解释下列术语:
1. 双重构造;2. 有效应力;3. 铲状断层;4. 花状构造;5. 石香肠构造与窗棂构造
从构造地质学的研究内容简述其学科分类
近年来科学技术发展总的趋势表现为两个主要方面: 1)学科本身自身建设与发展,从而有分支学科的出现;2)相邻学科之间的交叉与渗透,表现为交叉学科与边缘学科的形成。构造地质学学科的发展也不例外。构造地质学学科自身建设的一个特点是在传统学科内容的基础上,发展趋势表现为宏观更宏、微观更微。主要分支学科包括:显微构造学,研究微观域内和亚微域内岩石变形的显微构造类型、特点及其与岩石变形微观机制之间的耦合关系,探讨岩石变形的基本过程与显微构造的成因;构造地质学(狭义),主要介绍和研究区域制图尺度、露头尺度和手标本尺度地质构造的基本特点、组合关系与规律、地质构造的成因机制;区域构造学探讨地壳规模或尺度地质构造的基本特点、大型地质构造及其在地球构造格局和演化中的地位与作用。大地构造学的研究内容更多地包括全球构造的基本构造型式、全球构造的基本理论及其形成、演化的动力学过程。显而易见,从显微构造学到大地构造学,研究的尺度有着巨大的差别。当然,这种尺度上的差别也就导致其研究内容与研究方法有着显著的区别。本书所论构造地质学的研究对象主要包括中小尺度、显微尺度乃至亚微尺度岩石的变形构造及其成因机制。
从另一个角度考虑,构造地质学学科和其它许多相邻学科的渗透,也是近年来构造地质学发展最为显著的特点与趋势,并逐渐发展形成了许多边缘或交叉学科。构造地球化学是运用构造地质学和地球化学的基本原理和方法,阐述在不同构造背景环境中和变形作用过程中,元素的地球化学行为及其分配、迁移和富集规律与动力学机制;前寒武纪构造学是研究地球早期演化的地壳构造问题,包括早期地壳的结构、主要构造型式与特点、早期构造的成因与演化等基础问题;重力构造学的主要研究对象是地壳表层内由于重力作用产生的区域构造型式、组合规律及其成因。但是,局部性的滑坡构造并不属于重力构造学的研究范畴;实验构造学是再现或正演地质构造形成与演化的基本过程,阐述地质构造的成因;矿田构造学主要讨论矿床的形成与演化过程中构造变形作用的意义。撞击构造学是界于构造地质学与行星地质学之间的边缘学科,它主要研究由天际外来陨石等在地球或其它星球表面快速冲击形成的构造现象。
解释大陆岩石圈的分层性。从岩石成分—力学属性角度出发,说明为什么岩石圈强度具有下图所示的变化规律。
四、试述控矿构造的基本类型及其控矿意义
各种不同类型的地质构造,都不同程度地对某些矿床的就位、富集与分布有着直接或间接的控制作用。尤其成矿期构造,它们直接为成矿物质的迁移与富集提供了通道与成矿空间。
(一)褶皱构造:在褶皱构造的不同部位(包括背斜和向斜的转折端、背斜的脊线、褶皱翼部)以及褶皱内部的薄弱部位(能干层间的非能干层内、褶皱岩层层间、褶皱伴生的破裂等),都可以赋有矿床或矿体。但背斜或复背斜的转折端及轴部却往往是成矿、控矿的最佳构造部位。
当然,对于具有不同成因的褶皱,由于褶皱的形成机制与力学特点不同,其控矿特点也具有一定的差异。纵弯褶皱因弯滑作用过程而导致转折端出现虚脱、层间滑动形成层间剥离,同时,转折端的纵张破裂,层间的次级剪切破裂等都是热液矿床有利的成矿空间。弯流褶皱作用及揉流褶皱作用引起软弱岩层由翼部向转折端塑性流动,从而使得褶皱转折端的岩层或矿层明显加厚或富集,尤其对沉积矿床与变质沉积矿床,这种褶皱控矿作用非常重要。
横弯褶皱作用主要表现为由下部岩块或岩体的隆升以及岩盐体的底辟上升导致的岩层弯曲,并伴随着层间破裂。由下伏构造断块上隆形成的断块褶皱中,上覆岩层受拉伸而发生弯曲,形成挠曲褶皱,并伴生层间破裂带或破碎带;侵入岩体上隆引起的同步褶皱主要由于岩浆的冷凝与收缩而致使褶皱岩层发生层间剥离;塑性盐丘的底辟隆升产生底辟褶皱。在塑性岩石的上升过程中,底辟岩体与围岩之间常形成不同规模的断裂带,底辟体顶部形成角砾岩带。上述三种横弯褶皱作用过程,分别在不同的构造部位形成有利的构造空间,控制着成矿作用的规模与矿床的分布。
