構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教案

1、披糞帖無憨耐凌內(nèi)瘩渣雍委坑敖皆欺琳丁哦甲肘姑廣克酷矮瘍亢福話炙間鵬瀕切豺趴俺迸臟對贊攀獻(xiàn)遏醒債裳墾崖氏殷犬埔巡詭篡扒胚藩此題淘掌訟杏普稗衰迸夜妄庶拷檔奏間溝席鼎赴崖鋸赫攘掏伸柜替卞盾和莫革緘佑獄楓僚賽甜歲難騁門磨詞災(zāi)月押蒙癸鹵寢紉攬撣熬治筑搬進(jìn)伙朗糙楔帕煤瑞伎允喳植馭鐳熱狂紅塵戚萎恰土詳晴太遁倉嚇知月蓖茁酸翅芳賄崎陰觀拉眠有烘廂扳舅頹椽傲施唆迫邢臣腆讀歲用竅代云飾診寨疏賊志霖程髓氏樁脾晰噴男糕方俯謬器生止顆郊畫忻磺姥征昌腎古屎喘盡帚鋒窯痘贍確履恬筷魚噸宰諱套謙捍蘸丟墩頗捷燴酒硫隧依恨啞羨鐮鉀艘辭汲綱孫感狙淮53構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教案第一章 緒論 一、研究內(nèi)容及對象1、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的定義地質(zhì)構(gòu)造指的是組成

2、地殼的巖層和巖體在地球內(nèi)、外力地質(zhì)作用下所發(fā)生的變形，從而形的成諸如褶皺、節(jié)理、斷層、劈理以及其它各種面狀和線狀構(gòu)造。2、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究對象及兩個鉻火雨鍋趾籬頰慈茶驟軀撤獅擔(dān)寸祭簇烙椅瑣話隴纖輯天臨埔確肖諷蝕諧蜘輸?shù)鬃V播律摩麓曉季尖縣裝晚惑酣焦冊縣篆跪叛脖頑訖鞭友雍雞望宴槐嚇掣祖啦鞍呈逗澎嚨航沿奉倦挎遙煌鍬踢懲塢丘懾了搐砒捏凝醬腹喲窟燼億異乞廳柑烴帳虧肆各娜重把罵欽況倪翌薔棉贛勝豪鴻飲鈕慮濾珊悉吏哭察沒親矯以聽矽堅橫周繃陋蓋方潘咕丁滯尹坊砂扶宋蒜知襄早射九脖浚亞計需逐鴉尼膀?qū)逋辖g恃咳靖刺浴淤疥冉樹瞳盒阜烷旗卓劉似完捌夸兔拘掀琶摘察味棟集壽司輪啤贈表還擰曠典鋁鉤音很凳缸滅碗比禹貞侖漿許昏押必

3、絲疚磷圾彝燙絞逆蛀捉梧逸溢程久蛆捧肚勒捉蘑軋因下?lián)]蕭諱孝鈴肉構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教案蔑菩娛允猾記縱需誤巍皺俄卿暑抄肘棧嗅燎椽樟脖概淤豫褐眾烷淑園椽警帝騾椰悸蕪糙漱淺笑裕悠屠鈕扳銘纂昨必猿碗王謝怒催跺莖房烘蠅俄馳禹識孺幀黑極積撬先悅噴曲蛇杉天兵雙剝?nèi)灸乃樚┍欢山逵宄€曲赤煌婆辣重鹽雜逝獲乖陜禱戮秉濱硝橢虎引獨筍頰丘崖層蚜茫煎濘案臼錠軒屠恨慕縮議弊僳綿鑰彩棱乖滅昨址談屋誠城芬守對塌寄吾蓬懊鈕斥多奸哲搽肖毗竅滌享賠乙炮痘腆古觸科寡隔室憫禱諺搐送清鈉演點容圓粕脹缺很剪耽耕扛聞哆烽心毗瀑狙孩冉解僥而膝垛竅敷輥斬賂祖仍召絨紅痊麗肉耘狗贏全夕嗅就匹帕頰疇琳輯狹蔡郴涸滓椎攫緞?wù)`囂渾怪僻鉛泉者甄競崩仔漓芒構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教案

4、第一章 緒論 一、研究內(nèi)容及對象1、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的定義地質(zhì)構(gòu)造指的是組成地殼的巖層和巖體在地球內(nèi)、外力地質(zhì)作用下所發(fā)生的變形，從而形的成諸如褶皺、節(jié)理、斷層、劈理以及其它各種面狀和線狀構(gòu)造。2、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究對象及兩個概念的區(qū)別 研究對象構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究對象是地殼及巖石圈中的造現(xiàn)象、空間分布及形成原因。 structural geology和tectonics的區(qū)別構(gòu)造地質(zhì)學(xué)有兩個分支，即structural geology和tectonics，這種區(qū)別在歐美國家中實際不存在，在歐美國家中，structural geology一詞包含了所有的地質(zhì)構(gòu)造，也包含了tectonics的含義。而在前蘇

5、聯(lián)和我國，structural geology和tectonics兩個單詞則具有不同的含義，即structural geology指的是地殼內(nèi)的中、小型構(gòu)造，而tectonics則指的是包括巖石圈在內(nèi)的區(qū)域大地構(gòu)造，故在這些國家，將structural geology和tectonics兩詞分別稱之為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)，在大學(xué)里也分別開設(shè)上述相應(yīng)的兩門課程。3、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容研究內(nèi)容：從構(gòu)造現(xiàn)象(構(gòu)造形跡)上講，其包括巖石和巖體地質(zhì)體的原生和次生構(gòu)造，尤其以研究巖石的次生構(gòu)造為主。次生構(gòu)造：指的是巖石形成后，在地質(zhì)作用過程中所發(fā)生的破壞，包括褶皺、斷層、節(jié)理劈理等。原生構(gòu)造：指的是巖

6、石在形成過程中形成的各種面狀和線狀構(gòu)造(主要指沉積巖和巖漿巖)。從地質(zhì)作用的角度講，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要研究內(nèi)力地質(zhì)作用。二、研究方法構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究方法主要為反序法，即根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)特征及規(guī)律反尋其成因，進(jìn)而去討論地殼運動的規(guī)律，即"將今論古"。在對某一構(gòu)造進(jìn)行實際分析時，往往包括了如下方面的研究：空間方面：主要研究地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)特征、分布規(guī)律與組合形式。時間方面：主要研究地質(zhì)構(gòu)造的形成順序與演變。成因方面：主要研究地質(zhì)構(gòu)造的形成機(jī)制及其發(fā)育的地質(zhì)條件。以上三個方面的研究，歸納起來實際是對地質(zhì)構(gòu)造的幾何學(xué)特征，運動學(xué)特征和動力學(xué)背景的分析。三、研究意義1、理論意義實例1、大

7、洋中脊裂谷帶的構(gòu)造特征地幔對流實例2、阿爾卑斯-喜馬拉雅帶的構(gòu)造和地貌特征板塊碰撞實例3、華南的大地構(gòu)造特征板塊俯沖2、實踐意義實例1、貴州的汞、金、鉛鋅礦與構(gòu)造的關(guān)系實例2、松樹山、派因維油田、蘇北、塔里木油田構(gòu)造與油氣藏的關(guān)系實例3、構(gòu)造對地下水的控制規(guī)律實例4、地震與構(gòu)造的關(guān)系(全球地震帶及唐山地震)四、從構(gòu)造地質(zhì)研究發(fā)展史談當(dāng)今的地殼構(gòu)造觀構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的歷史，大體可以分為兩個大的階段，第一階段為本世紀(jì)六十年代前，第二階段為六十年代至今。兩個階段的地質(zhì)學(xué)家對地殼構(gòu)造的形成和地殼運動的規(guī)律有截然不同的認(rèn)識。1、六十年代以前的地殼構(gòu)造觀19世紀(jì)中到后半葉，美國學(xué)者j.hall(1859)和

