1、区域大地构造学区域大地构造学 课程目的课程目的 1. 了解区域大地构造基本概念了解区域大地构造基本概念 2. 了解区域大地构造基本分析方法了解区域大地构造基本分析方法 3. 了解中国区域地质基本轮廓了解中国区域地质基本轮廓 课程特点课程特点 涉及学科多涉及学科多 涉及地域广涉及地域广 涉及资料量大，综合性强涉及资料量大，综合性强 强调三基：基本概念、基本理论、基本方法、强调三基：基本概念、基本理论、基本方法、 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 新全球构造新全球构造 授课方式授课方式 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
2、 课程总体安排课程总体安排 理论与术语体系理论与术语体系 研究方法研究方法 基本轮廓基本轮廓 作业：作业： 基本概念、基本理论、基本方法基本概念、基本理论、基本方法 实例分析总结实例分析总结 考试：考试： 基本概念、基本理论、基本方法基本概念、基本理论、基本方法 重要区域大地构造类型基本特征重要区域大地构造类型基本特征 重要中国区域构造单元基本地质特征重要中国区域构造单元基本地质特征 第一章第一章 区域大地构造基本概念区域大地构造基本概念 一、岩石圈：一、岩石圈： 1、概念、概念 概念始于概念始于19世纪末世纪末20世纪初，指世纪初，指 的是地球的石质外壳，现代岩石圈的概的是地球的石质外壳，现
3、代岩石圈的概 念与板块构造相联系。念与板块构造相联系。 一般理解：一般理解：地球表层的刚性壳，由能够地球表层的刚性壳，由能够 独立地相互运动的不连续的板块组成，独立地相互运动的不连续的板块组成， 这种板块的组合就构成地球的岩石圈。这种板块的组合就构成地球的岩石圈。 厚厚50200km， 地球分层结构及岩石圈分层性地球分层结构及岩石圈分层性 对岩石圈含义的四种不同理解对岩石圈含义的四种不同理解 力学的岩石圈力学的岩石圈 弹性或绕曲的岩石圈，相对刚性，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。可以在塑性的软流圈上发生漂移。 热学的岩石圈热学的岩石圈 支撑一个热传导梯度的地球的冷
4、的支撑一个热传导梯度的地球的冷的 外层，计算厚度约外层，计算厚度约100km 地震波的岩石圈地震波的岩石圈 地震波的岩石圈地震波的岩石圈 地震发生或人工爆炸时，能量就会以弹性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 地球介质的弹性和密度，接收点所获得的不同波地球介质的弹性和密度，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）就是这球
5、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）。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，其岩石圈底界就是一个地震波不连续面，其 下波速降低下波速降低低速层，或者称之为软流圈。界低速层，或者称之为软流圈。界 面深度在年轻大洋下不到面深度在年轻大洋下不到45km，大陆下约为大陆下约为 150km。 岩石圈的速度结构岩石圈的速度结构 根据地震波速变化，岩石圈可分大陆岩石圈、大洋岩石根据地震波速
6、变化，岩石圈可分大陆岩石圈、大洋岩石 圈和过渡岩石圈三大类，相应地壳分陆壳、洋壳和过渡圈和过渡岩石圈三大类，相应地壳分陆壳、洋壳和过渡 性地壳。他们具有不同的速度结构。性地壳。他们具有不同的速度结构。 岩石圈 地壳 上地幔固体表层 上地壳 下地壳 软流圈（低速层） 硅铝层 硅镁层 地幔橄榄岩 莫霍面 陆壳：陆壳： 传统的大陆岩石圈分上地壳（硅铝层传统的大陆岩石圈分上地壳（硅铝层）、）、下地壳（硅镁层）、上地幔固体表下地壳（硅镁层）、上地幔固体表 层（岩石圈地幔）。许多资料显示康拉德面并非到处可见，科拉半岛超深钻层（岩石圈地幔）。许多资料显示康拉德面并非到处可见，科拉半岛超深钻 揭示，原预测的揭
