南京大学普通地质学8普地褶皱断层.pptx

第八章第八章 构造运动与地质构造构造运动与地质构造 Tectonic movement and geologic structuresTectonic movement and geologic structures 第一节第一节 地壳运动地壳运动 Crustal movementCrustal movement一一.基本概念基本概念1.1.地球是一层圈体地球是一层圈体,各层圈之间无休止地作相互运动。各层圈之间无休止地作相互运动。地核间的差异旋转是地壳运动的内因地核间的差异旋转是地壳运动的内因(发动机发动机););地壳运动地壳运动 与人类活动关系密切与人类活动关系密切,是形成地表万象、大千世界的原因。是形成地表万象、大千世界的原因。2.2.地壳时刻在运动地壳时刻在运动,水平岩层的褶皱弯曲与破碎水平岩层的褶皱弯曲与破碎,都是地壳都是地壳 运动产物。只有急剧的地震才会被人们感觉到，缓慢的、运动产物。只有急剧的地震才会被人们感觉到，缓慢的、深部的运动只能被大地测量、天文测量记录到。深部的运动只能被大地测量、天文测量记录到。3.3.古地壳运动的证据记录在岩石中，现代地壳运动的证据古地壳运动的证据记录在岩石中，现代地壳运动的证据 记录在岩石和毁坏的建筑物中。记录在岩石和毁坏的建筑物中。4.4.地壳运动包括褶皱、断裂、岩浆三大类型。其方式有地壳运动包括褶皱、断裂、岩浆三大类型。其方式有垂直垂直 运动运动、水平运动两种水平运动两种。二二.地壳运动的实例地壳运动的实例地球运动：自转地球运动：自转1700km/1700km/小时；公转小时；公转17000km/17000km/小时。小时。垂直运动：同一地点、不同时间，升降交替；有升必有降。垂直运动：同一地点、不同时间，升降交替；有升必有降。水平运动：同一地点，有时挤压，有时拉伸，有时走滑。可以复合水平运动：同一地点，有时挤压，有时拉伸，有时走滑。可以复合。意大利：那不勒斯海的沉降，导至公元前意大利：那不勒斯海的沉降，导至公元前2 2世纪罗马建筑塞拉比斯神世纪罗马建筑塞拉比斯神 庙毁坏，现仅残留三根庙毁坏，现仅残留三根1212米高的大理石柱。米高的大理石柱。喜山：喜山：300300万年上升万年上升60006000米，在北坡米，在北坡40004000米处发现海洋鱼龙化石。米处发现海洋鱼龙化石。天山：滨海沼泽处形成的煤层，天山：滨海沼泽处形成的煤层，500500万年以来被抬升到万年以来被抬升到4000m4000m的高处。的高处。泰山：泰山：100100万年升高了万年升高了500500多米，平均多米，平均1mm/21mm/2年年.天津：天津：100100万年来下降数十米，使永定河、海河经天津汇入渤海。万年来下降数十米，使永定河、海河经天津汇入渤海。宁宁-镇：几多变迁，沧海良田。镇：几多变迁，沧海良田。19961996年上海宋叔和等用年上海宋叔和等用GPSGPS测出太平洋板块以测出太平洋板块以3-5cm/an3-5cm/an朝西运动。朝西运动。1988-19921988-1992年的年的GPSGPS测出阿拉伯板块正以测出阿拉伯板块正以2.5cm/an2.5cm/an速度朝速度朝N-NW N-NW、非洲、非洲 板块以板块以1.0cm/an1.0cm/an速率朝北向欧亚板块运动。二板块每年速率朝北向欧亚板块运动。二板块每年1.5cm1.5cm的差异的差异 运动导致了死海（运动导致了死海（Dead SeaDead Sea）转换断层的左旋运动。）转换断层的左旋运动。大量证据表明，水平运动是主导的，垂直运动是次要的、派生的。大量证据表明，水平运动是主导的，垂直运动是次要的、派生的。