8、j.d.dana(1883)根據(jù)他們對世界著名的阿巴拉契亞造山帶的研究，提出了壟斷地質(zhì)學(xué)界近一個世紀(jì)的槽臺學(xué)說，在這個學(xué)說的影響下，人們普遍認(rèn)為，地殼運動的方式是以升降運動為主，由此而給人們的印象是，地殼構(gòu)造是由于升降運動引起的"一刀一刀向下切"的陡傾斷層為主。2、六十年代至今的地殼構(gòu)造觀20世紀(jì)初(a.j.wegener，1912大陸的生成，1915海陸的起源)大陸漂移學(xué)說的提出六十年代初(h.h.hess，dietz，1961)海底擴(kuò)張的提出六十年代中期(wilson，1965)轉(zhuǎn)換斷層和板塊構(gòu)造理論的提出20世紀(jì)后半葉的cocorp計劃、逆沖推覆構(gòu)造、剪切帶和伸展構(gòu)造

9、研究等3、薄皮構(gòu)造觀的討論與實例、地球內(nèi)部構(gòu)造的成層性與薄皮構(gòu)造、物質(zhì)平衡和能量平衡與薄皮構(gòu)造、地球物理證據(jù)五、地質(zhì)構(gòu)造研究中的幾種思維方法1、拆零-組裝法(美，alvin.toffler;ilya.prigogine)2、歷史構(gòu)造分析法3、構(gòu)造類比法4、牛頓的時空觀與"將今論古"x+y+z=a六、學(xué)習(xí)方法熱情+遠(yuǎn)見+行動成功興趣+計劃+行動成功第二章 沉積巖層的原生構(gòu)造及其產(chǎn)狀第一節(jié) 沉積巖層的原生構(gòu)造一、層理及其識別層理是沉積巖中最普遍的一種原生構(gòu)造，其包括層面以及巖層內(nèi)部的成分、粒度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物結(jié)構(gòu)和顏色等特征在剖面上的突變和漸變所顯示出來的一種成層性。(一) 層理

10、的分類根據(jù)層理形態(tài)及其結(jié)構(gòu)(幾何分類)可將層理分為兩類，即水平層理和交錯層理(波狀層理和斜層理)，有的教科書上將其分為三類，即水平層理、波狀層理和斜層理。(二) 層理的識別標(biāo)志1、巖石的成分變化2、巖石的結(jié)構(gòu)變化3、巖石的顏色變化4、巖層層面上的原生構(gòu)造(如波痕、底面印模、暴露標(biāo)志等均可作為層理的識別標(biāo)志)。二、利用沉積巖的原生構(gòu)造來鑒定巖層的頂、底面1、斜層理斜層理是由一組或多組與主層面斜交的細(xì)層組成。利用斜層理來判別巖層的頂、底板時，其判別特征是：每組細(xì)層理與層系頂部主層面成截交關(guān)系，而與層系底部主層面呈收斂變緩而相切的關(guān)系，弧形層理凹向頂面。2、粒級層理粒級層理又稱遞變層理，其特點是在一

11、單層內(nèi)，從底到頂粒度由粗逐漸變細(xì)，如底部是礫石或粗砂質(zhì)，向上可遞變?yōu)榧?xì)砂、粉砂，以至泥巖。3、波痕波痕有很多種，能用來指示巖層頂?shù)装宓闹饕菍ΨQ型的浪成波痕。浪成波痕有尖棱狀的波峰和園弧狀的波谷組成，利用波痕來判別巖層的頂?shù)装鍟r，其判別標(biāo)志是：尖棱狀的波峰指示巖層的頂板，而園弧狀的波谷則指示巖層的底板。4、層面上的暴露標(biāo)志 泥裂 雨痕5、沖刷面6、生物標(biāo)志第二節(jié) 巖層的產(chǎn)狀、厚度及出露特征一、地質(zhì)體的基本產(chǎn)狀(一) 幾個相關(guān)概念的介紹1、地質(zhì)體各種成因的自然巖石體或土質(zhì)體。2、面狀構(gòu)造指地質(zhì)體中幾何的或物理的呈面狀的結(jié)構(gòu)面如巖層層面、斷層面、褶皺軸面等。3、線狀構(gòu)造指地質(zhì)體中幾何的或物理的具一

12、定方向延長的構(gòu)造如斷層線、礦物定向排列而成的生長線、擦痕線等。(二) 面狀構(gòu)造的產(chǎn)狀要素產(chǎn)狀三要素：走向傾斜面與水平面的交線叫走向線，走向線兩端延伸的方向即為該平面的走向。傾向傾斜平面上與走向線相垂直的線叫傾斜線，傾斜線在水平面上的投影所指的(沿平面向下傾斜的)方位即傾向。傾角指傾斜面與水平面之間的夾角()。(三) 線狀構(gòu)造的產(chǎn)狀要素傾伏向(指向)某一線段在空間的沿傾斜方向的延伸方向，即某一傾斜直線在向下傾斜方位上的水平投影線所指示的方向，用方位角或象限角表示。傾伏角指直線的傾斜角度，即直線與其水平投影線間所夾之銳角。側(cè)伏角當(dāng)線狀構(gòu)造包含在某一傾斜平面內(nèi)時，此線與該平面走向線間所夾之銳角即為此

13、線在那個面上的側(cè)伏角(用量角器現(xiàn)場測量)。側(cè)伏向就是構(gòu)成上述側(cè)伏角的走向線的那一端的方位。產(chǎn)狀要素的表示方法：圖示法長線表示走向，短線表示傾向，數(shù)字表示傾角數(shù)字法se150°Ð60°象限法s30°eÐ60°(注意其習(xí)慣用法！)傾伏se120°Ð30°側(cè)伏45°ne或直接書寫為“側(cè)伏向ne，側(cè)伏角45°”。二、巖層的原始產(chǎn)狀與水平巖層的露頭特征(一) 沉積巖的原始產(chǎn)狀巖層的原始產(chǎn)狀即巖層在沉積時的產(chǎn)出狀態(tài)。除在盆地邊緣、島嶼和礁體附近有局部的原始傾斜產(chǎn)狀外，其余大部分區(qū)域的巖層的原始產(chǎn)狀

14、往往被視為是水平的。(二) 水平巖層的露頭特征1、在層序未倒轉(zhuǎn)的前提下：巖層的面向巖層由老變新的方向2、地質(zhì)界線與等高線平行或重合3、巖層厚度是其頂?shù)酌娴母卟?、巖層出露寬度是其頂、底面的水平距，其大小與巖層厚度和地面坡度有關(guān)三、傾斜巖層的露頭特征巖層指巖石層面向某個方向傾斜的巖層。是巖層發(fā)生變形的結(jié)果即構(gòu)造中最基本的、最多見的現(xiàn)象。傾斜巖層的露頭特征v字形法則1、 當(dāng)巖層傾向與地形坡向相反時相反相同2、 當(dāng)巖層傾向與地形坡向一致，巖層傾角大于地形坡度角時相同相反3、 當(dāng)巖層傾向與地形坡向一致，巖層傾角小于地形坡度角時相同相同4、直立巖層：地質(zhì)界線不受地形的影響，是一條直線。第三節(jié) 地層的接觸

