第十章 历史构造分析和古构造

沉积厚度分析
沉积物厚度可以反映地壳升 降运动的幅度（与基盘的下 降和物质供给的多少有关）
厚 度 升 降 幅 度 构 造 性 质
补偿 compensation
→ →
非补偿 starvation
超补偿
Over-supply
沉积厚度分析
补偿：沉积基盘的下降速度等于沉积物的堆 积速度时，水深不变，岩相不变。 非补偿：沉积基盘下降速度大，物质供应不 足，水深变大，表现为海进序列。这类盆地 也称饥饿盆地。 超补偿：沉积基盘下降慢，物质供应多，水 体变浅，表现为海退。
概念：在一定时期内形成的、能够反映其沉积 过程主要构造环境的沉积岩共生综合体 概念核心：1 沉积时的构造条件 2 较长时期 3 一定的区域范围 4 综合特征(组分-结构-构造等) 分类：稳定、过渡、活动三种类型
Molasse 磨拉石
沉积组合与构造性质 Flysch 复理石
稳定 过渡 活动
游移盆地湖泊碎 屑组合；内陆盆 近海盆地碎屑泥 山麓山间粗碎屑（磨 大陆 地 河 湖 泥 质 组 质组合； 海陆交互 拉石）组合；大陆火 合；近海盆地含 相碎屑泥质组合 山喷发—碎屑组合 煤碎屑组合 岛弧海岩屑杂砂岩 非补偿边缘海碳 —火山岩组合； 滨浅海碎屑岩或 质、硅质组合；活 海洋 半深海至深海砂泥 碳酸盐岩组合 动陆棚泥质碳酸 质复理石组合；蛇绿 盐岩组合 岩组合
历史大地构造分析的内容
• • • • • 沉积物组分和沉积组合（或沉积建造） 沉积厚度分析 沉积相和沉积古地理分析 沉积盆地分析 构造运动面分析
沉积物组分和沉积组合（或沉积建造）
石英砂岩
长石砂岩
杂砂岩
成分和体态分析
席状
楔状
成分和体态分析-2
体态与构造性质
沉积组合(建造)分析 Sedimentary association (formation)
第十章 历史构造分析和古构造
一、历史构造分析及分析内容 二、板块构造简介 三、古板块的恢复方法
四、大地构造分区和中国古板块的划分
五、构造旋回和构造阶段
一、历史构造分析及分析内容
历史构造分析的概念
通过对不同地区、 不同时期地层进 行综合研究，确 定其构造发展状 态和过程，划分 构造演化阶段和 大地构造分区， 恢复不同地区不 同块体之间的相 互关系及演化过 程。
5 古气候分析
古气候分析主要研究古气候的各种生物
和沉积标志，确定生物化石、矿物或岩石与
气候（干湿、热冷）的关系，恢复不同地区
不同时期的古气候。
• 热带海洋：生物礁、鲕粒滩、叠层石等特殊 沉积物发育，风暴沉积发育 • 炎热蒸发量大的浅海：石膏、石盐、甚至钾 盐，伴生有泥裂、晶痕及红色沉积层 • 温暖潮湿的陆上：丰富的煤及大量植物化石 • 大陆冰川附近海域：冰海沉积发育；碳酸盐 沉积中缺乏颗粒，菊花石为其特征；生物贫 乏，多为一些冷水的典型分子
当时作为一个青年（32-35岁）气象学家，敢于大胆 提出较系统的大陆漂移假说（得益于古气候、古生 物和地质学的多学科结合），曾受到他岳父的劝阻 ，但通俗易懂的新颖学说立即引起学术界轰动。
洋壳到底怎样运动?
Hugo Benioff, 1954
千岛群岛
Benioff’s Interpretation
Kiwi
Lion
Kangaroo
生物分区
上新世晚期 形成 巴拿马地峡
同属不同种
有胎盘类 & 有袋类
陆生脊椎动物的分布
• 四足短矮 的陆地爬 行类水龙 兽，广泛 分布于南 美、南非、 印度、南 极等地。 • 不可能漂 洋过海， 只能通过 陆地迁移
• 河口环境淡水中生活的中龙化石，出现于 南非、南美两地。
tanI=2tanλ
(I为磁倾角，λ为古纬度)wenku.baidu.com
根据采样点位置，可 以确定古板块当时的 古纬度，通过统一板 块不同时期的古地磁 古维度分析，可以推 断板块的运动方向和 距离。
印度板块的北移
通过古地磁研 究可以计算出古磁 极的位置。
极移轨迹：对不同 板块不同时期的古 磁极进行系统研究， 可以得出各个板块 不同时期古磁极的 变化轨迹。
四、大地构造分区和 中国古板块的划分
主要依据地壳的构造活动（或 稳定）性及其演化发展历史 主要强调空间分异性
一级大地构造分区：
稳定的板块区、 板块间活动的狭长的活动构造带
二级构造分区：
稳定的板块区内较活动的裂陷槽和陆内 碰撞带 板块间（大陆边缘和古大洋）内相对稳 定的地块和微板块
北美板块 西部大陆 边缘内的 外来地体 或微板块
Benioff’s Interpretation Updated
现代全球板块
板块边界分类
离散型
会聚型
平错型
离散型/divergent 东非裂谷
大西洋中脊
B-type
A-type
O-type?
