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1、构构 造造 地地 质质 学学 Structural GeologyStructural Geology 思考讨论题 第三讲第三讲 v 与横弯褶皱作用相比，纵弯褶皱作用有哪与横弯褶皱作用相比，纵弯褶皱作用有哪 些与之不同的特点（形态，应力应变分些与之不同的特点（形态，应力应变分 布及特征，伴生构造等）？造成这二种褶布及特征，伴生构造等）？造成这二种褶 皱构造特征差别的原因是什么？皱构造特征差别的原因是什么？ v 为什么自然界中较少见到剪切为什么自然界中较少见到剪切 褶皱？形成剪切褶皱需要怎样褶皱？形成剪切褶皱需要怎样 的条件？的条件？ Structural GeologyStructural G
2、eology Joint 节节 理理 第五章第五章 节节 理理 v节理及其分类节理及其分类 v节理的形成作用节理的形成作用 v节理及其分类节理及其分类 v节理的形成作用节理的形成作用 一、节理及其分类一、节理及其分类 1、节理的概念节理的概念 节理是岩石中没有明显位移的断裂构造，在地壳上 部岩石中广泛发育。 北京西山的一条张剪性节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 节理的研究意义节理的研究意义 脉状矿体的储集空间 油、气、水运移储集的通道和空间 工程地质：岩体强度、稳定性 地质构造分析：应力场分析 q 理论意义 节理的性质、产状和分布规律与褶皱、断层和区域构造 有着密切的成因联系。节理研究有
3、助于分析和阐明地质构造 的形成和发展。 q 生产实践意义 一、节理及其分类一、节理及其分类 2、节理的分类节理的分类 1) 节理与有关构造的几何关系 2) 节理形成时的力学性质 节理的分类主要依据两个方面 一、节理及其分类一、节理及其分类 1.根据节理与有关构造的几何关系的分类根据节理与有关构造的几何关系的分类 节理是一种相对小型的构造，总是与其他构造伴生。节 理的产状与其他构造的产状之间往往存在一定的几何关系。 (1) 走向节理-节理走向与岩层走向大致平行。 (2) 倾向节理-节理走向与岩层走向大致直交。 (3) 斜向节理-节理走向与岩层走向斜交。 (4) 顺层节理-节理面与岩层的层面大致平
4、行。 A. 根据节理产状与岩层产状的关系可将节理分为： 一、节理及其分类一、节理及其分类 (1) 纵节理-节理走向与褶皱轴向平行（下图a） (2) 横节理-节理走向与褶皱轴向直交（下图c） (3) 斜节理-节理走向与褶皱轴向斜交（下图b） B. 根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为 C. 对于发育于水平岩层或近水平岩层中的节理 一般根据节理的走向进行划分，如北东向节理、北 西向节理等。 一、节理及其分类一、节理及其分类 一、节理及其分类一、节理及其分类 2.节理的力学性质分类节理的力学性质分类 根据节理的力学性质，可将节理分为剪节理和张节理。 剪节理是由剪应力产生的破裂面。 1) 剪节理剪节理
5、 一、节理及其分类一、节理及其分类 a.产状较稳定，沿走向和倾向延伸较 远。 b. 较平直光滑，有时具有剪切滑动留 下的擦痕。剪节理如被矿物质充填， 岩（矿）脉宽较为均匀，脉壁较平 直。 c.发育于砾岩和砂岩中的剪节理，一 般穿切砾石和胶结物。 剪节理具有如下主要特征：剪节理具有如下主要特征： 一、节理及其分类一、节理及其分类 d. 典型的剪节理常常组成共轭型节理系，可将 岩石切成菱形、棋盘格式或成柱状。如果只有 一组节理发育，则成平行延伸的节理。剪节理 往往成等间距排列。 一、节理及其分类一、节理及其分类 e.主剪裂面由羽状微裂面组成。羽状微裂面与主剪裂 面主角一般为1015，相当于内摩擦角
6、（）的 一半。 右图是剪切实验形成的两组羽列剪 节理A与B。A组微剪裂面与主剪裂 面MN夹角为（不超过15度），指 示本盘错动方向；B组微剪裂面与 MN夹角为角。 一、节理及其分类一、节理及其分类 f. 剪节理尾端 尖灭处常呈 折尾、菱形 结环、节理 叉 。 一、节理及其分类一、节理及其分类 X 型节理系是剪节理最典型的形 式之一，两组剪节理的夹角称共轭剪 裂角。两组剪节理的交线代表；两 组节理的夹角平分线分别代表和 。过去曾认为 X 型节理的锐角分角 线必与一致，即剪裂角小于45， 但实际观察表明共轭剪节理的共轭剪 裂角有时可能等于或大于90，即剪 裂角可以等于或大于45。因此不应 简单地把