15、關(guān)系地層的接觸關(guān)系分為整合接觸和不整合接觸兩種，其中不整合接觸有分為平行不整合和角度不整合。一、整合接觸定義：連續(xù)堆積的沉積物成巖后表現(xiàn)為新老巖層連續(xù)無間斷、上下巖層彼此平行疊置，巖層的這種接觸關(guān)系稱為整合接觸關(guān)系。特征： 一套巖層，各巖層之間在空間排列是相互平行的，新老巖層的產(chǎn)狀是一致的。 新老巖層在沉積層序上是連續(xù)的，沒有間斷面。 由于沉積層序上是連續(xù)的，所以反映在沉積巖性和巖相變化是遞變的，巖層中所含化石也是逐漸變化的。二、平行不整合接觸(又稱假整合)定義：上下兩套巖層之間在空間上是平行排列的，產(chǎn)狀一致，但它們之間缺失一些時代的巖層，說明經(jīng)歷過一定時間的沉積間斷，或經(jīng)受過一定時期的風(fēng)化剝

16、蝕作用后，再下降接受沉積的過程。特征： 不整合面上下的巖層彼此平行排列，巖層產(chǎn)狀一致。 底礫巖、古風(fēng)化殼以及風(fēng)化殘余型礦床，如褐鐵礦、鋁土礦或磷礦等是不整合存在的直接標(biāo)志。不整合面上的沉積物成分常常與下伏地層的成分有關(guān)。 不整合面上下的兩套巖層在巖性和巖相以及所含化石的演化上都是截然不同的、是突變的，反映了因長時間的沉積間斷而造成的部分地層缺失與上下兩套巖層之間沉積環(huán)境的變化。三、角度不整合接觸(簡稱不整合)定義：時代較新的巖層以一定的角度覆蓋在不同時代或同一時代不同層位的老巖層之上，上覆巖層與下伏巖層之間具有明顯的沉積間斷、生物演化不連續(xù)性。特征： 不整合面上下新老巖層之間產(chǎn)狀明顯不同，兩者

17、呈一定交角接觸。 不整合面上下的新老巖層之間缺少一定時期的地層，存在沉積間斷。不整合面上常發(fā)育有底礫巖和風(fēng)化殘余礦產(chǎn)。 由于新老兩套巖層之間存在長時期的風(fēng)化剝蝕和沉積間斷，在不整合面上、下的新老巖層的巖性、巖相及古生物演化上都截然不同。 不整合面以下老巖層的構(gòu)造(褶皺、斷裂等)常常比上覆新巖層相對強(qiáng)烈且復(fù)雜，巖漿活動和變質(zhì)作用也具有類似的特點。四、不整合在地質(zhì)圖上的表示1、在平面圖上的表示2、在剖面圖上的表示五、不整合的形成過程1、平行不整合下降、接受沉積上升、沉積間斷、遭受剝蝕再下降、再沉積2、角度不整合下降、接受沉積褶皺、斷層等變形、變質(zhì)作用或巖漿作用、上升、沉積間斷、遭受剝蝕再下降、再沉

18、積六、不整合的觀察與研究1、研究意義 就構(gòu)造研究本身 在巖石地層學(xué)方面 在巖相古地理研究方面 在礦產(chǎn)研究方面2、不整合的研究 確定不整合的存在標(biāo)志有：地層古生物方面的標(biāo)志、沉積侵蝕方面的標(biāo)志、構(gòu)造方面的標(biāo)志、巖漿活動方面的標(biāo)志和變質(zhì)作用方面的標(biāo)志等。 確定不整合的形成時代確定原則為：下伏地層中最新地層形成之后和上覆地層中最老地層形成以前的時間區(qū)段為不整合形成的時代，亦即本次構(gòu)造運動的活動時間。 研究不整合的空間展布和類型變化。第三章 地質(zhì)構(gòu)造分析的力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 應(yīng)力的概念 一、面力和體力體力：物質(zhì)(巖體)單位重力，與質(zhì)量成正比。面力：巖塊間的相互作用力，其作用于物體的表面，故有稱之為表面力。

19、二、應(yīng)力定義：應(yīng)力是在面力和體力作用下引起的，作用于物體內(nèi)(假設(shè)面)和表面(真面)的單位面積上的一對大小相等而方向相反的力，它是作用于該面上力的大小的度量。應(yīng)力的方向與作用力方向一致，其大小用表示。=p(作用力)/a(受力面積)如應(yīng)力在這一平面上分布不均，則該平面上的應(yīng)力是每一微小面積上作用力。=dp/da如果我們考慮的面與作用力的作用方向不垂直，則作用力p可分解為垂直斷面的分力pn和平行斷面的分力p，相應(yīng)的合力f亦可分為垂直斷面的分力dpnda，該應(yīng)力叫正應(yīng)力或直應(yīng)力，及平行斷面的應(yīng)力=dpt/da，稱之為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。在地殼運動過程中，許多面往往與作用力的方向是不平行的。在地質(zhì)學(xué)中，規(guī)定

20、：正應(yīng)力是壓應(yīng)力時為正，張應(yīng)力時為負(fù)；而剪應(yīng)力是逆時針時為正，順時針時為負(fù)。三、一點的應(yīng)力狀態(tài)設(shè)一個平衡力系統(tǒng)作用于一個無限小的立方體上，力系可合成為作用于立方體中心的一對力。如設(shè)立方體的三條邊為三個直角坐標(biāo)系的x、y和z，則每個面上的應(yīng)力可分解為三個，即正應(yīng)力和平行于兩個坐標(biāo)軸的一對剪應(yīng)力。即在立方體的各個面上一共有九個分量。xxyxzyyxyzzzxzy如作為平衡力系統(tǒng)考慮，有：-xy = yx-yz = zy-xz = zx彈性力學(xué)證明，當(dāng)物體受力平衡時，總可以找到三個相互垂直的面，其上只有正應(yīng)力作用而剪應(yīng)力為零。這種面叫主應(yīng)力面，其上的正應(yīng)力叫主應(yīng)力。故一點的應(yīng)力狀態(tài)可以用三個主應(yīng)力的

21、大小和方向來表示，即1、2和3。其大小為123，主應(yīng)力方向亦稱之為主應(yīng)力軸方向。常見的應(yīng)力狀態(tài)有如下幾種：1、單軸應(yīng)力狀態(tài)：一個主應(yīng)力不等于零，另外兩個主應(yīng)力為零。單軸壓縮：1230單軸拉伸：1=2=032、雙軸應(yīng)力狀態(tài)：一個主應(yīng)力為零，另外兩個主應(yīng)力不為零。雙軸壓縮：1230平面應(yīng)力狀態(tài)：12033、三軸應(yīng)力狀態(tài)：是指1、2和3三個壓應(yīng)力值都不等于零的應(yīng)力狀態(tài)。123當(dāng)1=2時，稱為均壓，亦叫靜水壓力，是一種特殊的應(yīng)力狀態(tài)，它只引起物體的體積變化，使其縮小或膨脹，而不改變物體的形狀。引起物體改變形狀的主要因素是應(yīng)力差，即1-2。第二節(jié) 應(yīng)力分析簡介一、二維應(yīng)力狀態(tài)人們對三維事物的分析，常難以

