构造。

拉伸线理:由拉长的砾石、鲕粒、岩屑、矿物颗粒或矿物集合体等平行定向排列构成的。

石香肠构造:又称布丁构造,是在不同性质的岩石相间成层,其之间有明显的韧性差的条件下,受到垂直岩层挤压而形成的一种构造,其部面形态似肠,故取名石香肠。

窗棂构造:是强烈褶皱岩层中一种大型线理,外形呈一系列圆柱体或呈波状起伏的浑圆状棂柱。

铅笔状构造:是褶皱的泥质板岩或粉砂质板岩中常见的一种构造。成因解释之一是由二组或两组以上平行面状构造交切分割而成。有的是层理与劈理交切,有的是劈理与劈理交切。

杆状构造:由石英、方解石或其它成分单一的强硬岩石所构成,成束成带地在一定变质岩层中出现。其杆的成分与所在岩石不同。常是垂直于枢纽方向辗滚作用的结果,其延伸方向平行于枢纽而与运动方向垂直(属b轴线理)。

地质构造

包卷层理

沉积物液化、侧向流动产物。只位于特定层内而不涉及相邻地层,因而是非构造变形;包卷层虽强烈揉皱,但层仍保持连续,这是它 与滑塌堆积的重要区别。照片中的地层产状近直立,下方包卷层理与层面相交的 方向指示为顶板。四川峨嵋,下三叠统(宋鸿林提供)

软沉积变形

圆弧状等厚褶皱

粉砂岩岩层呈圆弧状弯曲,各层等厚,相互平行,故又称平行褶皱。福建龙岩苏邦东井田井下,下二叠统童子岩组

圆弧状等厚褶皱

粉砂岩岩层呈圆弧状弯曲,各层等厚,相互平行,故又称平行褶皱。福建龙岩苏邦东井田井下,下二叠统童子岩组

直立倾伏褶皱

轴面直立、枢纽倾斜的薄层灰岩背斜。安徽淮北灵 壁凤凰山,震旦系望山组

斜歪水平熠皱

褶皱轴面斜歪,枢纽水平、貌似倒置的W,倾斜的短翼砂岩(标志层)增厚而水平的长翼拉薄,是弯流褶皱作用的结果,由重力滑流而致。福建龙岩翠峰沟,下二叠统童子岩组

平卧褶皱

褶曲轴面及枢纽均水平,规模巨大,由中厚砂岩构成,转折端尖棱状,核部内侧出现次级不协调褶皱,并呈尖棱状。福建龙岩翠屏山下二叠统童子岩煤系

斜歪倾伏褶皱

泥晶灰岩中,褶曲轴面倾斜,枢纽倾伏,且两者的倾向和倾斜程度不一執灰岩中又发育有次级背向斜,成为复式褶皱。辽宁大连金石滩南秀园,震旦系兴民村组

斜卧褶皱

褶曲轴面倾斜,枢纽也倾斜,且两者基本上平行,倾角也大致相等,为不太多见的构造。辽宁大连金石滩南秀园,震旦系兴民村组

背斜核部次级不协调褶皱

其核部发育次级褶皱,其形态近似流褶皱。

片内无根褶皱

强烈的构造变形将地层的原来构造破坏殆尽,图中部为一残留下来的褶皱转祈端,可据以恢复韧性剪切变形前的地层产状和褶皱 形态。此石英脉组成的无根褶皱,转折端与翼部厚度相差五倍以上,再往外的两翼已拉断消失。河南桐柏银洞坡,下古生界

煤系中的肠状褶皱

煤系中的石英脉粘度大而厚度薄,在变形过程中形成弯曲较大的肠状褶皱。福建龙岩苏邦矿井中,下二叠统童子岩煤系

锥状-剑鞘状鞘褶皱

褶皱长柱状,沿〃轴方向延伸,断面椭圆形,构成鞘状褶皱的变质核杂岩中面理面上,具拉伸线理及细褶纹。北京密云云 蒙山,中元古界长城系(郑亚东提供)

横跨式叠加褶皱

第二期褶皱横跨叠加于第一期直立水平褶皱之上,两期的轴面和枢纽均近于垂直;叠加的结果出现穹窿与盆地相间的露头型 式。苏格兰莫纳湖莫因变粒岩

斜跨式叠加褶皱

第一期的褶皱被第二期轴面直立的權皱斜跨叠加,两期枢纽大角度斜交。苏格兰莫纳湖莫因变粒岩(宋鸿林提供)

