构造地质学完整版本

构造地质学课件主讲人：周俊杰单位：河北工程大学构造地质学课件河北工程大学资源学院第五章节理

断裂构造：在一定条件下，地应力超过了岩石的强度极限，使岩石的连续性、完整性遭到破坏，产生裂隙与错动的现象。如果沿破裂面两侧的岩层没有发生明显的位移的，我们称之为节理，发生了明显位移的就是断层。构造地质学课件河北工程大学资源学院实际意义：1）矿液、石油、天然气运移通道、储集场所，控制矿体形态。2）地下水、石油渗透性，含油性，含水性与节理发育的密度，开启性有关。3）影响水工建筑物的渗漏性和岩体的稳定性。理论意义：节理与褶皱断裂和区域性构造密切相关，它的研究对认识和阐明区域地质构造及其形成和发展方面具有重要意义。构造地质学课件河北工程大学资源学院主要内容第一节节理的分类第二节节理的分期与配套第三节不同地质背景上发育的节理第四节节理的野外观测第五节节理测量资料的整理构造地质学课件河北工程大学资源学院一、节理与有关构造的几何关系分类

根据节理产状与岩层产状的关系划分走向节理：节理走向与所在岩层走向大致平行的节理；倾向节理：节理走向与所在岩层走向伏致直交的节理；斜向节理：节理走向与所在岩层走向斜交的节理；顺层节理：节理面与所在岩层的层面大致平行的节理。构造地质学课件河北工程大学资源学院一、节理与有关构造的几何关系分类

