构造地质学.docx

构造地质学.docx

《构造地质学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《构造地质学.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

构造地质学

构造地质学

　　　　　　构造地质学　　课程简介　　构造地质学是地质学的主要分支学科，是地学类专业的基础课程。

它是介绍组成地壳的岩石、地层和岩体在岩石圈中力的作用下变形形成的各种现象、阐述这些地质构造的几何形态、组合型式、形成机制和演化进程，探讨形成这些构造的作用力方向、方式和性质的学科。

　　课程从介绍岩石变形的基础力学与流变学理论出发，重点介绍褶皱、节理、断层、劈理、线理等中小尺度上发育的构造型式及其形成的力学条件与运动学过程。

伸展构造、逆冲推覆构造、走向滑动断层、韧性剪切带构造等重要构造型式的主要特点作为课程中的主要介绍内容。

　　第一章、概述　　一、构造地质学及其内涵　　在山区高速公路两侧的峭壁上、在基岩出露的地方或在水库旁的悬崖上，我们总可以看到很多自然界的岩石具有成层性，而且这些岩层经常发生变形，弯曲或破裂，构成奇异的自然景观。

这些自然力作用引起的岩石的成层性以及岩层的弯曲或破裂现象就是地质构造。

构造地质学就是研究这些地质构造，包括地球岩石圈内岩石变形形成的褶皱、断层、节理、劈理、线理等的几何学特点，产生这些地质构造的运动学和动力学条件，以及这些地质构造形成的基本过程与演化规律的科学。

　　地质构造的规模变化很大，从地壳尺度或全球规模、地区尺度或中比例尺区域规模、露头或手标本规模、显微乃至亚微尺度。

在不同的尺度上，地质构造的表现形式具有一定的差异。

传统构造地质学研究多限于对中比例尺区域规模、露头尺度和手标本尺度地质构造的描述、分析。

现代科学技术的发展及其在构造地质学学科研究中的渗透与应用，却大大地拓宽了构造地质学的研究尺度与研究领域。

现代构造地质学的研究领域特点表现为，在传统构造地质学研究领域的基础上，宏观更宏观，从手标本尺度向区域乃至全球尺度发展；微观更微，从应用显微镜的微观尺度到利用电子显微镜的亚微尺度的研究。

　　现代构造地质学的内容包括几个主要方面：

地质构造的几何学，主要包括地质构造的几何形态描述、产状与形体方位分析以及各种地质构造的组合形式和组合规律；地质构造形成的运动学，主要指地质构造形成过程中物质的运动方式、运动方向与基本规律；地质构造形成的动力学，包括地质构造形成的动力学条件及其变化、动力来源；地质构造的成因分析，主要讨论地质构造的形成环境、形成条件、岩石变形机制与地质构造的演化过程。

当然，上述几个方面的内容并不是孤立的，彼此之间却是密切相关，相辅相成的一个统一体。

二、构造地质学的学科分类　　近年来科学技术发展总的趋势表现为两个主要方面：

1）学科本身自身建设与发展，从而有分支学科的出现；2）相邻学科之间的交叉与渗透，表现为交叉学科与边缘学科的形成。

构造地质学学科的发展也不例外。

构造地质学学科自身建设的一个特点是在传统学科内容的基础上，发展趋势　　　　表现为宏观更宏、微观更微。

主要分支学科包括：

显微构造学，研究微观域内和亚微域内岩石变形的显微构造类型、特点及其与岩石变形微观机制之间的耦合关系，探讨岩石变形的基本过程与显微构造的成因；构造地质学，主要介绍和研究区域制图尺度、露头尺度和手标本尺度地质构造的基本特点、组合关系与规律、地　　质构造的成因机制；区域构造学探讨地壳规模或尺度地质构造的基本特点、大型地质构造及其在地球构造格局和演化中的地位与作用。

大地构造学的研究内容更多地包括全球构造的基本构造型式、全球构造的基本理论及其形成、演化的动力学过程。

显而易见，从显微构造学到大地构造学，研究的尺度有着巨大的差别。

当然，这种尺度上的差别也就导致其研究内容与研究方法有着显著的区别。

本书所论构造地质学的研究对象主要包括中小尺度、显微尺度乃至亚微尺度岩石的变形构造及其成因机制。

　　从另一个角度考虑，构造地质学学科和其它许多相邻学科的渗透，也是近年来构造地质学发展最为显著的特点与趋势，并逐渐发展形成了许多边缘或交叉学科。

构造地球化学是运用构造地质学和地球化学的基本原理和方法，阐述在不同构造背景环境中和变形作用过程中，元素的地球化学行为及其分配、迁移和富集规律与动力学机制；前寒武纪构造学是研究地球早期演化的地壳构造问题，包括早期地壳的结构、主要构造型式与特点、早期构造的成因与演化等基础问题；重力构造学的主要研究对象是地壳表层内于重力作用产生的区域构造型式、组合规律及其成因。

