知名大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)講義第10章節(jié)理

1、第十章節(jié)理徐海軍中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院巖石變形：韌性變形巖石變形：脆性變形斷裂構(gòu)造巖石受力破裂的變形破裂構(gòu)造的兩方面特征：斷裂存在裂隙，地質(zhì)體不再連續(xù)；位移（沿破裂面）沒有明顯位移節(jié)理有明顯的位移斷層裂隙被礦物充填脈體斷層節(jié)理周口店龍門口一、節(jié)理的定義和研究意義節(jié)理的定義和研究意義節(jié)理是巖石中的裂隙，是沒有明顯位移的斷裂。節(jié)理研究的意義：通過對節(jié)理性質(zhì)、產(chǎn)狀、分布規(guī)律、分期、配套及其與褶皺、斷裂和區(qū)域構(gòu)造關(guān)系的分析，闡明地質(zhì)構(gòu)造的形成和發(fā)展過程。節(jié)理是一種重要的控礦構(gòu)造，對于石油、天然氣和地下水的運(yùn)移及儲存有重要意義。注意區(qū)別于礦物的“解理”！區(qū)域性的節(jié)理控制著地形的演化云南石林節(jié)理流體流動

2、的證據(jù)二、節(jié)理的成因節(jié)理的成因原生節(jié)理成巖過程中形成。如沉積巖中因縮水而造成的泥裂或火成巖冷卻收縮而成的柱狀節(jié)理。構(gòu)造節(jié)理由構(gòu)造變形而成。非構(gòu)造節(jié)理由外動力作用形成，如風(fēng)化作用、山崩或地滑等引起的節(jié)理，常局限于地表淺處。原生節(jié)理（房山巖體）柱狀節(jié)理（云南騰沖）原生節(jié)理原生節(jié)理柱狀節(jié)理（云南騰沖）柱狀節(jié)理三、節(jié)理的分類節(jié)理的分類節(jié)理的分類主要依據(jù)兩個(gè)方面, 一是按節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系, 一是按節(jié)理形成的力學(xué)性質(zhì)。節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系分類:根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系劃分根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與褶皺軸的關(guān)系劃分根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與侵入巖中流動構(gòu)造關(guān)系劃分節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)分類:剪節(jié)理和張節(jié)理節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾

3、何關(guān)系分類走向節(jié)理: 節(jié)理走向與所在巖層的走向大致平行的節(jié)理。傾向節(jié)理: 節(jié)理走向與所在巖層的走向大致垂直的節(jié)理。斜向節(jié)理: 節(jié)理走向與所在巖層的走向斜交的節(jié)理。順層節(jié)理: 節(jié)理面與所在巖層的層面大致平行的節(jié)理 。節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系分類縱節(jié)理: 節(jié)理走向與褶皺軸向平行的節(jié)理。橫節(jié)理: 節(jié)理走向與褶皺軸向直交的節(jié)理。斜節(jié)理: 節(jié)理走向與褶皺軸向斜交的節(jié)理。節(jié)理與侵入巖流動構(gòu)造關(guān)系分類張節(jié)理：張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面剪節(jié)理：剪應(yīng)力產(chǎn)生的脆性破裂面節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)分類剪節(jié)理 張節(jié)理 產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸遠(yuǎn) 產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn) 平直光滑，有擦痕和羽裂 彎曲粗糙，無擦痕 出現(xiàn)在砂、礫巖中，一般切過砂礫和膠結(jié)物

4、 出現(xiàn)在砂、礫巖中，常繞過砂、礫 未充填時(shí)，是閉合的縫 多開口，一般多被充填 一般是共軛“X”型節(jié)理系 樹枝狀，鋸齒狀，雁列狀等 剪應(yīng)力產(chǎn)生 張應(yīng)力產(chǎn)生 剪節(jié)理張節(jié)理張節(jié)理張節(jié)理擦痕 “X”型共軛節(jié)理系將巖石切割成棋盤狀“X”型共軛節(jié)理系將巖石切割成菱形巖塊 1在哪里？?共軛剪節(jié)理的應(yīng)力狀態(tài): 兩組共軛剪節(jié)理的交線方向代表s2軸, 兩組共軛剪節(jié)理面的夾角的平分線分別代表s1和s3軸的方向。一般來說, s1位于銳夾角平分線的方向, s3位于鈍夾角平分線的方向。13雁列張節(jié)理（火炬狀節(jié)理）張節(jié)理的成因機(jī)制純剪單剪剪節(jié)理的成因機(jī)制純剪單剪四、節(jié)理組和節(jié)理分期節(jié)理組：在一次構(gòu)造作用的統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場中形

