第十章大地构造学说课件.ppt

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1、第十二章 大地构造学说 研究地壳乃至全球构造发生、发展、分布格局、演化规律的地质学分科，称为大地构造学。在大地构造学的发展历史中，曾出现过许多学说，如收缩说、对流说、膨胀说、振荡说等等。但在现代和近代产生重大影响的有四种：板块构造说、地槽 地台说、多旋回构造运动说和地洼说、地质力学。,第一节 地槽地台说 地槽地台说是传统的大地构造学说。1859年美国的霍尔在对阿巴拉契亚山地的研究中，认为山脉是在地壳的巨大拗陷中形成的。1873年丹纳把这种拗陷地带叫做地向斜（又译为地槽）。1885年，休斯又首先提出地台概念，他认为地台是地壳上稳定的地区。1900年法国E奥格在他的地槽和大陆块一书中，才把地壳划分

2、为地槽和地台两种基本构造单元。,槽台论认为，地槽是地球表面分布高峻的山脉或岛弧的地区，都曾是地壳的活动地带。地台也称陆台，代表地壳上比较稳定的地块，其轮廓呈浑圆状，在现代地形上一般表现为丘陵起伏的波状平原、低山绵延的大片高原或微倾的大陆架浅海地区。,地槽发展到一定阶段时，就由下沉而转为上升，经过褶皱变质，逐渐变成稳定的陆台。在地壳演化的不同地质时期内，都有一部分地槽向陆台转变，因而地槽的面积就逐渐缩小，陆台的面积逐渐扩大。,一、地槽区 地槽区代表地壳上构造运动强烈活动的地带，垂直运动速度快、幅度大，沉积作用、岩浆作用、构造运动和变质作用都十分强烈和发育。地槽区是由地向斜和地背斜相间排列组成的狭

3、长地带，呈狭长带状，宽可数百千米，长可达数千千米。,如北美西部的科迪勒拉山脉、南美西部的安第斯山脉、亚欧之间的乌拉尔山脉、横贯欧亚大陆呈东西走向的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉，以及我国的天山、秦岭、祁连山等山脉，都是世界著名的地槽区。,（一）地槽区的发展过程可以分为两个大的阶段，第一阶段以下降运动为主，但伴随着次一级的上升运动；第二阶段以上升运动为主，但伴随着次一级的下降运动。1.下降阶段 整个地槽区以下降运动为主，下降速度快、幅度大。主要是接受沉积，并时常伴随有海底火山喷发活动 2.上升阶段 整个地槽区以上升运动为主，又称回返阶段。这时，岩层强烈褶皱隆起，海水完全退出，地槽区变成了错综复杂的褶

4、皱山脉，称为褶皱带。,从地槽区下降，经过回返隆起成为褶皱带，这样一个完整的构造发育过程，称为一个构造旋回。一个构造旋回大约要经历几千万年到1亿多年。,括起来，地槽区的升降运动有如下特点：一是升降幅度很大，可达一两万米；其次是升降速度相对较快，但按年平均计仍是微不足道，一般也只有一或数毫米；三是升降差异性明显，从地槽区横断面来看，升降幅度、速度很不均一，所以沉积物的厚度和岩相，其横向变化很大。,（二）地槽区的特征 1.巨厚的沉积建造（1）沉积厚度很大，可达一两万米；但无论是在纵向和横向上，岩性和厚度有很大变化。（2）常表现为由陆相到海相，又由海相到陆相的一套完整的沉积系列。（3）具有明显的节奏和

5、清楚的韵律，即自下而上形成有节奏的沉积顺序,2.强烈的构造变动 3.频繁的岩浆活动 4.显著的区域变质作用 5.丰富多样的矿产资源,二、地台区 地台区代表地壳上构造活动微弱、相对稳定地区，垂直运动速度缓慢、幅度小，沉积作用广泛而较均一，岩浆作用、构造运动和变质作用也都比较微弱。地台区的外形呈近似圆形，直径可达数千千米，是地壳大地构造中相对稳定的构造单元。在文献中有“克拉通”（Craton）一词，意义大致与此相当。,（一）地台区的发展过程 按照槽台论的观点，地槽区旋回结束变成褶皱带，便由相对活动向相对稳定发展，最终形成地台区，也就是说地台区是地槽区发展演变的产物。地台的结构可以分为两个基本构造层