根据节理与褶皱轴关系划分纵节理：节理走向与褶皱轴向平行的节理：横节理：节理走向与褶皱轴向直交的节理；斜节理：节理走向与褶皱轴向斜交的节理。构造地质学课件河北工程大学资源学院二、节理的力学性质分类1.剪节理：由剪应力产生的破裂面。主要特征：1、产状稳定（沿走向和倾向均如此片）；2、节理面平直光滑，时有擦痕，脉壁平直；3、切割砾石或较大的矿物颗粒；4、常发育成共轭X节理系（conjugatejoint）5、由羽列组成（featherjointorphumosejoint）6、尾端特征：①折尾；②菱形结环；③分叉分为剪节理和张节理两类巢湖坟头组砂岩中的剪节理构造地质学课件河北工程大学资源学院剪节理剪节理主要特征构造地质学课件河北工程大学资源学院剪节理剪节理主要特征构造地质学课件河北工程大学资源学院2.X型剪节理X型节理系是剪节理的最典型形式，两组剪节理的夹角为共扼剪裂角。两组剪节理的交线代表σ2，两组剪节理的夹角平分线分别代表σ1和σ3。过去曾认为X型节理的锐角分角线与σ1一致，即剪裂角小于45°，可是实际观察发现，共扼剪节理的共扼剪裂角常等于甚至大于90°，即剪裂角可等于或大于45°（图5-10）。共轭剪节理构造地质学课件河北工程大学资源学院张节理：由张应力产生的破裂面。主要特征：1、产状不稳定2、节理面粗糙不平整，无擦痕；3、常绕砾石和粗砂颗粒而过，一般不切割；4、多开启性，脉体充填，形态成楔形、扁豆形等；5、不规则树枝状、网状、有时呈追踪X型、雁行式、放射状、同心圆状的组合形式。6、尾端变化、树枝状、多级分叉、杏仁状结环、不规则状；3.张节理构造地质学课件河北工程大学资源学院张节理：由张应力产生的破裂面。3.张节理构造地质学课件河北工程大学资源学院张节理是在平行于节理面的压应力或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σ3方向，张节理与应变椭球体的长轴A直交。在上拱作用下形成的张节理，总体常常排列成放射状或同心圆状。在剪切作用下形成的张节理常成雁列状。3.张节理构造地质学课件河北工程大学资源学院鉴别节理力学性质时，首先选取未受后期改造的节理，要综合考虑各种特点；其次在大量观察基础上进行综合分析对比；第三，结合与节理有关的构造和岩石力学性质进行分析。由于构造变形作用的递进发展和相应的转化，会发生应力的转向或变化，出现兼具两类性质的或过度特征，表现为张剪性。有时一条剪节理顺走向转化为一组雁列张节理。4.张节理和剪节理的区别构造地质学课件河北工程大学资源学院雁列节理：是一组呈雁行式斜列的节理，这类节理常被充填形成雁列脉（在石灰岩中普遍发育）。雁列脉成带状展布的空间范围称为雁列带。穿过各单脉中心而平分雁列带的中心面，称为雁列面。雁列面在雁列带横截面上的迹线称雁列轴。雁列面的产状即代表雁列带的产状。单脉与雁列面的锐交角为雁列角。（三）雁列节理和雁列脉构造地质学课件河北工程大学资源学院雁列脉表现在平面上有左列、右列两种型式。当垂直节理走向观察时，远侧节理向右侧错列或在右端重叠时，是为右列，反之为左列。雁列脉中单脉的形态变化很大，主要有：平直型和s型两类。平直型雁列脉一般窄而长，主要属剪裂性质，反映破裂后变形较轻；s型雁列脉单脉的中段较宽，主要属张裂，反映了剪切作用中的递进变形。分为两类：一种为正s型，一为反s型。（三）雁列节理和雁列脉构造地质学课件河北工程大学资源学院生物碎灰岩中的雁行式张节理，左阶（列）式排列，运动方向左旋（反时针）－合肥工业大学行政楼大门廊柱右阶（列）雁行式张节理－合肥紫蓬山侏罗系红色砂岩构造地质学课件河北工程大学资源学院共轭雁列脉，雁列张节理的末端都互相平行并且与层理垂直。这说明雁列张节理是由早期已形成的张节理，后来又发生剪切变形，在中部发生旋转而形成的，即雁列张节理利用和迁就了早期张节理。（三）雁列节理和雁列脉构造地质学课件河北工程大学资源学院根据实测资料统计，雁列角有两个高峰值，一为45°左右，属张裂型；一为10°左右，属剪裂型，它是由剪切作用中与主剪切面成小角度相交的微剪裂发育而成的。（三）雁列节理和雁列脉构造地质学课件河北工程大学资源学院缝合线构造主要产出于石灰岩中，在构造作用力下产生裂缝，后来被其他物质充填，从缝合线的形态来判定当时的受力状态。形成经过两个阶段，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，难溶组分则残存聚积，以致原来平直的面转化成无数细小尖峰突起的缝合面。缝合线构造与主压应力轴直交，即主压应力轴与缝合线锥一致。（四）缝合线构造A.缝合线构造及其与层理和斜交关系B.缝合线锥轴与应力轴的关系A.柱状缝合线；B.锥状缝合线构造地质学课件河北工程大学资源学院裂开—愈合作用：岩层在力的作用下先形成节理（特别是张节理），后被其他物质充填，这种反复裂开、愈合的增生作用称为裂开—愈合作用。裂缝中的充填物：1.外来的物质充填：如石英、方解石、长石、黑云母等。脉体矿物成纤维状，一般与脉壁垂直，并具有反向生长的特点，即自中间面向两壁生长。2.岩层中某些物质由于岩石的压溶作用析出，充填到裂缝中。（五）裂开—愈合作用构造地质学课件河北工程大学资源学院羽饰：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。羽饰构造包括羽轴、羽脉、边缘带、边缘节理和陡坎等几个组成部分。边缘带由一组雁列式微剪裂面（边缘节理）和联结其间的横断口（陡坎）组成。常见于以砂岩等碎屑岩中、细粒变质沉积岩、玄武岩等岩浆岩中。羽饰构造常见的是人字形、放射状或环状等。（六）羽饰构造地质学课件河北工程大学资源学院人字形、放射状或环状羽饰。（六）羽饰构造地质学课件河北工程大学资源学院⒈构造成因：是在内动力地质作用下形成的节理。特点：产状和方位比较稳定，与区域构造或局部构造存在一定关系，发育的范围和深度均较大，既有剪节理，也有张节理。⒉非构造成因：是在外动力地质作用下形成的节理，如风化节理、剥蚀节理。特点：短而小，分布范围小，对岩石的切割深度浅，没有规律性关系，以张节理为主，产状和方位极不稳定。（七）节理的两种基本成因类型构造地质学课件河北工程大学资源学院节理组：指在一次构造作用的统一应力场中形成的，产状基本一致、力学性质相同的一群节理。节理系：在一次构造作用的统一构造应力场中形成的两个或两个以上的节理组。如X型共轭节理系、一群放射状节理或同心状节理等。

