大地构造学讲解
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构造地质学(大地构造学)的基本内涵概念及其演变是怎样是?构造地质学(Structural Geology)是研究岩石圈内地质体的形成、形态和形变作用的成因机制及其相互间的影响、时空分布和演化规律的科学,广义的构造地质学包括大地构造学。
大地构造学(Geotectonic)是研究地球岩石圈构造的发生、发展、演化及其运动的科学;是地质学中理论性、综合性很强的分支学科。
关于大地构造学的定义,不同的学者在不同的时期有不同的概念,一般认为是研究地壳的大型的、乃至全球构造的发生、发展、区域构造组合及其它们的几何学、运动学和动力学特征的学科。
我国著名大地构造学家、地质力学派创建人李四光院士在1956年曾把构造的研究概括为两个方面:建造和改造。
建造代表形成,是地壳运动的物质基础,也是地壳发展演化的物质反映;改造代表形变,是地壳运动的结果或具体表现。
大地构造学属于广义构造地质学,也是传统的构造地质学组成部分,两者有着发展史上的源渊关系,在研究对象上,同样研究岩石圈地质体的形成和形变之构造作用,形成机制及其相互的影响、时空分布和演化规律;其所不同的是大地构造学是研究大型、乃至全球构造的发生、发展,区域构造组合、形变构造、历史演化、地壳运动及其力源等,可以说,它与构造地质学相辅相承。
从大地构造运动来说,可分为三种类型:震荡的、波动的、褶皱的,因而说:大地构造学还着重于褶皱、断裂、构造形态形变、特征等的研究,结合岩石组合特征来研究构造演化历史以及动力机制和成因模式。
总的来说,大地构造学是一门具有时空尺度大、多层次、多种类、多类型特点的学科,是地质科学中综合性和理论性很强又具探索性的学科,最早多以学说、假说出现,并酝育有丰富的哲学内涵,被一些地质学家称之为地球科学中的哲学。
由于基础学科成就的渗透,它是一门更为广阔、研究地球深部和内生过程的科学,是技术方法与地质、地球物理学和地球化学融为一体的科学,历史上被命名为“地球学”Geonomy)从近期大陆地质研究中,构造地质学家、大地构造学家进一步认识到:1、大陆地表没有一个共同的成因方式,它是一个非均一成分的,结构上不对称的,由具有复杂的构造和热化过程的不同块体拼合而成;2)在超板块的构造认识中,其流变作用和造山作用突出;3)结合当代地震构造研究,其成果将对大地构造学的发展,具有重要影响。
博士地质学构造地质学知识点归纳总结地质学是研究地球的内部和外部结构以及地球演化历史的科学。
而构造地质学,作为地质学的一个重要分支,主要研究地球表面的地形、地貌和构造。
在博士学习阶段,地质学的专业知识将进一步深化和扩展。
本文将对博士地质学构造地质学的一些重要知识点进行归纳总结。
一、大地构造学大地构造学是构造地质学研究的核心领域之一,主要涉及大尺度地壳运动和构造变形的研究。
研究对象包括板块构造理论、大地构造变形形式和机制、地震学等。
在博士阶段,研究者往往需要深入理解和掌握以下知识点:1. 板块构造理论:板块构造理论是现代构造地质学的基石。
它提出了地球表面被若干个具有一定自主性的板块所覆盖,板块之间存在相对运动的概念。
博士生需要对板块构造的形成和演化机制有深入的认识,并能熟练运用板块构造理论解释地球表面各种现象。
2. 地震学:地震学是研究地震现象的科学。
地震的发生和分布,能够提供大地构造变形的重要线索。
博士生需要了解地震的产生原因、传播规律以及地震波在地球内部的反射、折射和干涉等现象,以更好地解读地震数据和揭示地球内部的构造。
3. 大地构造变形:大地构造变形是地壳运动的重要表现形式。
博士生需要熟悉常见的地壳运动类型,如伸展、挤压、走滑等,以及其对地表地貌的影响和地球内部构造的意义。
二、构造地质力学构造地质力学是研究地球内部物质力学行为和应力分布的学科。
它与岩石力学和构造地质学密切相关,对于解释和理解构造现象具有重要意义。
在博士学习阶段,以下知识点是必备的:1. 构造应力场:构造应力场是指地球表面任一点受到的应力状态。
了解构造应力场的特征和变化规律,对于解释构造变形和地震活动具有重要意义。
博士生需要掌握不同构造背景下的应力场特征,并能基于应力场模拟预测构造演化过程。
2. 岩石力学基础:岩石力学是构造地质力学的理论基础。
