構(gòu)造地質(zhì)學(xué)七

第五章節(jié)理

節(jié)理是巖石中的裂隙，是沒(méi)有明顯位移的斷裂，也是地殼上部巖石中發(fā)育最廣的一種構(gòu)造。節(jié)理可為礦液上升。滲透、沉淀提供構(gòu)造條件。節(jié)理也是石油、天然氣和地下水的運(yùn)移通道和儲(chǔ)聚場(chǎng)所。大量發(fā)育的節(jié)理常為水庫(kù)和大壩等工程帶來(lái)隱患。節(jié)理的性質(zhì)、產(chǎn)狀和分布規(guī)律與褶皺、斷層和區(qū)域構(gòu)造有著成因聯(lián)系。所以，節(jié)理的研究在一定條件下也有助于分析地質(zhì)構(gòu)造。5/26/20231第一節(jié)節(jié)理的分類(lèi)

節(jié)理的分類(lèi)主要依據(jù)兩個(gè)方面:①按節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系②按節(jié)理形成的力學(xué)性質(zhì)。一、節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系的分類(lèi)

節(jié)理是一種相對(duì)小型構(gòu)造，總是與其他構(gòu)造伴生。節(jié)理的產(chǎn)狀與其他構(gòu)造的產(chǎn)狀之間往往存在一定的幾何關(guān)系。(一)按節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系的分類(lèi)

依據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系節(jié)理可以分為以下四類(lèi)(圖10-1):1·走向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向大致平行的節(jié)理。2·傾向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向大致直交的節(jié)理。3·斜向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向斜交的節(jié)理。4·順層節(jié)理

節(jié)理面與巖層的層面大致平行的節(jié)理。5/26/20232(二)按節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系的分類(lèi)依據(jù)節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系，節(jié)理可以分為以下三類(lèi)(圖10-2):1、縱節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向平行的節(jié)理。2、橫節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向直交的節(jié)理。3、斜節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向斜交的節(jié)理。5/26/20233張節(jié)理與剪節(jié)理的特征

剪節(jié)理張節(jié)理(1)產(chǎn)狀穩(wěn),延伸長(zhǎng);產(chǎn)狀不穩(wěn)，延伸不遠(yuǎn)，短而彎，常側(cè)列產(chǎn)出(2)節(jié)理面平直、光滑；節(jié)理面粗糙不平；(3)在礫巖中,切礫和膠結(jié)物;在礫巖中,繞礫切過(guò)；(4)形成ｘ形共軛剪節(jié)理;開(kāi)口多，多被脈充填，寬度變化大,脈壁不平(5)形成羽列;樹(shù)枝狀.追蹤ｘ形成鋸齒狀(6)尾端變化為折尾菱形結(jié)環(huán);尾端分叉、杏仁狀結(jié)環(huán).5/26/20234二、節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)的分類(lèi)

根據(jù)節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)，可將節(jié)理分為剪節(jié)理和張節(jié)理兩類(lèi)。(一)剪節(jié)理剪節(jié)理是由剪應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，具有以下主要特征:(1)、剪節(jié)理產(chǎn)狀較穩(wěn)定，沿走向和傾向延伸較遠(yuǎn)。(2)、剪節(jié)理面較平直光滑，有時(shí)具有因剪切滑動(dòng)而留下的擦痕。剪節(jié)理未被礦物充填時(shí)是平直閉合縫，如被充填，脈寬較為均勻，脈壁較為平直。5/26/20235(3)、發(fā)育于礫巖和砂巖等巖石中的剪節(jié)理，一般穿切礫石和膠結(jié)物。(4)、典型的剪節(jié)理常常組成共軛"X"型節(jié)理系。"X"型節(jié)理發(fā)育良好時(shí)，則將巖石切成菱形、棋盤(pán)格式(圖10-3)。剪節(jié)理往往成等距排列。(5)、主剪裂面由羽狀微裂面組成。羽狀微裂面與主剪裂面交角一般為10°－15°，相當(dāng)于內(nèi)摩擦角(φ)的一半。圖10-4是剪切實(shí)驗(yàn)形成的兩組羽列剪節(jié)理A與B。A組微剪裂面與主剪裂面MN夾角為α。，指示本盤(pán)錯(cuò)動(dòng)方向，B組微剪裂面與MN夾角為γ角。5/26/20236

