第4章岩石圈(2).ppt

第二节岩石圈的结构,垂直分层岩石圈包括地壳与上地幔上部软流圈之上的部分。地壳又被康拉德面分为上下两层，但这一界面在海洋部分不明显或根本不存在。地壳上层为花岗岩层；下层为玄武岩层。,水平变异不同区域岩石圈的厚度、组成与结构是不同的。比如，地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳），洋壳薄，陆壳厚，洋壳为玄武质，陆壳为花岗岩质。,地球呈现出圈层结构，可以划分出内部圈层与外部圈层。内部圈层包括地壳、地幔、地核。岩石圈包括地壳与软流圈之上的上地幔部分。,地球内部结构,地壳类型和平均厚度（据罗诺夫，1967）,地壳是莫霍面以上的固体地球的表层薄壳，其厚度大致为地球半径的1／400。根据地球物理资料，地壳的厚度差异很大，一般在5-70km之间。大陆型地壳平均厚度37km多，大洋型地壳平均厚度只有7km左右。一般说来，高山、高原部分地壳最厚，如我国青藏高原地壳最厚可达70km。,第三节岩石圈的运动,地壳运动是指组成地壳的岩石物质相对的机械运动。岩石圈的运动不仅决定了地表轮廓和水圈的分布，还影响着生物圈的分布，并改变了大气环流，以至影响了整个地球表层系统。岩石圈运动的方向水平运动（造山运动）垂直运动（造陆运动）,岩石圈运动的表现,（一）地层厚度、产状与接触关系地层厚度通常来说，地层厚度大说明地面的下沉；地层厚度薄或者缺失则代表地面相对稳定或者上升。比如，浅海一般只有200m的水深，但在一些地方却发现几千米或者上万米厚度的连续的浅海沉积，如果没有地面的下沉（构造的下沉）是难以想象的。,岩层的产状产状指倾斜岩层在空间的产出状态。岩层的产状常用岩层的走向、倾向、倾角来确定，这三者称为产状要素。在野外产状要素直接用地质罗盘进行测量。,用罗盘测量岩层的产状要素,走向岩层面与水平面的交线，称走向线走向线两端所指的方向称走向,倾向垂直于走向线沿层面向下所引的直线，称倾斜线。其在水平面上的投影线所指方向，称为倾向,倾角倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角,地层接触关系,研究意义在构造地质学上，它是分析地壳运动、划分构造运动旋回划分的重要依据；在地层学上，是划分岩石地层单位的依据之一。,平行不整合接触（Q1x/N2k,新疆拜城）,角度不整合,平行不整合接触的形成过程,不整合面,角度不整合接触的形成过程,不整合面,,（二）岩相变化,反映沉积环境的岩性、结构、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。它们又可以进一步划分出若干种岩相。岩相的变化，在一定程度上反映了沉积环境的变化，通过沉积环境的变化，在一定程度上可以反映构造运动的特征与性质。,当沿海地区地面下降时，海水就会侵入大陆，在地层的层序上，也就会表现出由陆相地层向海相地层的转变；当沿海地区地面上升时，在陆地边缘将会发生海水的退缩，在地层的层序上，也就会表现出由海相地层向陆相地层的转变。在山麓地带，由于山体的上升，地面起伏增大，往往导致山前地带沉积物粒度的变粗；而地面起伏减小，则往往导致山前地带沉积物粒度的变细。,（三）褶皱构造,褶皱是岩层因在构造运动的作用下而变形，形成的一系列连续弯曲。岩层的连续完整性末遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。,,背斜指岩层向上拱弯，形成中心部位岩层的时代老，外侧岩层时代新的褶皱。,向斜指岩层向下凹曲，形成中心部位岩层的时代新，外侧岩层时代老的褶皱。