三、节理组和节理系

构造地质学课件河北工程大学资源学院分期：把不同时期形成的节理加以区分，将同期节理组合在一起。配套：一定构造期的统一应力场中形成的各组节理组合成一定系列。

节理的分期主要依据：①根据节理组的交切关系；②利用与各期次节理有关的地质体，如与岩脉等的关系。节理组的交切关系：1.错开：后期形成的节理常切断前期的节理。2.限制：一组节理延伸到另一组节理前突然中止，这种现象叫做限制，被限制节理组形成较晚，如图5-25中3、4组节理被1、2组节理所限制，所以3、4组节理形成较晚（区分错开与限制的关键是错开表现为一系列标志点的对应错开，而限制则无对应点的错开）；

第二节节理的分期与配套

一、节理的分期构造地质学课件河北工程大学资源学院分期一、节理的分期构造地质学课件河北工程大学资源学院节理组的交切关系：3.互切：两组节理互相交切或切错，说明两组节理是同时形成的，成共轭关系（图5-26）；4.追踪、利用和改造：晚期节理常比早期节理更明显更完整。

一、节理的分期构造地质学课件河北工程大学资源学院借助其他构造来判断节理形成的顺序

岩性、结构不同的岩脉、岩墙的交切关系，常常清楚地显示出节理形成的先后顺序。例如一组有岩脉充填的节理，被另一组无岩脉的节理切错，说明无岩脉的节理形成较晚。又如一组节理被侵入体所截，而另一组节理切过该侵入体，这表明前一组节理先形成，后一组节理形成较晚。一、节理的分期构造地质学课件河北工程大学资源学院借助其他构造来判断节理形成的顺序

如图5-27，西北某地一岩体中发育了三套节理，一套为同心圆状节理，主要发育于岩体中部；另一套为共扼剪节理，主要发育于岩体内部边缘部位。这两套节理形成的先后顺序不易确定，从交切关系看可能是同期的。这两套节理均被另一套穿切岩体和围岩的南北向节理所切。从而利用岩体较准确地确定出三套节理的先后顺序。

一、节理的分期构造地质学课件河北工程大学资源学院配套：将一定构造期的统一应力场中形成的各组节理组合成一定系列。根据共扼节理的组合关系进行节理配套1．由于同一期应力场中形成的共轭剪节理具有其特定的剪切滑动关系，利用剪节理面上的擦痕、节理的羽列和派生张节理来确定其共轭关系（图5-28)。图5-28共有四组剪节理，根据其羽列可以确定是两对共轭剪节理，分别反映σ1的方位为近南北向（Pl）和近东西向（P2）。二、节理的配套构造地质学课件河北工程大学资源学院根据共轭节理的组合关系进行节理配套2．利用剪节理的尾端变化，即折尾和菱形结环进行配套。折尾和菱形结环一般代表两组剪节理。3．利用两组节理的相互切错确定其共轭关系（图5-26)。4．利用追踪剪节理形成的锯齿状张节理，可以对节理进行配套（图5-12)。两组雁列张节理也可以进行配套（图5-13)。如果两组雁列脉有一条共同的张节理，更能确切证明两组是共轭的（图5-18)。二、节理的配套构造地质学课件河北工程大学资源学院根据节理发育地区总的地质特征进行节理配套。例如一群节理的间距大、穿层性强、延伸远、展布范围广、具有一定方位；而另一群节理的间距小、受岩层控制、延伸不远、展布范围局限、方向随岩层产状和局部构造而变，这显然是两套节理。二、节理的配套构造地质学课件河北工程大学资源学院一、与褶皱有关的节理决定于褶皱的形成方式和发展进程。纵弯褶皱有关的张节理有两组，一组纵张节理，一组横张节理。纵张节理主要发育于背斜转折端上，在褶皱横截面上排列成扇状，单个节理为尖端向下的楔形。随着背斜的不断隆起，张节理也不断从外侧向内核发展。横张节理主要发育于向斜核部。与纵弯褶皱有关的剪节理包括一对斜向共轭剪节理以及褶皱两翼层间滑动引起的剪节理。斜向共轭剪节理与褶皱轴向斜交，倾斜陡峻，两组节理的交线代表σ2，也与层面直交。共轭剪节理的锐角分角线常为局部应力场σ1的方位。