羽状或鱼骨状槽形交错层

相邻两交错层具有相反的倾向,反映了周期性的双向水流,是潮汐沉积的标志之一,槽形交错层理来自非直线水流波痕,代表较强的动能。河北蓟县,中元古界长城系。

正-平移断层

断层面平直光滑,由左上至右下的阶步陡坎可知上盘(照片右侧)是向斜下方错移,属于正-平移断层,断面上下方向黑灰色流水 污染的纹理无构造意义。福建龙岩翠屏山,下二叠统煤系

逆-平移断层

断层面上斜向的擦痕示上盘向左上方逆冲,属逆-平移断层。辽宁抚顺西露天矿,下第三系煤系

逆冲推覆的外来岩席

滑脱断层下盘始新统绿河组的顶部牵引形态,指示推覆体自右向左滑动。美国西部犹他州Mami峡谷,第三系。

紧闭褶皱倒转翼的逆冲断层

断层产状与褶皱轴面近于平行,冲断作用与褶皱作用伴生。福建永春天湖山区南湖井田,下二叠统煤系

盲叠瓦扇

瓦状的分枝断层向上(向浅处)逐渐消失于地层中。美国南阿帕拉契亚,古生界灰岩(刘昂昂提供)

剪节理

一组平直、光滑的破裂面接近垂直于层面(左下角键把表示的方位),节理两侧岩石有微量的位移,节理产状300°Z80%粉砂岩岩层产状 50°Z30°o福建龙岩龙潭井田,下二1统童子岩煤系

张节理

节理宽粗、不规则,延长很短即消失,被方解石充填,近于垂直栖霞灰岩层面分布;左侧边缘是追踪两组剪节理形成的锯齿状的张性节理 脉。福建永安槐南,下二叠统(王信提供)

由羽毛状主节理面及比较粗糙的边饰带组成,主节理比较平整,由羽饰及同心排列的贝壳状脊纹组成,羽痕末端成环状,边饰带由一 系列斜列的小节理缘面及坎面组成,坎面是弯弯曲曲的小陡坎。美国犹他州小岩 石峡谷,白垩系砂岩

棋盘格构造

两组剪节理近于直交并垂直于层卸,岩石被切成正方形或长方形的块体,沿节理面岩石已强烈风化,但在风化破碎的岩石中仍可见到平直的剪裂面;近水平一组方位310°,近垂直一组方位20%主压应力方向为345°(照片左上角)。广西合山十五滩,上二叠统大隆组凝灰质砂岩(李雪开提供)

节理被褶皱

近垂直方向一组平滑的剪节理在照片上部已被弯褶,这是由于照片上方由右向左的一条逆冲断层缓慢牵引而致,純把示岩层层面 方向。福建樟平拱桥,下二叠统童子岩组砂岩

平行褶皱轴面的间隔劈理

间隔劈理在对称褶皱轴部及翼部均很发育,在轴部平行轴面,两翼略呈放射状(见右侧灰岩夹层中的劈理)。辽宁大 连金石滩南秀园,震旦系兴民村组薄层灰岩

拉伸线理

黑云母二长片麻岩的面理上可见平行的线纹,它代表拉伸的方向,河南桐柏固庙,早元古界桐柏群(宋鸿林提供)

椭圆形褶皱式窗棂构造

发育于平卧的褶曲轴部,断面椭圆,纵向直线形,是强烈变形的产物。辽宁大连金石滩南秀园,震旦系兴民村组

圆拱形肿缩式窗棂构造

强岩层与弱岩层接触的应变带上,弱岩层在褶皱过程中以尖而窄的向形嵌入强岩层,因而在强岩层表面出现圆拱形的肿 缩式窗棂构造。辽宁大连金石滩玫瑰园,震旦系兴民村组。

矩形石香肠

强岩层无任何细颈化就被拉断的香肠构造;照片中香肠段之间的白色物为后期充填的石英及方解石矿物。北京大灰厂,中奥陶统灰 岩(宋鸿林提供)

不对称的肿缩构造

在拉伸过程中伴生顺层剪切,使细颈化形成肿缩构造,且一坡陡一坡缓,这种不对称的肿缩构造可确定剪切的方向是左行逆 时针运动的。福建福州渡假村海边,中生代变质火山岩

a型不对称残余脉

在角闪质糜棱岩带中长英质的残脉及其拖尾均发生左旋剪切,碎斑中的面理转成“S”形,拖尾的中线也位于X轴的两侧,这是撂头规模的or型碎斑系。辽宁大连金州闫家大桥韧性剪切带。

