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1、大地构造分析基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教学参考书教学参考书 车自成车自成车自成车自成 大地构造学概论，大地构造学概论，大地构造学概论，大地构造学概论，19871987，陕西科技出版社，陕西科技出版社，陕西科技出版社，陕西科技出版社 黄帮强等黄帮强等黄帮强等黄帮强等 大地构造学基础及中国区域构造概要大地构造学基础及中国区域构造概要大地构造学基础及中国区域构造概要大地构造学基础及中国区域构造概要 地质出版地质出版地质出版地质出版 社社社社 1
2、984 1984 K.C康迪康迪 板块构造与地壳演化板块构造与地壳演化 地质出版社地质出版社 1984 万天丰，万天丰，万天丰，万天丰，2004.2004.中国区域大地构造学，中国区域大地构造学，中国区域大地构造学，中国区域大地构造学，车自成，刘良，罗京海，车自成，刘良，罗京海，车自成，刘良，罗京海，车自成，刘良，罗京海，2002.2002.中国及邻区区域大地构造学中国及邻区区域大地构造学中国及邻区区域大地构造学中国及邻区区域大地构造学.科学出版社科学出版社科学出版社科学出版社.马宗晋等马宗晋等马宗晋等马宗晋等.地球构造与动力学地球构造与动力学地球构造与动力学地球构造与动力学.广东科技出版社广
3、东科技出版社广东科技出版社广东科技出版社.相关文献资料相关文献资料相关文献资料相关文献资料大地构造分析绪论课程总体安排课程总体安排理论与术语体系（基础）理论与术语体系（基础）研究方法（思维）研究方法（思维）基本轮廓基本轮廓需掌握内容需掌握内容基本概念、基本理论、基本方法基本概念、基本理论、基本方法主要岩石圈构造类型基本特征主要岩石圈构造类型基本特征中国主要区域构造单元基本地质特征中国主要区域构造单元基本地质特征教教 学学 内内 容容概概 论论大地构造大地构造分析基分析基础础固体地球的物理性固体地球的物理性质质大地构造分析中的岩石学大地构造分析中的岩石学问题问题传统传统大地构造大地构造学理学理论
4、论造山造山带带与地槽与地槽克拉通与地台克拉通与地台现现代大地构造代大地构造学理学理论论与方法与方法大大陆陆漂移海底漂移海底扩张扩张板板块块构造构造大大陆动陆动力学力学中国大地中国大地构造分析构造分析中国造山中国造山带带克拉通克拉通中国板中国板块块构造构造中国大地构造地貌中国大地构造地貌教学方式教学方式授课与文献查阅紧密结合授课与文献查阅紧密结合典型性与全面性的结合典型性与全面性的结合大地构造分析绪论一一 大地构造学研究的对象和任务大地构造学研究的对象和任务1.来源来源：出自于希腊语：出自于希腊语()（上层）（上层）建筑建筑 Tectonics，Geodynamics 19世纪中叶（世纪中叶（N
5、aumnn.1850）地壳的组成和结构）地壳的组成和结构 20世纪初发展成为地质学中的一门分支学科世纪初发展成为地质学中的一门分支学科 露头尺度区域地质构造大地构造显微构造小构造大构造构造尺度的划分构造尺度的划分特定地区例如龙门山地区 整个岩石圈甚至整个地球镜 下手标本和野外露头大地构造分析绪论一一 大地构造学研究的对象和任务大地构造学研究的对象和任务狭义狭义(传统传统)概念：概念：研究地壳构造发生、发展、演化及研究地壳构造发生、发展、演化及其运动规律的科学。其运动规律的科学。侧重构造特征和构造发展史的研究，以地质历史侧重构造特征和构造发展史的研究，以地质历史分析方法为主，涉及范围限于地壳分析
6、方法为主，涉及范围限于地壳(表面表面)和大陆。和大陆。大地构造分析绪论一、大地构造学研究的对象和任务一、大地构造学研究的对象和任务2.学科特点学科特点（性质）（性质）（1）区域性强）区域性强（2）历史性强）历史性强（3）综合性强）综合性强3.课程性质课程性质：综合性很强的地质专业课，涉及面广：综合性很强的地质专业课，涉及面广（包括基础地质学、地球物理学及相关学科）（包括基础地质学、地球物理学及相关学科）4.概念概念(广义广义)：研究地壳和上地幔：研究地壳和上地幔(岩石圈岩石圈)结构、结构、组成、构造特征及其演化、成因、运动学、动力学组成、构造特征及其演化、成因、运动学、动力学的科学。的科学。大
7、地构造分析绪论一、大地构造学研究的对象和任务一、大地构造学研究的对象和任务4.概念概念(广义广义)：研究地壳和上地幔：研究地壳和上地幔(岩石圈岩石圈)结构、组成、结构、组成、构造特征及其演化、成因、运动学、动力学的科学。构造特征及其演化、成因、运动学、动力学的科学。大地构造学的广义概念摆脱了单纯的构造发展历史分大地构造学的广义概念摆脱了单纯的构造发展历史分析析(狭义狭义)，以地球动力学作为立论基础，研究方法注意，以地球动力学作为立论基础，研究方法注意了地球物理、地球化学和地质学的结合；同时注意了地了地球物理、地球化学和地质学的结合；同时注意了地球动力作用的制约下的构造运动、地质作用的关联性和球
