第一章 沉积大地构造 槽、台、洼系统,一 研究简史,1. 沉积岩的形成,山脉是大陆上最宏伟的地貌形态。大陆的山脉往往由褶皱了的沉积岩构成，因而，作为组成岩石圈的“三块石头”之一的沉积岩，最早吸引人类的注意和触发人类对其成因的思考。,云南玉龙雪山顶上褶皱的沉积岩,沉积岩中尚含有大量生物化石，由此更加触发了人类对其形成的好奇心。我国南宋学者朱熹（1130-1200）即有：“高山有螺蚌壳，或生石中，此石即旧日之土，螺蚌即水中之物。下者却变为高，柔者却变为刚。此事思之深，可有验者 。”朱子语类.卷九四,（苍山为海，沧海为田）方法学问题,在十六世纪中叶，意大利沃罗纳城建中发掘出大量化石，在宗教束搏下的欧洲，自然现象的解释均以创世纪为依据，以教规为准绳。,“学者们的天才和精力完全浪费在辩论和证明两个简单的问题上：第一，化石原来是否属于活的动物；第二，如果接受这种观点，那么这种现象能否用诺亚洪水来解释”（莱伊尔，1873）。,Charles Lyell（莱伊尔）简介,2. 莱伊尔与均变论 (Actualism),1797年于苏格兰法弗夏区金诺镇。1814年进入牛津大学学习数学和古典文学，并选修地质学课程。法学院毕业后，莱伊尔放弃律师工作，热衷于地质学研究，完成名著地质学原理，成为了现代地质学的奠基人。,“在地球的一切变革过程中，自然法则是始终一致的；河流和岩石，海洋和大陆，都经过各种变化，但知道哪些变化的规律和它们服从的法则始终是相同的” 。 “在地壳中发现的留下遗迹的古代生物界和非生物界的种种变化,在其种类和程度上都可能同现今正在进行的变化相类比”。,均变论 (Actualism),现代地质过程实例,仍然在进行!,问题： 如果地质过程是均变过程，沉积岩如何出现在山上？,亚洲喜马拉雅山脉,进一步的问题是： 地球表面上的雄伟山脉是怎样形成的？,欧洲阿尔卑斯山脉,北美落基山脉,南美安第斯山脉,一种认识：岩浆入侵导致地层弯曲隆起，形成山脉,对比：山脉与花岗岩分布,问题： 沉积地层的强烈褶皱，提示山脉形成是水平压力而不是浮力主导,美国古生物学家 Hall J.(18111898), 对美国Appalachian 山脉及其邻区的地层古生物进行系统研究，发表了有关该区地层古生物的专著四十余部。,2. Appalachian 山脉的研究与地槽学说,James Hall的奠基性工作,（1） Appalachian 山脉古生界厚度10,000m，而相邻的密西西比平原该套地层的厚度不足1000m。而且，东部厚达万米的地层基本为浅海相沉积。 Hall对此的解释是：沉积物最初是岩阿帕拉契一线海底展布，物质增多的效应是引起地壳屈服，从而形成边沉积边沉降的狭长盆地。,Hall发现：,Appalachian 遥感照片(GSA)，地层强烈褶皱,（2） Appalachian 山脉地区的古生界厚度强烈变形和变质，而相邻的密西西比平原，相应地层却近乎水平，且变质作用微弱，Why?,Appalachian山脉褶皱变形遥感影像,对于山脉的形成，Hall（1857）认为，阿帕拉契山脉形成与沉积层的褶皱无关，山脉是大陆整体抬升后被流水挖掘的结果；岩石变质是压力和化学变化的结果，温度只有在很深的地方才起作用，也与山脉形成无关。, J.D. Dana：地槽学说与大陆扩张,Hall“山脉前身是地壳中边沉降边沉积的巨型狭长盆地”的认识，为Dana地槽学说的提出奠定了基础。1873年，Dana发表了论地球冷缩的某些结果，兼论山脉起源和地球内部的某些性质的著名论文，正式提出了地槽学说。,James D. Dana (18131895),地槽(Geosyncline)是 地壳中边沉降边沉积的巨型狭长盆地, 为地壳演化过程中的活动构造单元；地槽带内的相对隆起区称为地背斜(Geanticline)； 地槽区一般发育于大陆边缘； 地槽的褶皱回返形成褶皱山脉，其前缘又开始新的地槽，从而造成大陆增生或大陆面积扩张。 陆缘地槽形成原因主要是地球冷却收缩而不是重力沉陷； 地槽和地背斜的形成是一个漫长和渐变的过程，而地槽褶皱造山则是激烈的突变过程。,James Dana（18131896）地槽学说的要点：,To be continued!,.