大三啦-大地構(gòu)造01introduction

大地構(gòu)造學(xué)

（Tectonics）1.Introduction

主講：劉俊來(lái)

辦公室:教二樓252 聯(lián)系方式：

Phone:82321656 QQ:84023999 答疑時(shí)間：周二（9:00-11:00) 本章提綱一、大地構(gòu)造學(xué)的范疇二、大地構(gòu)造學(xué)：內(nèi)容與方法三

、大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展歷史四、課程內(nèi)容、特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法和要求地球:adynamicplanet一、大地構(gòu)造學(xué)的范疇現(xiàn)今和地球歷史上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的活動(dòng)性Evidencesforthedynamismoftheearth喜馬拉雅山雪崩智利火山噴發(fā)TectonicsScalesMacroscopicMesoscopicMicroscopic108cm10-8cmGlobal,regionalLocal-outcropMicroscope-electronmicroscopesTectonicsStructuralGeologyMicrotectonicsStructuralgeology

Thestudyofthethree-dimensionaldistributionof

rock

unitswithrespecttotheirdeformationalhistories.Theprimarygoalofstructuralgeologyistousemeasurementsofpresent-dayrockgeometriestouncoverinformationaboutthehistoryofdeformation(strain)intherocks,andultimately,tounderstandthe

stressfield

thatresultedintheobservedstrainandgeometries.Thisunderstandingofthedynamicsofthestressfieldcanbelinkedtoimportanteventsintheregionalgeologicpast;acommongoalistounderstandthestructuralevolutionofaparticularareawithrespecttoregionallywidespreadpatternsofrockdeformation(e.g.,

mountainbuilding,

rifting)dueto

platetectonics.——FromWikipediaMesoscopicScaleMicrotectonicsObservationsonthemicrostructureorfabricofarock,specificallyinthinsection,canbeusedintwomajorfields.Theycanbeappliedtounderstandmechanismsofrockdeformationandmetamorphism;Theycanbeusedtoreconstructthestructuralandmetamorphichistoryofavolumeofrock.

Becausesuchthinsectionstudiescanservetoreconstructtectonicevolution,weusethetermmicrotectonics.——Passchier&Trouw,2005MicroscopicScaleMicrotectonicsObservationsonthemicrostructureorfabricofarock,specificallyinthinsection,canbeusedintwomajorfields.Theycanbeappliedtothematicstudies,tounderstandmechanismsofrockdeformationandmetamorphism;Theycanbeusedtoreconstructthestructuralandmetamorphichistoryofavolumeofrock.

Becausesuchthinsectionstudiescanservetoreconstructtectonicevolution,weusethetermmicrotectonics.——Passchier&Trouw,2005SubmicroscopicScaleTectonicsTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.

大地構(gòu)造學(xué)是研究地球，特別是地球表層（巖石圈）的組成、結(jié)構(gòu)、演化歷史、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力、成因的一門科學(xué)。它的主要目的在于揭示和解釋各種構(gòu)造現(xiàn)象的本質(zhì)，建立地球和巖石圈演化的基本規(guī)律。涉及到區(qū)域尺度上板塊間的相互作用：沉積作用、變形構(gòu)造、巖漿作用、變質(zhì)作用、成礦作用……涉及到巖石圈不同層次的相互作用：地殼層次-上部地殼、中部地殼和下部地殼地幔層次（巖石圈地幔、軟流圈、地幔過(guò)渡帶……MacroscopicScaleTectonics——SedimentaryenvironmentTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.活動(dòng)大陸邊緣與被動(dòng)大陸邊緣

—沉積物Tectonics——MagmatismTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.TheringoffireTectonics——MetamorphismTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Tectonics——MineralizationTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Tectonics——LithospherestructuresTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.Jackson,J.,2002Pysklywec,R.N.,2001TectonicsandearthquakesMapofepicentersofhistoricalearthquakesgloballyoccurredsince2150BC.Colorrepresentstheestimateddepthoffocus.