7、示，原预测的7km深处的康拉德面并不存在，在该深度以下仍为斜长片麻深处的康拉德面并不存在，在该深度以下仍为斜长片麻 岩、花岗片麻岩和角闪岩岩、花岗片麻岩和角闪岩 ，只是随着深度增加角闪岩夹层增多。因此现在，只是随着深度增加角闪岩夹层增多。因此现在 康拉德界面康拉德界面 莫霍面（莫霍面（Moho） 陆壳通常采用三层模型陆壳通常采用三层模型: 上地壳上地壳: Vp 5.96.3km/s 中地壳：中地壳：Vp 6.46.7km/s 下地壳：下地壳：Vp 6.87.6km/s 陆壳平均厚陆壳平均厚30-38km，变变 化于化于30-80km之间。之间。 洋壳：洋壳： 传统观点认为，大洋岩石圈包括洋壳和
8、岩石圈地幔，传统观点认为，大洋岩石圈包括洋壳和岩石圈地幔， 洋壳与陆壳的不同在于缺硅铝层，只有硅镁层洋壳与陆壳的不同在于缺硅铝层，只有硅镁层。 目前根据大洋钻探洋壳一般分三层：目前根据大洋钻探洋壳一般分三层： 沉积层沉积层: Vp 2.2km/s 玄武岩层：玄武岩层：Vp 5.2km/s 辉绿、辉长岩组成的席状岩墙杂岩辉绿、辉长岩组成的席状岩墙杂岩：Vp 6.7km/s 洋壳厚度洋壳厚度57km，洋脊洋岛变化在洋脊洋岛变化在1520km 岩石圈地幔：岩石圈地幔： 地壳与软流圈之间的刚性地幔部分。其地震波速值与地壳与软流圈之间的刚性地幔部分。其地震波速值与 构造活动性有关。洋盆区构造活动性有关。
9、洋盆区Vp 7.98.5km/s；大陆地盾大陆地盾 区：区：Vp 8.18.5km/s；大陆裂谷区和洋中脊区往往不大陆裂谷区和洋中脊区往往不 存在岩石圈地幔。存在岩石圈地幔。 （after Songlin Li et al., U.S. Geological Survey, 1998) Crustal thickness (km) obtained primarily from seismic refraction/ wide-angel reflection experiments (after U.S. Geological Survey, 1998). 莫霍面莫霍面 两种意义上的莫霍面两
10、种意义上的莫霍面 （1 1）岩石学莫霍面：辉长岩与橄榄岩之间的界面，或者是角闪）岩石学莫霍面：辉长岩与橄榄岩之间的界面，或者是角闪 岩、中性高压变粒岩与橄榄岩、榴辉岩之间的界面。岩、中性高压变粒岩与橄榄岩、榴辉岩之间的界面。存在化学存在化学 不连续面与相转换面之争不连续面与相转换面之争 （2 2）地震莫霍面（）地震莫霍面（壳壳幔之间的地震波速不连续面幔之间的地震波速不连续面）：）： 正常地壳正常地壳P P波速波速77km/skm/s；其下的波速其下的波速8.08.00.20.2km/skm/s；过渡过渡 带（地震莫霍面）带（地震莫霍面）P P波速波速6.86.87.87.8 km/s km/s
11、。 岩石学莫霍面与地震波速莫霍面两者可能不一致岩石学莫霍面与地震波速莫霍面两者可能不一致 软流圈：软流圈： 位于岩石圈之下，与上地幔过渡层之间。大陆区位于位于岩石圈之下，与上地幔过渡层之间。大陆区位于100100220220kmkm深处，厚度深处，厚度 100100150150kmkm密度小，大洋区位于密度小，大洋区位于5050400km深处，厚约深处，厚约350km。软流圈是地软流圈是地 震波速低速带，并具有低阻、低震波速低速带，并具有低阻、低Q值。值。地震波速下降地震波速下降0.2-0.30.2-0.3km/skm/s，横波由横波由 4.6-4.74.6-4.7km/skm/s下降到下降到
12、4.3-4.44.3-4.4km/skm/s，纵波（纵波（Vp)Vp)由由8.08.08.28.2下降到下降到7.77.77 7.8 .8 km/skm/s。软流圈的低速、低阻和低软流圈的低速、低阻和低Q值倾向于认为是由于角闪石、斜长石和值倾向于认为是由于角闪石、斜长石和 透辉石等低熔点矿物的存在，在软流圈的温压条件下导致局部熔融而成。透辉石等低熔点矿物的存在，在软流圈的温压条件下导致局部熔融而成。 大洋岩石圈的成分结构大洋岩石圈的成分结构 自上而下：自上而下： 1 1、远洋深水沉积、远洋深水沉积 2 2、为基性枕状熔岩，为大洋拉斑玄武岩、为基性枕状熔岩，为大洋拉斑玄武岩 3 3、为辉绿岩墙或
13、岩床，底部为席状岩墙、为辉绿岩墙或岩床，底部为席状岩墙 群群 4 4、铁镁质深成杂岩，辉长岩、角闪岩、铁镁质深成杂岩，辉长岩、角闪岩 5 5、橄榄岩（大洋岩石圈地幔）、橄榄岩（大洋岩石圈地幔） 岩石圈成分结构岩石圈成分结构 陆壳成分结构的传统认识陆壳成分结构的传统认识 岩石圈 地壳 上地幔固体表层 上地壳 下地壳 软流圈（低速层） 硅铝层 硅镁层 地幔橄榄岩 莫霍面 对陆壳成分结构的新认识对陆壳成分结构的新认识 （主要针对下地壳成分）（主要针对下地壳成分） 科拉半岛超深钻揭示，原预测的科拉半岛超深钻揭示，原预测的7km深处的深处的 康拉德面并不存在，在该深度以下仍为斜长康拉德面并不存在，在该深