5、成的, 產(chǎn)狀基本一致, 力學(xué)性質(zhì)相同的一群節(jié)理稱為節(jié)理組。節(jié)理系: 在一次構(gòu)造作用的統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場中形成的兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)理組稱為節(jié)理系。系統(tǒng)性節(jié)理：在區(qū)域性節(jié)理的發(fā)育中, 節(jié)理在節(jié)理產(chǎn)狀、方位、組合、排列、間距等方面具有規(guī)律性就叫做系統(tǒng)性節(jié)理，無規(guī)律可循的則稱為非系統(tǒng)性節(jié)理。節(jié)理的分期節(jié)理的分期就是將一個(gè)地區(qū)不同構(gòu)造時(shí)期、不同構(gòu)造應(yīng)力場所形成的節(jié)理進(jìn)行篩分, 把同一構(gòu)造期和同一構(gòu)造應(yīng)力場所形成的節(jié)理組合在一起。節(jié)理的分期主要依據(jù)：節(jié)理組以及節(jié)理系之間的交切關(guān)系；各期節(jié)理的配套關(guān)系。錯(cuò)開后期形成的節(jié)理切斷早期形成的節(jié)理, 若后期節(jié)理是剪節(jié)理, 則可見到錯(cuò)斷線兩側(cè)標(biāo)志點(diǎn)的對應(yīng)錯(cuò)開。限制一組節(jié)理

6、延伸到另一組節(jié)理前突然中止, 這種現(xiàn)象叫做限制, 被限制的節(jié)理組形成相對較晚。互切如果兩組節(jié)理互相交切或切錯(cuò), 且兩組節(jié)理相互切錯(cuò)的方向又遵循力學(xué)分析原理, 服從統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場, 則說明兩組節(jié)理是同時(shí)形成的, 并具有共軛關(guān)系。追蹤早期形成的“X”型共軛剪節(jié)理后期受到擠壓作用, 易形成追蹤張節(jié)理。節(jié)理的配套節(jié)理配套就是將在一定構(gòu)造時(shí)期的統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場中形成的各組節(jié)理組合成一定的系列。 判斷節(jié)理是否配套，就是去鑒別那些不同方向的節(jié)理或節(jié)理組是否是形成于同一構(gòu)造時(shí)期, 并且是否是形成于同一構(gòu)造應(yīng)力場的作用。五、雁列節(jié)理和羽飾構(gòu)造雁列節(jié)理和雁列脈雁列節(jié)理是一組成雁行式斜列的節(jié)理。如若雁列節(jié)理被巖脈或

7、礦脈所充填, 則稱為雁列脈。雁裂脈的基本要素aa,bb-雁列帶MM-雁列軸-雁列角AW-雁列帶寬度雁列節(jié)理和雁列脈的左階和右階當(dāng)順著雁列軸方向觀察時(shí), 由遠(yuǎn)至近，如果靠近你的雁列脈/節(jié)理向左側(cè)錯(cuò)列，稱為左階，若向右側(cè)錯(cuò)列則稱為右階。雁列節(jié)理中單脈的形態(tài)羽飾構(gòu)造羽飾是發(fā)育于節(jié)理面上的羽毛狀精細(xì)飾紋, 是構(gòu)造應(yīng)力下形成的一種小型構(gòu)造。羽飾構(gòu)造包括以下幾個(gè)組成部分: 羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節(jié)理、陡坎。羽飾構(gòu)造一般發(fā)育于淺層次的脆性巖石中, 是快速破裂形成的, 羽脈的發(fā)散方向指示節(jié)理的擴(kuò)展方向, 羽脈收斂會聚方向和人字型尖端指向斷裂源點(diǎn)。羽飾構(gòu)造：發(fā)育于節(jié)理面上的羽毛狀精細(xì)飾紋，是在應(yīng)力作用下形成