,,,,,,,,,背斜,向斜,,褶皱构造的基本类型,,核褶皱中心部分的地层,翼核部两侧对称出露的地层,轴线轴面与地面的交线,枢纽轴面与层面的交线,核,翼,翼,,,轴面指大致平分褶皱的一个假想面,褶皱的要素,按轴面分直立褶皱轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。斜歪褶皱轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等。倒转褶皱轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，一翼岩层产状正常，另一翼岩层倒转。平卧褶皱轴面水平，两翼岩层近于水平，一翼岩层产状正常，另一翼岩层倒转。,褶皱分类,褶曲的类型,直立褶皱,倾斜褶皱,倒转褶皱,平卧褶皱,翻卷褶皱,,,,,直立褶皱,西藏米堆直立褶皱,斜歪褶皱,南京阳山斜歪背斜,,平卧褶皱,西藏日喀则横卧褶皱,倒转褶皱,1.平缓褶皱翼间角120,褶皱分类按翼间角,2.开阔褶皱翼间角120-70,3.中常（闭合）褶皱翼间角70-30,4.紧闭褶皱翼间角断层地层断层c.擦痕和镜面slickenside,mirrorplane岩块相互运动时，由于摩擦而在断层面上形成的痕迹。擦痕平行而密集的沟纹.镜面铁、锰等物质组成的光滑而平整的曲面。断层形成的时代断层通过的最新地层形成之后，覆盖断层的最老地层形成之前。,断裂的应力分析,通常可以根据成组的断裂的方向和性质，来恢复岩石或区域的应力场。所谓应力场，是指岩石受到的构造运动所产生的作用力在空间上的分布情况。根据实验与模拟结果，可以利用应变椭球体来表示岩石或者区域的应力场，以及与断裂发育和分布的关系。,（五）火山,火山湖,富士山,岩浆喷出地表叫做火山喷发，火山喷发则形成火山。火山喷发是地球内部物质和能量骤然强烈释放的一种形式。火山喷出物很复杂，既有气体、液体，也有固体。,火山喷发,海底火山,火山喷发的类型,火山喷发方式的分类,交替式火山喷发以宁静式和猛烈式交替出现的火山喷发，并形成由冷凝熔岩和火山碎屑物互层的层状火山锥。,猛烈式火山喷发喷出物中气态和固态物较多，喷发时发生猛烈爆炸。喷出物主要为粘度大、温度低、不易流动的酸性熔岩。火山口附近冷凝成陡峻的火山锥，称岩穹锥。,宁静式火山喷发火山喷出物主要为熔浆液态，喷发时无猛烈爆炸。熔浆成分主要是粘度小、温度高的基性熔浆。常形成坡度平缓的盾形火山锥。,全球有400多座活火山，主要分布在太平洋四周，其次在地中海及大西洋中脊上。火山带与地震带在空间上重合。,,火山带分布,（六）地震,大地发生突然的震动，称为地震。一般地震指自然作用产生的震动，它主要是岩石圈内能量积累和释放的一种形式，也是自然界经常发生的一种地质作用。地球上差不多天天都有地震，一年以数百万计。但其中绝大部分是人们觉察不出来的无感地震，而为人所感到的有感地震约为5万次左右，其中能造成严重灾害的大地震平均每年大约为1020次。,断层活动与地震,震源和震中、震中距、震源深度,,地下发生地震的地方叫震源，震源在地面上的垂直投影叫震中；从震中到震源的距离叫震源深度。根据震源深度可将地震划分为浅源地震（震源深度小于70km、中源地震（震源深度70-300km和深源地震（震源深度大于300km.,大多数地震属于浅源地震，约占地震总数的72.5，所释放的能量占总能量的85。深源地震仅占地震总数的4，释放能量只占总能量的3左右。中深源地震有的尽管震级很大，但危害很小。从观测点（如地震台）到震中的距离，叫震中距。通常把震中距小于100km的地震，叫地方震；1001000km的叫近震；超过1000km的叫远震。