第二节第二节 岩石的变形构造岩石的变形构造 Deformation of rock一、一般概念一、一般概念1.1.Structural geologyStructural geology定义定义：是研究岩石的变形、分析外力：是研究岩石的变形、分析外力 作用方式的专门科学。作用方式的专门科学。2.2.褶皱褶皱与与断裂断裂:岩石在外力作用下岩石在外力作用下,产生永久变形产生永久变形,形成各种形形成各种形 态的弯曲态的弯曲(褶皱褶皱)和不同方向的破裂和不同方向的破裂(断裂断裂).).外力为各向不均匀力外力为各向不均匀力;各向均匀的外力只改变体积各向均匀的外力只改变体积,不改变不改变 形态。形态。3.3.构造变形与岩石力学性质构造变形与岩石力学性质(弹性与塑性、脆性与韧性、刚性弹性与塑性、脆性与韧性、刚性 与粘性与粘性)关系密切。关系密切。弹性弹性:受力变形受力变形,撤力回复原态撤力回复原态,如弹簧。如弹簧。塑性塑性:撤力后不回复原态撤力后不回复原态,如页岩。如页岩。脆性脆性:5%:10%10%的塑性变形的塑性变形,发生在中、下地壳。发生在中、下地壳。刚性刚性：岩石不易变形弯曲的性质。：岩石不易变形弯曲的性质。粘性粘性：岩石容易流动变形的性质。：岩石容易流动变形的性质。elastic,plastic,brittle,ductile,rigid,viscouselastic,plastic,brittle,ductile,rigid,viscous4.4.空间位置由岩层的空间位置由岩层的走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角(产状三要素产状三要素)所确定所确定 a.a.走向走向strikestrike：层面与假想水平面的交线方向。：层面与假想水平面的交线方向。b.b.倾向倾向dipdip：倾斜线在水平面上的投影；倾斜线即层面上与：倾斜线在水平面上的投影；倾斜线即层面上与 走向垂直的线（指向下方）。走向垂直的线（指向下方）。c.c.倾角倾角dip angledip angle：层面与假想水平面的最大夹角：层面与假想水平面的最大夹角(真倾角真倾角)。视倾角小于真倾角。视倾角小于真倾角。5.5.岩层厚度岩层厚度thicknessthickness：岩层顶底面之间的垂直距离：岩层顶底面之间的垂直距离(真厚度真厚度););非垂直距离为假厚度（大于真厚度）。非垂直距离为假厚度（大于真厚度）。倾斜岩层才有走向、倾向、倾角。倾斜岩层才有走向、倾向、倾角。水平岩层的走向、倾向、倾角均为零。水平岩层的走向、倾向、倾角均为零。垂直岩层无倾向垂直岩层无倾向,用走向描述。用走向描述。火成岩：层状侵入体有走向、倾向、倾角；厚度即二火成岩：层状侵入体有走向、倾向、倾角；厚度即二 边界之间的距离（无所谓顶底）。边界之间的距离（无所谓顶底）。非层状火成岩形态复杂非层状火成岩形态复杂,其产状据其延伸方向确定。其产状据其延伸方向确定。二二.褶皱褶皱 foldfold1 1 定义定义:在应力作用下岩层发生各种形态的弯曲现象。在应力作用下岩层发生各种形态的弯曲现象。上凸的叫背斜上凸的叫背斜anticlineanticline,下凹的叫向斜下凹的叫向斜synclinesyncline。2 2 褶皱的几何要素（褶皱的几何要素（9393页，图页，图8-58-5）a.a.翼翼limblimb：褶皱的二坡。：褶皱的二坡。b.b.核核corecore：褶皱的中心（分布最老或最新时代的地层）。：褶皱的中心（分布最老或最新时代的地层）。c.c.轴面轴面axial planeaxial plane：褶皱二翼近视的对称面。