构造地质学简介

构造地质学简介


发布日期: 2024-02-29 更新日期: 2024-02-29 编辑:xuzhiping 浏览次数: 393

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摘要: 构造地质学是研究地壳内部结构和变形的学科。构造地质学家使用多种技术,包括现场观测、测绘、地球物理方法和实验室实验,来研究岩石变形的方式以及控制变形的过程。 构造地质学是一个重要的领域,因为它帮助我们了解塑造地球表面的过程,例如造山、断层和褶皱。它在土木工程等...

构造地质学

构造地质学是研究地壳内部结构和变形的学科。构造地质学家使用多种技术,包括现场观测、测绘、地球物理方法和实验室实验,来研究岩石变形的方式以及控制变形的过程。

构造地质学是一个重要的领域,因为它帮助我们了解塑造地球表面的过程,例如造山、断层和褶皱。它在土木工程等领域也有实际应用,其中岩石的特性和作用在岩石上的力对于桥梁和建筑物等结构的设计非常重要。

构造地质学研究的一些主要主题包括:

  • 应力和应变:应力和应变的定义、应力和应变的类型及其对岩石的影响。
  • 岩石变形:岩石变形的类型,包括脆性、延性和塑性变形,以及控制变形的因素。
  • 断层:断层的定义、分类和几何形状、断层作用机制以及断层与地震之间的关系。
  • 褶皱:褶皱的定义、分类和几何形状,褶皱的力学以及褶皱与岩石变形之间的关系。
  • 节理和裂缝:节理和裂缝的定义和分类、它们的原因和影响以及它们与构造地质学的关系。
  • 地质图:地质测绘原理、地质图解释以及地质图在构造地质学中的应用。
  • 结构分析:分析岩石结构的技术,包括立体投影、横截面和 3D 建模。
  • 板块构造:板块构造与构造地质之间的关系、板块边界在岩石变形中的作用以及板块构造对地壳的影响。
  • 构造地质学的应用:构造地质学的实际应用,包括矿产勘探、碳氢化合物勘探和岩土工程。
  • 区域构造地质学:研究大规模构造特征,包括山带、盆地和裂谷系统及其与板块构造的关系。
  • 地质结构和地质灾害:地质结构和自然灾害(包括山体滑坡、落石和地震)之间的关系。

什么是地质结构?

地质结构是指地壳中岩石单元、矿藏和其他地质特征的三维排列。地质结构是变形、侵蚀、沉积等各种地质作用的结果。这些结构的规模范围从矿物颗粒方向等微观特征到山带和沉积盆地等大尺度特征。

一些常见的地质结构类型包括断层、褶皱、节理、裂缝和不整合面。断层是岩石断裂的区域,其中断裂的一侧相对于另一侧移动,而褶皱是由压力引起的岩层的弯曲或弯曲。节理和裂缝是岩石中不涉及位移的裂缝,而不整合面是地质记录中的间隙,其中岩层由于侵蚀或非沉积而缺失。

褶皱是由岩石弯曲和变形产生的地质结构。它们的大小范围可以从小的、微妙的褶皱到大的、引人注目的褶皱,例如山脉。

断层是由岩石沿地壳断裂或断裂运动而产生的地质结构。断层的大小范围很广,从小的局部断裂到延伸数百公里的大型区域断层。

节理是由岩石沿薄弱面开裂而形成的地质结构,但岩石没有明显的位移。接缝可能是由多种过程引起的,例如冷却、干燥和构造力。

地质结构是一个重要的研究领域,因为它们帮助我们了解形成地壳的过程和地球表面的历史。它们在土木工程和资源勘探等领域也有实际应用,这些领域的地质结构特征对于结构设计和资源矿床评估非常重要。它是地质学的一个分支,研究: 岩石的形态、排列和内部结构 从小规模到中等规模的结构的描述、表示和分析 重建岩石运动。

什么是构造地质学?

