工程地质分析与实践
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4.2 大地构造理论

地质构造是研究地壳岩石圈内地质结构体的形成、形态和变形作用的成因机制,以及相互的影响、时空分布和演化规律。地质构造作用常常是其他地质作用的起始和触发的重要因素,因此地质构造学说也是地质学的基本学说。

大地构造是指全球范围内,地壳运动的作用力以及它所导致地球构造形态。大地构造学是从整个地球研究构造的发生、发展和分布规律,它力图解释地壳运动的方向、性质、时空分布规律及动力来源问题。地球表层的岩石圈形成过程中或形成以后,受到大地构造力的作用,形成了复杂的空间组合形态,有的基本保持了成岩时代的原始状态,大部分发生了形变、断层、褶皱、构造节理等地质构造的形迹。

地球的岩石圈,已经经历了全球规模的地质构造运动,为了概括地质构造运动的形成机制、形态和发展特征,科学家们提出不同的学术观点,这里仅介绍部分较有影响的地学理论。

4.2.1 槽台学说

属于传统的大地构造学说。由于地壳在各个区域运动性质不同,反映在地壳中的构造变形、沉积作用、岩浆作用、变质作用亦有很大差异,可分为强烈活动地槽和相对稳定的地台两大地质构造单位,由于上述地质作用的不同,地貌差异较大。

4.2.1.1 地槽与地台

1.地槽

地槽是地壳上巨大狭长的盆地状的沉积很厚的活动地带,长达数百公里至数千公里,宽度数十公里到数百公里。它具有两种性质,早期主要表现强烈坳陷,接受巨厚沉积物,厚度可达几千米至一二万米,并且常伴有火山活动,形成以基性甚至超基性的熔岩流和岩床等;晚期经造山运动褶皱成山并伴有强烈的岩浆活动和变质作用,形成以中酸性为主的庞大岩基,以及贯入岩体中的岩墙、岩脉等。地槽经过一系列的地质活动以后,变为相对稳定的褶皱山脉,称为槽皱带,地槽是褶皱的前身,而褶皱带是地槽发展的结果,褶皱带形成后不断上升,地貌上表现出巍峨的山势。

2.地台

地台是地壳上相对稳定的地区,它的活动相对较微弱,平面上呈等轴不规则形状;具双层结构,下层称为基底,是褶皱带残留的基部,上层称为盖层(或沉积盖层)由稳定的碳酸盐岩、砂页岩组成,两者呈显著的角度不整合接触。地台发展也经历了前期下降,后期上升的过程,但与地槽相比,地台阶段地壳缓慢地升降,升降幅度小,无明显的水平挤压,以致构造变动岩浆活动和变质作用都较弱,因而沉积盖层上岩层水平或缓倾斜,厚度薄,岩相较稳定,没有遭受区域变质作用,基底露在地面,缺乏沉积层盖层叫地盾。

3.过渡区

在地槽与地台之间,具过渡性质的地区,称为过渡区。过渡区的性质介于两者之间。

地槽和地台在漫长的地质历史中不是恒定不变的,而是互相制约,互相转化。如地槽区褶皱回返后逐渐失去活动性,最后转化为褶皱带,开始具有地台性质,而地台又有可能活动变换成地槽。因此,地台与地槽是地壳发展中不同的发展阶段而已。

4.2.1.2 地壳发展的阶段性

在漫长的地质时代,不同地区产生不同的地壳运动,从而产生不同的地质构造。研究表明,我国早古生代时,华北表现为地台区,而天山、祁连山一带则表现为地槽区,而到了晚古生代就转变为褶皱带了,地壳性质逐步稳定。这种地壳运动随着时间的推移,发生周期性的运动称为旋回,地槽与地台是某地区阶段性的表现,每一阶段在它开始时总是以下降运动为总趋势,后来以上升运动结束。大地构造在一个周期内经历这样一个发展阶段称为构造阶段(构造旋回),这个地质构造旋回需要几个纪甚至更长的地质年代。

