大三啦-大地構造01introduction

大地構造學

（Tectonics）1.Introduction

主講：劉俊來

辦公室:教二樓252 聯(lián)系方式：

Phone:82321656 QQ:84023999 答疑時間：周二（9:00-11:00) 本章提綱一、大地構造學的范疇二、大地構造學：內容與方法三

、大地構造學發(fā)展歷史四、課程內容、特點、學習方法和要求地球:adynamicplanet一、大地構造學的范疇現(xiàn)今和地球歷史上表現(xiàn)出強烈的活動性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.

大地構造學是研究地球，特別是地球表層（巖石圈）的組成、結構、演化歷史、運動規(guī)律及動力、成因的一門科學。它的主要目的在于揭示和解釋各種構造現(xiàn)象的本質，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、變形構造、巖漿作用、變質作用、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、地幔過渡帶……MacroscopicScaleTectonics——SedimentaryenvironmentTectonicsispredominantlythestudyofthehistoryofmotionanddeformationonaregionaltoglobalscale.活動大陸邊緣與被動大陸邊緣

—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長石開始塑性變形石英開始塑性變形中部地殼脆-韌性轉變域(≈11-18km;≈280-450°C）巖石發(fā)生了由脆性變形向塑性變形的轉變塑性石英+脆性長石中部地殼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二重性中國大陸（1970-2000）地震震源分布圖（31282次），ML

2.0，張國民等，2002Jacksonetal.,200226中部地殼2）流變強度高：強震云集中部地殼巖石具有流變學二重性汶川地震（2008）主震與余震震源分布，Wangetal.,2011，Nature中國大陸（1970-2000）地震震源平均深度分布圖（42832

次）張國民等，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緩慢釋放地震能量慢地震類型：SilentEQ:靜地震ETS:幕式顫動和滑動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)促進變質反應的發(fā)生；2)參與熱液成礦；3）水解弱化、水壓致裂：強烈影響著巖石的流變性29透入性塑性流動完全脆性破裂與摩擦滑移中部地殼？盡管石英已經進入塑性變形域，但摩擦滑移變形依然占主導地位。地質學方法構造地質學巖石學地層古生物學…….地球物理學地球化學地球化學同位素年代學二、大地構造學：內容與方法研究內容：巖石圈的組成、結構與時空演化Slip-linefieldtheory

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

al.,1996MTandlithospherestructureBaietal.,2010ReceiverfunctionvelocitystructureacrosstheNorthChinacratonZhengetal.,2009Zhaoetal.,2005Geochemistry-Lithoprobe大地構造學的發(fā)展經歷了一個漫長的過程，從大地構造概念的萌發(fā)、假說階段發(fā)展到科學理論階段，即板塊構造理論階段。三

、大地構造學發(fā)展歷史1.始于16世紀到18世紀前：萌芽階段

認知地震、火山、海岸線變動等地殼運動和地球內部活動性。18世紀地質學史上的水成論與火成論之爭，標志著大地構造概念的開始形成。2.18世紀晚期到20世紀中葉：

各種假說紛爭階段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常更老。收縮說（19世紀30-40年代）EliedeBeaumont(1830,1852)法國熔融的地球：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，而非從兩側剛性地塊的邊緣開始。褶皺帶狀分布，并非隨機分布膨脹說（20世紀30-50年代）：脈動說（20世紀初）：地幔對流說（20世紀初開始）：代表人物：ArthurHolmes（英國）地槽–地臺學說1859年美國地質學家霍爾(J.Hall)在北美考察時，注意到古生界同一時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巨大拗陷部位生成。。1873年美國地質學家丹納(J.Dana)通過科迪勒拉山系的研究提出了“地槽”的概念(geosyncline)，并提出“地向斜”經地球冷縮而擠壓褶皺成山。同時期歐洲地質學家根據(jù)阿爾卑斯山脈只有厚度不大的深海相沉積,但造山變形強烈，所以認為地殼拗陷不是由于沉積物的重壓,而是由于側向擠壓形成，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；強調了側向擠壓的作用Kay’sgeosynclines:theoriginalconcept(idea)凱伊，1951據(jù)阿帕拉契亞地槽的結構：地槽偶1979年美國深反射地震COCORP在阿帕拉契亞山80Km內識別出6-15km厚、位移距離超過260km自東向而西的，逆沖構造推覆體。它形成于加里東期古大西洋的閉合。1887年俄羅斯地質學家卡爾賓斯基根據(jù)東歐平原近水平產狀的古生界到處角度不整合在已強烈變質和變形的結晶基底之上，成為弱變形的穩(wěn)定構造區(qū)提出了地臺(platform)概念。

1900年法國地質學家奧格(E.Haug)在《地槽和大陸塊》中首次把地槽和地臺并列為大陸上存在的兩類基本大地構造單元。許多學者并認為地臺是由地槽演化而來。1947年蘇聯(lián)學者沙茨基（H.C.Shatsky）根據(jù)褶皺基底形成的時代把地臺劃分成古地臺（前寒武紀基底）和年輕地臺。20世紀前半葉槽-臺理論進入全盛時期

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

地槽偶和大陸邊緣的對比(鮑洛特Boillot1979,轉引自楊森楠1985)按照現(xiàn)在的認識，地槽偶總體上相當于大陸邊緣部位。這里不僅是洋、陸直接相互作用的場所，它的斜坡地形也保證了穩(wěn)定的物源供應和長期拗陷的條件。3.大地構造學的新地球動力學時期大陸漂移洋底擴張板塊構造

從二十世紀六十年代以來，板塊構造理論成為大地構造學說的精粹，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造現(xiàn)象和地質作用，并把地殼運動、巖漿活動、變