大地构造学
若干常见问题答疑（全文）
胡经国
一、大地构造学研究内容和方法
1、变形研究
变形研究，是指通过对构造运动所留下的形迹（如褶皱、断裂、面理、线理、变质构造、变质矿物）的研究，寻求地壳及岩石圈运动的力源问题。
2、地质体成因研究
地质体成因研究，是指研究地层地质体、变质地质体、岩浆地质体、火山地质体等的形成、演化及构造就位过程。
3、壳幔构造和动力学研究
关于壳幔构造和动力学研究，目前能作为我们立论基础的地球动力主要是重力均衡和壳幔分异与对流。
4、地球演化史研究
地球演化史研究，是指研究以前地球演化的发展趋势，推断地球演化将来的发展方向。
二、大地构造学主要任务
大地构造学当前的主要任务是：全球及大陆动力学研究，为矿产资源、地质灾害和环境评价建立动力学模型。
大陆动力学（ContinentalDynamics）这一概念的提出，是基于已经获得的资料表明大陆与大洋岩石圈乃至上地幔的结构不同。大陆岩石圈的生成、保存和消失过程，要比板块构造学说所阐明的大洋岩石圈的生长和消亡过程复杂得多。因此，有必要针对大陆的独特情况和亟待解决的大陆基本科学问题开展研究，建立大陆动力学理论。
美国国家大陆动力学研究的科学目标有：大陆的成因与演化、大陆地幔、地震和板块边界的相互作用、岩浆和火山系统、大陆岩石圈的变形和活动性、气候和全球变化的地球系统的历史、沉积盆地、地壳与水圈的相互作用等。一般认为，大陆动力学研究有两个支柱手段，即：野外实验室和大地测量与地球物理观测台网。
大陆动力学是地球动力学的构成部分。地球动力学（EarthDynamics），是地球构造过程的动力学机制的统称。它是在文献中经常出现的一个名词，常常与某些代表特定地质过程的名词连用，例如，化学地球动力学、成矿作用地球动力学等等。但是迄今为止，对地球动力学这一概念尚无一个明确而统一的定义。根据不同学者引用这一名词的背景，似乎可以把地球动力学理解为地球上地质过程的动力学机制的统称。当今，地球动力学研究领域包括大陆动力学、地幔动力学和盆地动力学等。
三、地球起源模式
地球起源模式：均匀聚集模式，非均匀聚集模式。
地球起源模式，亦即地球聚集（积聚）模式，有均匀聚集模式和不均匀聚集模式两类。
均匀聚集模式认为，地球是由硅酸盐、金属和金属氧化物固体颗粒的均匀混合物聚集而成的。这个混合物是经过复杂的物理和化学过程、在积聚时或积聚之前就已经形成了。
而不均匀聚集模式则认为，聚集过程是按照星云中物质凝固先后顺序进行的，先凝固的先聚集。因此，在地球生长过程中所聚集的物质是有变化的。
经典的均匀聚集模式假定，聚集的物质成分和球粒陨石很相近；聚集持续时间很长，约为10～10年。这就使得引力位能由新形成的地面辐射掉许多，而短寿命的放射性元素的影响也已微弱。初始地球的平均温度估计不超过1000℃，全部地球最初处于固态。这个模式虽然可基本上解释许多地球物理观测事实，但是遇到一些地球化学上的困难。按照这样缓慢的过程，地球内部是应处于化学平衡的；但是地幔中有些金属的相对丰度似乎又比化学平衡时所应具有的丰度高得多。有些作者企图对以上均匀聚集模式做些修正，但是迄今仍存在分歧。
不均匀聚集模式要求初始温度高，太阳星云的质量大,积聚过程的时间短（只需10～10年）。行星基本上应有化学分层的趋势，愈先凝固的物质应处于地球愈深的地方，浅处的物质应比较易于挥发。但是，实际地球的情况并非如此。不均匀聚集模式所遇到的困难比较多，而且是严重的。