第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院一、与褶皱有关的节理决定于褶皱的形成方式和发展进程。

第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院一、与褶皱有关的节理决定于褶皱的形成方式和发展进程。

第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院二、与断层有关的节理羽状张节理：断层两侧的羽状张节理一般是在断层活动时派生应力活动的产物。节理成羽状斜列，常与断层面成锐角相交，与断层所交的锐角指示本盘运动方向。应力状态是：节理与断层面的交线代表σ2，与张节理垂直的方向代表σ3，σ1垂直于σ2并位于张节理面上。

派生剪节理：断层两盘相对运动引起的派生应力场，也可以形成两组剪节理（S1和S2)。S1节理组与断层面呈大角度相交，一般不太发育，方位也不太稳定，不易用来判别断层两盘的相对运动方向。另一组节理（S2）与断层面呈小角度相交，其交角一般不超过15°，相当于剪切羽列，与断层面所交锐角指示本盘运动方向

第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院二、与断层有关的节理伴生剪节理：可形成两组剪节理，一组与断层面平行，一组与断层面斜交（图5-31）。

第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院三、与区域构造有关的节理是区域性构造作用的结果。区域性节理如被岩浆充填，则形成规律性排列的岩墙群，如有的平行排列，有的呈放射状。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界中发育了一套NE向正长岩岩墙群，密集排列成带，也是顺一组节理发育的。区域性节理的特点：1．发育范围广，产状稳定；2．节理规模大、间距宽、延伸长、可穿切不同岩层；3．节理常构成一定几何形式。第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院三、与区域构造有关的节理

主节理：延伸长，以较稳定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有主导地位。一般说，节理是一种脆性变形，是地壳浅层次的构造。自地表向深部，节理会越来越闭合而逐渐消失。第三节不同地质背景上发育的节理构造地质学课件河北工程大学资源学院第四节节理的野外观测

在野外工作前的准备阶段对航片和卫片进行解译，概括地宏观认识工作区节理的特点和规律。构造地质学课件河北工程大学资源学院一、选择观测点

作到疏密适度，注意几点：第一，露头良好，最好能在三度空间观测，其露头面积一般不小于10m2，便于大量测量；第二，构造特征清楚，岩层产状稳定；第三，节理比较发育，组系及其相互关系比较明确；第四，观测点应选在构造上的重要部位，并且在不同构造层、不同岩系和不同岩性层中都应布点。构造地质学课件河北工程大学资源学院二、观测内容1．地质背景的观测：包括构造层及其组成；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等内容。2．节理的分类和组系划分：对节理要进行分类，划分组系。3．对节理进行分期和配套：主要应在野外进行，野外与室内相结合，反复检验。4．节理发育程度的研究：节理的间距（或密集程度）因岩性和岩层厚度而有差异。

节理发育程度常以密度或频度表示。节理密度或频度：指节理法线方向上单位长度(m）内的节理条数（n)，即n/m。如果几组节理都很陡，可以选定单位面积测定节理数。构造地质学课件河北工程大学资源学院二、观测内容5．节理的延伸：分为层内节理和穿层节理。6．节理组合型式的观测：岩石中的几组节理，常组合成一定型式，将岩石切成形状和大小各不相同的块体。7．节理面的观察：观察内容包括节理面的形态和结构细节；节理面的平直程度；节理面是否有擦痕和羽饰构造；微剪切羽裂及其与主剪节理的几何关系。8．节理含矿性和充填物的观察：注意节理是否含矿以及含矿节理占节理总数