14、度以下仍为斜长 片麻岩、花岗片麻岩和角闪岩片麻岩、花岗片麻岩和角闪岩 ，只是随着，只是随着 深度增加角闪岩夹层增多。深度增加角闪岩夹层增多。 剥露到地表的麻粒岩相下地壳成分以长英质剥露到地表的麻粒岩相下地壳成分以长英质 片麻岩、麻粒岩为主体。片麻岩、麻粒岩为主体。 很多新的火山岩携带的大量下地壳包体也以很多新的火山岩携带的大量下地壳包体也以 长英质片麻岩、麻粒岩为主体。长英质片麻岩、麻粒岩为主体。 因此现在一般理解的陆壳的下地壳成分仍以长因此现在一般理解的陆壳的下地壳成分仍以长 英质或花岗质成分为主。英质或花岗质成分为主。 大陆岩石圈成分的不均一性大陆岩石圈成分的不均一性 大陆岩石圈的组成和物
15、性变化很大，缺乏一大陆岩石圈的组成和物性变化很大，缺乏一 个共同的成因方式，大陆岩石圈的组成上部是个共同的成因方式，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不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，因而它们具有不同的强度。同块体拼合而成，因而它们具有不同的强度。 大陆下地壳的性质因地而异，不同的性质造成大陆下地壳的性质因地而异，不同的性质造成 了复杂多样的效应与结果，诸如活动断裂带的了复杂多样的效应与结果，诸如活动断裂带的 宽度、震后响应和震间应变、造山带高度、沉宽度、震后响应和震间应变、造山带高度、沉 积盆地以及被动大陆边缘的下沉速度的差异等积盆地以及
16、被动大陆边缘的下沉速度的差异等. . 岩石圈的力学结构岩石圈的力学结构 陆壳力学结构的几种基本认识陆壳力学结构的几种基本认识 1 1、 由由202030 km 30 km 和和404060 km 60 km 两个韧性层及其两个韧性层及其 间的两个脆性层和一个上地幔脆性层组成间的两个脆性层和一个上地幔脆性层组成 2 2、由下地壳韧性层和上、下两个脆性层构成的由下地壳韧性层和上、下两个脆性层构成的 “三明治三明治”结构结构. . 共同点都认为下地壳属于弱的塑性层共同点都认为下地壳属于弱的塑性层 3 3、 新的研究认为大陆岩石圈是由软弱的中地壳新的研究认为大陆岩石圈是由软弱的中地壳 和强的下地壳组成
17、和强的下地壳组成，并且下地壳的强度可能超过并且下地壳的强度可能超过 其下伏的地幔其下伏的地幔。这些论点是基于由地震分布和地这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形负载的弹性厚度作出的推断，但，但缺乏其他佐证缺乏其他佐证。 RanalliRanalli和和 MurphyMurphy (1987)(1987)建立建立 的七种岩石的七种岩石 圈流变学剖圈流变学剖 面模型面模型 模式模式a: 40kma: 40km的石英的石英花岗质地壳花岗质地壳 前寒武地盾区，如加拿大地盾前寒武地盾区，如加拿大地盾 （1 1）上地壳（）上地壳（20-2520-25kmkm以内）以内）脆性脆性 （2
18、2）下地壳）下地壳(25-40(25-40km)km)塑性塑性 （3 3）上地幔上部（）上地幔上部（40-8040-80km)km)脆性脆性 （4 4）上地幔下部）上地幔下部强度逐渐减小强度逐渐减小 模式模式b: 40kmb: 40km厚的地壳，但上地壳为石厚的地壳，但上地壳为石 英英花岗质地壳；下地壳为中基性花岗质地壳；下地壳为中基性 部分前寒武地盾区部分前寒武地盾区 整个地壳和上地幔均为脆性，仅在整个地壳和上地幔均为脆性，仅在 上地壳和下地壳底部存在薄的塑性层。上地壳和下地壳底部存在薄的塑性层。 模式模式c: 60kmc: 60km的石英的石英花岗质地壳花岗质地壳 中新生代大陆对接带中新生
19、代大陆对接带 与模式与模式a a类似，但因地壳厚度大，其塑性类似，但因地壳厚度大，其塑性 的下地壳厚度大，且强度很低的下地壳厚度大，且强度很低 模式模式d: 60kmd: 60km厚的地壳，但上地壳为石英厚的地壳，但上地壳为石英花花 岗质；下地壳为中基性岗质；下地壳为中基性 造山带区造山带区 与模式与模式b b不同的是，由于地壳厚度的加大，在不同的是，由于地壳厚度的加大，在20-20- 3030kmkm处和处和40-6040-60kmkm处各存在一个塑性变形带，分隔三处各存在一个塑性变形带，分隔三 个脆性层。个脆性层。 模式模式e: 30kme: 30km厚的地壳，脆性层厚的地壳，脆性层10-