：褶皱二翼近视的对称面。d.d.枢纽枢纽hingehinge：褶皱轴面与层面的交线。或：褶皱轴面与层面的交线。或,沿单个褶皱走向，沿单个褶皱走向，由一系列最大转折点（弧尖）构成的连线。由一系列最大转折点（弧尖）构成的连线。e.e.弧尖弧尖crestcrest:褶皱横切面与枢纽的交线褶皱横切面与枢纽的交线(横切面上最大转折点横切面上最大转折点)f.f.轴线轴线axial lineaxial line：轴面与地面的交线。：轴面与地面的交线。g.g.轴迹轴迹axial trackaxial track:枢纽在地面的垂直投影。枢纽在地面的垂直投影。几何关系：每个褶皱横切面上可确定几何关系：每个褶皱横切面上可确定-弧尖弧尖,弧尖的连线弧尖的连线 为枢纽为枢纽,若干枢纽组成轴面。若干枢纽组成轴面。3 3 褶皱分类褶皱分类(93(93页页)（1 1）根据轴面划分：直立，倾斜，倒转，平卧（躺）褶皱）根据轴面划分：直立，倾斜，倒转，平卧（躺）褶皱（2 2）根据剖面形态划分）根据剖面形态划分 a a 箱形褶皱箱形褶皱：轴部开阔、二翼陡立。：轴部开阔、二翼陡立。b.b.扇形褶皱扇形褶皱：轴部开阔、二翼倒转。：轴部开阔、二翼倒转。c.c.单斜单斜：岩层向同一个方向倾斜，它可以是同斜倒转。：岩层向同一个方向倾斜，它可以是同斜倒转。（3 3）根据枢纽产状划分）根据枢纽产状划分 a.a.水平褶皱水平褶皱：枢纽水平、层面露头线平行。：枢纽水平、层面露头线平行。b.b.倾伏褶皱倾伏褶皱：枢纽倾伏、层面露头线形成弧状合围。：枢纽倾伏、层面露头线形成弧状合围。（4 4）根据褶曲的长宽比例根据褶曲的长宽比例 a.a.线状褶皱线状褶皱:长长/宽宽10:110:1 b.b.短轴褶皱短轴褶皱:长长/宽宽3:1-10:13:1-10:1 c.c.穹盆褶皱穹盆褶皱:长长/宽宽3:13:1 灰岩的小型褶皱构造灰岩的小型褶皱构造 （T1q，南京湖山南京湖山）尖尖棱棱褶褶皱皱褶皱航片显示褶皱航片显示4 4 褶皱的构造组合类型褶皱的构造组合类型 隔档式：背斜窄、向斜宽。隔档式：背斜窄、向斜宽。隔槽式：向斜窄、背斜宽。隔槽式：向斜窄、背斜宽。5 5 褶皱的野外识别标志褶皱的野外识别标志a.a.地层对称、重复出现。地层对称、重复出现。背斜：中间老、二侧对称变新（背斜：中间老、二侧对称变新（3-2-1-2-33-2-1-2-3）。）。向斜：中间新、二侧对称变老（向斜：中间新、二侧对称变老（1-2-3-2-11-2-3-2-1）。）。b.b.产状发生有规律的变化。产状发生有规律的变化。6 6 褶皱的形成时代褶皱的形成时代褶皱体的最新地层形成之后，未褶皱体的最老地层形成之前。褶皱体的最新地层形成之后，未褶皱体的最老地层形成之前。7 7 若干源自西欧阿尔卑斯山的术语若干源自西欧阿尔卑斯山的术语1 1）地形倒置：地形倒置：地貌山地貌山-谷与褶皱凸凹相反的现象。背斜成谷，谷与褶皱凸凹相反的现象。背斜成谷，向斜成山。原因：原始地形背斜山、向斜谷；因背斜顶部处向斜成山。原因：原始地形背斜山、向斜谷；因背斜顶部处于张应力状态，容易剥蚀；向斜核部处于压应力状态，剥蚀于张应力状态，容易剥蚀；向斜核部处于压应力状态，剥蚀速度慢，故而倒置。速度慢，故而倒置。2 2）单斜山）单斜山：有些山岭既非背斜，也非向斜，而是由：有些山岭既非背斜，也非向斜，而是由 单斜岩层组成，称之。单斜岩层组成，称之。3 3）单面山）单面山：单斜山中，如岩层倾角平缓，且顺岩层：单斜山中，如岩层倾角平缓，且顺岩层 倾向一侧的山坡较缓，另一侧山坡较陡倾向一侧的山坡较缓，另一侧山坡较陡 者，称之。者，称之。