倒转褶皱式残余脉

浅色长英质碎斑进一步的剪切旋转,发生倒 转褶皱。辽宁大连金州闫家大桥角闪质糜棱岩剪切带

拖尾褶皱的眼球构造

碎斑为辉长岩,拖尾是重结晶的黑云母,右侧的拖尾发生褶皱。辽宁大连金州闫家大桥角闪质糜棱岩剪切带

玄武岩的柱状节理

柱体的倾向在空间作圆周状逐渐变化,反映了火山岩原始的盆状形态。福建龙海牛头山,上第三系

角度不整合接触

第三系与侏罗系红层间呈髙角度不整合。美国犹他州Salina峡谷

不整合接触

震旦系与板溪群之间的微角度不整合接触面。贵州瓷安朵丁

海浸超覆

下二叠统内部粉砂岩超覆在砂岩层之上。福建龙岩长塔

地质构造是地质体(geologicbody)或地壳中的岩块受到应力作用造成永久变形的产物。地质体泛指天然的岩石块体,而不论其规模大小、形状、内部结构和成因。地质体在地面上直接露出部分称为露(outcrop)。露头上往往赋存有地质构造的一些信息,因而成为地质工作者在野外调查研究的重要对象。在应力作用下,地质体有的发生空间位置的变化(变位),如平移和平稳的升降;有的出现形体改变(形变和体变)和方位扭转。这些变化后的产物统称为地质构造,常见的地质构造有水平构造(horizontal structure)、倾斜构造(dippingstructure)、褶皱(fold)、断裂(fracture)以及岩浆岩作用产生的构造等。一、地质构造空间位置的测定为了研究地质构造,首先要确定它的空间位置,也就是确定地质构造的产状。组成地壳的岩石从总体上看,岩浆岩占绝大部分,其次是变质岩,沉积岩仅占地壳岩石总量的5%左右。但从地壳表层(0-3km)的岩石看,具层状构造的沉积岩和火山岩超过岩石总量的80%。地质构造的各种类型在层状岩石中发育最好,表现得最清楚。下面着重介绍岩层产状的测定方法。(一)岩层的产状(attitude of stratum)岩层的产状即岩层在空间的位置,以其层面在三维空间中的延伸方向和与大地水准面(水平面)的交角关系来确定,即用层面的走向、倾向和倾角三个变量来度量。这三个变量称为岩层产状三要素(图12-4)。1.走向(strike)层面与水平面相交所得的直线称走向线,走向线两端指示的方向即是岩层的走向。它有两个方向(二者相差180°)。走向表示岩层在空间的延长方向。2.倾向(dip)在层面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线为真倾斜线,此线在水平面的投影线为真倾向线,真倾向线指示的方向是岩层的真倾向,简称倾向。倾向只有一个,表示岩层向下倾斜的方位。层面上与走向斜交的直线均为视倾斜线,其在水平面上的投影均为视倾向线,其方向均为视倾向。

3.倾角(dip angle)层面上真倾斜线与真倾向线的夹角为岩层的真倾角,简称倾角。视倾斜线与其在水平面上投影线的夹角为视倾角。所有的视倾角均小于真倾角。岩层层面的产状须在野外的岩石露头上用地质罗盘直接测量。所测量的层面应具有代表性,即其能代表露头上显现的层面总的方位。测量数据立即记录在野外地质记录本上,或在掌上电脑上作技术处理。(二)岩层厚度(thickness of stratum)的测定岩层是具有三维空间的板状地质体。为了真正确定岩层或地质构造的空间位置,还应同时实测岩层的厚度。岩层的厚度是指同一岩层从顶面(superface)到底面(subface)的距离。测量线必须同时垂直于顶面和底面,才能量得岩层的真厚度。若测量线与顶面和底面斜交,测量得的是假厚度。显然,假厚度恒大于真厚度。图12-5表示露头上岩层出露宽度(假厚度)与真厚度的关系。

岩层呈水平产出时,没有倾向,倾角为零,其走向可以是任意方向。它的空间位置受岩层厚度控制。似层状地质体(如岩脉、岩饼和面状分布的火山岩等)的产状,可以测量其延展面的走向、倾向、倾角和平均厚度来确定其在空间的位置。

“V”字形法则

“V”字形法则是指当不同产状的岩层分布于不同坡度及坡向的地形区时,如何根据地层出露线有规律弯曲的现象判断地层产状的法则。当地层倾向与地形坡向相反时,地层出露线弯曲方向与地形线相同,但地层出露线弯曲程度小于地形线,称“相反相同”(图12-6)。当地层倾向与地形坡向一致、地层倾角大于地形坡度角时,地层出露线弯曲方向与地形线弯曲方向相反,称“相同相反”(图12-7a);当地层倾向与地形坡向一致、地层倾角小于地形坡度时,地层出露线弯曲方向与地形线一致,但地层出露线弯曲程度大于地形线,称“相同相同”(图12-7b)。利用V字形法则,不仅可以在地形地质图上间接“读”出研究区岩层的空间展布特征,也可以在野外研究中,直接根据岩层出露线的弯曲特征,分析岩层向地下延伸的规律。