根据现有资料,地壳发展以来可以划分为以下构造阶段(表4.1)。

表4.1 传统地质年代及构造运动分期表

续表

(1)泰山、五台、吕梁运动:发生在元古界与太古界的造山运动。

(2)加里东构造阶段:地质时代属于早古生代,这一阶段地壳运动国际上称为加里东运动。

(3)海西(华力西)构造阶段:相当于晚古生代,国际上称这一阶段地壳运动为海西(华力西)运动。

(4)老阿尔卑斯构造阶段:相当于中生代,又可划分为印支和燕山构造阶段,前者相当于三叠纪,后者相当于侏罗纪—白垩纪,这时期地壳运动分别称为印支运动和燕山运动。

(5)新阿尔卑斯(喜马拉雅)构造阶段:相当于新生代,这时期地壳运动称为喜马拉雅运动。

槽台学说为研究大陆地壳运动规律和地壳构造发展做出了贡献,被地质学家们广泛接受,故称为传统的地质构造学说。

4.2.1.3 我国大地构造分区

由于研究目的不同,大地构造有不同的理论作为指导。在不同理论指导下,其大地构造分区是不同的。下面介绍以传统大地构造理论(槽台学说)进行的大地构造分区。大地构造分区控制了我国地貌形态,地貌特点与大地构造有密切关系。

根据地壳发展的阶段性,以活动地槽区最后转化为稳定褶皱带的时间,我国大地构造单元相应划分如下。

(1)华北地台(中朝地台):包括秦岭—大别山以北,天山—阴山一线以及东延部分以南的整个华北、东北南部、渤海、北黄海及朝鲜北部,以深断裂与相邻单元分界。

(2)扬子地台:包括由云南东部至江苏的整个长江流域和南黄海。

(3)塔里木地台:北邻天山,南接昆仑山。

(4)海南地台:海南岛南端包括大部海南在内的广大地区。

(5)天山—兴安海西褶皱带:包括天上大兴安岭地区。

(6)祁连加里东褶皱带:包括祁连山地区。

(7)昆仑—秦岭海西褶皱带:北邻华北地台—塔里木地台,东南接扬子地台邻滇藏褶皱带。主要部分为海西褶皱带,但东南缘的南岭为印支褶皱带。

(8)滇藏老阿尔卑斯褶皱带:龙门山和金沙江—红河以西,昆仑山以南,雅鲁藏布江以北地区。北部为印支褶皱带,南部塘沽拉山和冈底斯山主要为燕山褶皱带。

(9)喜马拉雅褶皱带:位于雅鲁藏布江以南,地槽的全面褶皱发生在晚始新世,最南缘(喜马拉雅山主干)为印度地台的北部边缘。

(10)华南加里东褶皱带:位于扬子地台之南。

(11)台湾新阿尔卑斯褶皱带:位于台湾省。

4.2.2 板块构造学说

20世纪50年代在大陆漂移学说的基础上,建立了海底扩张理论,20世纪60年代末发展成为板块构造理论。

4.2.2.1 大陆漂移学说

大陆漂移观点起源于德国青年气象学家魏格纳,他从大西洋两岸线形状相似的地形地貌特征得到启示后提出了这一学说。

图4.1 大陆漂移的拼合

(据E.C布拉德等)(黑色部分表示大陆架有重复)

其证据有以下4个方面。

1.海岸相吻合

大西洋两岸的非洲和南美洲的海岸相吻合,如巴西的布兰可角与几内亚湾相对应,这种相似性,似乎预示着大西洋两岸曾经是连在一起的。1965年,有人运用计算机对大西洋两侧进行了拼合,发现海平面以下915等深线相应部位两者的吻合误差小于一个经度(图4.1)。

2.古生物证据

非洲和南美洲发现有石炭纪—二叠纪时的陆生动物水龙兽化石,它们在印度、澳大利亚及南极洲发现的二叠纪和三叠纪的爬行动物群极其相似,这些古生物能够相互迁移,说明大西洋两岸的大陆曾经是连在一起的。