4 4）猪背岭）猪背岭：岩层倾角和两侧的山坡均陡，外貌形同：岩层倾角和两侧的山坡均陡，外貌形同 猪背的山岭，称之。猪背的山岭，称之。8 8 研究褶皱的意义研究褶皱的意义(1)(1)意义意义了解并确定地壳变形性质及地壳缩短量了解并确定地壳变形性质及地壳缩短量(率率)确定地层正常与倒转确定地层正常与倒转 (2)(2)应用应用 确定地壳运动的性质确定地壳运动的性质 寻找油气矿产的富集部位寻找油气矿产的富集部位 确保工程建设质量确保工程建设质量 三三.断裂构造断裂构造1.1.定义定义:岩石中沿不同方向发生的破裂构造。岩石中沿不同方向发生的破裂构造。破裂面二侧岩石有明显位移的为断层；无明显位移的为节理。破裂面二侧岩石有明显位移的为断层；无明显位移的为节理。2.2.断层的几何要素断层的几何要素 断层面断层面：走向、倾向、倾角三要素：走向、倾向、倾角三要素.断层盘断层盘：断层二侧的岩块：断层二侧的岩块 分上盘与下盘（根据所处位置）、上升盘与下降盘（根据动向）、分上盘与下盘（根据所处位置）、上升盘与下降盘（根据动向）、东盘与西盘（断面直立）等东盘与西盘（断面直立）等 断层线断层线：断层面与地面的交线（与本身形态有关、与地：断层面与地面的交线（与本身形态有关、与地 形起伏有关）形起伏有关）断层位移断层位移：P97P97图图8-138-13，总滑距、水平分量、倾向分量，总滑距、水平分量、倾向分量 AA为滑距，代表真位移为滑距，代表真位移 断层要素图解断层要素图解 3 3 断层分类断层分类(1)(1)根据两盘动向根据两盘动向,分分3 3种种:a.a.正断层正断层normal fault:normal fault:上盘下降上盘下降b.b.逆断层逆断层reverse fault(reverse fault(反断层反断层):):上盘上升上盘上升 倾角倾角2525度称为逆掩断层度称为逆掩断层overthrustoverthrust，形成推覆构造，形成推覆构造c.c.平移断层平移断层wrenching F,strike-slip F:wrenching F,strike-slip F:二侧岩块二侧岩块 水平滑动，断面近直立。有水平滑动，断面近直立。有sinistral,dextralsinistral,dextral二种二种 复合性质：平移复合性质：平移-正断层、平移正断层、平移-逆断层、逆断层、正正-平移断层、逆平移断层、逆-平移断层平移断层(2)(2)根据断层走向和地层走向关系分根据断层走向和地层走向关系分3 3种种:a.a.走向断层走向断层：纵断层，断层走向和地层走向平行：纵断层，断层走向和地层走向平行b.b.倾向断层倾向断层：横断层，断层走向和地层走向垂直：横断层，断层走向和地层走向垂直c.c.斜向断层斜向断层：斜断层，断层走向和地层走向斜交：斜断层，断层走向和地层走向斜交逆掩断层（倾角逆掩断层（倾角 断层断层 地层地层 断层断层 正断层正断层 重复重复 重复重复 缺失缺失 逆断层逆断层 缺失缺失 缺失缺失 重复重复 c.c.擦痕和镜面擦痕和镜面 slickenside,mirror planeslickenside,mirror plane 岩块相互运动时，由于摩擦而在断层面上形成的痕迹。岩块相互运动时，由于摩擦而在断层面上形成的痕迹。擦痕擦痕：平行而密集的沟纹：平行而密集的沟纹.镜面镜面：铁、锰等物质组成的光滑而平整的曲面：铁、锰等物质组成的光滑而平整的曲面.d.d.阶步和反阶步阶步和反阶步 阶步：陡坡倾斜方向指示对盘动向阶步：陡坡倾斜方向指示对盘动向 反阶步：压性裂隙反阶步：压性裂隙,亦称羽裂亦称羽裂,陡坡倾斜方向指示本陡坡倾斜方向指示本 盘动向盘动向;张性裂隙，张性裂隙，R R面，陡坡倾斜方向指示对盘动向。