岩石圈与地质构造.ppt
第三章 岩石圈与地质构造,第一节 岩石圈的组成与结构,（一）化学组成 地壳中已经发现90多种化学元素，以O，Si，Al，Fe，Ca，Na，K，Mg等8种主要元素占98%以上，其它元素占12%对于整个岩石圈的原子组成来说，氧占60.4%，硅占20.5%，铝占6.2%，氢占2.9%，钠占2.49%，铁、钙、镁、钾分别占1.9%、1.88%、1.77%和1.37%，其它元素含量都小于1%。元素在地壳中的平均重量百分比称为克拉克值，也叫元素丰度。地壳元素丰度，是根据各种岩石的化学成分用加权平均法求得的。,元素在地壳中的平均重量百分比称为克拉克值，也叫元素丰度。地壳元素丰度，是根据各种岩石的化学成分用加权平均法求得的。,地壳元素丰度是重要的地球化学基础数据，它标志地壳做为一个地球化学系统，其化学成分的总特征，决定了地壳中发生的各种地球化学作用的背景，也提供了一个衡量元素集中、分散变化程度的标尺。这对研究地壳物质循环、资源开发、环境保护、地方病等地理背景极为重要。,（二）矿物组成 矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部结构，可以用化学式表示。它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。,目前已知的矿物约有3000种左右，绝大多数是固态无机物，其中最常见的只有五六十种，至于构成岩石主要成分的不过二三十种。组成岩石主要成分的矿物，称为造岩矿物，它们共占地壳重量的99%。其中最重要的有7种造岩矿物：石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石。甚至可以说，整个地壳几乎就是由上述7种矿物组成的,石英,长石,云母,角闪石,辉石,橄榄石,方解石,矿物在地壳中一定地段高度富集，并形成当前条件下可开采和利用程度的集合体就是矿床。矿床是地质作用的产物，但又与一般的岩石不同，它具有经济价值。矿床的概念随经济技术的发展而变化。矿床中，单位体积或单位重量矿石所含有的有用组分或有用矿物的含量，称为矿石品位。一般以重量百分比表示（如铁、铜、铅、锌等矿），有的用gt表示（如金、银等矿），有的用gm3表示（如砂金矿等），有的用gl表示（如碘、溴等化工原料矿产）。矿产品位是衡量矿床经济价值的主要指标。,（三）岩石组成 岩石是在各种地质作用下，按照一定方式结合而成的矿物集合体，是构成地壳及地幔的主要物质成分。岩石不同于矿物，它是一种混合物，无固定的化学、物理性质，不能用化学式表示。,根据成因，岩石一般被划分为火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质岩三类。如果根据变质母岩的性质，把变质岩归属于沉积岩和火成岩，则在整个地壳的岩石组成中，火成岩占95%，沉积岩只占5%。但是，沉积岩却覆盖了整个地球表面的75%，火成岩只覆盖了25%。,由于岩浆岩多数是在地下深处由岩浆冷凝而成，故多分布于地壳深处；沉积岩是在近地表和地表形成的，在地壳最外层呈厚薄不均的不连续分布；变质岩则主要分布于地壳运动剧烈的地带或岩浆岩体周围。由于成因不同，三大类岩石的产状也不相同，岩浆岩多呈块状、脉状；沉积岩多呈层状；变质岩介于两者之间，既有层状或似层状的，也有呈块状的。在地质野外考察中，主要通过对岩石的矿物成分，结构，构造特点的分析，以及对岩石产状的宏观了解确定岩石分类。,岩石圈空间结构及差异,（一）厚度不均和垂直分层是地壳的基本特性,图3.1 地壳的分层结构示意图,地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性，构成了地壳总的特征，这种特征常导致地壳物质的重新分配和调整，以便达到新的平衡，这是引起地壳运动的因素之一。,（二）板块划分,图3.2 岩石圈板块划分及其运动,图3.4 洋中脊的转换断层,第二节 岩石圈运动及地壳物质循环,岩石圈的运动水平运动垂直运动,二.岩石圈运动的表现（一）地层厚度、产状与接触关系,图3.5 岩层的走向、倾向和倾角,走向：岩层层面与假想水平面交线的方位角，表示岩层在空间的水平延伸方向。可由两个相差180的方位角来表示，如NE30与SW210。走向与倾向相差90。倾向：垂直于走向，顺倾斜面向下引出一条直线，此直线在水平面的投影的方位角，称岩层的倾向。表示岩层在空间的倾斜方向。倾角；岩层层面与水平面所夹的锐角，即为岩层的倾角。