20、1510-15kmkm厚，厚， 其它部分以塑性变形为主，但在莫霍面附近其它部分以塑性变形为主，但在莫霍面附近 蠕变强度有一个突然变化。蠕变强度有一个突然变化。 可能的构造区可能的构造区大陆伸展构造区、板内或大陆伸展构造区、板内或 板间走滑构造带。板间走滑构造带。 模式模式f: 30kmf: 30km的地壳厚度。上地壳为石的地壳厚度。上地壳为石 英英花岗质；下地壳为中基性。花岗质；下地壳为中基性。 （1 1）10-1510-15kmkm有一个塑性层，分隔上地壳有一个塑性层，分隔上地壳 和下地壳内部的脆性层。莫霍面附近也存和下地壳内部的脆性层。莫霍面附近也存 在蠕变强度突变带。在蠕变强度突变带。
21、模式模式g: g: 地壳很薄，约地壳很薄，约1010km,km,由基性岩组成。由基性岩组成。 大洋岩石圈大洋岩石圈 4040kmkm以上岩石圈为脆性层。以上岩石圈为脆性层。 岩石圈力学强度模型（岩石圈力学强度模型（Jackson，2003） 岩石圈的温度结构岩石圈的温度结构 壳幔的温度状态主要是通过热流量获得的。热流壳幔的温度状态主要是通过热流量获得的。热流 是地表单位面积上在单位时间内由地球内部散发出是地表单位面积上在单位时间内由地球内部散发出 来的热量，来的热量， 单位单位:HFU微卡微卡/（厘米（厘米2.秒秒，1HFU=41.8mW/(m2.s) 全球已有测量数据全球已有测量数据: 大陆
22、和大洋平均值：大陆和大洋平均值：1.5HFU 洋中脊：洋中脊：2.53HFU，最高达最高达8HFU 海沟：约海沟：约1HFU；岛弧及边缘海：约岛弧及边缘海：约2HFU 岩石圈热状态主要与岩石圈热状态主要与U、Th、40K等生热放射等生热放射 性同位素有关，它们主要富集在大陆花岗岩、流纹性同位素有关，它们主要富集在大陆花岗岩、流纹 岩中，比基性、超基性岩生热率大上千倍。岩中，比基性、超基性岩生热率大上千倍。 岩石圈的化学结构岩石圈的化学结构 大陆地壳：复杂的成分结构大陆地壳：复杂的成分结构 地幔岩石圈：多认为是橄榄石、辉石和石榴石的地幔岩石圈：多认为是橄榄石、辉石和石榴石的 某种组合某种组合 壳
23、幔的化学过程：主要通过几个方面研究：壳幔的化学过程：主要通过几个方面研究： 玄武质岩石的信息玄武质岩石的信息 花岗质岩石的信息花岗质岩石的信息 捕虏体与捕虏晶的研究：岩石探针捕虏体与捕虏晶的研究：岩石探针 流体包裹体的研究流体包裹体的研究 2 2、岩石圈构造基本类型、岩石圈构造基本类型 大陆岩石圈大陆岩石圈 大陆裂谷、地台、造山带大陆裂谷、地台、造山带 过渡岩石圈过渡岩石圈 岛弧、边缘海、陆间裂谷、弧前盆地、岛弧、边缘海、陆间裂谷、弧前盆地、 弧间盆地弧间盆地 大洋岩石圈大洋岩石圈 大洋中脊、大洋盆地、大洋火山岛、海沟大洋中脊、大洋盆地、大洋火山岛、海沟 3、对岩石圈结构的一些新认识、对岩石圈
24、结构的一些新认识 （1）岩石圈的纵向和横向不均一性岩石圈的纵向和横向不均一性 对岩石圈的经典理解对岩石圈的经典理解 刚性的固体板块刚性的固体板块 超深钻和地球物理探测发现：超深钻和地球物理探测发现： a、岩石圈存在垂向的分层性岩石圈存在垂向的分层性 构造证据：不同规模、不同层次的层间滑构造证据：不同规模、不同层次的层间滑 动断裂，如变质岩区普遍存在的顺层韧动断裂，如变质岩区普遍存在的顺层韧 性剪切带（一定层次）、固态流变构造、性剪切带（一定层次）、固态流变构造、 大型伸展剥离断层和逆冲推覆构造大型伸展剥离断层和逆冲推覆构造 地球物理证据：地球物理证据： 广泛存在低速层广泛存在低速层 和高导层，
25、和高导层， 大陆岩石圈存在大陆岩石圈存在 “三明治三明治”结结 构。构。 b、岩石圈存在横向的不均一性岩石圈存在横向的不均一性 不规则的多边形结构（陆块构造）不规则的多边形结构（陆块构造） 多级次多级次（1010-8 -810 108 8）的强变形带围绕弱变的强变形带围绕弱变 形域而构成的形域而构成的网结状构造网结状构造。 壳内低速层的不连续壳内低速层的不连续 全球统一的软流圈是否存在？全球统一的软流圈是否存在？ 岩石圈之下的软流圈一般为低速层，但有岩石圈之下的软流圈一般为低速层，但有 些大陆没有观测到软流圈的低速层。些大陆没有观测到软流圈的低速层。 岩石圈纵横向上的不均一性的发现其意义在于：