面，陡坡倾斜方向指示对盘动向。e.e.拖曳褶皱拖曳褶皱drag fold,drag fold,牵引构造牵引构造 断层使二侧岩层发生变薄和弯曲断层使二侧岩层发生变薄和弯曲 弧形突出的方向指示本盘动向弧形突出的方向指示本盘动向f.f.断层泥、断层角砾断层泥、断层角砾断层泥：断层泥：碾磨而成的泥状物质。碾磨而成的泥状物质。断层角砾：断层角砾：碎块较大，一般呈棱角状；泥质胶结，为断层角砾岩。碎块较大，一般呈棱角状；泥质胶结，为断层角砾岩。断层磨砾：断层磨砾：碎块较大，一般呈圆碎块较大，一般呈圆-半圆形；泥质胶结，为断层磨砾岩半圆形；泥质胶结，为断层磨砾岩。根据碎块成分可判断断层切穿了那些地层及其断层的动向根据碎块成分可判断断层切穿了那些地层及其断层的动向g.g.密集的节理密集的节理：进一步发展便成断裂；先成节理常控制断层：进一步发展便成断裂；先成节理常控制断层 的延伸方向。的延伸方向。h.h.其他证据其他证据 山区、平原的平直界线；地形上的陡崖；三角面山（时代较新）山区、平原的平直界线；地形上的陡崖；三角面山（时代较新）.矿化带和泉水（断层是矿液和地下水的通道和储集场所，如汤山温泉矿化带和泉水（断层是矿液和地下水的通道和储集场所，如汤山温泉）（2 2）断层的规模和时代断层的规模和时代 a.a.规模：用断层的规模：用断层的长度长度、深度深度、位移量位移量来衡量来衡量.b.b.时代：根据断层与地层的关系确定相对时代。断层形成时代：根据断层与地层的关系确定相对时代。断层形成 年代晚于被切割的最新地层的时代年代晚于被切割的最新地层的时代,老于不老于不 整合复盖其上的最老地层。整合复盖其上的最老地层。用热释光法确定绝对时代用热释光法确定绝对时代 测定断层过程中新形成的矿物年龄（如多硅白云母）测定断层过程中新形成的矿物年龄（如多硅白云母）6.6.研究断层的意义研究断层的意义是研究和恢复地壳结构的一把钥匙。是研究和恢复地壳结构的一把钥匙。为工程建设服务为工程建设服务:密云水库、南京长江大桥、三峡水库、黄河小浪底。密云水库、南京长江大桥、三峡水库、黄河小浪底。找矿、找水：找矿、找水：NWW290NWW290度新构造断层裂隙找水。度新构造断层裂隙找水。前沿动向：断裂力学、前沿动向：断裂力学、3D3D模型和能量损耗。模型和能量损耗。断层的系统研究，包括：产状、规模、时代；派生构造、组合特征、断层的系统研究，包括：产状、规模、时代；派生构造、组合特征、力学性质；与变形变质、矿产资源、岩浆活动、地震作用、活动性。力学性质；与变形变质、矿产资源、岩浆活动、地震作用、活动性。四四.节理节理jointjoint1.1.定义定义:岩块发生破裂岩块发生破裂,但二侧无明显的位移。但二侧无明显的位移。节理是应力作用下岩石破裂的原始记录。岩石变形越节理是应力作用下岩石破裂的原始记录。岩石变形越 强烈，节理也越发育；岩石越老，保留的节理也就越多。强烈，节理也越发育；岩石越老，保留的节理也就越多。分分构造节理构造节理（内动力作用所形成的破裂）；（内动力作用所形成的破裂）；风化节理风化节理（外动力作用所形成的破裂）；（外动力作用所形成的破裂）；柱状节理及横节理柱状节理及横节理（火成岩（火成岩 冷凝收缩形成的节理）冷凝收缩形成的节理）.2.2.节理的种类：节理的种类：张节理张节理、剪节理剪节理、破劈理破劈理（密集的挤压破裂面）（密集的挤压破裂面）3.3.节理的空间位置：走向、倾向、倾角；节理的空间位置：走向、倾向、倾角；节理与岩层的关系：斜交、平行、垂直节理与岩层的关系：斜交、平行、垂直4.4.