构造地质学

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2014年8月5日 (二) 15:50富甲一方讨论 | 贡献的版本

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  构造地质学汉语拼音:ɡouzɑo dizhixue;英语:structural geology),研究组成地壳岩石岩层岩体在地壳中力的作用下变形而形成的各种形象和踪迹(称为构造或构造形迹)。是地质学的基础学科。研究这些构造的几何形态、组合型式、分布规律;测量其变形量的大小和所反映的运动方向,恢复其运动学的图像及演化过程;进而探讨其形成的环境(形成的深度、温度和围压等条件)及产生这些构造的作用力的方向、方式和大小。

研究内容

  构造地质学研究的范围十分广泛,从超微尺度的晶体内的晶格变形到整个山系甚至全球的板块构造。尺度是指按规模划分的地质构造的级别。一般分为巨型、大型、小型、微型和超微型5个等级。不同构造尺度的观察对象,研究任务和研究方法各不相同。根据研究对象和研究方法的不同,构造地质学分科如下。

  大地构造学 研究巨型尺度的构造,涉及全球或广大区域范围。如板块间的碰撞带、洋中脊、被动大陆边缘(如环大西洋陆缘)、主动大陆边缘(如环太平洋陆缘)、大陆上的造山带(如长达数千千米的秦岭–大别山造山带、喜马拉雅造山带)、陆内裂谷(如东非裂谷)、大型平移断裂带(如位移达数百千米的美国西海岸的圣安德烈斯断裂带中国东部的郯庐断裂带)和巨型沉积盆地(如塔里木盆地)等。

  狭义的构造地质学 以研究中小型尺度的构造为主,中型构造涉及一个较小地段的具体的单个褶皱和断层及其相互关系等,在1/20万~1/5万或更大比例尺的地质图上可见其全貌;小型构造是在野外露头和标本上能直接用肉眼观测到的各种构造,如小褶皱、小断层、节理劈理和各种线理等,故也称区域构造地质学岩石构造地质学

  显微构造地质学 研究微型和超微型尺度的构造,把岩石磨成薄片,分别借助光学显微镜电子显微镜才能观察到的岩石和矿物内部的显微构造和超微构造。如矿物的变形纹、晶内扭折、糜棱岩石英被拉长而成的丝带构造、重结晶而细粒化的核幔构造和晶内位错特征等。通过对矿物晶格优选方位(组构)的研究来推导岩石变形过程中所受的应力的方位以及造成岩石变形的运动型式的分科,称为岩组学(又称构造岩石学)。

  实验构造地质学 用实验的方法来模拟岩石变形的发生、发展过程,以了解岩石变形的行为、形成的构造与变形的条件(作用力、围压、温度、应变速率等)之关系。

研究方法

  构造地质学的方法,依研究的对象不同而异。

  1.超微尺度的构造,如晶格缺陷和位错,可在透射电镜下放大达数千倍进行研究。显微构造,如矿物的晶内变形、矿物的定向排列、矿物之间的相互关系等,通常用普通的偏光显微镜对岩石的薄片进行研究。对矿物的晶格定向的测定,主要是利用旋转台在显微镜下对岩石的定向薄片进行的。对一些单矿物的细粒岩石(如石英岩灰岩),可用X射线测定晶格的优选方位。

  2.中、小型构造可在野外用地质测量技术进行,对于小型构造可以直接在露头上对其构造要素(如沉积岩层面、节理和断层面、线理等)进行测量;对于中型构造则需要对各个露头之间进行编联。地质制图是地质工作最基本的方法,它把不同地质单位用一定的符号、颜色和花纹,按一定的比例尺表示到地形图上,以示其空间的分布和相互的关系。也包括对各种面状要素(如岩层面节理断层小褶皱轴面劈理等)和线状要素(如断层擦痕、小褶皱轴、各种线理等)的方位测量和投影(如用赤平投影表示其三维的分布规律)。通常的目的在于查明地质体的相互关系和分布规律,以利用地面尽可能获得的较精确的资料,来推测地下一定深度的构造。如果用钻孔或坑道勘探的资料加以补充,则向下推断的精确性可大大的提高。地球物理方法(如反射地震勘探法)在石油勘探中广为应用,配合钻探,可获得地下数千米深处构造的精确的资料。

  3.应变分析是构造地质学定量化的重要技术。应变是指物体受力而引起的形状和体积的变化量。通过测定岩石中变形标志体在变形前后的变化,可以对岩石的变形作出定量的估算。常用的标志体如砾石、鲕粒、板岩中的退色斑、火山岩中的杏仁体、侵入岩中的包体,以及各种变形的化石。

  4.对于涉及整个山系的大型构造,不仅要用常规的构造方法研究与造山作用相伴的褶皱作用和断裂作用所形成的构造(形变),而且要研究地壳的形成,即地质体的建造过程,包括地壳演化发展的各个地质时期中形成的沉积岩岩浆岩变质岩。因此,要结合沉积学地史学岩石学地球化学地质年代学等地质学科,并与地球物理学方法(如地磁、重力、地震、遥感等)相结合。可以说,大地构造学是一门综合性的地质学科。

  5.实验构造方法主要包括两个方面:(1)物理模拟。采用实际的物理材料,模拟岩石变形。按照物理材料的不同,可进一步分成两类:一是岩石力学实验,在实验室用小的圆柱状岩石标本,在与天然岩石变形相似的高围压和高温度下加力使其变形,以了解地壳物质在不同条件下的变形方式及控制岩石变形的主要物理参数;另一种方法是用软的层状物质(如黏土、石蜡、凡士林、明胶等),按比例模拟的原则,模拟自然界大尺度的岩层的褶皱和断裂等变形,以了解力的作用方式和变形型式之间的关系。(2)数学模拟。采用数学力学方法,对根据实际地质构造提出的构造模型的应力场、位移场、应变场、位移速度场和应变速率场等进行定量分析,以了解在特定应力作用方式下,变形所造成的构造展布的规律。