高等构造地质学-1地质学现状与展望课件.ppt

1、地球科学是人类认识、利用和改造我们地球科学是人类认识、利用和改造我们目前唯一生存环境地球的科学基础目前唯一生存环境地球的科学基础地球是太阳系地球是太阳系中一颗独特的行星。中一颗独特的行星。在固体地球的外层在固体地球的外层有水圈和大气圈，有水圈和大气圈，因而生命得以产生因而生命得以产生和演化，人类得以和演化，人类得以诞生和繁衍。诞生和繁衍。水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星太阳地球水星金星火星木星土星天王星海王星冥王星小行星带二十世纪地球科学发展历程二十世纪地球科学发展历程二次世界大战之前的前半叶，一些在十九世纪已形成二次世界大战之前的前半叶，一些在十九世纪已形成的分支学科（如地质学、地

2、理学、气象学、海洋学和的分支学科（如地质学、地理学、气象学、海洋学和测量学等）进一步深化，同时出现了地球物理学、地测量学等）进一步深化，同时出现了地球物理学、地球化学等新兴学科；球化学等新兴学科；二战之后的三十年间，新技术广泛应用，促进了海洋二战之后的三十年间，新技术广泛应用，促进了海洋科学、空间科学、对地观测的大发展和地球科学各分科学、空间科学、对地观测的大发展和地球科学各分支学科全球化研究的趋势；支学科全球化研究的趋势；八十年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟八十年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟和全球环境问题的日益突出，人们意识到地球各层圈和全球环境问题的日益突出，人们意识

3、到地球各层圈相互作用以及人类活动的重要性，地球科学发展开始相互作用以及人类活动的重要性，地球科学发展开始进入进入地球系统科学地球系统科学的新时代。的新时代。二十世纪地质学的1.地球内部结构地球内部结构二十世纪重大成就软流圈软流圈核幔边界核幔边界岩石圈岩石圈二十世纪重大成就：地球内部结构地幔地幔S波速度异常三维图象波速度异常三维图象 在太平洋在太平洋中部下面的核中部下面的核幔边界处幔边界处,高高温低速的地幔温低速的地幔焰上升焰上升,环太环太平洋区域则是平洋区域则是低温高速区。低温高速区。二十世纪重大成就：地球内部结构 青藏高青藏高原的下地原的下地壳和上地壳和上地幔速度相幔速度相当低，西当低，西伯

4、利亚台伯利亚台地是低温地是低温高速区。高速区。二十世纪重大成就：地球内部结构亚洲的面波层析成象亚洲的面波层析成象为了解地球为了解地球深部的物质状深部的物质状态，已实现了态，已实现了100550万大万大气压和气压和5000C的高温高压实的高温高压实验研究技术。验研究技术。二十世纪重大成就：地球内部结构板块构造理论是固体地球科学的一次革命板块构造理论是固体地球科学的一次革命2.板块构造二十世纪重大成就二十世纪重大成就：板块构造19151915年大年大陆漂移学说陆漂移学说认为，认为，大陆大陆在洋底地壳在洋底地壳之上移动之上移动。50506060年代，年代，由于古地磁由于古地磁资料的支持，资料的支持，

5、大陆漂移学大陆漂移学说得到了广说得到了广泛的承认。泛的承认。大陆漂移大陆漂移二十世纪重大成就：板块构造二十世纪重大成就：板块构造海底扩张的进一步证明海底扩张的进一步证明洋底年龄洋底年龄(根据磁异常根据磁异常)洋中洋中脊两侧脊两侧磁异常磁异常条带对条带对称分布，称分布，离中脊离中脊越远年越远年龄越老。龄越老。深海钻探计划深海钻探计划（DSDPDSDP）第三航次第三航次在大西洋取得的结果在大西洋取得的结果证明证明，沉积物的年龄，沉积物的年龄同磁异常所代表的洋同磁异常所代表的洋壳年龄完全一致壳年龄完全一致。二十世纪重大成就：板块构造海底扩张的又一证据海底扩张的又一证据u板块构造理论否定了海板块构造理

6、论否定了海洋永恒、地壳以垂直运洋永恒、地壳以垂直运动为主的固定论，建立动为主的固定论，建立了岩石圈以水平运动为了岩石圈以水平运动为主的活动论主的活动论u板块构造理论是研究地板块构造理论是研究地球演化史、研究地质灾球演化史、研究地质灾害发生机制和研究矿产害发生机制和研究矿产及能源分布规律的新的及能源分布规律的新的理论基础理论基础大陆漂移大陆漂移海底扩张海底扩张板块构造板块构造二十世纪重大成就：板块构造二十世纪重大成就：板块构造洋中脊下洋中脊下热地幔物热地幔物质上涌，质上涌，扩张轴处扩张轴处形成新地形成新地壳，老洋壳，老洋壳向两侧壳向两侧推移。推移。板块碰撞形成造山带板块碰撞形成造山带二十世纪重大