它研究岩石材料的物理和力学性质,揭示岩石变形行为和破裂机制。
博士生需要掌握岩石力学的基本原理、实验方法和理论模型,以便研究构造地质现象和解释实际地质问题。
《大地构造学》知识点总结第一章绪论一、大地构造学的研究对象、内容、方法、意义研究对象:大地构造学,是研究地球过程的综合学科。
研究内容:①区域或全球尺度的地壳与岩石圈构造变形特征及圈层相互作用,如:大洋-大陆相互作用、地球内部圈层相互作用、造山带与盆地的形成过程等;②构造变形与岩浆作用-沉积作用-变质作用的相互关系;③地壳与岩石圈的形成与演化过程;④地球表面海-陆的形成与演变方式及过程;⑤地球深部作用过程及其机制。
研究方法:大地构造学研究方法需要综合利用地质学其他学科以及地球物理探测、地球化学的研究手段与研究成果。
研究意义:大地构造学研究可以为认识和分析构造地质学的研究背景和形成机制提供宏观的上成因解释。
二、固体地球构造的主要研究方法主要包括固体构造几何学与构造运动学的研究。
固体地球的构造几何学:主要研究地球的组成成分及结构。
方法有:①研究暴露在地表的中、下层地壳乃至地幔顶部剖面,通过地质、地物、地化综合研究,揭示地壳深部物质组成、结构构造、物理性质、岩石矿物及元素的物化行为、温压条件、地热增温率、有关元素及矿物成分的聚散规律;②研究火山喷发携带到地表的深源包裹体,揭示深部物质与构造特征;③人工超深钻探直接取样(目前为止涉及最深深度12km);④地震探测:分为天然地震探测和人工地震探测,利用地震波的折射与反射可揭示地球深部构造特征。
固体地球构造运动学:主要研究地质历史时期的大地构造运动学与现今固体地球表面的构造运动。
地质历史时期的大地构造运动学可以利用古地理学(岩相、生物、构造)、古气候分区、地球物理学与古地磁学进行研究;现今固体地球表面的构造运动可以利用空间对地的观测与分析技术。
三、大地构造学研究意义理论意义:可以为认识和分析构造地质学的研究背景和形成机制提供宏观的上成因解释;实际应用意义:①大型成矿集中区(矿集区)等成矿构造背景、资源规划;②大规模破坏性地震产生于形成的地质构造背景与稳定性评价;③绝大对数大型、灾难性地震都发生在活动板块边缘带(区)上,或与板块相互作用有关的次级活动构造单元边界区域。
吉林大学读书报告大地构造学与区域大地构造学理论及关系2016年 6 月大地构造学(Tectonics或Geotectonics)是研究岩石圈组成、结构、运动(包括变形和变位)及演化的一门综合性很强的地质学分支学科。
一般说来,大地构造学应该是一门研究整个地球的组成、结构、运动和演化的学科,但是受技术手段和研究方法的局限,要实现这个目标,还要经过很漫长的道路,目前正在努力之中。
目前,大地构造学是以地质学方法为主来进行研究的,因此还不能真正研究整个岩石圈,更不用说整个地球,实际上重点研究的是大陆地壳表层几千米之内区域的组成、结构、运动和历史演化。
近年来,随着地球物理学和地球化学方法的引入,大地构造学正在逐渐扩展其研究的深度、广度与时间尺度。
研究地壳形成演化基本动力的大地构造学分支统称为地球动力学(Geodynamics),由于地球动力学是各种学说的立论基础,因而成为当今地质学中最热门的话题。
地球动力总的来讲可归结为五大系统:重力、膨胀收缩与脉动、地幔分异与对流、地球自转与星际作用等,它们又可细分为若干个不同的学派或假说,而且新的学说仍在不断涌现。
由于历史的局限,不同学者观察分析手段的不同,分析问题方法的不同,先后提出了以不同地球动力作为自己立论基础的大地构造假说,如地槽地台学、地质力学、板块构造学、地幔柱构造学等,其中在地学领域影响最为深远的是地槽地台假说(槽台说)和板块构造假说。
槽台说是在长期的大陆地质研究基础上提出来的假说,20世纪60年代以前在地学界占有绝对的统治地位,因此被称为经典大地构造理论,深刻影响了地质学的各个领域;板块构造学是在海洋地质研究基础上提出来的假说,它把地幔对流作为动力来源,主要研究板块间的分裂、漂移、俯冲、碰撞等过程,是20世纪60年代以来占主导地位的大地构造学理论。
值得一提的是,地幔柱构造学是针对板块构造说在大陆构造应用中存在的问题的基础上提出来的,创导者认为地幔柱构造学是不同于板块构造学的一种新的全球构造学说,它既能解决大陆构造的问题也能解决大洋构造的问题。