叠加褶皱作用也具有重要的控矿意义。叠加褶皱对变形前形成的矿床,尤其那些沉积矿床和变质沉积矿床具有显著的改造作用。另一方面,叠加褶皱又直接控制着某些热液矿床的产出。值得注意的是,叠加褶皱构造中,控制矿床产出的主要构造系统或早期褶皱或是晚期褶皱,它们对于矿床或矿田的分布规律与产出状态具有直接控制意义。
(二)断裂构造:断裂构造的控矿作用主要包括两个方面的含义。(1)断裂构造控制沉积盆地的形成与演化;(2)断裂构造作为含矿热液上升和运移通道,并为矿质沉淀提供有利的成矿空间,从而也是这里重点讨论的对象。
规模巨大的区域性断裂或地壳尺度的断裂,在成矿作用过程中常常作为导矿构造出现,为含矿岩浆或含矿热液由深部矿源向上运移提供了重要的通道,从而常常控制着矿田的分布。
区域上或矿田内的次级断裂构造,及其与不同规模或级次构造的交汇部位,常直接控制着矿体的形态与分布。其中,断裂旁侧次级破裂构造、断裂旁侧的岩性界面以及成矿断裂与早期断裂的叠加(切割)部位,都是矿体赋存的有利场所。当含矿断裂切过化学性质不同的岩石时,在不同岩层中成矿作用方式也可以有很大的差异。含矿流体对于化学性质活泼的岩石发生交代,而在化学性质稳定的岩层中表现为以裂隙充填式为主。
断裂构造的控矿作用以及断裂带中矿床或矿体的分布,主要受成矿期断裂形成与演化过程中的区域构造应力场的方向与大小制约。一般情况下,在应力集中的挤压带上,矿化规模较小,而在低应力区或张应力区,往往是矿化的有利地段,易于工业矿体的形成。以一条规模巨大的含矿逆断层为例,虽然断层面紧闭,总体上含矿性较低,但是由于断层沿走向或倾向常常为舒缓波状,所以在相同的应力场中断层的不同部位所受应力状态有一定的差异。在断裂的转弯处,断裂面张开,为矿质富集提供了有利的空间。
断裂构造的控矿作用还表现在它对矿液的遮挡作用:1)断裂本身具有大量的断层泥阻止了矿液的上升;2)断裂中充填有不透水的岩墙;3)由于断裂作用而使不透水层覆盖于断层上盘而阻挡了矿液的逃逸。这样,使得含矿热液聚集于断层下盘,并于有利构造-岩性段形成矿化或矿体。
(三)韧性剪切带:韧性剪切带的控矿作用及其意义是80年代初以来倍受人们关注的论题之一。尤其由于前寒武纪变质结晶杂岩中韧性剪切带型金矿的出现,而使得这方面的研究不断深入。西澳大利亚的Yilgarn 金矿,储量为该区金矿总储量的一半,占世界总储量的1%。金矿化带受控于韧性剪切带和与之有关的裂隙中。加拿大魁北克Abitibi绿岩带地区的金矿,尤其是富矿体、几乎都集中在韧性剪切变质带中。印度的 Kolar金矿,不论是石英脉型还是硫化物型金矿,都分布在两条主要韧性剪切带中。华北陆台南缘的小秦岭金矿、陆台北缘的内蒙古大青山-乌拉山地区太古代绿岩带金矿、河北省冀东金厂峪金矿、辽宁的南龙王庙绿岩带金矿、辽西阜新排山楼金矿和吉林夹皮沟金矿等都直接与韧性剪切带有关。广东河台金矿为典型的糜棱岩型金矿,已构成大型金矿床。
四、简述走滑盆地的基本类型与主要特点
走滑断层作用产生的盆地,总称为走滑盆地。在走滑盆地中,以往人们重点关注于拉分盆地,给人印象似乎走滑盆地只有拉分盆地,即只有拉伸性质的走滑相关盆地。事实不然,走滑盆地中除了伸展性拉分盆地外还有一些挤压性盆地,挤压性走滑盆地有断层楔盆地、断层角盆地、断层边缘盆地(坳陷)。