什么是构造地质学

构造地质学是地质学的一个子学科,研究地壳中岩石的变形和结构。它涉及岩石单元的空间分布和方向、岩层的几何形状和其他地质特征以及引起岩石变形的机制的分析。构造地质学家使用各种工具和技术来分析和解释地质结构,例如现场测绘、岩石样本的实验室分析和基于计算机的建模。

构造地质学的研究对于广泛的地质和工程应用非常重要。例如,构造地质学家可以研究岩石的结构特征,以识别和定位矿藏、油气藏或地下水含水层。他们还可以分析地质结构,以评估斜坡、隧道或建筑物的稳定性,或了解地震和其他自然灾害的可能性。

构造地质学领域与地质学的其他领域密切相关,例如岩石学、沉积学和构造学。它还与其他研究领域密切相关,包括地球物理学、工程地质学和环境地质学。

它是地质学的一个分支,研究岩石从微观到宏观的 3D 几何形状,以解释岩石自起源以来所经历的变形过程。它介绍了地质科学的物理方面,并强调:

  • 几何 (形状、方向、位置、大小等)
  • 运动 (粒子和物体的开始和结束位置以及路径 - 几何形状的变形或变化)
  • 力学 (解释为什么几何和运动是这样的)
  • 包括大量现场观察(还有一些来自实验室和计算机建模)

不仅教悔事实,还教育高级课程所需的技能和技术以及地质实践的核心。构造地质学利用构造提供有关区域变形期间条件的信息。

构造地质学

构造地质学家的工作机会有哪些?

构造地质学家有多种工作机会,包括:

  • 矿产勘探和采矿业:构造地质学家可以为采矿公司工作, 以识别和评估矿藏及其结构。他们还可以从事矿产勘探工作,以发现新的矿藏。
  • 工程和建筑行业:构造地质学家可以在工程和建筑行业工作, 评估水坝、桥梁和隧道等结构的稳定性。他们还可以协助此类结构的设计和施工, 以确保其稳定性。
  • 石油和天然气行业:构造地质学家可以在石油和天然气行业工作, 以确定潜在的碳氢化合物储层并评估储层开发的结构控制。
  • 环境咨询:构造地质学家可以为环境咨询公司工作, 评估拟议建设地点的地质稳定性或调查滑坡、地震和火山爆发等地质灾害。
  • 学术界和研究:构造地质学家可以在大学和研究机构工作, 对构造地质学的各个方面进行教学和研究, 包括构造、地质灾害和矿床。

这些只是构造地质学家可以获得的众多工作机会的几个示例。构造地质学家可获得的具体工作机会可能取决于他们的教育水平、经验和​​地理位置。

我们在构造地质学中研究什么?

构造地质学研究应变,这是极其不均匀的材料变形的最终产物。我们推断引起应变的应力;当压力发生时我们永远不会观察到它。

应变——> 缩短或拉长(延伸) 应力——> 压缩或拉伸

  • 测量平面和直线的姿态;
  • 姿态:空间中平面或线的方向;

我们在构造地质学中研究什么

规模术语

全球:规模几乎覆盖整个世界

  • 地区或省级:大致可定义;一般对应于一个自然地理省份。金牛座山脉,喜马拉雅柏拉图。
  • 宏观或地图比例:大于从地面上的特定点可以看到的区域。
  • 介观:从地面上的特定点可见的区域(露头到手部样本)
  • 显微镜:借助光学显微镜可见。
  • 亚显微:借助先进的显微设备(如 TEM(透射电子显微镜)或 SEM(扫描电子显微镜))可见
  • 穿透性:表征岩石的整个主体
  • 非穿透性:不表征岩石的整个主体(例如主体的一部分)