四、固体地球圈层构造
布伦（Bullen，1963，1975）根据地球内部地震波的速度分布，将固体地球（SolidEarth）分为7个圈层：
地壳为A层：
包括上地壳A1、下地壳A2；
地幔分为B、C、D三层：
上地幔分为B、C两层：
B层包括盖层B1、低速层B2、均匀层B3；
上、下地幔的过渡层为C层；
下地幔为D层。
地核分为E、F、G三层：
外核为E层；
内、外核的过渡层为F层；
内核为G层。
五、合理地球动力学假设要满足的条件
一种合理的地球动力学假设至少要满足以下三个条件：
1、能对全球的构造特征及空间分布规律、构造演化过程作出解释；
2、所依赖的动力因子既有足够的能量，其作用方式又能合理说明构造变形场的特征；
3、符合物理学的基本原理和地球内部物质的物理－化学性质。
六、主要地球动力学假说
1、地球收缩说
2、地球膨胀说
3、地球脉动说
4、地球自转说
5、重力分异与重力作用
6、地幔分异与对流
7、层块构造热涌说
8、热点—地幔柱说
9、星际作用
七、地槽、地台特征及发展模式
1、地槽（Geosyncline）
⑴、沉降阶段
下降初期：硬砂岩沉积建造；
强烈下降：细碧角斑岩组合；
下降后期：粘土页岩建造，灰岩沉积建造。
⑵、上升阶段
上升初期：复理石建造；
上升后期：磨拉石建造。
2、地台（Platform）
⑴、早期阶段
地台边缘差异升降明显，内部差异升降微弱，形成开阔的大型隆起和坳陷，少量沉积。
⑵、中期阶段
地台整体沉降或大面积差异沉降，内部差异沉降微弱，岩相稳定，滨浅海及海陆交互相沉积。
⑶、晚期阶段
地台整体上隆发生海退，内部出现差异升降，形成断陷盆地，开阔褶皱及地堑。
八、海底扩张基本论点
海底扩张说（Sea-FloorSpreadingHypothesis）基本论点如下：
1、全球规模的大洋中脊是洋壳生长的地带，称为增生带；地幔物质由大洋中脊轴部裂隙涌出，冷凝成为新洋壳；后形成的洋壳将先形成的洋壳从大洋中脊轴部向两侧推开，海底洋壳的年龄随着洋壳的增加而增大。
2、当洋壳到达海沟时俯冲、下沉、熔融，重返软流圈，所以海沟又叫消减
带。
3、大洋岩石圈一面生长、一面消亡，不断更新，因而洋底基本没有比它更老的洋壳岩石，地球总体积和海盆总容积基本不变。
4、海底扩张起因于地幔对流，大洋中脊是对地幔流体上升带，海沟是对流体下降带。
5、大陆硅镁层驮于地幔对流体上，如传送带一样运动。
九、大陆漂移基本论点
大陆漂移说（ContinentalDriftTheory）基本论点如下：
1、在石炭纪以前，全球只有一个大陆和大洋，前者叫泛大陆（潘基亚联合古陆）、后者叫泛大洋。
2、大陆由较轻的、刚性的硅铝层组成，它漂浮在重的、黏性的硅镁层上。
3、从中生代开始，在潮汐力和离心力的作用下，联合古陆破裂，产生离极漂移和向西漂移，形成现在的海陆分布。
4、大西洋、印度洋是在大陆分裂漂移过程中形成的，太平洋是泛大洋的残
余；
5、在大陆离极漂移和向西漂移过程中，前缘受挤压形成褶皱山脉，后缘黏结、拖曳形成岛屿、岛弧。
十、地幔柱构造说
1、地幔柱构造说概述
地球是物质的，物质是运动的。地球物质运动的表现形式有两种：
一种是地内物质在重力分异作用下，较重元素逐渐下沉形成地核，较轻元素上浮逐渐形成地幔、地壳，并逐渐演化形成地球的核、幔、壳结构。