3.地质构造带特征

大西洋两岸北美和北欧之间地质构造之间具有一致性,非洲与南美洲古生代和中、新生代造山带亦具有相似性。

4.冰川及古气候特征

距今3亿年前晚古生代,在南美洲东缘、非洲中部和南部、澳大利亚南部及印度、南极洲曾发生过广泛的冰川作用,只有把上述地区的冰川连在一起,才能满意地解释冰川运动的方向。

4.2.2.2 海底扩张学说

20世纪50年代,随着海底调查积累了丰富的海底地质和地貌资料,尤其是古地磁的发展,导致赫斯(H.H.Hess,1962)和迪茨(R.Dietz,1961)几乎同时提出海底扩张的观点。海底扩张作用是大洋岩石圈沿中脊裂开(图4.2),地幔炽热的岩浆从这里涌出,冷却固结成新的大洋岩石圈,并把先期形成的岩石向两侧对称地推挤,导致大洋海底不断扩张。海底扩张说的证据是海底岩石的年龄分布,以年龄最新的大洋中脊为轴,向两侧对称分布,离中脊愈远愈老。磁异常条带大致平行中脊轴线延伸,正、反向异常带相间排列,并对称分布在洋中脊两侧。因此上述海钻成果令人信服地证实了海底扩张理论。

图4.2 海底扩张作用使大洋岩石圈沿中脊裂开

4.2.2.3 板块构造学说

板块构造学说认为,在地球内力作用下发生海底扩张,使得大洋岩石圈在洋中脊处裂开,地球最上层是刚性较大的岩石圈,岩石圈漂浮在地幔的软流圈上运动,叫做板块运动。岩石圈裂开为大小不一的板块,各板块内部是相对稳定的,板块边缘则由于相邻板块间的相互作用而成为构造活动的强烈地带,是发生构造运动、地震、岩浆活动及变质作用的主要场所。

地幔下层物质受放射热膨胀变轻而上升,地幔上层温度相对低而密度大,物质下沉,两者构成对流。上升流的岩浆在裂谷带中涌出,固结成岩,一次又一次地从洋脊裂谷带涌出的地幔物质,又把已形成的洋壳向外推移扩张,形成新的洋壳,当大洋壳遇到大陆壳时,就俯冲带入地幔中。这样洋脊的对流上升形成新的洋壳,海沟的对流下降,老的洋壳消亡,新的洋壳产生,使洋壳不断运动更新,地幔物质对流驱动着板块运动。

板块边缘具有强烈的构造活动带,据此将全球范围岩石圈划分为南北美洲板块、太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、印度洋板块、南极板块六大板块和一些小板块(图4.3)。

图4.3 全球板块划分

(引自《工程地质分析原理》,地质出版社,2012)

板块构造学说是全球构造理论,它刷新了建立在大陆地质研究基础上形成的许多传统认识,它标志着地质学的革命性变革,它也尚需地质科学家进一步探索和完善。

板块运动被认为是地壳发生位置移动,出现断裂、褶皱以及地震、岩浆活动和岩石变质作用的总原因,这些地质作用总称为内力地质作用,也就是地质构造作用,内力地质作用改变着地壳的构造,同时为地貌形成打下了基础,地质构造作用控制着地壳中岩石的变形、矿产分布规律以及地貌的形成。

板块构造与地质作用的关系如下。

(1)板块构造与地震、岩浆作用的关系。全球的地震、岩浆作用主要发生在环太平洋、阿尔卑斯—喜马拉雅山一带及大洋中脊、大陆裂谷,其分布位置与现代板块边界非常吻合。全球地震的能量95%都是从板块边界地带释放出来的,其中大部分又集中在板块汇聚对边缘上。由此可见,板块边界处的相互作用是引起地震的一种基本成因。板块活动特征还决定了岩浆活动的成分、来源及成因机制等特征。如洋中脊地区岩浆成分主要为基性和超基性,它的主要来源于地幔。俯冲带的岩浆活动以中、酸性岩浆为主。