26、岩石圈纵横向上的不均一性的发现其意义在于： 1. 大陆构造是极为复杂的，其成因机制也是复大陆构造是极为复杂的，其成因机制也是复 杂的杂的提出了提出了大陆动力学大陆动力学的研究方向的研究方向 2. 对经典板块构造理论提出了质疑对经典板块构造理论提出了质疑 壳内高导低速层的解释壳内高导低速层的解释 显生宙盖层与结晶基底的界面显生宙盖层与结晶基底的界面 上地壳的低速层与含水和岩石破碎上地壳的低速层与含水和岩石破碎 有关有关来自俄罗斯科拉半岛超深来自俄罗斯科拉半岛超深 钻的观测资料钻的观测资料 下地壳中包含的沉积岩层下地壳中包含的沉积岩层 地壳深处水平层状的物质流动层地壳深处水平层状的物质流动层 下地
27、壳的部分熔融岩浆下地壳的部分熔融岩浆 (2)、岩石圈的力学性质岩石岩石 圈的流变分层性圈的流变分层性 传统的岩石圈流变学分层性传统的岩石圈流变学分层性 均一的地壳均一的地壳 以石英为代表的流变学行为以石英为代表的流变学行为 均一的上地幔均一的上地幔 以橄榄石为代表的流变学行为以橄榄石为代表的流变学行为 三明治式的多层流变模型三明治式的多层流变模型 存在一个或多个塑性强度低的或不能存在一个或多个塑性强度低的或不能 干的层分隔开具有脆性破裂特征的强度高干的层分隔开具有脆性破裂特征的强度高 或能干的层。这种三明治式的多层流变结或能干的层。这种三明治式的多层流变结 构是地壳（岩石圈）厚度、岩石学特征、
28、构是地壳（岩石圈）厚度、岩石学特征、 温度等物理状态的函数。温度等物理状态的函数。 RanalliRanalli和和 MurphyMurphy (1987)(1987)建立建立 的七种岩石的七种岩石 圈流变学剖圈流变学剖 面模型面模型 模式模式a: 40kma: 40km的石英的石英花岗质地壳花岗质地壳 前寒武地盾区，如加拿大地盾前寒武地盾区，如加拿大地盾 （1 1）上地壳（）上地壳（20-2520-25kmkm以内）以内）脆性脆性 （2 2）下地壳）下地壳(25-40(25-40km)km)塑性塑性 （3 3）上地幔上部（）上地幔上部（40-8040-80km)km)脆性脆性 （4 4）上地
29、幔下部）上地幔下部强度逐渐减小强度逐渐减小 模式模式b: 40kmb: 40km厚的地壳，但上地壳为石厚的地壳，但上地壳为石 英英花岗质地壳；下地壳为中基性花岗质地壳；下地壳为中基性 部分前寒武地盾区部分前寒武地盾区 整个地壳和上地幔均为脆性，仅在整个地壳和上地幔均为脆性，仅在 上地壳和下地壳底部存在薄的塑性层。上地壳和下地壳底部存在薄的塑性层。 模式模式c: 60kmc: 60km的石英的石英花岗质地壳花岗质地壳 中新生代大陆对接带中新生代大陆对接带 与模式与模式a a类似，但因地壳厚度大，其塑性类似，但因地壳厚度大，其塑性 的下地壳厚度大，且强度很低的下地壳厚度大，且强度很低 模式模式d:
30、 60kmd: 60km厚的地壳，但上地壳为石英厚的地壳，但上地壳为石英花花 岗质；下地壳为中基性岗质；下地壳为中基性 造山带区造山带区 与模式与模式b b不同的是，由于地壳厚度的加大，在不同的是，由于地壳厚度的加大，在20-20- 3030kmkm处和处和40-6040-60kmkm处各存在一个塑性变形带，分隔三处各存在一个塑性变形带，分隔三 个脆性层。个脆性层。 模式模式e: 30kme: 30km厚的地壳，脆性层厚的地壳，脆性层10-1510-15kmkm厚，厚， 其它部分以塑性变形为主，但在莫霍面附近其它部分以塑性变形为主，但在莫霍面附近 蠕变强度有一个突然变化。蠕变强度有一个突然变化
31、。 可能的构造区可能的构造区大陆伸展构造区、板内或大陆伸展构造区、板内或 板间走滑构造带。板间走滑构造带。 模式模式f: 30kmf: 30km的地壳厚度。上地壳为石的地壳厚度。上地壳为石 英英花岗质；下地壳为中基性。花岗质；下地壳为中基性。 （1 1）10-1510-15kmkm有一个塑性层，分隔上地壳有一个塑性层，分隔上地壳 和下地壳内部的脆性层。莫霍面附近也存和下地壳内部的脆性层。莫霍面附近也存 在蠕变强度突变带。在蠕变强度突变带。 模式模式g: g: 地壳很薄，约地壳很薄，约1010km,km,由基性岩组成。由基性岩组成。 大洋岩石圈大洋岩石圈 4040kmkm以上岩石圈为脆性层。以上