8、动力作用的制约下的构造运动、地质作用的关联性和整体性，研究涉及的范围更广整体性，研究涉及的范围更广(全球全球)、更深、更深(岩石圈岩石圈)大地构造分析绪论一、大地构造学研究的对象和任务一、大地构造学研究的对象和任务理论体系理论体系活动论的理论思想体系活动论的理论思想体系活动论的理论思想体系活动论的理论思想体系新全球构造观新全球构造观新全球构造观新全球构造观大陆动力学思想大陆动力学思想大陆动力学思想大陆动力学思想大地构造分析绪论一、大地构造学研究的对象和任务一、大地构造学研究的对象和任务5.研究对象研究对象：地球表面：地球表面固体岩石圈（构造）的各种固体岩石圈（构造）的各种构造类型、特征；构造类
9、型、特征；(岩石圈构造在时空上差异的壳幔运动造成的结果岩石圈构造在时空上差异的壳幔运动造成的结果)。6.研究内容研究内容：岩石圈各构造单元的沉积建造、岩浆作用、：岩石圈各构造单元的沉积建造、岩浆作用、变形作用、成矿作用、构造作用以及地球化学、地球物变形作用、成矿作用、构造作用以及地球化学、地球物理特征。重塑各构造单元大地构造性质及发展历史；划理特征。重塑各构造单元大地构造性质及发展历史；划分不同岩石圈构造类型。分不同岩石圈构造类型。大地构造分析绪论一、大地构造学研究的对象和任务一、大地构造学研究的对象和任务7.研究意义研究意义：理论意义理论意义阐明一个地区乃至全球构造运动规律、阐明一个地区乃至
10、全球构造运动规律、成因、地球起源与演化，天体演化与成因等。成因、地球起源与演化，天体演化与成因等。实践意义实践意义矿产资源形成及分布规律、地震预报、矿产资源形成及分布规律、地震预报、区域稳定性评价等。区域稳定性评价等。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(一一)历史分析法历史分析法 地质历史分析法（又叫历史构造比较分析法）是地质历史分析法（又叫历史构造比较分析法）是以各种地质、地球物理、地球化学资料为基础，按地以各种地质、地球物理、地球化学资料为基础，按地史发展的顺序，探讨不同阶段大地构造的特点。史发展的顺序，探讨不同阶段大地构造的特点。以地质、地球物理、地球化学等
11、资料为基础以地质、地球物理、地球化学等资料为基础以地质、地球物理、地球化学等资料为基础以地质、地球物理、地球化学等资料为基础以构造运动为指导思想的多学科研究方法以构造运动为指导思想的多学科研究方法以构造运动为指导思想的多学科研究方法以构造运动为指导思想的多学科研究方法不同时期、不同构造单元地质综合对比研究不同时期、不同构造单元地质综合对比研究区域大地构造形成演化过程及动力学探讨区域大地构造形成演化过程及动力学探讨地层系统及其研究地层系统及其研究地层系统时空分布地层系统时空分布地层关系及其地质事件地层关系及其地质事件地层研究地层研究沉积组合、结构构造研究沉积组合、结构构造研究沉积相环境及古地理分
12、布沉积相环境及古地理分布沉积盆地成因分析沉积盆地成因分析沉积作用研究沉积作用研究几何学、运动学研究几何学、运动学研究流变学研究流变学研究构造序列及年代学研究构造序列及年代学研究构造动力学研究构造动力学研究构造作用研究构造作用研究岩浆组合及系列岩浆组合及系列岩浆作用方式及动力岩浆作用方式及动力岩浆作用构造环境岩浆作用构造环境岩浆作用研究岩浆作用研究变质岩组合及关系变质岩组合及关系变质温压及变质温压及PTtPTt轨迹轨迹变质作用及构造背景变质作用及构造背景变质作用研究变质作用研究典型矿床地质地球化学典型矿床地质地球化学矿床成矿系列研究矿床成矿系列研究成矿动力学研究成矿动力学研究成矿作用研究成矿作用
13、研究地质作用研究地质作用研究区域地球化学研究区域地球化学研究不同岩石组合地球化学特征不同岩石组合地球化学特征构造环境示踪信息构造环境示踪信息地球化学研究地球化学研究地球物理场纵横向特征研究地球物理场纵横向特征研究地表及深部结构构造研究地表及深部结构构造研究地球物理研究地球物理研究区域大地构造研究基本方法区域大地构造研究基本方法大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法1.沉积岩相、建造分析沉积岩相、建造分析沉积建造：沉积建造：泛指在一定构造背景条件下，当地壳发展到某泛指在一定构造背景条件下，当地壳发展到某一阶段时所形成的一套具有特定岩相组合的沉积岩系。一阶段时所形成的一套
14、具有特定岩相组合的沉积岩系。地层发育、岩性、岩相、厚度、接触关系以及它们在地层发育、岩性、岩相、厚度、接触关系以及它们在空间和时间的变化，恢复古地理面貌、古气候、隆起、拗空间和时间的变化，恢复古地理面貌、古气候、隆起、拗陷、地壳沉降幅度与速度、构造状况以及演化历史。陷、地壳沉降幅度与速度、构造状况以及演化历史。通过对通过对地层沉积特征地层沉积特征及其演变的研究，推断地层形成的及其演变的研究，推断地层形成的大地构造背景大地构造背景(环境环境)、性质和演化，相应的方法称之为历、性质和演化，相应的方法称之为历史大地构造分析方法，相应的学科称之为历史大地构造学。史大地构造分析方法，相应的学科称之为历史
