构造地质学+教案

/《构造地质学》教案地质学专业（基地班）适用编写人：于在平西北大学地质学系

《构造地质学》教案第一章（1)绪论一、教学安排1、绪论;2、介绍课程特点、主要内容；3、介绍教学计划（包括教学方法)，学时安排,考核方式；４、介绍多媒体教材、CAI课件、网络课程等ﻩﻩ二、授课内容（一)构造地质学的内涵和研究对象主要研究岩石／岩层/岩体在外力(岩石圈中）作用下变形产生的各种构造(现象),研究其几何形态、组合型式、形成机制和演化进程,探讨作用力的方向、方式和性质。Ｅ．g.各种褶皱的问题可包括：形态描述组合:线状、穹盆形成机制纵弯或剪滑力：水平或垂直重力区域上水平纯剪或单剪形成过程与断层的组合关系构造层次又如：断层性质活动性、地震、滑坡、渗透性、工程、大坝建设、级次、Ｓcale—中小为主，涉及大尺度、全球及微观尺度（二)时、空演化的新构造观新构造观的要点:水平为主导渐进突变的旋回式发展层圈:各层不协调、横向不均一多因、多级、多时、多性挤压、伸展、平移均广泛存在，同具重要性新构造观的核心：――活动论。板块构造（三）构造地质学的基本研究方法野外、找出规律进行综合，构造配套,总体解释多学科知识相互映证，构造模拟（四)构造解析的思想和方法是一种思维方法把整体分解为部分、复杂物分解为要素进行分析研究包括几何、运动、动力学（五)学习构造地质学的意义理论（对地质构造自然过程的认知）和实践（应用)(六)课程特点:知识点较多；涉及的学科较多（沉积岩石学，火成岩岩石学，平面和立体几何,理论力学，材料力学，流变学等）；研究对象的空间尺度变化大，时间跨度长;许多构造现象无法在实验室中重现，对其成因和作用过程的解释往往根据经验分析和推断，容易引起疑问；构造分析要求有良好的时空想象能力,善于综合应用所学知识，善于抓住主要矛盾。课程内容的类型(按教学性质):（1）知识和认识型,包括力学分析的基础知识；推覆构造,叠加褶皱等各类构造名词、术语和概念;各种构造现象的识别等；（2）技能型,例如地质图、剖面图、赤平投影图等各种图件的判读和绘制；（３)逻辑推理和综合分析，例如根据节理资料恢复古构造应力场，根据变形结果推断变形过程,根据构造样式推断变形环境，根据地质图和有关资料恢复构造发展史。ﻬ（七）课程结构构造地质学构造地质学综合应用技能训练基础知识综合应用技能训练基础知识力学基础综合实习野外实习。。。。赤平投影作图读图。。.。断层褶皱绪论力学基础综合实习野外实习。。。。赤平投影作图读图。。.。断层褶皱绪论(八）教学方法课堂授课，学生利用CAI课件进行自学,课堂讨论,实习课.其中，课堂授课主要讲授重点和难点,有关专题的研究现状、发展趋势，提出思考和讨论问题,不对课程内容作全面讲解；学生自学要围绕课程内容和教学进度，在阅读参考资料扩大知识面的同时能够围绕教师讲授时提出进行思考,为课堂讨论作准备；课堂讨论除了综合实习后安排一次外，一般在授课过程中穿插进行.实习课是《构造地质学》课程教学的重要组成部分，是培养学员动手能力的重要环节。为此要求学员按质按量完成全部实习作业。实习过程中提倡学生之间的互相交流,讨论。实习课成绩按比例（２0％）记入最终成绩，并作为考察学生实际能力的重要参考。针对课程特点和面向21世纪教学体系、教学内容和教学方法改革的精神，为了培养学生的动手能力和创新精神,全面提高其综合素质,教学过程中要始终注重培养学生的动手能力，动脑能力，动口能力（提出和讨论问题以及辩论的能力），在学习过程中让学生自己不断发现问题，积累问题，最终达到提高分析问题和解决问题能力的目的。除了专题讨论课之外，原则上每次课堂授课都要布置思考题和讨论题，每次上课正式授课前或在课间要组织10-20分钟的课堂讨论，要求每个学生都发言。必要时指名不善于表达的学生作准备并在课堂发言。可根据情况(学生人数和普遍发言情况)，组织主题发言，让学生参加评论和打分,并可记入总成绩（按5％记）。要提高外语和计算机水平。具体措施是:指导和督促学生使用CAI课件和上网浏览，介绍计算机技术在构造地质学中的应用，提出可以或可能用数字技术解决的构造地质问题,尽可能提供专业外语词汇，有机会请外专讲课等。（九）学习方法基本知识，应用，时间-空间想象，综合理解为主，记忆为辅，应用是关键（包括后续部分对前面内容的应用）（十）课程总体要求1、了解构造地质学的内涵、主要研究内容和基本研究方法；了解现代构造地质学的进展和发展趋势。2、了解变形岩石力学分析的基本原理和影响岩石变形的物理化学控制因素，并用于对不同构造现象的解释.3、了解并掌握不同类型构造的几何特征、构造组合和有关成因机制。4、具备地质图件的判读能力，掌握基本的作图方法。５、掌握分析和解决区域构造问题的基本工作方法,初步具备综合分析区域构造的能力；6、了解构造地质学研究的前沿领域及其新进展，了解其存在问题和发展方向,为进一步的学习和研究奠定基础.(十一)课程考核方式包括:考试（占总成绩70％），实习(占总成绩的３0％,其中综合实习成绩占实习成绩的5０％,平时表现,包括课堂发言，阅读参考文献，野外实习，使用CAI课件情况等酌情作为平时成绩的参考).要体现“改变应试教育为素质教育"的精神，不单纯以考试卷面成绩作为评价学业成绩的唯一依据，同时尽量减轻学生应试的压力。考核方式对学生学习方式有着直接导向作用，要不断进行探索。

（十二)学时分配《构造地质学》教学计划总学时共54学时，其中授课17次（34学时，包括1次课堂讨论），实习课10次（20学时).其中,“极射赤平投影在构造地质中的应用"的作图原理部分安排课堂讲授，其余内容在相关实习课中讲授.另在课程进行过程中,安排一次野外教学实习,以增加学生对各种不同构造现象,诸如褶皱、断层、面理、线理、韧性剪切带等的感性认识,培养学生认识、鉴别构造现象的能力和分析不同构造之间相互关系的能力。野外教学实习学时不记入总学时。内容学时数教学方式第一章绪论2讲授第二章原生构造２讲授+讨论第三章力学分析基础8讲授＋讨论第四章面状和线状构造2讲授+讨论第五章褶皱6讲授+讨论第六章节理2讲授+讨论第七章断层８讲授＋讨论第八章构造解析2讲授+讨论实习1学习使用CAI课件２实习实习2简单剪切的卡片模拟2实习实习３极射赤平投影原理２实习实习4读水平岩层、倾斜岩层地质图并作剖面图2实习实习5读褶皱地区地质图作剖面图2实习实习6编制构造等高线图2实习实习7编制节理等密度图2实习实习８分析断层发育地区地质图并作剖面图2实习实习9分析岩浆岩发育地区地质图并作剖面图２实习实习10综合实习2实习综合专题讨论2专题讨论渭河地堑北缘变形特征(断层、褶皱、节理等）１天野外实习三、要求熟练掌握的概念和要点构造地质学的内涵；构造时、空演化的概念；学习构造地质学的意义和学习方法四、思考、讨论题何为“构造演化"?如何了解一个地区乃至全球的构造演化？为什么要学习《构造地质学》？你打算怎样学习《构造地质学》？你对《构造地质学》CAI课件的印象如何？利用课件学习，是否会对你的学习有所帮助？你打算如何利用它?《构造地质学》教案第二章ﻩ接触关系和原生构造一、课堂安排讨论上一节布置的讨论题主要内容介绍布置本章思考讨论题二、本章主要内容、要点1、主要内容地层接触关系的基本类型沉积岩层顶、底面的识别标志及其构造意义：交错层，粒级层，波痕，层面暴露标志，生物标志，底面印膜,冲刷面。软沉积物变形:负荷作用/／滑塌作用和滑移作用／/孔隙压力效应引起的软沉积变形岩浆岩体的原生构造:侵入岩//喷出岩2、本章要点“Ｖ"字形法则及其应用不整合的识别和研究沉积岩层顶底面的识别及其应用:软沉积物变形的类型及其形成机理。