“X”型節(jié)理系是節(jié)理的典型形式，兩組共軛剪節(jié)理的夾角為共軛剪裂角。兩組共軛剪節(jié)理的交線(xiàn)代表σ2，兩組節(jié)理的夾角平分線(xiàn)分別代表σ1和σ3?！癤”型節(jié)理與主應(yīng)力軸的關(guān)系是對(duì)節(jié)理進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析和探討應(yīng)力場(chǎng)的依據(jù)。多年來(lái)地質(zhì)學(xué)家一般認(rèn)為“X”型節(jié)理的銳角分角線(xiàn)與σ1一致，即剪裂角小于45°。實(shí)際觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，共軛剪節(jié)理的共軛剪裂角有時(shí)可能等于甚至大于90°，即剪裂角可等于或大于45°。對(duì)此一些地質(zhì)學(xué)家作了不同解釋。在韌性巖石發(fā)育地區(qū)及多次強(qiáng)烈變形地區(qū)尤應(yīng)審慎，應(yīng)當(dāng)觀(guān)察剪節(jié)理的剪切方向來(lái)確定其反映的應(yīng)力方位。5/26/20237(二)張節(jié)理張節(jié)理是由張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，具有以下主要特征:(1)、張節(jié)理產(chǎn)狀不甚穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)。單條節(jié)理短而彎曲，節(jié)理常側(cè)列產(chǎn)出(圖10-5)。(2)、張節(jié)理面粗糙不平，無(wú)擦痕。(3)、在膠結(jié)不太堅(jiān)實(shí)的礫巖或砂巖中的張節(jié)理常常繞礫石或粗砂粒而過(guò)，如切穿礫石，破裂面也凹凸不平。(4)、張節(jié)理多開(kāi)口，一般被礦脈充填。脈寬變化較大，脈壁不平直。(5)、張節(jié)理有時(shí)呈不規(guī)則的樹(shù)枝狀，各種網(wǎng)絡(luò)狀，有時(shí)也追蹤"X"型共扼剪節(jié)理形成鋸-齒狀張節(jié)理(圖10-6)、單列或共軛雁列式張節(jié)理(圖10-7)，有時(shí)也呈放射狀或同心圓狀組合形式。5/26/20238

根據(jù)雁列式節(jié)理中各單條節(jié)理的錯(cuò)列方式分為左階和右階。順一條節(jié)理走向觀(guān)察，次一條節(jié)理向左側(cè)錯(cuò)列，并與前一條節(jié)理的近端橫向重疊，是為左階;反之為右階(圖10-7)。張節(jié)理是在垂直于節(jié)理面的張應(yīng)力作用下形成的，因此，張節(jié)理面的垂線(xiàn)方向代表σ3方位。在上拱作用下形成的張節(jié)理，總體常常排列呈放射狀或同心圓狀。5/26/20239

上述剪節(jié)理和張節(jié)理的特征是在一次變形中形成的節(jié)理所具有的。如果巖石或巖層經(jīng)歷了多次變形，早期節(jié)理的特點(diǎn)在后期變形中常被改造或被破壞。即使在同一次變形中，由于各種因素的干擾，也會(huì)使節(jié)理并不具備上述典型特征。因此，在鑒別節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)時(shí)，首先，必須選取未受后期改造的節(jié)理，并且要綜合考慮各種特點(diǎn);其次，不能只依據(jù)個(gè)別露頭上節(jié)理的特點(diǎn)，而應(yīng)對(duì)區(qū)域內(nèi)許多測(cè)點(diǎn)或露頭上節(jié)理的特點(diǎn)加以分析對(duì)比;第三，鑒別節(jié)理力學(xué)性質(zhì)應(yīng)結(jié)合與節(jié)理有關(guān)的構(gòu)造和巖石的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。5/26/202310