,地震烈度intensityMercall（意）根据建筑物破坏程度将其分成12个等级，即12度地震烈度。我国采用了这一分类法，并根据我国情况建立了12度地震烈度表。震级magnitude衡量地震绝对强度的级别。由地震释放能量的大小所决定，一次地震只有一个震级。里氏震级CaliforniaInstituteofTechnology的RicherCF以智利8.9级地震释放的能量为依据，依次确定出震级与能量的关系。,,全世界约80％的浅源地震，90％的中源地震和几乎全部深源地震都发生在这一带。所释放的地震能量约占全世界能量的80％，但其面积仅占世界地震带总面积的一半。,这是一条横跨欧亚大陆南部，并包括非洲北部。太平洋地震带外几乎其余的较大浅源地震和中源地震都发生在这一带。释放能量占全世界地震释放总量的15。,分布于一些区域性断裂带或地堑构造带，主要有东非大断裂带，红海地堑、亚丁湾及死海、贝加尔湖以及太平洋夏威夷群岛等。此带主要为浅源地震。,主要有三条地震带，它们是大西洋中脊（海岭）地震带，印度洋海岭地震带，东太平洋中隆地震带。,,,,地震带,世界地震分布与板块构造的关系,图中的红点为1962～1967年全球浅源与深源地震的震中位置，其他时期的震中位置与此相似。,中国的地震带,①华北地震带（含东北南部）包括郯城－庐江断裂带（沿郯庐断裂，从安徽庐江经山东郯城，穿越渤海至辽东半岛、沈阳一带）、燕山带、河北平原带（太行山东麓）、山西带（主要沿汾河地堑）、渭河平原带（主要沿渭河地堑）。②东南沿海地震带包括东南沿海带（主要在福建及广东潮汕地区），台湾西部带，台湾东部带③中部南北地震带沿贺兰山-六盘山-横断山南北构造带分布。主要包括银川带、六盘山带、天水－兰州带、康定－甘孜带、武都－马连带、安宁河谷带、滇东带、滇西带、腾冲－澜沧带。,④藏南地震带（喜马拉雅冈底斯地震带）主要包括西藏察隅带，冈底斯带，喜马拉雅带。⑤西北地区盆地边缘地震带塔里木盆地南缘带（昆仑山阿尔金山带）、北缘带（南天山带），准噶尔盆地南部边缘带（北天山带）和北部边缘带（阿尔泰山带）。⑥东北东部深震带主要在吉林、黑龙江的东部。⑦河西走廊地震带难以归并到上述地震带内，它位于阿拉善高原与青藏高原之间。,三、板块构造学说与岩石圈运动的机制,大陆漂移说,19世纪末，奥地利地质学家E.修斯注意到南半球各大陆上的岩层非常一致，因而将它们拟合成一个单一大陆，称之为冈瓦纳古陆。1912年德国学者A.L.魏格纳。1915年发表的海陆的起源地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块，称之为泛大陆或联合古陆，中生代开始，泛大陆分裂并漂移，逐渐达到现在的位置。大陆漂移的动力机制与地球自转的两种分力有关向西漂移的潮汐力和指向赤道的离极力。较轻硅铝质的大陆块漂浮在较重的粘性的硅镁层之上，由于潮汐力和离极力的作用使泛大陆破裂并与硅镁层分离，而向西、向赤道作大规模水平漂移。,wegener,A.L.魏格纳,假说的证据,大陆轮廓吻合,地层与构造连续,古生物,古冰碛物,北极漂移的极移轨迹,古地磁极移轨迹,大量资料表明，北美和欧洲所测的极移曲线并不相合，但形态大致相似。若将两大陆拼合在一起，则这两条曲线就会基本重合，说明大西洋的确曾经不存在，两个大陆曾经相连在一起。,大陆移动证据GPS测量证据,青藏高原及周边GPS观测地表位移速率,大陆的漂移,海底扩张说,60年代初美国地质学家H.H.赫斯和R.S.迪茨在古地磁学研究的基础上提出，认为沿大洋中部穿透岩石圈的裂缝或裂谷两侧扩展，地幔物质在这种裂缝带下因软流圈内的热对流上涌、侵入和喷出而形成新的洋壳，随着这个作用不断进行，新上涌侵入的地幔物质把原已形成的洋壳向裂谷两侧推移扩张，致使洋底不断新生和更新。