汶川-雅安地震24長(zhǎng)石開(kāi)始塑性變形石英開(kāi)始塑性變形中部地殼脆-韌性轉(zhuǎn)變域(≈11-18km;≈280-450°C）巖石發(fā)生了由脆性變形向塑性變形的轉(zhuǎn)變塑性石英+脆性長(zhǎng)石中部地殼25中部地殼1）易于破壞：斷層作用活躍、地震頻發(fā)中部地殼巖石具有流變學(xué)二重性中國(guó)大陸（1970-2000）地震震源分布圖（31282次），ML

2.0，張國(guó)民等，2002Jacksonetal.,200226中部地殼2）流變強(qiáng)度高：強(qiáng)震云集中部地殼巖石具有流變學(xué)二重性汶川地震（2008）主震與余震震源分布，Wangetal.,2011，Nature中國(guó)大陸（1970-2000）地震震源平均深度分布圖（42832

次）張國(guó)民等，20026-7.85-5.94-4.93-3.92-2.91-1.93）慢地震：以各種形式的斷層活動(dòng)緩慢釋放地震能量慢地震類型：SilentEQ:靜地震ETS:幕式顫動(dòng)和滑動(dòng)SSE:慢滑移事件VLF:甚低頻地震LFE:低頻地震(Ide,etal.,2007,Nature)斷層整體的平均破壞擴(kuò)大速度大于1km/s的為通常的地震,1km/s～100m/s的為緩慢地震,100～10m/s的為寂靜地震,1～0.1m/s的為蠕滑事件（Beroza，1990）28中部地殼中部地殼以水為主的流體相活躍1)促進(jìn)變質(zhì)反應(yīng)的發(fā)生；2)參與熱液成礦；3）水解弱化、水壓致裂：強(qiáng)烈影響著巖石的流變性29透入性塑性流動(dòng)完全脆性破裂與摩擦滑移中部地殼？盡管石英已經(jīng)進(jìn)入塑性變形域，但摩擦滑移變形依然占主導(dǎo)地位。地質(zhì)學(xué)方法構(gòu)造地質(zhì)學(xué)巖石學(xué)地層古生物學(xué)…….地球物理學(xué)地球化學(xué)地球化學(xué)同位素年代學(xué)二、大地構(gòu)造學(xué)：內(nèi)容與方法研究?jī)?nèi)容：巖石圈的組成、結(jié)構(gòu)與時(shí)空演化Slip-linefieldtheory

-統(tǒng)治東亞-東南亞新生代大地構(gòu)造研究近40年的理論東亞變形場(chǎng)剛性-塑性材料與平面應(yīng)變滑線場(chǎng)SeismicTomographyandsubductingplateMTandlithospherestructureNelson,et

al.,1996MTandlithospherestructureBaietal.,2010ReceiverfunctionvelocitystructureacrosstheNorthChinacratonZhengetal.,2009Zhaoetal.,2005Geochemistry-Lithoprobe大地構(gòu)造學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，從大地構(gòu)造概念的萌發(fā)、假說(shuō)階段發(fā)展到科學(xué)理論階段，即板塊構(gòu)造理論階段。三

、大地構(gòu)造學(xué)發(fā)展歷史1.始于16世紀(jì)到18世紀(jì)前：萌芽階段

認(rèn)知地震、火山、海岸線變動(dòng)等地殼運(yùn)動(dòng)和地球內(nèi)部活動(dòng)性。18世紀(jì)地質(zhì)學(xué)史上的水成論與火成論之爭(zhēng)，標(biāo)志著大地構(gòu)造概念的開(kāi)始形成。2.18世紀(jì)晚期到20世紀(jì)中葉：

各種假說(shuō)紛爭(zhēng)階段1）褶皺與巖漿并不總是相伴；2）褶皺并非環(huán)形，常呈帶狀；3）沉積巖底部的巖漿巖時(shí)常更老。收縮說(shuō)（19世紀(jì)30-40年代）EliedeBeaumont(1830,1852)法國(guó)熔融的地球：冷卻、收縮地殼收縮—褶皺作用1）元素放射性的發(fā)現(xiàn)；放射性元素衰變生熱；地球形成初期未必就是熱的，而有可能是冷的；2）大規(guī)模的推覆體與褶皺相伴，大規(guī)模的水平位移很難用地殼冷卻解釋；3）褶皺常常從造山帶中心向外，而非從兩側(cè)剛性地塊的邊緣開(kāi)始。褶皺帶狀分布，并非隨機(jī)分布膨脹說(shuō)（20世紀(jì)30-50年代）：脈動(dòng)說(shuō)（20世紀(jì)初）：地幔對(duì)流說(shuō)（20世紀(jì)初開(kāi)始）：代表人物：ArthurHolmes（英國(guó)）地槽–地臺(tái)學(xué)說(shuō)1859年美國(guó)地質(zhì)學(xué)家霍爾(J.Hall)在北美考察時(shí)，注意到古生界同一時(shí)代的地層在阿帕拉契亞山脈比以西的密西西比河平原幾乎厚上十倍，他據(jù)此提出褶皺山系是在地殼原來(lái)巨大拗陷部位生成。。1873年美國(guó)地質(zhì)學(xué)家丹納(J.Dana)通過(guò)科迪勒拉山系的研究提出了“地槽”的概念(geosyncline)，并提出“地向斜”經(jīng)地球冷縮而擠壓褶皺成山。同時(shí)期歐洲地質(zhì)學(xué)家根據(jù)阿爾卑斯山脈只有厚度不大的深海相沉積,但造山變形強(qiáng)烈，所以認(rèn)為地殼拗陷不是由于沉積物的重壓,而是由于側(cè)向擠壓形成，并把這種拗陷稱之為“地槽”。。