8、的小型構(gòu)造。多產(chǎn)于粉砂巖等碎屑巖中，大小與巖石的粒度有關(guān)。六、節(jié)理脈的充填機(jī)制和壓溶作用節(jié)理脈的充填機(jī)制溶液侵入節(jié)理空間并使節(jié)理兩壁張開而形成的巖脈稱之為擴(kuò)張性巖脈。 如果由溶液與圍巖交代而占有空間形成的巖脈叫做非擴(kuò)張性巖脈。按照纖維晶體生長方向與脈壁的關(guān)系，可以分為同向型和反向型。同向型：纖維晶體自兩壁向中心生長，并在巖脈中心遇合。纖維晶體與周圍巖石礦物成分相同。反向型：纖維晶體自中心向兩壁生長，其礦物成分與圍巖不同?？p合線構(gòu)造縫合線構(gòu)造是一種呈幅度不等的尖銳鋸齒狀破裂面。特點(diǎn)有:多發(fā)育于碳酸鹽巖石中, 如石灰?guī)r、白云巖, 碎屑巖中也可見到。縫合線構(gòu)造的成因是巖石中先存在微破裂面, 后來遭受

9、擠壓, 破裂面附近的易溶組分溶解并遷移, 難溶組分殘留聚集, 以至原來平直的破裂面轉(zhuǎn)化成無數(shù)細(xì)小尖峰突起的縫合面。縫合線構(gòu)造的應(yīng)力狀態(tài): 縫合線構(gòu)造的峰尖方向指示最大主應(yīng)力1方向?？p合線構(gòu)造縫合線構(gòu)造七、節(jié)理的野外觀測節(jié)理的野外觀測地質(zhì)背景的觀測（觀測點(diǎn)的選擇），確定測點(diǎn)所處構(gòu)造位置；節(jié)理的分類與組系劃分；節(jié)理發(fā)育程度的研究：計(jì)算節(jié)理密度（u），縫隙度（G）， 節(jié)理平均壁距（t）； 節(jié)理的延伸狀況和性質(zhì)的變化；節(jié)理面觀察：節(jié)理面的光滑程度，是否有擦痕，羽飾構(gòu)造等；節(jié)理含礦性和充填物的觀察。節(jié)理的分期和配套往往是在野外進(jìn)行，二者是緊密聯(lián)系的 ，配套的節(jié)理是同期的，但同期的節(jié)理不一定是配套的。1，

10、2組節(jié)理形成共軛節(jié)理為同期，3組節(jié)理錯(cuò)開了1，2組節(jié)理，是后期的。3，4組節(jié)理被1，2組節(jié)理所限制，形成時(shí)間晚。節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)分析節(jié)理形成以后,在力學(xué)性質(zhì)上會發(fā)生改變,如早期是剪性的節(jié)理,后期拉張,變成張節(jié)理。反映節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)變成剪張性。節(jié)理的統(tǒng)計(jì)一個(gè)露頭的節(jié)理往往很多，通過測量節(jié)理的產(chǎn)狀可以知道節(jié)理發(fā)育的方位，進(jìn)一步了解當(dāng)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，但這需要測量上百個(gè)數(shù)據(jù)，如何處理這些數(shù)據(jù)，這就要用到節(jié)理等密圖和節(jié)理玫瑰花圖（將通過實(shí)習(xí)來學(xué)會）。節(jié)理等密圖將所有數(shù)據(jù)投影到一張吳氏網(wǎng)上，是法線投影，得到極點(diǎn)圖。用密度計(jì)在極點(diǎn)圖中統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果標(biāo)在圖上將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)用平滑的曲線連接圓周上的線兩端

11、具對稱性，等值線百分比表示。整飾：在相鄰的等值線間用顏色或花紋填上，寫上圖名，圖例和方位。分析：節(jié)理等密圖中密度最大的區(qū)域代表節(jié)理的優(yōu)選方位。節(jié)理玫瑰花圖分為節(jié)理走向玫瑰花圖、節(jié)理傾向玫瑰花圖、節(jié)理傾角玫瑰花圖。做法是：將所測得的節(jié)理走向或傾向換算北東或北西向，按一定間隔分組，一般為50或100為一間隔。計(jì)算每一間隔的節(jié)理?xiàng)l數(shù)。確定作圖的比例尺及坐標(biāo)。選取一定的長度代表一條節(jié)理，以等于或稍大于數(shù)目最多的那一組節(jié)理的線段長度為半徑按比例作半圓過圓心作東西線和南北線，在圓周上標(biāo)明方位角。找點(diǎn)連線：按各組平均走向或傾向在圓周上標(biāo)明記號，再從圓心向圓周上該點(diǎn)處按比例定點(diǎn)連線。寫上圖名和比例尺。 分析節(jié)