就大地构造学的理论体系而言,国内外常见的有四种类型,分别以区域大地构造学、构造模式、构造解析方法和构造演化历史为主线(万天丰,2004):⑴以区域大地构造学为主线,区域大地构造学是大地构造学的基础,大地构造学的确也是在区域大地构造学研究基础上发展起来的,我国早年的大地构造学几乎都附属在区域大地构造学之中,例如,北京地质学院区域地质教研室(1963)出版的《中国区域地质》和杨森楠、杨巍然(1985)编写的《中国区域大地构造学》教科书实际上都是以区域大地构造学为基础来讨论大地构造学的;程裕淇院士(1994)主编的《中国区域地质概论》更是在系统总结中国区域大地构造资料的基础上,阐明对于中国大地构造的认识;最近,车自成等(2002)编著的《中国及其邻区区域大地构造学》也是以地块的区划研究作为主线的。
以区域大地构造为主线的体系,对于了解各地区的特征比较有利,但是对于中国大陆宏观的总体特征,就可能稍嫌薄弱。
⑵以构造模式为主线,李四光先生创导的地质力学,在讨论中国大地构造时,就是以构造模式为主线,他称之为“构造体系”,即按构造线的组合特征和地质体所受作用力的类型不同,来建立构造模式,如山字型、多字型、旋卷构造、棋盘格式构造、入字型构造等。
20世纪30年代,李四光(1926、1947、1962)就提出了上述构造体系,是世界上第一批从构造变形的组合规律来研究大地构造学的学者,他的这种思路至今还得到构造地质学界的赞赏。
近些年来,国外大地构造学的多数专著和教学体系基本上都是以构造模式为主线的,例如Condie(1982、1997)的专著《Plate Tectonics and Crustal Evolution》、Van der Pluijm & Marshak (1997)的教科书《Earth Structure—An Introduction to Structural Geology and Tectonics》。
Davis 教授自2000年以来在中国地质大学授课,在阐述全球板块构造理论之后,就分汇聚构造(俯冲带、碰撞带、嵌入构造及逆掩断层带)、伸展构造(洋脊、裂谷、拆离构造和变质核杂岩)、平移构造(转换带、走滑断层)和反转构造等进行讲述。
这种以构造模式为主的理论体系,突出了构造模式的特征与形成机制,易于阐述,有利于发展大地构造学的研究方法;同时,就目前很多地区尚缺乏地质资料的现状来说,正好可以回避矛盾;主要缺点在于无法获得对一个地区、以至于全国或全球完整的构造演化历史的认识。
⑶以构造解析方法为主线,以构造解析方法为主来阐述,重点在于使初学者掌握研究大地构造学的方法。
⑷以构造演化历史为主线,通常把以构造演化历史为主线的研究方向称之为历史大地构造学。
正如王鸿祯院士多次强调过的一样,地质学从本质上来讲,具有历史科学的特征。
在40多亿年的历史中,岩石圈到底依次发生过什么变化,这是一个必须回答且又无法回避的重要课题。
黄汲清及其研究集体(1960、1964、1965、1977、1984、1987;Huang,1945),李春昱(1982、1984),王鸿祯(1982、1985、1990、1994),任纪舜(1980、1990、2000)等的许多论著都是以构造演化历史为主线的。
尽管所有研究者都赞成应该把建造(即各类地质体生成时期的特征、背景和演化)研究和改造(即各类地质体生成以后的构造变形特征变化及其形成机制)研究结合起来,但由于各人所熟悉的资料、研究的侧重点、经验和兴趣的不同,结果还是明显不同。
历史大地构造学者,对于“建造”比较重视;而构造模式的研究者则注重“改造”。
20世纪50-60年代,把建造和改造研究相结合方面,我国大地构造学者以张文佑为首的研究集体做得比较好(中国科学院地质研究所,1959、1983);万天丰(2004)的教材《中国大地构造学纲要》受张文佑先生学术思想的影响十分明显。
不过,受地质资料的局限,尤其是缺乏在野外进行大面积地质体变形、变位的运动学和动力学研究,构造年代学的测试资料还不很充足,因而要真正解决建造和改造的问题很困难。
大地构造学是一门综合性极强的学科,可以说是地质学的概括和总结,主要研究内容和方法可粗略地归纳为四个方面:⑴变形研究当前大地构造学的首要任务是对大陆动力学进行研究,以寻求地壳或岩石圈运动的力源问题。
研究运动,追寻古地壳运动原因,当然首先是研究这些运动留下的形迹,通过成因研究探讨其形成的力学过程。