但是，局部性的滑坡构造并不属于重力构造学的研究范畴；实验构造学是再现或正演地质构造形成与演化的基本过程，阐述地质构造的成因；矿田构造学主要讨论矿床的形成与演化过程中构造变形作用的意义。

撞击构造学是界于构造地质学与行星地质学之间的边缘学科，它主要研究天际外来陨石等在地球或其它星球表面快速冲击形成的构造现象。

三、构造地质学的研究意义、地位与作用　　构造地质学与岩石学、地层学构成地球科学的三大基础学科。

构造地质学从空间上、时间演化上，再现了岩石圈与各种规模地质体的几何形态、分布规律、形成与演化的动力学条件与过程。

它是进一步探讨地壳运动与发展规律的基础。

资源与环境是过去、也是未来地球科学研究的永恒主题，地质构造与地壳运动的分析与研究，对于指导地球资源开发、工程建设与环境保护都具有重要的指导意义。

　　矿产资源，无论是金属矿产、非金属矿产，还是能源矿产，都是在一定的构造背景中产生，或者说受一定的地质构造所控制，并常常遭受了后期构造变形作用的改造。

尤其对于内生金属矿产而言，地质构造对于矿产分布的控制作用表现得更为突出。

地质构造为成矿物质的迁移提供了通道，也为成矿物质的富集提供了有利的空间。

　　水资源贫乏已经成为很多大型城市面临的重要问题。

地下水的活动，总是受大型地质构造制约，尤其断层构造具有更重要的意义。

对于地下水资源的开发与利用，必须深入研究地下水赋存的地质构造背景。

工程建设，包括水库、堤坝、涵洞、桥梁等的建设，都必须以地质构造研究为基本依据，查明地质构造的发育情况与活动性，对地基的稳定性作出评价。

　　滑坡、火山与地震是人类面临的破坏性自然灾害之首。

大规模滑坡、火山活动与地震不仅仅造成巨大的经济损失，而且常常造成人民生命财产的损失。

地质构造的存在的存在常常是滑坡发生与发展的必要条件。

地震与火山活动常常与现代地壳运动与构造活动密切相关。

　　人类生存的环境每时每刻都在变化中。

土壤的沙漠化、气候的异常变化、地方病的出现等都在很大程度上与现代地壳运动及其产生的地质构造，例如，青藏高原的隆升，具有密切的联系。

　　此可见，构造地质学不仅仅是地球科学的理论基础，而且在国民经济建设中起着重要的作用。

四、构造地质学的研究方法　　随着现代科学技术不断发展，学科之间逐渐相互渗透，构造地质学的研究内容与范畴不断地扩大，传统的研究方法不断地完善，新的研究方法也在起着越来越重要的角色。

　　与地球科学其它学科具有广泛的相似性，构造地质学研究也是一个反演-正演一综合的过程。

反演主要包括研究地质构造的几何学、运动学、动力学及其形成、演化的机理与过程：

正演主要是应用模拟研究的相似性原理，在实验室内再现天然变形作用过程。

　　传统构造地质学，最基本的研究方法以野外观察、描述和地质填图为主。

通过野外实测地质剖面、地质填图，并结合特殊构造点的重点解剖与构造测量，阐述岩层、岩体的产状、分布与相互关系及形成时代，查明地质构造形态、几何特点、组合关系与发生、发展历史。

航片、卫片等的遥感解译，提供了较大区域范围内地质构造的发育特点与展布，使得有可能从更大的范围内直接观察、分析和研究区域地质构造的基本格架与空间变化规律。

地球物理探测、地球化学资料和钻探技术使得研究地质构造的深部延伸与隐伏地质构造，揭示深部地质构造的形态轮廓成为现实，不仅使得对地质构造的研究已经从地壳表层发展到地壳深层，而且从陆地发展到海洋。

　　显微镜与电子显微镜的应用，将构造地质学的研究从宏观带入到微观和亚微观领域，加深了对变形作用微观机制的认识，为研究颗粒尺度上岩石变形机制与变形过程，阐述岩石变形的动力学环境，判别其形成与演化的运动学规律提供了条件。