会聚型
B-type subduction/洋-陆 A-type subduction/陆-陆 Oceanic plate subducting under oceanic plate/洋-洋
中国主要古板块边界
准格尔松辽地块
塔里木地块 华北地块
扬子板块、义敦 准格尔松辽地块 微板块、昌都-思 北界的鄂尔济斯茅微板块、东南 卡拉美里线、贺 根山线 亚板块、羌塘微 板块、冈底斯微 华北-塔里木板块 板块、印度板块 北部边界的艾比 之间的甘孜-理塘 湖-居延海至索伦 线、金沙江-藤条 -西拉木伦线 河线、澜沧江-昌 宁-孟连线、班公 华北-塔里木板 错-怒江线及雅鲁 块、柴达木板块、 藏布江线。 秦岭微板块、扬 子板块的修沟分隔扬子板块与 玛沁-勉略线、 华夏板块、南海 板块的江绍-钦防 北祁连线、丹凤 -信阳线 线和琼州海峡线
沉积相和沉积古地理分析
• 相分析依据：在不同的大地构造背景下，由于沉积 盆地类型和沉积环境特征的不同，其沉积相也不相 同。 在稳定的大陆板块内部多为陆表海的浅水碎屑岩和 碳酸盐岩沉积。大陆板块边缘多为陆棚海的滨浅海 沉积、半深海-深海环境的浊积岩、等深岩及泥岩 沉积。
• 古地理分析：表示沉积组合类型的空间分布和构造 古地理格局的关系。可以帮助认识古海洋类型（如 陆表海、陆棚海、边缘海、岛弧海和远洋）、展布， 确定板块边界（俯冲带或地缝合线）的位置。
沉积盆地分析
各类背景下的盆地
裂谷及夭折裂谷盆地 被动大陆边缘盆地 大洋盆地 坳拉槽盆地，初始洋盆 洋岛，海山，海底高原 弧后盆地，弧间盆地，弧前盆地， 海沟，大洋盆地，洋岛，海山等 拉分盆地，走滑盆地 陆间残余盆地，弧后残余 盆地，周缘前陆盆地，弧 后前陆盆地，背驮式盆地， 山间断陷盆地，山前断陷 盆地，缝合线盆地
历史构造分析的概念
• 大地构造活动论——以活动论的观点认识 地史时期大陆和大洋相对于地极、赤道位 置的变化以及它们相互之间的位置变化。 • 构造演化阶段论——指地球岩石圈由简单 到复杂、有节奏和分阶段的平静演化和急 剧变革相交替的演化规律。 • 大地构造单元论——指在活动论和阶段论 的思想指导下、根据古大陆形成演化历程 去划分大地构造单元和分区。
构造性质/Tectonic characters
稳定-stable: 地震、火山活动少，地貌反差强度低 活动-active: 地震、火山活动频繁，地貌反差强度高 过渡-transitional: 介于二者之间
中国构造理论
地质力学（李四光） 重力构造（马杏垣） 波浪镶嵌构造（张伯声） 地洼学说（陈国达） 断块学说（张文佑） 地槽-地台多旋回构造学说（黄汲清） 板块构造学说（尹赞勋,李春昱,郭令智） 历史大地构造（王鸿祯）
平 错 型
三、古板块的恢复方法
1 板块构造开始 于什么时候？ 2 古板块构造到 何处寻？为什么？ 3 古板块构造的 识别标志是什么
岩石圈形成以 板块构造开始于什么时候？
古板块构造到何处寻？ 为什么？
来(3800Ma or 4200Ma)
大陆→山脉
大洋壳的年龄
≤J2(130Ma)
古板块构造的识别标志是什么？
这种堆积物由不同成因，不同时代、不同粒径的岩块和深海 细粒沉积混杂相处，也导致同一层位中不同时代的化石混杂 共生。后一种现象无法用地层学中的一般原理解释，显然与 混杂堆积的特殊成因机制有关。
混杂堆积
高压变质带
安 第 斯 型 板 块 边 界
2 古大陆边缘的识别
板块缝合线和大陆板块之间——大陆边缘
分类
伸展背景下的 沉积盆地
陆内裂谷，大陆边缘裂谷， 裂陷槽盆地 大陆架，大陆坡，大陆隆
会聚背景下的 沉积盆地 转换或走滑背景 下的沉积盆地 大陆碰撞背景 下的沉积盆地
与A型碰撞有关的沉积盆地 与B型碰撞有关的沉积盆地
小型克拉通盆地
内克拉通盆地，克拉通边缘盆地，克拉通内裂陷槽盆地