另一种是地内物质在热力膨胀作用下，热物质上升形成地幔热柱，并具有多级演化的特征；而冷物质则在板块构造的俯冲带渐次堆叠、拆沉，形成地幔冷柱。通过地幔热柱、地幔冷柱的物质对流，将岩石圈与上、下地幔、外地核、内地核等地球各圈层的物质、能量、深部动力学过程及地球表层的板块运动等有机地联系起来。
2、地球演化各阶段地幔物质主要运动形式
在地幔柱构造中并存的热地幔柱和冷地幔柱的运动，是地球演化各阶段地幔物质的主要运动形式。它导致前寒武纪超大陆解体—聚合旋回，驱动显生宙板块运动。
⑴、热地幔柱上升
热地幔柱上升，导致岩石圈减薄和超大陆解体，以及大陆岩石圈构造体制向大洋岩石圈构造体制转化，对应各种张性—引张—伸展—离散环境；
⑵、冷地幔柱下降
冷地幔柱下降，引起超级大陆聚合、大陆裂谷夭折造山和洋壳俯冲消减碰撞造山，以及大洋岩石圈构造体制向大陆岩石圈构造体制转变，对应各种汇聚—碰撞—挤压环境。
3、地幔柱构造说对威尔逊旋回的解释
⑴、超地幔柱上涌，超大陆裂开；
⑵、分离的大陆随时间移动到超大洋内，并任意散布在其中；
⑶、在大陆分散期间，俯冲带在地球表面相当任意地发育，它们提供冷物质进入地幔，成为670公里处的停滞石块；
⑷、冷物质适时发生周期性重力塌陷，在下地幔形成任意分布的下降流，并最终形成冷地幔柱，大陆向冷地幔柱移动，形成超大陆，俯冲带将环绕此超大陆发育。
十一、地质力学基本特征
地质力学（Geomechanics）的基本特征如下：
1、实践观点
任何一种地壳构造运动的正确假说都必须能够完满地说明客观地质现象，必须接受客观地质构造实际（和水圈变化）的严格检验；地质构造是探索地壳构造运动的主要研究客体。
2、本质观点
各种地质构造大都是力作用的直接结果。它们都有一定的力学属性和力学本质。查明地质构造的力学性质就成为首要的基础性工作。
3、联系观点
任何地质构造现象都不是孤立存在的。在它的发生和发展过程中，必定有其不可分割的伴侣；成群成带相伴出现的地质构造现象的总体，构成统一的构造体系。
十二、地质力学研究地壳运动的步骤
1、鉴定结构要素的力学性质；
2、辨别构造形迹的序次和不同序次结构面力学性质的转变；
3、确定构造体系的存在和范围；
4、划分巨型构造带，鉴定构造型式；
5、分析联合和复合的构造体系；
6、探讨岩石力学性质和各类型构造体系反映的应力活动方式；
7、构造模拟实验。
十三、三重基本概念
1、构造要素
构造要素，是指在地质体中的基本构造形迹或标志地质构造存在的基本单位。
2、构造地块
构造地块具有一定综合结构形态；属于一定构造体系的地质块体，常由地壳物质组成或由地壳结构构造的均一性以及具有明显界限反映出来。根据规模大小、影响深度、结构形态和活动强度，构造地块可以分为块垒地和褶皱地。
3、构造体系
构造体系，是指具有成生联系的各项不同形态、不同等级、不同性质和不同序次的构造要素所组成的构造带、以及它们之间所夹地块或岩块组合而成的总体。（每种构造体系都不是孤立存在的，在其形成过程中必定有不可分割的伴侣成群出现）
十四、构造体系三大特征
1、定型性
具有共同组合形态特征、构成一定的标准构造型式；
2、定位性
所属构造带常在一定部位出现，其配置符合一定规律；
3、定向性
各类构造体系多沿一定方向展布。
十五、沉积盆地类型和特征
1、裂陷构造环境的盆地
（1）大陆内裂谷盆地
在这种盆地内的主要沉积物以普遍发育火山活动为特征，主要为大陆环境的河湖相碎屑沉积；晚期可能有海水入侵，形成海陆交互相碎屑岩和碳酸盐沉积。
（2）大陆间裂谷盆地