二、水平构造大部分沉积岩是在海洋盆地和湖泊盆地中形成的,除陡岸和岛屿边缘的沉积物形成倾斜层理(bedding)外,海相和湖相沉积岩具有原始水平产状。大面积覆盖的玄武质熔岩和平坦地面上堆积的凝灰岩常具有近水平的产状。这些岩层在平稳的上升运动作用下,仍保持其水平产状,这种构造称为水平构造(图12-8)。水平构造在地貌上表现为,沟谷底部出露老的岩层;顺坡向上岩层逐渐变新;山峰顶为较新的岩层;在不同的沟谷坡上,只要高程相同,出露的岩层必定是同一时代的相当岩层。

三、倾斜构造岩层层面在较大范围内向同一个方向倾斜、倾向和倾角变化不大(无突变)的构造称为倾斜构造。原始水平产状的岩层受到差异升降运动的改造,原始倾斜岩层被抬升到地表,都可以成为倾斜构造;巨型褶皱的一翼或大断层的一盘,也可能表现为倾斜构造(图12-9)。

倾斜岩层出露地面的表现与水平构造不同。当沟谷走向与岩层走向相交时,从沟口向沟头出露的岩层可能由新到老(岩层向沟口倾斜),也可能由老到新(岩层向沟头倾斜)。此外,最高山峰上出露的不一定是最新的岩层,最低谷底上出露的不一定是最老的岩层。岩层的顶面或底面常保留着成岩过程中的某些标志,如泥裂、波痕、雹痕、残根等。岩层形成以后受到构造运动而变位、变形,若顶面仍然在上,底面在下,层序是下老上新,称为正常层序(normal succesion)。当顶面在下,底面在上时,表明岩层倒转了,层序是下新上老,称为倒转层序(reversed succesion)。在野外的露头上常根据岩层顶面或底面特征和成岩过程中的特殊标志来判定岩层的层序。如层面上的泥裂,正常位置是裂口上宽下尖。若层序倒转,则裂口朝下,尖端相上(图12-10)。

四、褶皱(一)褶皱的基本形态褶皱是岩层在应力作用下产生连续弯曲的塑性变形(plastic deformation)产物,岩层的连续完整性没有破坏。褶皱的基本类型有两种:背斜(anticline)和向斜(syncline)。其规模有大有小,小的须用显微镜观察,大的可宽达几千米,延长达几十千米(图12-11)。1.背斜 岩层向上弯曲、中心部位岩层较老,两侧岩层依次变新。2.向斜 岩层向下弯曲,中心部位岩层较新,两侧岩层依次变老。

若褶皱的岩层上升到地表而未受到剥蚀作用时,则背斜为高地,向斜为低地,地面上仅见到时代最新的岩层。褶皱岩层遭到强烈风化剥蚀后,地面的起伏主要取决于岩石抗风化剥蚀的能力。若褶皱岩层为同一种岩性或强度相近,由于背斜核部断裂较向斜核部发育,背斜核部很可能成为低地或谷地,向斜核部反而形成高地或山梁(图12-11b)。

(二)褶皱要素褶皱的基本要素有核、翼、转折端、枢纽和轴面(图12-12)。1.核(core) 或称核部,指褶皱中心部位的岩石。2.翼(limb) 或称翼部,指核部之外的两侧岩石。3.转折端(hinge zone of fold)指褶皱从一翼向另一翼过渡的弯曲部分。4.枢纽(hinge of fold) 指同一褶皱面上曲率最大点的连线。5.轴面(axial plane) 指平分褶皱的一个假想面。

(三)褶皱的分类1.根据轴面和两翼产状的分类 根据褶皱轴面和两翼产状可将褶皱分为直立褶皱(upright fold)、斜歪褶皱(inclined fold)、倒转褶皱(overturned fold)、平卧褶皱(recumbend fold)和翻卷褶皱(facing down fold)(图12-13)。其中倒转褶皱是其一翼地层的层序已发生了倒转;平卧褶皱的轴面近于水平;翻卷褶皱是早期褶皱的轴面再发生弯曲的褶皱。