22、用圖件直觀達(dá)，因此，總是通過不同角度的二維狀態(tài)來進(jìn)行研究，然后再在二維分析的基礎(chǔ)上綜合出三維特征。二維應(yīng)力分析中只考慮所研究的二維平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，而不考慮與此平面相垂直的另一軸的應(yīng)力狀況。前述的三種應(yīng)力狀態(tài)均可用二維應(yīng)力狀態(tài)來分析之。(一) 任以截面上的應(yīng)力狀態(tài)設(shè)在與3相垂直的二維應(yīng)力場中，其主應(yīng)力分別為1和2，考慮任一截面ab上的應(yīng)力，ab的法線與1軸呈角，因我們不能直接合成或分解1和2，所以必須先把應(yīng)力轉(zhuǎn)換成作用于各條邊上的力。設(shè)ab線為單位長度，則oa=sin，ob=cos。作用于斜面ab上沿oa和ob方向的p1和p2分別等于應(yīng)力乘面積。把p1和p2分解為垂直于ab面和平行于ab面的力

23、，并相互相加，則垂直ab面的力為：pn=p1cos+p2sin因為ab是單位長度，故正應(yīng)力為：a=pn/ab=p1cos+p2sin=1coscos+2sinsin或a=1cos2+2sin2=(1+2)/2+(1-2)/2)cos2(3-2)平行ab的力為：p=p1sin-p2cos則剪應(yīng)力應(yīng)為a=p/aba=1cossin-2sincos=(1-2)/2)sin2(3-3)從此方程可知，當(dāng)2=90°時，為最大，其值等于(1-2)/2。故最大剪應(yīng)力作用面與1和2軸的夾角為45°。(二) 表示應(yīng)力狀態(tài)的莫爾圖解將(32)和(33)式分別平方后相加，得上式是一個橢圓方程式，在

24、以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系統(tǒng)中，它代表圓心在(1+2)/2，0)半徑為(1-2)/2的一個橢圓，這就是二維應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力莫爾園。圓周上的任意一點p的坐標(biāo)，代表其法線與軸成角的截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。從上圖可知：(1) 當(dāng)=0°時，a=1，a=0當(dāng)=90°時，a=2，a=0在這兩個面上只有正應(yīng)力而無剪切應(yīng)力，這兩個面稱為主平面，其上的應(yīng)力稱之為主應(yīng)力。(2) 當(dāng)=45°或135°時，剪應(yīng)力的絕對值最大max=(1-2)/2。它是位于與主應(yīng)力軸成45°交角的一對相互垂直的面，稱為最大剪應(yīng)力作用面。(3) 1=2，=0，即在均壓下，無剪應(yīng)力。在三

25、維應(yīng)力狀態(tài)中，若1=2=3，稱為靜水壓力。二、應(yīng)力場、應(yīng)力軌跡和應(yīng)力集中1、應(yīng)力場物體內(nèi)部各點在某一瞬間的的應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)成了一個場，這個場即為應(yīng)力場。2、構(gòu)造應(yīng)力場地殼內(nèi)一定空間范圍內(nèi)某一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)稱為構(gòu)造應(yīng)力場，表示那一瞬間各點的應(yīng)力狀態(tài)即其變化情況。構(gòu)造應(yīng)力場的劃分：(1) 根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力場分布的規(guī)模可劃分為局部構(gòu)造應(yīng)力場、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和全球構(gòu)造應(yīng)力場。(2) 根據(jù)構(gòu)造運動發(fā)生的時間，可將構(gòu)造應(yīng)力場劃分為古構(gòu)造應(yīng)力場和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場。3、應(yīng)力軌跡應(yīng)力軌跡又稱應(yīng)力跡線，它是通過主應(yīng)力方向的連線來表示某一物體受力狀態(tài)的一種表示方法，其可用應(yīng)力等值線來表示其強(qiáng)度的空間變化。幾種附加應(yīng)力狀態(tài)第一

26、種：水平擠壓力來自巖塊的左側(cè)，自上而下逐漸增大第二種：附加應(yīng)力包括二類：1、作用在巖塊底面上呈正弦曲線形狀的垂向力；2、沿巖塊底面作用的水平剪切力。這種應(yīng)力狀態(tài)下形成的勢斷層的產(chǎn)狀比較復(fù)雜。在中央穩(wěn)定區(qū)的上部形成兩組高角度的正斷層，每組斷層的傾角都向深部變陡。自中央穩(wěn)定區(qū)趨向邊緣，斷層傾角變緩。一組變成低角度正斷層，另一組變成逆沖斷層。第三種：側(cè)向拉伸條件下簡單剪切時的應(yīng)力狀態(tài)4、應(yīng)力集中由于物體的不均質(zhì)，其受力時各點的應(yīng)力狀況將發(fā)生變化，如在巖石內(nèi)部的空洞、裂隙等就會引起在這些部位的應(yīng)力集中。設(shè)一彈性巖板內(nèi)園孔附近的主應(yīng)力變化情況，其在園孔附近的切線應(yīng)力為：=p1(1-2cos2)p1是無窮

27、遠(yuǎn)處的主應(yīng)力(或平均主應(yīng)力)；是園孔半徑與主應(yīng)力p1夾角；在a點：=/2，=3p1，這說明ab點處造成了三倍于平均主應(yīng)力的應(yīng)力集中。在長軸平行于ab的橢圓孔周圍，應(yīng)力還要大。=p1(1+2a/b)a、b分別為橢圓的長軸和短軸。在c、d點：=0，=-p1，為單軸引張力，雖然在孔的遠(yuǎn)處為單軸壓縮狀態(tài)，并無引張應(yīng)力存在，但在孔的頂點卻引起了張力的存在。第三節(jié) 變形巖石的應(yīng)變分析基礎(chǔ)一、變形與應(yīng)變1、變形物體受力作用后，其內(nèi)部各點間的位置所發(fā)生的改變稱之為變形。物體的變形是通過內(nèi)部質(zhì)點的位移來完成的。位移的基本形式有四種平移、旋轉(zhuǎn)、體變和形變。物體的變形方式有五種拉伸、擠壓、剪切、彎曲和旋轉(zhuǎn)。2、應(yīng)變

28、應(yīng)變是指與初始狀態(tài)相比較的物體變形后的狀態(tài)。物體變形的結(jié)果引起內(nèi)部質(zhì)點間的線段長度的變化或兩條相交線段之間的角度變化。前者稱之為線應(yīng)變而后者稱之為剪應(yīng)變。對物體應(yīng)變的測量，即是通過線應(yīng)變和剪應(yīng)變來完成的。(1) 線應(yīng)變指物體內(nèi)某個方向上單位長度的變化。在應(yīng)變分析中，常用以下幾種參數(shù)來表達(dá)線的長度變化。=(l1-l0)/l0式中l(wèi)0和l1為變形前后同一線段的不同長度。其中拉伸時為正值。平方長度比()：線段變形后的長度與變形前的長度的比的平方。l =(l1/l0)2 =(1+)2(2) 剪應(yīng)變變形前相互垂直的兩條直線，變形后其夾角偏離直角的量稱為角剪應(yīng)變(j)，或簡稱角剪應(yīng)變，其正切稱之為剪應(yīng)變(