12、理玫瑰花圖應(yīng)于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合，往往把節(jié)理玫瑰花圖按測點(diǎn)位置標(biāo)繪在地質(zhì)圖上。實(shí)例：水電站節(jié)理分析這套裂隙系不是本區(qū)的主要裂隙構(gòu)造，但細(xì)脈的雁列展布反映出串聯(lián)面的剪切現(xiàn)象還是較多見的。 在電站公司辦公樓西南方向的采石場，發(fā)育一形態(tài)完好的火炬狀構(gòu)造，一組串聯(lián)面由一系列產(chǎn)狀為21047的張剪性裂隙斜列而成，產(chǎn)狀為20035；另一組串聯(lián)面由一系列產(chǎn)狀為26070的張剪性裂隙斜列而成，產(chǎn)狀為8082。裂隙均被方解石脈充填，脈體不甚規(guī)則。共同反映出2近水平， 1和3均為斜向的局部應(yīng)力場特點(diǎn)。電站辦公樓西南采石場火炬狀裂隙剖面素描圖（以下幻燈片源于 候光久教授的相關(guān)研究） 貴州烏江電站機(jī)坑剖面裂隙圖 共軛節(jié)

13、理赤平投影圖共軛節(jié)理切割巖石呈菱形塊體近東西向構(gòu)造不是本區(qū)主體構(gòu)造，其配套裂隙系不甚發(fā)育。趕場坳隧道洞口紫紅色夾灰綠色泥質(zhì)巖系，巖層產(chǎn)狀31548， 21580（左行剪切）和10248（右行剪切）兩組共軛裂隙將巖石切割呈大小不等的菱形塊體。赤平投影求得主應(yīng)力方位為：1352 39、 2133 43、 324320。顯然，這已不是嚴(yán)格意義上的東西向構(gòu)造配套成分，而是經(jīng)過改造的東西向構(gòu)造配套裂隙系。中高角度破裂即為走向NE，傾向SE，傾角大于40的一組裂隙。這組裂隙在走向、傾向上均不太平直，充填方解石脈，運(yùn)動方式為剖面上正向滑動為主；與之配套的另一組走向NE，傾向NW，傾角中等，同樣表現(xiàn)為剖面上的

14、正向滑動。這組裂隙多表現(xiàn)為順著巖層層面的正向滑動，并常以“上滅下現(xiàn)”式出現(xiàn)。為喜山期地殼差異性升降運(yùn)動，巖體重力作用所致。順層破裂與滑動，上滅下現(xiàn)式 構(gòu)皮灘電站壩區(qū)巖體內(nèi)部破裂網(wǎng)絡(luò)陣列幾何學(xué)及運(yùn)動學(xué)模型（圖中阿拉伯?dāng)?shù)字代表裂隙系統(tǒng)）主干破裂構(gòu)造據(jù)前人研究和我們的進(jìn)一步觀察，在三維空間上，壩區(qū)巖體尺度上的破裂框架主要由NWW、NNW和NE三組優(yōu)勢破裂及層間破裂構(gòu)筑而成，并與其他小的裂隙系統(tǒng)一起，形成一幅復(fù)雜的破裂網(wǎng)絡(luò)陣列。 上述主要的幾組破裂，將構(gòu)皮灘水電站壩區(qū)巖體分割成大小不一的塊體，使巖石喪失了完整性，降低了內(nèi)聚力。巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均一性更為明顯。而且當(dāng)巖體再次遭受施加應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變將主要由這些較大的破裂進(jìn)行調(diào)整。破裂面的愈合行為 構(gòu)皮灘壩區(qū)，出露地層以碳酸鹽巖為主體，脈體基本上為方解石脈。研究表明除裂隙幾何形態(tài)上的差異外，脈體內(nèi)部礦物的生長和排列也各有特點(diǎn)。單脈大體上可分為四種基本類型。而復(fù)脈則為某兩類或多類單脈的組合。方解石單脈類型左岸復(fù)脈標(biāo)本橫切面薄片素描近南北向構(gòu)造配套裂隙