三、授课内容（一)沉积岩——基本产状地层接触关系整合不整合：平行,角度;剖面,平面嵌入不整合超覆—“尖灭假象”,“不整合”假象不整合的研究意义：平行不整合――沉降→降升→沉降角度-沉积→褶被—造山→下降→方法确定不整合的存在地层古生物沉积－侵蚀古侵蚀面、古土壤、残积矿、底砾变形产状、构造线褶被型式、变形强度断层类型、产状和强度、截切岩浆岩成分：产状、规模、强度、性质变质程度＊以不整合的形成过程、机理为主线记忆确定不整合时代可借助于区域地层对比、地层构造发展研究空间展布和类型变化（二)沉积岩层——原生构造层理可示顶底的原生沉积构造（图示+讲解）面向(ｆaｃｉnｇ）交错层理递变层波痕层面暴露标志泥裂雨痕生物叠层石古植物根系异地埋藏的贝壳虫迹印模（砂岩底面）冲刷面（三）沉积岩层——软沉积物变形（简介，图示)Spenceｒ(１９77）：巨大的逆冲断层：褶被系、甚至某些板状劈理都可能是岩石处于未固化状态中发生的。形成作用:负荐作用可指示面向负荷构造底面印痕(负荷铸型）、砂岩底面不规则瘤体火焰状构造砂岩球／枕：凹面向上滑塌／滑移作用卷曲层理――与上下不协调,多为上切下割关系孔隙压力效应引起的软沉积物变形诱发地表砂层滑坡诱发柔软沉积物滑塌诱发大规模冲断――加积楔砂岩墙—液化作用贯入碟状构造—水的向上送出软沉积物变形的鉴别常限于一定层位软岩层中常限于一定地段、盆地边缘、隆起边缘重力作用的，一般无构造定向性应把沉积作用、沉积环境和变形结合起来（四）火成岩原生构造侵入岩流面、流线,边缘片麻岩喷出岩绳状构造、枕状构造、气孔、杏仁四、要求熟练掌握的概念和要点不整合的形成过程和构造意义利用沉积岩原生构造确定岩层顶底，并据此进行构造恢复。五、思考、讨论题确定二套岩层是否为不整合关系,研究区是否需要一定的面积?为什么？能否用计算机可视化技术实现“V”字形法则的数字模拟?如果可以,实现的途径是什么？《构造地质学》教案第三章ﻩ地质构造分析的力学基础（本章课序No.3—5，共6学时）一、课堂安排讨论主要内容介绍本章思考讨论题二、本章主要内容、要点1、主要内容应力:概念//应力分析（二维应力分析//三维应力分析）/／应力场,应力轨迹和应力集中应变：应变椭球体、形态类型及其几何表示法递进变形：共轴/非共轴递进变形岩石有限应变测量岩石变形行为：一般实验条件下的岩石变形行为//岩石变形阶段（弹性、塑性、断裂变形）；库伦剪破裂准则：剪破裂的实验,经验公式，剪裂角，内磨擦角摩尔剪破裂准则／/格里菲斯破裂准则塑性变形及变形机制影响岩石变形的因素2、本章要点应力的概念;应力与（矢量）力的区别，与作用面的关系应力分析的思路和方法,重点为二维分析；应力圆的性质；应力状态的应力圆表示应力集中:概念及其地质—物理意义应变与变形的区别；应变椭球体：主应变轴,主应变面，圆切面（圆截面,无应变面），线伸长/线缩短区域(共轴和非共轴)递进变形:概念及其对变形现象的解释。应变测量:方法及其设计思路库伦剪破裂准则影响岩石变形的因素各类变形实验曲线（应力-应变、应变－时间曲线等)的含义三、授课内容(一）力学基础1、应力的概念面力与体力力外力面力体力内力固有内力—自然状态粒结合力附加内力－由外力(面、体力）作用引起的作用于物体内部（设想的面)或表面（实质的面）应力——作用于物体内部或表面单位位积上的一对大小相等方向相反的力应力的分解正应力σ、剪应力τ（切应力）ｎｏｒmａlsｔrｅｓs,shearstｒesｓ应力符号σ，挤压为正，张应力为负τ,逆时针为正，顺时针为负应力单位一点的应力状态平衡力系,无限小立方体（单元体）力系合成为作用于立方体（中心)的一对力，立方体置于空间座标系，则每个面上的应力可分解为共9个分量.脚标表示的含义σｘy—-应力方向面法线方向应力性质σxx,σyy,σzz—σｎ（两脚标相同)σｘｙ,σｙz，…-τ(两脚标不同)σｘxσxyσxzσyyσｙｚσyxσzzσzxσｚy(又可写成)σxτxyτxzσｙτyｚτyxσzτzｘτzｙ在平衡力系中τｙx＝-τxyτzｘ=－τxｚτzy＝-τyz因此σxττσyτyxτσｚτzyτzx 六个应力分量决定了一点的应力状态.主应力面－弹性力学证明（主平面）主应力－最大正应力(位于主平面上的正应力）σ1，σ２，σ3主（应力轴)方向应力状态单轴单轴压缩σ1〉σ２=σ３＝０单轴拉伸σ1=σ２<0＞σ３双轴双轴压缩σ1〉σ2〉σ3＝0平面应力状态σ１〉σ２＝0＞σ３三轴（一般）σ１≥σ2≥σ３σ1=σ2＝σ3→静水压力、均压流体静压力若σ１=σ2=σ３<０，何状态?应力差σ１—σ3平均应力（σ1+σ2+σ3）/З＝可看作一应力系统中的均压部分偏应力σ′＝σ—（有三个)为偏离平均应力的分量。σ１′=σ1—σ２′＝σ２-σ３′＝σ3－泊松比ν一个方向的变形引起的另一个与之垂直方向的长度变化，后者的变化值与前者变化值之比.在地壳相对较浅层次(流变层之上），由上覆岩石重量引起的压应力σ1（直立），和由重压（变形）引起的横向应力的关系为：σ2＝σ3=［ν/（１－ν）］σ1深部岩石受压而企图横向扩张，但受到限制，故引起此水平应力。如果横向上无限制，将出现何种情况？2、应力分析简介二维应力分析二维的优越性单轴应力状态基本关系：(1）（2）（１），（2)二端平方后相加，得应力莫尔图(单轴）双轴应力状态套用前(１）、（2）式,有(３）(４)(５）（５),(６)二端平方后相加,得·八种应力状态静岩压力若σ2＝σ3→σ1时，应力圆收缩有关应力圆圆心角=２α圆周一点的物理意义第一不变量纯剪状态剪应力互等定律三维应力分析三维应力圆(六种特殊情况)单压σ１〉σ２=σ3＝０σ1＝σ２=σ３静水σ１〉σ2=σ3>θ静岩双轴压缩σ１>σ２>σ3=０平面应力σ１＞σ２＝0>σ３纯剪σ1＝—σ３，σ2＝０三轴拉伸三轴挤压二轴挤压，一轴拉伸一轴挤压，二轴拉伸３、应力场、应力轨迹、应力集中应力场：各点的集合、各点的状态及其变化主应力方向轨迹-应力（轨）迹线、主应力等值线用二维表示／光弹/计算机模拟ｅ。g.图４—10图４—11图4—１2应力集中－物体内部结构引起应力状态的改变圆孔表面的切线应力为：σ=Ｐ1（1－２Ｃos2Q）P-无穷远处主应力（平均主应力）θ－切点处半径线与Ｐ１的夹角Ａ点,C（Ｄ)点，Ｑ=０,σ=—P1椭圆孔,当长轴平行于ＡB时σ＝Ｐ１（1+２a/b）说明椭圆孔周边方向≥3P1,椭圆率越大，则应力越为集中岩石中的微裂隙可近似看作椭圆形孔洞，易于发生应力集中，导致破裂材料中要计算应力集中的量值,使之小于切料强度。否则易于破坏。ﻬ（二）应变分析基础第一节岩石应变分析的基本概念1、变形与位移变形——内部质点位移，使初始形状、方位、位置发生改变质点初始位置与变形后位置的比较位移的基本方式:，内部各点无相对变化各点相对位置变化,引起应变物体在应力作用下形状和大小的改变量,有时包含旋转的含意-变形强度２、应变、应变的度量（１）线应变（e)Ｓ=Ｌ1/L０（长度比）≥０(2)剪应变ν=ｔgψψ－偏离右角的量右行剪切为正卡片模拟（图5－２)据物体内部应变状态是否变化分为：均匀，非均匀变形3、均匀变形和非均匀变形均匀变形各点应变特征相同，特征为：变形前直线仍为直线变形前平行线仍平行单位圆→椭圆可以一点代表全体非均匀各点不相同直线→非直线平行线→非平行圆→非椭圆不连续变形（非渐变的应变状态，图５－3)把非均匀变形用各单元体来表示－褶皱4、应变椭球体形象化设单位圆球半径Ｒ=1λ１（X，A）最大应变主轴：只有线应变，无剪应变半轴长=λ２（Y,Ｂ）(〉或＝或〈1）一般情况下,·主（应变）平面：包含任意两个主应变轴·应用（形象表示地有构造的空间方位）e.g。ｘy（AB)面-受压扁面,示轴面，片理方位yz（BＣ)面－张性面,张节理ｘ（A，λ）轴－最大拉伸方向，矿物定向排列·圆切面,二个，交线为Ｂ轴，e2=０时为平面应变,又称无伸缩（无线应变面）面，区分了伸长区和缩短区。