结构

主要结构: 是岩石形成过程中形成的结构(例如沉积岩中的层理、波纹痕或交错层理)。主要结构代表了岩石形成的当地环境条件。

二级结构: 是在岩化后沉积岩或火成岩以及变质岩形成期间或之后形成的结构。基本的次生结构是节理和剪切裂缝;断层、褶皱、劈理、叶理、线理、剪切带。

测量中的重要术语

  • 趋势:由方位角或方位角指定的水平线方向。
  • 宏观或贴图比例::从正北或正南向东或向西测量的水平角。
  • 介观:从正北顺时针测量的水平角。
  • 走向:水平线在斜面上的走向。它由与水平面的交线标记。
  • 倾角:从水平面到倾斜平面或直线向下测量的垂直角。

断裂

在地质学中,裂缝是岩石中的裂缝或断裂,不涉及裂缝两侧岩石的显着移动或位移。任何类型的岩石都可能出现裂缝,其尺寸范围可以从微观到数十米长。

断裂可以通过多种方式形成,断裂的一些常见原因包括:

  • 构造力:作用在岩石上的构造力(例如压缩力或拉伸力)会形成裂缝。
  • 冷却和收缩:冷却和收缩的岩石会形成裂缝, 导致岩石破裂。
  • 侵蚀:岩石的侵蚀(例如风化、水或风)可能会形成裂缝。
  • 膨胀:由于岩石的膨胀(例如矿物质的生长或吸水), 可能会形成裂缝。
  • 人类活动:骨折也可能是由人类活动引起的, 例如采矿、钻孔或挖掘。
  • 裂缝对地质过程和人类活动具有重要影响。 例如,裂缝可以为水、油或气体等流体提供穿过岩石的通道。 裂缝还会影响岩石的强度和稳定性, 并影响山体滑坡和地震的行为。 此外,裂缝可以提供有关一个地区地质历史的线索, 并且可用于矿产勘探和岩土工程。

节理

在地质学中,节理是岩石中的自然裂缝或裂缝,在裂缝两侧的岩石没有显著位移或移动的情况下发生。节理可以出现在任何类型的岩石中,大小从微观到几米长不等。

节理通常是在应力(如构造力或冷却和收缩)的作用下形成的,通常根据应力的方向朝特定方向定向。节理可以作为单个骨折发生,也可以作为一组平行骨折形成关节系统。

一些常见的关节类型包括:

  • 柱状节理:一种发生在火成岩(通常是玄武岩)中的节理, 其中岩石以垂直柱的形式破裂。
  • 张拉节理:响应拉应力而形成的节理, 例如发生在断层带上部的节理。
  • 剪切缝:响应剪切应力而形成的缝, 例如沿着两个构造板块之间的边界出现的缝。
  • 共轭接头:两组接头以特定角度相交, 形成“交叉影线”图案。

总体而言,节理是构造地质学的一个重要方面,可以提供有关地壳中岩石的历史和行为的宝贵信息。

矩形节理

纽约州普莱恩堡附近的尤蒂卡页岩(奥陶系)内粉砂岩 和黑色页岩中的矩形节理。

断层

在地质学中,断层是岩石中的平面断裂或断裂,其两侧相对移动,导致沿断层面的位移。断层可以发生在地壳的任何深度,其大小范围可以从几厘米到数千公里长。

断层通常是由构造力形成的,构造力导致岩石变形并最终沿着断层面破裂。当断层的一侧相对于另一侧移动时,这被称为断层滑动或断层运动。

故障有多种类型,包括:

  • 正断层:上盘相对下盘向下移动的断层。正断层与伸展构造力有关。
  • 逆断层:上盘相对下盘向上移动的断层。逆断层与挤压构造力有关。
  • 走滑断层:断层两侧的相对运动主要是水平的断层。走滑断层与剪切构造力有关。
  • 斜滑断层:断层两侧的相对运动是水平运动和垂直运动相结合的断层。

断层可能对地质过程和人类活动产生重要影响。例如,断层可以为水、石油或天然气等流体提供穿过岩石的通道,并可以影响岩石的强度和稳定性。断层也可能是地震的根源,其行为可能会影响山体滑坡和其他地质灾害的可能性。