7、成就：板块构造板块构造理板块构造理论用于解释大论用于解释大陆演化，揭示陆演化，揭示了山脉复杂的了山脉复杂的构造特征和板构造特征和板块构造的运动块构造的运动历史，产生了历史，产生了大陆演化的全大陆演化的全新概念。新概念。珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰8848m二十世纪重大成就：板块构造青藏高原由欧亚板块青藏高原由欧亚板块同印度板块碰撞形成的，同印度板块碰撞形成的，是世界研究的热点是世界研究的热点欧亚板块欧亚板块印度板块印度板块亚洲印度拉萨地块班公-怒江缝合带现今主边界逆冲断层主中央逆冲断层雅鲁藏布缝合带羌塘欧亚欧亚板块板块羌塘羌塘地块地块拉萨拉萨地块地块印度印度青藏高原造山过程青藏高原造山过程演化模型演化

8、模型二十世纪重大成就：板块构造古特提斯海古特提斯海冈瓦纳古陆冈瓦纳古陆华北华北华南晚石炭世晚石炭世泛古洋泛古洋二十世纪重大成就：板块构造板块古地理复原板块古地理复原东印度洋东印度洋南极洲南极洲亚洲亚洲晚白垩世晚白垩世太平洋太平洋北大西洋北大西洋南大西洋南大西洋二十世纪重大成就：板块构造板块古地理复原板块古地理复原二十世纪重大成就：板块构造地中海山脉地中海山脉南极洲南极洲欧亚欧亚未来未来250Ma太平洋太平洋非洲非洲南美洲南美洲北美洲北美洲澳大利亚澳大利亚未来板块地理位置？未来板块地理位置？二十世纪重大成就：板块构造大陆演化与板块登陆大陆演化与板块登陆板块构造理论登陆后遇到了一定挑战，有待发展和

9、完善大陆和海洋研究，对发现和勘查矿产大陆和海洋研究，对发现和勘查矿产与化石能源的科学知识作出了巨大贡与化石能源的科学知识作出了巨大贡献，保障了世界范围的能源和原材料献，保障了世界范围的能源和原材料供应。供应。发展了强有力的地球物理、地球化学、发展了强有力的地球物理、地球化学、遥感、钻探等方法手段，使资源勘查遥感、钻探等方法手段，使资源勘查成为国民经济的一个重要行业。成为国民经济的一个重要行业。3.化石能源与矿产资源勘查理论方法化石能源与矿产资源勘查理论方法二十世纪重大成就中国主要含油气盆地及油气田中国主要含油气盆地及油气田大庆油田大庆油田1959喷油喷油陆相生油理论保证了中国石油工业的发展陆相

10、生油理论保证了中国石油工业的发展二十世纪重大成就：化石能源与矿产资源勘查理论方法二战日本侵华，在松辽盆地勘察石油故事中国黑色、有色金属矿产图世界最大稀土世界最大稀土元素矿床元素矿床大量矿床的发现和成矿理论的发展大量矿床的发现和成矿理论的发展二十世纪重大成就：化石能源与矿产资源勘查理论方法 二十世纪古生物学研究有一系列重要发现，如我国的澄江二十世纪古生物学研究有一系列重要发现，如我国的澄江动物群。在距今动物群。在距今5.35.3亿年时，从海绵动物到脊椎动物，几乎所有亿年时，从海绵动物到脊椎动物，几乎所有的现生动物门都已有各自的代表，同时还有许多难于归入任何的现生动物门都已有各自的代表，同时还有许

11、多难于归入任何一个已知动物门的或早已灭绝的奇异生物类型。一个已知动物门的或早已灭绝的奇异生物类型。二十世纪重大成就4.4.生物演化突变事件生物演化突变事件寒武纪早期水下生物景观寒武纪早期水下生物景观二十世纪重大成就：生物演化突变事件 地质历史地质历史上还有奥陶纪上还有奥陶纪末的大灭绝及末的大灭绝及其后的复苏，其后的复苏，二叠纪末大灭二叠纪末大灭绝和中生代的绝和中生代的大辐射，以及大辐射，以及白恶纪末的大白恶纪末的大灭绝和新生代灭绝和新生代的大辐射。的大辐射。生物大绝灭和大复苏生物大绝灭和大复苏大复苏大复苏二十世纪重大成就：生物演化突变事件 地质时期的重大绝灭事件使我们地质时期的重大绝灭事件使我