7、X型剪节理的锐角分角线作 为。在韧性岩石发育地区以及多次 强烈变形地区尤应审慎。 q X 型节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 先剪后张的实例右侧为 一组共轭剪切，左侧是 追踪两组剪节理形成的 锯齿状张节理。 一、节理及其分类一、节理及其分类 2) 张节理张节理 张节理是由张应力产生的破裂面。 张节理(被矿脉充填) 一、节理及其分类一、节理及其分类 a.产状不稳定，延伸不远。单 条节理短而弯曲，节理常侧 列产出。 b. 节理面粗糙不平，无擦痕。 c.在胶结不太坚实的砾岩或砂 岩中的张节理常常绕过砾石 或粗砂粒，即使切穿砾石， 破裂面也凹凸不平。 张节理具有以下主要特征：张节理具有以下主要特
8、征： d. 张节理多开口，一般被矿脉充填。脉宽变化较大， 脉壁不平直。 一、节理及其分类一、节理及其分类 一、节理及其分类一、节理及其分类 e.张节理有时呈不规则的树枝状，各 种网络状，有时追踪 X 型剪节理形 成锯齿状张节理（图B）、单列或 共轭雁列式张节理（根据雁列式节 理中各单条节理的错列方式分为左 阶和右阶。顺着一条节理走向观察， 次一条节理向左侧错列，并与前一 条节理的近端横向重叠，为左阶； 反之为右阶。 图C），有时也形成 放射状或同心圆状。 （图B） 一、节理及其分类一、节理及其分类 C雁列张节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 f. 张节理尾端尖灭处常呈树 枝状分叉或杏仁状结
9、环 。 张节理是在垂直于节理面的张应力作用 下形成的，因此张节理面的垂线方向代表3方 位（应变椭球体的长轴A）。 上述剪节理和张节理的特征是一次变形 产生的节理所具有的。若岩石或岩层经历了 多次变形，早期节理的特征常被后期变形改 造或破坏。即使在一次变形中形成的节理， 因各种因素的干扰，也会使节理不具备上述 诸方面的典型特征。 一、节理及其分类一、节理及其分类 非构造节理是在外动力地质作用下形成的节理，如风 化作用或滑坡形成的节理等，其特点是发育的范围和深度 有限，与各级各类构造无规律性关系，产状和方位极不稳 定，以张节理为主。 节理形成的地质原因分类：节理形成的地质原因分类： q 构造节理
10、q 非构造节理 构造节理是在内动力地质作用下形成的节理，其特点 是方位和产状稳定，与区域构造或局部构造存在一定的关 系，发育的范围和深度均较大，既有剪节理，也有张节理； 一、节理及其分类一、节理及其分类 3、节理组和节理系、节理组和节理系 一次构造作用中形成的节理一般是有规律的，并且是 成群产出的，构成一定的组合型式，即节理组和节理系。 节理组节理组在统一应力场中同期形成的力学性质相同 的节理群，其产状也大致相同。 节理系节理系统一应力场中同期形成的两个或两个以上 的节理组构成节理系，如X型共轭节理系等。节理 系也包括对于统一应力场中同期形成的产状规律变 化的节理群，如放射状节理系、同心状节理
11、系等。 一、节理及其分类一、节理及其分类 4、区域性节理区域性节理 地壳表层广大地区存在着规律性展布的区域性节理，这 类节理与局部褶皱和断层没有成因上的联系，而是区域性构 造作用的结果。 在岩层产状近水平的地台上，常常见到这类稳定产出的 区域性节理。如在我国广西河池西南地区的上古生界灰岩中 发育了一套走向NE60和NW300的X型节理。又如俄罗斯地 台上有四组区域性节理，即正向系列EW向节理和SN向 节理，斜向系列NE向节理和NW向节理。北美地台沉积 盖层中也发育有产状稳定、展布范围很广的节理。 这类节理间距宽而稳定，在上千平方公里范围内广泛产 出，不受局部褶皱和断裂控制。 一、节理及其分类一
12、、节理及其分类 区域性节理，若被岩浆充填则呈规律排列的岩墙群， 如平行排列的和放射状排列的。著名的岩墙群有东格陵 兰岩墙群、苏格兰岩墙群等。安徽桐城西部大别山太古 宇中发育了一套NE向岩墙群，密集排列成带，也是沿一 组节理发育的。 区域性节理具有以下特点：区域性节理具有以下特点： 发育范围广，产状稳定； 节理规模大，间距宽，延伸长，可切穿不同岩层； 节理常构成一定几何形式。 一、节理及其分类一、节理及其分类 主节理是指规模明显大于该区节理平均规模的节 理。主节理延伸长，常以较稳定的产状切穿不同岩 层甚至局部构造，在一定地区的各组、各类节理中 占主导地位，节理延长为数十米以至上百米。主节 理往往