早期为陆相河流携带的粗碎屑物质；中期为湖泊相的泥岩、碎屑岩和蒸发岩组合；晚期为海陆交互相及海相泥质岩，碎屑岩。
（3）被动大陆边缘盆地
下部是陆内或陆间裂谷阶段形成的沉积岩系；上部为大陆分离后随着岩石圈失热而堆积的海陆交互相碎屑岩、碳酸盐。
（4）陆内伸展型盆地
早石炭世，均已近海沼泽相含煤沉积为主；晚石炭世，主要为岩相、厚度均一的陆相－滨浅海盆地。
（5）大陆边缘裂谷盆地
一般以规模较大、沉积巨厚为特征。
（6）拗拉谷盆地
拗拉谷，又叫做拗拉槽、裂堑、裂陷槽、大陆裂谷；拗拉槽是对术语“aulacogen”的音译。
板块构造理论认为，大陆三叉裂谷体系形成初期，由于地幔柱的上升，产生了由正断层组成的三叉断裂体系；随着地幔柱的不断隆起，初始的断裂体系开始扩张；根据同一力学体系应力优先释放原理，三叉断裂体系必然有一支断裂系得不到充分的发展。其中，两支断裂系继续发展成为新的大洋，另一支没有得到充分发展的断裂系就成为拗拉谷。因此，由地幔柱上隆引发的拗拉谷是面对大洋且尾端伸进大陆内部，长期发育、充填沉积的陆内裂谷或地堑。
拗拉谷盆地出现在大陆边缘的凹入部位，与陆缘近于垂直；近陆缘处活动性大，越向大陆内部下陷幅度越小，直至消失；其生成期与大陆破裂同时，初期为狭窄的地堑，后期转化为宽阔的坳陷，最终因受侧向挤压而变形；如有岩浆活动，以碱性火山活动占优势；具有地壳增厚和正的布格异常的特征组合。
2、聚敛构造环境的盆地
海沟（Trench）是位于海洋中的两壁较陡、狭长的、水深大于5000米（如毛里求斯海沟水深大于5564米）的沟槽，是海底最深的地方，最大水深可达到10000米以上（马里亚纳海沟水深大于11034米）。
岛弧（iIslandArc）是大陆边缘连绵呈弧形的一长串岛屿，是与强烈的火山活动、地震活动及造山作用过程相伴随的长形曲线状大洋岛链，如阿留申－阿拉斯加岛弧和千岛－堪察加岛弧。
（1）海沟盆地
海沟沉积物时代较新，厚度不大。
（2）弧前盆地
沉积成熟度较低，盆地时代新。
（3）弧间盆地
具有高热流特征。
（4）弧后盆地
火山碎屑沉积占优势。
（5）残留洋盆地
沿着缝合带的方向在尚未碰撞的洋盆中形成大型三角洲沉积体系。
（6）周缘前陆盆地
在横剖面上不对称，靠近造山带一侧沉积较厚、构造变形强烈；以异常高的堆积速率为特征；盆地下部可能为海相、海陆交互相及三角洲沉积；盆地沉积物下部是同造山期或造山前形成的复理石沉积。
（7）弧背前陆盆地
弧背前陆盆地位于大陆地壳上；弧背前陆盆地具有规模大、演化时间长特点；冲断带在横剖面上是楔形的，毗邻造山系核部，向大陆内部变薄；弧背前陆盆地底部是造山期后的磨拉石，有明显的不整合；相对其他弧后盆地而言，弧背前陆盆地是压性盆地。
（8）山前凹陷盆地
（9）山间盆地
早期以高角度正断层为主，晚期转化为高角度逆断层。
3、走滑断层构造环境的盆地
走向滑动断层，简称走滑断层，又称为横移断层、扭转断层，是指规模巨大的平移断层。平移断层作用的应力是来自两旁的剪切力作用，其两盘顺断层面走向相对移动，而无上下垂直移动。由于断层两盘是沿断层面水平方向移动的，所以在野外的观察上经常没有明显的断崖，只会在地面上看到一条断层直线。
（1）走滑拉分盆地
（2）滑脱型盆地
4、克拉通构造环境的盆地
（1）中心式坳陷克拉通盆地
（2）掀斜式坳陷克拉通盆地
十六、全球造山带分布
1、环太平洋造山带；
2、特提斯造山带（地中海构造带）；
3、乌拉尔—蒙古造山带；