APPALACHIANMOUNTAINSJHall(霍爾，1859）：注意到阿帕拉契亞山系與密西西比平原之間古生界地層巨大的差異。Theconcept(idea)ofanAppalachiangeosyncline[modifiedfromJamesHall,1854]Hall:拗陷與載荷J.Dana(1873)提出地槽的概念；強(qiáng)調(diào)了側(cè)向擠壓的作用Kay’sgeosynclines:theoriginalconcept(idea)凱伊，1951據(jù)阿帕拉契亞地槽的結(jié)構(gòu)：地槽偶1979年美國(guó)深反射地震COCORP在阿帕拉契亞山80Km內(nèi)識(shí)別出6-15km厚、位移距離超過(guò)260km自東向而西的，逆沖構(gòu)造推覆體。它形成于加里東期古大西洋的閉合。1887年俄羅斯地質(zhì)學(xué)家卡爾賓斯基根據(jù)東歐平原近水平產(chǎn)狀的古生界到處角度不整合在已強(qiáng)烈變質(zhì)和變形的結(jié)晶基底之上，成為弱變形的穩(wěn)定構(gòu)造區(qū)提出了地臺(tái)(platform)概念。

1900年法國(guó)地質(zhì)學(xué)家?jiàn)W格(E.Haug)在《地槽和大陸塊》中首次把地槽和地臺(tái)并列為大陸上存在的兩類基本大地構(gòu)造單元。許多學(xué)者并認(rèn)為地臺(tái)是由地槽演化而來(lái)。1947年蘇聯(lián)學(xué)者沙茨基（H.C.Shatsky）根據(jù)褶皺基底形成的時(shí)代把地臺(tái)劃分成古地臺(tái)（前寒武紀(jì)基底）和年輕地臺(tái)。20世紀(jì)前半葉槽-臺(tái)理論進(jìn)入全盛時(shí)期

施蒂勒(H.Stille，1940)有關(guān)褶皺幕年代表及其全球?qū)Ρ?；沙特茨?H.C.Shatsky，1955)根據(jù)俄羅斯地臺(tái)里菲期巴契爾馬坳陷提出內(nèi)角拗陷即拗拉谷概念（Aulacogen）；別洛烏索夫(B.B.Beloussov，1954)對(duì)地槽演化程式和研究方法的系統(tǒng)論述，并首次提出“地臺(tái)活化”的概念；裴偉(A.V.Peyve，1946)的“深大斷裂”概念及其與地槽產(chǎn)生的關(guān)系；凱伊(M.Kay，1951)的地槽系統(tǒng)分類；奧布英(JeanAubouin，1965)對(duì)地槽偶造山極性的論述等當(dāng)時(shí)都產(chǎn)生過(guò)巨大的影響。

地槽偶和大陸邊緣的對(duì)比(鮑洛特Boillot1979,轉(zhuǎn)引自楊森楠1985)按照現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，地槽偶總體上相當(dāng)于大陸邊緣部位。這里不僅是洋、陸直接相互作用的場(chǎng)所，它的斜坡地形也保證了穩(wěn)定的物源供應(yīng)和長(zhǎng)期拗陷的條件。3.大地構(gòu)造學(xué)的新地球動(dòng)力學(xué)時(shí)期大陸漂移洋底擴(kuò)張板塊構(gòu)造

從二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，板塊構(gòu)造理論成為大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)的精粹，以縱觀全球的氣魄和高度的概括能力，成功的揭示了地球上眾多的構(gòu)造現(xiàn)象和地質(zhì)作用，并把地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、變