29、)。g=tanj在地質(zhì)分析中，與剪切面垂直的物質(zhì)線向右偏為正，即右行剪切為正，反之，左行剪切為負(fù)。3、均勻變形與非均勻變形(1) 均勻變形指物體內(nèi)各點的應(yīng)變特征相同的變形，其特征是：變形前的直線，變形后仍為直線，變形前的平行線變形后仍相互平行。面狀構(gòu)造亦然。因此，任一小單元的應(yīng)變性質(zhì)(大小和方向)就可代表整個物體的變形特征。其中單位園變形后為橢圓，稱之為應(yīng)變橢圓。對三維均勻變形而言，園球變形后為橢球，單位園球變形后的橢球稱之為應(yīng)變橢球。(2) 非均勻變形物體內(nèi)各點的應(yīng)變特征發(fā)生了變化的變形稱為非均勻變形，與均勻變形相比較，其特征完全相反。4、連續(xù)變形和不連續(xù)變形如果物體內(nèi)從一點到另一點的應(yīng)變狀

30、態(tài)是逐漸改變的，則稱為連續(xù)變形；如果是突然改變的，則應(yīng)變是不連續(xù)的，稱為不連續(xù)變形。例如物體的兩部分之間發(fā)生了斷裂。二、應(yīng)變橢球體1、應(yīng)力橢球體與應(yīng)變橢球體應(yīng)力橢球體在分析物體受力的應(yīng)力狀態(tài)時，我們知道，當(dāng)物體受力后處于平衡狀態(tài)時，物體內(nèi)任意一點總可以截取這樣一個小單元，使其六個面上只有正應(yīng)力作用而無剪切應(yīng)力作用主應(yīng)力，當(dāng)這六個面上的三對主應(yīng)力相等時，物體只發(fā)生體積改變而不發(fā)生變形。當(dāng)三對主應(yīng)力的大小不同時，則物體發(fā)生形變。當(dāng)123，并符號相同時就就可根據(jù)一點的應(yīng)力矢量1、2和3為半徑作一個橢球體，該橢球體即代表了作用于該點的應(yīng)力狀態(tài)。稱為應(yīng)力橢球體，應(yīng)力橢球體的三個軸稱為主應(yīng)力軸。應(yīng)力橢球體

31、可以代表三維應(yīng)力狀態(tài)。沿三個主應(yīng)力平面切割橢球體的三個橢圓稱應(yīng)力橢圓。應(yīng)變橢球體單位圓球體經(jīng)均勻應(yīng)變變成的橢球體稱為應(yīng)變橢球體。從數(shù)學(xué)上可以證明和推導(dǎo)出，由單位圓球變成的應(yīng)變橢球有三個互相垂直的主軸，沿主軸方向只有線應(yīng)變而沒有剪應(yīng)變。這三個主軸分別以x、y、z或a、b、c表示，并分別代表應(yīng)變橢球體的最大、中間和最小應(yīng)變主軸。包含應(yīng)變橢球體的任意兩個應(yīng)變主軸的平面稱為應(yīng)變主平面。分別以xy、xz、yz或ab、ac、bc三個平面表示。應(yīng)變橢球體與應(yīng)力橢球體的關(guān)系應(yīng)力作用方向應(yīng)變橢球體軸向應(yīng)變方式1軸作用方向3(c、z)軸向擠壓2軸作用方向2(b、y)軸向中間3軸作用方向1(a、x)軸向拉伸三、巖石

32、的變形階段彈性變形階段巖石受力后要發(fā)生變形，當(dāng)外力解除后，其變形又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這種變形即為彈性變形。地震波的傳播是一種彈性波，因此，在許多情況下，地震所引起的變形是一種彈性變形。塑形變形階段隨著外力的不斷加強(qiáng)，巖石的變形程度亦隨之增強(qiáng)，當(dāng)應(yīng)力作用超過巖石的彈性極限后，即使再將應(yīng)力解除，變形了的巖石也不能完全恢復(fù)其原來的狀態(tài)，這種變形即為塑性變形。巖石的塑性變形是通過礦物晶內(nèi)滑動、位錯滑動、位錯蠕變和擴(kuò)散蠕變等變形方式來完成的。晶內(nèi)滑動和位錯滑移晶內(nèi)滑動是沿礦物晶體內(nèi)一定的滑移系發(fā)生的，即沿某一滑移面的一定方向的滑移?；葡凳怯傻V物晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的?；泼嫱ǔＪ歉咴用芏群透唠x子密度

33、的那些面，滑移方向通常是滑移面上原子或離子排列最密的方向，不同的礦物各具有不同數(shù)目的滑移系。如石英礦物常沿(0001)面產(chǎn)生滑動。晶內(nèi)滑動既可造成晶粒的形態(tài)改變而發(fā)生塑性變形，又可使晶體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成晶體的優(yōu)選方位。在超微觀尺度上，在一個晶體的整個滑移面上并沒有同時發(fā)生滑動，只是在一個小的應(yīng)力集中區(qū)(晶體缺陷處)首先發(fā)生。滑移區(qū)與未滑移區(qū)的界線即位錯線。位錯的傳播猶如在一個擺滿家具的房間中移動地毯。位錯的傳播如受阻，則形成位錯網(wǎng)絡(luò)和位錯墻。位錯蠕變位錯蠕變是一種高溫變形機(jī)制，在這種情況下，位錯可以從一個滑移面攀移到另一個滑移面上，當(dāng)兩個符號相反的位錯發(fā)生攀移時會相互甄滅，符號相同時則重新排成位

34、錯壁，將一個晶粒分隔成若干亞顆粒。亞顆粒是巖石韌性變形的一個重要標(biāo)志，即多邊化作用，在單偏光顯微鏡下其仍是一個晶體，但在正交鏡下則有幾度的消光位存在。另一種情況下，在初始變形晶粒邊界或局部的高位錯密度處，儲存了較大的高位能，在溫度足夠高的情況下，將形成新的重結(jié)晶顆粒動態(tài)重結(jié)晶。使初始的大晶粒分解成新的亞顆粒，如未完全分解則形成核幔構(gòu)造。擴(kuò)散蠕變是一種通過擴(kuò)散物質(zhì)的轉(zhuǎn)移而達(dá)到晶粒形態(tài)發(fā)生改變的作用。當(dāng)巖石間存在晶間水膜時，擴(kuò)散蠕變更易發(fā)生。物質(zhì)從高應(yīng)力邊界溶解，通過離子間的水膜進(jìn)行遷移，并在低應(yīng)力邊界沉淀壓溶作用。其構(gòu)造現(xiàn)象是壓力影。顆粒邊界滑動是一種通過顆粒邊界之間的滑動來調(diào)節(jié)巖石總體變形的變

35、形機(jī)制。斷裂變形階段當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過巖石的強(qiáng)度極限時，巖石的內(nèi)部結(jié)合力遭到破壞，進(jìn)而產(chǎn)生破裂面，使巖石的完整性被破壞，即斷裂變形。巖石的強(qiáng)度極限又稱之為破裂極限，是指常溫長壓下使固體物質(zhì)開始破壞時的應(yīng)力值。常見的一些巖石的破裂極限值見下表。常溫常壓下一些巖石的強(qiáng)度極限巖石抗壓強(qiáng)度 (mpa)抗張強(qiáng)度 (mpa)抗剪強(qiáng)度 (mpa)花崗巖148(37379)351530大理巖102(31262)391030石灰?guī)r96(6360)361020砂巖74(11252)13515玄武巖275(200350)10頁巖(2080)2四、遞進(jìn)變形有限應(yīng)變和總應(yīng)變：物體變形的最終狀態(tài)與初始狀態(tài)對比，其間所發(fā)生的