图12-13 根据轴面和两翼产状分类的几种褶皱a-直立褶皱;b-斜歪褶皱;c-倒转褶皱;d-平卧褶皱;e-翻卷褶皱

2.根据转折端形态的分类 图12-14画出了5种褶皱的立体图。其中圆弧褶皱(arcual fold)的转折端成圆弧状;尖棱褶皱(chevron fold)两翼较平直,转折端呈尖角状;箱状褶皱(bod fold)的转折端宽阔平直,两翼陡立;扇形褶皱(fan fold)的两翼均向核部倾斜,因而两翼岩层新老层序倒置。挠曲(flexure)出现在褶皱不发育的缓倾斜岩层中,其局部地段出现台阶式弯曲,有些学者称其为膝折(kink)。3.根据褶皱平面形态的分类根据褶皱在水平面上展布的长度与宽度之比,可划分为线状褶皱(linear fold),其长宽比大于10:1;短轴褶皱(brachyfold),其长宽比在10:1至3:1之间;等轴褶皱,其长宽比小于3:1。背斜式等轴褶皱常称为穹隆(dome),向斜式等轴褶皱常称为构造盆地(structural basin)。

图12-14 根据转折端形态分类的几种褶皱a-圆弧褶皱;b-尖棱褶皱;c-箱状褶皱;d-扇形褶皱;e-挠曲

五、断裂(fracture)断裂是地质体受力发生破裂的变形,小的断裂须在显微镜下才能观察到,大的断裂可延长几千千米。(一)节理(joint)节理是一种没有明显位移的脆性断裂(brittlefracture),它是地壳表层的岩石中发育最广泛的断裂构造。在岩石露头上相间几米至十几米都可以见到一条节理。有些地段节理的密度可达每米10条以上,岩石显得非常破碎。自地表向下随深度加大,节理的密度逐渐降低。但即使在深入地下2km的采矿洞内的岩壁上仍然可以见到节理。

节理的成因有多种。在岩石形成过程中产生的节理称为原生节理(primary joint),如喷出岩在冷凝固结过程中产生的柱状节理(prismatic joint)(图12-15)。成岩后形成的节理为次生节理(secondary joint)。岩石经风化作用而产生的节理即是次生节理,又称风化节理,属非构造节理。由构造运动产生的节理称为构造节理(tectonic joint),属于次生节理。

构造节理按其力学性质分为剪节理(shear joint)和张节理(tensionjoint)。这两种节理在岩石中广泛分布,规模可大可小,常成为地下水运移的通道,有些甚至是矿液的通道和成矿场所。例如著名的赣南钨矿的脉状矿体就是矿液充填在张节理中形成的。在工程地质上对岩石节理的研究极为重要,相互平行的两组节理交叉共存可将岩石切成菱形块体(图12-16)。节理的发育程度是工程地基强度的重要影响因素。

(二)断层断层是具有显著位移的断裂。断层在地壳中广泛发育,但其分布不均匀。多数断层发育在地壳上层,少数断层切入地壳下层,有的甚至切入岩石圈中下层。地球上最大的断层是作为板块边界的断层,如洋脊轴部大断层和板块边缘的走向滑动断层。1.断层要素(1)断层面(faultsurface)断层面是指把地质体断开成两部分(两盘)并沿之滑动的破裂面。断层面一般为稍有起伏的不规则面。断层面的产状同岩层层面一样用走向、倾向和倾角来测定(图12-17)。大断层的断层面通常不是一个单一的几何面,而是由一系列大致平行的次级断层面组成断层带,其宽度达几十米至几千米。在断层带中夹杂着碎裂岩块、岩屑、断层泥(fault gouge)以及固结的断层角砾岩(fault breccia)、碎裂岩(cataclasite)和糜棱岩(mylonite)。(2)断层线(fault trace)断层面和断层带在地面的出露线称为断层线。由于地面的起伏和断层面自身的曲折,断层线通常也是曲折的。大的断层带及其两侧岩石甚为破碎,其露出地面的部位较易风化和剥蚀,地貌上常成为低洼地带,有些断裂带上有泉水溢出。(3)断盘(fault wall)指断层面两侧相互错开的岩块。断层面倾斜时,断层面上的岩块称上盘(hanging wall),断层面下的岩块称下盘(footwall)。当断层面直立时,则用方位来命名,如断层面走向东西延伸,则称北盘和南盘。此外,也可按断盘相对运动方向来命名,将相对上升的一盘称上升盘(upthrown side),相对下降的一盘称下降盘(downthrown side)。(4)断距(separation)断层两盘相对滑移的距离称为断距(图12-17中AA'或BB'为断距)。小断层的断距仅几米或更小,大断层的断距可超过100km。