由于構(gòu)造變形作用的遞進(jìn)發(fā)展和相應(yīng)轉(zhuǎn)化，會(huì)發(fā)生應(yīng)力的轉(zhuǎn)向或變化，以致常常出現(xiàn)一種節(jié)理兼具兩類(lèi)節(jié)理性質(zhì)的特征或過(guò)渡特征，表現(xiàn)為張剪性等等。有時(shí)一條剪節(jié)理順走向轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l雁列張節(jié)理(圖10-9)。圖10-9河南嵩山盧店紙房水庫(kù)邊石英云母變質(zhì)砂巖中被石英充填的雁列節(jié)理5/26/202311三、節(jié)理組和節(jié)理系

一次構(gòu)造作用中形成的節(jié)理一般是有規(guī)律的，并且是成群產(chǎn)出的，構(gòu)成一定的組合型式，即組成節(jié)理組和節(jié)理系。

節(jié)理組是指在一次構(gòu)造作用的統(tǒng)一應(yīng)力場(chǎng)中形成的，產(chǎn)狀基本一致和力學(xué)性質(zhì)相同的一群節(jié)理。在一次構(gòu)造作用的統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中形成的兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)理組，則構(gòu)成節(jié)理系，如“x”型共軛節(jié)理系等。對(duì)于在一次構(gòu)造作用的統(tǒng)一應(yīng)力場(chǎng)中形成的產(chǎn)狀呈規(guī)律性變化的一群節(jié)理，也稱(chēng)為節(jié)理系，如穹隆上發(fā)育的一群放射狀節(jié)理或同心狀節(jié)理。5/26/202312四、節(jié)理的分期與配套

一定地區(qū)的節(jié)理一般是長(zhǎng)期多次構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物，為了探討該地區(qū)的構(gòu)造變形史，常常進(jìn)行節(jié)理的分期。分期就是將一定地區(qū)不同時(shí)期形成的節(jié)理，按先后順序，組合成一定系列，以便從時(shí)間、空間和形成力學(xué)上研究一個(gè)地區(qū)節(jié)理的發(fā)育史和分布產(chǎn)出規(guī)律。

節(jié)理的分期主要依據(jù)兩個(gè)方面:①根據(jù)節(jié)理組的交切關(guān)系：節(jié)理組的交切關(guān)系表現(xiàn)為節(jié)理組的錯(cuò)開(kāi)、限制、互切、追蹤。②借助其他地質(zhì)體。如：一組節(jié)理為脈充填，另一組切割脈。5/26/202313

節(jié)理的配套是指在統(tǒng)一應(yīng)力場(chǎng)中形成的各組節(jié)理的組合關(guān)系。一般是對(duì)一對(duì)共軛剪節(jié)理進(jìn)行配套。1、互錯(cuò)2、折尾、菱形結(jié)環(huán)3、運(yùn)動(dòng)方向4、追蹤5/26/202314第二節(jié)雁列節(jié)理和羽飾構(gòu)造

一、雁列節(jié)理雁列節(jié)理是一組呈雁行斜列式的節(jié)理，這類(lèi)節(jié)理常被充填形成雁列脈。兩者的構(gòu)造意義是相同的，雁列脈產(chǎn)出于多種巖石，在碳酸鹽巖中尤其發(fā)育(圖10-7)。雁列脈呈帶狀展布的范圍稱(chēng)為雁列帶(圖10-10)。穿過(guò)各單脈中心而平分雁列帶的中心面，稱(chēng)為雁列面。雁列面在雁列帶橫截面上的跡線(xiàn)稱(chēng)雁列軸。雁列面的產(chǎn)狀即代表雁列帶的產(chǎn)狀。單脈與雁列面的銳交角為雁列角,雁列脈可以是單列產(chǎn)出，是單剪作用的結(jié)果，也可以由左階和右階兩條雁列脈交叉組合成共軛雁列脈(圖10-7)。5/26/202315