6、，下层称地台的褶皱基底，上层称地台的盖层，中间被一个不整合面所分开。,根据地台基底的形成时期，可以分为古地台和年轻地台：如果基底褶皱时代在寒武纪以前，这种地台便称古地台，如中国地台、俄罗斯地台等；如果基底褶皱时代在寒武纪以后，这种地台便称年轻地台。,根据地台区上有无盖层及其厚度大小等，可以划分出次一级的构造单元 1.地盾 又称台盾，是指地台区中有大面积基底岩石出露的地区。地盾是从古生代以来趋向上升的构造单元，长期稳定隆起，遭受剥蚀，没有盖层，如淮阳地盾等。,2.台向斜 是地台区长期趋向下降的次一级构造单元，面积广阔，直径由数百至上千千米，上面覆有沉积盖层，具二层结构。如我国四川台向斜。3.台背

7、斜 是地台区与台向斜相对应的长期趋向隆起的次一级构造单元，面积相当广阔，沉积盖层由边缘向中心逐渐变薄，中心部分有较老岩层出露，甚至有基底出露，沉积建造中常有缺失或间断。如华北地台上有山西台背斜。,4.沉降带 又称台褶带，是地台区长期下沉的最活动的地带，多呈狭长带状，拗陷较深，地层发育完全，构造变动比较强烈，有时还伴有海底火山喷发活动以及花岗岩侵入活动。华北地台上的燕辽沉降带是一个典型例子。沉降带一般常位于地台区的边缘地带，其形成可能与深断裂的控制有关。,三、过渡区 在地槽褶皱隆起过程中，在其与地台交界的地区，同时形成了大型带状拗陷，称为前缘拗陷，由于它具有从地槽向地台过渡的性质，所以又称为过渡

8、区或过渡带。过渡区的结构往往是不对称的，与地槽毗邻的一边具有地槽的特征；与地台毗邻的一边又具有地台的性质。,（二）地台区的特征1.厚度较小的沉积建造 2.不太强烈的构造变动 3.微弱的岩浆活动 4.不太显著的变质作用 5.丰富的沉积矿产 常形成沉积铁矿、锰矿、铝土、粘土、煤、油页岩、石油、盐、石膏等矿产。,第二节 多旋回构造运动说和 地洼学说 我国有两位地质学者在槽台说的基础上，经过多年实践和研究，提出有创见性的大地构造学说，这就是黄汲清的“多旋回构造运动说”和陈国达的“地洼学说”。,德国著名地质学家H.施蒂勒曾提出地槽发展的单旋回观点，多年来一直为各国地质学者所接受。其要点是任何地槽从下降沉

9、积开始，伴有基性岩浆喷发活动；然后地槽上升、岩层褶皱，伴有大规模花岗岩侵入；造山后期有安山岩喷发和各种小型侵入体；最后地槽褶皱形成褶皱带，并由玄武岩喷发活动，转化为地台。这就是一个构造旋回。地槽的孕育、发展和封闭，是通过一个构造旋回完成的。,黄汲清在长期研究并总结我国地质构造发育特征的基础上，于1945年指出：地槽的发展不是单旋回的，而是多旋回的。即一个褶皱带的形成，往往要经历许多发展阶段，即前期旋回、主旋回及后期旋回。每个旋回都可以出现施蒂勒所说的各种岩浆活动，而沉积建造、构造运动、变质作用和成矿规律等也都是多旋回的。,二、地洼学说 50年代末期，陈国达认为中生代以来地壳演化进入了新阶段，其

10、大地构造性质既不属于地台，也不属于地槽，而是一种新型活动区，是从地台区向活动区转化的产物。陈国达把这种新型活动区叫做“地洼区”，它是大陆壳发展演化的第三个构造单元。,地洼区的最主要特征是地壳运动强烈，区内出现强度很大的构造起伏，既形成上升的短带状隆起，称为“地穹”，各隆起之间，也形成相对下陷的短带状盆地，称为“地洼”。地洼中充填了地洼沉积，因此地洼具有三层结构，即地台基底、盖层和最上面的地洼沉积层。,地洼说认为：地壳由地槽区演化到地台区，是由动到“定”；由地台区演化到地洼区，是由“定”到动；地壳的活动区与相对稳定区相互转化和交替更迭的过程，称之为动“定”转化。地洼说还认为：这种动“定”转化并非

11、地壳构造单元的简单重复，而是由低级向高级、由简单到复杂，螺旋式不断向前发展（例如地洼区还要进一步向着另一新型的稳定发展，），这种发展过程，称之为“递进”。地壳的发展规律叫做“动定转化递进律”。,地洼说认为：地壳运动的动力来源于上地幔物质因热力和重力作用产生的离心扩散和向心凝聚。地壳发展就是这样在地球内部物质的凝聚与扩散的矛盾中互相转化而递进的。,第三节 地质力学（地球自转速度变化说）对地壳构造空间展布规律方面的研究，李四光教授（18891971）所创立的“地质力学”有着重要的贡献。地质力学认为，地壳运动力的来源是地球自转速率的变化，因此称为地球自转速度变化说。又因地质力学的核心是“构造体系”，