13、与一般节理不是在同一次构造作用中形成的， 而是更大区域构造活动的产物。 节理是一种脆性变形，是地壳表层次和浅层次 的构造。随着向地下深度的增加，温压的变化，岩 石的塑性也相应增高，故自地表向深部，节理会越 来越闭合，进而逐渐消失。 节节 理理 v节理及其分类节理及其分类 v节理的形成作用节理的形成作用 1、节理的形成、节理的形成 A、张节理张节理 张应力作用而产生的节理是张节理，它的方位垂直 于主张应力或平行于主压应力。 岩石受拉伸时，会产 生与主张应力垂直的 张节理； 实验和野外观察表明 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 岩石在一个方向上受压时，会形成与受压方向相 平行的张节理； 岩石受
14、到单剪作用时，在与剪切方向大致成45的 方向上受到拉伸，在与拉伸垂直的方向产生张节 理。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 B、剪节理剪节理 剪节理是由于剪 应力作用而形成的节 理，其两侧岩块沿节 理面有微小剪切位移 或有剪切位移的趋势， 位移方向与2。垂直。 剪节理与2平行，与 1、3呈一定的夹角。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 由于剪节理是由共轭剪切面发展而成的，所以常成 对出现。包含最大主应力轴1象限的共轭剪切破裂面之 间的夹角称为共轭剪切破裂角。1方向与剪切破裂面之 间的夹角称为剪裂角。从野外观察和室内实验可知，岩 石内两组初始剪裂面的交角常以锐角指向最大主应力方 向，即共
15、轭剪切破裂角常小于90，通常约60左右，而 剪裂角则小于45，这个现象可以用库伦莫尔强度理 论来加以解释。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 当岩石发生剪破裂时，剪裂面与最大主应 力轴1的夹角，即剪裂角=45一(/2)， 共轭剪切破裂角2=90-，所以，剪裂角的 大小取决于内摩擦角甲的大小。不同岩石的内 摩擦角不同，在变形条件相同的条件下脆性岩 石比韧性岩石的内摩擦角大。内摩擦角大，剪 裂角就小。实验和研究表明，同一种岩石在不 同变形条件下的内摩擦角不同。随着温度、围 压的增大，剪裂角也增大，并逐渐接近45， 当破裂后发生递进变形或受其它因素(如塑性 增高)的影响时，会出现剪裂角大于45的
16、现象。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 C、缝合线构造缝合线构造 缝合线构造是一种与节理相似的小型构造，一般 顺层理产生，常见于不纯灰岩或大理岩中。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 过去认为缝合线都是顺层理发育的，是在非构造的荷载重力下压溶 作用的结果。近年来研究发现，缝合线不仅顺层理产出，也有与层理斜 交或直交的。与层理不一致的缝合线一般是在构造作用下先形成裂缝， 进而在压溶作用下发育成缝合线。 因此，缝合线构造的形 成总是经过两个阶段，即先 有裂面，进而压溶，在垂直 裂面的压溶作用下，易溶组 分流失，难溶组分残存聚积， 使原来平直的面转化成由无 数细小的尖峰、突起构成的 缝合面
17、(图715)。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 D、节理力学性质的转化节理力学性质的转化 由于构造变形作用的递进发 展和相应转化，会发生应力的转 向和变化，因而常出现一种节理 兼具两种力学性质的特征或过渡 特征，表现为张剪性等。一些早 期形成的剪节理，在后期构造变 形中会被改造或叠加，发生先剪 后张的现象。 先剪切后张开 追踪的锯齿 状张开理 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 右图为先受南北向挤压形成一 对共轭剪节理，后期在南北向平行 力偶的作用下，使先期形成的两组 剪节理力学性质发生转化，沿先成 的一组剪节理拉开形成张节理。 (B)为(A)图先期形成的共轭剪 节理，在后期南北向顺时