雁列脈中單脈的形態(tài)變化很大，主要有平直型和“S”型兩類(lèi)。平直型窄而長(zhǎng)，多屬剪裂反映破裂后變形較輕(圖10-1)?！癝”型中段較寬，多屬?gòu)埩?，反映了剪切作用中的遞進(jìn)變形。在由“S”型單脈組成的共軛雁列脈中，一為正“S”型，一為反“S”型(圖10-7。圖10-7共軛雁列脈中，雁列張節(jié)理的末端都互相平行且與層理垂直。這說(shuō)明雁列張節(jié)理是由早期已形成的張節(jié)理又發(fā)生剪切變形使中部發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成的，即雁列張節(jié)理利用和遷就了早期張節(jié)理。雁列角的大小對(duì)分析節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)是很有意義的。根據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，雁列角有兩個(gè)高峰值:一組為45°左右;另一組為10°左右。前者是張裂型，是剪切作用中派生的張節(jié)理；后者可能是剪裂型，是剪切作用與主剪切面成小角度相交的微剪羽裂發(fā)育而成的(圖10d1)。5/26/202316二、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，是在應(yīng)力作用下形成的小型構(gòu)造。羽飾構(gòu)造包括以下幾個(gè)組成部分(圖10-12):羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節(jié)理、緣面和陡坎。邊緣帶由一組雁列式微剪裂面(邊緣節(jié)理)和連接其間的橫斷口(陡坎)組成。羽飾構(gòu)造產(chǎn)于多種巖石之中，以砂巖等碎屑巖中最為常見(jiàn)(圖10-13)，也見(jiàn)于細(xì)粒變沉積巖中和玄武巖等巖漿巖中。羽飾構(gòu)造的寬度一般為數(shù)厘米至數(shù)十厘米，也有數(shù)米寬者。規(guī)模大小主要與巖石的粒度有關(guān)，粒度愈小，羽飾愈小，羽脈愈細(xì);顆粒愈均勻，發(fā)育的羽飾愈完美。5/26/202317

羽飾構(gòu)造有多種形式，最常見(jiàn)的是人字形，有時(shí)呈放射狀或環(huán)狀，或構(gòu)成復(fù)合過(guò)渡形式。決定羽飾幾何形態(tài)的因素有，裂源點(diǎn)(破裂發(fā)生起點(diǎn))的位置、巖石性質(zhì)、層厚、層面約束條件及作用力。羽飾構(gòu)造的形成機(jī)制一直是一個(gè)爭(zhēng)論問(wèn)題，存在三種觀(guān)點(diǎn):①?gòu)埩颜f(shuō);②剪裂說(shuō);③張剪復(fù)合說(shuō)等。張裂說(shuō)認(rèn)為羽飾構(gòu)造所在的、主節(jié)理為張裂面，依據(jù)是節(jié)理面上羽飾完好，沒(méi)有任何剪切滑動(dòng)跡象。剪裂說(shuō)認(rèn)為，羽飾構(gòu)造邊緣帶的雁列微裂隙是剪切機(jī)制的顯明標(biāo)志，由于羽飾所在的節(jié)理面是剪應(yīng)力剛剛達(dá)到或略微超過(guò)巖石破裂強(qiáng)度而產(chǎn)生的萌芽剪裂面，因尚未滑動(dòng)而保存羽飾。也有人認(rèn)為羽飾構(gòu)造是張剪性裂面。(馬杏垣&，楊光榮素描，1978)現(xiàn)在多數(shù)學(xué)者傾向于剪裂說(shuō)。5/26/202318