板块背景下的部分沉积盆地分布示意图 （据Dickinson, 1974）
4 生物古地理
生物古地理分区主要指因温度控制和地理 隔离两大因素的长期作用而产生的生物分 类和演化体系在空间上的分异
1、不同于生物相（环境不同产生的生物群生态 组合方面的差异） 2、形成原因：隔离（气候条件、陆地、海洋） 3、分级：生物大区、生物区、生物省、生态区
温度控制对陆生生物来说主要受气 候分带制约，有时也与地形高低所反映 的垂直气候分带有关，海生生物则主要 受与纬度高低有关的海水温度控制，有 时也受到不规则海流分布范围的影响。 地理隔离对陆生生物来说主要是 海洋阻隔，对海生生物来说既有大陆、 地峡的陆地隔离因素，还有广阔洋盆的 深海隔离因素，后者对于底栖生物的分 布也有明显的影响。
• 被动大陆边缘 • 活动大陆边缘
被动大陆边缘
• 类似于大西洋 的大陆边缘， 没有洋壳俯冲 带，不存在岛 弧-海沟体系。 • 陆棚浅海、陆 坡-陆隆的深水 沉积和海底浊 积扇发育
活动大陆边缘
• 类似于太平洋的大 陆边缘，具有洋壳 俯冲带，洋壳俯冲 形成岛弧-海沟体 系（西太平洋）或 大陆火山弧-海沟 体系（东太平洋） • 活动大陆边缘岛弧 火山岩及共生的海 沟深水浊积岩发育
与洋中脊的洋壳增生相对立，太平洋 东西两侧的海沟带，即经常发生地震的 毕鸟夫(Benioff)带，则是发生洋壳俯冲和 消减的场所。
这种俯冲一般以地震学家Benioff的第一个字母为名，称 为B式俯冲，代表洋壳板块与陆壳板块间的聚合型边界 （convergence boundary）以亚洲大陆东缘为例，自太平洋洋 壳海域至陆棚海陆壳海域之间，存在典型的海沟---火山岛弧--弧后盆地(边缘海)构造古地理格局，也可简称为沟---弧---盆 体系。 南美大陆西缘仅见海沟---火山山弧(安底斯山脉)构造古 地理格局，未见弧后盆地或边缘海。
现代阿尔卑斯---喜马拉雅山系中， 古洋壳板块已全部俯冲消失，两个大 陆板块直接碰撞(collision)，继续俯 冲的陆壳板块内部产生一系列逆冲断 层，并导致硅铝壳明显增厚。由于这 种陆壳内的逆冲现象最早由德国人安 普菲雷尔(O．Ampferer，1906)指出， 也称为A式俯冲。
3 古地磁学方法
6 岩浆岩组合特征
岩浆岩组合受不同构造环境的控制，
通过岩浆岩组合的空间分布格局，可以推 测板块分布或地缝合线的位置。
• 大洋型拉斑玄武岩具有一定的地球化学特征，仅见于洋 壳海域 • 钙碱型火山岩喷发时火山岛弧或安第斯式陆源火山活动 带的典型产物，一般出现在俯冲带附近，是寻找板块边 界的重要标志。 • 稳定大陆板块内部则出现大面积的溢流玄武岩喷发 • 拉张的裂谷中出现玄武岩和流纹岩共生的双峰模式
构造运动面分析
不整合：角度不整合和平行不整合 间断面：沉积过程中沉积作用停止，可能与 沉积物供给有关，也可能是地壳快速升降作 用的结果。
二、板块构造简介
概念
板块构造: 地球表面是由 为数不多,大小不等的岩 石圈板状体拼合而成的. 这些板状体(板块)相对于 赤道或地极可发生大规 模的横向水平位移.板块 之间通常以大洋中脊、 海沟、转换断层、大陆 裂谷和褶皱带等为边界. 板块间的离合碰撞及其 相关地质现象主要发生 在板块的边缘.该思想的 创导者是德国气象学家A. Wegener(1912, 50岁殉 职), 加拿大学者 W.J.Morgan(1968)对此 进行了最早和最系统的 总结。
1 地缝合线/geosuture ----板块构造的最直接证据
蛇绿岩套：由基性、超基性岩（橄榄岩、蛇纹岩、辉 长岩）、枕状玄武岩和远洋沉积组成的“三位一体” 共生综合体，代表洋壳残片 混杂堆积：为不同时代、不同成因和不同板块物质的 混杂体，是海沟—俯冲带的典型产物
高压变质带：指板块碰撞俯冲带附近发育的高压低温 变质带（蓝闪石片岩），它们往往沿缝合线相伴出现