4、北大西洋造山带；
5、北冰洋造山带；
十七、威尔逊旋回
1、胚胎期
胚胎期，大陆地壳在拉张应力作用下上拱，岩石圈破裂，形成裂谷，如东非裂谷带。
2、幼年期
幼年期，地幔物质上涌、溢出，岩石圈进一步破裂，开始出现洋壳，形成陆间裂谷，如红海。
3、成年期
成年期，洋盆扩大，洋中脊形成，出现成熟的大洋盆地，如大西洋。
4、衰退期
衰退期，随着海底扩张，洋盆一侧或两侧出现海沟，俯冲消减作用开始进行，洋盆缩小，边缘发育沟—弧体系，如太平洋。
5、终了期
终了期，随着俯冲消减作用的进行，两侧大陆靠近，发生碰撞，边缘发育年轻的造山带，期间残留狭窄的海盆，如地中海。
6、遗迹期
遗迹期，两侧大陆直接碰撞，海域完全消失，形成年轻的造山带，如阿尔卑斯—喜马拉雅山脉；两大陆交接处是已消逝的洋盆遗痕，往往留有已消逝大洋的洋壳残片，如印度河－雅鲁藏布江一线。
十八、中国大地构造五大学说简介
在中国历史上提到学术繁荣人们就会想到两千多年以前的春秋战国时代。在这个时期，不但形成了中国历史上第一个人才波峰或者说是中国历史上最令人称道与自豪的人才高地。同时，代表中国古代主流思想的儒家、道家、法家及其他诸子思想和流派也主要产生于这一时期。
20世纪中叶，在中国地质学尤其是大地构造学发展壮大的过程中，也出现了一次学术繁荣的局面。虽然这次百家争鸣出现的时间很短，其意义也不能与春秋战国时代比肩，但是其产生的原因或许能使我们得到新的启迪和进行深入的思考。
1、地质力学学说
地质力学是李四光创立的，是运用力学原理研究地壳运动及其有关的地质构造现象的科学。20世纪20年代，关于大陆运动起源的问题有许多学派，但是其中主要的是活动论和固定论、垂直运动论与水平运动论之争。1926年，李四光发表《地球表面形象变迁的主因》；1929年，发表《亚东一些典型构造式及其对大陆运动问题的意义》；1933年，发表《东亚构造格架》；1939年，出版《中国地质学》；20世纪40年代，他正式提出了地质力学一词，并以构造体系为指导，继续从实践到理论进行深入研究。1945年，出版《地质力学的基础与方法》一书，从而地质力学成为一门新兴的学科出现于世界地质科学之林。
2、多旋回构造学说
黄汲清创立的多旋回构造学说，简称多旋回说，是1945年在他发表的著名著作《中国主要地质构造单位》中提出的。20世纪40年代，德国地质学家史蒂勒（H.Stille）的单旋回学说在国际上流行甚广。史蒂勒认为，一个地槽系只经历一次造山运动，产生一次变质及变形，出现一套超基性、基性到酸性的岩浆活动以及与岩浆活动相关的一次成矿作用，便转化成褶皱系。换言之，一个地槽系只经历一次造山运动就结束了地槽发展历史。黄汲清分析中国实际资料后发现，一个地槽系从发生、发展到结束，不止经历一个而是经历了若干个构造旋回。每个构造旋回都使地槽系的一部分转化成褶皱带，最后一个构造旋回才使地槽全部转化成褶皱系。不仅如此，在地槽系形成褶皱系之后，地壳仍有剧烈活动，产生新的沉积和岩浆活动等。
3、断块学说
张文佑1958年创立的断块学说，是研究地球岩石圈断块结构及其运动的假说。20世纪40年代初，他在跟随李四光研究中国华南大地构造时，把岩石中的节理分为X型和Y型两大组合，前者具剪切性质，后者具拉张性质，成为其后创立地球表面4种断裂体系的雏形。20世纪50年代后，在他主持下以断裂体系为主导思想编绘了第一张中国大地构造图其说明书——中国大地构造纲要，并创用了断块、断坳、断褶带、断块带、台块等术语，为后来成为一种新的大地构造学说建立了坚实的理论基础。在70年代，他开始运用地质力学分析与历史分析相结合的原则，把野外观察、室内模拟试验和理论分析三者结合起来，初步完善了断块学说。