2.断层的主要类型(1)按断盘相对运动方向分为正断层(normal fault)、逆断层(reverse fault)和平移断层(strike-slip fault)。正断层指上盘相对下降、下盘相对上升的断层。正断层的断层面通常大于45°(图12-18)。正断层主要是由于引张力和重力作用形成的。

逆断层指上盘沿断层面向上移动的断层(图12-19)。断层面倾角大于45°的逆断层称为高角度逆断层。断层面倾角小于30°的逆断层称为逆掩断层(overthrust)。

平移断层指断层面直立、断盘沿断层面作水平滑移的断层,也称为走向平移断层(图12-19)。巨大的走向滑动断层的断距可达几十千米,有的超过100千米。(2)断层的组合类型 地堑与地垒

地壳构造运动

地壳并不是静止不动和永久不变的。在漫长的地球历史中,沧海桑田的巨变时有发生。大陆漂移、板块运动、火山爆发、地震等等都是地壳运动的表现形式。地壳还受到大气圈、水圈、生物圈的影响和侵蚀,形成各种不同形态和特征的地壳表面。

地壳运动

地壳运动指在地球内部动力作用下地壳变形或变位的过程,又称地壳变动或构造运动。广义的地壳运动指地壳内部物质所有机械的、物理的和化学的运动,除地壳的变形、变位外,还包括岩浆活动和变质作用。地壳运动的基本形式为水平运动和垂直运动。

水平运动:

水平运动是指地壳物质大致沿大地水准球面切线方向的运动,常表现为地壳岩层的水平移动,形成巨大的褶皱和断裂构造,造成大陆漂移和海底扩张,水平运动又称为造山运动。现代水平运动最典型的例子就是美国加里福尼亚的圣安德列斯断层带。几年前,美国使用轨道卫星和激光束新技术来测定断层两盘的位移,数据表明,该断层自中新世以后,水平运动距离已达260千米。

垂直运动:

是指地壳物质大致沿大地水准球面法线方向的运动,常表现为大规模的隆起和拗陷,并引起地势高低的变化和海水的进退,垂直运动又称为升降运动或造陆运动。我国喜马拉雅山上埋藏着大量新生代早期的海洋生物化石,表明在几千万年前这里还是一片汪洋大海。深海钻探发现,印度洋底有白垩纪的煤层,说明1亿多年前这里还是大陆边缘上的沼泽。近期世界上如大不列颠群岛、原苏联的北冰洋地带、南美西部沿海地区,以及北美东部哈得逊湾的拉布拉多半岛等地区均表现为上升区。地中海、英吉列海峡、墨西哥湾等为下降地区。我国的青藏高原、云贵高原以上升为主。华北平原、松辽平原等地则以下降为主。

从地壳的某一地区或其演化的某一阶段看,可以是以水平运动为主,也可以是以垂直运动为主,但从全球规模和地壳发展的整个历史看,无论是大陆壳还是大洋壳,有越来越多的证据说明,水平或近于水平的运动是主导的,垂直运动是由水平运动派生出来的。地壳运动在时间上多表现为活跃期和宁静期的交替出现,在空间上多表现为相对活动区与相对宁静区的相间分布;活动区多呈条带状出现,宁静区多呈块状出现。地壳无时不在运动,但一般而言地壳运动速度缓慢,不易为人感觉。特别情况下,地壳运动可表现为快速而激烈,那就是地震活动、火山喷发等,并常常引发山崩、地陷、海啸。

地壳运动与板块构造:

长期以来,科学家们一直在探索有关地壳运动的奥秘,并且对地壳运动的机制提出了几种不同的理论。目前比较盛行的是板块构造学。板块构造学说是20世纪60年代后期形成的一种全球构造理论。这个学说认为,地球的岩石圈不是整体一块,而是被一些断裂构造带,如海岭、海沟等分割成许多单元,叫做板块。全球岩石圈分为六大板块,每个大板块又可以划分为若干小板块。这些板块漂浮在“软流层”之上,处于不断运动之中。一般说来,板块的内部,地壳比较稳定,两个板块之间的交界处,是地壳比较活动的地带,火山和地震也多集中分布在这一地带。