32、岩石圈为脆性层。 三、地台三、地台（Plateform) 克拉通克拉通(Craton) （一）概念一）概念 1885年奥地利人年奥地利人E.Suess提出，基本含义是：提出，基本含义是： 地壳上长期稳定的、自形成以后不再遭受地壳上长期稳定的、自形成以后不再遭受 褶皱变形的地区，岩层产状平，地貌平褶皱变形的地区，岩层产状平，地貌平 坦。坦。 （二）地台基本地质特征（二）地台基本地质特征 形态成面状，不规则，地形简单，平坦，常形态成面状，不规则，地形简单，平坦，常 呈高原、平原、盆地呈高原、平原、盆地 具有双层结构，下部为基底，上部为盖层盖具有双层结构，下部为基底，上部为盖层盖 层，层，盖层与基底
33、之间以角度不整合面分开盖层与基底之间以角度不整合面分开 盖层沉积为稳定类型沉积建造盖层沉积为稳定类型沉积建造 岩浆活动微弱岩浆活动微弱 构造变动微弱构造变动微弱 盖层基本无变质作用，或变质作用极为微弱盖层基本无变质作用，或变质作用极为微弱 地台的基本结构地台的基本结构双层结构双层结构 盖层：盖层：沉积较薄，岩相变化不大，稳定类型沉积较薄，岩相变化不大，稳定类型 沉积，产状平缓，地壳运动为大面积的缓慢沉积，产状平缓，地壳运动为大面积的缓慢 的升降运动，岩浆活动微弱，很少受变质作的升降运动，岩浆活动微弱，很少受变质作 用用 基底：基底：活动类型沉积，构造复杂，深成岩系活动类型沉积，构造复杂，深成岩
34、系 发育，深融作用普遍，区域变质作用强发育，深融作用普遍，区域变质作用强 地台典型沉积建造地台典型沉积建造 石英砂岩建造石英砂岩建造 石灰岩建造石灰岩建造 碎屑含媒建造碎屑含媒建造 膏盐建造膏盐建造 红色碎屑岩建造红色碎屑岩建造 （三）地台地球物理特征（三）地台地球物理特征 地壳厚度一般地壳厚度一般3540km 地壳结构简单地壳结构简单 地热热流值较低，一般地热热流值较低，一般11.3HFU 重力：布格重力异常重力：布格重力异常-10-50mg,变变 化幅度和梯度均较小，显示接近均化幅度和梯度均较小，显示接近均 衡状态衡状态 地震活动微弱地震活动微弱 （四）中国地台区的特殊性（四）中国地台区的
35、特殊性 相对其它地台区，中国地台区在经历了相对其它地台区，中国地台区在经历了 古生代稳定发展后，到中新生代表现出一些古生代稳定发展后，到中新生代表现出一些 与典型地台特征不相容的现象与典型地台特征不相容的现象 出现巨大的断裂带出现巨大的断裂带 产生巨厚的沉积产生巨厚的沉积 出现较强烈的岩浆活动出现较强烈的岩浆活动 几种观点：几种观点： 1、 别洛乌索夫（别洛乌索夫（1954）将之称为后地台阶段）将之称为后地台阶段 或地台活化或地台活化 2、陈国达称后地台阶段为地洼发展阶段，作为、陈国达称后地台阶段为地洼发展阶段，作为 与地槽和地台并列的第三构造单元类型与地槽和地台并列的第三构造单元类型地洼地洼
36、 3、黄汲清提出准地台的概念，与地台活化概念、黄汲清提出准地台的概念，与地台活化概念 不同的是，准地台是指活动性较大的地台，活动性表不同的是，准地台是指活动性较大的地台，活动性表 现在整个发展过程中，而不仅限于中新生代。现在整个发展过程中，而不仅限于中新生代。 TS AR JS WD DB SL 与中国大陆处于与中国大陆处于三大构造动力学体系有关三大构造动力学体系有关 阿尔卑斯喜马拉雅构造动力学体系；阿尔卑斯喜马拉雅构造动力学体系； 西太平洋构造动力学体系；西太平洋构造动力学体系； 在古亚洲构造动力学体系基础上的中新生代在古亚洲构造动力学体系基础上的中新生代 环西伯利亚构造动力学体系环西伯利亚
37、构造动力学体系 中国地台区为什么活动性较大？中国地台区为什么活动性较大？ 三大构造体系域三大构造体系域: :阿尔卑斯阿尔卑斯喜马拉雅、西太平洋喜马拉雅、西太平洋 和中新生代环西伯利亚构造体系域及其复合汇交和中新生代环西伯利亚构造体系域及其复合汇交 四、大陆裂谷和陆间裂谷四、大陆裂谷和陆间裂谷 （Rift) ( (一）概念一）概念 英国地质学家英国地质学家GregoryGregory研究东非裂谷时提出，定研究东非裂谷时提出，定 义为：地壳断裂作用形成的谷状地形。义为：地壳断裂作用形成的谷状地形。 现在的完整理解：现在的完整理解： 地壳上延伸很长，切割很深的张裂带，有两个要点：地壳上延伸很长，切割
