地质构造解析及数据处理

1、成都理工大学地球科学学院陶晓风l构造解析：构造解析：就是分析和解释地质体内部构造特征及其演化的方法。l 重点分析各种构造要素的几何特性、力学性质及其相互关系。l构造解析包括三个方面或步骤构造解析包括三个方面或步骤：l1.几何分析：几何分析：首先是对变形地质体几何特征和物理性质进行观察、描述和测量，即所谓的构造几何分析它是构造解析的基础；l2. 运动学研究：运动学研究：根据几何学数据，去追索形成现有构造的运动学特征；l3. 动力学研究动力学研究:测定和分析构造形成过程中力的状态，即研究构造形变和造成它们的外力和应力条件之间的关系。1.构造解析首要的是研究构造要素优选方位。因此要收集各类构造要素的

2、数据。2.这些数据主要是在野外工作中从野外露头上直接观察测量，有时需要辅以室内手标本和薄片的研究。3.构造数据主要有三类：位置；形态、规模；方位或产状的数据。l构造解析构造解析主要涉及面状和线状构造三维空间方位及其几何关系。几何分析中构造要素的方位数据要求给予三维空间形式。l赤平投影赤平投影就是表现面和线构造方位以及相互之间的一种有效方法。它可以用图解方法简易迅速地求出不同结构要素之间的方位和角度。将三维空间的构造要素用二维平面来表现。极射赤平投影基础极射从极点发出射线赤平：赤道平面两极发出射线，把线、面投影到赤平面上。在构造地质学采用的投影方式为“N极发射，下半球投影”极射赤平投影基础极点极

3、点赤平面赤平面极射赤平投影基础赤平面赤平面极点极点立体图立体图极射赤平投影基础赤平面赤平面正面图正面图赤平面赤平面投影圆弧投影圆弧赤平投影网（吴氏网）的制成原理经向大圆弧经向大圆弧纬向小圆弧纬向小圆弧赤平投影网（吴氏网）的制成原理经向大圆弧：经向大圆弧：由一系列过球心，走向南北，倾向东西，倾角由一系列过球心，走向南北，倾向东西，倾角090度的平面投影大圆弧构成。度的平面投影大圆弧构成。赤平投影网（吴氏网）的制成原理纬向小圆弧：纬向小圆弧：由一系列走向东西的直立平面的投影小圆弧构成。由一系列走向东西的直立平面的投影小圆弧构成。直立平面离球心越远，所代表的小圆弧半径角距越小。直立平面离球心越远，所

4、代表的小圆弧半径角距越小。吴氏网吴氏网倾斜面和直立面的投影倾斜面和直立面的投影经向大圆弧经向大圆弧纬向小圆弧纬向小圆弧吴氏网吴尔福网WNES通过球心的直线延长后必相交于球面两点。铅直线交于球面上、下两点；水平直通过球心的直线延长后必相交于球面两点。铅直线交于球面上、下两点；水平直线交于基圆上两点；倾斜直线交于球面相应两点。这些交点与极射点线交于基圆上两点；倾斜直线交于球面相应两点。这些交点与极射点(P)的连线的连线穿过赤平面的穿过赤平面的穿透点（穿透点（B）称称直线的赤平投影点。直线的赤平投影点。线的投影BB在构造赤平投影采用下半球投影，因而取在构造赤平投影采用下半球投影，因而取B点为空间直线

5、的投影点。点为空间直线的投影点。 过球心的平面无限伸展，必与球面相交成一个与投影球直径相等的大圆。直过球心的平面无限伸展，必与球面相交成一个与投影球直径相等的大圆。直立平面为一直立大团立平面为一直立大团；水平平面为水平大圆水平平面为水平大圆(即基圆即基圆)；倾斜平面为一倾斜大圆。；倾斜平面为一倾斜大圆。球面大圆上的各点与极射点球面大圆上的各点与极射点(P)的连线必然穿过赤平面，在赤平面上这些穿透点的连线必然穿过赤平面，在赤平面上这些穿透点的的连线连线即为相应大圆的极射赤平投影，简称即为相应大圆的极射赤平投影，简称投影大圆弧。投影大圆弧。直立面的赤平投影为基直立面的赤平投影为基圆的圆的条直径条直

6、径T一一1人小人小P5vN投彤戊投彤戊N5直径直径)；水平面的赤于投影就是基圆；倾斜；水平面的赤于投影就是基圆；倾斜面的赤平投影是以直径为弦的大圆弧。面的赤平投影是以直径为弦的大圆弧。面的投影面的投影吴网氏的操作方法将透明纸蒙在吴网氏上，描绘基圆及“+”字中心，固定网心，使透明纸能旋转。将三维空间的线和面，投影在赤平面上。赤平投影方法的构造应用求平面上直线产状已知一平面产状为：18037，该平面上直线侧伏向E，侧伏角40，求直线的倾伏向和倾伏角。（求断层面上擦痕的产状）枢纽：枢纽：轴面与岩层面的交线轴面：轴面：指大致平分褶皱的一个假想面 轴面轴面枢纽枢纽岩层面岩层面背斜背斜枢纽水平枢纽水平枢纽