共轭节理共轭节理:材料力学上称为吕德线材料力学上称为吕德线RidleRidle，又称，又称“X X”节理节理;表表 现为互相切割。现为互相切割。a.a.平面平面“X X”节理节理、剖面剖面“X X”节理节理。b.b.构造力主要是水平方向的作用力，因此早期构造力主要是水平方向的作用力，因此早期“X X”节理和节理和 层面相垂直、晚期层面相垂直、晚期“X X”节理和地面或水平面相垂直。节理和地面或水平面相垂直。雁雁行行张张节节理理苏州虎丘千人座苏州虎丘千人座J3火山岩中的火山岩中的X剪节理剪节理 被被X X剪剪节节理理切切成成的的岩岩柱柱-湘湘西西张张家家界界金金鞭鞭岩岩 劈理劈理-广西灵川大圩广西灵川大圩第三节第三节 六种地层接触关系六种地层接触关系一一.整合接触整合接触ConformityConformity1.1.特征：新老层产状一致；岩性、古生物演化连续、特征：新老层产状一致；岩性、古生物演化连续、渐变；无沉积间断。渐变；无沉积间断。2.2.条件：盆地稳定地接受沉积条件：盆地稳定地接受沉积(地层的形成与古气地层的形成与古气 候、古化学环境、沉积物来源不同有关候、古化学环境、沉积物来源不同有关)二二.平行不整合平行不整合Parallel UnconformityParallel Unconformity1.1.特征：新老地层产状一致特征：新老地层产状一致;但其间有沉积间断但其间有沉积间断;岩性古生物演化发生突变。岩性古生物演化发生突变。2.2.条件：地壳稳定上升，沉积物高出沉积基准面条件：地壳稳定上升，沉积物高出沉积基准面 而遭剥蚀，然后地壳又稳定下降，接受而遭剥蚀，然后地壳又稳定下降，接受 沉积。沉积。三三.不整合接触不整合接触UnconformityUnconformity1.1.特征：新老地层角度相交，有沉积间断，岩性、特征：新老地层角度相交，有沉积间断，岩性、古生物演化突变，存在剥蚀面、风化壳、古生物演化突变，存在剥蚀面、风化壳、底砾岩。底砾岩。2.2.条件：地壳运动强烈，老地层褶皱、破裂并遭条件：地壳运动强烈，老地层褶皱、破裂并遭 风化、剥蚀，而后地壳下降接受沉积风化、剥蚀，而后地壳下降接受沉积 (不整合面总是与上复岩层产状一致不整合面总是与上复岩层产状一致)四四.侵入接触侵入接触：火成岩与围岩的接触关系。：火成岩与围岩的接触关系。五五.沉积接触沉积接触：火成岩遭风化剥蚀后，其上又形：火成岩遭风化剥蚀后，其上又形 成新的沉积岩，例如假花岗岩砾石。成新的沉积岩，例如假花岗岩砾石。六六.断层接触断层接触：二个地质体之间为断层。：二个地质体之间为断层。ooooooo褶皱形成过程动态模拟褶皱形成过程动态模拟正断层后期正断层后期正断层后期正断层后期本章重点本章重点一、一、TermsTerms 1 1 褶皱、断裂、节理；单斜山、单面山、猪背岭；褶皱、断裂、节理；单斜山、单面山、猪背岭；地堑、地垒；倾伏褶皱，拖曳褶皱；地形倒置地堑、地垒；倾伏褶皱，拖曳褶皱；地形倒置二、二、Basic FeaturesBasic Features构造活动的二种基本方式及其关系构造活动的二种基本方式及其关系简述褶皱要素及其分类简述褶皱要素及其分类（剖面、平面、合围转折、组合）（剖面、平面、合围转折、组合）画六个图以便判断断层的性质画六个图以便判断断层的性质褶皱的识别标志褶皱的识别标志简述断裂要素及其分类简述断裂要素及其分类断层的识别标志断层的识别标志 （岩层错开、地层重复缺失、擦痕、派生构造、角砾岩、三（岩层错开、地层重复缺失、擦痕、派生构造、角砾岩、三角面山、温泉、矿产等）角面山、温泉、矿产等）地层的六种接触关系地层的六种接触关系