4、地洼构造学说
地洼构造学说，也称为活化构造学说，是在批判继承槽台学说基础上，按照地台活化的深入理解逐步引申发展而成的一种学说。1956年，陈国达根据自己长期野外科考及专题研究成果，结合前人大量资料，发表《中国地台活化区的实例并着重讨论华夏古陆问题》一文，第一次提出第三构造单元活化区概念的雏形，标志着地洼学说的诞生；随后，陈国达相继发表的《地壳的第3构造单元地洼区》（1959）及《地洼区后地台阶段的一种新型活动区》（1965）等著作，均系对这个新构造单元的特征、鉴别标志、类型划分、在地壳演化史上的出现时间和在地理上的分布规律等，做出了详细论证。
5、波浪状镶嵌构造学说
张伯声的波浪状镶嵌构造学说，是阐明地壳的统一构造格局及地壳运动规律的理论假说，于1962年提出。该学说认为，整个地壳的构造是由大小不同的地壳块体和大小不同的活动带镶嵌而成的复杂构造图案，这就是地壳的镶嵌构造；同一级别的活动带与地块相间分布，在构造地貌上显示峰谷起伏及疏密相间，并具有近等间距性，这样的构造就是波浪状构造；全球地壳表现为几个系统的一级套一级的活动带与地块的定向排列，因而在几个方向上表现出一级套一级的波浪状构造；地壳几个系统的、从宏观到微观级级相套的地壳波浪状构造的交织与叠加，形成十分复杂但却有一定规律的镶嵌构造图案，这就是地壳的波浪状镶嵌构造。
十九、中国大地构造单元划分概述
大地构造学是研究大陆、大洋或某一大尺度区域地壳或岩石圈的组成、结构和演化历史的科学；其目的是了解海洋、大陆、山脉和盆地的成因和发展过程，认识地壳和岩石圈的演化规律。
中国大地构造的形成、演化与大地构造分区，已有百余年的研究历史。不同的学派，按照对中国大陆地壳形成和演化的不同学术观点，在整体论述中国大地构造分区方面具有不同的方案。其中，相对而言，以黄汲清等的多旋回构造观、王鸿祯等的历史大地构造观和李春煜等的板块构造观为指导思想的中国大地构造单元划分方案，集中国大地构造研究成果之大成，在中国全国起着重要的指导作用，其影响广泛而深远。
1945年，黄汲清先生发表的著名论著《中国地质构造单位》是对中国大地构造的首次划时代的系统论述。20世纪60年代以来，他和他的学生们进一步论述了中国大地构造的基本特征和基本轮廓；划分的中国大陆一级构造单元为地台或准地台和地槽褶皱系；并从全球构造角度，将中生代以来的中国大地构造划分为古亚洲、特提斯和滨太平洋三大构造域。任纪舜等编制的中国大地构造图，进一步发展了黄汲清的学术思想和成就，将中国大陆块划分为亲西北利亚陆块群、古中华陆块群和亲冈瓦纳陆块群；将显生宙造山带概括为古亚洲造山区、特提斯造山区和环太平洋造山区，而且将华南古生代造山带作为古亚洲造山区的一部分。其立论基点是：中国各主要陆块在新元古代时已形成为统一的古中国地台，其后的裂解只是手风琴式的开合运动，或者是冈瓦纳大陆裂离、亚洲大陆增生。这一多旋回构造学说与板块构造学说相结合的构造模型——多旋回－板块构造模型，迄今仍然是被广泛认可和应用的主流大地构造模型，在国内外具有广泛而深远的影响。
2017年11月2日编写于重庆
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