15、大地构造学。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(一一)历史分析法历史分析法 2 岩浆与岩浆作用岩浆与岩浆作用 岩浆岩浆 是局部形成于地壳深部或上地幔的软流圈，以是局部形成于地壳深部或上地幔的软流圈，以硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融硅酸盐为主要成分的、炽热、粘稠并富含挥发分的熔融体。其实是熔融的硅酸盐岩石。经过岩浆熔融之后，再体。其实是熔融的硅酸盐岩石。经过岩浆熔融之后，再冷凝下来的岩石，都叫做岩浆岩冷凝下来的岩石，都叫做岩浆岩（也称火成岩）。（也称火成岩）。按照硅酸盐中按照硅酸盐中SiO含量的多少，岩浆可分为四种基本含量的多少，岩浆可分为四种基本
16、类型：类型：即酸性岩浆（即酸性岩浆（SiO 65），中性岩浆（），中性岩浆（SiO6552），基性岩浆（），基性岩浆（SiO5245），超基性岩浆），超基性岩浆（SiO 45）。）。酸性岩浆中，由于酸性岩浆中，由于SiO高，硅氧四面高，硅氧四面体链较多，使岩浆粘度（体链较多，使岩浆粘度（）较大，较大，不易于流动不易于流动，常起，常起源于地壳下部。源于地壳下部。基性或超基性岩浆，基性或超基性岩浆，SiO含量低，岩浆含量低，岩浆粘滞度（粘滞度（）则小，岩浆显得则小，岩浆显得易于流动易于流动，常起源于岩石，常起源于岩石圈下部或软流圈。圈下部或软流圈。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构
17、造学研究的方法(一一)历史分析法历史分析法 3.构造变动构造变动(形形)分析分析 从地层接触关系和褶皱、断裂类型，确定从地层接触关系和褶皱、断裂类型，确定构造运动时期、强度、影响范围，划分出大构造运动时期、强度、影响范围，划分出大地构造发展历史，重塑地壳构造运动史。地构造发展历史，重塑地壳构造运动史。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(一一)历史分析法历史分析法 4 变质作用变质作用 变质作用占岩石圈体积大部分。变质变质作用占岩石圈体积大部分。变质作用是指在岩石圈特定的环境中，由于温度、压力或作用是指在岩石圈特定的环境中，由于温度、压力或流体作用的影响，使原岩在基
18、本上为固态条件下，发流体作用的影响，使原岩在基本上为固态条件下，发生物质成分与结构、构造变化。生物质成分与结构、构造变化。由变质作用所形成的由变质作用所形成的新岩石称为变质岩。所谓原岩，可以是三大类岩石中新岩石称为变质岩。所谓原岩，可以是三大类岩石中的任何一种，一旦它们所处的物理、化学环境与原来的任何一种，一旦它们所处的物理、化学环境与原来不同，在一定的温度、压力或流体影响下就可发生变不同，在一定的温度、压力或流体影响下就可发生变质作用。质作用。引起变质作用的因素主要为温度、静岩压力、构造引起变质作用的因素主要为温度、静岩压力、构造应力及各类流体。变质作用的温度范围从应力及各类流体。变质作用的
19、温度范围从150200，直到，直到700900，压力可以从上百兆帕斯卡到上千，压力可以从上百兆帕斯卡到上千兆帕斯卡，流体以兆帕斯卡，流体以HO与与CO为主，溶解了许多易为主，溶解了许多易挥发的物质及挥发的物质及SiO等许多矿物质。等许多矿物质。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(一一)历史分析法历史分析法 5.成矿作用分析成矿作用分析 从矿产类型和特征、成矿时期、围岩类型以及空间从矿产类型和特征、成矿时期、围岩类型以及空间等分析，确定成矿作用与各种地质作用的关系及其大等分析，确定成矿作用与各种地质作用的关系及其大地构造背景。地构造背景。6.地球物理探测资料分析地球
20、物理探测资料分析 地壳与上地慢的重力、磁力和热流，震源分布和电地壳与上地慢的重力、磁力和热流，震源分布和电导率的变化。导率的变化。7.地球化学资料分析地球化学资料分析 研究不同地区地壳与上地慢各种化学元素、同位素研究不同地区地壳与上地慢各种化学元素、同位素的时空变化同地壳与上地慢对比等。的时空变化同地壳与上地慢对比等。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(二二).力学分析法力学分析法 地质力学地质力学:70年代以来，研究地壳伸长、缩短和大型平移中，年代以来，研究地壳伸长、缩短和大型平移中，应用矿物的构造效应、晶格位错和构造应力场及有关应用矿物的构造效应、晶格位错和构
21、造应力场及有关实验模拟等。研究运动学和动力学的重要辅助手段。实验模拟等。研究运动学和动力学的重要辅助手段。地球自转速率变化推动全球构造运动的可能性（王地球自转速率变化推动全球构造运动的可能性（王仁，何国琦，王永法，国际交流地质学术论文集，地仁，何国琦，王永法，国际交流地质学术论文集，地质出版社，质出版社，1980年年5月月）王仁等进行轴对称计算，认为粘性应力（涉及到王仁等进行轴对称计算，认为粘性应力（涉及到粘度系数）松弛后，应力数量级为粘度系数）松弛后，应力数量级为100kg/cm，仍能推，仍能推动地壳运动。动地壳运动。大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(三三).