板块相对移动而发生的彼此碰撞或张裂,形成了地球表面的基本面貌。在板块张裂的地区,常形成裂谷或海洋。如东非大裂谷、大西洋就是这样形成的。在板块相撞挤压的地区,常形成山脉。当大洋板块和大陆板块相撞时,大洋板块因位置较低,俯冲到大陆板块之下,这里往往形成海沟;大陆板块受挤上拱,隆起成岛弧和海岸山脉。在两个大陆板块相碰撞处,则形成巨大的山脉。喜马拉雅山脉就是亚欧板块和印度洋板块碰撞产生的。地球上海陆的形成和分布,陆地上大规模的山系、高原和平原的地貌格局,都是地壳板块运动的结果。

地质构造

由于地壳运动,使岩石原有的空间位置和形态发生改变。岩层由水产变为倾斜或弯曲,连续的岩层被断开或错动,完整的岩体被破碎等,这种原生的形态和位置的改变,称为构造变形,变形的产物称为地质构造。最常见的地质构造为褶皱和断裂。

褶皱:

岩层的弯曲称为褶皱,褶皱的基本类型是背斜与向斜。背斜在形态上是向上拱的弯曲,中心部分为老地层,两翼岩层依次渐新。向斜是中部向下弯曲,中心部分为新地层,两翼岩层依次渐老。褶皱中,背斜与向斜常常是并存相依的。当然,背斜的上拱,向斜的下凹,并不一定与地形的高低一致,背斜可以形成山,也可以是低地;向斜可以是低地,但也可以构成山岭。

断裂:

岩石在受力作用后,当应力超过岩石的强度极限时,岩石就要发生破裂,沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造称为断层。断层的规模大小不等,大者沿走向延伸可达上千千米,向下可切穿地壳,由许多断层组成时,称为断裂带。小者位移仅几厘米。被错开的两部分岩石沿之滑动的破裂面叫做断层面,断层面可成水平的、倾斜的或

直立的,以倾斜的最多。断层面两侧相对移动的岩块称为断盘。断层面以上的断块叫上盘,断层面以下的断块叫下盘。断盘沿断裂面相对错开的距离叫断距。上盘相对下降,下盘相对

上升的断层为正断层;上盘相对而言上升,下盘相对而言下降的断层为逆断层;两盘沿断层面走向相对水平移动的断层为平移断层。

地质构造与构造地貌

地壳运动引起的地壳变形变位,常常被保留在地壳岩层中,成为地壳运动的证据。在山区,我们经常可以看到裸露地表的岩层,它们有的是倾斜弯曲的,有的是断裂错开的,这些都是地壳运动的“足迹”,称为地质构造,形成的地貌,称为构造地貌。当岩层受到地壳运动产生的强大挤压作用时,便会使地壳发生褶皱隆起,常常形成山脉。世界许多高大的山脉,如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山等,都是褶皱山脉。它们是由地壳板块相互碰撞、挤压,在板块交界处发生大规模褶皱隆起而形成的。

褶皱背斜岩层一般向上拱起,向斜岩层一般向下弯曲。在地貌上,背斜常成为山岭,向斜常成为谷地或盆地。但是,不少褶皱构造的背斜顶部因受张力,容易被侵蚀成谷地,而向斜槽部受到挤压,岩性坚硬不易被侵蚀,反而成为山岭。

大的断层常常形成裂谷或陡崖,如著名的东非大裂谷、我国华山北坡大断崖等。断层一侧上升的岩块,常成为块状山地或高地,如我国的华山、庐山、泰山;另一侧相对下沉的岩块,则常形成谷地或低地,如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造地带,由于岩石破碎,易受风化侵蚀,常常发育成沟谷、河流。

了解地质构造规律,对于地质找矿、采矿、工程建设等有很大帮助。例如,含石油、天然气的岩层,背斜是良好的储油构造;向斜构造盆地,利于储存地下水,常形成自流盆地。在工程建设方面,如隧道工程通过断层时必须采取相应的工程加固措施,以免发生崩塌;水库等大型工程选址,应避开断层带,以免诱发断层活动,产生地震、滑坡、渗漏等不良后果。

地壳运动对地表形态的影响

内力作用:

内力作用的能量来自地球本身,主要是地球内部的热能,它表现为地壳运动、岩浆活动、变质作用等。外力作用的能量来自地球外部,主要是太阳能。

外力作用:

内力作用形成地表形态的“粗毛坯”,外力作用则不断地把“粗毛坯”进行再塑造,使地表形态更加丰富多彩。外力作用的表现形式有风化、侵蚀、搬运、沉积和固结成岩作用等。地表岩石在风化作用下不断发生崩解破碎和化学破坏。风化作用的结果使坚硬的岩石变成松散的碎屑状风化物。风化物残留在地表形成风化壳。在风化作用基础上,流水、风、冰川和生物等外力对地表进行侵蚀破坏作用。风化侵蚀的产物,经过外力搬运作用离开原来的位置,随着流速降低、风力减小或冰川融化等,这些物质又在地表沉积下来。在侵蚀—沉积过程中,形成各种各样的侵蚀、堆积地貌。