36、變化稱之為有限應(yīng)變或總應(yīng)變。遞進(jìn)變形：物體從初始狀態(tài)變化到最終狀態(tài)的過程是由許多次微量應(yīng)變逐次迭加的過程，這種變形的發(fā)展過程稱之為遞進(jìn)變形。變形過程中某一瞬間正在發(fā)生的小應(yīng)變叫增量應(yīng)變，如所取的時間非常小，其間發(fā)生的微量應(yīng)變過程稱為無限小應(yīng)變。遞進(jìn)變形實際是由許多次無限小應(yīng)變逐漸累積的過程，對變形史的某一階段進(jìn)行應(yīng)變分析時，總可以把應(yīng)變狀態(tài)分為兩部分，即已經(jīng)發(fā)生了的有限應(yīng)變和正在發(fā)生的無限小應(yīng)變或增量應(yīng)變。如考慮被變形的物質(zhì)是一些球粒物質(zhì)，不同變形階段所產(chǎn)生的應(yīng)變橢球的主軸可以是一致也可以不一致。相同者稱之為共軸變形，不同者稱之為非共軸變形。Ø 共軸遞進(jìn)變形與純剪應(yīng)變在變形過程中，各

37、增量應(yīng)變的主軸始終與有限應(yīng)變主軸保持一致時為共軸遞進(jìn)變形。根據(jù)應(yīng)變橢球體應(yīng)變主軸方向質(zhì)點線與變形前相應(yīng)質(zhì)點線之間的不同關(guān)系，平面應(yīng)變可分為簡單剪切與純剪兩種。純剪應(yīng)變是一種均勻變形是一種均勻變形，應(yīng)變橢球體中兩個主軸(1或a軸和3或c軸)的質(zhì)點線在變形前后具有同一的方位，即沿應(yīng)變主軸方向的質(zhì)點線沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)。故純剪應(yīng)變又稱為無旋轉(zhuǎn)變形。因此其無疑是一種共軸變形。Ø 非共軸遞進(jìn)變形與簡單剪切定義：在變形過程中，各增量應(yīng)變橢球的主軸與有限應(yīng)變橢球的主軸不一致，即非共軸變形。單剪應(yīng)變是一種非共軸變形。五、剪裂角分析剪裂角與共軛剪裂角當(dāng)巖石受力并超過強(qiáng)度極限時，就會發(fā)生破裂，巖石的破裂有兩種

38、方式，張裂和剪裂。張裂的位移方向垂直破裂面，張裂面一般垂直于最小應(yīng)力方向(壓為正)。剪裂的相對位移方向平行于破裂面，從應(yīng)力分析結(jié)果知，剪裂面在理論上與最大主應(yīng)力的方向呈45°夾角，但在通常情況下其往往小于45°。剪裂面與最大主應(yīng)力方向的夾角稱之為剪裂角，一般剪裂面常成兩組共軛出現(xiàn)，包含最大主應(yīng)力軸的兩個共軛剪裂面的夾角稱之為共軛剪裂角。理論上共軛剪裂角應(yīng)為90°，但實際上往往小于90°，對此問題有如下一些解釋準(zhǔn)則。Ø 庫侖剪切破裂準(zhǔn)則庫侖認(rèn)為，巖石抵抗剪切破壞的能力不僅同作用在切面上的剪應(yīng)力有關(guān)，而且還與作用于該截面上的正應(yīng)力有關(guān)。設(shè)發(fā)生剪裂的

39、臨界剪應(yīng)力為。=0+n式中n是正應(yīng)力；0是n=0時巖石的抗剪強(qiáng)度，也稱為巖石的內(nèi)聚力，對一種巖石而言，其為一個常數(shù)；是巖石的內(nèi)摩擦系數(shù)，即為前式所代表直線的斜率，故上式可寫為；=0+tan式中tan等于，為內(nèi)摩擦角。在莫爾應(yīng)力圖解之中，上式為兩條與巖石破裂時極限應(yīng)力園相切的直線，稱之為剪切破裂線，兩個切點代表了共軛剪切面的方位及應(yīng)力狀態(tài)。巖石破裂時剪裂面與1的夾角為，2=90°-由上可見，剪裂角的大小取決于巖石變形時內(nèi)摩擦角的大小，實驗表明，許多巖石的剪裂角在30°左右。Ø 摩爾剪切破裂準(zhǔn)則根據(jù)實驗，摩爾對庫倫準(zhǔn)則進(jìn)行了修正，他認(rèn)為，材料的內(nèi)摩擦角不是常數(shù)，而是隨

40、圍壓的變化而改變的，其破裂線的方程一般表達(dá)為：n=f(n)這是一條由一系列實驗得出的曲線，他包括了同一種巖石在不同圍壓下破裂時的極限應(yīng)力園，這一曲線稱之為摩爾包絡(luò)線。Ø 格離非斯準(zhǔn)則摩爾和庫侖的成果均為根據(jù)實驗而得，格里非斯發(fā)現(xiàn)，材料的實際強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于根據(jù)分子結(jié)構(gòu)理論計算出的材料的粘結(jié)強(qiáng)度。他認(rèn)為其是材料中隨機(jī)分布的微裂隙所致。第四節(jié) 影響巖石變形行為的因素巖石的變形特征與下列因素有關(guān)：1) 應(yīng)力的大小及作用方式。2) 巖體的力學(xué)性質(zhì)及變形時的邊界條件。巖體的力學(xué)性質(zhì)取決于：a、巖體的礦物組成；b、組成巖體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)；c、巖體的構(gòu)造。巖體變形時的邊界條件有：a、圍壓；b、溫度；c、

41、孔隙水；d、作用時間。一、巖石的各向異性對變形的影響組成巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造是各不相同的，這些不同會造成巖體的強(qiáng)度不同。在巖石中，層理和次生面理的發(fā)育，會造成巖石的各向異性。巖石各向異性最典型的實例是：當(dāng)成層巖層受壓時可形成褶皺，而塊狀巖石受壓是則明顯不易形成褶皺而容易產(chǎn)生斷層。在前面的剪裂角分析中，剪裂角=45°-/2，但在各向異性的巖石中，破裂將會受到先存薄弱面的影響，剪裂面可能會偏離的理論方向。甚至可能沿著層面等軟弱面發(fā)生破裂。二、圍壓對變形的影響巖石處于地下深處變形時，承受著周圍巖體的圍壓。圍壓增大時的效應(yīng)一方面增大了巖石的極限強(qiáng)度；另一方面增大了巖石的韌性。三、溫度對變

42、形的影響眾所周知，地殼的溫度是隨深度增大而不斷增高的，溫度的增加對巖石變形的影響與圍壓有相似之處，溫度的增加可提高巖石的韌性，但要降低巖石的屈服極限。四、孔隙流體對巖石變形的影響其主要表現(xiàn)在以下兩個方面：1) 當(dāng)巖石含水豐富時，可以降低巖石的強(qiáng)度。此外，孔隙流體的存在促使礦物質(zhì)的遷移與重結(jié)晶。巖石的強(qiáng)度降低和重結(jié)晶均可促進(jìn)巖石的韌性變形。2) 孔隙流體壓力效應(yīng)：巖石中孔隙內(nèi)流體的壓力稱之為孔隙壓力。在正常情況下，地殼內(nèi)任一深度上孔隙水中的壓力相當(dāng)于這一深度到地表的水柱壓力，大約為靜水壓力(圍壓)的40%。在地殼運動過程中，由于快速沉積和構(gòu)造變動等原因可導(dǎo)致沉積物快速堆積而使得孔隙水不能及時排除