22、地球物理方法地球物理方法1.地震法地震法2.重力法重力法3.磁法磁法4.电法电法 5.热流法热流法 大地构造分析绪论二、大地构造学研究的方法二、大地构造学研究的方法(四四).大地构造研究中的其它方法大地构造研究中的其它方法1.遥感遥测遥感遥测2.高温高压试验高温高压试验3.数理统计和电算数理统计和电算4.深海钻探深海钻探5.行星类比行星类比大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向(五五).大地构造的研究动向大地构造的研究动向 国际地科联、国际大地测量协会和地球物理联合会国际地科联、国际大地测量协会和地球物理联合会（1959年）开展了三个计划：年）开展了三个计划：1.1959
23、1969 地球物理年地球物理年 2.19601970 国际上地幔计划国际上地幔计划 3.19701979 国际地球动力学计划国际地球动力学计划 板块学说就是国际间协作的显著成果。板块学说就是国际间协作的显著成果。岩石圈计划是国际地科联、国际大地测量协会和地岩石圈计划是国际地科联、国际大地测量协会和地球物理联合会（球物理联合会（19801989年）开展的第四个计划。年）开展的第四个计划。青藏高原和雅鲁藏布江缝合带，中国东部滨太平洋青藏高原和雅鲁藏布江缝合带，中国东部滨太平洋构造和古亚洲断裂构造等方面，是板块构造解释的关构造和古亚洲断裂构造等方面，是板块构造解释的关键所在。键所在。大地构造分析绪论
24、三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向(五五).大地构造的研究动向大地构造的研究动向1.深部物理性质研究深部物理性质研究深部物质组成及运动、深部物质组成及运动、全球构造动力来源全球构造动力来源2.深部构造及构造性质研究深部构造及构造性质研究深部断裂、性质深部断裂、性质3.大陆动力学研究大陆动力学研究大陆内部造山带及动力来大陆内部造山带及动力来源研究源研究大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向4.超越板块构造超越板块构造（Beyond Plate Tectonics）大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向超越板块构造产生背景超越板块构造产生背景超
25、越板块构造产生背景超越板块构造产生背景(1)(1)对大陆地质的研究，大批的高精度定量数据对大陆地质的研究，大批的高精度定量数据对大陆地质的研究，大批的高精度定量数据对大陆地质的研究，大批的高精度定量数据的涌现和相关理念的长足进步，例如：的涌现和相关理念的长足进步，例如：的涌现和相关理念的长足进步，例如：的涌现和相关理念的长足进步，例如：地表位移地表位移地表位移地表位移：以全球定位系统：以全球定位系统：以全球定位系统：以全球定位系统(GPS)(GPS)和合成孔和合成孔和合成孔和合成孔径干涉雷达径干涉雷达径干涉雷达径干涉雷达(InSAR)(InSAR)为手段的大地测量技术为手段的大地测量技术为手段
26、的大地测量技术为手段的大地测量技术 深部结构深部结构深部结构深部结构：地震层析技术：地震层析技术：地震层析技术：地震层析技术 时间约束时间约束时间约束时间约束：精确的热年代学测年技术和宇宙成：精确的热年代学测年技术和宇宙成：精确的热年代学测年技术和宇宙成：精确的热年代学测年技术和宇宙成因同位素测年技术等。因同位素测年技术等。因同位素测年技术等。因同位素测年技术等。大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向超越板块构造产生背景超越板块构造产生背景超越板块构造产生背景超越板块构造产生背景(2)(2)作为地质科学带头学科的大地构造学面临着新的作为地质科学带头学科的大地构造学面临着新