它表示岩层在空间倾斜角度的大小。岩层产状有两种表示方法：一种是方位角表示法。一般记录倾向和倾角，如SW20565,即倾向为南西205，倾角65。根据走向与倾向相差90的关系，其走向为NW295或SE115。另一种为象限角表示法。一般测记走向、倾向和倾角，如N65W/25SW，即走向为北偏西65，倾角为25，向南西倾斜。,图 3.6 地层接触关系,在研究地层接触关系时不能只从几何关系考虑，要结合沉积中断时限的长短，有无陆上剥蚀，影响范围的大小和上下地层构造条件变化等，加以具体分析研究，才能得出正确的结论。,（二）岩相变化 反映沉积环境的岩性、结构、构造、化石及其组合特征叫做岩相。岩相一般可以划分为海相、陆相和海陆过渡相。（三）地质构造,图3.7 背斜和向斜,（a）直立褶皱（b）倾斜褶皱（c）倒转褶皱（d）平卧褶皱（e）翻卷褶皱图3.8 按褶皱的轴面产状分类,节理,图3.10 地堑和地垒示意图,（四）岩浆活动和地震,图3.11 地震示意图,第三节 地质构造的地图识别,地质构造用地质图来表示。就是将沉积岩层、火成岩体、地质构造等的形成时代和相关等各种地质体、地质现象，用一定图例表示在某种比例尺地形图上的一种图件，是表示地壳表层岩相、岩性、地层年代、地质构造、岩浆活动、矿产分布等的地图的总称。地质图主要表现的内容为地质现象在地球表面的投影，根据地层投影特点及其相互关系，我们可以获得地质构造的原始状态。,（一）地层产状在地质地形图上的表现及识别 岩层根据产状可以划分为水平构造、直立构造、倾斜构造三类。不同的构造类型，岩层出露界线与地形等高线之间形成不同的关系，这是地质地形图上识别地层产状的重要标志,图3.13 岩层产状在地质图上的表现,用构造图求地层倾角采用作图与计算相结合的方法。构造等高线延伸的方向表示地层的走向，垂直走向方向作任意两条（也可是相邻多条）等高线间的垂线AB，过B点作垂线BC，并按比例取线段BC等于A、B两点的高程差，连接AC，CAB（）即为地层的倾角。式中 A、B两点的图上距离；A、B两点高程差在图上的距离；表示地层倾角。,水平岩层,图3.14 水平岩层的出露线与等高线的关系,直立岩层,图3.15 直立岩层的出露线与等高线的关系,在地质图上判读褶皱构造时，首先要垂直地层走向(顺倾向或背倾向)进行追索，注意沿途地层出露的新老关系。若地层依次对称出现时，即表示区内有褶皱存在，当较新的地层两侧依次出现较老地层时为向斜构造；相反，在较老地层两侧依次出现较新地层时为背斜构造。向斜构造中的最新地层分布区为向斜核部，背斜构造中的最老地层分布区为背斜核部，核部两则的其余部分为褶曲(背斜或向斜)的翼部。,（二）褶曲在普通地质图上的表现与识别,图3.17 某地普通地质图（褶皱),如图3.17可见，在图面不同深度灰色表示的区域，相同灰度表示相同的岩层，虽然受断裂的影响，但岩层分布表现出比较明显的规律性重复，且呈对称分布，岩层折转明显，可依此确定，该区域就是一组褶皱。褶曲轴部和枢纽（岩层弯曲最大的部位）表示完整，说明是倾伏褶皱，即褶皱的轴与地表面呈斜交关系。再根据岩层新老顺序，可以发现，该褶皱两翼为老岩层，轴部是新岩层，即，该褶皱是向斜。,（三）断层在地质图上的表现及识别,图3.18所示，断层为横断层，断层面倾角根据计算岩层产状相同的过程，箭头ab即为断层的倾向线，bac即为倾角，用量角器量取。那么，可以看出，该断层的西北盘为上盘，东南盘为下盘。根据岩层年龄，S为最老岩层，D岩层次之，C岩层为较新岩层，而下盘老岩层出现在海拔较高的地方，说明下盘上升了。因此，可以判断，该断层上盘相对下降，下盘相对上升，故为正断层。,（四）岩层接触关系的识别,第四节 地质构造遥感图像目视解译的一般标志及规律,构造解译基本原则 结合所研究构造形迹的规模，收集相应比例尺的遥感资料；多波段、多时相、不同种类遥感资料的对比分析；应用各种地学资料进行综合分析；遵循构造地质学原理和基本理论，从构造总体轮廓、区域构造格架入手，分析具有代表性的单个构造，或分区、分构造层进行解译，最后，分析各构造形迹间的组合关系和分布规律，总结区域构造特征。,（一）岩性的判读,岩浆岩的侵入岩体呈较规则的团块状，其影像外形多为圆形、椭圆形、环形、透镜状、不规则块状和脉状等，熔岩面上还可见到绳状流动构造和纵向、横向冷却裂沟。沉积岩的主要构造特点是成层性，其影像图案多为不同色调的条带状。变质岩中的正变质岩（岩浆岩变质而成），常保留岩浆岩的团块状特征；而副变质岩（沉积岩变质而成），却又保留了沉积岩的条带状特征。