线伸长区(过球心的直线）线缩短区θ-圆切面与λ1的夹角5、应变椭球体类型及其几何表示法（Flｉnndiａgram）A=X/Ｙ=(1+e1）/(1+e2）b＝Y/Z＝(1+e2）/（1+e３）K=ｔgα＝（a-1）／（b-１）—圆点座标为（1，１）变形后形态,K＝1时，沿Ｂ方向无伸长和缩短原始单元体K=０b［=(１＋ｅ2)／（1＋e３)］在体积不变条件下,据K值分为五种形态类型(１)K＝０单轴旋轴扁球体（轴对称缩短）(1+ｅ1）=(1+e2）＞(１+e３)（2）1＞K〉0扁型椭球体(压扁型）（1+e1）>(1＋e2)＞1〉(1+e3)（3)K=１平面应变椭球体（１＋ｅ1）（1+ｅ3)＝（1+e２)２＝1；e2=0或(1+e1）=1/（1+e3）（4）∞>Ｋ〉１长型椭球体(收缩型）（1＋e1)>１＞(1+ｅ2）〉（１＋ｅ３)(５）K=∞（１+e1）〉(1＋ｅ2)=(1+e３）单轴旋转是球体、棒状、雪茄状其中，Ｋ=１一向（B轴)无变化,一向伸长，一向缩短在体积有变化时，体变△=(V-V０）/Ｖ0当△＜０时（体积减小）图解中ｅ2=0（平面应变线）向横座标(b）偏移证明：∵△＝(Ｖ－Ｖ０)／Ｖ0(r－1)=（x·y·ｚ）-１或1+△＝ｘ·y·z=（１+e1）(１＋e2)（１+e3)当体积不变(△=０）,K=1时，（１+e1）(１＋ｅ２)（1+e3）＝1即:(1＋e1）／(1+e2）=(１+e2）／（1+e３）若e２=0，则1+e2=1，则(１+e1)＝１／（1+e３）此时中间轴不变，变形只发生在ＸZ面上当△≠０时，若为平面应变（1＋e２)=１,则１＋△＝(1＋e1)（1＋ｅ2）(1+ｅ3）=（１+e1）（１+ｅ３）＝ａ／ｂ∴a＝b（１＋△）（体积变化时的平面应变）体积变化需用其它方法帮助求出。６、旋转和非旋转变形主轴物质线方向-改变与否纯剪变形－非旋转的特例(并非所有的非旋转变形都是纯剪变形，只有无体变,且e2＝０时的非旋转变形才称为纯剪变形)无体变e2=０（中间轴无变化）y=1非旋转纯剪变形e2=０(ｙ＝1）单剪（效应）＝纯剪+刚体旋转７、递进变形有限应变――总应变无限小应变――增量应变递进变形――初始状态至最终状态增量应变的叠加过程.(图５－９）共轴递进变形增量应变椭球主轴始终与有限应变椭球主轴保持一致e。g.递进纯剪变形（图５－1０)非共轴递进变形e。g．简单剪切（前图５－9）tg2θ′=γ－剪应变θ′—应变椭球长轴与剪切方向夹角当γ很小时，θ′≈45°,即增量应变主轴总与剪切方向成45°夹角。在单剪中,不能据有限应变椭球主轴方向来判断主应力的方向（除了y与σ2对应外)在纯剪中，x、y、ｚ与σ１σ２σ3分别对应。E。g。图5－１2构造分析中,不能简单根据构造空间展布方位推断应力作用方式,必须从发生、发展的过程来分析。系统研究不同强度的构造特征,以了解构造发展全过程.第二节岩石有限应变测量了解区域应变分布状况，推究变形时的应力状态.区域应变场→构造应力场中小型构造也可用来估算地壳伸展或缩短量及方位。本章：利用岩石中的应变标志确定有限应变状态１、应变主轴方位的确立利用特征性构造e。g。板劈理、层理-∥xy面（压扁面），⊥Z拉伸线理∥Ｘ应变量，较大者直接测量(退色斑、杏仁），较小者需要采集定向标本(鲕粒、石英），切片平行－主平面2、原始为圆球形个体的应变测量基质与球形个体韧性差异小者为优,ｅ.g.退色斑（还原斑）、灰岩鲕粒·灰岩中的泥球、鲕粒，单晶方解石颗粒或硅质结核，虽然与基质有一定韧性差，但可参考使用·不规则性，若为随机的，可通过大量测量取平均值来消除·测量方法露头直接进行显微镜放大的照片参考线,∥走向,在面上测x/y或Ｘ／Ｚ等测长轴与参考线头角·数量:2０(还原斑）～５０·计算方法种类算术平均平均轴比和方向调和平均值Rh－当各个体轴率变化较大时，Ｒh=n/（椭球轴比）图解（长短轴法)——个别偏离点不考虑,与手工作等密图相同RＳ=K(斜率）=长轴／短轴·结果表示：测量面产状长轴方向（以侧伏角表示）平均轴率。3、原始为椭球形个体的应变测量（Ｒf/φ)·砾石、捕虏体、石英颗粒及集合体·最终状态（最终椭圆的轴比Rf和方位φ)取决于：ＲS（应变椭圆轴比）Ｒi（初始椭圆轴比)φ（初始椭圆长轴与应变椭圆长轴的夹角）即：Rf=f(ＲＳ，Rｉ,φ)φ=f(RS，Rｉ,φ）上述变量的函数关系式为（Ｒamsay，1９67）：tog2φ=Rｆ=据此可推出，一定的RＳ值下,不同RI、φ变形后的Ｒf及φ值,作出Ｒf/φ曲线图·曲线形态:1．对称单峰(当ＲＳ<ＲI时）2。圈闭水滴状（当RS＞ＲI时，此时φ<9０°）·Ｒf最大值与最小值Ｒfmax＝RＳ·ＲiE。g.。RI=2．0RS=１．５Rf=1．５×２＝３.０Rfmin＝ＲＳ/RI或RI／RＳ（Rf按定义〉１）（ＲI=2。0)÷（ＲS＝1。5）＝（Ｒf＝１．３3)·若ＲI＝(初始轴比）是变化的，则在Rf/φ图上为一组点群,可与一系列理论曲线对应，找合适的RＳ值的曲线．要求:①四个象限(纵坐标和５0%资料线分开)中的点数大致相等，此时表明初始椭圆方位是随机的,受到了与该理论曲线的ＲS相同的应变。②5０个点子.·当ＲS>2．5时,调和平均值Ｒh=与Ｒf／φ求得的ＲＳ相同，使其简化，――经验·砾石初始优选方位,导致点群分布不对称,应予消除,――参考郑亚东·韧性差(砾石之间,砾石与基质间）－选与基质相同的砾石若为颗粒支撑砾岩(紧密堆积），Fｒy法有时可避免上述弱点。4、Fry法——据标志点分布的变化测量应变·前提①标志体中心点的分布在变形前的分布在统计上是各向同性的。②均匀应变（测量范围内）此时,以任一点为中心，与其它各标志点的距离在各方向上相等。·作法：1．透明方格纸A:标本切面或放大的照片上的标志体中心2．方格纸B中心标记3．二纸重合，使中心标记重合于等一点，投点4．平移盖纸,使与下点重合，继续投点。ﻬ(三)岩石变形行为第一节一般实验条件下岩石的变形行为·三轴压力机，流体压力-围压，1０００MＰb，８0０℃·岩石与金属实验相似强度极限σ应变硬化后再次加压后的压服动σ′ｙ屈服应力-σy弹性差别破坏（断裂）小的正斜率，应变硬化（中、低温）稳态流动(定全塑性材料）塑性变形受到一定的应变硬化后不再同到e１·断裂变形强度（极限)抗压强度》抗磁强度(表６－１）·材料性质脆性,应变量（％）<5％（断裂发生前）韧性应变量(%）〉１０％Ｐ—Ｔ与性质转换第二节岩石的脆性破坏破裂类型张裂—方向（位移⊥破裂面）剪裂位移∥破裂面试验和自然界宏观破裂的主要形式·剪裂角（θ）－1、库仑剪破裂准则（剪破裂的实验，经验公式,剪裂角，内磨擦角）内摩擦系数τ＝τ０+μσｎτ０σn=０时的抗剪强度(岩石内聚力）可改写成τ=τ０＋？φ－内摩擦角２θ=9０°－φθ=４5°-φ/２另：α+θ＝９0°τ＝τ０＋μσn＝τ０+σn·tｇφ2、莫尔剪破裂准则φ（内摩擦角）随围压的变化而变τ=f（σｎ）砂岩φ〧４5°φ〧２3°页岩φ随围压增大而减小3、格里菲斯破裂准则(简介）问题：１.库伦、莫尔未从机制上解释,都为岩石力学试验的经验公式岩石实际破裂《据分子结构理论计算的材料粘结强度》，达三个数量级解释:随机的微裂隙扩展应力集中（末端)—扩展-联结推导：二维中，作为扁平的椭圆到裂隙当σ1〈－3σ3时，σ３=—T0张裂准则(Ｔ0-单轴扩张强度)当σ１＞-３σ3时，(σ1－σ３）２－８T０(σ１＋σ3）＝０(６-7）或τ2n=４Ｔ0（T０＋σn)抛物线（6－8）(τn—剪裂面上剪应力）（σn－剪裂面上正应力）存在问题：据(6-7）式，在单轴压缩时,∵σ1＝σC（抗压强度),σ３=0∴σＣ=８T0这与实验结果，σC（抗压强度)=(１00１５)Ｔ0（抗强度不符).4、修正的平面格力菲斯准则·麦克林托克和华西（19６2),·假定微裂隙在受压方向上闭合，从而产生一定摩擦力影响微裂隙的扩展·莫尔包络成为:τn=μσn＋２T０评价：①初步描述了破裂过程的真实物理模式②与实验结果仍有较明显不一致ｅ。g。