构造地质学

   构造地质学是研究岩石圈内地质体的形成、形态和变形构造作用的成因机制,及其相互影响、时空分布和演化规律的地质学分支学科。构造作用或构造运动常是其他地质作用的起始或触发的主要因素,因此,构造地质学说通常也就成为地质学的基本学说。云南金沙江虎跳峡的深切峡谷

    狭义的构造地质学一般限于形变和变形机制方面的研究。构造学或大地构造学是对区域性宏观构造演化史的研究,也是构造地质学的组成部分。狭义的构造地质学与构造学相辅相成,前者的研究是区域构造演化的具体内涵,而后者则是前者变形机制的成因环境和条件的综合概括。

    构造地质学最先是对构造要素,即褶皱和断裂的形态、变形组合的认识和分析,以及构造均匀域区划分带的研究,而后又结合岩石组合特征,研究演化历史和变形期次与阶段。其核心是构造演化的动力机制和成因模式,因而总与学说、假说相联系。

构造地质学发展简史

    1859年霍尔在研究北美地质时,发现阿巴拉契亚山脉古生代沉积区具槽形特征。他把这种现象解释为因沉积重力负荷而致下沉,1873年丹纳把这种槽形构造命名为地槽,并认为是地球因冷缩而在大陆边绕出现的塌陷带。地槽概念的提出标志着现代构造地质学的起点。

    1887年贝特朗提出造山旋回的概念。1883~1909年修斯在收缩说的基础上完成巨著《地球的面貌》,书中突出了地质学的全球观点,同时还发展了沉积建造的时空分带理论,使地槽地台学说得以建立,并奠定了20世纪前半叶的地质学研究的基础。

    泰勒1910年讨论了欧亚大陆第三纪山脉弧形向南突出,1912年魏格纳有关大陆起源的论述,使大陆漂移思想形成了大陆漂移说。因此,在20年代前后,在地质学中开始了以地槽学说为代表的垂直论,与以大陆漂移说为代表的水平论有关主要构造运动方式之争,并把垂直论与大陆位置相对固定相联系,称为固定论,而水平论固有大陆长距离漂移的认识,称为活动论。

    1928年霍姆斯提出地壳以下物质热对流的假说,用以解释大陆漂移。1930~1933年哈尔曼和范·贝美伦提出的重力与波动说,解释造山物质的运动规律。

    施蒂勒1924年提出了造山期及其同时性,支持了地槽学说的造山理论。1936年他把地槽进一步划分为正地槽和准地槽,其后又把正地槽分为优地槽和冒地槽。这些研究成果都显示了构造地质学在造山作用理论与岩石建造学说等方面的重大发展,进而使地槽地台学说成为20世纪50年代地质科学的主导理论。沿断层带喷出的熔岩

    在20世纪60年代,由赫斯首先提出的海底扩张说,以及由转换断层证实岩石圈运动符合描述刚体球面转动规律的欧勒定律,确立了岩石圈板块构造学,并被誉为现代地球科学理论的一次革命,从而引起对地质学中原有的基本原则和规律重新思考和再认识,也促进了构造地质学的现代化进程。

    构造地质学对地质体变形机制开展了实验和定量描述的研究。在20世纪50年代创立了构造物理学,60年代,以兰姆赛为代表,从构造形态几何学中发展了有限应变测量,提高了构造变形机制的定量研究的实践性。70年代,地球动力学的模拟实验和描述计算,扩大了构造成因机制的研究基础。

构造地质学基本内容

    构造地质学主要研究地质体的次生构造及其成因和演化,同时也进行构造作用环境的重建和反演的研究,可概称为改造和建造。它们都是在漫长的地质历史中发生和形成,并具复杂多样的特征。

    构造地质学研究的次生构造都与内生地质作用相联系,这与地球深部作用紧密相关。岩石圈板块运动是地质构造演化的主因,所以对地质构造的研究尽管有尺度不同和目的不一的差别,但都必须着眼于全球整体的地质演化规律与特定的形成环境相结合。

    各种构造作用主要都集中在上地幔圈层以上的岩石圈内,因而岩石圈又称为构造圈。在这里,既有现今的活动构造现象,如地震可测量的板块运动向量等,也有各种已经固结了的构造,这种历史中的构造一直可追溯至38亿年以前的古老地质体中。火山岩与沉积岩的不整合接触

    持续不断的构造作用,使地表和地下各种地质体发生形变,如岩层弯曲和断裂;地表升降造成山脉、高原和盆地;地表遭剥蚀和盆地内沉积;岩浆的侵入活动和火山喷发等,它们都直接间接地由更为广泛而具体的构造运动所引起的。从矿物晶格位错至造山带的形成,不同成因环境和层次的变质作用现象,岩浆岩分带,大陆碰撞区地壳压缩隆升和邻区的盆地沉积充填,以及地质体演化发展中的构造叠加和改造等,都是次生构造。

    构造地质学也研究由构造作用决定的原生构造现象,如造山带的位置和形态、盆地的形态和分布,各种层次的变质作用与分带,不同成因的岩浆岩侵位和喷出活动条件等的本身特征,都由构造环境所决定,是由先期构造造成而又成为后继构造作用的基础。

    构造地质学与地质学一样始于对大陆地质的研究。地壳构造具双层模式特征,不同深度层次的构造变形机制、作用过程和产物有很大的不同,特别是在地下一般为10~15公里深处的脆韧性物性过渡带上下的差别。其浅部常见脆性构造变形,构造发育不均匀;而在过渡带之下,以韧塑性均匀剪切变形为特征,各类韧性剪切构造面一般都很 平缓,多强烈置换构造和透入性特征。浅部的脆性断层向下进入韧塑性带时常产状变缓。具细粒化重结晶的糜棱岩则多形成于脆韧性过渡带附近或更深些。

    构造变形的各种不同速率和长时间的作用进程,可造成地质体的穿时现象,而不同阶段的构造作用可使构造发生递进变形或叠加;它们在时空上的关系,主构造期间及递进变形期内的演化序列,又常与沉积作用或岩浆侵位相关,这种具明显对应关系的主期又称为构造热事件,它不仅是构造变形产物,也是地质阶段划分的重要标志,有重要的纪年意义。

    构造地质学强调野外实地观测。其研究精度则随科学技术的发展而迅速提高。20世纪60年代以来遥感技术的运用,对地质构造的研究产生极高的效益;采用反射地震技术研究地壳结构,并开创大陆地学断面的研究和成囤,所有这些创新技术和理论,已有可能在更广阔的范围内研究具体的构造单元、区域构造特征、水平运动和制图。

    实验室内的显微构造与组构研究、构造变形条件的温度和压力的测算、古应力场重建及古应力差值估算等已经实现。因此,构造地质研究的观测分析手段已是宏观更宏、微观更微,使不同尺度的构造有可能在成因和演化及运动学和动力学上结合得更好,研究得更深入。计算机数字模拟则又开拓了为这方面实验提供可资参考的途径。

    构造地质学的研究意义就在于认识和运用地质体的成因和运动的规律性。地质矿产资源和能源的成矿背景,控矿容扩因素都与构造演化、构造环境和成因机制紧密联系。构造地质作用更是地质灾害的发生的重要的决定因素;工程建设及减灾等环境科学问题,也与构造地质学的研究直接相关联。