(2)板块构造与变质作用的关系。分离型板块边界的洋脊轴部附近,由于岩浆不断上涌形成新的洋壳,使先形成的洋壳岩石遭受中—低级变质作用。汇聚型板块边界,由于强烈的板块俯冲或碰撞及由此引起的岩浆作用常引起广泛的区域变质作用。

(3)板块构造与造山运动的关系。地球上年轻的山脉都分布于板块汇聚的边缘上。环太平洋山系发育于太平洋周缘的汇聚型板块边界上,如南美的安第斯山脉。喜马拉雅山系展布于欧亚板块与印度板块的碰撞边界上。不仅如此,现代大陆内部的一些古老的巨型褶皱山系(如祁连山、天山等)也都是地质历史时期板块俯冲或碰撞作用的产物。

(4)板块构造与地表地质作用的关系。各种地表地质作用受地形、气候、植被、岩性及构造运动的影响,这些影响因素都与板块活动密切相关。汇聚型板块的俯冲和碰撞作用,造就了地球表面的高大山系,迫使地表地质作用以剥蚀作用为主。当山系高出雪线以上时,地表作用方式由原来的风化、地面流水等作用转变为以冰川地质作用为主。同时地形的巨变还会影响到周围地区的地表地质作用,如新生代后期喜马拉雅山的崛起,阻挡了印度洋向北吹的潮湿空气,使中亚地区变成荒漠,发育强烈的风力地质作用。分离型板块的扩张分离造就了地球上最主要的沉积盆地——海洋和大陆裂谷。

4.2.3 中国主要地质构造学说

中国地处环太平洋构造带和特提斯构造带的“丁”字接合处,具有中国特色的大地构造特征。“地质力学”“波浪状镶嵌构造学说”“多旋回构造”“地洼说”和“断块构造说”是老一辈地质学家对中国大地构造特征的总结,被称为“中国五大地质构造学派”。

4.2.3.1 地质力学理论

地质力学是我国地质科学家李四光运用力学的观点研究地质构造和地壳运动规律的一门科学。野外经常见到的岩层褶皱、断层、节理等地质构造表现出的构造形迹,都有和它相伴而生的一群构造形迹。它们在形成和发展中的内在联系称作成生联系。具有成生联系的构造形迹群聚集成带叫构造带,如果这些构造带是属于同一时期经过一次运动,或者按同一方式经过几次构造运动称作一个构造体系。它是在一定动力作用下,发生的区域构造运动的结果,对于区域地形地貌起着控制作用。

地质力学首先从地形地貌上表现的构造形迹开始研究其力学性质,然后把这些不同大小、不同性质、不同产状、不同形态的构造形迹按力学特性研究其成生联系,进一步鉴定它们的构造体系。这些构造体系在地面上的表象就形成了我国地貌的基本架构。

纬向构造体系在大陆上常常表现为横亘东西的隆起山岭和与此对应的盆地或地槽。例如,我国的阴山-天山构造带,秦岭-昆仑构造带和南岭构造带等;经向构造体系,是南北方向的构造带,如我国川滇南北向构造带,贺兰山区走向南北的构造带;扭动构造体系,亦为区域构造体系,如我国东部的构造体系为北北东向为主的巨大的多字型构造体系(简称为“新华夏构造体系”),祁连山、吕梁山、贺兰山组成了祁吕贺兰山字型构造体系。

地质力学在研究地表各种类型的构造体系的同时,研究了构造形迹展布方向与地应力之间的关系,认为地壳运动是以水平运动为主,在强大地壳水平应力作用下,伴随着相当规模的垂直升降运动。而地壳水平运动的主要动力来源于地球自转及自转速度的变化,如地球自转产生的离心力形成南北向的压力,以致产生纬向构造体系。地球自转速度改变可能产生东西向应力,形成经向构造体系。这样就把地球表面的构造形迹、构造体系与地壳的运动方式、方向以及地壳运动的动力来源联系在一起,形成了地质力学。地质力学在找矿、勘探、工程地质、地震以及地热资源勘探等方面的应用非常广泛,特别是对我国石油事业的发展做出了卓越对贡献。