预计的单轴抗压与抗张强度之比都过低－-莫尔包络线与实际的斜率不严格一致仍然是较合实验的准则,广泛用于构造地层、岩石力学第三节影响岩石变形行为的因素1、岩石各向异性对变形的影响面构造－层理、面理旋或破裂先存软弱面破裂强度(σ１－σ3)与夹角（σ1与先存面理)的关系剪裂面与σ１的夹角当大时(≈90°)剪裂角≈30°当小时（＜３0°）剪裂角≈或＝很小2、围压增大强度极限增大韧性３、温度韧性增大，屈服极限降低温－压同时考虑（在地壳中)脆韧性转换带3.５公里(挤压）1５公里（拉伸）－与围压小于挤压环境有关拉伸实验挤压实验曲线转换所需的围压与温度成反比4、孔隙流体作用：降低强度，促进压溶、重结晶(塑性变形)孔压①抵消围压,降低强度,易于脆性破坏，减小有效围压Pe=ＰＣ－PＰeｆfective围压孔隙压p或e？剪裂张裂当孔压异常大到几乎等于围压时，岩石浮起效应—Aｌpｓ岩席5、时间（1)应变速率ε沥青、麦芽糖、快/慢降低屈服极限，脆性材料→韧性（在达到１0％时应变时，所需的差应力与应变速率成反比、此图涉及自然应变Loge的负值，可略去不讲。）(２)蠕变弹性后效·蠕变强度(σ蠕）当σ<σ蠕，固体变形(不发生蠕变)σ＞σ蠕，流动变形（蠕变,固流体）(塑性流变）实验表明，岩石具有一临界应力值或蠕变强度(基本强度），应力小于该强度，岩石变形表现为固体(不发生蠕变）6、岩石的粘性和能干性（强弱性）流变与剪应力关系为：τ（剪应力）＝ηe(流变)η－粘度,或粘性系数，Pa·S（帕斯卡·秒)·蠕变岩石—看作高粘度的固流体，η=1０１６—1022Pa·Ｓ地下高温,η变小，为η＝1０１５Pa·S（T＝５00℃，耶鲁大理岩）另一方面，高压力时,仍为弹性，因此，把岩石看作是一种弹粘性体.·能干性“能干”的含义－易于发生塑性流变的程度·某种程度上,也可用粘性比表示岩石能干性的差异·有时，把能干性差异与韧性差异相混，但韧性应为达到破坏前的塑性变形量，不完全与能干性等同.能干性取决于：１、岩石的矿物组成,2、粒度3、构造因素(片状，块状）Ｒamsａy能干性差异排序：（P.60)（四)岩石的塑性变形机制远比脆性变形机制复杂有多种塑性变形机制,←岩石流变特征及显微构造组成矿物性质变形条件绝大部分塑变由①单晶晶内滑动②粒间滑动１、晶内滑动和（低温）位错滑动晶内滑动沿一定滑移系，由晶体结构决定滑移面－高原子/离子密度面“”方向－∥原子/离子排列最密集的方向e。ｇ。Ｑuartｚ,底面(00０1)上ａ轴方向，方解石,底面，e面双晶（机械）晶内滑移使①晶粒形状改变②结晶轴发生旋转－晶格优选方位e。g..图6-19·Quartｚ［０0０1］·BＤ为滑动面·滑动面间距不变在微观上，滑移并非发生在整个滑移面上滑移①首先发生不应力集中区（晶体缺陷处）②然后滑移已沿滑移面扩张③最终与晶粒边界相交,产生一个阶梯位错线－滑移区与未滑移区的界线图示6-２０其原理相当于“拉地毯”·额外半面·位错传播受阻，形成网络和缠结，此时需增大应力才能继续传播—应变硬化,变脆受阻原因：低温杂质不同方向不同滑称面上的位错·当应力大到一定量，晶体破碎,故纯是位错滑动,不能形成大的塑性变形量.2、位错蠕变高温变形机制恢复作用（当T〉０.３Ｔm；m－ｍeｌt时)开始起重要作用，位错攀移符号相反者互抵“相同者”，重新排列成位错壁把晶粒一分为二，形成亚晶粒（Subgｒaｉn），品格方位略差异,亚晶内部位错密度降低，-多边形化作用.单偏光下——一个晶粒正交偏光—-几度消光位差动态重结晶高应变能储存处-变形晶粒边界局部高位错密度处较高温度下列成新生颗粒，核幔构造·动态重结晶颗粒，光性差大（＞10°-１5°），正交镜下边界明显，犬牙交错状边界.亚晶粒的形成·恢复和动态重结晶的作用降低位错密度,使应变继续进行岩石不破裂而有很大塑性变形颗粒化３、扩散蠕变－压溶作用物质扩散—转移,颗粒形态改变有粒间水膜时更易发生压力颗（须状增生)同构造(张性）脉不变质或浅变质区更重要4、颗粒边界滑动粒间滑动—超塑性流动松散的沙子岩石—高温T>0。5Tm～melｔ扩散速率能及时调节粒间滑动发生的空缺或叠复时才能实现特点:１．应变量可极大ｅ．g.．Alps,HeｌwetiｃnappeCａ质Myl．1０0：1(X／Z)颗粒本身变形弱或没有无晶格优选方位无亚晶构造５、小结塑性变形机制四、要求熟练掌握的概念和要点应力圆:推导，圆上一点的意义，各种类型应力圆表示的应力状态纯剪应力状态应变椭球体：主应变轴，主应变面，圆切面（圆截面，无应变面），线伸长/线缩短区域库仑剪破裂准则递进变形：共轴／非共轴递进变形岩石变形的三个阶段影响岩石变形的因素（ＰＴtF)塑性变形机制五、思考、讨论题应力圆若为位于横坐标左侧（〈0）的一个点，代表何种应力状态？自然界有无这种应力状态?纯剪应力状态中的“纯剪”是何含义?单轴应力状态下，当假想面的延伸方向与作用力方向平行时,应力=？在双轴和三轴应力状态下又是何种情况?生活中有无类似的体验？能否举例予以说明?线应变,剪应变,递进变形应变椭球体中的主应变面（XY，ＹZ,ＸZ）面与主应力的关系，递进变形的概念对构造分析的意义是什么？三种形态的应变椭球体分别反映岩石受到何种变形？其可能的受力方式是什么？岩石变形是否一定都经历弹性、塑性和断裂变形三个阶段?为什么？库仑剪破裂准则的依据是什么？莫尔准则的依据又是什么?这二者与格里菲斯准则的区别在哪里？《构造地质学》教案第四章（7) 面状和线状构造一、课堂安排讨论主要内容介绍本章思考讨论题二、本章主要内容、要点主要内容劈理类型及应变意义：劈理的结构//劈理的类型划分：连续和不连续劈理/／劈理的应变意义：一般和特殊情况(剪切带内的C组构)劈理的形成机制：机械旋转//重结晶//压溶线状构造//运动轴与应变轴小型线理：拉伸线理;矿物生长线理；皱纹；交面线理大型线理：石香肠;窗棂；杆状构造;铅笔构造;压力影线理的识别及测量2、本章要点劈理类型和应变意义劈理的形成机制（以压溶机制为主）运动轴与应变轴的关系线理的类型、轴型和运动学意义三、授课内容（一）面理次生透入性面状构造均匀连续分布、按肉眼尺度面理的显示组分颗粒大小密集不连续面/破壁理颗粒优选方位板状、片状矿物优选A＋D组分＋颗粒优选方位本章仅讨论劈理第一节ﻩ劈理类型和应变意义劈理的结构次生、密集平行排列、潜在分裂面、域构造（图7－3)劈理类型描述性分类劈理连续劈理１、板劈理细粒低变质岩φ＜0．2mmM域，宽0。００5mm，层状硅酸盐平行或交织排列，此域可缺失ＱF域-Ｑ、Ｆ,透统状,近等轴,１-０。０１mm，缺明显优选方位２.千枚理介于板劈理与片理之间,高泥质板岩，丝绢光泽３、片理中、高变质,结晶好φ〉0．2mm(1－1０ｍm）矿物优选复矿岩层状硅酸盐定向，围绕Ｐ、Q单矿物岩矿物压扁、拉长，平行排列不连续劈理1、褶劈理Ｃrenunatioｎ切过先存连续劈理间隔0．１－10ｍm·带状褶劈理·分隔褶劈QＦ减少，层状变多可有过渡类型2、间隔劈理（过去称破劈理)Spacｅd充填不溶物（粘土等）－劈理域两侧指示可错开，但不是滑动面应为压溶，而非剪裂（主要解释）复面粒、化石标志鲕粒剪裂·板劈理可与间隔劈理过渡—成因联系·不排除部分间隔劈理与剪切（节理）有关表7-１间隔劈理分类（反映缩短量）劈理的应变意义·∥XY－有限应变测量表明·多分褶皱同PAGE\#"'Page:'#'

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时发展，∥轴面，成扇形PAGE\#"'Page:'#'