38、很深的张裂带，有两个要点： 1 1、规模大，所发育的断裂可切割整个岩石圈。、规模大，所发育的断裂可切割整个岩石圈。2 2、处于、处于 引张环境，地形上表现为纵长的凹陷和谷地。引张环境，地形上表现为纵长的凹陷和谷地。 简言之：裂谷是地壳岩石圈上的大型构造类型，是由简言之：裂谷是地壳岩石圈上的大型构造类型，是由 于地壳或岩石圈的伸展作用而形成的延伸很长的狭长断于地壳或岩石圈的伸展作用而形成的延伸很长的狭长断 陷带。陷带。 发育于陆壳上的得裂谷就是大陆裂谷发育于陆壳上的得裂谷就是大陆裂谷 （二）地质特征（二）地质特征 1、地形上的狭长谷地，裂、地形上的狭长谷地，裂 缘带常表现为陡峭断崖，缘带常表现为
39、陡峭断崖， 高约几百米甚至上千米高约几百米甚至上千米 如东非大裂谷、贝加尔如东非大裂谷、贝加尔 裂谷裂谷 2、构造上以断裂为边界，、构造上以断裂为边界， 且断层均为正断层，垂且断层均为正断层，垂 直断距可达几公里，形直断距可达几公里，形 成盆岭构造。如美国西成盆岭构造。如美国西 部盆岭区。部盆岭区。 3、类型上有平行式和三叉、类型上有平行式和三叉 裂谷式裂谷式 著名的著名的“东非大裂谷东非大裂谷”亦称亦称“东非大峡谷东非大峡谷” 或或“东非大地沟东非大地沟”。裂谷宽几十至。裂谷宽几十至200 km， 深达深达I 0002 000m，谷壁刀削斧劈，长度相，谷壁刀削斧劈，长度相 当于地球周长的当于
40、地球周长的1/6，气势宏伟，景色壮观，气势宏伟，景色壮观， 是世界上最大的裂谷带，被形象地称为是世界上最大的裂谷带，被形象地称为 “地球表皮上的一条大伤痕地球表皮上的一条大伤痕”。南起赞比。南起赞比 西河的下游谷地，向北延仲到马拉维湖北西河的下游谷地，向北延仲到马拉维湖北 部，并在此分为东西两条，东面的一条是部，并在此分为东西两条，东面的一条是 主裂谷，穿越坦桑尼亚中部的埃亚西湖、主裂谷，穿越坦桑尼亚中部的埃亚西湖、 纳特龙湖等，经肯尼亚北部的图尔卡纳湖纳特龙湖等，经肯尼亚北部的图尔卡纳湖 以及埃塞俄比亚高原中部的阿巴亚湖、兹以及埃塞俄比亚高原中部的阿巴亚湖、兹 怀湖等，继续向北直抵红海和亚丁
41、湾，全怀湖等，继续向北直抵红海和亚丁湾，全 长长5000多公里多公里;西面一条经坦噶尼喀湖、基西面一条经坦噶尼喀湖、基 伍湖、爱德华湖、艾尔伯特湖等一直到苏伍湖、爱德华湖、艾尔伯特湖等一直到苏 丹境内的白尼罗河附近，全长丹境内的白尼罗河附近，全长1 700多公里。多公里。 从整个非洲大陆来看，东非大裂谷是全从整个非洲大陆来看，东非大裂谷是全 非洲最高地带，属东非裂谷高原区，总面非洲最高地带，属东非裂谷高原区，总面 积积500多万平方公里，占非洲面积的多万平方公里，占非洲面积的1/6多，多， 非洲的几座海拔在非洲的几座海拔在4 500 m以上的高峰，全以上的高峰，全 部分布在这个自然区内，其中有
42、著名的乞部分布在这个自然区内，其中有著名的乞 力马扎罗山、肯尼亚山、埃尔贡山等。力马扎罗山、肯尼亚山、埃尔贡山等。 4 4、大多伴有强火山活动及深成岩浆活动，并常有、大多伴有强火山活动及深成岩浆活动，并常有 地幔岩包体。大陆裂谷火山岩以碱性玄武岩为主，地幔岩包体。大陆裂谷火山岩以碱性玄武岩为主， 当向过渡型裂谷发展时，可以出现拉斑玄武岩。当向过渡型裂谷发展时，可以出现拉斑玄武岩。 裂谷火山岩的另一特点是常出现裂谷火山岩的另一特点是常出现双峰式火山岩系列双峰式火山岩系列： 基性岩浆与酸性岩浆大致同时喷发，几乎缺失过渡基性岩浆与酸性岩浆大致同时喷发，几乎缺失过渡 的中性岩浆。基性岩浆属幔源，酸性岩
43、浆属壳源。的中性岩浆。基性岩浆属幔源，酸性岩浆属壳源。 5 5、堆积厚度很大，可达几公里，沉积序列一般：、堆积厚度很大，可达几公里，沉积序列一般： 下部：粗碎屑岩下部：粗碎屑岩 中部：深湖沉积，有泥岩和湖相浊积岩等中部：深湖沉积，有泥岩和湖相浊积岩等 上部：往往形成蒸发盐岩上部：往往形成蒸发盐岩 地层中常厚度不等的含有火山岩地层中常厚度不等的含有火山岩 （三）地球物理特征（三）地球物理特征 1、浅源地震活动带，震源深度一般、浅源地震活动带，震源深度一般 2045km 2、一般为负的布格重力异常。负异常的的、一般为负的布格重力异常。负异常的的 产生是由于厚的沉积物和下部存在低密产生是由于厚的沉积
44、物和下部存在低密 度的异常地幔度的异常地幔 3、地壳厚度较薄，一般小于、地壳厚度较薄，一般小于30km。 4、热流值较大，一般比两侧高、热流值较大，一般比两侧高23倍。一倍。一 般大于般大于1.5HFU，最高可达最高可达3.84.4HFU. （四）裂谷形成和演化的地球动力模型（四）裂谷形成和演化的地球动力模型 1 1、早期成穹阶段早期成穹阶段 2 2、断裂下陷阶段、断裂下陷阶段 3 3、陆间裂谷阶段或裂谷消亡阶段、陆间裂谷阶段或裂谷消亡阶段 拗拉槽概念： 延进大陆内部以高角度和地槽相连的未得到充延进大陆内部以高角度和地槽相连的未得到充 分发展的残余裂谷分发展的残余裂谷 大陆裂谷 陆间裂谷 大洋