上述地质构造应力,大者控制地壳结构的形成、发展和演化过程,形成不同的板块和大地构造单元,小者形成褶皱、断裂和构造节理分割的岩体等。然而,地质体不论大小都是结构体。它们的形成、发展和变化,主要是构造应力作用的结果。同时,构造应力也是地应力形成的主要原因之一。

1.巨型纬向构造体系

巨型纬向构造体系又称东西向构造体系,或称东西复杂构造带。在大陆壳上突出的表现为横亘东西的隆起山岭,往往出现在一定纬度上,它的规模很大,是具有全球意义的。

它主要是受南北向挤压力而产生的。它的主体是东西走向。

褶皱或压性断裂构造形成的同时,还有与它垂直的张性断裂和与它斜交的两组扭性断裂。这一系列东西向复杂的构造体系,不一定具有同样的发展过程,也不一定具有同样的综合形态,但却具有主要的共同特征,作为一个整体的复杂构造体系以及组成它的主要褶皱和断裂,大致都是东西走向的。在中纬度地区比较集中,它在大陆上断续延伸长达几千公里,在大洋底也有它存在的踪迹。它的发展历史很长,经历了反复多次的地壳运动,一般常伴随有东西走向的岩浆岩带分布。所以对各种矿产的分布有着重要的控制作用。

从中国大地构造轮廓来看,有三条明显呈东西向的山脉,形成三条横亘东西的巨型纬向构造体系。由北往南是:阴山-天山构造带、秦岭-昆仑构造带和南岭构造带。

2.经向构造体系

经向构造体系是一些走向南北的强烈构造带,又称南北向构造体系。地质构造规模不等,性质也不尽相同。它主要由南北走向的褶皱和压性断裂以及伴生的张性、扭性断裂构成。在中国最为显著的南北向构造带出现在四川西部和云南中部,其中以大雪山—戛贡山为主体,称为川滇南北向构造带。该带在地理上称为横断山脉。自西向东并列有高黎贡山、怒山和大雪山,由一系列强烈褶皱和规模巨大的逆冲断层组成。在中国境内的其他地方,还有一些不太强烈的经向构造体系。在北方如贺兰山区南北走向的构造带与祁吕贺山字形脊柱相复合;在南方,四川东南至贵州中部,有川黔南北向褶皱群出现。此外,还有一些经向构造体系,有的是呈零星分布,有的与“山”字形构造的脊柱相复合。

3.扭动构造体系

上述的巨型纬向构造体系和经向构造体系,反映了经向或纬向的水平挤压或引张作用,都是具有全球性的构造体系,也是地壳构造运动的两个基本方向。但是,由于地壳组成物质的不均一性,而使沿着纬向或经向的作用力发生变化,导致局部地壳发生扭动,便形成各种扭动形式的构造体系。

扭动构造体系的形式很多,根据作用力方式不同,可分为直线扭动和曲线扭动,前者一般称为扭动构造,如“多”字形、“山”字形构造;后者一般称为旋扭构造或旋卷构造,如帚状构造等。

根据地质力学的观点,前面所说的东西向或南北向水平应力,是由于在重力作用下,地球自转速度改变时所引起的离心力(一种是南北向的,一种是东西向的)产生的结果。

地质构造在漫长的地质年代里,地球自转速度是有变化的。由于地球自转速度的变化而产生的切应力,使地壳产生运动。切应力在赤道上为最大(因为地球转速最大),两极为最小(地球转速等于0),因此在赤道附近出现巨型张裂、扭裂以及大的旋卷构造。

地球不是一个理想的刚体,当自转角速度变快时,它的扁度就要变大,地球表层——地壳物质就向赤道拥挤,中纬度地带受挤压最强,于是就出现大规模的纬向(横向)构造带。同时,在纬向切应力方面,当自转加速度变快时,就使地壳中的结合不牢固的部分物质,因跟不上转速加快的步伐而掉队,犹如车速急增时,乘客后仰一样。这就使部分地壳相对向西滑动,如美洲大陆相对于欧非大陆落后,便在它们之间出现了大西洋;美洲大陆西缘遇着太平洋底硅镁层的阻挡,形成南北向的巨大挤压带——纵向大山脉,伴生的“山”字形弧顶也向西凸出。