这些形状的差异十分明显，因此，可作为识别岩性的主要标志。,图3.19 岩浆岩、沉积岩、变质岩影像图,花岗岩影像,（二）岩层产状解译,水平岩层 水平产状的岩层层面界线与该处地形等高线平行或重合。水平产状的岩层在地貌上常常构成方山、桌状山。如果被开垦利用，常呈套环状梯田。未受切割或切割不深区，图像上只见同一岩层顶面，因此色调均匀，地形、水系、植被相近；受强烈切割区，其地貌一般为桌状山、方山、峡谷、阶梯状山坡，形成类似等高线状的封闭花纹环带状、贝壳状、玛瑙状纹形、浑圆状、姜块状、脑纹状半弧形花边状图案，周围植被的生长与岩层一致，呈环带状分布，单个岩层三角面的各点高度相同，孤立残山由露头线组成封闭圆形或椭圆形。,直立岩层 遥感图像上的特征是不同色调或微地貌组成平行的直线状或弧线状条带，这些条带不受地形起伏的影响，可以穿越沟谷、山系，沿着它自身的走向延伸。坚硬的直立岩层常形成两坡对称的平直的山脊或脊垅状地形；而软弱岩层则形成平直的槽沟洼地，两者组合成“肋状”地形。直立岩层可以直接根据其出露宽度确定其厚度。,倾斜岩层与单斜构造 倾斜岩层的解译标志是：地质界线与地形等高线相交，并受地形因素的影响而发生弯曲转折，或通过山脊沟谷等不同地形，出现不同形态岩层三角面。地面水平或未被侵蚀切割:岩层露头线影像直线状条带地面遭侵蚀切割:影像连续折线、半弧形色调或微地貌条带,岩层三角面不管大小都是良好的产状解译标志软岩层互层岩层三角面不清晰，软硬岩层互层岩层三角面清晰；水系沿岩层走向发育可将某些硬岩层层面剥露出来，形成特殊意义的宏规模岩层三角面；在图像上判断量测岩层产状，首先将图像定向。,（三）地层接触关系判读,地层角度不整合接触关系最主要的解译标志，是两套产状不同的地层相接触。地层角度不整合接触关系的另一个解译标志，是两套褶皱轴线、褶皱类型不同的地层或断裂构造发育强度方向不同的地层相接触。两套变质程度不同的地层、岩层或变质与未变质岩两套岩层的接触，也是不整合的一种解译标志。岩脉、侵入体或断裂被上伏地层所交切、掩盖，同样也是一个角度不整合接触关系的解译标志。,图3.21 岩层角度不整合影像图,（四）褶皱判译,褶皱构造，在遥感影像表现为由不同色调的平行状条带所组成的闭合图形。由于形成条件不同，有圆形、椭圆形、长条形以及其它不规则图形等多种形态，并具有明显的对称性。,两翼岩层产状的有规律变化往往是判断褶皱形态的依据，而直观的标志是岩层三角面尖端指向的相背（向斜）或相向（背斜），也就是岩层三角面尖端相向或相背分布时，可说明褶皱的存在。单面山地形的对称分布也可判断褶皱的存在。因为正常褶皱的两翼，倾向坡总是相对或相背分布。图像上岩层的对称重复主要表现为色调或色带的对称重复出现，其次，当岩层出露宽度大，岩性差异明显时，也能通过地形组合、水系花纹图案的对称分布反映出来。,图3.22 阿巴拉契亚褶皱（卫星影像）,（五）断层的判读,在遥感图像的地质解译中，断裂构造解译的效果最好。断裂构造的直接解译标志在遥感图像上，顺着某一岩层、地层、岩脉、矿脉的走向或者侵入岩体接触界线追索，若发现其影像突然中断、错位，导致与另一种影像特征不同的岩石、岩层相接触，说明该处有断层通过。在遥感图像上，褶皱、断裂等构造的影像沿走向发生突然中断、错移，说明它们被断裂错开。岩层、地层的重复出现或缺失现象 岩体、岩脉、火山口等呈直线状分布,图3.23 某地断裂构造影像图,第五节 三维地质模拟及其进展,三维地质模拟对地质构造形态的剖分虽然地壳中的地质体的形态结构差别较大，但地质上的三维不均一性，主要包括两种类型：即实体的几何形态及其内部参数变化。,地质实体根据形态特征可分为层状实体和非层状实体。层状实体占据地球表面的大部分，包括沉积岩及部分变质岩。地质体根据构造几何学的特征又可以分为面状构造、线状构造和体状构造。面状构造主要有层理（地层）、节理面和断层（断裂）、工程开挖面、风化面。线状构造在空间上则为各种二维面体的组合，包括呈线状分布的构造以及各种面状构造的交线。面状构造在平、剖面图上都可表现为各种线符号及其组合体，如褶皱的枢纽和线理等。线符号可分为直线型和曲线型两大类，其中曲线型又可分为单值曲线型和多值曲线型，这些线符在空间域内分别对应为平面、单值曲面和多值曲面型，它们都可通过建立不同的拟合函数来反映。体状构造主要指矿体，矿体则是富集某些矿物成分的岩石体。根据矿体的成因、环境和条件不同，矿体的形状有层状、脉状和团状之分。,