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·折射·⊥最大压缩方向－紧闭褶皱的证据·平行劈理的化石被压扁(图７－1７)不变形－劈理为⊥最大挤压方向部分劈理∥剪切方向,与剪应变有关e.g．。①Myl中②北京西山顺层韧性剪切带压扁板岩（）退色斑X轴与板劈理面夹３°—5°交角还原斑板劈理第二节ﻩ劈理的形成（机制）现在认为,与压溶／物质迁移关系最为密切,并引起岩石缩短和体积损失可能机制机械旋转Sorbｙ（1８56)就提出但不能解释劈理域中云母的密集和透镜状石英(劈理M域中）的存在重结晶作用解释单矿物岩(石英岩、大理岩)·仍难以解释“域”、和劈理域中Q、Ｆ强烈变形拉长的现象压溶作用·压力强、形状增生物,分异脉（图）粘土、云母难溶物密集，云母旋转,形成板劈理。·也能解释褶劈的形成（图7-20),但不能排除其它作用ｅ。g。。SＰENＬER（1９7７),未经过沉积物压实作用可形成，导致区域性劈理与层理一致野外观察·与层理关系·粒级层中的弯曲—斜层理(图7－2２）注意事项性质、类型、与岩石成分、结构的关系测量与层理夹角，了解折射与粘性差的关系利用应变测量标志了解岩石变形性状及与劈理发育关系构造原则（切割)定向标本与褶皱、断层的关系，劈理的应用―――后述（二）线理第一节 运动轴与应变轴运动学意义Ｓａnｄｅr(193０)ａ、b、c－单剪运动轴挤压、拉伸时，a，b，c对应于x，y,z单剪时,a，c与ｘ、ｚ不一致，仅ｂ∥y轴线理类型（据物质运动方向及与主应变轴关系）：第二节ﻩ小型线理拉伸线理（8－3a）岩屑、砾石、鲕粒、矿物（集合体）Ａ型矿物生长线理（8-3b）矿物及纤维生长（沿引张方向）Ａ型皱纹(8－３C）mm计，∥ｈiｎgeＢ线理交面（8-３ｄ）常为B型第三节 大型线理非透入性，大尺度上可能为透入性的石香肠布丁(ｂadinagｅ）不同力学性质层，⊥岩层挤压,软层流动,Ｂ型·断面形态（马杏垣）矩形、梯形、藕节形、不规则型形态决定于①韧性差②硬层拉伸的强度·当λ1>λ２=１>λ３时只发育一组当λ１〉λ2〉1＞〉λ３时，巧克力方盘图８-９窗棂构造棂柱状半圆柱形强弱层交界处顺层缩短，引起纵弯失稳主波长与粘性差有关（褶被一章)Ｂ线理,与石香肠不同(虽同为B线理)石香肠-垂直层理缩短，平行层理扩张窗棂—垂直层理扩张,平行层理缩短杆状构造B线石英等单矿物变质岩内小褶被转折端长度较小,数CＭ~数+CＭ同构造分泌物质石英杆－①石英质岩石分泌,转入转折端低压带成脉②或石英脉辗滚③或断层造成的低压空间铅笔构造类型的形成过程（图８－１３）成岩压实，体积损失（流体出)；泥—粉砂质沉积物，形成单轴旋转扁球型应变（K〈1,a＝ｘ/y→1，y/z＝b→o)平行层理压缩和⊥层理的拉伸，x>y=z，片、针状矿物旋转,沿α方向定向排列,且易于沿Ｘ方向裂开的特点，无面状要素,横截面为不规则多边形或弧形（图8－14）长轴∥岩石的X轴，但又∥区域的B(Y）轴方向包括原始沿积物压实部分第②类型:透入性面理与层面相交断面规则常∥同期褶皱hｉngｅＢ型压力影－Ａ型同构造纤维状矿物生长硬核低压引张区-硬核周围局部不均匀应变;使韧性物质从核部离开形成。·纤维生长方向随最大拉伸方向（X轴）的变化而变化挤压或纯剪变形中,—对称状纤状矿物单剪(旋转）－单斜对称，图８-15黄铁矿旋转第四节线理识别·区分原生与次生——较困难,大范围对比·确定类型，与所属构造关系测量方法，视伸长方向与真伸长方向.在片理面上测量较准确.3、要求掌握的要点和基本概念劈理的分类劈理的应变意义a型线理、b型线理及其构造意义和在构造分析中的作用拉伸线理；矿物生长线理；皱纹；交面线理;石香肠;窗棂；杆状构造;铅笔构造；压力影4、思考、讨论题关于劈理成因解释，你认为那种解释比较合理？为什么？如何实现劈理形成过程的实验室模拟?要解决的关键问题是什么？人的血型有o型，a型，b型和ab型，那么，是否可能存在ab型线理？《构造地质学》教案第五章（７、8) ﻩ褶皱本章共2次课堂讲授：褶皱几何学、褶皱成因分析（一)褶皱几何学第一节ﻩ褶皱和褶皱要素基本类型背、向形和中性褶皱要素（轴面形态图)第二节 褶皱的描述横剖面与正交剖面转折端形态圆弧/尖棱/箱状/挠曲翼间角平缓/开阔/中常/紧闭/等斜枢纽直线或曲线状，受地形影响，水平直线状枢纽褶皱在平面地质图上也可以表现为闭合形态褶皱的大小波幅－中间线-枢纽波长－相同拐点之间的距离褶皱的对称性二翼不等长时为不对称褶皱，分为S、Ｚ、M型(顺着枢纽倾伏方向观察)褶皱平面轮廓等轴——长宽比接近1;1,穹隆、盆地短轴-—长宽比3：1线状——长宽比＞＞3：1第三节ﻩ褶皱方位分析褶轴及产状确定圆柱状褶被褶轴产状确定直接测量利用β图解轴面确定轴面是枢纽的连面对称轴面为褶皱两翼平分面也可以根据轴迹通过作图确定褶皱位态分类褶皱位态分类图解第四节ﻩ褶皱形态分类根据岩层厚度变化的分类平行褶皱相似褶皱根据各褶被面之间的几何关系协调褶皱不协调褶皱，底辟构造Ramｓay褶皱形态分类等倾斜线方法三类五型意义：精确测定褶皱几何形态,查明细节,预测层内和层间褶皱样式的变化，帮助分析褶皱成因机制第五节 褶皱组合型式Alpｉno-type全型褶皱线状,带状分布、走向平行于构造带背、向同等发育，布满全区构成复背、向斜：正扇型或反扇型Jura－type过渡型隔挡／隔槽（梳状/箱状）背向斜发育强度不同产于造山带前陆滑脱作用薄皮构造Ｇeｒman-ｔypefold卵圆形穹隆，短轴背斜／长垣断续发育于地台盖层中北美称作平原式褶皱独立产出或组合成雁列式第六节ﻩ叠加褶皱的基本型式三种基本型式(据Ｒaｍsay）第１型第２型第3型叠加褶皱野外观察叠加褶皱标志重褶新生构造规律弯曲二组面、线构造规律交切陡倾/倾竖褶被广泛发育大型叠加褶皱转折端第七节ﻩ褶皱剖面编制横（铅直)剖面、正交剖面、联合剖面(图9-47)正交剖面偏制第一种方法第二种方法refｅrtoＲaｍsａy1９87平行褶皱的剖面编制原则：等厚,同一曲率中心相似褶皱剖面编制,轴面厚度不变（二）褶皱成因分析第一节 成因概述目的：了解褶皱多样的形态及组合特点,与其它构造的关系,区域展布及与地壳运动的关系，对矿产的控制规律内容：控制因素:侧压力,重力，岩石力学性质发育过程内部应变及与其它构造的内在联系形成方式分类（与受力状态、变形环境、岩层变形形为有关）据物质运动方式分类滑动流动与分析尺度有关e．g．.品格滑动=宏观滚动据作用力方式纵弯水平力横弯垂向力本章重点—-纵弯第二节 纵弯褶皱作用顺层挤压/各向异性(层理)／韧性差／主波长单层褶皱的发育机制主波长理论（Bｉｏt．６0年代根据计算和实验提出）主波长与强岩层的厚度和强岩层与介质的粘度比有关,而与作用力无关Wi=2πdＷI——初始主波长，d—-厚度，1—-强层粘度系数，2—-介质粘度系数岩层褶皱的阻抗来自：强层内部若形成最大可能的波长，则阻抗最小(图１０—3a)介质若形成最小波长褶皱，则阻抗最小(图１0-3ｂ)故，二者调和，取其中间值（最小功原理）主波长理论表明：主波长与岩层初始厚度成正比，图10—4与强层／介质粘度比（μ1/μ２）成正比二类极端情况：①μ1／μ2很大(如〉5０)形成肠状褶皱（图１０—6）μ1/μ２小(〈10），形成尖圆褶皱，(１0—7)用于解释基层与盖层的箱状褶皱多层岩层的褶皱发育多层岩层的褶皱发育形态影响因素：①能干性②相邻层的影响强度（包括强层间的距离和接触应变带的宽度)接触应变带的概念“硬层”褶皱对介质（褶皱)的影响范围.此带以外，介质为均匀缩短宽度=WI图１０—8“硬层”间距的影响两“层"间隔远，互不影响，形成各自的特征波长褶皱两“层”间隔小,相互干扰，整个岩系不协调两“层”间隔小，但厚度、粘度比相同,形成协调褶皱两“层”间隔小,粘度比、厚度不同，形成复协调褶皱(－Ｄ）经压扁中小褶皱变为“Ｓ”“Z"及“M”型1０-９μ1／μ2低n高(软层较厚）μ１/μ２低，ｎ中等,褶皱形态明显，压扁后成压扁的平行褶皱μ１/μ２低，n低，普遍压扁μ1/μ2高，n高μ1/μ2高,n中,尖棱μ１/μ２高,ｎ低,膝折第三节ﻩ纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造层的弯曲方式（模式)压扁-贯穿始终应变分布受控于平均韧性、韧性差应变分布控制小构造中和面褶皱作用μ1/μ２较大时，强岩层具有此种特征应变特征：平面应变1B平行式褶皱切向长度应变－外弧伸长,内弧缩短图１1b、１2a中和面－无应变面小构造发育—决定于变形时的韧性线理变位，图1０—１4Ａ、Ｂ1０－14d——原直线弯曲变位,同时每一片断都有长度变化（线应变，均为伸长)顺层剪切作用１0－15：应变椭圆示弯流作用，但流动是与小尺度的层间滑动实现的——与尺度有关１０－1６：卡片上划方格，得此模型。