4.2.3.2 波浪状镶嵌构造学说

波浪状镶嵌构造学说,是张伯声教授创立的一种地壳构造和地壳地质构造运动理论学说。这一学说的思想萌芽于1959年。当时主要阐明的问题是,相邻二地块在不同地质历史时期都以它们之间的活动带为支点带,互作天平式摆动,并相应地引起支点带本身与之同时做激烈的波状运动。1963年,在此基础上提出了整个地壳是由不同级别的激烈运动的活动带与不同级别的相对稳定的地壳块体相结合而形成的一级套一级的镶嵌构造。并把相邻二地块的天平式摆动在空间上扩大范围来统一考虑,引申出地块波浪的概念。自此以后,经过张伯声教授等不断地研究,逐步系统化、理论化,成为目前的地壳波浪状镶嵌构造说。波浪状镶嵌构造有别于20世纪50年代以来国外学者提起过的地壳的镶嵌构造学说,镶嵌构造学说认为地壳的某些部分像一层“巨大的角砾”,杂乱无章地镶嵌在一起,而波浪状镶嵌构造说则认为地壳的镶嵌是有规律的,其空间展布、运动变化都好像是几个系统的波浪的相互交织。

波浪状镶嵌构造说在理论兼收“脉动说”的合理部分,从地球自身的运动探讨了波浪镶嵌构造的形成机制,赋予“地球四面体理论”以新的含义。它指出,由于地球以收缩为主的脉动,使地表产生四个地壳波浪系统。它们各自不停的传播及相互交织,形成地壳的波浪状镶嵌构造网。地球由于脉动所派生的自转速度的变化,又加剧或减弱了一些方向的地壳波浪,并可在上述波浪镶嵌构造网上叠加一些其他构造形象。地壳的波浪状镶嵌构造,就是地球以收缩为主要趋势的脉动以及由此而导致的自转速度的变化所造成的综合效应。

该学说以地壳波浪运动的三种基本形式(蚕行式、蛇行式和蠕行式)来形象地说明地壳各大小块体的运动是以水平方向传递为主,但“漂而不远,移而不乱”。它有别于“板块构造说”所认为的地壳几大板块在地幔上作远距离漂移的看法。而且波浪状镶嵌构造是由于不同系统的级级相套的地壳波浪交织而成的宏观与微观统一的级级相套的地壳块体的镶嵌构造。

4.2.3.3 多旋回构造运动学说

“多旋回构造运动”学说,即地壳运动的多旋回理论,是黄汲清于1945年提出来的。该学说是在地槽发展单旋回观点上的进一步发展。所谓单旋回,是德国地质学家史蒂勒提出来的地槽褶皱带发展的模式。他认为,地槽发展初期以下沉为主,有大量蛇绿岩出现;以后地槽型沉积褶皱成山,与此同时有大量花岗岩侵入,随后有安山岩喷发和各种小侵入体;最后褶皱带遭受剥蚀,地槽转化为地台,并有玄武岩喷溢。这就是有名的地槽发展单旋回的基本观点。

该学说认为,板块运动说与多旋回构造运动说不但没有矛盾,而且可以互相补充,互相结合。在研究中国大地构造过程中,把这两种学说密切结合起来,是地质工作者研究的长期任务。

4.2.3.4 断块构造学说

断块构造学说,是中国科学院地质研究所张文佑教授等,继承与发展李四光教授的地质力学思想,吸取了“地槽地台说”“板块说”等的合理部分,在分析与综合中国及世界地质构造大量地质、地球物理资料的基础上发展起来的。