12、所以又称“构造体系说”。,一、地质力学的创立及其主要内容 地质力学是力学与地质学相结合的边缘科学，是地质学的一门分支学科，即用力学原理研究地壳构造和地壳运动及其起因的科学。其基本观点现概述如下：,首先，地质力学认为地壳上的许多地质构造现象，都是地壳运动的结果，因此要想研究地壳运动，就必须研究由地壳运动所产生的地质构造现象，即“构造形迹”。具体地说：从构造形迹探讨地应力作用的方式和方向；从地应力作用的方式和方向追索地壳运动的方式和方向；从地壳运动的方式和方向推论地壳运动力的来源。,其次，地质力学认为地质构造形迹，和其他一切自然现象一样，错综复杂，千变万化，但它们不是孤立存在的，而是互相联系、互相

13、制约的，每项构造形迹都有和它相伴生的有成因联系的一群构造形迹。这种由“许多不同力学性质、不同形态、不同序次和不同等级，但具有生成联系的各项构造形迹所组成的构造带，以及它们之间所夹的岩块或地块组合而成的总体”，即统一的整体，称为构造体系。构造体系被认为是地质力学的核心。,二、构造体系就目前认识的范围和程度，构造体系可划归三类，即纬向构造体系、经向构造体系和扭动构造体系。,（一）纬向构造体系又称东西复杂构造带，指出现在一定纬度上规模巨大的构造带，在大陆上 往往表现为 横亘东西的 山脉。,每条构造带都自成体系，其主体是走向东西的剧烈挤压带，由褶皱和压性断裂带构成，一般常伴有东西走向的岩浆带分布；同时

14、还有与它垂直的张断裂，和与它斜交的两组扭断裂，以及低序次的构造体系。它们是在南北向挤压作用下形成的。每一条宏伟的东西构造带，都经历了长期复杂的演变过程、反复多次的强烈变动和构造运动，对许多矿产的形成和分布起着控制作用。,在我国境内有五条，但主要有三条发育极为良好。自北而南它们是：1.阴山-天山构造带 2.秦岭-昆仑构造带 此构造体系，肯定至少从古生代以来经过多次强烈的构造运动。火成岩特别发育，内生矿床丰富，主要有铁、铜、钼、汞、铬等矿床。3.南岭构造带除去上述，在我国境内，还有一条横亘海南岛的构造带，在北纬1820间；和另一条位于黑龙江附近的构造带，在北纬4951间。,（二）经向构造体系又称南

15、北构造带，大体与经向平行，呈南北方向排列。它的规模和性质 不尽相同，可以 是压性的，也可 以是张性的。,在我国出露的南北构造带，主要由南北走向的褶皱和压性断裂以及与之伴生的张性断裂、扭性断裂组成。如贺兰山-六盘山-龙门山-大雪山；大兴安岭-太行山-雪峰山-苗岭；在地球上的其它地方，如北美西部的科迪勒拉山脉、落基山脉和南美的安第斯山脉，东非大断裂带、欧洲莱茵河流域等地的断裂构造，都是南北向的经向构造体系。,（三）扭动构造体系 上述二类构造带反映了经向和纬向的水平挤压或引张作用，是地壳构造的两个基本方向。但因地壳组成的不均一性，使经向或纬向作用力发生变化，导致局部地壳发生扭动，形成各种扭动构造体系

16、，它往往反映区域地壳构造运动的特点。扭动构造体系根据作用力方式的不同，又分为直线扭动（简称直扭）和曲线扭动（简称旋扭）。,1.直扭构造体系 包括多字型构造、山字型构造、棋盘格式构造和入字型构造等。（1）多字型构造是最常见最基本的一种构造型式。地壳岩体在力偶的扭动下，必然产生一系列斜列的压性结构面和与其垂直的张性结构面，其组合形态像“多”字，故称多字型构造。,（2）山字型构造 此构造型式因像汉文“山”字而得名。山字型构造的组成：前弧 脊柱 马蹄形盾地。我国已发现有20几个山字型构造，规模最大的是祁吕贺山字型构造，即贺兰山、六盘山为脊柱，祁连山为前弧西翼，吕梁山为前弧东翼，弧顶在宝鸡、天水一带。,