27、的作为地质科学带头学科的大地构造学面临着新的作为地质科学带头学科的大地构造学面临着新的发展机遇，出现一些新的学科生长点：发展机遇，出现一些新的学科生长点：发展机遇，出现一些新的学科生长点：发展机遇，出现一些新的学科生长点：大陆地质构造理论的创新大陆地质构造理论的创新大陆地质构造理论的创新大陆地质构造理论的创新(涉及造山带形成的深部涉及造山带形成的深部涉及造山带形成的深部涉及造山带形成的深部机制，力学过程，地壳和岩石圈地幔结构等机制，力学过程，地壳和岩石圈地幔结构等机制，力学过程，地壳和岩石圈地幔结构等机制，力学过程，地壳和岩石圈地幔结构等)大地构造与人类居住环境关系大地构造与人类居住环境关系大
28、地构造与人类居住环境关系大地构造与人类居住环境关系(比如，构造与气候比如，构造与气候比如，构造与气候比如，构造与气候以及地球表面过程相互作用关系以及地球表面过程相互作用关系以及地球表面过程相互作用关系以及地球表面过程相互作用关系)的研究的研究的研究的研究 大地构造演化对生物演进的制约研究大地构造演化对生物演进的制约研究大地构造演化对生物演进的制约研究大地构造演化对生物演进的制约研究 地震发生与长期岩石圈构造变形的关系研究等地震发生与长期岩石圈构造变形的关系研究等地震发生与长期岩石圈构造变形的关系研究等地震发生与长期岩石圈构造变形的关系研究等.大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学
29、发展动向(3)大陆地质研究的深入对传统板块构造理论在解释大陆地质研究的深入对传统板块构造理论在解释大陆地质方面提出质疑和挑战。比如：大陆地质方面提出质疑和挑战。比如：两个大陆间的大洋板块俯冲消减之后两个大陆间的大洋板块俯冲消减之后,两相碰撞的两相碰撞的大陆块体的地壳部分和其深部会采取什么方式继续造大陆块体的地壳部分和其深部会采取什么方式继续造山活动山活动 深部过程和拆沉与底侵作用在大陆造山过程中的效深部过程和拆沉与底侵作用在大陆造山过程中的效应应 大陆中、下地壳的相对强度大陆中、下地壳的相对强度 大陆变形所采取的力学方式及物理化学机制大陆变形所采取的力学方式及物理化学机制超越板块构造产生背景超
30、越板块构造产生背景超越板块构造产生背景超越板块构造产生背景大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向 因此，美国的一批构造地质学家和大地构造学家因此，美国的一批构造地质学家和大地构造学家根据地球科学发展的潮流，于根据地球科学发展的潮流，于2002 年年9 月在美国科罗月在美国科罗拉多州丹佛市召开了题为拉多州丹佛市召开了题为“构造地质学和大地构造学构造地质学和大地构造学的新航程的新航程(New departures in structural geology and tectonics)”的构造研讨会。在此次研讨会中。美国构的构造研讨会。在此次研讨会中。美国构造地质学家和大地构
31、造学家在相继提出大陆动力学和造地质学家和大地构造学家在相继提出大陆动力学和21世纪地质科学基础研究的机遇等基础上。世纪地质科学基础研究的机遇等基础上。首次明首次明确指出板块构造理论模式不适合于大陆地质。并提出确指出板块构造理论模式不适合于大陆地质。并提出超越板块构造（超越板块构造（Beyond Plate Tectonics）概念。）概念。大地构造分析绪论三、大地构造学发展动向三、大地构造学发展动向提出当代大地构造学所面临的提出当代大地构造学所面临的4 个重大课题个重大课题（超越板块构造研究的方向）（超越板块构造研究的方向）(1)板块构造板块构造:流变学与大陆造山作用流变学与大陆造山作用;(2
32、)丢失的联结丢失的联结:从地震到造山作用从地震到造山作用;(3)大地构造、气候和地表系统的动态相互作大地构造、气候和地表系统的动态相互作用用;(4)地球和生命的协同演化地球和生命的协同演化大地构造基础固体地球的物理性质 固体地球的物理性质固体地球的物理性质（形状、大小、密度、（形状、大小、密度、压力、温度、放射性、磁性、电性、弹塑性等）压力、温度、放射性、磁性、电性、弹塑性等）一、地球的弹塑性一、地球的弹塑性地震地震1.弹塑性的表现弹塑性的表现 弹性表现：传播地震波；固体潮弹性表现：传播地震波；固体潮 塑性表现：旋转椭球；褶皱等塑性表现：旋转椭球；褶皱等一、地球的弹塑性一、地球的弹塑性地震地震