断层通常用于地质测绘和石油、天然气和矿产等自然资源勘探。它们在工程和建筑中也很重要,因为它们会影响岩体的稳定性和强度以及隧道和矿山等地下结构的行为。总体而言,断层研究是构造地质学的一个重要方面,可以为了解地壳的行为和历史提供有价值的见解。

宏观尺度

宏观尺度

圣安德烈亚斯断层系是一条右旋走滑断层。

细观尺度

细观尺度

犹他州中部沿圣拉斐尔隆起的 Ketobe 节侏罗纪沉积岩的逆冲断层。

微观尺度

微观尺度

萨利赫利花岗闪长岩中被微断层切割的长石薄片;注意长石碎片的书架顺序。

褶皱

在地质学中,褶皱是由于构造力或其他应力的作用而导致的岩层弯曲变形或弯曲。褶皱可以发生在地壳的任何深度,其大小可以从微观到几公里长。

当岩石受到压缩力(例如构造板块碰撞时发生的压缩力)时,就会形成褶皱。压力导致岩层弯曲和弯曲,形成褶皱。褶皱可以具有各种形状和尺寸,具体取决于所施加应力的方向和大小以及岩石的特性。

一些常见的折叠类型包括:

  • 背斜:岩石层向上弯曲的褶皱,形成“V”形。
  • 向斜线:岩石层向下弯曲的褶皱,形成“U”形。
  • 单斜:岩石层向一个方向弯曲的褶皱,形成阶梯状形状。
  • 翻转褶皱:岩层弯曲到原来的层理不再水平, 而是倾斜甚至翻转的褶皱。

褶皱对地质过程和人类活动具有重要影响。例如,褶皱可以提供有关一个地区的历史和演变的线索,包括随着时间的推移发生的变形。褶皱还会影响地下水和碳氢化合物储层的行为,并且在地质勘探和资源开采中具有重要意义。

褶皱常用于地质测绘和石油、天然气和矿物等自然资源勘探。它们在工程和建筑中也很重要,因为它们会影响岩体的稳定性和强度以及隧道和矿山等地下结构的行为。总体而言,褶皱研究是构造地质学的一个重要方面,可以为了解地壳的行为和历史提供有价值的见解。

宏观尺度

宏观尺度

扎格罗斯山脉大型背斜的陆地卫星图像(NASA)。

细观尺度

细观尺度

微观尺度

微观尺度

变质岩中的微褶皱;产自意大利东阿尔卑斯山的千枚岩。

叶状结构

叶状结构是一种地质结构,是指岩石中矿物质的重复分层或平行排列。叶理现象常见于经历过区域变质作用的岩石中,区域变质作用是岩石大面积受到高温高压的作用,导致原始岩石变形和再结晶的过程。

叶状结构可以采取多种形式,具体取决于岩石内矿物颗粒的方向和排列。一些常见的叶状类型包括:

  • 板岩叶理:一种以细粒矿物(如云母)平行排列为特征的叶理类型, 形成层状板岩状外观。
  • 片岩性:一种叶状结构,其特征是较大矿物颗粒(例如石英和长石)平行排列, 导致粗粒、片岩状外观。
  • 片麻岩带:一种叶状结构,其特征是浅色和深色矿物带层交替, 形成带状片麻岩状外观。

叶理对岩石的行为和性质具有重要影响。例如,叶理可以影响岩石的强度和变形行为,以及它们的渗透性和传输流体的能力。叶理还可以提供有关一个地区的历史和演化的重要线索,包括随着时间的推移影响岩石的构造力和地质过程。

叶理分析通常用于地质测绘和矿物和矿石等自然资源勘探。它在工程和建筑中也很重要,因为它会影响岩体的强度和稳定性以及隧道和矿山等地下结构的行为。总体而言,叶理研究是结构地质学的一个重要方面,可以为地壳的行为和历史提供有价值的见解。