羽飾構(gòu)造一般發(fā)育于淺層次的脆性狀態(tài)巖石中，并且可能是在快速破裂中形成的。羽脈發(fā)散方向指示節(jié)理的擴(kuò)展方向，羽脈收斂匯聚方向和“人”字形尖端指向斷裂源點(diǎn)。邊緣帶的邊緣節(jié)理及陡坎與微剪羽列和反階步類(lèi)似，顯示出剪切力偶方向。因此，羽飾構(gòu)造有助于節(jié)理配套，在某種程度上也有助于分析節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)。羽飾構(gòu)造與大型構(gòu)造的類(lèi)比及其與大型構(gòu)造的成因關(guān)系，是今后值得注意的研究課題。5/26/2023195/26/2023205/5好/20嶄2321充填脈詠的礦物奸種類(lèi)很炕多，如侍石英、喇方解石棋、長(zhǎng)石呢等。脈德體礦物出成纖維裝狀，一巖般與脈待的第一差次張開(kāi)攀壁垂直泛，并具駐有反向段生長(zhǎng)的油特點(diǎn)。獸在裂開(kāi)-愈合過(guò)督程中，流后續(xù)的般裂開(kāi)發(fā)鳳生于已倘愈合裂珠縫的邊厭界，因與為這里跟是力學(xué)圾薄弱面也。根據(jù)送蘭姆濕賽對(duì)瘋?cè)鹗颗艤氐戮细袢R南侖鮞觀(guān)狀灰迅巖的芒研究段，7.5膜mm寬的脈榮中曾有50挨0次以上塵的裂開(kāi)-愈合過(guò)報(bào)程。他計(jì)還指出析，如果稈不是大聽(tīng)多數(shù)，栗至少有宰相當(dāng)多毯的張裂客脈是通考過(guò)逐漸罵增生過(guò)惜程形成養(yǎng)的。由上述灶可見(jiàn)，助在節(jié)理下研究中討，對(duì)巖冬脈進(jìn)行旋微觀(guān)研題究是十睡分重要開(kāi)的，這憶對(duì)分析宜節(jié)理的召力學(xué)性摸質(zhì)和發(fā)磁育過(guò)程恒常可提傳供有意碰義的信問(wèn)息。5/5陽(yáng)/20賠2322三、脖縫合汗線(xiàn)構(gòu)辰造縫合鵝線(xiàn)構(gòu)剖造是按一種末與節(jié)懲理相谷似的秒小型糠構(gòu)造嘴，常宅見(jiàn)于婚不純舊灰?guī)r棕中，縮慧在我懶國(guó)南窯方三疏疊系參等灰番巖中懸廣泛度發(fā)育鄰。過(guò)搏去認(rèn)屈為縫仆合線(xiàn)合都是瞎順層娘理發(fā)竊育的搏，是象壓溶巨作用拖的結(jié)殃果。降但是撈，近銹年來(lái)催研究超發(fā)現(xiàn)衣，縫姿合線(xiàn)狹不僅員順層伶理產(chǎn)壁出，欠也有義與層篇理斜鄉(xiāng)豐交或咽直交摸的。謹(jǐn)與層株理不輛一致羽的縫穿合線(xiàn)廈一般扎是在元構(gòu)造海作用紙下先箏形成揮裂縫扣，進(jìn)要而在豬壓溶屠作用拍下發(fā)疤育成學(xué)縫合撕線(xiàn)。囑所以寬，縫旁合線(xiàn)江構(gòu)造乞的形鄉(xiāng)豐成總殊是經(jīng)城過(guò)兩鞭個(gè)階竹段，鐮先有潤(rùn)裂面示，進(jìn)干而壓番溶。拼在垂倚直裂近面的錦壓溶葡作用椒下，賴(lài)易溶圣組分碗流失常，難幻玉溶組機(jī)分則蛙殘存針聚積究，以萍致原拴來(lái)平峰直的派面轉(zhuǎn)醬化成噸無(wú)數(shù)演細(xì)小哀尖峰那突起閥的縫盡合面株。在比許多俗大理坦巖中價(jià)，經(jīng)貧常會(huì)寺見(jiàn)到準(zhǔn)壓溶灶作用至引起認(rèn)的縫座合線(xiàn)衰。縫華合線(xiàn)令構(gòu)造襖與主揉壓應(yīng)哈力軸縮慧直交腥，即輝主壓湯應(yīng)力聾軸與歪縫合屋線(xiàn)錐烏軸一炸致(圖10接-1半6)。因此記，縫合拜線(xiàn)構(gòu)造辨在一定探程度上塞有助于肺人們分努析其所托在部位向的應(yīng)力哄狀態(tài)。乖剖面上抽縫合線(xiàn)騾還表現(xiàn)渾為柱狀兆和錐狀妻等多種強(qiáng)型式。5/允5/諒20展23235/購(gòu)5/惹20輛2324圖10-校1根據(jù)茶節(jié)理雹產(chǎn)狀詞與巖糊層產(chǎn)蚊狀關(guān)易系的窗節(jié)理紅分類(lèi)1.走向節(jié)銀理;2昌.傾向節(jié)航理;3糕.斜向定節(jié)理;4.順層少節(jié)理圖10-玻2根據(jù)節(jié)襖理產(chǎn)狀物與褶皺