注意——无中和面特点：①平面应变；②1B平行线,但无中和面;③褶皱面为剪切面，相当“圆切面”-—无应变。其上的线理变位为小圆（前图１0－１４C)；④正交剖面上，λ1呈“反扇形"，转折端处无应变,拐点处应变最强。弯流的次级小型构造韧性夹层：①擦痕⊥轴;②不对称小褶皱;③层间劈理②、③相当于小型顺层剪切带，与层面夹角反映剪应变量大小。脆性层：④层间破碎带;5、转折端虚脱—鞍状脉，矿（同１０－１８）弯流作用发生在韧性高的层中,以发育反扇形板劈理（或褶劈理）为特征。压扁flattinｇ褶皱前的顺层压扁取决于韧性差和平均韧性.压扁作用可贯穿褶皱作用始终，也可无明显压扁（如肠状褶皱的硬层）褶皱前的压扁1０—1９顺层压扁与前图时比更复杂的应变型式褶皱后的压扁褶皱后的压扁①使ＸＹ面向轴面旋转；③中和面趋于消失；③形成轴面片理；④翼部变陡变薄；⑤转折端加厚，小褶皱⑥翼部石香肠纵弯褶皱中发育的劈理型式不同弯曲作用与压扁作用的联合,形成多种劈理型式。——取决于平均韧性和韧性差。E．g.。典型（极端)现象—Ｒamsay高韧性差μ1》μ2强层：中和面褶皱，形成ＩB型，压扁后可成IC外侧拉张－顺层劈理外侧中和面拉张或正扁形张裂脉(脆性层)内侧压缩－正扁形劈理，压扁后可平行于轴面劈理与层面交角大，且较稀疏（内部应变相对于羽层为小）弱层:均匀压扁为特点远处-轴面劈理近强层处－复杂、特殊近强层内侧－强烈压扁（总压扁+弯曲内侧附加压扁)束状（肠状foｌｄ内侧）Ⅲ型褶皱强层外侧－三角形/中性点与层面交角小，密集轴面劈理远离强层接触应变影响，应变特殊１０—2２轴劈顺层缩短束状无应变中性点低韧性差μ1〉μ２，高的平均韧性·强层也缩短加厚·Ｗa（实际褶皱波长）〈Wi（初始主波长)XＹ面近于⊥层理强层弯曲加大后，１＋e1轨迹成正扇形,而接触应变带内的软层成反扇形—劈理折射压扁继续，强层→尖圆形褶皱，“正扁形”向平行轴面方向旋转→轴面劈理无缩短强烈压扁近于平行轴面初始顺层缩短增强不同情况下劈理形式在强弱层间互时，强层—ＩＢ或IC型，+正扇形劈理可进一步发展成楔状张裂脉弱层—IＣ－Ⅲ型＋反扇形二者韧性差小,平均韧性高，易于形成轴面劈理。利用劈理层理关系确定地层正倒(１0-25）利用劈理层理关系不能确定正倒（在重褶地区），但可帮助判断所处构造部位（同１０-２６）.交错层粒度层第四节 其它褶皱作用概述剪切褶皱作用发生于韧性较大的岩层中，如盐岩或韧性差极小的岩系中（地壳深部)层面不具有力学意义上的主动性(不均一性）岩层被动弯曲模型10—27剪切褶皱特点：剪切面上每一点为平面应变褶轴不一定平行于中间应变轴，只有当层面垂直于剪切方向时，二者才一致属于Ⅱ型相似式，平行于轴面方向上岩层厚度不变.顶加厚，翼减薄——不是物质流动引起，而是剪切效应无中和面.剪切面上各点应变相等二翼剪切方向相反，二侧XＹ面成反扇形－可能形成反扇形劈理（同１０－１１D)线理变位初始线理与滑动方向构成的大圆(直线有伸长和方位变化)图１０－１４Ｄ横弯褶皱作用作用力垂直于层面例如,基底断块升降（包括同沉积褶皱),底辟构造特点:整体拉伸、无中和面、应力轨迹（10-２9）ＩA顶薄型－韧性顶部破裂形成地堑或放射／环状正断层(10—3０）基底升降（断层作用),盖层可发育大型挠曲（１0－3１)同沉积褶皱中的特点和效应底辟作用形成盐丘、岩浆底辟、储油构造成因:密度倒置，力学不稳定,失稳,固态流动(向应力小处流动）失稳原因(对岩丘而言)：①上覆层厚度不等；②差异剥蚀；③盐层表面起伏不平;④水平挤压实验说明：橡胶薄膜钢塞流体(粘性体）固定孔洞典型盐丘构造：盐核:φ=２－３km,边界陡立，下延数kｍ，内部发育轴面，枢纽直立的复杂褶皱（１0-３3）围岩：顶部穹隆状隆起、发育正断层系，顶薄褶皱（1０－３０）外围翼部带向上卷起,甚至形成围绕盐核的向斜(９—29，Ｐ16４）柔流褶皱作用固态流变条件下,岩石具高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动例如，①盐丘核部盐层的褶皱冰川中冰层的流动——“灯盏石"深变质岩、混合岩中常见柔流褶皱发育——对前述“肠状褶皱”（解释为岩层之间的韧型性差)的质疑层流和紊流—-持续流动，类似流体柔流褶皱特点形态复杂，剪切褶皱作用紊流造成的图像更复杂，难以再造运动学图像。四、要求熟练掌握的基本概念和要点轴迹,枢纽/轴，斜卧褶皱,Ａlｐino—tｙpｅ(Juｒａ－tyｐe,German-ｔｙpe）folｄ,纵弯褶皱作用的特征（应力分布，形态,弯滑／弯流作用，伴生构造）五、思考、讨论题Alpｉno－type（Jura—tｙpe，Geｒｍan—ｔypｅ)foｌd是在何种应力和变形条件下形成的？Ｒａmsａy为什么提出了基于等倾斜线的褶皱分类方案?这种分类有何意义?自然界大部分褶皱是由纵弯褶皱作用形成。从地壳变形的角度分析，这种现象反映了什么问题？对于柔流褶皱作用，应该采用什么方法和手段对其进行描述和研究?《构造地质学》教案第六章(9) 节理讨论复习前一节思考题介绍本章主要内容布置讨论题节理定义:无明显位移的断裂,成群成组发育.研究意义:①矿脉；②油气水运移储集;③工程地质;④地质构造分析第一节ﻩ节理分类与有关构造的几何关系力学性质根据节理与有关构造的几何关系的分类与岩层产状关系（１1－1）走向节理倾向节理斜向节理顺层节理与褶皱轴的关系（１１—2）纵节理横节理斜节理水平岩层中以方位表示根据节理力学性质分类剪节理特征：产状稳定，延伸远平直光滑、节理面擦痕、闭合穿过砾石和胶结物常为X型，等间距(１1－３）主剪裂面常由次级羽状微裂面组成，交角约1０°～15°(=φ/2)复习：剪切带内应变非共轴递进变形剪裂角内摩擦角应变椭圆与主应力关系有限应变主轴方位与剪应变量的关系（Ｐ4１)tg２’=2/’--应变椭球长轴(X）与剪切方向夹角当很小时，２’→9０°，’→45°即⑦增量应变椭球长轴与边界成45°角。1１—４锐角示本盘(小角度组）关于“Ｘ"型节理平分线的主应力方向——锐角等分线不一定为σ１方向.韧性层,压扁作用,旋转均可造成此现象.张节理(特点）产状不稳，延伸短，常侧列节理面粗糙,无擦痕常绕砾、粗砂，即使切过，切面也粗糙多开口(开放式裂隙）／脉宽变化大,不平直时为不规则树枝状,网格状，也可追踪Ｘ节理，形成共轭雁列张节理或成放射状或同心状(与上拱作用有关）左阶和右阶顺走向观察应力与节理的关系节理力学性质转化——递进变形影响例如，张剪性节理的形成（图解说明）石英纤晶∥σ3组合形态示主干节理为右旋剪滑但是，石英纤晶示同时或稍晚的拉开作用同时，由派生分枝节理看。纤晶在分枝末端垂直于节理壁,但在与主干会合部位成60°夹角,说明末端为张性,汇合部为张剪性。因此,主干节理实为张剪性——张－剪应力联合作用的结果·剪节理沿走向可变为雁列张节理节理组和节理系节理组-—同一构造作用中形成（相同的应力场)、产状、力性基本相同的节理群节理系——两个或两个以上同期形成的节理组。例如Ｘ共轭节理系；放射（同心）状节理系-—产状规律变化节理分期从时间、空间和力学成因上研究构造发育史、构造分布规律，为构造分析和古应力场恢复提供资料节理分期的依据节理组交切关系错开与限制关系互切（共轭）关系节理的追踪发育（晚期节理追踪早期节理）节理的配套据共生组合关系进行配套（统一应力场）e.g.图示分期配套中应该注意：结合地质背景（构造和地质体）在野外进行，及再次的野外验证变形强烈区要仔细、谨慎区分构造与非构造节理内动力/外动力（风化）非构造节理—-分布局限、与构造无规律性联系，以张节理为主,方位不稳定有时二者难以区分（例如成岩时孕育、成岩后减压破裂形成的节理）第二节ﻩ雁列节理fig.