　　另一方面，实验构造学的发展、电子计算机数值模拟技术的运用，在实验室内模拟野外地质构造，验证了反演过程得出的结论。

传统的泥巴实验、光弹模拟实验是最有效的例证。

近代广泛开展的计算机数字模拟和高温高压实验研究，能够更加形象和准确地确定地质构造形成的环境、动力学条件，且再现其形成与演化过程。

当然，作为地球科学的分支学科，构造地质学的研究必须与其它基础学科的研究密切配合、同步进行。

这样，才能够对于所研究地区的总体构造格局与构造特点有一正确的认识。

　　第二章、基础构造地质学　　第一节、岩石变形及其力学基础　　地壳运动会产生力，从而导致岩石发生变形和位移，产生了地质构造。

因此，为了正确理解岩石变形、地质构造及其形成过程，必须首先了解力学的一些基本概念和原理。

　　力力是物体间的相互作用，根据牛顿第二定律，力应该是质量与加速度之积：

　　F=ma　　　　　　2　　力是一个矢量。

它不仅有大小，而且有方向。

因此，力可以合成与分解，满足矢量的数学定理　　一个物体作用在另一个物体上的力叫做外力。

外力有两种基本类型：

面力和体力。

面力是互相接触的两个物体之间通过接触面传导的作用力，比如膨胀的空气对于活塞的推力；体力是作用在两个物体之间，物体内部的任何一个质点都同时受到影响的作用力，如重力或物体之间的引力，它们与物体的质量成正比。

一个物体在没有受到外力作用的情况下，物体内部的各个质点之间具有一定的作用力而使物体保持稳定平衡状态。

物体内部各个质点之间的这种作用力称为固有内力。

如果作用在物体上的各种外力都被该物体吸收，而并未使物体移动，那么物体内部各质点间位置与相互作用力将会发生变化。

物体内部质点间作用力的改变量称为附加内力。

附加内力是物体内部质点对于所施加外力的反映，它将力图使物体内部质点恢复其固有的位置，阻止物体发生变形。

习惯上，将这种附加内力简称为内力，并与外力对应。

　　应力应力指在外力作用下物体内部产生的内力强度，可以用单位面积上的内力表示。

应力也是一个矢量，其方向与内力的方向一致：

　　ζ=P/A　　　　　　其中，A-物体内部内力分布均匀的某一截面面积；P-作用在截面A上的内力；ζ-作用在截面A上的应力。

如果在这一截面上内力的分布不是很均匀，那么应力是每一微小单元面积上的作用力　　ζ=dP/dA　　　　应力的单位为帕斯卡。

　　在多数情况下，所考虑的截面方向与作用力的方向斜交，那么作用力P可以分解为与截面垂直的分量和与之平行的分量。

与此同时，作用在截面上的应力也可以分解为与截面垂直的应力分量叫做正应力或直应力和与截面平行的应力分量叫做剪应力或切应力，正应力使物体受到压缩或拉伸：

　　ζ＝dPn／dA　　　　剪应力使物体有顺时针或逆时针转动的趋势：

　　η=dPt/dA　　　　　　应力状态三维空间中某一点应力的方向与大小，称为该点的应力状态，点的应力状态是三维的，可以用三维直角坐标系表示。

为简便表示点的应力状态，我们可以考虑作用在一个无限小立方体上的力的效应，立方体三个面的法线分别为x，y和z，那么，可以将作用在立方体六个面上的应力分解为三个基本分量：

　　　　　　对于垂直于x轴的面，有垂直于表面的正应力ζxx和平行于表面的剪应力ηxy和ηxz。

后二者分别平行于其它两个坐标轴y轴和z轴。

对于其它垂直于y轴和z轴方向的面，分别有相应的正应力和剪应力。

综合起来，对于这一无限小立方体，共有九个应力分量作用在三对相互垂直的面上：

　　垂直于x轴的面：

ζxxηxyηxz　　垂直于y轴的面：

ηyxζyyηyz　　垂直于z轴的面：

ηzxηzyζzz　　其中，ζxx，ζyy，和ζzz为正应力，其它六个分量为剪应力。

这六个剪应力分量保持立方体处于平衡状态，因此有：

；ηxy=ηyx；ηyz=ηzy；ηzx=ηxz。

因此，在表示一点的应力状态时，只有六个彼此独立的应力分量。

　　　　图2-1-1物体内无限小立方体上的应力分量　　F