线理

线理是一种地质结构,是指岩石中发现的线性或细长特征。线纹可以有多种形式,包括矿物伸长、条纹和凹槽。线纹通常用于确定影响岩石的构造力的方向。

一些常见的线条类型包括:

  • 矿物伸长:一种线理类型,其中细长的矿物(例如角闪石或长石)沿特定方向排列。 矿物伸长率可用于确定变形过程中应力的方向。
  • 条纹:一种以岩石表面凹槽或划痕为特征的线纹, 通常由冰川运动或其他侵蚀过程形成。
  • 凹槽:一种线纹,其特征是岩石表面上更深、更明显的痕迹, 通常也由冰川运动或其他侵蚀过程形成。

线纹可以提供有关岩石变形历史以及影响岩石的构造力的方向和大小的重要线索。线划还可用于矿物和矿石等自然资源的地质测绘和勘探,因为它们可以提供有关这些资源的方向和分布的信息。

总体而言,线理研究是构造地质学的一个重要方面,可以为了解地壳的行为和历史提供有价值的见解。

一条明显而突出的伸展线状陡峭地向北倾斜

这张照片展示了一条明显而突出的伸展线状陡峭地向北倾斜,就像主要剪切叶理上的耙子一样……

剪切带

剪切带是一种地质结构,当岩石受到强烈的剪切应力时形成,导致它们沿着狭窄的区域变形和断裂。剪切带可以通过紧密间隔的裂缝和断层的特征模式的存在来识别,通常具有不同的方向或排列。

剪切带通常与构造活动有关,例如构造板块的碰撞,并且可能发生在地壳的不同深度。它们也可以通过其他过程形成,例如冰川的运动或熔岩的流动。

剪切带中的变形通常集中在狭窄区域,导致岩石内产生高度应变和变形。这可能会产生各种结构,例如断层角砾岩、糜棱岩和碎裂岩,其特征是存在细粒剪切岩石。

剪切带对各种地质过程和活动具有重要影响。例如,剪切带可以影响地下水和碳氢化合物储层的行为,并且在地质勘探和资源开采中可能很重要。剪切带还可以在岩体的稳定性以及隧道和矿山等地下结构的行为中发挥作用。

总体而言,剪切带的研究是构造地质学的一个重要方面,可以为了解地壳的行为和历史提供有价值的见解。

通常形成于上地壳的断层与经典韧性剪切带之间连接的简化模型

通常形成于上地壳的断层与经典韧性剪切带之间连接的简化模型。

构造地质学中的符号学

构造地质学中的符号主义是指使用符号和图形表示来传达有关地质构造的方向、几何形状和其他属性的信息。象征主义通常用于地质测绘和勘探以及科学研究和教育。

构造地质学中使用的一些常见符号包括:

Strike and dip symbols1

Strike and dip symbols2

Arrow symbols

  • 走向和倾角符号:这些符号用于指示地质结构的方向, 例如地层、断层和褶皱。 走向符号是一条垂直于走向方向的短线, 而倾角符号是一条带有指向倾角方向的箭头的线。
  • 箭头符号:这些符号用于指示各种力的方向和大小, 例如应力或应变。例如,箭头可用于指示断层运动的方向。
  • 折叠的符号系统:不同类型的折叠可以用不同的符号表示。 例如,背斜可以由一系列指向一个方向的小三角形来表示, 而向斜可以由一系列指向相反方向的小三角形来表示。
  • 线纹的符号系统:不同类型的线纹,例如矿物伸长或条纹, 可以用不同的符号表示,例如拉长的椭圆形或平行线。

构造地质学中的象征主义是以清晰简洁的方式传达有关地质构造的复杂信息的重要工具。它也是科学研究的一个有价值的工具,因为它允许研究人员以一致和标准化的方式记录和分析地质数据。总体而言,符号学在构造地质学领域发挥着至关重要的作用,是该领域地球科学家的一项基本技能。

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