33、2.地震波类型地震波类型 纵波（纵波（P）体波体波 横波（横波（S）剪切波）剪切波(水平垂直水平垂直)地震波地震波(弹性弹性)驻波驻波(自由震荡自由震荡)面波面波(体波折射派生的分界面或表面体波折射派生的分界面或表面 传播的波传播的波)波速与密度和弹性关系：波速与密度和弹性关系：Vp（k4/3）/；Vs/（：密度，：密度，k：体变模数，：体变模数，：切变模数）：切变模数）大地构造基础固体地球的物理性质 大地构造基础固体地球的物理性质 一、地球的弹塑性一、地球的弹塑性地震地震3.地球的主要分层地球的主要分层1)按地震波速度和速度梯度变化按地震波速度和速度梯度变化 地壳地壳 地幔（上地幔、过渡带、
34、下地幔）地幔（上地幔、过渡带、下地幔）地核（外核、过渡层、内核）地核（外核、过渡层、内核）2)按地震波速度反映的物质状态按地震波速度反映的物质状态 岩石圈、软流圈、中间圈岩石圈、软流圈、中间圈康拉德界面康拉德界面莫霍面（莫霍面（Moho）地球分层结地球分层结构及岩石圈构及岩石圈分层性分层性大地构造基础固体地球的物理性质 一、地球的弹塑性一、地球的弹塑性地震地震3.地球的主要分层地球的主要分层大地构造基础固体地球的物理性质 一、地球的弹塑性一、地球的弹塑性地震地震4.岩石圈的主要性质岩石圈的主要性质地壳上地幔的刚性顶盖，脆性固体的强硬外壳，地壳上地幔的刚性顶盖，脆性固体的强硬外壳，由结晶岩石组成
35、，厚由结晶岩石组成，厚50150km，大陆地盾（克拉，大陆地盾（克拉通）区厚通）区厚110150km；大洋中厚；大洋中厚2080km，洋中，洋中脊仅脊仅2030km，地球的主要变形圈层，地球的主要变形圈层构造圈。构造圈。对岩石圈含义的不同理解对岩石圈含义的不同理解力学的岩石圈 弹性或绕曲的岩石圈，相对刚性，可以在塑性的软流圈上发生漂移。热学的岩石圈 支撑一个热传导梯度的地球的冷外层，计算厚度约100km地震波的岩石圈大地构造基础固体地球的物理性质 地震波的岩石圈 地震发生或人工爆炸时，能量就会以弹性波的形式向各个方向传播，并通过折射和反射先后到达地面接收点。由于地震波传播速度取决于地球介质的弹
36、性和密度，接收点所获得的不同波速就反映了地球内部介质的性质和组成，因此地球内部的分层（壳、幔、核及岩石圈等）就是这样确定的。当地球内部的物质组成和性质发生突然变化时，地震波就表现出突变和不连续性，构成不连续面（震波间断）。岩石圈底界就是一个地震波不连续面，其下波速降低低速层，或者称之为软流圈。界面深度在年轻大洋下不到45km，大陆下约为150km。大地构造基础固体地球的物理性质 大地构造基础固体地球的物理性质 二、地壳的结构类型二、地壳的结构类型依据厚度、结构和组成（成分）的差异划分三类依据厚度、结构和组成（成分）的差异划分三类1.大陆型地壳大陆型地壳（具有双层结构）（具有双层结构）平均厚度：
37、平均厚度：3050km，最厚，最厚70km 双层结构：上层双层结构：上层1020km，Vp5.56.4km/s，硅铝（花岗质，硅铝（花岗质，SiO269）康拉德面康拉德面 下层下层1525km，Vp6.57.2km/s，硅镁（玄武质，硅镁（玄武质，SiO253）安山质安山质SiO25369 大地构造基础固体地球的物理性质 二、地壳的结构类型二、地壳的结构类型2.大洋型地壳大洋型地壳（缺乏硅铝层，几乎全为硅镁层）（缺乏硅铝层，几乎全为硅镁层）厚度厚度515 km，成分为硅镁质，成分为硅镁质 结构：上层：结构：上层：01km，Vp22.2 km/s，未固结沉积层未固结沉积层 中层：中层：02.0k
38、m，Vp4.55.5km/s，玄武质层玄武质层 下层：下层：Vp6.57.7km/s，橄辉质层橄辉质层玄武质层玄武质层SiO253）大地构造基础固体地球的物理性质 二、地壳的结构类型二、地壳的结构类型3.过渡性地壳过渡性地壳（大陆（大陆/大洋之间过渡类型）大洋之间过渡类型）（1）次大陆型（大西洋型）指被动大陆边缘，大陆）次大陆型（大西洋型）指被动大陆边缘，大陆/大洋地壳呈过渡，硅铝层呈楔型尖灭大洋地壳呈过渡，硅铝层呈楔型尖灭（2）次大洋型（太平洋型）指活动大陆边缘，大陆）次大洋型（太平洋型）指活动大陆边缘，大陆/大洋地壳呈叠覆大洋地壳呈叠覆 边缘海：平均厚边缘海：平均厚1015km，具地堑、地