褶皱、断裂、面理、线理、变质结构与变质矿物等构造形迹的研究,是实现这一目的的主要途径。
造山带和盆地则是地壳运动留下的更大尺度的构造形迹,它们是地壳运动的综合表现,对它们的成因研究自然也是地球动力学研究的主要任务之一。
地球物理方法也是研究地球动力的重要手段,古地磁方法是研究古板块运动的重要途径,地震、重力、磁法、电法和地热等手段,不仅是现代地壳运动定量的最有效方法,而且也能为古地壳运动提供许多重要数据。
⑵地质体成因研究地壳由各类地质体组成,有地层地质体、变质地质体、岩浆岩地质体和火山岩地质体等,这些地质体的形成演化及构造就位过程,几乎包含了地质学的全部内容。
近几十年来,特殊沉积作用、变质作用,特殊岩浆岩体、火山岩体的研究成果是近代大地构造学的基本依据。
最明显的如蛇绿岩的研究是板块构造学的支柱之一;浊流沉积的发现否定了长期流行的地壳振荡运动之说;人们对下地壳、地幔的认识也是通过对一些地质体的研究逐步提高的。
随着地质体成因研究的深入,一些错误的认识得到纠正,新的理论从中诞生。
显然,岩石学、地球化学与生物地层学等手段是实现这一目标的主要途径。
⑶壳幔结构和动力学研究目前能作为我们立论基础的地球动力主要是重力均衡与壳幔分异对流,这就要求我们对壳幔组成和结构作深入研究,方能了解其动力学机理和运动学规律。
这方面要求地球物理与地质学、地球化学密切配合,前者是查明其空间分布及性状的惟一途径,后者是了解地球组成及温压状态的主要手段。
例如深俯冲可证明表壳岩石能进入地幔深处;地震层析成像技术成果表明,俯冲带和克拉通之下的深地幔中存在高密度地质体,两者都为壳幔对流提供了真实可信的证据,在对地球动力学的认识上迈进了一大步。
⑷地球演化史研究我们居住的地球是如何演化到今天的,将朝什么方向演化等问题不能不引起人们的关注。
早期的地球演化史建立在地层古生物的基础之上,现代的同位素年代学也已成为其重要支柱之一,未来地球演化史研究仍主要依赖于这方面的研究成果。
天体科学可能会愈来愈多地为我们提供对比材料,20世纪70年代以来,由于人类实现了登月计划,通过与月壳的对比,人们才对地壳的年龄与形成过程有了比较清楚的认识。
近年来,随着对火星表面的研究,人们对原始大气圈等也有了更深入的了解。
可以预测,随着宇宙灾变事件和生物大爆发研究的进展,将带来地球演化史研究的重大变革。
大地构造学当前的主要任务是:全球及大陆动力学研究,为矿产资源、地质灾害和环境评价建立动力学模型。
人类要生存和发展就离不开地球资源,各种资源都赋存在一定地球动力学背景下。
例如可燃性有机矿产,无论是海相还是陆相,都赋存在稳定下沉的盆地中,这就必定要从盆地基底性质以及它与造山旋回的耦合关系中去寻找规律。
我国已发现的含油气盆地,绝大多数都以克拉通地块为基底,显然这是保证其稳定下沉的先决条件;我国盆地的生油生气高峰几乎都毫无例外地从晚三叠世开始,原因可能就是中国大陆上区域性的普遍而强烈的造山作用大都结束于中三叠世末(晚印支运动),此后,多以块断活动为主,且集中于有限的范围内,显然紧接着造山作用之后的构造环境有利于油气的转化与保存。
地壳或地幔深处的金属矿源,由内向外的运移必然与强烈造山作用相伴随,产出位置必定在那些与深部相沟通的地区,或为构造活动强烈的造山带或为克拉通内的深大断裂带。
金属物质是从深源岩浆或流体中分异出来的,也需要适当的储集条件和封盖条件,这又要求较为稳定的构造环境,所以紧接着强烈造山作用之后的晚造山作用期也是金属矿产形成的有利时期。
上述这些都要求以全球及大陆动力学作为指导思想。
同时,人类赖以生存的地球只有一个,这就要求我们在开发的同时必须精心地保护它。
以能源为例,人类目前还离不开地下能源;但从地球演化角度看,有些资源的开发利用可能要尽早停步。
例如CO2在大气中含量曾经一度超过10%,但经数十亿年的演化,绝大部分已以矿物的形式埋入地下,形成今天不超过0.1%含量的适宜人类生存的环境,若无止境地开采这些资源,使CO2气体再次回归大气圈,污染后的大气要想恢复根本是不可能的,所以人类必须尽早地停止对这类资源的开发。
而直至今日,地球每时每刻都在以65mW/(m2s)[毫瓦/(米2·秒)]的平均速度向外释放热能,利用或不利用都是如此,可惜这项巨大的不违背地球演化规律的能源尚未得到有效地开发利用。