12、们看到，演化并非稳定的逐渐趋向完善，看到，演化并非稳定的逐渐趋向完善，而间断则是生命史上多次发生的事实，而间断则是生命史上多次发生的事实，这就促使古生物学家重新考虑地质时这就促使古生物学家重新考虑地质时期生物演化的基本规律，对达尔文的期生物演化的基本规律，对达尔文的渐变论提出了质疑，并在新的层次上渐变论提出了质疑，并在新的层次上重新探讨灾变论。重新探讨灾变论。二十世纪重大成就5.5.古人类学的重大发现古人类学的重大发现北京猿人复原头像北京猿人复原头像 1929年年发现北发现北京猿人京猿人的第一的第一个头盖个头盖骨。距骨。距今约今约50万年万年万年二十世纪重大成就：古人类学的重大发现199419

13、94年用钾氩法测定爪哇直立年用钾氩法测定爪哇直立人的年代为人的年代为181181万年，使人们相万年，使人们相信人类走出非洲的时间比以前信人类走出非洲的时间比以前的看法提前了。的看法提前了。9090年代中期在埃塞俄年代中期在埃塞俄比亚发现地猿，在肯比亚发现地猿，在肯尼亚发现南方古猿湖尼亚发现南方古猿湖畔种畔种(400(400万年以上万年以上)7070年代在埃塞俄比年代在埃塞俄比亚发现南方古猿阿亚发现南方古猿阿法种法种(300(300万年以上万年以上)1959195919601960年在坦桑尼年在坦桑尼亚发现亚发现190190万万年前的能人年前的能人19651965年在元年在元谋发现直立谋发现直立

14、人牙齿人牙齿(约约170170万年万年)总之，总之，20世纪的地球科学发展：世纪的地球科学发展：1.“上天、入地、下海上天、入地、下海”，形成了丰富的学科知识，形成了丰富的学科知识体系，大大提高了对地球的认识。从矿物微区到体系，大大提高了对地球的认识。从矿物微区到行星地球，从瞬间地震过程到几十亿年地球演化。行星地球，从瞬间地震过程到几十亿年地球演化。2.地球科学及其各分支学科为人类社会的进步创造地球科学及其各分支学科为人类社会的进步创造了辉煌的业绩。维持足够的资源供给及其持续利了辉煌的业绩。维持足够的资源供给及其持续利用，减轻自然灾害所造成的损失，保护与改善地用，减轻自然灾害所造成的损失，保护

15、与改善地球环境，促进生态系统良性循环。球环境，促进生态系统良性循环。3.近二十年来深刻地揭示了人类活动对自然环境的近二十年来深刻地揭示了人类活动对自然环境的影响越来越显著以至于威胁人类自身生存的事实。影响越来越显著以至于威胁人类自身生存的事实。二十世纪重大成就二十一世纪初叶地球科学二十一世纪初叶地球科学发展趋势二十一世纪初叶地球科学发展趋势 展望21世纪初叶的地球科学：q地球系统科学新思维与地球观测新技术，将对地球科学的发展、对提高人类管理地球的能力产生革命性的影响q对地球系统的整体性研究将成为人类社会可持续发展的科学支柱 地球各圈层及其特定地球各圈层及其特定部分仍存在许多未解之部分仍存在许多

16、未解之迷。因而将继续成为地迷。因而将继续成为地球科学各分支学科研究球科学各分支学科研究的主要对象。研究内容的主要对象。研究内容涉及圈层的结构、成分涉及圈层的结构、成分及其在时空上的变化，及其在时空上的变化，圈层内物质的运动和圈圈层内物质的运动和圈层的动力学。层的动力学。海 洋 和 大 气 圈地 壳地 幔地 核地球不仅在自然力作用地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类下发生变化，而且人类活动对地球表层直到臭活动对地球表层直到臭氧层都有重要影响。氧层都有重要影响。2121世纪将从人地关系世纪将从人地关系的角度审视环境的变化，的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境为人类社会与自然环境的协调发展

17、提供科学理的协调发展提供科学理论基础，使人类生活得论基础，使人类生活得更好，同时又保持地球更好，同时又保持地球的的“健康健康”演化。演化。地球系统过程在时空尺度上跨度极大，地球地球系统过程在时空尺度上跨度极大，地球各圈层物质运动和相互作用都存在非常复杂各圈层物质运动和相互作用都存在非常复杂的非线性问题。的非线性问题。以往大都在某种假定下把非线性的数学模式以往大都在某种假定下把非线性的数学模式线性化，然后求解。大型高速计算机的广泛线性化，然后求解。大型高速计算机的广泛应用，将首先推动大气科学、海洋科学和地应用，将首先推动大气科学、海洋科学和地球物理学的复杂性与非线性研究。球物理学的复杂性与非线性