7、枢纽倾斜枢纽倾斜求两面交线及平分面的产状已知两个倾斜岩层的产状分别为：300 40，和30 50，求两面的交线及平分面产状。（已知褶皱两翼产状，求枢纽和轴面产状。）应用计算机软件计算并绘图应用计算机软件计算并绘图 求褶皱轴面、枢纽数据格式求褶皱轴面、枢纽数据格式运行“FOLD”，并选“A”数据输入顺序：第一行：已知褶皱两翼代表产状“Y”，否则“N”，正常褶皱或非同斜褶皱; “N”(倒转褶皱或同斜褶皱“T”)第二行：“N”型数据时，甲翼数据组数，乙翼数据组数；“Y”型数据时，一行内分别甲翼倾向，倾角，乙翼倾向，倾角；第三行：“N”型数据时，从本行起输入每组倾向，倾角如：Y,N120,45,330

8、,30褶皱位态分类褶皱位态分类直立水平褶皱直立水平褶皱直立倾伏褶皱直立倾伏褶皱倾竖褶皱倾竖褶皱斜歪水平褶皱斜歪水平褶皱斜歪倾伏褶皱斜歪倾伏褶皱平卧褶皱平卧褶皱斜卧褶皱斜卧褶皱l褶皱位态分类的计算机处理褶皱位态分类的计算机处理数据文件的建立格式数据文件的建立格式：运行运行“FOLD”，并选并选“C”数据输入顺序：数据输入顺序： 第一行：数据组数，已知褶皱轴面和枢纽产状第一行：数据组数，已知褶皱轴面和枢纽产状“A”（否则否则“F”） 第二行：第二行：“A”型数据时，从本行起输入各组枢纽倾角，轴面倾角；型数据时，从本行起输入各组枢纽倾角，轴面倾角； “F”型数据时，每行分别甲翼倾向，倾角，乙翼倾向，

9、倾角，褶型数据时，每行分别甲翼倾向，倾角，乙翼倾向，倾角，褶皱性质；皱性质； 正常褶皱或同斜褶皱正常褶皱或同斜褶皱“n”(倒转褶皱或非同斜褶皱倒转褶皱或非同斜褶皱“t”)如：如：10，A8,8818,8519,38,断裂构造解析节理与应力的关系节理与应力的关系11332求两面交线及平分线的产状已知共轭断裂（节理、断层）产状，求主应力方位主应力轴与主应力轴与共轭断裂的关系共轭断裂的关系1 71 232 334 203 206 58根据根据用计算机方法用计算机方法求主应力方位求主应力方位 应用计算机软件计算并绘图应用计算机软件计算并绘图 共轭节理求主应力数据格式共轭节理求主应力数据格式运行“FRU

10、CTURE”，并选“J”数据输入顺序：第一行：岩层复平输“Y”（不复平输 “N”）；倾角1在锐角输“A”，钝角输“O”第二行：岩层倾向，倾角（不复平不输）第三行：甲组节理倾向，倾角第四行：乙组节理倾向，倾角如：N,O125,80200,75Y,A123,23245,56354,45 运行“FRUCTURE”，并选“F”数据输入顺序：第一行：擦痕标志，断层倾向，倾角；第二行：擦痕侧伏角，侧伏向，逆断层或右行平移“T”（正断层或左行平移“N”，剪裂角（一般为30）如：S，254，36 36，N,T,30羽状张裂与主应力的关系羽状张裂与主应力的关系l运行l“FRUCTURE”，并选“F”l数据输入顺

11、序：l第一行：张裂标志，断层倾向，倾角l第二行：张裂面倾向，倾角l如：lT，254，36 l36，30 l牵引褶皱与主应力的关系牵引褶皱与主应力的关系l运行“FRUCTURE”，并选“F”l数据输入顺序：l第一行：褶皱标志，断层倾向，倾角l第二行：甲翼倾向，倾角，乙翼倾向，倾角，正常褶皱或同斜褶皱“N”(倒倒转褶皱或非同斜褶皱“T”) l如：lF，340，75l15，61,335,87,N1.玫瑰花图（走向、倾向）2.等密图l运行“FRUCTURE”，并选“D”l数据输入顺序：l节理名，数据组总数l每组节理倾向，倾角l如：lJOINT，150 l23，23l245，56l125，45l,l,应