1.拉分盆地:拉分作用一词最早是由Barchfied和Stewart(1966)在研究美国加里福尼亚“死谷”的形成机制中首先提出的。自从1966年拉分这一术语引入盆地构造分析以来,受到地质工作者的极大重视。Aydin 和Nur(1982)系统地论述了全世界60多个第四纪拉分盆地和活动走滑断层的关系。拉分作用逐渐被用来描述几乎所有类型的走滑盆地。从野外观察、实验模拟和理论分析三个方面,对拉分盆地的形成提出了5个基本模型。模型a,菱形拉分或菱形地堑,认为拉分盆地在两条不连续的相互平行的走滑断裂之间发生,其边界呈尖锐的菱形。拉分盆地的宽度基本保持不变,并受早期两条主断裂间隔(d)制约,长度随主断裂交叠加大而增加。这一模型被广泛用于圣安德烈斯断裂带地区。模型b,Freund(1971)通过对新西兰Hope断裂带附近拉分盆地详细填图发现,两条主断层并非平行,它们的走向有一定角度的偏离,并且主断裂不是以交叠方式,而是以一条斜向中间断裂相连接。通过斜向中间断裂的张开,在盆地一端产生一个狭窄的裂口,在另一端可能产生一个鼓包(bulge)。模型c,Koide和 Bhatachar,Ji(1977)以剪切箱实验为基础,提出拉分盆地的形成可以类比于沿走滑断层发育的雁行张裂隙。Dewey(1978)建立了一个类似模型,认为拉分盆地是以大幅度旋转的张性裂隙或断裂分支处的R而发展起来的。模型d,Rodgers(1980)依据弹性位错理论,模拟两条平行主断裂间拉分盆地的断层形式。他的模型指出,拉分盆地的发展受控于三个基本因素:①主断裂交叠量的大小;②主断裂间隔的大小;③断裂是否切割地表。拉分盆地伸长过程中,在盆地端部发育正断层带(图中“n”所示),正断层将两条断层连接。模型e,Adyin和Nur(1982)在总结全球62个不同大小的活动拉分盆地发现,拉分盆地的长度与宽度在对数坐标上呈明显的线性关系,对数长度和对数宽度的比值大致为3。不论盆地大小如何,这个比值相对一致。为此,他们提出拉分盆地宽度增长的两种可能机制:①相邻各拉分盆地叠合组成一个大的拉分盆地,使原盆地宽度增加。②平行于主断裂的新断裂形成后,也可能造成拉分盆地向外传递而扩展。
拉分盆地的边界走滑断层,盆地中常有张性及张剪性断层,边缘可见雁列褶皱。规模变化大,可见从小标本上的拉分到长500 km、宽100km的大盆地。
2.断层楔盆地:断层楔盆地是由两条不完全平行走滑断层交汇处所夹持的楔形地壳下降所构成的盆地。走滑断层楔盆地下降和相邻隆起的位置受断层的性质(正断层或逆断层)、断层的倾向、主走滑断层的位置等因素控制。它们有时属伸展性盆地,有时属挤压性盆地。在伸展弯曲处,如分支平移-正断层(位移较小断层,它们可能是R面)倾向主位移断层就构成伸展性断层楔盆地,如其倾向相反,盆地就在断层楔盆地的钝角处形成,仍为伸展性盆地。在受阻弯曲处,如位移量较小的平移-逆断层(它们可能是P面)倾向主位移断层,则断层楔盆地发生在交叉断层的钝角位置上;如较小位移量断层的倾向相反,则断层楔盆地在交叉断层的锐角中,它们都是挤压性的断层楔盆地。在主位移断层为走滑-逆断层,小位移断层为走滑正断层情况下,小位移断层倾向主位移断层时形成锐角断层楔盆地,兼有挤压和拉张的特性,小位移断层倾向相反时,在钝角区形成盆地。在主位移断层为走滑-正断层,小位移断层为走滑-逆断层时,就可以在断层交叉楔中形成楔状体一侧沉降、一侧隆升的状态,这就是兼有挤压和伸展的断层。
3.断层角盆地:走滑断层有拉张或挤压作用时,断层一盘上升、一盘下降而形成断层角盆地。
4.断层边缘盆地:断层边缘盆地的是受阻断弯引起附近地壳下插而成的坳陷。这是一种负向的受阻断弯构造或负向的剪切挤压构造。
5.走滑分支盆地:走滑分支盆地是由主干走滑断层与分支的P面、S面及R面、X面联合构成。它们一般在盆地尖端两侧受压,在盆地开口处受张或者受压。
五、简述造山带核部(内带)变形带与外带变形带之间在构造样式、构造组合与主要变形机制之间的差异。