18、研究。2020世纪地球科学的发展曾得益于新技术的应用，世纪地球科学的发展曾得益于新技术的应用，同时也促进了新仪器的研制。同时也促进了新仪器的研制。2121世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模拟以及在动力学及高性能计算基础上的数值模拟以及数字化的地球信息系统。数字化的地球信息系统。进

19、一步查明化石能源和新型能源资源，发现大型进一步查明化石能源和新型能源资源，发现大型矿床和现代洋底金属堆积；合理利用水资源和土矿床和现代洋底金属堆积；合理利用水资源和土地资源，保护陆地和海洋生态环境，治理荒漠化；地资源，保护陆地和海洋生态环境，治理荒漠化；预测重大自然灾害，减轻灾害损失；防止和治理预测重大自然灾害，减轻灾害损失；防止和治理环境污染，科学处置固体废弃物和核废料；实现环境污染，科学处置固体废弃物和核废料；实现地球科学信息的共享，促进空间信息产业的发展。地球科学信息的共享，促进空间信息产业的发展。将继续拓宽为社会服务的功能，大幅度提高预测将继续拓宽为社会服务的功能，大幅度提高预测能力，

20、为国家的决策者和国际论坛提供事关人类能力，为国家的决策者和国际论坛提供事关人类生活质量和可持续发展以及国家安全的科学基础生活质量和可持续发展以及国家安全的科学基础与咨询。与咨询。地球科学将继续保地球科学将继续保持全球化研究的特持全球化研究的特点。全球性信息和点。全球性信息和各国、各地区信息各国、各地区信息的快速传播与交流，的快速传播与交流，将大大促进地球科将大大促进地球科学的全球整体性研学的全球整体性研究。究。强调区域性与全球强调区域性与全球性研究的结合。性研究的结合。我国地球科学将面我国地球科学将面临更为艰巨的临更为艰巨的“上天、上天、入地、下海入地、下海”任务，任务，应当加强深海大洋应当加

21、强深海大洋研究、地球物质的高研究、地球物质的高温高压实验研究和空温高压实验研究和空间研究间研究。水下测声仪推进器声纳定位仪钻管沉积物基岩钻头再进位锥面电视摄像机最大水深8,200米(27,000英尺)二十一世纪初叶地球科学以下着重从地球系统各组成部分相互作用的角度以下着重从地球系统各组成部分相互作用的角度提出若干战略重点提出若干战略重点1.1.地球内部深层过程与岩石圈动力学地球内部深层过程与岩石圈动力学v加强地球深层过程和演化的动力学研究加强地球深层过程和演化的动力学研究v加强大陆板块和大洋板块动力学机制的研究。加强大陆板块和大洋板块动力学机制的研究。v 我国国土辽阔，是研究的最佳场所。我国国

22、土辽阔，是研究的最佳场所。地球内部深层过程与岩石圈动力学地球内部深层过程与岩石圈动力学主要研究方向主要研究方向地球内部圈层的三维精细结构地球内部圈层的三维精细结构特异地域和界带的全球对比特异地域和界带的全球对比地幔柱与大火成岩省地幔柱与大火成岩省岩浆作用与变质作用岩浆作用与变质作用深部流体与岩石圈热历史深部流体与岩石圈热历史大陆地壳演化与现代活动性大陆地壳演化与现代活动性洋壳和陆内俯冲的深部过程洋壳和陆内俯冲的深部过程沉积盆地与盆山系统沉积盆地与盆山系统物理模拟、数值模拟和地球动力学模型物理模拟、数值模拟和地球动力学模型主要研究方向：主要研究方向：v 地史时期重大生物事件与地球环境（生物多样地

23、史时期重大生物事件与地球环境（生物多样性的起源、危机与复苏）性的起源、危机与复苏）v人类起源人类起源v生物演化的多学科研究生物演化的多学科研究v极端环境下生命特征和适应机制极端环境下生命特征和适应机制(含深部生物圈含深部生物圈)生物与地球的协同演化生物与地球的协同演化8.8.自然资源的需求保障自然资源的需求保障保证陆地和海洋自然资源的可持续供给发展新的理论和新的技术，获取新的科学信息研究与重大资源环境问题有关的地球系统基本过程及人类因素的影响主要研究方向：主要研究方向：q 矿产（含非常规）矿产（含非常规）q 化石能源（煤、石油、天然气、煤层气）化石能源（煤、石油、天然气、煤层气）q 天然气水合