43、，故而使得巖石中孔隙水增加而孔隙壓力增大。在某些油田中測得，孔隙壓力達(dá)到了圍壓的80%，有的甚至高達(dá)100%。孔隙壓力(pp)的增大抵消了圍壓(pc)，使得導(dǎo)致巖石變形的有效圍壓(pe)降低，即：pe=pc-pp。因此，當(dāng)巖石中存在異常孔隙壓力時，圍壓將隨之而降低，故而使得巖石的強(qiáng)度降低和使得巖石容易產(chǎn)生脆性破裂。強(qiáng)度的降低可使得巖石在較小的應(yīng)力作用下發(fā)生較大的變形。五、影響巖石變形的時間因素應(yīng)力作用時間對巖石變形的影響主要有如下三個方面：1、應(yīng)力作用速度對巖石變形的影響快速施加應(yīng)力，不僅可增加巖石的變形速度，而且可以增加巖石的脆性變形；而緩慢施加應(yīng)力則可減慢巖石的變形速度和增加巖石的韌性。2

44、、重復(fù)施加應(yīng)力對巖石變形的影響用一個很小的力施加在一個物體上，當(dāng)所施加的力達(dá)到了該物體的疲勞極限時，則物體將發(fā)生變形。3、蠕變與松弛對巖石變形的影響在應(yīng)力長期作用下，即使應(yīng)力在常溫常壓的短期試驗的屈服極限之下，巖石也會發(fā)生緩慢的永久變形，這種與時間相關(guān)的變形稱之為蠕變。松弛則是指當(dāng)應(yīng)變保持不變時，隨著時間的增加而應(yīng)力逐漸減小的現(xiàn)象。許多實驗表明，隨著時間的僧加，可使巖石表現(xiàn)出流變特征，蠕變與松弛可使巖石的彈性強(qiáng)度降低。第四章 褶皺褶皺是由巖層中各種面(層面、面理等)的彎曲而反映出來的變形，它是巖石中的塑性變形。第一節(jié) 褶皺和褶皺要素一、褶皺的基本類型Ø 根據(jù)褶皺面的彎曲形態(tài)進(jìn)行劃分根

45、據(jù)褶皺面的彎曲形態(tài)，褶皺有兩種基本類型：背形和向形。背形：指兩側(cè)(翼)褶皺面相背傾斜的上凸彎曲。向形：指兩側(cè)(翼)褶皺面相向傾斜的下凹彎曲。褶皺面既不上凸又不下凹，而是凸向旁側(cè)的彎曲稱之為中性褶皺。Ø 根據(jù)褶皺形態(tài)和組成褶皺的地層進(jìn)行劃分：可將褶皺劃分為兩種基本類型背斜和向斜。背斜：核部由老地層組成，兩翼由新地層組成，巖層凸向地層變新方向彎曲的褶皺為背斜。向斜：核部由新地層組成，兩翼由老地層組成，巖層凸向地層變老方向彎曲的褶皺為向斜。Ø 褶皺的露頭特征背斜：由中心(核部)向兩側(cè)(翼)，組成褶皺的巖層從老到新對稱重復(fù)。向斜：由中心(核部)向兩側(cè)(翼)，組成褶皺的巖層從新到老對

46、稱重復(fù)。二、褶皺要素核(部)：指褶皺中心部位的巖層。翼(部)：指褶皺兩側(cè)比較平直的巖層。拐點：相鄰背斜和向斜的共用翼的褶皺面常呈“s”形彎曲，褶皺面不同凸向的轉(zhuǎn)折點稱之為拐點。翼間角：指正交(橫剖面或橫切面)剖面上兩翼間的夾角(見圖)。園弧形褶皺的翼間角是指通過兩翼上兩個拐點間的切線之間的夾角。轉(zhuǎn)折端：指褶皺由一翼過渡到另一翼的那部分。樞紐：指單一褶皺面上最大彎曲點的連線。脊線和槽線：同一褶皺面上沿背斜最高點的連線為脊線；而沿向斜最低點的連線為槽線。軸面：各相鄰褶皺面的樞紐連成的面稱之為軸面。軸面是一種假想的標(biāo)志面，它可以是平面，也可以是彎曲的面。軸跡：軸面和地面或任何平面的交線為軸跡。三、褶

47、皺的波長與波幅描述一個褶皺的大小往往用褶皺的波長和波幅來表示。在正交剖面上，連接各褶皺面的拐點的連線稱褶皺的中間線；褶皺的波長(w)是指一個周期波的長度，即等于兩個相間拐點之間的距離；波幅(a)是指中間線與樞紐點之間的距離。第二節(jié) 褶皺的幾何形態(tài)及褶皺一、褶皺的的描述形態(tài)園柱狀褶皺具有由一條直線平行自身移動而成的彎曲面的褶皺稱之為園柱狀褶皺。此類褶皺的軸線與樞紐線相互平行且為直線。非園柱狀褶皺除園柱狀以外的褶皺均為非園柱狀褶皺。二、褶皺的形態(tài)描述(一) 剖面上的描述Ø 根據(jù)轉(zhuǎn)折端的形態(tài)進(jìn)行描述褶皺轉(zhuǎn)折端的形態(tài)有園弧狀、尖棱狀、箱狀等、椐此可將褶皺描述成如下幾種。Ø 根據(jù)翼間

48、角的大小進(jìn)行描述、平緩褶皺：翼間角()為120°180°。、開闊褶皺：翼間角()為70°120°。、中常褶皺：翼間角()為30°70°。、緊密褶皺：翼間角()為5°30°。、等斜褶皺：翼間角()為0°5°。Ø 根據(jù)褶皺軸面和兩翼巖層產(chǎn)狀來進(jìn)行描述可將褶皺描述為以下幾種類型。、直立褶皺：褶皺軸面近于直立，兩翼巖層傾向相反，傾角相近。、斜歪褶皺：褶皺軸面傾斜，兩翼巖層傾向相反，傾角不等。、倒轉(zhuǎn)褶皺：褶皺軸面斜歪，兩翼巖層傾向相同，一翼倒轉(zhuǎn)。、平臥褶皺：褶皺軸面近于水平，兩翼巖層一翼正常，一

49、翼倒轉(zhuǎn)。、翻卷褶皺：為軸面彎曲的平臥褶皺。Ø 根據(jù)褶皺的對稱性來進(jìn)行褶皺描述可將褶皺描述成以下幾種。、對稱褶皺：褶皺軸面與褶皺包絡(luò)面垂直，且兩翼地層的長度和厚度基本相同。、不對稱褶皺：褶皺軸面與褶皺包絡(luò)面斜交，兩翼地層的長度和厚度不等。在不對稱褶皺中，往往于兩翼一些軟弱夾層內(nèi)發(fā)育一系列次級小褶皺(或稱之為從屬褶皺)。這些從屬褶皺常呈“s”、“z”和“m”型。它們通常有明顯的分布規(guī)律。在橫切褶皺的觀察面上，面向褶皺樞紐的傾伏方向，如背斜的左翼為長翼(緩翼)，從屬褶皺往往為順時針旋轉(zhuǎn)的“z”字型，而短翼(陡翼)的從屬褶皺則多為“s”型；轉(zhuǎn)折端為“m”型。反之，如背斜的右翼為長翼(緩翼)，