18、针平行力 偶作用下，走向NE的一组剪节理转 化为张节理，且其中充填了脉体。 (C)是(A)图所产生的共轭剪节 理，当后期受南北向逆时针平行力 偶作用时，NW走向的一组剪节理转 化为张节理，并充填了脉体。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 E、羽饰羽饰 羽饰是发育于节理面上的羽毛状精细饰纹，是构造 应力作用下形成的小型构造。 羽饰构造虽然早在19世纪末期就被发现，但是直到 本世纪中期，才引起人们的注意和研究。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 羽饰构造包括 羽轴、羽脉、边缘 带等几个组成部分。 边缘带由一组雁列 式微剪裂面(边缘 节理)和连结其间 的横断口(陡坎)组 成。 二、节理的形成
19、作用二、节理的形成作用 羽饰构造在砂岩等碎屑岩中最为常见，也见于细粒变 沉积岩以及玄武岩等岩浆岩中。羽饰构造规模较小，宽度 一般为数厘米至数十厘米，也有数米宽者。规模大小与岩 石的粒度有关。粒度愈小，羽饰愈小，羽脉愈细；颗粒愈 均匀，发育的羽饰愈完美。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 2、节理的分期和配套、节理的分期和配套 节理往往受到多期多次构造活动的影响。为了探讨区 域构造变形史和古构造应力场，常常需要进行节理的分期。 节理分期是将不同时期形成的节理按时期加以区分，组合 成一定的系列。节理的分期是从时间、空间和形成力学机 制上研究区域节理的分布、产出的规律和发育历史，为研 究一个地区
20、构造和恢复古应力场提供依据。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 节理的分期主要依据：节理的分期主要依据： A、节理的分期、节理的分期 节理的分期主要依据节理组 的交切关系以及节理与有关的 各期次地质体的关系。 1）节理组的交切关系 包括错开、限制、互切、 追踪和改造几个方面。错开指 后期形成的节理常切断前期的 节理，错断线两侧标志点对应 错开。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 限制指一组节理延伸到另一组节理前突然中止的 现象，被限制的节理组形成较晚，如图719中3、4组 被1、2组节理限制，故3、4组节理形成较晚。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 互切指两组互相交切或切错的节理
21、是同时形成的， 两者成共轭的关系。 追踪和改造指后期形成的节理有时利用早期节理， 沿早期节理追踪或对其改造，使一些晚期节理常比早期 节理更加明显。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 岩脉、岩墙和其它侵入体常 可用来间接判定节理形成的顺序。 岩性、结构不同的岩脉、岩墙的 交切关系，常清楚地显示出节理 的先后顺序。如一组有岩脉充填 的节理被一组无岩脉充填的节理 切错，则前者先形成。又如一组 节理被侵入体所截，另一组节理 切过该侵入体，可知后者形成晚 于侵入体，前者早于侵入体。 2)节理与其它地质体的关系 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 节理的配套是指统一应力场中形成的各组节理的组 合关系
22、。如一对共轭剪节理及其共生的张节理组构成一 套节理。节理配套是划分节理期次的良好依据。 节理的配套主要依据共轭节理的组合关系、并辅以 节理发育的总体特征及其与有关地质构造的关系来确定 统一应力场中形成的各组节理。 A、节理的配套、节理的配套 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 共轭节理的组合关系：共轭剪节理具有特定的剪切滑 动关系，折尾和菱形结环一般代表两组共轭节理，互 相切错的节理为共轭节理，此外，锯齿状追踪张节理 或两组雁列张节理也可作为确定共轭节理的依据。 总的地质特征；一定地区或地段上发育的几组节理常 与一定的地质构造有关。区域性节理一般展布广，间 距大，延伸远，且穿透性强，具一定方