1949年H.贝尼奥夫在研究环太平洋深源地震分布时发现，震源深度分布构成一个自大洋向大陆方向的倾斜带（贝尼奥夫带），标志着大陆和大洋间有一重要构造运动面的关系。50年代中期，B.C.希曾提出大洋中部普遍存在中央海岭，沿洋中脊存在全球裂谷系的洋底地貌特征。S.K.朗科恩发现了由岩石剩磁判定的古地磁极随地质时代发生迁移。,Hess,海底扩张的证据,①1963年F.J.瓦因和D.H.马修斯用地磁场极性的周期性倒转的地磁反向周期特征，洋中脊区的磁异常呈条带状，正负相间,平行于中脊的延伸方向,并以中脊为轴呈两侧对称，其顺序与地磁反向年表一致。②1965年J.T.威尔逊提出了转换断层的概念，这就使岩石圈水平位移成为可能，也因此阐明了洋中脊的扩张新生洋壳和海沟带的洋壳俯冲消减的消长平衡关系，即扩张与消减速率相等。转换断层转换断层具平移剪切断层性质，但它与通常的平移断层不同，后者在全断层线上均有相对运动。若以洋中脊为标志，转换断层只在错开的两个洋中脊之间有相对的反方向运动而成为活动断层；在两个洋中脊的两外侧因相对运动的方向和速度均相同，成为无活动特征的断层线。由于洋底岩石圈背离洋中脊向两侧推移，使转换断层远远延伸，并使另一端与生长边界或消亡边界相遇而突然中止。,观点地幔内存在热对流，洋中脊下的高温上升流使中脊保持隆起并有地幔物质不断侵入、遇水作用成蛇纹石化而形成新洋壳，先存洋壳因此不断向外推移，至海沟、岛弧一线受阻于大陆而俯冲下沉、融熔于地幔，达到新生和消亡的消长平衡，从而使洋底地壳在2～3亿年间更新一次。,热的岩浆从洋中脊涌出，向海沟推及，在消减带回熔,大陆分裂海底扩张形成新大洋,海底扩张证据从老到新对称的洋壳年龄,,板块构造说,板块构造学说是60年代兴起的一种构造运动理论。它是在大陆漂移学说、海底扩张学说的基础上发展起来的。地球的岩石圈分解为若干巨大的刚性板块即岩石圈板块，位于塑性软流圈之上,并在地球表面发生大规模水平转动;板块与板块之间或相互离散，或相互汇聚,或相互平移,引起地震、火山和构造运动。,地球表面的板块构造,,岩石圈可以划分成太平洋板块、欧亚板块、印度-澳大利亚板块、非洲板块、南美洲板块、北美洲板块和南极洲板块七个大板块和阿拉伯、菲律宾等小板块。,有的学者将南、北美板块合在一起，称为美洲板块,离散型板块边界,大西洋洋底，洋脊扩张,,太平洋海底,印度洋海底,汇聚型边界,俯冲边界（沟-弧-盆系统）海沟trench平行于岛弧或沿着大陆边缘呈断续延伸的两壁较陡、狭长的水深大于6000米的深海槽。①海沟长一般在500～4500公里，宽40～120公里。海沟在平面上大多呈弧形向大洋凸出,横剖面呈不对称的V字形，近陆侧陡峻，近洋侧略缓。②海沟是个挤压构造带，与之相应的还有蓝闪石片岩相高压低温变质带发育，海沟中的沉积物一般较少。③沿海沟分布的地震带是地球上最强烈的地震活动带，震源通常自洋侧向陆侧加深。④古海沟的鉴定有3项主要标志蛇绿岩套、高压低温变质带、混杂堆积。成因由于俯冲作用，大洋板块与大陆板块相遇聚敛而使洋底下倾、潜没，形成海沟。,西太平洋陆缘沟-弧-盆体系,转换断层边界,在转换断层型边界上，即没有板块的新生，也没有板块的消亡，只是表现为板块的平移和错断。,圣安德烈斯断层的水平运动（5cm/a）,威尔逊旋回加拿大学者威尔逊（J.T.Wilson,1973）从板块构造观点出发，将岩石圈从大陆破裂、裂谷出现到洋盆形成，再从洋盆俯冲、缩小到闭合的完整过程，划分为六个阶段（期）。,红海,威尔逊旋回的六个阶段（Strahler,1997,大陆破裂和大洋形成A胚胎期B幼年期C成年期D衰退期,地幔对流与板块运动（Strahler,板块构造学说认为，板块运动的驱动力来自于地幔，是由地幔对流驱动的。