地槽的概念,地壳中长期强烈活动的巨型狭长构造带，其基本特点是： (1) 位于大陆边缘或两个大陆之间，呈巨大的狭长条带 分布,二 槽台学说,(2) 早期（地槽期）地貌与现代大陆边缘相似 (3) 早期沉积以海相为主，沉积物分选差、厚度和岩性岩相变化大,(4)地槽发育晚期有强烈而频繁的褶皱运动，构造型相以紧闭的线状褶皱和大型逆冲断层；,美国Appalachian地槽带北段卫星照片，示地槽的线状褶皱,(5) 广泛强烈的岩浆活动，早期以基性超基性岩浆为主，晚期以中酸性岩浆为主 (6) 地震强烈、各种地球物理异常呈带状分布,正地槽(Orthogeosyncline) （位于大陆克拉通边缘） 准地槽 (Parageosycline） (位于大陆克拉通内部）,优地槽 (Eogeosycline) ,靠海一侧, 特点：火山活动强烈 冒地槽(Maogeosycline) 靠陆一侧, 无或自由极弱火山活动,2.地槽的类型（Stille方案),Appalachian 的地槽对 （M. Kay, 1951),冒地槽,优地槽,冒 地 背 斜,地槽期（早期） 地壳以负向运动为主，形成狭长的大型沉降带（其下沉速率可以被沉积物补偿或非补偿）,3.地槽的演化,造山期（晚期） 地壳以正向运动为主（地槽造山，Orogeny)，形成褶皱山脉和一系列与山脉平行的压扭性构造,同时有大量中酸性岩浆活动。,（1）原理,4 地槽迁移与大陆扩张,北美地台基底岩石的年龄自大陆中心向外逐渐变新，指示地槽带的迁移和大陆面积的不断扩大（大陆扩张）。,（2）地槽迁移（大陆扩张）实例1北美洲,北美地台基底构造及年龄图， （据Spencer,1977改编）,（3）实例2欧亚大陆,围绕几个古老地台（西伯利亚地台、中朝-塔里木地台、扬子地台等，地槽不断向外迁移，造成大陆面积的不断扩大。,据黄汲清等，1980，改编）,5.地槽的沉积建造 自下而上： (1)陆源碎屑建造(硬砂岩建造）硬砂岩、页岩 (2)碳酸盐建造海相灰岩、泥灰岩，碳质、沥青质高 (3)细碧角斑岩建造海相中玄武岩，角斑岩、细碧岩、放射虫岩、硅质岩 (4)复理石建造浅海相碎屑岩为主，厚度大，韵律清晰，冲刷面发育 (5)磨拉石建造陆相（主要为山麓相、河流相等），以砂、砾岩为主，与下伏建造常为不整合接触,5.地槽的岩浆建造,地槽期：基性超基性喷发为主蛇绿岩套(Ophiolite)。发育完整的蛇绿岩包括：(l)超镁铁质杂岩，由不同比例的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩组成；(2)堆晶辉长质杂岩；(3)镁铁质席状岩墙；(4)镁铁质火山杂岩，主要为枕状玄武岩，常见枕状构造；(5)与蛇绿岩伴生的岩石有富钠喷出岩、硅质岩等。,(Simplified after Brown 1999),Appalachian造山带中的花岗岩类与混合岩,造山期；花岗质岩浆活动，以深成作用为主，岩性主要为偏中性岩类，通常称为TTG组合，即Trondhjemite(奥长花岗岩）、Tonalite(英云闪长岩）、Granodiorite (花岗闪长岩），标志大陆地壳的形成。,6.地槽演化过程的恢复 过程：历史与逻辑的统一 (1)几个相关概念 沉积环境：沉积体形成的自然地理条件，以及影响其形成或存在的各种因素（环境因素）的总和 沉积相：沉积环境的物质体现 沉积建造：特定大地构造环境中形成的沉积相组合,（）方法学依据：将今论古（The present is the key to the pastA. Gaikie，1905) 将今论古历史（纵向）比较法 (以河流作用为例) 河流形成条件： （a) 有水的存在 （b）有允许水体流动的地形条件 河水流动的原因：重力对水质点的作用,现代河流沉积（已知）现代河流水环境（已知） 古代河流沉积（已知）古代河流水环境（未知） 前提：重力对水质点的作用古今不变,将今论古方法的应用：,A: 沉积物 沉积相 沉积环境 B: 沉积相纵向变化 环境随时间的变化 C: 沉积环境变化的原因：内外动力的综合作用 方法学：构造地貌（沉积）相关法 （内动力：地面起伏 外动力：地面夷平）,（）恢复地槽演化过程的逻辑思路,陆源碎屑建造阶段地槽开始沉降 碳酸盐建造阶段海水漫入，次深海相 细碧角斑岩建造阶段沉降到最大，基底断裂， 岩浆喷溢 复理石建造阶段地槽振荡回返，构造活动频繁 磨拉石建造阶段褶皱山脉形成,（）地槽演化过程的恢复,Thanks,