流水作用:

流水的作用强大而普遍。流水侵蚀使地面变得崎岖。坡面水流冲刷地面,并且下切形成沟谷;水流汇集,使沟谷不断发育,沟谷加宽加深。瀑布、峡谷就是河流侵蚀作用的强烈表现。我国的黄土高原,由于黄土岩性疏松,再加上地表植被多遭破坏,流水侵蚀严重,造成千沟万壑的地表形态。

流水在搬运途中,由于流速降低,所携带的物质便沉积起来。山区河流流出山口,大量碎石和泥沙在山前堆积,形成山麓冲积扇;河流中下游地区,泥沙淤积则形成宽广的冲积平原和河口三角洲。

风力作用:

在干旱地区,风扬起沙石,吹蚀地表,形成风蚀沟谷、风蚀洼地等。地表沙尘和碎屑被风力侵蚀搬走,常形成大片的戈壁和裸岩荒漠。风在搬运途中,当风力减小或气流受阻,便导致风沙堆积,形成沙丘、沙垄等风积地貌。它们成为沙漠地区基本的地表形态。一些颗粒细小的粉沙尘土,被风挟带到更远的地方才沉落,因而在沙漠的外缘常形成黄土堆积,如我国的黄土高原。

地质作用引起的地壳物质的循环运动,不断改变着地球的表面形态。内力作用使地表隆起或拗陷,形成高山或盆地;外力作用则把高山削低,把盆地填平。在内外力共同作用下,形成了地球上高低起伏的地表形态,并且由此分异产生了各种不同的自然环境特征。例如,在海陆两大地貌单元的基础上,全球便有了海洋环境和陆地环境的分化;陆地表面从高山、高原、平原、盆地的分布格局,到阴坡、阳坡的差异,又在不同的尺度上引起地理环境进一步分化,从而使陆地环境更加丰富多彩。

地表形态就是在内外力相互作用下不断地发展、变化着。地质作用有些进行得很迅速,很激烈,如地震、火山喷发、山崩、泥石流等,可以在瞬间发生,使地面产生剧变,并往往造成自然灾害。有些则进行得十分缓慢,不易被人们觉察,但年长日久,却会使地表形态发生更为显著的变化。在漫长的地质时期,许多大山被夷平了,许多大海被填平了。今天地球上最雄伟高大的喜马拉雅山脉和“世界屋脊”青藏高原,在几千万年前还是一片汪洋大海。

人类活动对地表形态的影响

地球上各种不同的地表形态对人类活动具有很大的影响,而人类活动则可以在一定程度上改变地表形态和地貌过程,从而克服不利地形条件,以达到趋利避害的目的。例如,平整田地、修筑梯田,可使土地利于耕作,减少地表侵蚀,防止水土流失;修建海塘可起到抵御海浪侵蚀,保护海岸的作用;填海造陆、开山筑路、挖河修渠、建造水库、植树绿化等活动,都不断地塑造着新的地表形态,对人类产生着明显效益。

但是,人类不合理的活动对地表形态的改变也常会产生消极有害的作用。例如,人类不合理的土地利用,破坏自然植被,促使地表加速侵蚀,加重水土流失,从而加速河床、湖泊和水库的泥沙淤积,并使沿岸港口发生淤塞;在山区还可能诱发滑坡和泥石流等灾害。我国黄土高原地表侵蚀强烈;水土流失严重,就与几千年来人类活动对自然植被的破坏有密切关系。再如,在干旱和半干旱区,不合理的垦殖和过度放牧,会造成土地荒漠化。据估计,非洲的撒哈拉沙漠在过去数十年间吞没了大约65万Km2宜农宜牧土地。因此,人类必须很好地认识自然,了解其发展变化的规律,使地表形态的改变向着有利于人类的方向发展。

THE END
0.【地理拓展】高中地理地质大专题!超全知识点汇总!高考地理地质同沉积断层又称生长断层是指与沉积作用同时活动的断层,一般发育于沉积盆地的边缘,具有正断层性质。盆地所在为断层的下降盘,其地层厚度明显大于断层的上升盘,且断距随深度而增大,即地层时代愈老,断距愈大。另外,韵律层也是一种原生的穿层构造,是由多个粒序层依序叠置而组成的。 jvzquC41yy}/5?5fqe4dp8ftvkimg8>46:?4aB;797723B3jvor