17、2.旋扭构造体系 是在曲线扭动或旋转扭动力偶作用下形成的由一群弧形构造形迹和环绕的岩块或地块所组成的构造体系。其类型很多，包括帚状构造、S状或反S状构造、歹字型构造、莲花状构造、漩涡状构造等，这里不多作介绍。,三、地壳运动的原因（一）地壳运动的方式和方向 根据以上各种构造体系的介绍，说明地壳运动的方式和方向是有规律可寻的。地球上纬向构造带的存在，反映沿南北方向（经向）有一股反复作用力的存在；同时，山字型构造的弧顶，在北半球几乎全部朝南，而在南半球几乎全部朝北，也就是弧顶都指向赤道。这些规律表明地壳运动的一个主要趋向，是自两极向赤道方向推动的水平运动。,地球上经向构造体系的存在，以及某些山字型构

18、造的弧顶朝西（如祁阳山字型、巴西山字型）的现象，表明地壳运动的另一个趋向，是由东向西（纬向）的水平运动。相邻大陆或大陆壳和大洋壳相对扭动，或者经向力和纬向力联合作用，便产生各种扭动构造体系。总之，各种构造体系的展布规律，表明地壳运动的主要方式是水平运动。,（二）地壳运动力的来源地质力学认为，地壳运动的起源不是地球自转，而是地球自转速度的变化。（三）地球自转速度为何变化大陆车阀说,第四节 板块构造学说,一、大陆漂移说,大陆漂移说认为：较轻的硅铝质（花岗岩质）大陆是在较重的硅镁质（玄武岩质）海底上漂移的，并列举了许多事实来证明这种漂移。漂移说还认为：大陆漂移有两个明显的方向性。一个是从两极向赤道的

19、离极运动，是由地球自转所产生的离心力引起的，如东西向的阿尔卑斯山脉等。,另一个是从东向西的运动，是日月对地球的引力所产生的潮汐（摩擦力）作用引起的。如科迪勒拉山脉和安第斯山脉。这个学说，在当时有两点引起人们的兴趣。一是水平运动对地壳构造形成的主导作用；二是大陆和大洋的位置并不是固定不变的。这个学说的缺陷是：大陆漂移的驱动力和一些其他问题没有得到解决。,二、海底扩张说,通过研究大洋中脊形态、海底地热流分布异常、海底地磁条带异常、海底地震带及震源分布、岛弧及与其伴生的深海沟、海底年龄及其对称分布、地幔上部的软流圈等等。在这些新资料的基础上，产生了一个崭新的学说海底扩张说。,海底扩张说的一些证据（一

20、）地球表面最长的山脉大洋中脊 大洋中脊，或称洋脊，指海底纵横绵延的山脉，总长度可达65000km，是地球上最长的山脉。根据实地勘测，发现洋脊具有如下地球物理方面的特点：第一，洋脊为高地热流异常区。第二，中央裂谷一带常表现为重力负异常区。第三，地震波的研究表明，在洋脊下方的地幔中，波速小于正常值，同时莫霍面不清，地壳有明显变薄的趋势。,综上所述，洋脊位于温度较高的地幔软流圈上隆的地段，是岩石圈的巨型张裂谷，是岩浆的涌出口和地热排泄口，也是区域变质发生的地带。,（二）大洋中脊两侧的地质特征 1.地质现象的对称性 2.海底磁条带的对称排列 3.洋底年龄的特征 海底沉积物还具有两个特点：一是最老的沉积

21、物年龄不早于侏罗纪，即不早于2亿年，远比大陆上最古老的岩石（38亿年）年轻。二是海底沉积物年龄从洋脊到两侧由新到老对称分布。,（三）切穿岩石圈的巨型断裂海沟在环太平洋地带，有一圈下陷很深的负地形海沟，最深超过负一万米。据近年海底深潜观察和重力、地热流等测量，发现海沟具有如下特征：1.海沟是切穿岩石圈的深大断裂 2.海沟是陆壳和洋壳交叉重叠的复杂地带 3.海沟是不对称的地热流异常区 总之，大洋中脊是将岩石圈拉开，而海沟带则是使岩石圈受到压缩。,三、板块构造学说的诞生 1965年，加拿大的威尔逊提出了转换断层的机制。1967年，美国普林斯顿大学的摩根、英国剑桥大学的麦肯齐、法国的勒皮雄等人，把海底