雁列轴雁列角雁列面单列或多列形态:平直型—-多属剪裂形成的剪节理Ｓ型——中段较宽，多属张裂——递进变形作用雁列角统计峰值：张裂型45°±；剪裂型10°±第三节节理的岩脉充填机制和压溶作用充填岩脉类型：１、根据岩脉有无扩张扩张性脉非扩张性２、根据纤晶与脉壁关系同向型—-自两壁向中间（中心有一锯齿状缝合线/带)反向型—-自中心向两壁(中心常有包裹体带）裂开一愈合作用cｒack—sealing充填的愈合物来自脉壁压溶作用Q、Cc、ｆelｄspaｒ、ｅtｃ。,垂直于脉，反向生长Ｒamsａy,瑞士温德格来仑鲕状压岩，７．5mm脉,500次以上的开合作用.缝合线构造既有顺层的，也有斜交的斜交者多是先裂开，后经过压溶作用形成锥轴垂直于σ１第四节ﻩ羽饰目前倾向于剪裂说成因第五节 区域性节理一般特征主要见于地台上、分布范围可达上千km2，在造山带中不易识别著名岩墙群：东格陵兰；苏格兰区域性节理特点:①范围广,产状稳定;②节理规模大，间距宽，延伸长，切不同层;③构成一定的几何形式主节理、数十至上百米张家界？系统性节理产状、方位、组合、排列、间距具有规律性，构造成因非系统性节理产状、方位、组合、排列、间距没有规律性，非构造成因节理下延深度,估计＜1０km（可能更深，——根据钻孔资料）节理在分析区域构造中的作用和问题作用:研究大型构造和应力场复杂，较难用于构造及应力一应变分析。其原因：（1）形成时期难确定（2)难定运动方向及规模(３)成因复杂(包括非构造成因）（4）多期叠加改造但是，Ｒaｍｓay总结出浅→深,锐角→钝角（共轭剪裂角)利用节理分析区域应力场时应注意:结合所在构造及背景建立组合型式，空间展布及变化趋势分期-—与区域变形史分析相结合重视节理脉研究——结构、相应构造。分析动力学、运动学过程、形成层次注意萌生节理,——岩层展平利用节理探讨构造应力场在弱变形或一次变形地区有帮助具定性意义（因σ2通常不直立）节理的应变场图解用以反映节理及其构造的应变意义fig--－线性压缩应变场（一组缝合线）线性伸展应变场(张节理)双向伸展应变场(二组张节理)二组缝合线，系双向压缩的应变场补偿场（λ1〉１，λ３＜1)重点：讲明该图解由二组实现：张节理缝合线共轭剪节理四、要求掌握的要点和基本概念张节理、剪节理的鉴别雁列节理的形成机制cｒａck—seaｌｅdｖeiｎ五、思考、讨论题为什么雁列节理限于发育在剪切带中？为什么剪切带中不发育劈理构造?《构造地质学》教案第七章ﻩﻩ断层(１0-14）一、本章安排共授课5次,计10学时。分别为：断层概论、伸展构造、逆冲推覆构造、平移断层、韧性断层实习课每堂课首先讨论、复习前面已经涉及的与应力、应变、变形有关的概念;然后作本节课程主要内容介绍，最后小结并布置思考讨论题二、本章主要内容、要点1、主要内容断层的形成机制//断层岩//断层识别/／伸展构造及重力滑动构造／/剥离断层与变质核杂岩体//逆冲推覆构造//推覆与滑覆的对比和鉴别／/走滑断层//拉分盆地//花状构造//韧性剪切带及剪切动向的判别2、本章要点断层的形成机制（Andersoｎ模式，Ｈafｎeｒ模式）断层的识别标志伸展构造的概念和伸展构造的类型剥离断层、变质核杂岩、重力滑动构造的构造特征和构造组合逆冲推覆构造的几何结构：相关名词及几何图形推覆构造与滑覆构造的对比和鉴别走向滑动断层的内部应力状态（外部作用力和内部应力状态的关系和区别)走向滑动断层的伴生褶皱和相关构造拉分盆地、花状构造的基本概念韧性剪切带的几何特征和构造特征糜棱岩的形成机制、糜棱岩系列及其分类、糜棱岩的识别三、授课内容第一节断层概论(一)概述断层的定义研究断层的意义几何要素和位移断层几何要素断层面/带/线（形态）断盘位移直移/旋转滑距(在断层面上，实际滑移距离)总滑距走向滑距倾斜滑距水平滑距－总滑距在水平面投影断距断层分类方案涉及到：①地质背景②运动方式③力学机制④各种几何关系与有关构造几何关系与岩层走向的关系1．走向断层、２．倾向断层、3。斜向断层、4．顺层断层与褶轴/区域构造线关系１．纵、２.横、３．斜两盘相对运动正逆——逆冲，＜３0°，>５KM构造窗／飞来峰(1２－5）平移组合命名:平移－正断层；逆－平移断层枢纽断层(１２－6）(二）断层形成机制断层形成机制涉及到:①破裂的发生和断层的形成②断层作用与应力状态③岩石力性④断层作用与形成环境的物理状态断层的形成作用据电镜观察，羽状微裂隙多为张性。——联合成断面,当σ１-σ３〉阻力时发生宏观滑动扩容试验ＳａnAdｄrｅｓｓFｔ．应力释放与地震断层形成的应力状态ＡndersonHafneｒmｏdeｌ浅层非均质,先存软弱面(三)断层岩碎裂岩断层角砾岩〉2mm;注意与其它角砾岩的区分碎粒岩0．1—２mm碎粉岩〉0．1mm玻化岩断层泥（Ｔaｂ.12-１）摩棱岩基本特征粒度变小Enhanceｄｆｏliation&ｌｉnｅaｔiｏn在强应变带内产出塑性流变现象：Ｑ－ｒｉbbon,矩形晶、锯齿状亚晶、动态重晶粒、核幔结构残斑(Pl)——碎裂或波状消光，机械双晶摩棱岩类型(Taｂ1６－1）（四)断层效应（简述)仅讨论地层关系变化和视错动1、走向断层引起的缺失、重复正断层逆断层(Tab12－２），由二个变量可确定第三个2、横向断层引起的效应(五）断层的识别1、地貌标志断层//三角面（１２－２３）/／山脊错断／／盆岭边界-切局部山脉走向／/串珠湖泊洼地(１2—２4）//带状泉水//水系－河流急转2、构造标志地质界线中断(１2—２5)构造强化：产状突变（吴家坪）//节理带//劈理带／／小褶皱//挤压破碎//擦痕//构造透镜体（张口子）断层岩3、地层标志重复／缺失——见“效应”一节４、岩浆、矿化沙沟花岗岩和矿化、(卡林型）金矿—-双王、马鞍桥、于坪硅化、蚀变、热液活动放射／环状岩墙5、岩相和厚度标志（六)断层的观测产状、相对运动、性质、规模、组合1、产状确定“V”字型、三点法利用伴生/派生小构造剪节理、劈理带、揉皱、构造岩面理、构造透镜体注意产状变化2、二盘动向脉动性、反复活动、反向运动——现代活动断层在一定时期内相对稳定.地层新老关系纵向断层，横向断层（切背、向斜）牵引(１２—2９）,逆牵引（见后述同沉积断层）擦痕,阶步（１2－３0）羽状节理侧旁小褶皱(12-３3D)角砾岩(1２－３４）XY与断层所夹锐角示对盘运动方向（角砾近于构造透镜）３、断层规模长度、深度中小型断层——标志层/作图、定断距大型断层——标志层／平衡剖面，查位移（七）断层作用时间性涉及①形成和活动时间；②长期活动活动时代的确定与褶皱的关系、规律性不整合(地层、岩体）岩墙—-同位素年龄(沙沟）同沉积断层、地层(见后）大断层长期活动分析岩相厚度控制不同时代错距不一致（平移）岩浆活动、矿化多期性同沉积断层原合编教材（12－３5)第二节伸展构造及重力滑动构造重要性“开”与“合”（一）伸展构造类型(1）地堑、地叠（１3-１)（2)①阶梯状断层;②箕状构造;③盆岭构造①（13－２）一般均有旋转②箕状—-半地堑单个或多个，与阶梯状相似，但规模大，主干断层一般为同沉积华东、山东济阳(１3—３）③盆岭—-地貌单元不对称纵列单面山(3)大型断陷盆地区域性沉陷，菱列、带状、等轴、华北、松辽、江汉盆地(４)裂谷ｒift（ｖａｌley）cｏntiｎentalriftInter－contｉnｅntriftoceaｎｉcｒｉfｔWilsｏncｉrcle裂谷特征：地堑系、隆起轴部、岩石圈伸展沉积作用磨拉石蒸发岩和红层熔岩碎屑岩浅源地震、火山负重力异常，或负背景上的正异常负磁异常边界平行于重力梯度带(及磁异常带)热流高岩浆岩大陆溢流（ＴＨ，碱性玄武岩或双峰系列火山岩；或碱性玄武岩—响岩或粗面岩层）深部结构、幔涌、壳薄、裂谷垫（异常地幔，波速低)（4）剥离断层（第三节专题论述）盖层与基层之间剥离断层上盘位正断层组合(二）伸展构造模式据伸展构造形成时的应力状态纯剪－地堑、裂谷单剪－巨型剥离断层＋上盘阶梯断层据地壳结构的模式三个构造层次表层次：各种正断层组合中层次:韧性带、Ｍy１带、塑性伸展构造－塑性变形为主深层次:地壳深部伸展性塑性流变，常有花岗岩和基性岩墙群伸展构造外来系统（马杏垣)—-大型正断层以上部分（据华东中新生代伸展结构）各种正断层（正、反向阶梯状、地堑、地垒）旋转、垂向变薄、横向拉长（1３—6），深层次为韧性流动和岩墙群据断层活动方式(动力学机制)分类-—沃尼克（Ｂ.