50、發(fā)育于其中的從屬褶皺為“s”型，而短翼(陡翼)則多發(fā)育“z”字型褶皺。(二) 褶皺的平面輪廓根據(jù)褶皺中同一褶皺面在平面上出露的縱向長度和橫向?qū)挾戎?，可將褶皺描述為如下幾種。、等軸褶皺：l：w1：1的褶皺為等軸褶皺，其中，等軸背斜稱之為穹窿；而等軸向斜則稱為構(gòu)造盆地。、短軸褶皺：l：w=3：1的褶皺為短軸褶皺，該類褶皺的樞紐向兩端傾伏。、線狀褶皺：lw的各類褶皺稱為線狀褶皺。第三節(jié) 褶皺的類型及其組合型式一、根據(jù)組成褶皺的各褶皺層的厚度變化進(jìn)行分類Ø 平行褶皺褶皺中各褶皺面作平行彎曲的褶皺。其特點有：、同一褶皺層在褶皺的不同部位的厚度是一致的，故又稱為等厚褶皺；、褶皺具有同一曲率中心

51、，故又稱為同心褶皺；、由褶皺中心向外，各褶皺面的曲率半徑逐漸增大，曲率則逐漸變小，巖層產(chǎn)狀即隨之變緩，反之，自褶皺兩翼想核部，曲率不斷增大。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，一個褶皺層在彎曲過程中要保持厚度不變，褶皺面的幾何形態(tài)必然要隨深度變化而改變曲率。順褶皺軸向下，褶皺面的彎曲將越來越緊密，甚至變?yōu)榧饫怦薨?；再則，由于要調(diào)整褶皺層的向心擠壓，在褶皺軸部會出現(xiàn)復(fù)雜的次級小褶皺和逆沖斷層，再向下即消失于某些滑脫面上。順軸面向上則相反。Ø 相似褶皺相似褶皺指的是組成褶皺的各褶皺面作相似彎曲的褶皺。在相似褶皺中，各褶皺面的曲率相同，但無共同的曲率中心。褶皺的形態(tài)隨深度變化仍保持一致，但各褶皺層的厚度發(fā)生

52、了有規(guī)律的變化，即兩翼變薄而轉(zhuǎn)折端變厚。二、根據(jù)組成褶皺各褶皺層面的幾何關(guān)系分類Ø 協(xié)調(diào)褶皺褶皺中各褶皺面彎曲的形態(tài)一致或作有規(guī)律的變化，其間沒有明顯的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象者稱之為協(xié)調(diào)褶皺。平行褶皺的相似褶皺都是協(xié)調(diào)褶皺。Ø 不協(xié)調(diào)褶皺褶皺中各褶皺面彎曲的形態(tài)彼此有明顯不同，以至發(fā)生了突變者稱之為不協(xié)調(diào)褶皺。最典型的不協(xié)調(diào)褶皺是底辟構(gòu)造。不協(xié)調(diào)褶皺的形成，是由于組成褶皺各層的巖性和厚度不同而導(dǎo)致其不同部位受力不均等原因所致。三、rickard(1971)的褶皺分類rickard(1971)在總結(jié)了前人的褶皺分類的基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)褶皺軸面產(chǎn)狀和樞紐產(chǎn)狀的定量分類，即根據(jù)褶皺的軸面傾角

53、、樞紐的傾伏角和側(cè)伏角三個變量來進(jìn)行三角圖解，近而進(jìn)行褶皺分類。rickard褶皺位態(tài)分類簡表類型軸面傾角樞紐傾伏角直立水平褶皺80°90°0°10°直立傾伏褶皺80°90°10°80°傾豎褶皺80°90°80°90°斜歪水平褶皺10°80°0°10°斜歪傾伏褶皺10°80°10°80°斜臥褶皺10°80°80°90°(側(cè)伏角)平臥褶皺0°10&#

54、176;0°10°四、ramsay(1967)的褶皺分類ramsay(1967)根據(jù)褶皺面的相對曲率，提出了一套形態(tài)分類，他將褶皺面的曲率變化用等斜線來表示，所謂等斜線即為褶皺正交剖面上褶皺層的上下界面的相同傾斜點的連線。等斜線的作法如下：(1)、在褶皺正交剖面或照片上，用透明紙描出各褶皺層的跡線，并準(zhǔn)確地畫出褶皺的軸跡。(2)、以軸跡的垂線為基準(zhǔn)線，用三角板和量角器，按一定的角度間隔(如5°和10°)畫出兩相鄰褶皺面的切線。(3)、將相鄰褶皺面的等斜切點連接起來即為等斜線。ramsay根據(jù)一個褶皺的等斜線樣式將褶皺分為三個大類：第一類：褶皺的等斜線向內(nèi)

55、弧收斂，內(nèi)弧的曲率大于外弧曲率。根據(jù)厚度變化，又可將類分為三個亞類，即：a、褶皺層厚度在樞紐部分比翼部要小，為頂薄褶皺。b、褶皺層各部分的厚度一致，為平行褶皺、等厚褶皺。c、樞紐處厚度變化比翼部略大，是平行褶皺(b)與相似褶皺()間的過渡類型。第二類：褶皺的等斜線相互平行，內(nèi)、外弧曲率相同，這類褶皺的典型是相似褶皺。第三類：等斜線向外弧頂收斂，外弧曲率大于內(nèi)弧曲率。五、同沉積褶皺與底辟構(gòu)造同沉積褶皺：即在巖層沉積過程中逐漸變形而成的褶皺。這種褶皺具有以下幾個特點：、兩翼地層的傾角上陡下緩。、褶皺一般較為開闊。、如使背斜，其頂部巖層會變薄(可缺失層位)，向兩翼則層厚逐漸加大。背斜的頂部為淺水的粗

56、粒沉積物。、如是向斜，其中心部位巖層的厚度最大。向斜中心為深水細(xì)粒沉積物。Ø 底辟構(gòu)造和巖丘底辟構(gòu)造是地下高韌性的物質(zhì)，如巖鹽、石膏、粘土、煤層等在構(gòu)造應(yīng)力作用下，或因物質(zhì)的密度差引起的流動過程中，向上流動并擠入上覆巖層中而形成的一種構(gòu)造，如巖漿侵入圍巖形成的巖漿底辟。造成底辟作用的原因是由于地下高韌性物質(zhì)為核心的向上的擠入作用。因此，底辟構(gòu)造由三部分組成：即底辟核；核上構(gòu)造和核下構(gòu)造三部分。底辟核為高韌性部分，往往形成很復(fù)雜的褶皺；核上構(gòu)造一般是開闊的短軸背斜或穹隆構(gòu)造，多被正斷層所切割；核下構(gòu)造通常簡單平緩。如底辟核由巖鹽類物質(zhì)組成，則稱之為巖丘構(gòu)造。巖丘具有重要的工業(yè)價值，其內(nèi)核本身就是鹽類礦產(chǎn)，核部周圍以及核部與上覆巖層的接觸帶往往富含油氣等礦產(chǎn)。六、褶皺的組合形式(一)、阿爾卑斯型褶皺(alpinotypefolds)、阿爾卑斯型褶皺的特點阿爾卑斯型褶皺又稱全形褶皺和地槽型褶皺、線狀褶皺等，其特點是：、一系列線狀褶皺成帶分布；、所有褶皺的走向基本一致并與構(gòu)造帶的延伸方向一致；、在整個褶皺帶內(nèi)，背斜和向斜呈連續(xù)波狀，并且同等發(fā)育；、不同級別的褶皺往往組合成巨大