45、中脊裂谷 五、沟（海沟）五、沟（海沟）弧（岛弧）弧（岛弧） 盆（边缘海）系列盆（边缘海）系列 （一）大陆边缘类型（一）大陆边缘类型 1 1、活动大陆边缘（太平洋型）、活动大陆边缘（太平洋型） 西太平洋型活动大陆边缘（日本型）西太平洋型活动大陆边缘（日本型） 东太平洋型活动大陆边缘（安第斯型）东太平洋型活动大陆边缘（安第斯型） 2 2、被动大陆边缘（大西洋型大陆边缘）、被动大陆边缘（大西洋型大陆边缘） （二）沟（二）沟弧弧盆系列的典型结构：盆系列的典型结构： （三）海沟及俯冲带（三）海沟及俯冲带 沟沟弧弧盆系统（或安第斯型大陆边缘）的盆系统（或安第斯型大陆边缘）的 地震震源分布及其含义：地震震源
46、分布及其含义： 环太平洋是地球上最强烈的地震带，浅源环太平洋是地球上最强烈的地震带，浅源 （70km)、中源中源(70300km)、深源（深源（300670）地）地 震均有分布。震源的分布具有规律性。从海沟向震均有分布。震源的分布具有规律性。从海沟向 大陆内部地震震源越来越深，分别从浅大陆内部地震震源越来越深，分别从浅中中深，深， 浅源地震多集中于海沟的陆侧斜坡及岛弧带，中浅源地震多集中于海沟的陆侧斜坡及岛弧带，中 深源地震见于弧后地区，这样构成一个自海沟向深源地震见于弧后地区，这样构成一个自海沟向 大陆的震源带，震源机制解反映的是逆冲剪切带，大陆的震源带，震源机制解反映的是逆冲剪切带， 与俯
47、冲带相对应，因此人们称此带为地震剪切带。与俯冲带相对应，因此人们称此带为地震剪切带。 20世纪世纪50年代美国地震学家年代美国地震学家Benioff首先对此带进首先对此带进 行解释，为纪念他的功绩，因而也称行解释，为纪念他的功绩，因而也称贝尼奥夫带贝尼奥夫带 (毕鸟夫带）毕鸟夫带），其倾角一般在，其倾角一般在45o左右，但可以在左右，但可以在 1590之间变化。之间变化。 活动概况 活动概况 （四）增生楔及其发育过程：（四）增生楔及其发育过程： 1 1、物质构成、物质构成 （1 1）滑塌沉积滑塌沉积 （2 2）大洋板块表面铲刮下来的物质，包括）大洋板块表面铲刮下来的物质，包括 洋壳表面的覆盖物
48、、洋壳、洋岛、海山洋壳表面的覆盖物、洋壳、洋岛、海山 及大陆碎块等及大陆碎块等 2 2、构造：为构造混杂堆积，褶皱及逆掩断、构造：为构造混杂堆积，褶皱及逆掩断 层极为发育，构造面向大陆。层极为发育，构造面向大陆。 3 3、变质：高压低温变质作用，标志性矿物、变质：高压低温变质作用，标志性矿物 为兰闪石、硬绿泥石，代表挤压环境的为兰闪石、硬绿泥石，代表挤压环境的 动力变质动力变质 4 4、成因、成因 俯冲带变质晕圈的形成及变质级的到转 （五）火山弧（岩浆弧）（五）火山弧（岩浆弧） 岩浆活动十分强烈，火山深成岩系发育，熔岩以安山岩岩浆活动十分强烈，火山深成岩系发育，熔岩以安山岩 为主，常伴有玄武岩
49、、英安岩、流纹岩等为主，常伴有玄武岩、英安岩、流纹岩等 火山岩极性：靠洋一侧主要为拉斑玄武岩、中部常为钙火山岩极性：靠洋一侧主要为拉斑玄武岩、中部常为钙 碱性、靠陆一侧为碱性系列碱性、靠陆一侧为碱性系列 成熟岛弧与未成熟岛弧：成熟岛弧与未成熟岛弧： （1）未成熟岛弧：小岛，地壳厚）未成熟岛弧：小岛，地壳厚1020km，拉斑玄武岩拉斑玄武岩 为主为主 （2）成熟岛弧：大岛，地壳厚）成熟岛弧：大岛，地壳厚2540km，火山岩包括拉火山岩包括拉 斑玄武岩、钙碱性玄武岩甚至碱性玄武岩斑玄武岩、钙碱性玄武岩甚至碱性玄武岩 注意：许多岛弧实际上是从大陆分裂出来的，如日本注意：许多岛弧实际上是从大陆分裂出来
50、的，如日本 （六）边缘海（六）边缘海 1 1、位置：岛弧与大陆间的小型洋盆。、位置：岛弧与大陆间的小型洋盆。 2 2、地壳厚度一般、地壳厚度一般101000 kg/s) High He isotopic ratios Low velocity (Vp) (V Courtillot et al., 2003) 地慢柱与大火成岩省 大火成岩省大火成岩省( (Large Igneous ProvincesLarge Igneous Provinces，简称简称 LIP)LIP)是指规模巨大，岩性主要是指规模巨大，岩性主要 为镁铁质的喷出岩和侵入岩。它包括大陆溢流玄武岩和相伴生的侵入岩为镁铁质的喷出岩