39、垒结构，沉积，具地堑、地垒结构，沉积层薄层薄 岛弧：岛弧：535km，火山岩层堆积于大洋地壳之上（千，火山岩层堆积于大洋地壳之上（千岛群岛），但大多数有大陆地壳结构（日本岛）岛群岛），但大多数有大陆地壳结构（日本岛）内陆海：内陆海：1525km，有较厚的沉积物，属下沉了的大，有较厚的沉积物，属下沉了的大陆壳陆壳地壳地幔典型大陆和大洋区岩石圈的特征对比典型大陆和大洋区岩石圈的特征对比(岩浆活动与天然超深钻直接取样岩浆活动与天然超深钻直接取样)大陆克拉通区大陆克拉通区岩石圈厚度大岩石圈厚度大地壳年龄老地壳年龄老金伯利岩活动金伯利岩活动VS.大洋区大洋区岩石圈厚度小岩石圈厚度小洋壳年龄新洋壳年龄新玄
40、武岩浆喷发玄武岩浆喷发大陆岩石圈构造研究中几个需要思考的方面大陆岩石圈构造研究中几个需要思考的方面(一一)大陆板块与大洋板块的物性差异大陆板块与大洋板块的物性差异1.1.大洋岩石圈板块呈刚性特征大洋岩石圈板块呈刚性特征,而大陆岩石圈具有非刚而大陆岩石圈具有非刚性特征性特征,相对于大洋岩石圈板块相对于大洋岩石圈板块,大陆岩石圈板块在强大陆岩石圈板块在强度上要软弱一些度上要软弱一些.2.2.相对大洋板块而言相对大洋板块而言,大陆岩石圈的组成和物性变化很大陆岩石圈的组成和物性变化很大大,不像大洋板块具有上述物质组成的相对均一性不像大洋板块具有上述物质组成的相对均一性,大大陆岩石圈的组成缺乏一个共同的
41、成因方式陆岩石圈的组成缺乏一个共同的成因方式.大陆岩石圈大陆岩石圈的组成上部是由非均一成分和具有复杂构造和热演化史的组成上部是由非均一成分和具有复杂构造和热演化史的不同块体拼合而成的不同块体拼合而成,因而它们具有不同的强度因而它们具有不同的强度.大陆大陆下地壳的性质因地而异下地壳的性质因地而异,不同的性质造成了复杂多样的效不同的性质造成了复杂多样的效应与结果。应与结果。大地构造基础固体地球的物理性质 大陆岩石圈构造研究中几个需要思考的方面大陆岩石圈构造研究中几个需要思考的方面(二二)大陆下地壳与地幔的相对强度大陆下地壳与地幔的相对强度目前目前,地壳和地幔的强度对岩石圈性质所作的贡献的地壳和地幔
42、的强度对岩石圈性质所作的贡献的相对大小仍不清楚相对大小仍不清楚.软弱的和富含流体的下地壳的想软弱的和富含流体的下地壳的想法在过去法在过去15 15 年间主导了大陆构造研究年间主导了大陆构造研究.即大陆岩石圈即大陆岩石圈的的“三明治三明治”或或“五明治五明治”结构。然而结构。然而,现在新的研现在新的研究认为大陆岩石圈是由软弱的中地壳和强的下地壳究认为大陆岩石圈是由软弱的中地壳和强的下地壳组成组成,并且下地壳的强度可能超过其下伏的地幔。这并且下地壳的强度可能超过其下伏的地幔。这些论点是基于由地震分布和地形负载的弹性厚度作些论点是基于由地震分布和地形负载的弹性厚度作出的推断。因为缺乏其他佐证，这样的
43、推断是间接出的推断。因为缺乏其他佐证，这样的推断是间接的并具有假定性。的并具有假定性。大地构造基础固体地球的物理性质 大陆构造研究中几个需要思考的方面大陆构造研究中几个需要思考的方面（三）大陆变形的流变学特点（三）大陆变形的流变学特点由于大陆与大洋板块力学性质的差异由于大陆与大洋板块力学性质的差异,导致了它们构造变形导致了它们构造变形的不同的不同.大洋板块表现了在俯冲带的相对单一的消减作用大洋板块表现了在俯冲带的相对单一的消减作用,采取的主要是刚性的变形方式采取的主要是刚性的变形方式.而大陆的非刚性特点而大陆的非刚性特点,造成造成了宽广的大陆造山带内广布式变形和内部构造了宽广的大陆造山带内广布
44、式变形和内部构造,主要表现为主要表现为流变学行为与方式流变学行为与方式.除了考虑介质材料的力学性质之外除了考虑介质材料的力学性质之外,流流变学研究将时间因素引入变形力学变学研究将时间因素引入变形力学.从广义上讲从广义上讲,流变学包含流变学包含了所有随时间变化的变形力学了所有随时间变化的变形力学.而流变学行为即是在时间因而流变学行为即是在时间因素起作用的条件下的变形方式素起作用的条件下的变形方式.在应力保持不变的的条件下在应力保持不变的的条件下,变形强度随时间增强变形强度随时间增强.这一变形的力学方式是大陆与大洋板这一变形的力学方式是大陆与大洋板块变形的最大不同。块变形的最大不同。近期研究已经揭