断块说在研究方法上,强调运用地质力学与地质历史分析相结合的方法,对地球的构造形成与形变进行辨证分析,将构造旋回的划分与构造形成、形变过程联系起来。认为地壳的形变,一般是从褶皱到断裂;但一经产生断裂,它便对以后的变形起决定性作用,即第一期的断裂控制第二期的褶皱,第二期的褶皱改造第一期的形变,也就是基底控制盖层,盖层改造基底,所以断块学说,侧重于研究断裂的形成与发展。

该学说认为,地壳形变主要取决于力和介质两个因素的相互作用,二者都是不均一的,应力的集中与释放往往发生在介质的不均一处。由于受力方式、边界条件以及介质物理力学性质的不同,断裂常以不同型式组成X形、Y形等断裂体系,可表现为拉张、挤压、剪切、剪切—挤压,以及层间滑动等不同活动方式。按不同深度,断裂可划分为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂四级。同样,被各种断裂网格所切割成的断块,也相应地划分为四级。随着深度及温度压力的增加,褶皱与断裂具分层性,这种分层性与地球各圈层之间、“软”“硬”层之间的层间滑动有关。构造层划分要考虑形成与形变两个方面,从形成到形变是构造发生和发展的一个旋回。每一个构造旋回的形成控制该旋回的形变,而前一构造旋回的形变又控制下一旋回的形成,所以基底断裂构造常可控制盖层的构造发育。在区域应力场的演化中,压、张、剪是同时存在的,一个地区挤压,相邻地区必然拉伸,反之亦然。同样一个时期挤压,必然在另一时期拉张,反之亦然。挤压区常以水平运动为主,拉张区常以垂直运动为主,水平和垂直是一个运动的两种方式,何者为主,依时间、地点、条件为转移。

由于断块学说吸取了有关大地构造学说的优点,使许多疑难问题从理论上得到科学的解释,因此受到国内外地质界的普遍重视,并已在石油、铁矿、地震地质、水文工程等项生产实践中收到一些实际效果。

4.2.3.5 地洼学说

地洼学说是中南矿冶大学教授、中国科学院长沙大地构造研究所所长陈国达院士所倡导的学说。该学说认为,自1859年以来,地质界传统的理论是大陆地壳大发展过程只有两个阶段:先出现活动区——地槽区,后来变为“稳定”区——地台区。1956年,有人在总结中外地质资料的基础上提出,中生代中期以来地壳演化进入了新阶段,经受断裂作用和拱曲作用后所形成的狭长形或长圆形的凹地或凸起,其大地构造性质既非地台区,也与地槽区有别,而是一种新型活动区,是大陆地壳的第三构造单元。因它是地台区向活动区转化的产物,故取名为活化区;又因其最主要的特征是区内出现地洼盆地,故称地洼区。地洼学说认为,在地壳演化史上,不只活动区可以转化为“稳定”区,而“稳定”区也可转化为新的活动区。大陆地壳的发展过程,并非如地槽-地台说认为的那样,直线地仅由地槽阶段发展到地台阶段,而是多阶段、螺旋式的升进。通过活动区与“稳定”区之间的互相转化递叠,按照“否定之否定”法则向前发展,这叫“动、定转化递进律”。它的力源机制在于上地幔软流层的物质运动,叫散聚交替说,它与板块构造活动有关。

该学说认为,地洼阶段是一个重要成矿期,其特点是形成丰富的有色金属、稀有金属、分散元素及放射性元素等矿床。世界上80%的钨、85%以上的钼、50%的锡、40%的铜产于中、新生代;金刚石以中生代为产出的高峰期。

地洼盆地中也产生石油、天然气、煤、油页岩、石膏、盐,以及沉积铜、铀、铁等矿。其矿床特点常以小面积内可以集中大储量著称。

该学说还认为,地洼区常可继承先成的构造单元的矿产,形成矿床叠加,其成矿作用又可将先成矿床改造富化,形成新的矿床或使先成地层中分散的成矿物质富集形成工业矿床。

因此,在地洼区内矿产综合多样,且常见大而富的多因复成矿床。由于地壳演化新阶段具有如此的成矿作用,因此引起国内外成矿学者的高度重视。有人把第三构造类型与板块构造并列为决定当代地质学发展的新学说。