Ｗerｎicｋｅ）二类三型模式(Ｔａb１3-１）旋转伸展平面状断层伸展系统，断层、岩层均旋转，断块发生伸展若已知断层和岩层产状，可计算伸展量（Fiｇ13-8,１３-9)伸展百分率(%）＝（ｘ－１）×1００＝［－1］×10０或伸展百分率（％）=×１０0铲状断层,―――无相应计算公式非旋转伸展（１3-１1)查明断层产状和几何形态(平面状或铲状），岩层产状及变化；旋转或非旋转，在此基础上查明伸展量（三）剥离断层与变质核杂岩剥离断层－Ａrmstrong(１972),北美盆岭区，上部年轻地层直接覆于深变质地层之上。定义：伸展构造区平缓的铲状大型正断层,往往伴以变质核杂岩体。位于基底与盖层间。上剥离盘－浅层次正断层组合下剥离盘－corｅcomplex核杂岩古老片麻岩，穹隆状,以剥离断层为界,变质变形强烈。顶部为糜棱岩带,厚几十米－数公里，常叠加脆性断层。a线理;鞘褶皱;L-Ｓ结构（线+Ｍyl面理)常有侵入体相伴;深部基性岩和岩墙群常见.断层岩序列变化(由下而上)：糜棱岩碎裂岩,绿泥石化糜棱岩掺有糜棱岩碎粒的碎粉岩、碎斑岩角砾岩剥离断层发育时间长,常与区域隆起/伸展同时，且不限于同一层位或接触带剥离断层带宽且厚，断层岩序列可出现穿插，叠覆上剥离盖层中常见顺层滑脱,导致地层减薄，缺失剥离断层和核杂岩确定标志糜棱岩和穹状片麻岩盖层与基底之间滑脱断层现象盖层底部地层缺失及断层岩盖层中的顺层断层表现为地层减薄、缺失、滑动破碎剥离断层与成矿卡林型金、金属矿-—内华达、亚到桑那、加州成矿机理:上剥离盘中的氧化环境低温水溶液与下剥离盘中的还原环境高温水溶液,二者在剥离断层附近交汇,促使含矿溶液沉淀.剥离面若破碎强烈，可形成客矿空间。如胶东片麻岩、花岗岩中的金矿、安庆月山多金属矿剥离断层与不整合产状一致,被强迫，可能为糜棱岩面理ｅ.ｇ。嵩阳界面、周口店侵入体与围岩接触界面(四)重力滑动构造概念：重力作用、影响（1)基本结构下伏系统:变形相对弱，固化程度高，坚实润滑层：软弱层，盐、粘土、煤华南的巨厚志留系砂泥岩—区域性润滑层、岩性差异很重要滑面：断层面，常发育于不整合面、不同岩性之间的界面、塑性界面主滑面、次级滑面、铲状滑动系统－滑面以上、强变形褶皱＋逆断褶皱强度渐增；斜歪→侧转→平卧；逆断发育于倒转翼,断面与轴面平行（２)分带后缘拉伸带：正断、地堑(垒）、张节理、角砾岩中部滑动带:明显定向（褶＋断）、滑面隐伏前（外)缘推挤带、侧转平卧、叠瓦、滑裂岩（似混杂堆积）。重力滑动构造总体结构特点后缘至前缘：拉伸→剪切→挤压平面上，后缘断裂成弧形,弧顶指后方;前缘断裂成弧形，弧顶指前缘不协调:滑动系统与下伏系统之间滑动系统内部次级滑面上下（３）构造样式滑片型－一系列叠置的铲状和叠瓦断层及所夹断片(１3—16)滑褶型－一系列复杂褶皱（13－１７）滑块型—组合性断层及切割的断块主发育于（似)侏等式褶皱构成的滑动系统中断层组合成对冲式、背冲式、地堑槽式、正一逆槽式、正逆拱式（13—18）(4）重力滑动构造的形成条件适宜的坡度。坡陡、速度快,滑动构造复杂滑动系统岩层具一定厚度（重量），厚度大利于滑动形成润滑层、孔隙压第三节逆冲推覆构造１9世纪晚期－第一次高潮7０'S中期，ＣＯＣOＲP,南阿巴拉契亚，薄皮、油气、圈层结构（一)基本概念和构造样式（1）基本概念thrｕst＋ｎaｐpｅ主产于造山带及前陆，多为挤压、收缩结果褶皱推覆冲断推覆推覆与滑覆(2）构造样式（组合）单冲型、叠瓦状背冲对冲楔冲（二)几何结构（1)台阶式断坪（fｌat,顺软层）＋断坡（Ramp，切硬层）交替总体呈铲状--具普遍性岩层处于水平状态时的形成，后期可发生变化图:上盘断坡（HＷR）hangiｎgwallｒamｐ下盘断坡FWＲfootwallｒamp图１4－9:前、侧、斜断坡——据断坡走向与逆冲位移方位关系决定(2）双重逆冲构造—双冲构造C.D．A.Daｌstrom（１9７0）提出结构顶板叠瓦逆冲断层+断夹块(ｈorｓe)底板逆冲断层叠瓦扇inbrecatｅｄfan叠瓦构造,无顶板断层与dｕplｅx并列，(14-1３）断端线或断尖线ｔipliｎe；分叉thrusｔ前缘常被剥蚀掉断叉线(分叉线）branｃhline——分支ｔhrust与主干thrusｔ的交线（3)冲断褶隆Culmｉnation顶部宽平的箱状和穹状（4）反冲断层(ｂaｃkthrust）和冲起构造反冲断层:主要见于前锋和断坡后侧,亦见于应变较弱的断坪有些bａcktｈrｕst向下变陡,甚至转为与逆冲方向一致冲起构造（pｏｐuｐ)－因强烈挤压上冲、隆起，与底辟或刺穿相似常表现为扭曲的背斜(断层切割）(5）分带性：根、中、锋带、后（外）缘带表现在结构、构造、变形强度上，与变形作用相关.后缘带：根带后侧外缘带：锋带前侧根带：起始发育部位强挤压、面理、轴面、小断层陡—直立、塑性增高,有时为dｕctiｌezone,流劈理、褶劈理相对发育陡峻菱形体与挤压面构成网结自根带向中带断层开始分叉，产状变缓。根带的研究对确定逆冲推覆在区域中的地位、活动和运移规模、变形性状和形成作用具重要意义.中带断层分叉,叠瓦扇和双冲单剪为主次级断裂、褶皱产状相对稳定，倾向根带变形强度:强（近根带)→稍弱→强(近锋带）断坡处较断坪处强，复杂.E。g．南昌－宜丰图解：塑性降低劈理化减弱，变稀疏(密集节理）定向性小构造:褶皱式窗棂、膝析、旋卷、透镜体、小型双冲锋带岩层倾角增大陡立紧闭小褶皱（下盘近断层面处）碎裂(带）构造定向性较根带明显次级断层发育，并强烈变形影响锋带变形的影响因素:作用力大小,持续时间作用力停止的快慢岩席的岩石性质，强度差和组合结构底板逆断层的扩展速率底板逆断层的位移量岩席内缩短量逆冲前陆构造或前侧的其它构造Tab１4-１(１4-17）：垂向变化可由一个或多个napｐe组成变形过于复杂。上部推覆体形成早应变不均匀接触面处应变最强.可达10０:１(X：Z)多次推覆，叠置形成堆拄（naｐｐeriｌl)伴生、派生构造明显变化（自底向上）ｃleａvage,Jｏint，Ｆd，Ｎ－Ｆｔ,Liｎeation反映变形强度、变形性状、应力状态、ＰT的变化·变形由下面上趋于复杂，因为上部ｎａppe运移历史长形成早逆冲断层的走向变化—-总体移量基本一致，叠瓦状逆冲断层带中各单条逆冲断层的运移量和压缩量可变逆冲断层的终止——一条主要的逆冲断层分为多条次级断层，或转变为褶皱等压缩性构造（三）逆冲推覆构造的扩展顺序发展ｉmbrecatedfａn＆dｕｐleｘ自造山带向前陆运移（1）扩展方式:前展(背驮)式pigｇybａckprｏｐagatｉｏn向前陆向腹陆扩展绝大部分为前展式－据野外、模拟及理论分析后展（上叠）式oversteppropａgaｔiｏn扩展方式的判别①总体变形特征②各级各类构造发育状况③各断层交切关系e.g.１4—１7前展式逆冲断层中,早期冲断层变形强烈。台阶结构被变形，破坏。据各主要逆冲断层变形强度及被切割的情况可较准确地确定逆冲顺序.一些多次逆冲形成的逆冲断层，变形强度呈递进变化。晚期保存为台阶式，早期形成的已强烈弯曲。次级断层发育机制、扩展进程的分析、模拟和构造模式（1４－19）―――Mａndｌ（19８1)逆冲岩席中压应力值向前呈正弦规律递减；二个压应力最大点(尾部下角与岩席表面的一点）其连线为第一条断层位置此时sｈｅet的完整性遭到破坏前方岩席照此方式继续发展，逐渐形成叠压构造各断层间的间距为d2/d1=d3／d2＝……=a(ｄ1〉d2〉d3…)(14-1９