22、扩张说的基本原理扩大到整个岩石圈，并总结提高为对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识，这种学说被命名为板块构造学说，或新的全球构造理论。到1973年，这个学说基本成型，直到现在仍在继续发展。,（一）板块构造的基本思想板块构造学说认为：1.地球表层的硬壳是刚性的岩石圈（或称构造圈），其下面是粘滞性很低的软流圈。,2.岩石圈并非是整体一块，它具有侧向的不均一性，被许多活动带如大洋中脊、海沟、转换断层、地缝合线、大陆裂谷等分割成大大小小的块体，这些块体就是所说的板块。,3.全球可划分为七大板块:太平洋板块、印度洋板块、欧亚板块、非洲板块、南极洲板块、北美洲板块、南美洲板块,4.板块内部是稳定的，而板块

23、的边缘和接缝地带则是地球表面的活动带，有强烈的构造运动、沉积作用、深成作用、岩浆活动、火山活动、变质作用、地震活动，又是极有利的成矿地带。,5.岩石圈板块是活动的，是围绕着一个旋转扩张轴在活动的，并且以水平运动占主导地位，可以发生几千公里的大规模的水平位移；在漂移过程中，板块或拉张裂开，或碰撞压缩焊结，或平移相错。这些不同的相互运动方式和相应产生的各种活动带，控制着全球岩石圈运动和演化的基本格局。,总之，板块构造说是海底扩张说的发展和延伸，而从海底扩张到板块构造，又促进了大陆漂移的复活。因此，人们称大陆漂移、海底扩张和板块构造为不可分割的“三部曲”。,（二）岩石圈板块的划分,（三）板块的边界及

24、其类型,1.拉张型边界 又称离散型边界，主要以大洋中脊（或中隆、海岭）为代表。它是岩石圈板块的生长场所，也是海底扩张的中心地带。大陆裂谷也属于拉张性边界。,2.挤压型边界 又称汇聚型边界或消亡带，也称为贝尼奥夫带。一是岛弧-海沟型西太平洋这种型式最为典型，如日本岛弧-海沟，是洋壳洋壳碰撞。二是山弧-海沟型 如安第斯山，是洋壳陆壳碰撞。三是山弧-地缝合线型 如阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带，是陆壳陆壳碰撞。,3.剪切型边界 又称平错型边界，这种边界是岩石圈既不生长，也不消亡，只有剪切错动的边界，转换断层就属于这种性质的边界。,（四）转换断层（transform fault）威尔逊（J.T.Wilson

25、）于1965年提出的一种新型断层，它构成了板块构造模式中最重要的特点之一。大洋中脊常为垂直于它的横断层所错开，并常切成许多段。从表面看，这些断层非常像平推断层，但经过地震发震机制等研究，它又和平推断层有许多差异。,转换断层：”由于海底扩张，导致断层的运动方向和特点发生了改变的“平移断层”，称之为转换断层。据以下特点：平移断层的错动沿断裂带整个长度发生，而转换断层的错动则局限于脊轴之间的段落，在与脊轴相交处错动骤然终止。,转换断层与平移断层的错动方向恰好相反,转换断层为右旋，平移断层为左旋错动。平移断层持续活动会使两侧脊轴之间的错开幅度越来越大，转换断层的活动却不能使错开幅度增大。,（4）转换断

26、层只有在洋脊之间的地段才有浅震分布；若为平推断层，则在断层线上都有浅震分布。,（五）板块运动与海洋演化 海洋从开始形成到封闭，可以归纳为下列过程：大陆裂谷红海型海洋大西洋型海洋太平洋型海洋地中海型海洋地缝合线。这一过程被称为大洋发展旋回或威尔逊旋回。也就是经历了六个阶段：1.胚胎期（东非裂谷阶段）2.幼年期（红海型海洋阶段）3.成年期（大西洋型海洋阶段）4.衰退期（太平洋型海洋阶段）5.残余期（地中海型海洋阶段）6.消亡期（地缝合线阶段）,（六）板块的趋动力问题,（七）地体的概念 迄今对地体的含义还有不同的认识。D.琼斯（1983）认为地体是为断层所围限、具有区域性延伸的地质统一体，以具有与其毗邻地区不同的地质发展史为特征，地体的规模大小不等。D.豪威尔和郭令智等认为地体既是板块的一部分，也是推覆体的一部分。它们都是外来系统，和原地系统在岩石、构造、生物群、生态等方面有本质的区别，而且古地磁位置、同位素年龄等也有极大差异。,（八）板块构造学说存在的问题 对板块内部及大陆地质历史演化过程，如何利用板块理论来予以揭示，仍然是一个难题。尤其是关于地壳生长的机制，主要依据上地幔物质对流或热柱等学说予以解释，而所有这些说法目前无法以实验或令人足以信服的方式予以论证。关于板块驱动力的问题，虽然有关学者提供了多种可能方式，但仍然是处于求索过程中。除此，还有一些难于解释的矛盾现象。,