24、物的利用潜力天然气水合物的利用潜力q 水资源与可再生维持水资源与可再生维持q 土地质量与环境安全下的土地利用格局土地质量与环境安全下的土地利用格局q 陆地生态系统的可持续性陆地生态系统的可持续性q 近海生态系统与海洋生物资源近海生态系统与海洋生物资源q 相关的地球物理和地球化学方法相关的地球物理和地球化学方法自然资源的需求保障自然资源的需求保障9.9.减灾与环保的地学基础减灾与环保的地学基础q重大自然灾害的重大自然灾害的预测预防理论预测预防理论（地质灾害、煤（地质灾害、煤矿等安全生产）矿等安全生产）q灾害风险形成机灾害风险形成机制与有效减灾途制与有效减灾途径径q认识地表人类环认识地表人类环境质

25、量的形成和境质量的形成和演变演变 q改善和提高环境改善和提高环境质量质量主要研究方向：主要研究方向：环境污染的机制和控制原理环境污染的机制和控制原理 固体废弃物的无害化、资源化与核废料安全处置固体废弃物的无害化、资源化与核废料安全处置 水污染控制和污染水体修复水污染控制和污染水体修复 土地退化与污染土壤的修复土地退化与污染土壤的修复 大气质量、大气环境预测与污染控制大气质量、大气环境预测与污染控制 重大气候灾害预测和强烈天气预报重大气候灾害预测和强烈天气预报 地震的发生机理与预测地震的发生机理与预测荒漠化、石漠化和沙尘暴的防治机理荒漠化、石漠化和沙尘暴的防治机理 重大自然灾害区域成灾机理与风险

26、评估重大自然灾害区域成灾机理与风险评估减灾与环保的地学基础减灾与环保的地学基础10.10.技术支撑系统技术支撑系统q基于现代技术的观测、探测、调查技术与设施q实验与分析技术与设备q地球信息技术主要研究方向：主要研究方向：航天、航空对地观测技术航天、航空对地观测技术 全球和国家尺度的环境变化观测技术全球和国家尺度的环境变化观测技术 地球内部探测技术地球内部探测技术 高温高压实验高温高压实验 微量元素分析技术与同位素示踪微量元素分析技术与同位素示踪 地球空间信息技术、信息系统与数字地球地球空间信息技术、信息系统与数字地球技术支撑系统技术支撑系统1 1、加强基地建设，提高创新能力、加强基地建设，提高

27、创新能力在加强重点研究机构和大在加强重点研究机构和大学建设的同时，还应重视学建设的同时，还应重视野外试验研究基地野外试验研究基地的建设的建设2 2、切实抓好制度建设，推进、切实抓好制度建设，推进重大设备共用与数据共享重大设备共用与数据共享v 切实抓好跨部门、跨单位切实抓好跨部门、跨单位“共建专管共用共建专管共用”大大型设备的制度建设型设备的制度建设v 尽快解决海洋科学基础研究尽快解决海洋科学基础研究全国共用的海洋调全国共用的海洋调查船查船的建设的建设v 加速建立科学资料和数据的加速建立科学资料和数据的 共享机制共享机制3 3、组织大型研究计划，强化、组织大型研究计划，强化学科交叉学科交叉q以国

28、家重大科学需求为导向，组织学以国家重大科学需求为导向，组织学科交叉，解决迫切的资源环境问题科交叉，解决迫切的资源环境问题q以科学领域或重大科学问题为单元，以科学领域或重大科学问题为单元，制定中长期制定中长期科学研究计划科学研究计划，分期分，分期分批开展研究，大力促进原始性创新批开展研究，大力促进原始性创新4 4、进一步加强地球科学教育，、进一步加强地球科学教育，提高人才素质提高人才素质大幅度拓宽学科范围，加强跨学科性大幅度拓宽学科范围，加强跨学科性质，增强信息科学等高科技的分量，质，增强信息科学等高科技的分量，适应学科发展和社会需求的变化适应学科发展和社会需求的变化 采取切实措施将教学和科研队伍结合采取切实措施将教学和科研队伍结合起来；将教学与生产实践结合起来起来；将教学与生产实践结合起来松潘-甘孜思茅临沧昌宁-孟连澜沧江扬子下扬子华夏华北金沙江巴颜喀拉海南南海中咱昌都南秦岭滇缅泰马二十世纪重大成就：板块构造早二叠世茅口期早二叠世茅口期