45、示近期研究已经揭示,造山带的深部结构整体上往往呈双向俯造山带的深部结构整体上往往呈双向俯冲构造扇形。冲构造扇形。大地构造基础固体地球的物理性质 两种可能模型：两种可能模型：1 1、大陆地幔岩石圈相对强硬、大陆地幔岩石圈相对强硬,因此因此它以板块形式消减它以板块形式消减,而软弱的、而软弱的、具浮力的地壳被遗留在后形成加具浮力的地壳被遗留在后形成加厚的造山带厚的造山带2 2、大陆地幔岩石圈软弱，行为更、大陆地幔岩石圈软弱，行为更像流体像流体.地幔回流可能卷入了一地幔回流可能卷入了一个稳定的对称或非对称的下降流个稳定的对称或非对称的下降流,或者幕次式的水滴状回流。或者幕次式的水滴状回流。陆陆陆碰撞的
46、不同地幔回流方式的陆碰撞的不同地幔回流方式的数字模型数字模型(a)(a)大陆岩石圈地幔以板块方式俯冲大陆岩石圈地幔以板块方式俯冲消减消减;(b)(b)具有幕次式的水滴状脉动的对称具有幕次式的水滴状脉动的对称回流回流.（四）大陆岩石圈变形中的流体作用（四）大陆岩石圈变形中的流体作用大陆变形中的流体作用值得重视大陆变形中的流体作用值得重视,因为大陆岩石圈与流体和因为大陆岩石圈与流体和熔体的相互作用可以大大改变其流变学结构熔体的相互作用可以大大改变其流变学结构,而我们对流体而我们对流体存在的效应和作用过程还知之甚少存在的效应和作用过程还知之甚少.最近最近,人们已经认识到人们已经认识到橄榄石中微量含水
47、组分对改变大洋岩石圈流变学行为的重要橄榄石中微量含水组分对改变大洋岩石圈流变学行为的重要性性.在裂谷环境中熔体里水的析出导致了大洋岩石圈强度的在裂谷环境中熔体里水的析出导致了大洋岩石圈强度的显著增强显著增强.根据美国根据美国2001 2001 年年“地球科学基础研究的机遇地球科学基础研究的机遇”的研究的研究,即即使流体含量很小使流体含量很小,但它在任何深度的地壳作用过程中都有较但它在任何深度的地壳作用过程中都有较大的影响大的影响.极少量的水都会对岩石的延展性和摩擦力产生作极少量的水都会对岩石的延展性和摩擦力产生作用用.有关研究认为发育完整的走滑断裂有关研究认为发育完整的走滑断裂(如圣安德列斯断
48、裂如圣安德列斯断裂)的内部各带要比典型的地壳岩石软得多的内部各带要比典型的地壳岩石软得多,而断裂带内流体压而断裂带内流体压力的增大是这种软弱性的可能原因力的增大是这种软弱性的可能原因.另外另外,脆脆-韧性过渡变形韧性过渡变形似乎与断裂作用中的流体作用密切相关似乎与断裂作用中的流体作用密切相关,这种关系体现在影这种关系体现在影响断层和寄主岩石的正负膨胀变形机制上响断层和寄主岩石的正负膨胀变形机制上.颗粒粒度减小和颗粒粒度减小和岩石与断层泥的混合改变了断层寄主系统的渗透性岩石与断层泥的混合改变了断层寄主系统的渗透性.流体迁流体迁移影响颗粒接触部位的溶解、运移和胶结物的沉淀移影响颗粒接触部位的溶解、
49、运移和胶结物的沉淀.(四四)大陆岩石圈变形中的流体作用大陆岩石圈变形中的流体作用 大陆变形中的流体作用值得重视大陆变形中的流体作用值得重视,因为大陆岩石圈因为大陆岩石圈与流体和熔体的相互作用可以大大改变其流变学结与流体和熔体的相互作用可以大大改变其流变学结构构,而我们对流体存在的效应和作用过程还知之甚而我们对流体存在的效应和作用过程还知之甚少少.最近最近,人们已经认识到橄榄石中微量含水组分人们已经认识到橄榄石中微量含水组分对改变大洋岩石圈流变学行为的重要性对改变大洋岩石圈流变学行为的重要性.在裂谷环在裂谷环境中熔体里水的析出导致了大洋岩石圈强度的显著境中熔体里水的析出导致了大洋岩石圈强度的显著
50、增强增强.大地构造基础固体地球的物理性质(四四)大陆岩石圈变形中的流体作用大陆岩石圈变形中的流体作用根据美国根据美国2001 2001 年年“地球科学基础研究的机遇地球科学基础研究的机遇”的研究的研究,即使即使流体含量很小流体含量很小,但它在任何深度的地壳作用过程中都有较大但它在任何深度的地壳作用过程中都有较大的影响的影响.极少量的水都会对岩石的延展性和摩擦力产生作用极少量的水都会对岩石的延展性和摩擦力产生作用.有关研究认为发育完整的走滑断裂有关研究认为发育完整的走滑断裂(如圣安德列斯断裂如圣安德列斯断裂)的内的内部各带要比典型的地壳岩石软得多部各带要比典型的地壳岩石软得多,而断裂带内流体压力