由于地幔受热不均匀，在受热强烈、温度比较高的地方，地幔物质上涌，上涌的物质受到岩石圈的阻挡，在岩石圈底下向两侧运移，到温度较低的地方下沉，形成一个完整的地幔对流旋回。在对流上升的地方，导致板块分离和新的洋壳的形成，而在对流下沉的地方，导致板块的俯冲和板块的消亡。,岩石圈运动的特征,反对称性指在空间位置和几何形态上是对称的，而在运动方式与构造特征方面则是相反的。,①环太平洋构造带，代表了压缩型的板块边缘带，分布在180o半球；相反，0o半球分布着一系列纵谷，代表着扩张型的半球，与180o半球形成鲜明的对照。,,,②全球3/4的洋中脊裂谷和3/4的大洋集中在南半球，那里具有相对较高的热流值，是扩张型的半球；而全球3/4的大陆、活动造山带、地震活动集中分布在北半球，是压缩型的半球。,③西太平洋沿岸的板块大多以较陡的倾角向下俯冲，并且发育了典型的岛弧和弧后盆地；而东太平洋沿岸板块则以很小的角度俯冲，没有弧后盆地的发育。,④海底磁条等时线宽度的测量结果表明，大西洋与太平洋两侧的海底扩张速度不同，多数是西侧比东侧的扩张速度大，这是运动速度的反对称性。,,,非平稳性岩石圈运动的强度在时间轴上是非平稳的，同时变动的空间格局也是随时间改变的。在漫长的地质演化史中，构造运动往往是平静阶段与剧烈活动阶段交替出现，故可以划分出造山旋回、造山期、造山幕等。地震活动的分幕性，也是构造运动非平稳性的反映。,岩石圈漂移的定向性如果把热点作为不动参考系，北半球岩石圈总体是向西漂移的。南半球的情况复杂一些，印度洋、太平洋和非洲地区主要向北运动，尽管太平洋洋脊和大西洋洋脊的两侧岩石圈都是向两侧做分离运动，但洋脊西侧矢量明显大于东侧，所以总体来说岩石圈还是向西漂移。,第四节固体地球表层结构和轮廓,海陆分布海洋面积大于陆地面积；海陆分布不均匀；七大洲和四大洋；大陆轮廓呈倒三角形；大型岛群大多分布于大陆东岸；大陆东岸不仅岛屿多，而且有系列岛弧分布；一些大陆轮廓具有明显的相似性或吻合性。,地面起伏大陆面积愈大，其平均海拔愈高；大洋面积越大，平均深度越大。,地球表面的海陆分布,东半球、西半球,地球表面明显地分为海洋与陆地两大部分。连续的广阔水体称为世界大洋，它是海洋的主体。被海洋所环绕，但突出于海洋面上的部分则称为陆地。大陆是陆地的主体，岛屿是陆地的组成部分。,两半球海陆面积比较,陆半球,,,,,,,,东半球,西半球,北半球,南半球,水半球,,,,38.0,62.0,39.3,60.7,20.0,陆地（％）,海洋（％）,80.0,80.9,19.1,89.0,11.0,53.0,47.0,地球表面包括陆地和海洋，由于海洋和陆地面积相差悬殊，因此不论在哪个半球，海洋面积都比陆地面积大，海洋分布是不均匀，由表可见，在东半球的陆地面积（38％）较西半球（20％）大；北半球39.3％）较南半球陆地的面积（19.1％）大。陆半球陆地面积可达到47，而水半球海洋面积却达到89。,地球上各大陆高出海平面的平均高度和各大洋底部低于海平面的平均深度存在着很悬殊的差别。南极洲平均海拔2263m，历来被视为世界上最高的大陆。实际上它是由于地表覆有巨厚的冰盖所致。以裸露地表而论，亚洲大陆最高（950m），以下依次为北美（700m），非洲（650m）、南美（600m）、欧洲（300m）等。显然，大陆面积愈大，其平均海拔愈高。同样，大洋面积越大，平均深度越大。,,大陆面积与平均高度之间的关系,主要陆地面集中分布于-1000m2000m之间，平均陆地面高程为875m。主要海底面集中分布于-3000m-6000m之间，平均海底面高程为-3795m。,不同高程固体地球表面面积所占的百分比,