12、变：应变：物体在应力作用下形状和大小的改变量第二部分第二部分l线应变（线应变（e）:变形前后单位长度的改变量e1 =l1l0=l0 le2 =b1 - b0b0=b0 b =l0l1 - l02=( 1+e )2(e:伸长度；伸长度；S:长度比；长度比；：平分长度比；平分长度比； ：自然应变）自然应变） ln( 1+ e)S=1+e=S2l剪应变（剪应变（）:变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角改变量的正切值称为角应变称为角应变l均匀变形均匀变形l岩石各部分的变形性质、方向、和大小都相同的变形称之为均匀变形。l1 1、变形前直线，变形后仍为直线变形前直线，变形后仍为直线l2 2、变形前平行线

13、，变形后仍为平行线变形前平行线，变形后仍为平行线l非均匀变形非均匀变形l岩石各部分的变形性质、方向、和大小都不相同的变形称之为非均匀变形。 1 1、变形前直线，变形后为非直线、变形前直线，变形后为非直线l2 2、变形前平行线，变形后不平行线、变形前平行线，变形后不平行线 为了形象地描述岩石的应变状态，设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体，均匀变形后成一个椭球体，以这个椭球体的形态和方位来表示岩石的应变状态，这个椭球体称为应变椭球体。l 应变椭球体有三个应变应变椭球体有三个应变主轴（主轴（A A、B B、C C），），包含任包含任意两个主轴的平面叫主平面意两个主轴的平面叫主平面应变椭球体地

14、质意义应变椭球体地质意义应变椭应变椭球体的球体的AB面面是压扁是压扁面，代面，代表褶皱表褶皱轴面或轴面或层间劈层间劈理面理面垂直于垂直于A轴的平面（轴的平面（BC面），代表张性面），代表张性构造（如张节理）的方位构造（如张节理）的方位BBCl长短轴法：长短轴法：适用原始圆球标志体，平行走向作一参考线，测量每个变形小椭圆的长短轴比R （A/B或A/C）,并测量其长轴与参考线的夹角（），记入表格中。可用算术平均值法，求得平均轴率(比) R 和方向；也可用图解法来求平均值。拟合直线的斜率就是平均值lFry法：法：适用均匀(随机)分布颗粒结构的岩石。变形前变形前各个颗粒（标志体中心）的距离在各个方向都

15、是相等的。变形后变形后各个颗粒（标志体中心）的距离变为各向异性。l操作方法：操作方法：用透明纸覆盖标本、切片、露头、照片等的上面，然后将各个标志体的中心标绘在透明纸上；再将第二张透明纸（标绘纵横线及原点）的原点与第一张透明纸上的某一点重合，将其他各个点投到第二张纸上；重复上述步骤，直至第二张纸的原点和第一张纸上的所有点重合后为止。最后在第二张纸形成一个以原点为中心的椭圆环带。lFry法的法的dos软件软件lFRY法计算机成图的数据格式：法计算机成图的数据格式：l运行运行“STRAIN”，并选并选“F”l数据输入顺序：数据输入顺序：l89，32，B 第一行：标志面倾向，倾角，产状类型标志之一第一

16、行：标志面倾向，倾角，产状类型标志之一l123，51 第二行：层理倾向，倾角第二行：层理倾向，倾角lN 第三行：产状类型标志之二第三行：产状类型标志之二l54,12,20 第四行：照片长，宽（单位第四行：照片长，宽（单位mm）,标志体个数标志体个数 l23,41 第五行：标志体中心第五行：标志体中心X（横），横），Y（纵）坐标值纵）坐标值 l23,25 l 产状类型标志说明：已知层理B，N;已知劈理C，N二者均有B，C;二者均无N，NlFry法的计法的计算机成图算机成图89,32,B123,51N50,50,2123,2124,2514,1230,1017,725,311,406,4830,1

17、,l根据任意三个相互不平行切面上的二维应变测量参数，通过计算方法来确定三维应变状态。l三维应变图解方法的数据格式：三维应变图解方法的数据格式：l运行“STRAIN”，并选“T”l数据输入顺序：l89，32，12，23l235，25，15，36l258，58，13，45l 每一行输入一组二维应变数据：标志面倾向，倾角，椭圆轴率，椭圆长轴侧伏角三维应变计算机成图三维应变计算机成图 a =x/y=(1+e1)/(1+e2)b=y/z =(1+e2)/(1+e3)K=(a-1)/(b-1)K= (1+e1)(1+e2)= (1+e3)轴对称伸长椭球体K=0 (1+e1)=(1+e2) (1+e3)轴对称压扁椭球体K=1 e2= 0平面应变椭球体1k1 ( 1+e2) ( 1+e3)长形椭球体1k0 (1+e1)(1+e2)1 (1+e3)扁形椭球体ab，1k01kls应变强度； (L