23、位；而与某地 段构造有关的节理则间距小，受岩性控制，延伸不远， 展布范围有限，且方向随岩层产状和局部构造而变化， 据上述特点可区分出两套节理。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 3、雁列脉雁列脉 雁列脉原是一组呈雁行式斜列的节理， 这类节理被充填后形成雁列脉。雁列脉 产于多种岩石中，尤以碳酸盐岩中最发 育。雁列脉在理论研究和找矿勘探等方 面均具较重要的意义。 雁列脉成带状展布的空间称雁列带。 此外，雁列脉的基本要素还包括雁列带 宽度、雁列轴和雁列角 雁列脉在平面上有左列、 右列两种型式。当垂直节理 走向观察时，其后的节理向 右侧错列或在右端重叠的为 右
24、列，反之为左列。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 雁列脉单脉有S型(包括正S型和反S型)和平直型两种。 非共轴递进变形产生正S型节理属张裂型，雁列角45左 右(图7，23)，平直型的属剪裂型，节理在递进变形过程 中具张剪性质，雁列角10左右(图724)。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 4、节理的野外观察、节理的野外观察 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 节理的研究方法往往因任务和目的的不同而不同。 但无论是何种任务和目的，节理研究的基础都是进行大 量的测定、观察和统计；在统计的基础上，结合地质构 造等有关资料、测试结果和模拟实验进行分析。 一些地区的节理，尤其是主节理常常清晰
25、地显示于 航片甚至卫片上。野外工作前对航片和卫片进行解译， 概括地、宏观地认识工作区节理的特点和规律，常会收 到事半功倍之效。 利用航卫片解译利用航卫片解译 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 露头良好，最好便于两面观测，露头面积一般不小于 10m2，便于大量测量； 构造特征清楚，岩层产状稳定； 节理比较发育，组系及其相互关系较明确，而且处在 构造的重要部位； 可根据构造层、构造的类型、岩体和岩石组合划分为 不同节理域，对其分别进行测量。 1)观测点的选定观测点的选定 观测点的选定决定于任务，一般不要求均匀布点，而 是根据地质情况和节理发育情况布点，作到疏密适度。 二、节理的形成作用二、节理
26、的形成作用 2)观测内容观测内容 节理的观测主要包括经下几个方面： a、地质背景的观测 在对节理进行观测前，首先应了解观测地段的地质 背景，即构造层及其组成、地层及其产状、岩性及成层 性、褶皱和断层的特点，以及测点所在的构造部位。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 b、节理的分类和组系划分 对节理要进行分类、划分组系，如有主节理发育， 应区分主节理和一般节理。如果在工作之初不能对节理 进行分类或划分组系时，在收集到一定资料后应及时进 行分析概括。 c、对节理进行分期和配套 节理的分期和配套主要应在野外进行，野外与室内 相结合，反复检验。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 d、节理发育程
27、度的研究 岩性和岩层对节理的发育有明显影响。岩性对节理 发育程度的影响表现为：韧性岩层中剪节理较张节理发 育；在同一应力状态下，韧性岩层中主要发育剪节理， 脆性岩层主要发育张节理；韧性岩层中共轭剪节理的夹 角常比脆性岩层中的夹角大。节理有间距或密集程度也 因岩性和岩层厚度而有差异。 岩层的厚度影响节理发育的间距，岩层越厚节理间 距越大。层面的存在会降低岩石的强度，因此，岩性相 同而层厚不等的岩石，在同样外力作用下，薄层中的节 理间距小，更密集。 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 节理发育程度常以密度或频度表示。 节理密度或频度是指节理法线方向上单位长度（m) 内的节理条数，即条/m。如果n组节理都很陡，可以选 定单位面积测定节理数。 为了了解岩石的渗透性及其影响，除计算密度外， 还要计算缝隙度（G），就是节理密度（u）与节理平均 壁距（t）和乘积，即：G=ut 节理发育程度也可以单位面积内节理长度来表示， 如一定半径（r）的圆内节理的长度之和（l） 即 u=l/ y 二
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